DE19546259C2 - Verfahren zur Herstellung von Plattenblöcken für Bleiakkumulatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellverfahren für Plattenblöcke von Bleiakkumulato­ ren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um einen Bleiakkumulator ausreichender Kapazität mit ausreichend hoher Strom­ stärke herzustellen ist es erforderlich, die Elektrodenplatten, die in der Regel aus einem inneren, die aktive Masse tragendem Gitter und einem äußeren, das Gitter umlaufenden Rahmen bestehen, je nach ihrer Polarität als positive oder negative Elektrode zusammenzufassen und miteinander zu verbinden. Hierfür besitzen die Elektrodenplatten an der Außenkante ihres umlaufenden Rahmens eine streifenför­ mige Ausformung, die als stromführende Ableitung den Übergang zu den sie, mit den anderen Elektrodenplatten gleicher Polarität, zusammenfassenden Verbindun­ gen bilden. Diese Verbindungen werden allgemein auch als Polbrücke und die Aus­ formungen der Gitter als Plattenfahne bezeichnet. Das innere Gitter und der umlau­ fende Rahmen mit der Plattenfahne sowie die Polbrücke bestehen aus Blei- oder einer Bleilegierung.

Für die Herstellung dieser Verbindungen sind Verfahren bekannt, bei denen die Plattenfahnen der Gitter der positiven oder negativen Elektrodenplatten mit Blei- oder einer Blei/Zinnlegierung vergossen werden und eine die Platten verbindende Brücke für jede Polarität bilden. Zur Erzielung einer ausreichenden Lebensdauer und einer hohen Betriebssicherheit des Akkumulators ist es wichtig, daß die in die Brücke eingebundenen Plattenfahnen eine ausreichende Anbindung an das Brük­ kenmaterial erfahren, insbesondere dürfen keine Spalten zwischen der Plattenfahne und dem Gießmaterial nach der Abkühlung auftreten. Dies würde zu einer Spaltkor­ rosion führen und somit letztlich zum Ausfall des Akkumulators.

Aus der DE-OS 26 58 991 ist ein Verfahren für das Gießen der Polbrücke bekannt, bei dem die Gießform in der Weise ausgestaltet ist, daß durch geeignete Anordnung der Heizelemente an die Gießform kurzzeitig eine hohe Wärmeleistung in die mit flüssiger Bleilegierung gefüllte Form erfolgt. Nach dem Eintauchen der Plattenfah­ nen der Elektrodenplatten in die so vorgewärmte Bleilegierung werden diese an ih­ rem oberen Ende aufgeschmolzen und nach der anschließenden Abkühlung ein­ stückig verfestigt. Damit entfällt der Reinigungsschritt für die Oberflächen der Plat­ tenfahnen, anhaftende Oxidschichten werden aber nicht so leicht im Aufschmelz­ vorgang abgelöst, so daß die Gefahr der ungleichmäßigen Anbindung der gegosse­ nen Polbrücke an die jeweilige Plattenfahne besteht.

Ein weiteres Gießverfahren zur Herstellung einer Polbrücke ist aus der DE-AS 11 59 052 bekannt. Hier werden die Plattenfahnen vor dem Gießprozeß in ein Flußmit­ telbad getaucht. Das Flußmittel besteht aus einer alkoholischen oder wäßrigen Lö­ sung von Hydrazinmonohydrobromid. Nach der Benetzung mit dem Flußmittel er­ folgt eine Trocknung der Plattenfahnen mittels Heißluft, an der sich der Gießvor­ gang zur Herstellung der Plattenbrücke anschließt. Dieses Verfahren ist nachteilig bezüglich der gesundheitsschädlichen Zersetzungsprodukte des Flußmittels. Schutzmaßnahmen führen zur Verteuerung des Verfahrens.

In der DE-OS 14 96 120 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem vor dem Gießen der Polbrücke ebenfalls eine Behandlung der Plattenfahnen mit Flußmittel erfolgt. Als Flußmittel werden wachsartige Mittel mit einem Schmelzpunkt zwischen 93°C und 260°C verwendet. Die Aufbringung dieser Mittel auf die Plattenfahnen erfolgt im Schmelzbad oder in einer erwärmten Lösung. Als Lösungsmittel werden hierfür organische Verbindungen wie Alkohol, Pentan oder Trichlorethylen vorgeschlagen. Die vorgeschlagenen Flußmittel sind u. a. langkettige Fettsäuren, Fettester oder hy­ drierte Pflanzenöle. Dieses Verfahren hat Nachteile bezüglich der verwendeten Lö­ sungsmittel, da hierfür ausreichende Vorsorge zum Gesundheitsschutz von Personen sowie Schutzmaßnahmen allgemeiner Art zu treffen sind. Ein weiterer Nachteil ist die hohe Arbeitstemperatur des Verfahrens. Flußmittelrückstände auf den Platten­ fahnen können zudem die Anbindung an die Polbrücke nach der Abkühlung negativ beeinflussen.

