DE1963815A1 - Verfahren zum Herstellen von Speicherbatterien - Google Patents

Description

DR. MÜLLEk-ΒΟΚέ DlPU-ING. GRALFS DIPL-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL 1963815

PATENTANWÄLTE

i8.Dez.

G 2039

General Motors Corporation Detroit, Michigan, USA

Verfahren zum Herstellen von Speicherbatterien

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden einer flüssigkeitsdichten elektrischen Verbindung durch wenigstens eine Öffnung in einer Wandung eines Speicherbatteriegehäuses, wobei zwei elektrisch leitfähige Elemente einander gegenüber zu beiden Seiten diespr Öffnung und einander überlagernd angeordnet sind.

Durch die Trennwand gehende Verbindungen sind seit mehreren Jahren als Mittel zur Verminderung des ohmschen Spannungeabfalles bzw. des Abfalles, des Innenwiderstandes innerhalb der Batterie und zur Verminderung in den Materialkosten (z.B. Blei) verwendet worden. Von den vielen Vorschlägen sind kommerziell bisher nur drei überhaupt ausgeführt worden. Diese sind beschrieben in den US-Patentschriften GDoyle et a3) 2 942 055, (Miller) 3 336 164 und (Sabatino et al) 3 313 658. Nach den beiden ersten Patentschriften wird mechanisch ein Verbindungselement aufgebaut, welches eich durch die Öffnung in der !Trennwand erstreckt. Ifach der ersten Patentschrift ist dieses Element ein diskreter Steck- odtr Verbindungsstift, der in Pichtverbindung mit der Öffnung hergestellt und an

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MAUNSCHWEIO, am ioroeipaik ·, m. (omd iuv I MÖNCHEN 2^ ioiiit kochstiassi i,>ii. _(Nii) μ« μ TELEX 522050 MIPAT

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Plattenband- oder Flattenstegfahnen anschließend angeechmolaen ist. Nach der oben zweitgenannten Patentschrift 1st das Verbindungselement ein integral mit einem der Flattenstegfahnen ausgebildeter Männchen-Vorsprung, der durch die Öffnung sich erstreckt und mit einem Weibchen-Element zusammenpaßt, welches in der Plattenbandfahne der nächstbenachbarten Zellengruppe ausgebildet ist. Das Männchen-Element ist mechanisch in sperrdichten Singriff mit dem Männchen-Element und der Trennwand gestaucht oder hergestellt. Die US-Patentschrift 3 313 656 bezieht sich auf eine durchgehende nach einem elektrischen Widerstandeschweißverfahren hergestellt· Verbindung, wobei der diskrete oder integrale Verbindungsvorsprung durch Widerstandsschweißen entweder gegen die Dichtungsflächen der Plattenstegfahnen oder einen anderen Vorsprung angeschmolzen ist. Nach der letzteren Ausführungeform sind Verbindungsvorsprünge auf sich gegenüberstehenden Flattens tegf ahnen ausgebildet und in Kontakt miteinander innerhalb der Öffnung wälrend der Zeit positioniert, zu der Zellengruppen in ihre jeweiligen Zellen eingesetzt sind. Druck wird auf die Fahnen ausgeübt und ein Strom wird veranlaßt, durch die Verbindungsvorsprung· zu fließen. Werden die Verbindungsvorsprünge weich und schmelzend, so bewegen sich die Fahnen zusammen in Dichtungeeingriff mit der Trennwand. Gleichzeitig werden die erweichten Verbindungsvorsprünge verformt und füllen di,e Öffnung·

Nach dem Verfahren nach der US-Patentschrift 2 94-2 055 läßt sich leicht eine Fertigungsstraße großen Volumens aufbauen, es sind jedoch verschiedene unterschiedlich· Arbeitaachritte sowie komplizierte Vorrichtungen erforderlich, um diese Schritte auszuführen.

