DE2253894A1

DE2253894A1 - Akkumulatorgehaeuse und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2253894A1
Application number: DE2253894A
Authority: DE
Inventors: Paul John Buckethal
Original assignee: Globe Union Inc
Current assignee: Globe Union Inc
Priority date: 1971-12-09
Filing date: 1972-11-03
Publication date: 1973-06-14
Also published as: SE397153B; AU4769272A; ES409010A1; JPS4864441A; AR200991A1; GB1418643A; AU467482B2; FR2162510B1; ZA727249B; US3816181A; BE792536A; CA975051A; IT971447B; JPS5621220B2; BR7208626D0; FR2162510A1; SE7600784L

Description

Patentanwalt Patentanwälte

Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. ier. nat. Woli-Dleter Henke!

D-757 Baden-Baden Balg Dip 1,-1 ng, Ralf M. Kern

IL . Dr.-rer. nat. Lothar Feller

Telagr.-Adr.:E!llptoldBadM4edMl D"8 Μϋη<ΛθΠ 90

Eduard-Sdimld-Str. 2 Γ Π Tel.: (0611* 663197

Globe-Union Inc.

Milwaukee, Wise.,, V.St.A. 2253894

3. NOV. 1972 L j

Akkumulatorgehäuse und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft Akkumulatoren bzw. Sammler und deren Gehäuse sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Sammlergehause.

Früher wurden Sammlergehäuse, insbesondere für die Sammler von Kraftfahrzeugen, aus Kautschuk oder Kautschukverbindungen hergestellt und besessen vergleichsweise dicke Wände von üblicherweise etwa 6,35 mm, die praktisch so gut wie steif waren. Dabei sind die Ausdrücke "steif" und "biegsam" relativ zu verstehen. Im vorliegenden Fall soll sich der Ausdruck "biegsam" oder auch "flexibel" auf ein Sammlergehäuse beziehen, dessen Wände so weit biegsam sind, dass die einander benachbarten Wände unter Fingerdruck derart verformt werden können, dass sie sich ohne Bruch berühren oder praktisch berühren, und das Gewicht der im Sammler enthaltenen Bauteile oder des Elektrolyten ausreicht, eine messbare Durchbiegung dieser Wände zu bewirken. Bei den herkömmlichen Sammlern mit Gehäusen aus Kautschuk oder Kautschukverbindungen waren die Gehäuse steif und ausserdem ziemlich spröde; d.h. wenn das Gehäuse oder der Sammler herunterfiel, brachen die Wände mit grosser Wahrscheinlichkeit, anstatt nachzugeben.

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Eine grundlegende Änderung trat auf dem Qeblet der Kraftfahrzeug-Akkumulatoren bzw. -Sammler mit der Einführung der dünnwandigen Polypropylen-Sammlergehäuae ein, wie sie in der U3-P3 3 388 007 beschrieben sind. Der mit dem dünnwandigen Polypropylengehäuse gemäss dieser Patentschrift hergestellte Sammler besitzt gegenüber den bis dahin bekannten Kraftfahrzeug-Sammlern Uberrasohend unterschiedliche Eigenschaften und Parameter, Diese Sammler werden nach anerkannten Industrie-Fertigungsnormen mit standardisierten, d.h. genormten Aussenabmessungen hergestellt. Wegen der gleichmässlg dünnwandigen Konstruktion des Polypropylengehäuses sind insbesondere die Innenräume des 3ammlerE wesentlich grosser, als diea bisher für möglich gehalten wurde. Dies ermöglicht den Einbau von mehr und grösseren 3ammlerelementen und das Einfüllen einer grüsseren Elektrolytmenge, woraus sich besseres Kaltstartverhalten, erhöhte Qesamtkapazität und verbesserte sonstige Eigenschaften des 3ammlers ergeben.

Durch Wahl eines Polyolefins, wie Polypropylen, dessen physikalische Parameter sich den in der genannten Patentschrift angegebenen annähern, ist es ausserdem möglich, einen Sammler mit Qehäusewänden von etwa 2,5 mm Dicke oder weniger herzustellen, wobei diese Wände gleichzeitig hohe Biegsamkeit, Zugfestigkeit, Dichte und niedrige Porosität besitzen, so dass Gewähr für einen Kraftfahrzeug-Sammler genormter Abmessungen mit verbeaaer· ten elektrischen Eigenschaften gegeben ist, der ausserdem fester und weniger empfindlich gegenüber Schlag- oder Aufprallbruoh ist als die bisher bekannten Sammler. Diese dünnwandigen Polypropylensammler werden derzeit in sehr gros3en Stückzahlen verkauftJ sie haben sioh in den letzten fünf oder mehr Jahren bewährt und wurden in zunehmendem Mass vom Verbraucher akzeptiert, so dass sie einen sohneil zunehmenden Marktanteil erreichten.

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Obgleich die dünnwandigen Polypropylen-Sammler einen revolutionären Durchbruch auf dem Gebiet der Sammler für Kraftfahrzeuge bedeuteten und die früheren Sammler mit steifen Gehäusen aus Kautschuk, Kautschukverbindungen, Polystyrol oder dergleichen praktisch verdrängten, ergaben sich bei der Konstruktion und Fertigung dieser Sammler und ihrer Gehäuse gewisse Probleme.

