DE2354621A1 - Elektrischer akkumulator mit im wesentlichen ebenen platten - Google Patents

Description

Patentanwalt 235 A 621 Dipl. phys. Gerhard Liedi München 22, Steinsdorfetr. 21-22 Eck· Zwelbtüaenrtr.,, ToI. 2fMM .

SVENSKA ACKUMULATOR AKTIEBOLAGET JUNGNER Oskarshamn / Schweden

Elektrischer Akkumulator mit im wesentlichen ebenen Platten,

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Akkumulator mit im wesentlichen ebenen Platten, die oben hauptsächlich ebene Kontaktfahnen aufweisen und mit abwechselnd positiven und negativen Platten parallel in einem Akkumulatorgefäß angeordnet sind. Zwischen den Platten befindet sich eine Anzahl biegsamer Separatorstäbe, die sich nach oben bis zwischen die Kontaktfahnen strecken.

Diese Akkumulatorkonstruktion wird hauptsächlich für alkalische Akkumulatoren eingesetzt^ ist aber im Prinzip für alle Akkumulatoren mit im wesentlichen ebenen Platten verwendbar. Die Platten sind im allgemeinen sog. Taschenelektroden, d.h. jede

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Platte ist aus einer Anzahl Taschen oder Behälter zusammengesetzt, die positiv oder negativ elektrochemisch aktive Masse enthalten. Andere Typen, wie beispielsweise gesinterte Platten, die aus einem porösen Sinterkörper mit in den Poren eingelagerter elektrochemisch aktiver Masse bestehen, sowie beispielsweise aus Pulver gepreßte Platten kommen ebenfalls vor. Die Platten haben oben eine Kontaktfahne, durch die in den Platten generierter Strom abgeleitet bzw. beim Laden zugeführt wird. Eine Anzahl Platten mit positiv elektrochemisch aktiver Masse und eine Anzahl Platten mit negativ elektrochemisch aktiver Masse sind jeweils für sich durch einen Schraubenverband oder Schweißen zu einem positiven bzw. negativen Plattensatz zusammengefügt. Jeweils ein solcher Plattensatz der beiden Polaritäten sind zu einem Plattenkomplex mit abwechselnd positiven und negativen Platten zusammengefügt.

Platten verschiedener Polarität müssen indessen voneinander getrennt sein, um eine Berührung zwischen denselben und daraus folgende Kurzschlüsse zu vermeiden. Viele verschiedene Typen von Separatoren wurden bereits für diesen Zweck verwendet. Die heute gebräuchlichsten Separatorentypen für alkalische Akkumulatoren sind Kunststoff- oder Hartgummistäbe, allein oder in Kombination mit Rand Separatoren aus meistens IT-förmigen Kunst s tof f - oder Hartgummischienen. Auch perforierte, korrugierte oder mit Rippen versehene Plattenseparatoren aus beispielsweise PVC sind gebräuchlich. Vertikal angebrachte Separatorstäbe zwischen den Platten haben indessen den Vorteil, daß sie leichter eventuell von den Platten herrührenden Schlamm auf den Boden des Akkumulatortroges herabsinken und eventuell im Akkumulator entwickelte Gase entweichen lassen. Weiter bedingen sie bedeutend geringere Materialkosten als flächige Separatoren.

Die Separatorstäbe sind vorzugsweise mit rundem oder quadratischem oder aber auch anderem wahlfreiem Querschnitt hergestellt. Die Stabdicke schwankt zwischen etwa 1,5 mm bei Akkumulatoren für hohe Belastungen und etwa 3,5 mm bei solchen für geringe Belastungen. Die Stablänge ist von der Plattenhöhe und dem Akkumulatortyp abhängig. Man pflegt sie etwas langer als die Plattenhöhe einschließlich Kontaktfahne zu wählen.

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Eine der Plattenbreite und dem Akkumulatortyp angepaßte Anzahl von Separatorstäben, beispielsweise 4 bis 10 Stück, sind jeweils in den Zwischenräumen zwischen positiven und negativen Platten angebracht. Im allgemeinen sind Rinnen oder Vertiefungen für die Separatorstäbe in die Platten eingepreßt oder eingewalzt. Die Plattenkanten sind oft durch U-förmige Kunststoff- oder Hartgummileisten isoliert. Oft ist ein dünnes Band um den Plattenkomplex gefalzt oder geschweißt.

