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Negatives Elektrodengitter Die Erfindung betrifft ein negatives Elel-trodengitter
für Bleiakkumulatoren, bei dein für die Stromleitung auch bleiüberzogenes Kupfer
verwendet wird.
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Es ist bereits benannt (DT-OS 1 938 409),als negative Elektrode eine
Basis aus expandiertem Kupfer zu verwenden, welches zunächst mit Blei plattiert
und dann mit einer PbO/Pb-Paste überzogen und anschliessend durch elektrolytische
Reduktion in poröses Blei übergeführt wird. Des weiteren ist bereits ein negatives
Elektrodengitter bekannt (FR-PS 2 086 638), bei dem auf einem Kunststoffträger zunächst
eine Kunststoffschicht, dann eine Zinnschicht und schliesslich eine galvanisch aufgebrachte
Bleischicht vorgesehen ist. Die Bleischicht ist dabei weniger als 80 µ stark.
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Der Vorteil der Verwendung von Kupfer bei negativen Elektrodengittern
besteht darin, dass seine Lieitfähigkeit wesentlich höher als die von Blei ist und
dass sich bei seiner Verwendung erhebliche Gewichtseinsparungen erzielen lassen.
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Andererseits besitzt ein Blei gitter in Bleiakkumulatoren insbesondere
wegen der einfacheren Herstellbarkeit wesentliche Vorteile, und zwar insbesondere
dann, wenn in der für die negative Platte vorgesehenen Bleilegierung keine die Festigkeit
günstig beeinflussenden Zusätze vorgesehen sein müssen.
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Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, ein negatives Elektrodengitter
für Bleiakkumulatoren ir eingangs genannten Gattung zu schaffen, welches die Vorteile
konventioneller Bleigitter insbesondere in elektrischer und elektrochemischer Hinsicht
in vollem Umfange aufweisen kann, ohne indes dessen Nachteile, wie insbesondere
hohes Gewicht und schlechte elektrische Leitfähigkeit zu besitzen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass Bleigitter
oder Teile derselben, Bleirahmen und/oder Bleikopf-, Bleiquer- oder Bleifussleisten
elektrisch leitend und mechanisch verstärkend mit bleiüberzogenen Kupferleitern
zu einem. Blei-Kupfer-VerbundI#örper zusammengesetzt sind. Aufgrund dieser Ausbildung
können die Kupferleiter einen wesentlichen Teil der Stromleitung übernehmen, so
dass die Bleiteile mit entsprechend geringen Querschnitten und damit gewichtssparend
ausgebildet sein können. Ausserdem können die Kupferleiter noch zur mechanischen
Verfestigung des Gitters herangezogen werden, was ebenfalls zur Gewichtsersparnis
beiträgt. Aufgrund des Bleiüberzugeo besteht andererseits b keine Gefahr, dass die
Kupferleiter eine Vergiftung der negativen Masse herbeiführen.
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Es ist wichtig, dass die Kupferleiter nicht nur mit dem Bleigitter,
sondern auch mit dem negativen Schwammblei einen guten Kontakt haben.
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Wenn die Kupferleiter in der vorstehend beschriebenen Weise auch zur
mechanischen Festigkeit des Gitters wesentlich beitragen,
kann auf
Härtungsbestandteile in der negativen Bleilegierung verzichtet werden, so dass die
Selbstentladung der Zellen wesentlich vermindert wird. Wegen der relativ hohen Wärmeleitfähigkeit
von Kupfer gegenüber Blei findet aufgrund Rer erfindungsgemässen Ausbildung auch
eine bessere Wärmeableitung aus den Platten statt, wodurch niedrigere Betriebstemperaturen
erzielt werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kupferleiter so ausgebildet,
wie dies in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel "Negative
Elektrode für Bleiakkumulatoren" beschrieben ist. D.h. dass die Kupferleiter vorzugsweise
feuerverzinnt und galvanisch verbleit sind, wobei die Zinnschicht zweckmässig vor
der Verbleiung mit einem Blei-Zinn-Überzug versehen ist. Die Zinnschicht soll dabei
eine Stärke von etwa 0,2 mm, die Bleischicht eine solche von wenigstens 0,1 mm und
vorzugsweise von 0s15 bis 0,2 mm haben. Hierdurch wird ein wirksamer Schutz der
negativen Masse gegen eine etwaige Vergiftung gewährleistet.