Aus der DE-AS 20 50 958 ist ein weiteres Angußverfahren zur Verbindung der Fahnen der Elektrodenplatten mit der Polbrücke bekannt. Hier wird zur besseren Anbindung an die Polbrücke zunächst eine Zwischenschicht aus einer Bleilegierung aufgetragen. Bei dieser Bleilegierung handelt es sich um eine Blei/Zinn-Legie­ rung. Um die Festigkeit der Verbindung zwischen Plattenfahne und der Bleilegie­ rung ausreichend groß zu erhalten, erfolgt dieser Vorgang unter Einwirkung von Ultraschall im Bad der flüssigen Bleilegierung. Eine Ausgestaltung dieser Erfin­ dung schlägt die zusätzliche Verwendung eines Flußmittelbades vor, in das die Plat­ tenfahnen zunächst eingetaucht werden, bevor die Bleilegierung in einem weiteren Schritt aufgetragen wird. In einer weiteren Ausgestaltung wird die Einwirkung von Ultraschall auch auf das Flußmittelbad vorgeschlagen. Die Einwirkung des Ultraschalls verbessert die Benetzung der in die jeweiligen Bäder eintauchenden Platten­ fahnen.

In der DE-PS 27 15 048 ist ein weiteres Verfahren beschrieben, bei dem die Reini­ gung der zu vergießenden Teile gleichzeitig während des Gießvorgangs durch Kavi­ tation im Bad in Gegenwart der flüssigen Legierung stattfindet. Diese Kavitation wird durch Ultraschall erzeugt, der über eine seitlich in das Bad hineinragende, un­ terhalb des Flüssigkeitsspiegels der Legierung angeordneten Sonotrode generiert wird. Bei diesem Verfahren wird auf die Verwendung von Flußmittel verzichtet, die zu vergießenden Teile sind mit einer festen, guthaftenden Legierungsschicht über­ zogen.

Nach der EP-A1 0 644 602 ist ein Anfräsen der Plattenfahnen zum Ausgleich unter­ schiedlicher Fahnengeometrien positiver und negativer Platten sowie zur mechani­ schen Entfernung von Oxidschichten und anhaftender Verunreinigungen von der Oberfläche bekannt. Hierdurch soll die Verwendung von Flußmitteln für den nach­ folgenden Gießvorgang der Polbrücke vermieden werden. Nachteilig an dem vorge­ schlagenen Verfahren ist, das der mechanische Vorgang an Luft durchgeführt wird mit der Wirkung, daß danach die Bildung einer neuen Oxidschicht einsetzt. Insbe­ sondere ist dies bei Stillstandszeiten im Ablauf dieses Prozeßschrittes der Fall. Dies führt dazu, daß eine einheitliche Anbindung der Plattenfahnen an die gemeinsame Polbrücke nicht immer sicher gewährleistet ist.

Alle aufgeführten Verfahren haben als Vorbehandlungsschritt zur Reinigung der Oberfläche der Plattenfahne mechanische Abtragungen, thermische Einflüsse, die Verwendung von Flußmitteln, die Wirkung von Ultraschall oder eine Kombination davon vorgeschlagen. Die Benutzung von Ultraschall liefert sehr gute Anbindungs­ qualitäten der Plattenfahnen, nachteilig ist aber ein hoher Wartungsaufwand, der teuer ist und das Verfahren anfällig macht.

Die Verwendung von Flußmitteln liefert ebenfalls gute Anbindungsqualitäten, ist aber mit Nachteilen verbunden. So können Flußmittelrückstände zwischen Fahne und Polbrücke verbleiben und die Anbindung beeinträchtigen. Kosten für Flußmit­ tel, Schutzmaßnahmen für die Handhabung des Flußmittels oder der Flußmittellö­ sungen und Trocknungseinrichtungen verteuern die Verfahren. Die in der Regel meist umweltschädlichen Flußmittel müssen entsprechend gelagert, gehandhabt und sachgerecht entsorgt werden, wodurch ebenfalls Kosten entstehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Rei­ nigung der Plattenfahnen von Verunreinigungen und zur Entfernung anhaftender Oxidschichten für die Vorbereitung des Angießens der Polbrücke zu verwenden. Die Aufgabe wird gemaß den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Anspruchs ge­ löst.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden zur leichten mechanischen Bearbeitung der Plattenoberflächen Bürsten zur Entfernung der oxi­ dischen Deckschichten verwendet.