Akkumulatoren dieser Art sind mit einem Elektrolyt versehen, der sich frei zwischen den Platten bewegen kann. Der Elektrolyt muß denjenigen Teil der Platten völlig bedecken, der aktives Material enthält, und nur eine Teilzone der Kontaktfahnen kann sich oberhalb des Elektrolytpegels befinden. Der Elektrolyt hat im allgemeinen eine Wichte, die die der verwendeten Separatorstäbe übersteigt, weshalb letztere nach oben zur Elektrolytoberfläche schwimmen können, falls sie nicht ausreichend hart zwischen den Akkumulatorenplatten festgeklemmt sind. Gebräuchlicher alkalischer Elektrolyt, der eine Wasserlösung von Kaliumhydroxyd darstellt, hat im allgemeinen eine Wichte von ca. 1,2 g/ Die Separatorstäbe bestehen beispielsweise aus Polypropylen mit einer Wichte von ca. 0,9 g/cnr oder Polystyrol mit einer Wichte· von ca. 1,05 g/cm , weshalb sie spezifisch wesentlich leichter als der Elektrolyt sind. Maßabweichungen zwischen den verschiedenen Separatorstäben bzw. den Akkumulatorenplatten können dazu führen, daß gewisse Separatorstäbe lose sitzen und bei Stoßen oder Vibrationen, denen der Akkumulator gelegentlich ausgesetzt ist, aus ihrer Lage verschoben werden, was zu Kurzschlüssen zwischen den Platten "führen kann.

Bei der Herstellung der Akkumulatoren werden die Platten im allgemeinen mit einer aktiven Masse in ungeladenem Zustand versehen. Beim Laden nimmt insbesondere das Volumen der positiven aktiven Masse zu, weshalb die Platten schwellen. Man muß bei der Herstellung entsprechend Rücksicht hierauf nehmen und die Platten mit geringerer Dicke als derjenigen herstellen, die sie im arbeitenden Akkumulator annehmen werden, nachdem derselbe geladen ist. In den Plattenkomplex eingebaute Separatorstäbe sitzen

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daher während der Herstellung und Tor r'er ersten Ladung des Plattenkomplexes noch loser zwischen den Platten als im fertigen Akkumulator. Sie können daher leicht aus dem Plattenkomplex herausfallen oder sich aus ihrer vorgesehenen Lage verschieben.

Man hat früher schon versucht, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß man Separatorstäbe verwendete, die haarnadeiförmig gebogen sind. Bei der Montage derselben werden die Schenkelenden von unten in den Zwischenraum beiderseits einer Platte in den Plattenkomplex eingeführt. Die Stäbe können dann nicht zwischen den Platten nach oben schwimmen. Diese Separatorstäbe werden jedoch teuerer in der Herstellung als einfache Separatorstäbe. Sie sind außerdem schwieriger zu montieren, was die Herstellung verteuert. Außerdem eignen sie sich nicht für maschinelle Montage.

In einem nach vorliegender Erfindung ausgeführten Akkumulator sind indessen die Separatorstäbe zuverlässig zwischen den Platten fixiert und ändern ihre Lage weder während der Herstellung noch des Betriebs des Akkumulators. Dies wurde erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kontaktfahnen eine oder mehrere aus der Ebene derselben hervorstehende Zonen aufweisen, die auf die Separatorstäbe ein Biegemoment ausüben und durch die hierdurch entstehenden Reibungskräfte die Separatorstäbe in vorgegebener Lage zwischen den Platten festhalten.

Me aus den ebenen Flächen der Kontaktfahnen hervorstehenden Zonen können auf beiden Seiten einer Kontaktfahne vorgesehen sein. ?/eiterhin können die Platten mit den überstehenden Zonen nur einerseits der Kontaktfahnen so angebracht sein, daß diese vorstehenden Abschnitte im Akkumulator nach verschiedenen Seiten gerichtet sind. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind indessen die vorstehenden Abschnitte sämtlicher Kontaktfahnen im Akkumulator zur selben Seite gerichtet. Die vorstehenden Abschnitte arbeiten hierbei ausgezeichnet zusammen, wie nachstehend noch näher beschrieben wird.

