DE1959949A1

DE1959949A1 - Gitter fuer Akkumulatorenplatten und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1959949A1
Application number: DE19691959949
Authority: DE
Inventors: Wheadon Ellis G; Willmann Norman Leroy
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1968-11-29
Filing date: 1969-11-28
Publication date: 1970-06-04
Also published as: US3690950A; US3679789A; DE1959949B2; US3556854A; FR2024543A1

Description

DR. MDLLER-BORE DIPL.-ING. GRALFS qq/'-

DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL-CHEM. DR. DEUFEL 19 59 9 4-

PATENTANWÄLTE

Xo/Ov -- G- 2

I-ill'SiAL hGWJRS CORtOR ATF-iT Detroit, Iiich ir;''■'»·;. Ü3A,

Gitter für .i\!-"''''inuJ.ato;vTinplotten mid V"e.vfaiiron ?■.? ihr-5:.- .Koitvtoliun

Priorität: USA vom 29« NovoLibor 1968, ßH 7?.O 058

Die Erfindung betrifft Gitter für Akkumulatorenplatten und ein Yarfahren au ihrer Herstellung, insbesondere eine ausainmeiigesotste il.kku.mul?torengib"berplat'ce und 3'l.a V'irfaliron :ju ihrer Herstellung.

In der ?organgenlioit gab es eins .Entwicklung in Richtung der Herstellung leichterer J3atterien bs>/. Akkumulatoren, Ein geeigneter VJog, dies diirckaui'ühren, "besteht d.-irin, das Gewicht solcher ZLsmente v/ie des Gehäuses, des Obei¹-teils, der Gitter., der Verbindungen, etc. zu reduzieren. Gitter mit geringem Gewicht aus Kunststoff oder dergl. v/erden daher in ifirtnchaftlicher Hinsicht immer viiehtiger. Mit dem Aufkommen von Kunststoffgittern ist es erforderlich geworden, Ar'beitsweißen zum Anbringen der

— 1 —

009823/1411

BRAUNSCHWEIG, AM BORGERPARK 8, TEL. (0S31) 28487 8 MÖNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STRASSE I, TEL. (O811)2Z51

TELEX 522050 MBPAT

BAD ORIGINAL·

leitfähigen Elemente an den vergleichsweise zerbrechlichen Kunststoffträgern in Giner solchen Weise zu entwickeln, daß sie während der darauffolgenden Handhabung und des darauffolgenden Betriebes nicht locker werden. Die Erfindung betrifft ein verbessertes, zusammengesetztes Gitter für Akkumulatorenplatten von leichtem Gewicht und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Ziel der Erfindung ist es, ein Gitter für eine Blei enthaltende Akkumuiatorenplatte von leichtem Gewicht zu liefern, welche ein zusammengesetztes Teil aus einem vielgliedrigen Leiter in Fingerform und einem die Finger ge- W trennt haltenden, nichtleitendem in einer Vielzahl von durch Schmelzen zusammengefügten Verbindungen hiermit verbundenem Träger iet.

Die Erfindung umfaßt Gitter für Akkumulatorenplatten, welche zusammengesetzte Teile aus vielgliedrigen fingerförmigen, ausgefächerten Leitern und Trägern hierfür sind, die an einer Vielzahl von durch Schmelzen aneinandergefügten Verbindungsstellen miteinander verbunden sind. Die Träger können einfach eine Reihe von parallelen Streifen umfassen, welche die Glieder (Finger) schneiden und voneinander getrennt halten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ^ die Zusammenfügung durch Schmelzen durchgeführt, indem ein gefächerter Leiter auf einen schmelzbaren Kunststoff-Nichtleiter (z.B. eine perforierte Folie) aufgelegt wird. Der Leiter besitzt eine Vielzahl von elektrisch leitenden Gliedern (Fingern), welche von einer gemeinsamen Verbindungsstelle auseinanderlaufen. Eine erhitzte Platte wird auf dem Leiter liegengelassen. Wenn der Leiter heiß genug wird, schmilzt der in Kontakt mit dem Leiter befindliche Kunststoff (wird weich) und gleichseitig wird durch die Platte ein Druck angelegt, uia den Leiter in den Nichtleiter zu

- 2 009823/U11

BAD CÄNAt:

pressen. In der besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Nichtleiter eine rostartige *olie, welche einen Hand und eine Vielzahl von länglich geformten Gitterdrähten besitzt, welche den Rand schneiden» und die leitenden Finger besitzen in sich Befeetigungsvertiefungen, in welche der geschmolzene Nichtleiter fließt und aushärtet, um eine eingeschmolzene, verzahnte Verbindung zu bilden. Der schmelzbare Nichtleiter fließt ebenfalls rings ua die Pinger und beim Aushärten bildet er eine herumgeschmolzene, verzahnte Verbindungsstelle.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert;

in der Zeichnung sind: |

Figur 1 eine Aufsicht auf ein zusammengesetztes Akkumulatorengitter gemäß der Erfindung;