Einmal werden nämlich wegen der Art der verwendeten Polyolefin-Werkstoffe beim und nach dem Giessen gewisse Spannungen und davon herrührende Beanspruchungen im dünnwandigen Sammlergehäuse hervorgerufen. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass wegen der Art der Polyolefin-Werkstoffe eine gewisse Schrumpfung an den Ecken des dünnwandigen Polypropylen-Gehäuses auftritt, so dass sich die Stirnwände des Sammlers nach innen biegen oder wölben, wenn sich die Ecken, die praktisch rechtwinkelig geformt werden, beim Abkühlen auf einen Winkel von weniger als 90° verschieben. Diese Verformung bzw. Einwärtswölbung beeinträchtigt das Aussehen und erschwert zudem die folgenden Montagevorgänge. Eine entsprechende Tendenz zu einer Elnwärtswölbung besteht zwar auch an den Seitenwänden, doch werden diese im allgemeinen durch die Trennwände abgestützt, so dass die Wölbung weniger stark und weniger betont auftritt.

Obgleich die dünnwandigen Polypropylen-Sammler erheblich verbesserte Gesamt-Pestigkeitseigenschaften zeigen, besitzen sie dennoch eine gewisse relative Schwäche, wenn sie einem Schlag bzw. Aufprall an den Ecken unterworfen werden.

Es wurden bereits zahlreiche Lösungen der genannten Probleme und Beanstandungen angestrebt. Dabei hat es sich gezeigt, dass durch unmittelbar auf das Giessen folgendes Einsetzen von Ab-Gtandπtueken oder Keilen in das Gehäuse, wodurch die Stirnwände nach aussen gedrückt werden, die Verformung der Stirn-

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.... . ,-. BADORlGiNAL

wände und das Schrumpfen an den Ecken auf ein Mlndestmass herabgesetzt werden kann und praktisch gerade Stirnwände gewährleistet werden können. Hierdurch werden aber die Festigkeit oder die Schlageigenschaften der Ecken nicht wahrnehmbar verändert. Ausserdem erhöht diese Massnahme die Fertigungszeit und -kosten.

Eine andere Lösung, die sich als teilweise erfolgreich erwiesen hat» besteht darin, an die Ecken eine mechanische Spannung anzulegen, nachdem das Gehäuse gegossen und abgekühlt wurde. Durch Schlagausübung gegen die AussenfIache der Ecke, während die Wände von innen her unmittelbar neben der Ecke starr festgehalten werden, 1st es somit möglich, die Ecke unter Spannung zu setzen und ein Teil der Gusspannungen aufzuheben, so dass die Stirnwände in wahrnehmbarem Ausmass begradigt werden.

Obgleich diese Nachbehandlung nach dem Glessen keinen feststellbaren Einfluss auf die Festigkeit bzw. Schlagbeständigkeit der Ecken hat, ist die Spannung anhand einer Veränderung des Aussehen des Polyolefins erkennbar, was von manchen Verbrauchern als nachteilig angesehen wird.

Eine andere Teillösung der vorgenannten Probleme besteht in der Verwendung von Montageschablonen und -vorrichtungen, die beim Anbringen des Deckels am Gehäuse mittels Unterdrucks oder anderweitig an den Stirnwänden angreifen. Dabei können die Stirnwände zwecks besserer Ausfluchtung auf den Deckel nach aussen gezogen werden. Sobald Deckel und Gehäuse zusammengesetzt und aneinander befestigt sind, werden die freien Kanten der Stirnwände durch den Deckel in praktisch gerader, rechtwinkeliger Lage gehalten. Durch diese Massnahmen werden die vorgenannten Probleme aber nur zum Teil gelöst; ausserdem stellt dies ein zusätzliches und ziemlich aufwendiges Fertigungsverfahren dar.

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Der Erfindung liegt mithin in erster Linie die Aufgabe zugrunde,einen verbesserten Kraftfahrzeug-Akkumulator bzw, -Sammler mit genormten Aussenabmessungen und dünnen Wänden aus Polyolefin zu schaffen, der die aufgeführten Nachteile nicht aufweist und insbesondere besser aussieht, eine verbesserte Schlagfestigkeit aufweist und zu niedrigeren Kosten infolge vereinfachter und verbesserter Fert längsverfahren und -techniken herstellbar ist.

Ein Akkumulator- bzw. Sammler-Gehäuse aus einem Polyolefin und mit einem Boden sowie Seiten- und Stirnwänden, wobei die Seiten- und Stirnwände vom Boden aufwärts abgehen und längs benachbarter Kanten miteinander verbunden sind, so dass sie Ecken bilden und einen im wesentlichen rechteckigen Hohlraum festlegen, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten- und Stirnwände vorbestimmte Dicke besitzen und die Ecken über einen beträchtlichen Teil ihrer Länge hinweg wesentlich geringere Dicke besitzen als die Seiten- und Stirnwände.

Mit der Erfindung wurde also ein neuartiger Kraftfahrzeug-Sammler mit neuartigem, dünnwandigem Polyolefin-Gehäuse sowie ein neuartiges Verfahren geschaffen, welches die Fertigung von Sammlern und Sammlergehäusen unter Gewährleistung verbesserter Festigkeits- und Schlagfestigkeitseigenschaften, vereinfachten Zusammenbaus und verbessertem Aussehen ermöglicht. Insbesondere wird das dünnwandige Polyolefin-Sammlergehäuse, einschliesslich seines Bodens, seiner Seiten-, Stirn- und Trennwände, erfindungsgemäss mit Seiten- und Stirnwände miteinander verbindenden Ecken versehen, die wesentlich dünner sind als die benachbarten Abschnitte der Seitenwände oder der,Stirnwände. Es hat sich dabei gezeigt, dass durch Verringerung der Dicke der Ecken über einen erheblichen Teil ihrer Länge hinweg die beim Giessen erzeugten Innenspannungen teilweise, aufgehoben

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werden und die Stirnwände nach dem Giessen und Abkühlen gerade oder praktisch gerade bleiben.