Eine besonders zweckmäßige Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Kontaktfahne jeweils einen einzigen langen vorstehenden Abschnitt hauptsächlich senkrecht zur Längsrichtung

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der Separatorstäbe aufweist,, Ein solcher Abschnitt kann dergestalt ausgeformt werden, daß er in Eontakt mit sämtlichen Separatorstäben im angrenzenden Zwischenraum zwischen den Akkumulatorenplatten kommt ο

Die vorstehenden Abschnitte der Kontaktfahnen· können auf verschiedenerlei Art ausgeführt sein«, Man kann beispielsweise flache Eontaktfahnen verwenden, die mit einer oder mehreren festen Warzen aus geeignetem Material versehen sindo Man kann ebenso formgepreßte oder gegossene Kontaktfahnen verwenden, oder in die flachen Kontaktfahnen Schlitze schneiden oder stanzen und diese als Lappen zur Seite biegen usw_o Aus Stromleitgesichtspunkten ist es indessen am vorteilhaftesten,, wenn keinerlei Unterbrechungen in Form von Schnitten, Löchern o.dgl. in den Eontaktfahnen vorhanden sind_β Eine besonders zweckmäßige Ausführung besteht darin, daß die aus der ebenen Fläche der Kontaktfahnen hervorstehenden Abschnitte aus eingepreßten Erhebungen im Material bestehen,, Die Kontaktfahnen, die oft aus Blechmaterial ausgeführt sind₉ können dann durch gleichzeitiges Pressen und Stanzen der Kontaktfahnen hergestellt werden, wobei das Pressen praktisch umsonst erfolgt. Ein solches Einpressen von Erhebungen macht die Kontaktfahnen auch steifere

Die Erfindung sei nun näher anhand beiliegender Zeichnungen beschriebene
Fig» 1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen teilweise . aufgeschnittenen Plattenkomplex eines erfinäungsgemäßen Akkumulators ρ

Figo 2 zeigt im Querschnitt zwei,Platten mit dazwischen liegendem Separatorstab nach der Erfindung,, Figo 3. zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig., 2.

Fig» 1 zeigt einen Plattenkomplex 1O₉ der aus einer positiven Plattengruppe 12 und einer negativen Pl'attengruppe 14 zusammengesetzt ist ο Jede Gruppe ist jeweils aus einer Anzahl hauptsächlich ebener Platten 16, 18 zusammengesetzt. Jede Platte 16_S 18 ist oben mit einer hauptsächlich ebenen Kpntaktfahne 2O₅ 22 . mit einer Nase 24„ 26 versehen. Diese lasen'jeweils einer Plattengruppe sind durch Polbrücken 28₉ 30 zusammengefügte, von denen

jeweils mindestens ein positiver "bzw. negativer Ansciilußpol 32 ■bzw. 34 ausgeht. Die Polbrücken 28, 30 sind in der Zeichnung als mit Gewinde versehene Bolzen mit Muttern dargestellt, die die einzelnen Platten der Gruppen zusammenhalten. Sie können aber ebensogut aus Schienen bestehen, an denen die Nasen 24, 26 der Kontaktfahnen 20, 22 durch Sehweißen befestigt sind.

Jede Kontaktfahne 20, 22 hat eine oder mehrere aus deren Ebene hervorstehende Zonen, die in der Zeichnungsfigur als ein einziger langgestreckter Abschnitt 36 im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung von zwischen den Platten 16, 18 angebrachten Separatorstäben 38 dargestellt sind„ Zur Versteifung der Platten 16, 18 sind diese jeweils mit zwei Hand schienen 40 verseilen, die mit einem Teil 42 auch den Rand der Eontaktfahne 20, 22 der zugeordneten Platte umgreifen. Die Kontaktfahne 20, 22 wird da- . durch gegenüber dem übrigen Teil der Platte versteift, so daß sie ohne nachzugeben ein Biegemoment auf die Separatorstäbe 38 an deren Berührungsstelle mit dem vorstehenden Albschnitt 36 ausüben kann. Die Platten 16, 18 sind in der Zeielmungsfigux· mit eingepreßten oder eingewalzten Vertiefungen 44 versehen, die als Betten für die Separatorstäbe 3S dienen. Diese Tertiefungen 44 liegen beiderseits der Platten einander gegenüber. Die senkrechten Seitenkanten der Platten 16, 18 sind mit SandSeparatoren 46 versehen und der Plattenkomplex wird durch ein dünnes Band 48 aus Kunststoff oder Metall zusammengehalten. Der Plattenkomplex ist in einem Elektrolyt im Akkumulatorgefäß versenkt, das in ^er Zeichnung nicht dargestellt ist.