Figur 2 eine teilweise Schnittansicht längs der Linie 2-2 des in Fig. 1 wiedergegebenen Gittere;

Figur 3 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht längs der Linie 3-5 des in Fig. 1 wiedergegebenen Akkumulatorengittere;

Figur 4 eine Aufsicht eines weiteren gemäß der Erfindung susgebildeten Gitters;

Figur5 eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht eines Gitterdrahtes längs der Linie 5-5 von Fig. 4, <

Figur 6 und 7 beschreiben weitere Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 1 gibt ein zusammengesetztes Gitter für eine Akku-Eulatorenplatte wieder, welches hauptsächlich aus einer perforierten Platte 2 und einem aufgefächerten Leiter -4 besteht. In der bevorzugten Ausführungsform umfaßt die nichtleitende, perforierte Platte 2 einen Rand 6 und eine Anzahl von Gitterdrähten 8. Die Gitterdrähte 8 erstrecken

— 3 —
0098237141 1

sich über die Fläche der Platte 2 und schneiden die Kanten 6, so daß sie eine allgemein rostartige Struktur ausbilden.

Für die Zwecke der Erfindung wird es bevorzugt, daß sich, ein größerer Teil der Gitterdrehte Sdiagonal über die perforierte Platte 2 als parallel zu den Kanten erstreckt. Der Leiter 4 umfaßt eine Verbindungsstelle 10 und eine Vielzahl von Fingern 14, welche von der Verbindungsstelle 10 in fächerartiger Weise auseinanderlaufen, so daß sie sich über die Fläche der perforierten Platte 2 erstrecken. In der üblichsten Ausführungsform umfaßt der Leiter 4 anfänglich ein Metallband (d.h. Blei), welches mehrere Male geschlitzt wurde, um die Finger 14 zu liefern. Bevor der Leiter mit dem Nichtleiter verbunden wird, werden die Finger 14 nach außen von der Vorbindungsstelle 10 gedehnt. Die Verwendung dee Ausdruckes "Verbindungsstelle" soll sich lediglich auf den Teil des Leiters beziehen, wo die verschiedenen Finger sich zur Bildung eines Einzelleiters treffen, d.h. ein elektrischer Zusammenfluß. Dies soll nicht bedeuten, daß der Ausdruck "Verbindungsstelle" auf einen aus einem Einzelteil bestehenden Leiter begrenzt ist, sondern er kann natürlich einen geflochtenen oder gleichartigen Leiter einschließen, der von verschiedenen Fingern 14 gebildet wird. Um den Strom aus der Platte abzuziehen, ist ein Plattenansatz 12 vorgesehen, dieser besteht üblicherweise aus einer Fortsetzung des Leiters, *.B. der weiter ausgedehnten Verbindungsstelle. In den Fingern 14 und vorzugsweise in der Verbindungsstelle 10 sind Verzahnungsvertiefungen 16 vorgesehen. Die Verzahnung eVertiefungen 16 sind hinterschnitten, *.B. in Form eines Schwalbenschwanzes oder dergl., dies ist am besten in den Fig. 2,3 und 6 gezeigt. Die perforierte Platte 2 besteht aus einem Material, welches bei einer Temperatur unterhalb derjenigen des Leiters schmelzbar ist« Der Ausdruck "schmelzbar" wird hierbei in einem allgemeineren Sinn verwendet, nämlich fähig zur Verwandlung in mindestens der;

— 4 009823/14 11

BAU ORiOtHAi

plastischen. Zustand durch Hitze. Der Nichtleiter ist vorzugsweise Polypropylen, jedoch können andere polymere Kunststoffe ebenso geeignet verwendet werden. Wie im folgenden mehr ins einzelne gehend in Verbindung mit dem Verfahren zur Herstellung der zusammengesetzten Gitter erläutert werden wird, wird eine Vielzahl von durch Schmelzen verzahnten Verbindungen 18 gebildet. In den Fig. 1, 2 und 3 sind die durch Schmelzen verzahnten, dargestellten Verbindungen 18 vom "eingeschmolzenen " Typ, bei welchen der schmelzbare Nichtleiter in eine Aushöhlung oder Verzahnungsvertiefung in den Leiter 4 fließt. In den Fig. 6 und 7 ist die durch Schmelzen fest verbundene, dargestellte Verbindung vom "umschmolzenen" Typ, bei welcher der schmelzbare Nicht-. leiter um den Leiter zur Bildung der Verbindung fließt.