Ausserdem hat es sich überraschend herausgestellt* dass die Verringerung der Dicke der Ecken des dünnwandigen Polyolefingehäuses keinen messbaren Verlust an Festigkeit oder Schlagfestigkeit hervorruft. Im Gegenteil: Versuche haben gezeigt, dass die dünnwandigen Ecken tatsächlich die Schlageigenschaften begünstigen und die gesamten physikalischen Eigenschaften des Sammlers verbessern. '

Es hat sich auch gezeigt, dass durch Steuerung bestimmter Arbeitsbedingungen optimale Ergebnisse bei der Fertigung des dünnwandigen Sammlergehäuses mit dünnwandigen Ecken erzielt werden, so dass sich verbesserte Schlageigenschaften und verbesserte Wandkonfigurationen ergeben. Wenn nämlich die Formen und Formkerne in aufeinander abgestimmtem Verhältnis betätigt werden und die Temperatur der Formen und Formkerne während des Formens und Abkühlens sorgfältig geregelt wird, wird eine optimale Linearität der Stirnwände erreicht.

Mit der Erfindung wurde somit ein verbesserter dünnwandiger Sammler aus Polyolefin geschaffen, der einen Gehäuseboden sowie Selten- und Stirnwände aufweist, bei denen die die Seiten- und Stirnwände miteinander verbindenden Ecken verringerte Dicke besitzen, wodurch die Schlagfestigkeit, die Zusanimenbautechniken und das Aussehen des Sammlers verbessert werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen lotrechten Schnitt durch einen sechs Zellen aufweisenden 12 V-Sammler nach der Erfindung,

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Fig· 2 eine Aufsicht auf das einen Teil des Sammlers gemäss Flg. I bildende Saaalergehäuse,

Fig. 3 einen in vergrössertee Masstab gehaltenen Teilschnitt durch eine Ecke des Gehäuses gemäes Fig. ß,

Fig. k eine Teilansicht einer Stirnwand und Abschnitte der anschllessenden Seitenwinde bei einen herkömmlichen Samnlergehäuse«

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Fig. 5 eine Teilschnittansicht der Verbindung zwischen der Stirnwand und dem Deckel beim Sammler gemäss Fig. 1,

Fig. 6 einen schematischen Teilschnitt durch eine Giessvorrichtung zur Herstellung eines Sammlergehäuses nach dem erfindungsgemässen Verfahren und

Fig. 7 einen in vergrössertem Masstab gehaltenen Teilschnitt durch eine abgewandelte Eckenkonstruktion nach der Erfindung.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kraftfahrzeug-Akkumulator bzw. -Sammler 10 weist ein Gehäuse 12 mit sechs Zellenkammern 14 auf, die jeweils eine elektrische Element^janordnung 16 enthalten und die sämtlich durch einen mit dem Gehäuse zusammenwirkenden Deckel 18 verschlossen und mit ihm verschweisst sind. Obgleich die elektrischen Elemente 16 nur schematisch angedeutet sind, enthält jede Zelle ersichtlicherweise eine Anzahl von zusammengesetzten positiven und negativen Platten 20, die an zwei Traglaschen 22 aufgehängt sind, welche die elektrischen Anschlüsse bzw. Zellenverbinder für die betreffende Zelle bilden. Bei den beiden endseitigen Zellen ist je eine der Laschen 22 mit einem Pluszapfen 24 bzw. einem Minuszapfen 26 verbunden. Die andere Lasche ist mittels einer Polbrücke 28 über eine entsprechende, in der anschliessenden Zelle vorhandene Polbrücke 28 mit dieser nächsten Zelle verbunden. Die mittleren Zellen sind auf ähnliche Weise mittels Polbrücken 28 miteinander verbunden.

Bei der Herstellung von Akkumulatoren und insbesondere von Kraftfahrzeug-Sammlern ist es wesentlich, dass jede Zellenkammer 14 von den benachbarten Zellenkammern getrennt ist, um elektrische Streuströme zwischen den Zellenkammern zu verhindern. Vor der Einführung des dünnwandigen Polypropylen-Sammlers wurden die freien Oberkanten des Gehäuses entweder mittels einer grossen Menge einer plastischen Saiumlermasse oder

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mittels eines Epoxyklebers oder eines ähnlichen Klebmittels an- einem oder mehreren Deckeln abgedichtet. Seit der Einführung des dünnwandigen Polypropylen-Sammlergehäuses ist es nunmehr bewährte Praxis, eine Abdichtung zwischen der Oberkante 30 des Gehäuses 12 und einem entsprechenden Umfangsteil 32 des Deckels 18 dadurch herzustellen, dass entweder die Oberkante 30 oder der Umfangsteil 32 des Deckels 18 thermisch erweicht wird und beide Abschnitte unter Herstellung einer Abdichtung körperlich miteinander verschweisst werden. Diese Ausbildung ist in Fig. 5 näher veranschaulicht.