Erfindungsgemäß soll demgegenüber ein äußerst einfaches Ver- ^: fahren zur.Herstellung zuverlässiger Verbindungen geschaffen werden, wobei nicht nur weniger Arbeitsechritte als nach der

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US-Patentschrift 2 94-2 055 erforderlich sind, sondern auch einfachere Montage- und Fertigungseinrichtungen sich verwenden lassen.

Es soll also erfindungsgemäß ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Bildung von Zwischenzellenverb 1 ndungen vorgeschlagen werden, welches sich für die Hochgeachwindigkeitsserienfertigung eignet. Bei diesem Verfahren soll vor allem das gesonderte Gießen und die anschließend· Handhabung des Zwischenzellenanpafikörpers oder Bohrstückes, wie es zur Zeit bei der Fertigung verwendet wird, eliminiert werden.

Nach den zweit- und drittgenannten Patentschriften werden auch im Handel brauchbare Verbindungen geschaffen. Jedoch neigen die vorgeformten Verb1nflnngsvorsprünge dazu, auf der Trennwand zu dem Zeitpunkt "abzuhängen", wenn die Plattengruppen in ihren jeweiligen Zellen zusammen angeordnet werden. Bei Fertigungsstraßen verhältnismäßig niedrigen Volumens kann mehr Zeit verloren gehen und außerdem muß Sorgfalt bsi der Handhabung ausgeübt werden} auch müssen dl« Jeweiligen Zellengruppen genauer eingesetzt und ausgerichtet werden· Bei Fertigungsstraßen hohen Volumens iat die Bildung vorgeformter Vorsprünge unerwünscht· Durch unrichtig·· linsetsen der Zellengruppen in ihre jeweiligen Seilen und Kicht-Ausrichtung oder Falsch-Ausrichtung der vorgeformten Vorsprung· bezüglich, der Öffnung oder de· zugehörigen Vorspränge oder Oeftßes steigt der Ausschuß·

Diese Hachteile werden erfindungsgemaß bei einem Verfahren zum Formen einer flüssigkeitadichten, elektrischen Verbindung durch wenigsten· ein· Öffnung in einer wandung eine· ßpeicherbatteriegehäuse·, wobei dl· beiden elektrisch leitfahigen Elemente einander gegenüber zu beiden Seiten dieser Öffnung

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angeordnet sind und einander überlagern, dadurch überwunden, daß diese Elemente und diese Wandung dicht gegeneinander verspannt werden, zunächst ein erster Teil wenigstens «ines dieser Elemente in diese Öffnung extrudiert wird, bis er in Eontakt mit einem zweiten Teil dieses anderen Elementes kommt, daß ein elektrischer Strom durch diese (Feile geleitet wird, um diese Teile am Ort ihres Kontaktes miteinander zu verschmelzen, dieser erste Teil weiter extrudiert wird und diese ersten und zweiten Teile miteinander verschmolzen werden, bis dieser erste Teil diese Öffnung füllt und in Dichtverbindung mit dieser Öffnung steht, daß der elektrische Stromfluß durch diese Teile unterbrochen wird und diese Teile abgekühlt werden, derart, daß dieser Teil in Dichteingriff mit dieser Öffnung gehalten wird.

Indem erfindungsgemäß der Vorsprung in-situ extrudiert wird, passiert es nicht mehr, daß die Plattengruppen während des Einführens in das Gehäuse "abhängen", was bei vorgeformten Vorsprüngen auftreten würde. Weiterhin ersetzt der extrudierte Vorsprung den Anpaßkörper oder das Rohretück beim bekannten Verfahren und aie hiermit -in Verbindung stehenden Verarbeitungskosten werden wesentlich gesenkt. Die extrudierte Zuleitung bzw. das extrudierte Blei strömt in die Öffnung. Selbst wenn eine gewisse Falsch-Ausrichtung der Extruder-Köpfe und damit der Ausrichtung der Plattengruppen und der Auerichtung von Öffnung-Vorsprung vorhanden ist, so ist dies im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren nicht von nachteiligem Einfluß.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also Handarbeit eingespart, eine höchst zuverlässige abgedichtete Zwischenzellenverbindung geschaffen, wobei es nicht so sehr auf Jertigungstoleranzen wie bei bekannten Verfahren ankommt.