Fig. 2 ist eine vergrößert Ansicht der Art der durch Schmelzen veraahnten Verbindung» welche an der Stelle des Schnittes der Verbindungsstelle 10 und des Randes 6 hergestellt wird. Eine Anzahl von VeraahnungsVertiefungen 16 sind in der Verbindungsstelle 10 vorgesehen, ebenso wie sie in den verschiedenen Fingern 14 vorgesehen sind. Das Ergebnis ist, daß zur Zeit der Verbindung eine Vielzahl von durch Schmelzen miteinander verzahnten Verbindungen zwischen der Verbindungsstelle und dem Rand geliefert werden. Diese Verbindungen 18 sind vom eingeschmolzenen Typ,

Fig. 3 stellt eine teilgeschnittene, vergrößerte, perspektivische» Ansicht eines Teiles des in Fig. 1 gezeigten Gitters und deutlicher die Art der verschiedenen durch Schmelzen verzahnten Verbindungen 18 dar, die zwischen den verschiedenen Gitterdrähten 8 und den Fingern 14 gebildet sind. Eei dieser Ausführungsform sind die Befestigungsvertiefungen 16 schwalbenschwanzförmig.

009823/U11

''ISS ORIGINAL

Fig. 4' stellt eine andere Ausführungsform der Erfindung dar und unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten, hauptsächlich hinsichtlich der Anzahl und der Anordnung der Gitterdrähte 8. In der Ausfuhrungsform der Fig. 4 werden in der einen Richtung beträchtlich mehr Gitterdrähte und eine Anzahl von zusätzlichen Gitterdrähten in einer anderen Richtung senkrecht zur Richtung der ersten Gitterdrähte geliefert. Diese Anordnung liefert im allgemeinen ein etwas festeres Gitber. Es sei auch noch darauf hingewiesen, daß der Rand 6 für den größten Teil kleinere Abmessungen als die in Fig. 1 wiedergegebenen besitzt und infolgedessen ist die Notwendigkeit für die zusätzlichen Gitterdrähte 8 offensichtlicher. Ein breiterer Teil 20 des Randes 8 kann vorgesehen werden, um eine gute Schmelzverbindung zwischen der Verbindungsstelle 4 und dem Rand 6 sicherzustellen. Ein anderer Unterschied zwischen den in Fig. 1 und 4 gezeigten Ausführungsformen i3t der, daß die in dem Leiter 4 gebildeten Befestigungsvertiefungen 16 diagonal in einem viel breiteren Bleiband und einen Leiter geformt wurden» der eine geeignet geformte Verbindungsstelle und Ansatz 12 besitzt,und die hieraus vor dem Ausbreiten und Ausrichten der Finger gestanzt wurden.

Fig. 5 stellt eine andere Form der Erfindung der und zeigt in vergrößerter, geschnittener, perspektivischer Ansicht einen Gitterdraht 8. Im Schnitt ist der Gitterdraht 8 mehr länglich als breit und besitzt eine größere Achse a-a und eine kleinere Achse b-b. Bei dieser besonderen Ausfuhrungsform ist der Gitterdraht 8 von im allgemeinen rechteckiger Form. Andere als in den Fig. 6 und 7 gezeigte mehr breit als lang geformte Gitterdrähte, beispielsweise Ellipsen oder dergl. können geoigneterweise verwendet werden. Bei der Bildung der Ver-

- 6 -0098237U11

bundgitter der Erfindung wird es vorgezogen, daß die Gitterdrähte 8 ao orientiert werden, daß die größere Achse a-a senkrecht zu den Fingern 14- (siehe Fig. 6) orientiert ist. Die Vorteile dieser Anordnung werden mehr ins einzelne gehend im folgenden erläutert.

Die Pig. 6 und 7 stellen andere Ausführungsformen der Erfindung dar. In Fig. 6 ist die Verwendung eines Gitterdrahtes 8 gezeigt, der einen im allgemeinen elliptischen Querschnitt besitzt, und bei welchem gleichzeitig zwei Schmelzverbindungen gebildet werden, wobei die erste vom umschmolzenen Typ 18a und die zweite vom eingeschmolzenen Typ 18b iab. Die Fig. 7 zeigt einen elliptisch geformten | Gitterdraht 8 in umschmolzener Anordnung zu einem gerundeten leitenden Finger 14·. .

