DE2363759B2 - Gitterplatte fur Bleiakkumulatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gitterplatte für Bleiakkumulatoren, bei der die gesamte Querschnittsfläche der Gitterstäbe in Richtung zur Plattenfahne zunimmt. Jede Gitterkonstruktion ist ein Kompromiß zwischen den Forderungen, die auf Grund einer Optimierung der elektrischen Daten, auf Grund der Forderungen einer einfachen kostensparenden Herstellung der Gittergießformen, auf Grund der Forderung einer kostensparenden und sicheren Fertigung und auf Grund der Forderung nach Schockfestigkeit der Batterie an ein Gitter zu stellen sind.

Optimierungsrechnungen ergeben, daß in Strömrichtung eine linear ansteigende Querschnittsvergrößerung der Gitterstäbe günstig ist. So ist es bereits aus der DT-AS 1028180 bekannt, zwecks Anpassung der Querschnitte der Gitterstäbe und des Rahmens an den abzuleitenden Strom die Querschnitte dieser stromableitenden Teile in Richtung zur Stromfahne hin größer werden zu lassen. Ein solches Gitter ist jedoch für eine Massenfertigung unter Verwendung der Gießtechnik nicht geeignet, da sich diese Forderung im Hinblick auf die Herstellung der Gießform und der leichten Gießbarkeit nicht erfüllen läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Gitterplatten zu vermeiden und eine Gitterplatte zu entwickeln, die leicht gießbar ist, die erforderliche mechanische Festigkeit aufweist und bei welcher der Verlauf von Stromdichte, partiellem Spannungsabfall und integriertem Spannungsabfall im Gitter den idealen Werten möglichst nahekommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die senkrecht verlaufenden Gitterstäbe aus Vollstäben mit beidseitig der Mittelebene der Gitterplatte sich erstreckenden Querschnittsflächen und aus Halbstäben mit einseitig von der Mittelebene sich erstreckenden Querschnittsflächen bestehen und daß die Übergangsstellen, an denen die Vollstäbe in Halbstäbe übergehen, auf parabelförmigen Kurven liegen, die zum unteren Plattenrand geöffnet sind.

Im folgenden wird an Hand der Fig. 1 bis 3 der Gegenstand der Erfindung näher erläutert.

In Fig. 1 ist eine rechteckige Gitterplatte gemäß der Erfindung als Seitenansicht und mit mehreren Teilschnitten AA bis DD dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße quadratische Gitterplatte.

In Fig. 3 sind die wesentlichsten elektrischen Daten einer erfindungsgemäßen Gitterplatte als Funktion der Plattenhöhe dargestellt.

Gemäß Fig. 1 enden die Endpunkte der Vollstäbe 2 auf in senkrechter Richtung gegeneinander verschobenen, zum unteren Plattenrand 7 geöffneten parabelförmigen Kurven, deren Scheitelpunkte in etwa senkrecht unterhalb der Polbrücke liegen, wobei die Stäbe von diesen Endpunkten bis zum unteren Rand 7 der Platte als Halbstäbe 1 ausgebildet sind. Die auf einer parabelförmigen Kurve endenden Vollstäbe 2 gehen abwechselnd in obere und untere Halbstäbe 1, bezogen auf die Mittelebene der Gitterplatte, über, wobei benachbarte, auf einer parabelförmigen Kurve endende Vollstäbe 2 jeweils gleiche Teilungs-

abstände in waagerechter Richtung besitzen und die Endpunkte der auf übereinanderliegenden parabelförmigen Kurven endenden benachbarten Vollstäbe 2 beim Übergang auf eine höherliegende parabelförmige Kurve um jeweils eine Feldteilung in Richtung der Scheitelpunkte der parabelförmigen Kurven verschoben sind.