Das DeIcο-Remy-Verfehren erfordert keine vorgeformten Vor-

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sprimge, extrudiert vielmehr die Voraprünge in das Loch kurz vor der Verschmelzung. Sa erfindungsgemäß keine vorgeformten Vorsprünge auf den Fahnen vorhanden sind, tritt das Problem eines "Abhängens" oder einer Falsch-Ausrichtung nicht auf. Ss ist auch, da keine vorgeformten Vorsprünge vorhanden Bind, nicht die Notwendigkeit eines "losen Sitzes" der Zellengruppen innerhalb der Zellen gegeben, um die Ausrichtbewegung der Gruppen wahrend ihrer Positionierung zu kompensieren.

Normalerweise erfordert das Gießen der Plattenstegfahnen mit integral vorgeformten Vorsprüngen die Verwendung komplizierterer Formsysteme als Jür Plattenstegfahnen ohne solche Verbindungsvorspränge, wie sie erfindungsgemäß benutzt werden, erforderlich ist. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Formung durch die Trennwand gehender Verbindung bei Fertigungsstraßen hohen Volumene ganz besonders brauchbar. Insbesondere brauchbar in Verbindung mit der Formung durch die Trennwand gehender Verbindungen ist die Erfindung bei dünnwandigen Batteriegehäusen aus Kunststoff oder Hartgummi, τ/ο die Kompresaionsfestigkeit des die Öffnung umgebenden Materials eine brauchbare Spritzform bildet.

Die Erfindung bezieht sich also auf elektrische Speicherbatterien, bei denen die Zellengruppen miteinander durch eine öffnung in einer Trennwand verbunden sind, die die jeweiligen Zellen in einem Batteriegehäuse trennt. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem verbesserten Verfahren zur elektrischen Verschmelzung und zum Formen solcher Verbindungsteile unter Verwendung eines Sprits- und WiderstandsschmeIz-Verfahrens. Das verbesserte Verfahren ist zuverlässiger und insbesondere brauchbar für Fertigungsstraßen hohen Volumens.

Geschaffen wird durch die Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Formen einer durch die Trennwand führenden Verbindung in

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einer Batterie nach einem Spritz-Schmelzverfahren, welches den die Verbindung formenden Schritt vereinfacht und zu hochverläßlichen Verbindungen unter Bedingungen einer Fertigung mit hohem Volumen führt.

Die Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Fig. 1 eine teilgeschnittene Vorderansicht

einer Batterie nach der Erfindung iet;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Batterie

trennwand, wobei die Flattenstegfahnen gegen diese zu beiden Selten einer durchgehenden Öffnung nach einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gepreßt werden;

Fig. 5 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1,

zeigt jedoch einen zweiten Schritt nach dem Verfahren, bei dem die Plattenstegfahnen mit Teilen in die Öffnung extrudiert worden sind und sich dort treffen}

Fig. 4 ist eine Darstellung ahnlich Fig. 2

und zeigt einen dritten Verfahrensechritt, wobei die extrudierten Teil« zusammen verschmolzen und weiter zum Füllen der Öffnung extrudiert sind}

Fig. 5 und 6 sind Schnittdarstellungen duroh

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andere Ausfiihrungsformen von 7er* bindungen, die eich erfindungsgemäß herstellen lassen.