Obwohl dies in der Zeichnung nicht gezeigt wird, werden am geeignetsten durch Schmelzen miteinander verbundene Verbindungen zwischen den Enden der verschiedenen Finger 14- und dem Gitterrand 6 ausgebildet.

Bei der Herstellung des Verbundgittere wird die nichtleitende, perforierte Platte zu der gewünschten Anordnung geformt. Sie kann geschmolzen oder gestanzt werden. Die perforierte Folie kann einfach aus einer Folie aus Kunststoff beeteben, welche eine Vielzahl von hierin ein- ( gestanzten Löchern besitzt oder wie in der bevorzugten Form besteht sie aus einem Rand und einer Vielzahl von Gitterdrähten, welche einander und den Gitterrand unter Bildung eines rostartigen Aufbaues schneiden. Durch den Ausdruck "rostartig" soll ausgedrückt werden, daß hierdurch Aufbauten eingeschlossen werden, welche rost ähnlich sind und einen Hahmen aus parallelen Stangen oder ein Gitter aus Querstangen umfassen. Vorzugsweise sind die Stangen, die hier auch als "Gitterdrähte" be-

-- 7 -009823/U11

zeichnet werden, mehr breit als lang, so daß sie sowohl eine größere als auch eine kleinere Achse besitzen, wobei die kleinere Achse praktisch parallel zu der Hauptebene des Gitters und die größere Achse praktisch senkrecht zu der Hauptebene des Gitters verlaufen, Indem die größere Achse praktisch senkrecht zu der Hauptebene des Gitters und damit praktisch senkrecht zu dem Leiter verläuft, sind verschiedene Vorteile erreichbar. Während des Schmelzversahnungsschrittes, der im folgenden beschrieben werden wird, sinken die leitenden Finger tief in die Gitterdrähte in der Richtung der größeren Achse mit geringerer Aussicht auf vollständiges Durchschmelzen durch die Drähte ein*

Bei dem Verfahren zur Herstellung der zusammengesetzten Gitter wird der Leiter 4 aus einem Streifen aus Blei gebildet, der eine Anzahl von in einer Oberfläche hiervon ausgebildeten Befestigungevertiefungen besitzt. Der Streifen wird zwischen den Vertiefungen eingeschnitten, um die Vielzahl der Finger su bilden. Ein So&teil des Streifens wird ungeschlitzt gelassen und bildet die Verbindungsstelle der vielen Singer ebenso wie den Aneats für die Platte. Die Finger werden von der Yerbindtmgestell« sue aufgefächert und laufen in so viel· Richtungen wie es notwendig ist, um in angemessener Weise gute elektrische Leitfähigkeit über der Platte zu liefern. Der so aufgefächerte Leiter wird auf den nichtleitenden, rostartigen, schmelzbaren Träger angeordnet, wobei die mit Vertiefungen versehene Seite den Kunststoff berührt· Eine erhitzte Platte wird auf den Leiter «ufg©eetEt und überträgt ihre Wärme auf den Leiter, üachdea der Leiter so aufgeheizt wurde, wird auf die Platte Druck angelegt, der bewirkt, daß die erhitzten Drähte in den schmelzbaren Nichtleiter sinken. Der Nichtleiter schmilzt nur an den

. - . ' - 8 -' . 009823/1411

Schnittstellen des erhitzten Leiters und des Nichtleiters. Die geschmolzenen Teile des Nichtleiters fließen in die Befestigungsvertiefungen und rund um die Drähte. Beim Abkühlen ergibt/ergeben sich an jedem der Schmelzpunkte eine oder mehrere schmelzverzahnte Verschweißung oder Verschweissungen. Unter "Schmelzverzahnung" zwischen zwei Teilen, wie sie hier verwendet wird, ist lediglich eine festhaltende Verbindung zu verstehen, welche von dein Schmelzen und dem Fließen eines der Glieder in oder um das andere Glied herrührt, so daß eine mechanische Verbindung zwischen den beiden ausgebildet wird, sei es vom umschmolzenen oder eingeschmolzenen Typ oder von beiden. Unter einer eingeschmolzenen Verbindung ist eine solche zu verstehen, die durch das Fließen des geschmolzenen Materials in eine Aushöhlung oder dergl. in dem anderen Teil gebildet wurde. Unter einer umschmolzenen Verbindung ist eine solche zu verstehen die durch das Fließen des schmelzbaren Materials rund um das andere Teil gebildet wird»