Bei einer quadratischen Gitterplatte gemäß der Lrfindung sind die Scheitelpunkte der einzelnen parabelförmigen Kurven seitlich gegenüber der Polbrücke i< > versetzt, und über die Breite der Gitterplatte können jeweils zwei parabelförmige Kurven ineinander übergehen (Fig. 2). In diesem Falle liegen die Scheitelpunkte der in senkrechter Richtung gegeneinander verschobenen parabelförmigen Kurven senkrecht π übereinander.

Erfindungsgemäß verjüngt sich die Breite eines Teils der Vollstäbe 2 vom oberen Rand 5 der Platte während mindestens einer Gitterteilung.

Erfindungsgemäß können vom oberen Plattenrand 5 mehrere, die einzelnen Knotenpunkte der Gitterfelder verbindende Diagonalstäbe 3 bis zum seitlichen Plattenrand 4 verlaufen. Zweckmäßigerweise verjüngt sich die Breite der Diagonalstäbe 3 vom oberen Plattenrand aus. i^r>

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die oberhalb der Plattenfüße 8 liegenden Stäbe als durchgehende Vollstäbe 2 ausgebildet.

Ist die Plattenfahne 9 in der Mitte des oberen Randes S der Gitterplatte angeordnet, so ist es zweckmäßig, die Querschnitte der Seitenteile 4, 6 des Plattenrahmens in Richtung zur Stromfahne hin größer werden zu lassen. Ist die Plattenfahne 9 dagegen in der Nähe eines Seitenteils 4,6 des Rahmens angeordnet, so wird erfindungsgemäß der Querschnitt dieses J5 Seitenteils 4,6 sich von oben nach unten verkleinern.

In beiden Fällen können die sich vom verjüngenden Seitenteil 4, 6 des Plattenrahmens ausgehenden waagerechten Stäbe 11 als sich teilweise verjüngende Stäbe 12 ausgelegt sein. -to

In bezug auf die elektrischen Daten zeichnet sich das Gitter insbesondere durch die folgenden Eigenschaften aus:

Der Bleiquerschnitt in Stromrichtung ist generell größer als der Bleiquerschnitt senkrecht zur Stromrichtung. Dies ist dadurch erreicht, daß - besonders erkennbar im unteren Teil des Gitters -, bei gleichem Leiterquerschnitt die Teilung in Gitterhöhe größer ist als in Gitterbreite (ein Gitterfeld ist ein Rechteck mit der Längsseite parallel zur Gitterhöhe). Bisherige Gitter haben im allgemeinen quadratische Felder.

Der Leiterquerschnitt in Stromrichtung wird im oberen Bereich des Gitters sukzessive größer. Dies wird dadurch erreicht, daß ab einer bestimmten Höhe Halbstege zu Vollstegen werden (doppelter Stabquerschnitt) und daß ab einer bestimmten Höhe die Stege konisch verlaufen. Der Querschnitt steigt in diesen Stegen linear an.

Die stufenweise sprunghafte Zunahme des Querschnitts der einzelnen Stäbe durch Übergang von bo Halbstab auf Vollstab ist erfindungsgemäß aus Gründen einer günstigeren Fen igung der Gittergießform gewählt worden. Von elektrischer Seite gesehen wäre ein Stabquerschnitt am Fuße des Gitters mit extrem kleinem Querschnitt erforderlich. Aus gießtechni- b5 sehen Gründen kann ein minimaler Querschnitt jedoch nicht unterschritten werden. Aus diesem Grunde sind bis zu einer bestimmten Höhe die Gitterstäbe in Stromrichtung mit gleichem Querschnitt ausgestattet. Optimierungsrechnungen ergeben, daß ab einer bestimmten Gitterhöhe eine linear ansteigende Querschnittsvergrößerung günstig ist. Dies läßt sich jedoch bei der Herstellung einer Gießform nicht verwirklichen. Der gleiche Effekt, nämlich ab bestimmter Höhe linear ansteigender Gitterquerschnitt in Stromrichtung, läßt sich für das komplette Gitter erreichen, wenn erfindungsgemäß der Beginn der Stufung der einzelnen Gitter (Übergang von Halb- auf Vollstab) in der Höhe verschoben ist.