Die Pig. 2 und 3 zeigen im Schnitt eine positive Platte·16 und eine negative Platte 18_O Jede Platte 16, 18 ist mit einer Kontaktfahne 20, 22 versehen, die elektrisch, leitend mit dem übrigen Teil der zugehörigen Platte bei 50 verbunden ist. Die Verbindung bei 50 kann beispielsweise an einer Lasche der obersten Elektrodentasche einer Taschenelektrode oder an einem Plattengerüst in Form eines Metallnetzes, perforierten Bleches o.dgl«, erfolgen. Die Kontaktfahne kann auch einstückig mit dem Plattengerüst ausgeführt werden. Jede Kontaktiahne 2O₉ 22 hat einen aus der ebenen Fläche 52 hervorstehenden Abschnitt 36. Diese

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Abschnitte sind in den Zeichnungsfiguren im Akkumulator zur selben Seite gerichtet. Im Zwischenraum zwischen den beiden Platten 16 und 18 ist ein Separatorstab 38 dergestalt angebracht, daß er durch die Vertiefungen 44 in den Seitenflächen der Platten geführt wird«

Figo 2 zeigt zwei verhältnismäßig dünne Sammlerplatten 16, 18* Die Separatorstäbe 38 kommen hier in Berührung mit dem hervorstehenden Abschnitt 36 der Kontaktfahne 20 bei A und werden dadurch zur Kontaktfahne· 22 hin abgebogen. Die hervorstehenden Abschnitte 36 bestehen hier aus eingepreßten Ausbuchtungen im Material der Kontaktfahnen 2Q₉ 22, die daher an der entgegengesetzten Seite des Abschnittes 36 eine eingepreßte Vertiefung aufweisen,, Die Separatorstäbe 38 stehen bei B in Berührung mit der Kontaktfahne 22 im Bereich dieser Vertiefung, werden daher surüekgebogen und kommen bei C erneut in Berührung mit der Kontaktfahne 20«, Dadurch,, daß das Material der Se parat orstälbe 38 biegsam ist aber trotzdem" eine gewisse Elastizität aufweist₃ entstehen an den Berührungspunkten A₅ B' und C Reibungskräfte₉ die den Separatorstab zuverlässig zwischen den Platten festhalten. Geeignete Werkstoffe für die Separatorstäbe vereinigen eine gewisse Biegbarkeit und Elastizität oder . ,Federkraft mit Widerstandsfähigkeit gegenüber dem im Akkumula-.tor verwendeten Elektrolyt„. Beispiele -geeigneter Werkstoffe für Separatorstäise in alkalischen Akkumulatoren sind Polypropylen, Polystyrol und Ebonit,, Auch vseim die Elastizität des Materials allmählich abnehmen sollte, wird die hervorgerufene Formveränderung des Separatorstabs denselben in seiner Stellung festhalten. . In Fig* 3 ist dargestellt, wie die Verhältnisse sind, falls die positive Platte 16 bedeutend dicker als die negative Platte ist. Es ergibt sich dann ein größerer Zwischenraum zwischen den Kontaktfahnen 2O₉ 22₉ und die Berührungspunkte zwischen den Separatorstäben 38 uaö Eontaktfahnen 2O₉ 22 beschränken sich auf die Punkte D und E. Audi dies ruft ausreichende Reibungskräfte hervor, um den Separatorstab 38 in seiner Stellung festzuhalten. Man sieht leicht ein₉ daß gleiche Verhältnisse eintreffen, falls "die Kontaktfahnen anstelle einer oder mehrerer Ausbuchtungen 36 des Materials mit Warzen oder ähnlichen von den Kontaktfahnen hervorstehenden Abschnitten versehen sind.

S822/Q74 3- Patentansprüche -

Claims (4)

1. Patentansprüche.

   Elektrischer Akkumulator mit hauptsächlich ebenen Platten (16, 18), die oben hauptsächlich ebene Kontaktfahnen (20, 22) aufweisen und parallel mit abwechselnd positiven und negativen Platten und dazwischen liegenden biegsamen Separatorstäben (38) angeordnet sind, die sich nach oben bis zwischen die Kontaktfahnen (20, 22) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfahnen (20·, 22) einen oder mehrere aus der Ebene derselben hervorstehende Abschnitte (36) aufweisen, die auf die Separatorstäbe (38) ein Biegemoment ausüben und durch die dadurch hervorgerufenen Reibungskräfte die Separatorstäbe (38) in vorgegebener Lage zwischen den Platten (16, 18) festhalten.
2. 2. Elektrischer Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehenden Abschnitte (36) sämtlicher Kontaktfahnen im Akkumulator zur selben Seite gerichtet sind.
3. 3. Elektrischer Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kontaktfahne jeweils einen langgestreckten, im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Separatorstäbe (38) vorstehenden Abschnitt (36) aufweist.
4. 4. Elektrischer Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Ebene (52) der .Kontaktfahnen (20, 22) vorstehenden Abschnitte (36) aus eingepreßten Erhebungen des Materials bestehen.

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