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Bevorzugt ist die Ausführung so, dass ein verzinnter und/oder mit
Blei-Zinn-Schicht überzogener und verbleiter Kupferleiter am oberen Rande des Gitters
als sich im wesentlichen über die Länge der Bleikopfleiste erstreckender Querstreifen
vorgesehen ist. Zweckmässigerweise ist die Ausführung dabei so, dass der Querstreifen
in Längs-Abständen Löcher aufweist und mittels dieser auf entsprechend dimensionierte
Bleinoppen aufgesetzt ist, wobei eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Bleinoppen
und Querstreifen hergestellt ist. Dies kann am einfachsten dadurch geschehen, dass
die Noppen mit den Querstreifen vernietet sind, wobei die Querstreifen und die Bleinoppen
zweckmässig durch Erhitzen auf den Schmelzpunkt des Bleis miteinander verschweisst
sind. Die Noppen sind vorteilhafterweise an der Bleikopfleiste vorgesehen. Aufgrund
dieser Ausbildung werden Spannungsabfälle in Querrichtung des Gitters am oberen
Ende wirksam vermieden.
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Gleichwohl liegt ohne äussere und nachträglich herzustellende Verbindung
ein überall einbaufähiges Gitter vor.
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Vorzugsweise ist der Querstreifen in einer Vertiefung der Bleikopfleiste
bzw. des Gitters angeordnet, so dass er nicht aufträgt und somit keinen zusätzlichen
Platz für seine Unterbringung erfordert.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind auch am unteren
Rande des Gitters sich im wesentlichen über die Breite des Gitters erstreckende
Querstreifen angeordnet, welche analog wie die oberen Querstreifen befestigt urduntergebracht
sind.
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Auch diese Streifen tragen zur Verbesserung der elektrischen Stromleitung
sowie zur mechanischen Verfestigung des gesamten Gitters bei.
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Die unteren Querstreifen sind bevorzugt an der unteren Seite des üblicherweise
vorgesehenen Bleirahmens des Gitters angebracht.
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Weiter ist es insbesondere bei höheren Akkumulatoren zweckmässig,
wenn auch zwischen oberem und unterem Rand sich im wesentlichen über die Gitterbreite
erstreckende Querstreifen angeordnet sind, die analog den oberen und/oder unteren
Querstreifen befestigt und untergebracht sind. Besonders vorteilhaft ist es dabei,
wenn die Querstreifen gleichzeitig dazu dienen, zwei Gitter.
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mechanisch miteinander zu verbinden. Auf diese Weise versteifen die
Querstreifen nicht nur beide Gitter am Rande sondern verbinden diese auch noch mechanisch
sowie elektrisch.
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Eine besonders vorteilhafte praktische Ausführungsform kennzeichnet
sich dadurch, dass die beiden Gitter an ihren parallel nebeneinander verlaufenden
Rahmenseiten Je einen Satz im Längsabstand voneinander angeordneter Bleinoppen aufweisen,
welche mit zwei Reihen von Löchern in den Querstreifen zusammengepresstsind. Zusätzlich
können die beiden Rahmenseiten durch eine Längsschweissnaht miteinander verbunden
sein, wobei auch
die Noppen mit dem Streifen verschweisst werden.
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Bei dieser Ausführungsform dient der erfindungsgemäss vorgesehene
Querstreifen mit den zwei Lochreihen also zusätzlich noch dazu, die beiden Einzelgitter
vor der Verschweissung in die richtige Ausrichtung zueinander zu bringen.
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Eine weitere besonders zweckmässige Ausführungsform ist so ausgebildet,
dass bleiüberzogene Kupferleiter auch als in dem Bleigitter oder an dessen seitlichen
Rändern angeordnete Vertikalstreifen vorgesehen sind. Hier werden also auch noch
in einer weiteren Richtung die Stromleitung begünstigt und die Steifigkeit des Gitters
erhöht.