Die Größe der Stuf ung und der Beginn der Stuf ung (Übergang von Halb- auf Vollstab) ist nun so gewählt, daß ab einer bestimmten Gitterhöhe die Stromdichte in den Gitterstäben konstant ist.

Bekanntlich hat ein Leiter dann ein Minimum an Spannungsabfall, wenn auf seiner gesamten Länge die Stromdichte konstant ist.

Diese Verhältnisse werden an Hand der Fig. 3, die ein Diagramm zu der Fig. 1 zeigt, näher erläutert. In diesem Diagramm sind über der Gitterhöhe (Länge) verschiedene Parameter dargestellt.

1. Der Strom /, der im Gitter von unten nach oben fließt, steigt vom Gitterfußpunkt bis zur Gitterfahne linear an.

2. Im unteren Bereich bis zu ca. 50% der Gitterhöhe ist der Leiterquerschnitt A aus fertigungstechnischen Gründen konstant. Ab 50% der Gitterhöhe steigt dagegen der Gitterquerschnitt in feinen Stufungen linear an.

3. Der partielle Spannungsabfall AU muß unter diesen Voraussetzungen im unteren Teil des Gitters (bis zu 50%) linear ansteigen. Ab 50% Gitterhöhe ist dagegen der Spannungsabfall insgesamt gesehen konstant.

4. Das gleiche wie unter Pkt. 3 gesagt, gilt für die Stromdichte J in Abhängigkeit von der Plattenhöhe.

5. Der integrierte Spannungsabfall (J verläuft im unteren Plattenbereich nach einer quadratischen Funktion, oberhalb 50% der Plattenhöhe dagegen linear.

Erfindungsgemäß konnte der ideale Verlauf von Stromdichte, partiellem Spannungsabfall und integriertem Spannungsabfall im Gitter fast erreicht werden. Lediglich die Stufung im Gitter mit den dadurch bedingten Sprüngen in der Stromdichte und in den Spannungsabfällen ist eine Konzession an die Herstellung der Gittergießform. Ebenso ist der konstante Querschnitt im unteren Bereich eine Konzession an die leichte Gießbarkeit des Gitters.

Beide Konzessionen bringen jedoch keine nennenswerte Abweichung vom Idealgitter.

Ziel einer Gitterkonstruktion ist es, von jedem Punkt auf einer Höhenlinie des Gitters nach der Fahne hin einen gleichen elektrischen Widerstand zu haben, der darüber hinaus möglichst klein sein soll (die Höhenlinien eines Gitters sind praktisch die waagerecht verlaufenden Querstäbe des Gitters).

Diese Grundforderung hat zur Voraussetzung, daß bei einer Abnahme des Stromes auf der gesamten Breite der Fahne die Stufungen (Übergang von Halbauf Vollstäbe) jeweils symmetrisch zur Gitterlängsachse beginnen müßten.

Da in der Praxis die Stromabnahme an der Oberseite des Gitters auf einer Seite durch eine exzentrisch angebrachte Fahne erfolgt, wird die vorstehende Forderung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der

Beginn der Stufung im Gitter diagonal gegenüber der Fahne beginnt.·

Es hat sich weiterhin sehr vorteilhaft erwiesen, die oben aufgestellte Forderung dadurch zu erfüllen, daß im oberen Teil des Gitters, in dem der Fahne abgewandten Teil des Gitters, einige Diagonalstäbe angeordnet sind. Aus fertigungstechnischen Gründen und aus Gründen der guten Massehalterung sind diese Diagonalstäbe so gelegt, daß sie stets auf den Eckpunkt eines rechteckigen Gitterfeldes auftreffen.

Neben dem eben beschriebenen Effekt erreicht man mit den Diagonalstäben einen weiteren Vorteil.

Bei gleichem Bleigewicht hat der Diagonalstab nur angenähert die Hälfte des elektrischen Widerstandes als ein Stab, der zunächst vom gleichen Punkt aus senkrecht verläuft und dann nach Erreichen einer bestimmten Höhe im Gitter waagerecht bis auf den Diagonalstab verläuft. Auf diese Weise können durch die Diagonalstäbe die Verluste in diesem Teil des Gitters erheblich reduziert werden.