Das Gehäuse 12 besteht im wesentlichen aus Stirnwänden 34· und 36, Seitenwänden 38 und 4-0 sowie Zwischenzellen-Trennwänden Alle diese Wände besitzen Oberkanten 30, die mit dem Deckel verschweisst oder auf andere passende Weise,verbunden und an ihm abgedichtet werden müssen. Während verschiedene Techniken der Stumpfschweissung, der Laschen- und Nutanordnung und dergleichen angewandt worden sind, ist beim erfindungsgemässen Verfahren eine vergleichsweise glatte Innenfläche des Deckels 18 vorgesehen, mit welcher die Oberkanten 30 thermisch versohweisst werden. Um die Oberkanten 30 an den gewünschten Stellen am Deckel 18 auszurichten, sind mehrere Führungen 44 einstückig mit dem Deckel 18 ausgebildet,

Gemäss Fig. 1 sind im Unterteil jeder Zellenkammer 14· mehrere Stütz- oder Schlammleisten 46 eingegossen, die einen Raunt zur Ansammlung etwaiger Feststoffe bilden, die sich im Betrieb des Sammlers bilden können oder die ungewollt über die nicht dargestellten, herkömmlichen Entlüftungs- und Füllöffnungen in den Sammler eingebracht werden können. Jeder Schlammleiste 4-6 sind zwei Rippen 4-8 zugeordnet, die sich vom Boden 50 des Gehäuses 18 bis zu einem Punkt etwas über der Hälfte der Strecke zwischen den Stirnwänden 34 und 36 und den Trennwänden 46 aufwärts erstrecken. Die Rippen 48 besitzen vorzugsweise die gleiche Breite bzw. Dicke wie die verschiedenen Wände und

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verjüngen sich von unten her in Aufwärtsrichtung. Diese Rippen gewährleisten eine gewisse Versteifung der verschiedenen Wände und legen ausserdem zwischen den Wänden und den Sammler-Elementen 16 einen Zwischenraum zur Aufnahme des Elektrolyten fest.

Die speziellen Einzelheiten der Sammlerkonstruktion entsprechen im allgemeinen der Lehre gemäss der US-PS j} 388 007. Beispielsweise sind sämtliche Wände gemäss der Definition dieser Patentschrift gleichmässig bzw. gleichförmig, d.h. die Konizität bzw. Querschnittsabnahme ist bei allen Formen und Formkernen auf etwa IQi der bisher als normal angesehenen Verjüngung bzw. auf etwa 0,1 mm pro 25*4 mm vermindert.

Das Gehäuse 12 und der Deckel 18 werden aus einem Polyolefin mit den physikalischen Eigenschaften gegossen, die sich als für die Herstellung von dünnwandigen Kraftfahrzeug-Sammlern zufriedenstellend erwiesen haben und in der genannten Patentschrift allgemein aufgeführt sind. Obgleich sich jedes beliebige Polyolefin mit ausreichender Biegsamkeit, Schlagfestigkeit und Zugfestigkeit für die Realisierung der Erfindung eignen würde, sind die derzeit einzig zufriedenstellenden Werkstoffe, die diesen Erfordernissen entsprechen, Polypropylen-Werkstoffe und vorzugsweise entweder Polypropylen-Werkstoffe mit einem Füllmittel oder ein Mischpolymer aus Propylen und Äthylen in kleiner Menge.

Bei der Herstellung von Sammlergehäusen ist es sowohl aus funktionellen als auch aus ästhetischen Gründen wünschenswert, dass alle dünnen Seiten-, Stirn- und Trennwände praktisch gerade sind. Wegen der speziellen Eigenschaften von Polyolefinen hat es sich jedoch erwiesen, dass diese Eigenschaft schwer zu realisieren ist. Insbesondere hat es sich bei der Fertigung dünnwandiger Polypropylen-Gehäuse erfahrungsgemäss gezeigt, dass die Stirnwände 54 und 36 gemäss Fig. 2 nicht, wie dargestellt, gerade bleiben, sondern sich infolge der ihnen eigenen

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Eigenschaften nach innen wölben und eine konkave Aussenfläche 36a bilden, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Obgleich eine geringfügige Einwärtswölbung toleriert werden kann und tatsächlich gegenüber einer Auswärtswölbung, welche das Anbringen des Deckels erschweren würde, die Montage erleichtert, beeinträchtigt diese Wölbung das Produkt vom ästhetischen Standpunkt und erschwert sogar die Montage, wenn sie ein sehr geringes Mass übersteigt.

Durch die Erfindung wurde es möglich, praktisch gerade Stirnwände, wie die Stirnwände 34 und 36 gemäss Fig. 2, herzustellen, wenn die Wände und Ecken auf die allgemein in Fig. 3 dargestellte Weise ausgebildet werden. Gemäss Fig. 3* die eine stark vergrösserte Teilansicht einer Ecke des Sammler-Gehäuses gemäss Fig. 2 zeigt, besitzt die Seitenwand 38 neben dem Gehäuse-Boden 50 ein Quermass in der Grossenordnung von etwa 2,16 mm. Die Seitenwand besitzt geringfügige Konizität zur Erleichterung der Entnahme der Formkerne, so dass die Dicke der Seitenwand an ihrer freien Oberkante etwas geringer ist und ein Mindestmass von etwa 1,78 mm besitzt.

Auf ähnliche Weise besitzt die Stirnwand 34 gemäss Fig. 3 am Boden 50 eine Dicke von etwa 2,41 mm, während die freie Oberkante der Stirnwand etwas dünner ist und ebenfalls etwa 1,78 mm Dicke besitzt.

Bei den bekannten dünnwandigen Polypropylen-Samralergehäusen. besassen die Ecken 52 dieselbe Dicke wie die Stirnwände 34 und die Seitenwände 38, wobei der Bedeutung der Abmessungen der Ecken keine besondere Beachtung geschenkt wurde. Es hat sich herausgestellt, dass bei Polyolefin-Werkstoffen, wenn das Gehäuse mit einer Ecke, wie der Ecke 52, versehen wird, eine Schrumpfungstendenz besteht, die bestrebt ist, die Stirnwand 34 in die durch den Pfeil 54 angedeutete Richtung zu ziehen, so dass die Stirnwand eine konkave Einwärtswölbung erhält.