Die erfindungsgeinäße Spritz-Schmelztechnik wird angewendet, um eine durch die Trennwand gehende Wideretandsehweißverbindung bei elektrischen Speicherbatterien, insbesondere Blei» Säureepeicherbatterien zu erzeugen. Das Verfahren umfaßt die Grundstufen, die darin bestehen, (1) zu pressen, (2) zu extrudieren, (3) zu schmelzen-extrudieren, (4) au halten und (5) freizugeben. Batterieplattenstege aus Blei oder einer Legierung auf Bleibasie sind mit stehenden Fahnen oder Ansätzen versehen, die einende:·? gegenüber zu beiden Seiten einer Öffnung in einer Batteriezellunterteilung ausgerichtet sind. Ein Saar sich gegenüberstehender Niederhaltehülsen klemmen die Fahnen in Dieiitungseingriff mit dem (Dell der Trennwand, der die Öffnung umgibt. Ein Paar von Extruder-Elektroden gleiten acheial innerhalb der Hülsen und extrudieren unter Druckeinvrirkung Teile jeder Fahne gegeneinander, bis sie sich innerhalb der Öffnung treffen und eine weitere Extrudierung bzw. ein weiteres Spritzen aufhört. Man läßt einen Strom zwischen den Elektroden und durch die Spritzteile fließen. Die erzeugte Wärme sorgt für ein Schmelzen der Grenzfläche zwischen den beiden Spritzteilen und ein Erweichen des Metals um diese. Nach dem Erweichen des Ketale und unter dem gleichen ausgeübten Druck findet ein weiteres Spritzen des Metals statt, bis die Spritzteile die Öffnung füllen und in flüseigkeitsdichtem Dichteingriff mit der die Öffnung bildenden Wandung stehen und miteinander verschmolzen werden. Nur eine Fahne braucht einen extrudierten Teil aufzuweisen; es hat sich jedoch herausgestellt, daß Spritzteile auf beiden Fahnen durchgehend dichtere Verbindungen erzeugen. Dex* Strom wird schließlich abgeschaltet, das Verbindungselement kann abkühlen.

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In den Zeichnungen elnd gleiche Bezugazeichen für gleiche Teile verwendet. Pig. 1 zeigt eine Batterie 1 mit einer Anzahl von Zellen- oder Elementengruppen 2 hierin. Die Zellengruppen 2 sind elektrisch in Reihe mittels der durch die Trennwand gehenden Verbindung 3 geschaltet, die die positiven Platten einer Gruppe mit den negativen Platten der benachbarten Gruppe verbindet. Beim Verfahren aur Herstellung der Batterie 1 sind die Einzelplätzen und Separatoren in Zellengruppen 2 gestapelt und Plattenetege oder -bänder sind hieran in üblicher Weiße und so befestigt, daß jede Zellengruppe hernach wirksam als einheitliche Fackung gehandhabt werden kann. Die einheitliche Zellengruppe wird in eine Zelle der Batterie 1 eingesetzt und die Bildung der durch die Trennwand führenden Verbindung "beginnt.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen im wesentlichen drei Grundstufen des Verfahrene zum Formen der Verbindungen. Fig. 2 zeigt die erste Stufe des Verfahrene, die beginnt, nachdem die Zellengruppen 2 in ihre jeweiligen Zellen eingesetzt sind. Eine Trennwand 4 trennt eine Zelle von der nächsten und weist eine Öffnung 14 hierin auf. Plattenstege 8 für die jeweiligen Zellengruppen sind bereits an positive und negative Gitterfahnen 10 bzw. 12 der Zellengruppen befestigt worden. Die Plattenstege β haben stehende Fahnenteile 6, die gegenüber einander zu beiden Seiten der Öffnung 14- positioniert sind, wenn die Zellengruppen 2 in der Batterie eingesetzt sind. Zu Beginn des Verfahrene zum Formen der durch die Trennwand gehenden Verbindung erfaßt ein Paar sich gegenüberstehender Viederhaltebüchsen 16 die stehenden fahnen 6 und prelt «ie susi in Dichteingriff mit der Trennwand 4-. Hoch während der Pressung in Dichtungeeingriff mit der Trennwand 4 und, wie in FJ-β· 3 gezeigt, gleiten die sich gegenüberstehenden Srtruder-Elektroden 18 unter dem Einfluß eines konstant ausgeübten Druckes koachslal durch die Niederhaltebüchsen 16 und extru-