Um ebenfalls die aufgestellte Forderung zu erfüllen, hat es sich als zweckmäßig gezeigt, im linken oberen Teil des Gitters keine Stabverstärkung vorzunehmen.

Ein weiteres Mittel zum Erreichen der oben aufgestellten Forderung besteht darin, daß die Stufung der Gitterstäbe so in den senkrecht vorhandenen Halbstäben angeordnet ist, daß in dem Gitterfeld links neben der senkrechten Linie durch die Gitterfahne die Stufung im Stab unmittelbar rechts von einem Vollstab beginnt. Dagegen im rechten Teil des Gitters beginnt die Stufung unmittelbar links neben einem vorhandenen Vollstab. In einer anderen Betrachtungsweise kann für diese Anordnung folgendes gesagt werden:

Wenn infolge einer Stuf ung die Stromentlastung eines Vollstabes eintritt, dann fließt dieser entlastende Strom in einen Querstab stets in Richtung senkrechte Linie durch die Ableiterfahne. Auf diese Weise werden ebenfalls die Verluste im Gitter durch Gitterquerströme möglichst klein gehalten.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gitterkonstruktion besteht darin, daß Vollstäbe senkrecht über den Gitterfüßchen bis zum Gittergrund durchgeführt sind. Daraus ergibt sich einerseits eine mechanische Verstärkung des Gitters, was insbesondere bei Schockbeanspruchung von Vorteil ist, andererseits dient diese Zone verstärkten Leiterquerschnittes als Stromsammler.

Ein weiterer Vorteil einer erfindungsgemäßen Konstruktion liegt darin, daß fast über der gesamten Gitterbreite unterhalb des Fahnenrückens auf der Länge eines Gitterfeldes die senkrechten Stäbe sehr stark konisch ausgebildet sind. Auf Grund der unterschiedlichen Bleimassen im Gitterwerk und im Fahnenrücken kam es beim Erstarren des Bleis früher zu erheblichen Einschnürungen des Stabes beim Übergang in den Fahnenrücken. Durch die konische Ausbildung fast aller Stäbe, die auf den Fahnenrücken enden, ist dieser Nachteil behoben; es tritt kein zusätzlicher Widerstand auf, weil die Querschnittsverengung entfallen ist, und bei Schockbeanspruchung erfolgen keine Abrisse der Stäbe vom Fahnenrükken.

Wenn erfindungsgemäß im Bereich unterhalb der Gitterfahne einzelne Stäbe auf der Länge von ca. 5 Gitterteilungen in starkem Maße konisch ausgebildet sind, wird erreicht, daß bei einer Schockbeanspruchung die von der Fahne über den Fahnenrücken auf das Gitternetzwerk übertragene Kraft gleichmäßig und tief in dieses Gitternetzwerk eingeleitet wird. Damit können früher regelmäßig bei Schockbeanspruchung auftretende Gitterrisse innerhalb des oberen

2« Teils des Gitters vollkommen vermieden werden.

Aus bekannten Gründen ist es nicht möglich, große Gitter in Längsrichtung zu gießen. Es ist lediglich ein Gießen in Querrichtung möglich. Die Querstäbe haben daher die Aufgabe, einmal die aktive Masse zu halten und zum anderen während des Gießens das flüssige Material über die gesamte Gitterfläche zu verteilen. Für das elektrische Verhalten eines Gitters haben die Querstäbe keine Bedeutung. Ziel einer guten Gitterkonstruktion ist es daher, die Anzahl und den

U) Querschnitt der Querstäbe möglichst klein zu halten. Es hat sich als sehr vorteilhaft gezeigt, auf der Gießseite alle auf den Gitterrahmen endenden Querstäbe über mehrere Gitterfelder hinweg konisch verlaufen zu lassen. Hierdurch kann bei geringstem Querschnitt für die Querstäbe dennoch ein einwandfreies Auslaufen des Gitternetzwerkes erreicht werden.