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Es hat sich weiterhin gezeigt, dass die Ecke 52 durch Verringerung ihrer Dicke flexibler bzw. biegsamer wird, so dass die Stirnwand offensichtlich gerade bleiben kann und die die konkav gewölbte Konfiguration hervorrufenden Spannungen aufgehoben werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung hat es sich als äusserst zufriedenstellend erwiesen, für die Aussenf lache der Ecke 52 einen Radius 56 von etwa 6,55 mm und für ihre Innenfläche einen Radius 58 von etwa 3,2 mm anzuwenden. Bei Anwendung in Verbindung mit den vorher genannten Wanddicken ergeben diese Radien eine Eckdicke im Bereich von 1,3 - 1,65 mm, die durchaus innerhalb des erfindungsgemäss annehmbaren Bereichs liegt.

Es hat sich auch gezeigt, dass zufriedenstellende Gehäuseecken mit Dicken im Bereich von etwa 2,03 - 0,64 mm hergestellt werden können. Der untere Wert ist speziell im Hinblick auf die Gewährleistung ausreichender Zugfestigkeit und Wanddicke gewählt, um die Bildung von kleinsten Löchern und Rissen, ein Aufbrechen oder ein anderes mechanisches Versagen zu verhindern. Der obere Wert hat sich als im Hinblick auf die Wanddicke zufriedenstellend erwiesen, um den Ecken genügend Biegsamkeit zu verleihen, so dass die Stirnwand etwaige Spannungen in den Ecken überwinden kann und gerade bleibt. Weiter ergab sich, dass die Eckdicke um etwa 20$ geringer sein sollte als die Dicke der unmittelbar an den betreffenden Abschnitt der Ecke angrenzenden Abschnitte der Stirn- und Seitenwände.

Bei der anfänglichen Prüfung der dünnen Ecken während der Entwicklung der Erfindung wurde angenommen, dass solche dünnen Ecken zu verringerter Schlagfestigkeit oder zu anderen nachteiligen physikalischen Eigenschaften des fertigen Sammlers führen könnten. Überraschenderweise ergab sich jedoch bei Anwendung der erfindungsgemäss vorgesehenen Ecken von verringerter Dicke eine grössere Schlagfestigkeit der Sammler als bei den bisher hergestellten Sammlern mit Ecken grösserer Wanddicke.

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Es wird angenommen, dass diese verbesserten Eigenschaften auf grössere Flexibilität bzw. Biegsamkeit und eine ausgeglichene Gesamt-Sammlerkonstruktion zurückzuführen sind, bei welcher die Flüssigkeitskräfte des im Sammler enthaltenen Elektrolyten bei Schlag oder Aufprall infolge der Durchbiegung der Wände und Ecken verteilt und während einer gewissen Zeitspanne absorbiert werden können.

Obgleich bei der in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Äusführungsform der Erfindung an Innen- und·Aussenwandflächen zwei zweckmässig gewählte Eckradien vorgesehen sind, welche die gewünschten, dünneren Ecken gewährleisten, ist diese kreisbogenförmige Oberflächengestalt für die Erfindungszwecke nicht unbedingt erforderlich. Vielmehr können die Ecken zur Erzielung des dünnen Querschnitts auf jede andere zweckmässige Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Formkern gemäss Fig. 7 lediglich eine abgeflachte Ecke 60 aufweisen, welche die gewünschte Querschnittsverringerung liefert und eine modifizierte Ecke 52a gewährleistet, welche die Seitenwand 38a und die Stirnwand 36a mit zweckmässiger, spannungsentlasteter Konfiguration verbindet.

Obgleich sich die dünneren Ecken über die gesamte Länge der Verbindung zwischen Seiten- und Stirnwänden, d.h. vom Boden 50 zu den freien Oberkanten und dem Deckel ,18 (Fig. 1) erstrecken können, brauchen sie nicht über die Gesamthöhe des Sammlers zu verlaufen. Es hat sich gezeigt, dass eine Querschnittsverringerung der Ecke über etwa 50$ ihrer lotrechten Erstreckung ausreicht, um die Spannungen in der Ecke zu entlasten und gerade Stirnwände zu gewährleisten.

liegen der speziellen Eigenarten bei der Form- und Formkernanfertigung und wegen des Erfordernisses für eine ausreichende Materialmenge an den unteren Ecken des Sammlers ist es im allgemeinen ratsam, die Querschnittsverringerung der Ecken minde-

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stens etwa 25 mm oder mehr über dem Boden 50 beginnen zu lassen.

Gemäss Fig. 7 erfolgt beim Giessen der Materialfluss von der Seltenwand 38 oder 38a zur Ecke 52 oder 52a vorzugsweise längs der durch den Pfeil 62 angedeuteten Linie. Ebenso gibt der Pfeil 64 den Materialfluss von der Stirnwand 36 oder 36b zur Ecke 52 oder 52a an. Es hat sich herausgestellt, dass die Spannungseigenschaften im Polyolefin von der Materialflussrichtung beim Giessen abhängen und dass eine optimale Biegsamkeit in den Ecken 52 oder 52a erzielt wird, wenn der Materialfluss in die durch die Pfeile 62 und 64 angedeutete Richtung erfolgt.