Die Elektrodenplatten können als Einzelplatten oder in einer weiteren Ausgestal­ tung als zusammengestellte Plattenblöcke im erfindungsgemaßen Verfahren einge­ setzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei Elektrodenplatten aus Blei/Calcium Legierungen als auch aus Blei/Antimonlegierungen verwendet werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird für das Bad eine Blei/ Zinn-Legierung mit einem Zinngehalt zwischen 40 bis 70 Gew-%, vorzugsweise jedoch mit einem Zinngehalt zwischen 60 und 65 Gew.-% verwendet.

Eine weitere Ausbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens schließt einen Gieß­ vorgang zur Bildung der Polbrücke an, bei dem eine Blei/Zinn-Legierung mit einem Zinngehalt zwischen 0,5 und 5 Gew.-%, vorzugsweise jedoch zwischen 1,0 und 2,5 Gew.-% verwendet wird.

Ein Vorteil der Erfindung ist die einfache Handhabung des Verfahrens, bei dem in einem Schritt eine Reinigung der Fahnenoberfläche und eine Beschichtung mit einer Blei/Zinn-Legierung erfolgt. Besondere Schutzmaßnahmen sowie die Verwen­ dung von Trocknungseinrichtungen entfallen. Die zinnreiche Bleilegierung, deren Zinngehalt mit 60 bis 65 Gew.-% in der Nähe des Eutektikums liegt, hat einen niedrigen Schmelzpunkt. Die niedrigen Badtemperaturen wirken sich materialscho­ nend auf die im Bad vorhandenen Bürsten aus. Auf den gesäuberten Fahnenoberflä­ chen entstehen durch Reaktion mit der Blei/Zinnschmelze unter Sauerstoffaus­ schluß zinnreiche Zonen. Diese Zonen schützen die Fahnen vor einer erneuten Oxi­ dation nach der Entfernung aus dem Bad und beeinflussen auf Grund ihres großen Erstarrungsintervalls den späteren Anguß der Polbrücke positiv. Die Erfindung läßt sich daher in vorteilhafter Weise dem Anguß der Polbrücke vorschalten.

In einem Beispiel sei das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. In einem Schmelz­ kessel mit einer Temperatur zwischen 180°C-220°C sind am Boden rotierende Bürsten angeordnet. Die Bürsten sind von einer flüssigen Bleilegierung, die 65 Gew.-% Zinn enthält, bedeckt. Die Plattenfahnen der Elektrodenplatten werden nun in der Weise in das Metallbad eingetaucht, daß sie mittels rotierenden Bürsten me­ chanisch bearbeitet werden unter Entfernung der anhaftenden Oxidschichten. Dieser Vorgang dauert nicht mehr als 10 sec. Danach werden die Elektrodenplatten wieder aus dem Bad herausgezogen. Die gebürsteten Bereiche der Fahnenoberfläche sind mit einer festhaftenden Schicht aus zinnreicher Bleilegierung bedeckt. Die mecha­ nisch unbehandelten, aber ebenfalls in das Metallbad eingetauchten Oberflächenbe­ reiche der Plattenfahnen sind dagegen nicht mit der Legierung bedeckt. Die so vor­ behandelten Platten können jetzt zu Plattenblöcken für das anschließende Gießen der Polbrücken zusammengestellt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Plattenblöcken für Bleiakkumulatoren, insbeson­ dere von verschlossenen Bleiakkumulatoren, aus einer Anzahl von mit Platten­ fahnen versehenen positiven und negativen Gitterelektrodenplatten durch Gießen einer positiven und einer negativen Polbrücke in einer Gießform mit entspre­ chend ausgeführter Vertiefung und durch Herstellung einer Verbindung zwischen den in diese Vertiefung hineinragenden Plattenfahnen der Elektrodenplatten und dem in der Gießform befindlichen geschmolzenen Blei oder einer Blei/Zinn-Le­ gierung nach vorheriger mechanischer Entfernung der Oxidschicht und der Verunreinigungen auf den Oberflächen der Plattenfahnen durch Bürsten oder Anfräsen dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Abtragung der Oxidschicht in einem Bad mit geschmolzener Blei/Zinn-Legierung unterhalb des Pegels der flüssigen Legierung erfolgt und das die Elektrodenplatten danach wieder aus dem Bad entnommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die Gitter der Elektrodenplatten Blei/Calcium-Legierung oder Blei/Anti­ mon-Legierung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusammenge­ stellte Plattenblöcke verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden­ platten einzeln verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Badmaterial eine Blei/Zinn-Legierung mit einem Zinngehalt zwischen 40 und 70 Gew.-% verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Badmaterial eine Blei/Zinn-Legierung mit einem Zinngehalt vorzugsweise zwischen 60 und 65 Gew.-% verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Gießvorgang Blei oder eine Bleilegierung mit einem Zinngehalt zwischen 0,5 und 5 Gew.-% verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Gießvorgang eine Bleilegierung mit einem Zinngehalt vorzugsweise zwi­ schen 1,0 und 2,5 Gew.-% verwendet wird.