Die erfindungsgemäßen Verbesserungen an Plattengittern führen insbesondere dazu, daß bei vorgegebenem Blei-Gewicht für das Gitter der Spannungsab-

fall auf den Gitterstäben ein Minimum erreicht und daß bei vorgegebenem Spannungsabfall auf dem Gitter das Gittergewicht ein Minimum erreicht.

So konnte der Spannungsabfall eines erfindungsgemäßen Gitters auf 140 mV gesenkt werden gegenüber einem herkömmlichen Gitter gleichen Blei-Gewichts. Das entspricht einer Verbesserung von 39%.

Diese Verbesserung im Spannungsabfall führt nicht zur Verbesserung der Spannungslage einer Batterie, sondern vornehmlich zur Vergleichmäßigung dei Stromdichte auf der Plattenoberfläche, was bekanntlich zu einer wesentlichen Erhöhung der entnehmbaren Kapazität der Batterie im Hochstrombereich führt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Gitterplatte für Bleiakkumulatoren, bei der die gesamte Querschnittsplatte der Gitterstäbe in Richtung zur Plattenfahne zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht verlaufenden Gitterstäbe aus Vollstäben mit beidseitig der Mittelebene der Gitterplatte sich erstreckenden Querschnittsflächen und aus Halbstäben mit ein- ι ο seitig von der Mittelebene sich erstreckenden Querschnittsflächen bestehen und daß die Übergangsstellen, an denen die Vollstäbe in Halbstäbe übergehen, auf parabelförmigen Kurven liegen, die zum unteren Plattenrand geöffnet sind!

2. Gitterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelpunkte der parabelförmigen Kurven senkrecht unterhalb der Plattenfahne liegen.

3. Gitterplatte nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer parabelförmigen Kurve endenden Vollstäbe (2) abwechselnd in sich oberhalb und unterhalb der Mittelebene der Gitterplatte erstreckende Halbstäbe (1) übergehen, daß benachbarte auf einer parabeiförmigen Kurve endende Vollstäbe (2) jeweils gleiche Teilungsabstände in waagerechter Richtung besitzen und daß die Endpunkte der auf übereinander liegenden parabelförmigen Kurven endenden benachbarten Vollstäbe (2) beim Über- jo gang auf eine höher liegende parabelförmige Kurve um jeweils eine Feldteilung in Richtung der Scheitelpunkte der parabelförmigen Kurven verschoben sind.

4. Gitterplatte nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnit eines Teils der Vollstäbe (2) sich vom oberen Rand (5) der Platte aus verjüngt.

5. Gitterplatte nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vom oberen Plattenrand (5) mehrere, parallel zueinander angeordnete, die einzelnen Knotenpunkte der senkrecht und waagerecht verlaufenden Gitterstäbe verbindende Diagonalstäbe (3) bis zum seitlichen Plattenrand (4) vorgesehen sind.

6. Gitterplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Diagonalstäbe (3) sich vom oberen Plattenrand (5) aus verjüngt.

7. Gitterplatte nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb der Plattenfüße (8) liegenden senkrechten Gitterstäbe als durchgehende Vollstäbe (2) ausgebildet sind.

8. Gitterstäbe nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenfahne (9) in der Mitte des oberen Randes (5) angeordnet ist und daß die Querschnitte der Seitenteile (4, 6) des Plattenrahmens sich von oben nach unten verringern.

9. Gitterplatte nach den Ansprüchen 1 bis 7, bo dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenfahne (9) in der Nähe eines Seitenteils (4, 6) des Rahmens angeordnet ist und daß der Querschnitt dieses Seitenteils (4, 6) sich von oben nach unten verkleinert.

10. Gitterplatte nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vom sich verjüngenden Seitenteil (4, 6) des Plattenrahmens ausgehenden waagerechten Stäbe (11) als sich teilweise verjüngende Stäbe (12) ausgelegt sind.