Diese Materialflusseigenschaften können erfindungsgemäss über den grössten Teil der lotrechten Erstreckung der Ecken erzielt werden. Im allgemeinen kann jedoch der Materialfluss ein kurzes Stück über dem Boden 50 aufwärts längs der Ecken und nicht quer in die Ecken, wie durch die Pfeile angedeutet, erfolgen.

In Fig. 6 sind ein vorteilhaftes Giessverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens schematisch veranschaulicht, wobei ein Formkern 66 teilweise aus einer Zellenkammer 14 herausgezogen dargestellt ist, die einen Teil eines Sammler-Gehäuses 12 bildet. Der Boden 50 erstreckt sich gemäss Fig. 6 nach rechts unter weitere Zellenkammern, wobei nur eine Trennwand 42 dargestellt ist, obgleich bei einem typischen sechszeiligen 12V-Sammler selbstverständlich vier weitere Trennwände und eine rechte Stirnwand vorgesehen sind, Ausserdem sind die linke Stirnwand J4 sowie der Boden 50 und ein vom Boden in die Form 70 verlaufender Einguss 68 dargestellt. Eine Heizeinrichtung 72 umschliesst den Einguss 68 neben der öffnung, an welcher der Kunststoff in den Formraum eintritt, um das Polyolefin während dec Giessvorgangs in plastischem Zustand zu halten. Im Boden 50 ist vorzugsweise ein kleiner Hocker 74 ausgebildet, welcher den Rest des Eingusses 68 aufnimmt, nachdem das Gammler-Gehäuse 12 von der Form 70 getrennt worden ist.

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Der Formkern 66 ist mit einem Durchgang 76 versehen, über den normalerweise eine Kühlflüssigkeit umgewälzt wird. Der Formkern 66 ist in die durch die Pfeile 78 angedeuteten Richtungen bewegbar, um seine Entfernung aus dem gegossenen Produkt und die anschliessende Entnahme des Produkts aus der.Form zu ermöglichen. Eine Seitenplatte 80 der Form, die schematisch in ihrer Position relativ zur Basis der Form 70 dargestellt ist, ist in die durch die Pfeile 82 angedeuteten Richtungen.bewegbar, wodurch die Entnahme des gegossenen Gehäuses 12 weiter erleichtert wird. Die bewegbare Form-Seitenplatte 80 ist ebenfalls mit einem Flüssigkeits-Durchgang 8^ versehen, über den .im Normalbetrieb eine Kühlflüssigkeit umgewälzt wird.

An der Seitenplatte 80 ist ein Form-Abschluss 86 gelagert, der in die durch die Pfeile 88 angedeuteten Richtungen verschiebbar ist. Der Formkern 66 ist am Abschluss 86 gelagert und relativ zu ihm auf die durch die Pfeile 78 angedeutete Weise bewegbar. Der Form-Abschluss 86 nimmt bei seiner Bewegung in Richtung der Pfeile 88 den Formkern 66 mit sich mit. Sobald ein Sammler-Gehäuse 12 gegossen worden und teilweise abgekühlt ist, wird somit bei den folgenden Arbeitsgängen der Formkern 66 gemäss Fig. 6 in Richtung des Pfeils 78 nach oben bewegt, so dass er von den Innenflächen der Sammler-Zellenkammern 14 freikommt. Daraufhin bewegen sich der Formkern 66 und der Form-Abschluss 86, wie durch die Pfeile 88 angedeutet, gemeinsam und geben dabei das obere Ende des Gusstücks ungefähr zu dem Zeitpunkt frei, zu welchem sich die Form-Seitenplatte 80 in Richtung des Pfeils 82 auswärts verschiebt, so dass das Sammler-Gehäuse 12 aus der Form entnommen werden kann. Gleichzeitig wird der immer noch in geschmolzenem Zustand vorliegende Einguss 68 automatisch abgetrennt, worauf die Form für das Schliessen bereitsteht, so dass weiteres plastisches Polyolefin eingespritzt werden kann. Die Seitenplatte 80, der Abschluss 86 und der Formkern 66 kehren dabei in ihre normalen Giesspositionen zurück, worauf der Kunststoff unter Druck gesetzt wird, so dass er über den Einguss 68 in den Formraum einströmt,

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Zur Gewährleistung der Erfindungsvorteile ist der Formkern 66 mit wesentlich schärferen bzw. stärker abgewinkelten Ecken versehen, so dass in die Ecken, in denen die Seiten- und Stirnwände ineinander übergehen, weniger Kunststoff eingespritzt wird.

Ausserdem fliesst das plastische Polyolefin, wie in Pig. 6 veranschaulicht, über den Einguss 68 aufwärts in den Hohlraum des Bodens 50, von wo aus sich der Kunststoff dann ausbreitet und praktisch gleichzeitig in den Seiten- und Stirnwänden hochsteigt. Dabei bildet dann die Ecke den letzten Teil des Formraums, der in jeder vorgegebenen Höhenlage über dem Boden 50 ausgefüllt wird, so dass das plastische Polyolefin auf die durch die Pfeile 62 und 64 gemäss Fig. 7 angedeutete Weise in die Ecken fliesst.

Dieses Fließschema, das durch die Gesamtkonstruktion der Form, die Zulasse und das Produkt selbst gesteuert wird, gewährleistet den Querstrom des Polyolefins in die dünneren Eckabschnitte, wodurch die scharnierartige Biegsamkeit der Ecke hervorgebracht wird.