Bei einem spezifischen Beispiel der Erfindung besteht ein nichtleitender, rostartiger Träger, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, aus mit Talkum gefülltem Polypropylen, in welchem der Talkgehalt von etwa 20 % bis etwa 40 % variieren kann. Das mit 20 % Talk gefüllte Polypropylen-; hat ^einen Erweichungspunkt von etwa 116⁰C (240⁰F), während das mit 40 % Talkum gefüllte Polypropylen einen ISrwei Chungspuiikt von etwa 132⁰C (2?0°F) besitzt. Der Leiter umfaßt eine Bleilegierung, welche einen kleinen Anteil Calcium enthält. Der rostartige Nichtleiter besitzt eine Dicke von etwa 1,5 mm (0,060 inch) längs der größeren Achse des Gitterdrahtes. Der Leiter ist etwa 1,0 mm (0,040 inch) dick. Der Leiter wird auf den Kunststoff gelegt und mit einer Metallplatte vorgeheizt, die sich auf einer Temperatur von

- 9 -0098-23/U 11

etwa 232°G (450⁰F) befindet. Bisse Vorerhitzung dauert etwa 0,5 Sekunden. Anschließend wird ein Druck von etwa 14,1 kg/cm² (200 lbs/inch²) auf die Platte angelegt, um den Leiter in den Kunststoff zu pressen. Mechanische Anhalteeinrichtungen sind vorgesehen um sicherzustellen, daß der Leiter nicht durch den Gitterdraht durchschneidet.

Die Erfindung vmrde anhand bestimmter spezifischer Ausführungsformen und Beispiele beschrieben, ohne sie Jedoch hierdurch einzuschränken.

- Patentansprüche -10 -

009823/1411

Claims

Patentansprüche

Gitte:?pisttBnancrdnung für einen Säure-Blei-Akkumulator, g e k e η η ζ e i c h η e t durch einen Leiter (4) mit einer Vieli.ahl von elektrisch leitenden Fingern (14), welche von einer gemeinsamen Verbindungsstelle (10) auseinanderlaufen, und einen Träger (2), der die Finger trägt und voneinander getrennt hält und der aus einem nichtleitenden, schnelzbaren Material mit einem niedr.ige.ren

pergesleilir ist, jörweiohungspunkt als demjenigen des Leiters /wobei der Leiter und der Träger eine Einheit insgesamt bilden, die eine Vielzahl von Verbindungen (18) besitzt, die durch Schmelzen an den Schnittpunkten der Finger und des Trägers ineinandergreifen.
2. Gitterplattenanordnung nach Anspruch I₁ gekennzeichnet durch einen in Form einer perforierten Folie von gitterartiger Struktur ausgebildeten Trager (2) mit eines Rand (6) und einer Vielsaal Ton Gitterdrähten (β), die den Rand schneiden, wobei die eingegriffenen Verbindungen (-18) an den Schnittstellen der Finger (14) und der Drähte (6) angeordnet Bind.
3. Gitterplattenanordnung nach Anspruch 1 oder 2» gekennzeichnet durch zueätBliche, durch Schmelzen verzahnte Verbindungen an den Schnitteteilen der Finger (14) und des Bandes (6).
4. Gitterplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch zusätzliche, durch Schmelzen verzahnte Verbindungen an den Schnittstellen der Verbindungssteile (10) und des Bandes (6).

- 11 -

009823/1411
5. Gitterplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichne t durch Pinger (14) mit hierin befindlichen, hinterschnittenen Befestigungsvertiefungen (16) und Verbindungen (18), die durch verzahnenden Eingriff des Materials des Trägere (2) mit den Vertiefungen gebildet sind.
6. Gitterplattenanordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch Verbindungen (18), die durch den Eingriff des Materials des Trägers (2) rings um die Finger (14) gebildet sind. .
7. Gitterplattenanordnung nach Anspruch 5? gekennzeichnet durch Gitterdrähte (8), die einen mehr breit als langen Querschnitt besitzen, wobei die größere Achse des mehr breit als langen Querschnittes praktisch senkrecht zu dem Finger (14) an der Verbindung (18) ist.
8. Gitterplattenanordnung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch Gitterdrähte (8), die einen rhombusförmigen Querschnitt besitzen.

9- Verfahren zur Herstellung einer Akkumulatoren-Gitterplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Leiter (4) und der Träger (2) übereinander angeordnet werden, die Leiter dann ausreichend erhitzt werden, um die Erweichung des schmelzbaren, nichtleitenden Materials des Trägers (2) an den Schnittstellen von Leiter und Träger zu bewirken, der Leiter dann in das durch die Wärme erweichte, nichtleitende Material eingedrückt wird, wohei das Material in dem verzahnenden Eingriff mit dem Leiter fließt.

- 12 009823/1411