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dieren Teile 20a und 20b der Fahnen 6 in die Öffnung 14-· Diese Teile oder Spritzttil· 20a und 20b kommen innerhalb der Öffnung zusammen und ein weitere· Extrudieren hört dann auf» Man läßt dann elektrischen Strom zwischen den Elektroden 18 und durch die Spritzteile 20a und 20b fließen, wodurch zunächst ein Schmelzen und Verschmelzen der Spritsteile 20a und 20b an ihrer Eontaktstelle hervorgerufen wird. Vie in Fig. 4 dargestellt, erweicht die erzeugte Wärme die Spritzteile 20a und 20b und sorgt dafür, daß die Extruder-Elektroden 18, die noch unter dem Einfluß des gleichen konstanten Druckes sich befinden, weiter mehr Material in die Öffnung extrudieren oder spritzen. Das zusätzliche Material schmilzt und die Verbindung 20 ist so geformt. Nach der bevorzugten Aueführungsform haben die Extruder-Elektroden 18 mechanische, nicht dargestellte Anschläge hierauf, die sicherstellen, daß sie nicht zu viel von den in der warme erweichten Spritsteilen 20a und 20b extrudieren} auch wird ein Aus- oder Herumspritzen des schmelzflüssigen fahnenmaterials aus der Öffnung 14 ausgeschlossen. Greift man jedoch allein auf den hydraulischen Druckaufbau in der öffnung zurück, so kann das Verfahren ohne die Verwendung von Anschlägen durchgeführt werden. Haben die Anschläge die Öffnung 14 erreicht und gefüllt, so wird der Strom abgeschaltet und ••..wird der Verbindung 20 ermöglicht, momentan abzukühlen, während sie sich noch unter dem Einfluß des auf die Elektruder-Slektroden 18 und die liederhaltebücheen 16 ausgeübten Druckes befindet. Hat sieh ein· Abkühlung, die ausreicht, vollzogen, um die festigkeit des Verbindungsteile sicherzustellen, so werden die Extruder-Elektroden 18 und die Büchsen 16 entfernt und die Batterie zur nächsten Station zur weiteren Verarbeitung bewegt,

Pig· 5 zeigt eine weitere Aueführungeform de· ·τίindungsgemäßen Verfahrens, !fach dieser Aueführungsform fallen Plattensteg und fahne fort und eine Anzahl einzelner Gitterfahnen

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10 und 12 werden aneinander gebunden, in die Öffnung extrudiert und in der oben beechriebenen Weise gegeneinander verschmolzen.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausfuhrungeform der Erfindung. Nach dieser Aus führung* form ist ein zusätzlicher Dichtungsring 22 in der Fahne 6 vorgesehen. Ein Sitz 24- für den Ring ist in der Trennwand 4 vorgesehen. Der Dichtungsring 22 und der Sitz 24 hierfür können zusammen während der Extruder- oder Spritzstufe unter Verwendung eines geeignet gestalteten Werkzeuge· (beispielsweise einer Extruder-Elektrode oder einer Niederhaltebüchse) geformt werden. Alternativ kann der Sitz zunächst in der Trennwand ausgebildet werden, wenn die Öffnung hierein gestanzt wird. Der Dichtungsring 22 kann dann entweder in der Fahne 6 zum Zeltpunkt des Vergießen« vorgeformt sein oder in. den vorgeformten Sitz zu der Zeit der Bildung der Verbindung durch die Trennwand extrudiert werden - wobei letzteres bevorzugt wird, da einfachere Flattenstegformen erforderlich sind und ein "Abhängen" sowie Ausrichtungeprobleme ausgeschlossen werden, die leicht auftreten, wenn Vorsprünge auf den Fahnen vorgesehen sind.