Bei der praktischen Erprobung der Erfindung hat es sich gezeigt, dass optimale Eigenschaften der Ecken und speziell optimal gerade Stirnwände ^4, J6 erzielt werden, wenn die Temperaturen der Seitenplatten 80 und des Formkerns 66 geregelt und aufeinander abgestimmt werden. Bei der optimalen Durchführung der Erfindung werden die Form-Seitenplatten 80 ungefähr auf der gleichen Temperatur gehalten wie der neben den freien Kanten der Sammler-Gehäusewände befindliche Abschnitt des Formkerns 66. Im allgemeinen hat es eich gezeigt, dass der Formkern in einem solchen Temperaturbereich betrieben werden sollte, dass an der Oberseite des Sammler-Gehäuses eine Temperatur von etwa 26,7 - j?8°C herrscht. Arn Boden des Sammler-Gehäu.so:; nahe dem freien Endo

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des Formkerns liegt die Temperatur normalerweise im Bereich . von" etwa 49° und 6O⁰C, wobei das Temperaturgefälle innerhalb, des Formkerns im wesentlichen linear verläuft.

Bezüglich der benutzten Ausdrücke "oben" und "unten" und dergleichen ist darauf hinzuweisen, dass die Form selbst in jeder beliebigen Position angeordnet sein kann und sich die richtungsangebenden Ausdrücke lediglich auf das Sammler-Gehäuse selbst beziehen. ·

Die Gleit- bzw. Seitenplatte 80 und ähnliche Platten an den anderen Flächen des Sammler-Gehäuses 12 werden in ungefähr demselben Temperaturbereich von etwa 26,7 - 38°C gehalten.

Bei an den erfindungsgemäss hergestellten Sammler-Gehäusen und Sammlern durchgeführten Versuchen hat es sich erwiesen, dass die Ecken, wenn ihre Dicke auf weniger als etwa 0,64 mm verringert wird, bei einer elektrostatischen Prüfung versagen .können, die normalerweise an Sammler-Gehäusen durchgeführt wird, um etwaige schwache Stellen des Polyolefinmaterials, Feinlocher oder dergleichen festzustellen.

Wie dem Giesserei- oder Formungsfachmann bekannt ist, hat die Dauer eines Giesszyklus einen unmittelbaren Einfluss auf die erwähnten Temperaturcharakteristika und Temperaturprofile. Insbesondere bestimmt die Verweilzeit des Gusstücks in der Form zum Teil die Formtemperatur und das Formtemperaturprofil. Die Verweilzeit stellt mithin einen wichtigen Faktor dar, der gesteuert werden muss, um die erwähnten Temperaturen und Beziehungen zu gewährleisten. -

Zusammenfassend wurde mit der Erfindung ein verbesserter· Akkumulator bzw. Sammler sowie ein Gehäuse dafür geschaffen, das . aus einem Polyolefin und vorzugsweise aus Polypropylen herge-

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stellt wird. Boden sowie Seiten-, Stirn- und Trennwände des Gehäuses besitzen praktisch gleichmässige Dicke von im allgemeinen weniger als etwa 2,5 mm. Die Ecken des Sammler-Gehäuses besitzen reduzierte Dicke, die wesentlich kleiner ist als die Dicke der Seiten- und Stirnwände neben den Ecken, so dass gewisse Kräfte und Spannungen im Gehäuse und in dem Material, aus dem es besteht, aufgehoben und entspannt werden; auf diese Weise bleibt das Gehäuse geradliniger, d.h. weniger stark durchgewölbt. Ausserdem gewährleistet die Dickenverringerung der Ecken bessere Festigkeitseigenschaften des Gesamtprodukts. Die Erfindung schafft auch ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Sammlers und Sammler-Gehäuses, welches vorgeschriebene Formcharakteristika und Steuerungen von Form- bzw. Giesstemperatur und Abkühlgeschwindigkeit vorsieht.

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Claims

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Milwaukee, Wise, V.St.A.

P atentanspr-üche

1. Akkumulator- bzw. Sammler-Gehäuse aus einem Polyolefin und mit einem Boden sowie Seiten- und Stirnwänden, wobei die Seiten- und Stirnwände vom Boden aufwärts abgehen und längs benachbarter Kanten miteinander verbunden sind, so dass sie Ecken bilden und einen im wesentlichen rechteckigen Hohlraum festlegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten- und Stirnwände (34, 36; 38, 4o) vorbestimmte Dicke besitzen und die Ecken (52) über einen beträchtlichen Teil ihrer Länge hinweg wesentlich geringere Dicke besitzen als die Seiten- und Stirnwände.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der genannten Abschnitte der Ecken (52) weniger als etwa 2 mm beträgt.

3. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der genannten Abschnitte der Ecken (52) um mindestens etwa 20$ kleiner ist als die Dicke der benachbarten Abschnitte von Seiten- und Stirnwänden (38, 40; 34, 36).

4. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Dicke der genannten Abschnitte der Ecken (52) etwa .0,64 - 2,03 inra beträgt.

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5· Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die genannten Abschnitte der Ecken im wesentlichen zwischen dem Boden (50) und den freien Oberkanten (30) der Seiten- und Stirnwände (38, 40; 34, 36) befinden.

6. Gehäuse nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefinflusslinien in den Seiten- und Stirnwänden (38, 40; 34, 36) neben beträchtlichen Abschnitten der Ecken (52) im wesentlichen quer zu den Ecken verlaufen.

7. Gehäuse nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten- und Stirnwände (38, 40; 34, 36) im wesentlichen gleichmässige Dicke von höchstens etwa 2,5 mm besitzen.

8. Gehäuse nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , dass das Polyolefin Polypropylen ist.

9. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten- und Stirnwände (38, 40; 34, 36) eine Dicke von etwa 1,52 - 2,5 mm besitzen und aus gegossenem Polypropylen bestehen und dass die genannten Abschnitte der Ecken (52) dünner sind als die Seiten- und Stirnwände und eine Dicke von etwa 0,64 - 2,03 mm besitzen.

10. Gehäuse nach Anspruch 1 mit Trennwänden, dadurch gekennzeichnet , dass der durch den Boden (50) sowie die Seiten- und Stirnwände (38, 40; 34, 36) festgelegte Hohlraum durch die Trennwände (42), die mit Boden

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und Wänden unter Herstellung einer Abdichtung verbunden sind, in eine Anzahl von Zellenkammern (14) unterteilt ist.

11. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im. genannten Hohlraum elektrische Sammler-Elemente (16) angeordnet sind, dass ein aus einem Polyolefin bestehender Deckel (18) mit dem Gehäuse (12) verschweisst ist und den Hohlraum praktisch abdichtet und dass aus dem Hohlraum elektrisch leitfähige Mittel (24, 26) zum Anschliessen des Sammlers (10) für den Gebrauch herausgeführt sind,

12. Gehäuse nach Anspruch Il mit Trennwänden, d a d u r c h gekennzeichnet , dass der Hohlraum durch die unter Herstellung einer Abdichtung mit Boden und Wänden verbundenen Trennwände (42) in eine Anzahl von Zellkammern (14) unterteilt ist und dass in jeder Zellkammer elektrische Sammler-Elemente (16) sowie elektrisch leitfähige Mittel (28) angeordnet sind, welche die Elemente in den verschiedenen Zellkammern miteinander verbinden.

15. Gehäuse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass die Zellkammern praktisch vollständig mit Elektrolyt gefüllt sind, dass das Polyolefin gegenüber dem Elektrolyten praktisch inert ist und dass die Dicke der Wände (34, 36, 58, 4o) und der Ecken (52) so bemessen ist, dass der Elektrolyt auch bei erheblichen ' Schlag- oder Aufprallkräften in den Zellkammern (14) zurückgehalten wird.

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14. Gehäuse nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet , dass die Wanddicken, die Eckdicken und die physikalischen Parameter des Polyolefins so aufeinander abgestimmt sind, dass die Stirn- und Seitenwände (34, 36, 38, 40) praktisch die Gestalt des Formraums beibehalten, in welchem sie gebildet worden sind.

15. Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Abschnitte der Ecken (52) bogenförmige Stege mit einem inneren und einem äusseren Radius (58, 56) aufweisen, von denen der äussere Radius erheblich grosser ist als der Innenradius zuzüglich der Mindestdicke der an die genannten Abschnitte der Ecken angrenzenden Wände (34 bis 40).

16. Gehäuse nach Anspruch I5,dadurch gekennzeichnet , dass der Aussenradlus (56) um mindestens etwa 20$ grosser ist als der Innenradius (58) zuzüglich der Mindestdicke der an die genannten Abschnitte der Ecken (52) angrenzenden Wände (34 bis 40).

17. Gehäuse nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , dass die genannten Abschnitte der Ecken (52a) Stege mit einem Aussenradius und einer solchen Innenform aufweisen, dass zwischen Seiten- und Stirnwänden ein Steg verringerter Dicke festgelegt wird.

18. Gehäuse nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Abschnitte der Ecken (52a) Stege mit einer im wesentlichen (teil)zylindrischen Aussenfläche und einer Innenfläche aufweisen, die sich über ein vorbestimmtes Stück auswärts in die Ecken er-

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streckt und zwischen den Seiten- und Stirnwänden einen . Steg verringerter Dicke festlegen.

19. Verfahren zur Herstellung von Sammler-Gehäusen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form und Formkerne vorgesehen werden, die unter Bildung eines Formraums ineinander einsetzbar sind, wobei der Formraum einen Bodenraum sowie von diesem abgehende und an ihren Kanten miteinander verbundene Seiten- und Stirnwandräume aufweist, dass an den durch die Kanten gebildeten Ecken Räume von reduziertem Querschnitt vorgesehen werden, deren Querabmessungen wesentlich kleiner sind als die Querabmessungen eines der Wandräume, dass der Formraum mit einem erhitzten Polyolefin in plastischem Zustand gefüllt wird, dass in der Form und in den Formkernen eine Kühlflüssigkeit umgewälzt wird und dass die Temperatur des Polyolefins, der Form und der Formkerne so geregelt wird, dass das Sammler-Gehäuse praktisch gerade Seiten- und Stirnwände erhält.

20. Verfahren nach Anspruch I9,dadurch gekennzeichnet, dass die Form und die Formkerne praktisch auf der gleichen Temperatur gehalten werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegten Enden der Formkerne praktisch auf derselben Temperatur gehalten werden vue der neben den Ecken befindliche Formabschnitt.

22. Verfahren nach Anspruch 21,dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefin in der VJeise in den Formraum eingespritzt wird, dass es quer zu den Ecken von den yanden in die Ecken fliesst.

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23. Verfahren nach Anspruch 22,dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefin von den Wänden praktisch senkrecht zu den Ecken in diese hineinfliesst.

24. Verfahren nach Anspruch I9, dadurch gekennzeichnet , dass die verwendete Form im wesentlichen (teil)zylindrische Ecken eines ersten vorbestimmten Radius aufweist und dass die Formkerne jeweils Aussenecken eines vorbestimmten Radius aufweisen, der kleiner ist als der erstgenannte Radius, wodurch die verengten Räume gebildet werden,

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern an seinen freien Enden mit einem etwas grösseren Eckradius versehen ist, der praktisch dem erstgenannten Radius entspricht.

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