Nach einer besonderen Anwendungsform des erfindungsgemäß« Verfahrens besteht die Zellentrennwand 4 aus dem Homopolymerisat Polypropylen oder vorzugsweise einem Propylen-Athylen-ilisohpolymerisat, welches eine erhöhte Sehlagfestigkeit aufweist. Die Trennwand hat eine Dicke von, 0,19 cm (0.075"). Die Öffnung 14 hat einen Durohmeteer von 1,1 ca (0.4-33*) und ist durch die Trennwand gestanzt. Dl· Plattenategfahnen 6 sind 0,74 am dick (0,29") und bestehen aus einer Metallegierung mit 96,5 % Blei, 0,5 % Arsen und 5,0 % Antimon. Die Niederhaltebüchsen 16 haben Innendurchmesser von 1,03 om (0.4-06"), der Beaufschlagungsdruok beim Pressen der Fahnen

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gegen die !Trennwand liegt bei etwa 250 lbs. Extruder-Elektroden 18 haben einen Aussendurchmesser von 0,833 cm .(0.328")j sie werden veranlasst, die Fahnen unter einem aufgewendeten Druck von 1200 lbs. zu extrudieren oder spritzen. Bei diesem Druck erfordert die anfängliche ^Spritzstufe bis zur Vervollständigung etwa 2 Sekunden. Venn dieser Druck noch aufrecht erhalten wird, so sorgt man dafür, dass etwa 5.500 bis 6.000 amp. durch die Spritzteile etwa 1/6 Sekunde lang und bei einer Spannung etwa zwischen 8,0 V bis 9,0 V fHessen. Nachdem die Spritz- oder Extruderteile geschmolzen sind, wird die ■Anordnung etwa eine halbe Sekunde lang gehalten, damit die Verbindung ausreichend sich verfestigt, um eine Aufrechterhaltung der so geformten Dichtung und elektrischen Verbindung sicherzustellen.

Patentansprüche: - 12 -

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Claims (1)

1. I »Wit

   - 12 Pa tentansprüche :

   y Verfahren zum Formen einer flüssigkeitsdichten, elektrischen Verbindung durch wenigstens eine Öffnung in einer Wandung eines Speichbatteriegehäuses, in der zwei elektrisch leitfähige Elemente einander gegenüber und zu beiden Seiten dieser öffnung angeordnet sind und diese öffnung überlagern, dadurch gekennzeichnet, daß diese Elemente (6) und diese Wand (4-) eng gegeneinander verklemmt oder verspannt werden, zunächst ein Teil (20a) wenigstens eines der Element· in diese öffnung extrudiert bzw. gespritzt wird, bis er in Eontakt mit einem zweiten Teil (20b) des anderes Elementes kommt, und daß ein elektrischer Strom durch diese Teile geleitet wird, um diese Teile am Ort ihres Kontaktes miteinander zu verschmelzen, und daß weiterhin dieser erste Teil extrudiert oder gespritzt wird und diese ersten und zweiten Teile miteinander verschmolzen werden, bis dieser erste Teil diese öffnung (14·) füllt und in Dichtungseingriff mit dieser öffnung steht, wonach das Fließen des elektrischen Stroms durch diese Teile unterbrochen wird und diese Teile abgekühlt werden, um diesen Teil in Dichtungseingriff mit dieser öffnung zu halten,

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtungaringsitz zu beiden Seiten der diese öffnung umschreibenden Trennwand vorgesehen ist, und daß ein Dichtungsring auf dieser Fahne geformt wird, und dieser Ring in diese öffnung gesetzt wird, bevor ein Teil jeder der Fahnen in diese öffnung extrudiert oder gespritzt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß daß dieser Dichtungsring und dieser Dichtungsringsitz gleichzeitig oder zusammen auf jeder der Fahnen bzw. in dieser Trennwand geformt werden.

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