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Die Vertikalstreifen sind zweckmässigerweise in Zwischenräume zwischen
den Gitterstäben eingeschoben. Dies ist herstellungstechnisch ein relativ einfacher
Vorgang. Nach dem Einschieben der Vertikalstreifen soll eine Verspannung des Gitters
zum Festklemmen der Streifen erfolgen, so dass an verschiedenen Gitterstäben ein
Stromübergang möglich ist und überdies die Steifigkeit der Anordnung erhöht wird.
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Die Vertikalstreifen und die Querstreifen sind bevorzugt durch Hartlötung
miteinander verbunden, so dass sämtliche Kupferstreifen insgesamt ein sehr stabiles
Stützgerustfir das Bleigitter bilden. Zweckmässig erstrecken die Vertikalstreifen
sich nur zwischen Jeweils zwei übereinander angeordneten Querstreifen, mit denen
sie in der beschriebenen Weise formschlüssig verbunden sind.
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Die Vertikalstreifen weisen vorzugsweise im Bereich der Grenze zweier
benachbarter Leitplatten eine sich über beide Plattenränder erstreckende Öffnung
auf, in die Jeweils ein Bleinoppen der benachbarten Bleigitter eingreift, wobei
die Befestigung
durch Vernieten und Verschweissen erfolgen kann.
Bei dieser Ausführungsform verbinden also die Vertikalstreifen zwei benachbarte
Gitterplatten ähnlich wie dies bei einer anderen Ausführungsform für die Querstreifen
gilt.
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Statt der einen Öffnung können auch zwei Öffnungen vorgesehen sein,
wobei in die eine Öffnung ein Noppen des einen Blei gitters und in die andere Öffnung
ein Noppen des anderen Bleigitters eingreift. Analog genügt auch bei der Ausführungsform
des Querstreifens, der wei benachbarte Gitterteile miteinander verbindet, ein einziges
längliches Loch, um mittels darin eingreifender Bleinoppen der aneinander grenzenden
Gitterteile diese sicher miteinander zu verbinden.
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An ihren unteren Enden besitzen die Vertikalstreifen zweckmässig Einschnitte,
mittels derer sie auf entsprechende Vorsprünge an der unteren Seite des Bleirahmens
aufschiebbar sind, worauf eine Vernietung und Verschweissung erfolgen kann.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch,
dass die Kupferleiter durch ein vorgefertigtes Kupfer gerüst gebildet sind, in das
ebenfalls vorgefertigte Bleigitter eingelegt und mit ihm verschweisst sind. Bei
dieser Ausführungsform werden also Gitter und Gerüst in getrennten Arbeitsgängen
hergestellt und erst anschliessend zu einem einheitlichen Verbundkörper miteinander
zusammengebracht. Vor dem Einlegen der Bleigitter soll allerdings die Bleikopfleiste
mittels Noppen und Vernietung in der oben im einzelnen beschriebenen Weise angebracht
werden.
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Das Gerüst besteht vorzugsweise aus den Vertikal- und Querstreifen,
d.h. es handelt sich um ein mit rechteckigen bzw. quadratischen Öffnungen versehenes
Gerüst, in das dann die entsprechend ausgebildeten einzelnen Gitterteile eingelegt
werden können.
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Vorzugsweise sind zwei, zweckmässig um eine halbe Feldbreite gegeneinander
versetzte Kupfergerüste auf den beiden entgegengesetzten Flächen der Bleigitter
angeordnet, was die Festigkeit und die Stromleitung begünstigt.
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Schliesslich ist bei einer alternativen Ausführung vorgesehen, dass
statt eines Blei gitters ein feuerverzinntes und galvanisch verbleites Kupferstreckmetall
verwendet wird, das an seinem obren Ende ein mit den Löchern versehenes flaches
und unverzogenes Stück aufweist, mittels dessen es mit der die Noppen aufweisenden
Bleikopfleiste verbunden ist. Eine derartige Kupferstreckmetallelektrode ist in
der älteren Anmeldung P 22 41 368.9 und in der gleichzeitig eingereichten Zusatzanmeldung
zu dieser älteren Anmeldung mit dem Titel "Negative Elektrode für Bleiakkumulatoren"
beschrieben, welche allerdings nicht das flache Stück am oberen Ende aufweist. Mit
anderen Worten eignet sich die erfindungsgemässe Befestigung eines Querstreifens
an einer Bleikopfleiste auch für die sichere mechanische und elektrische Verbindung
der Kupferstreckmetallelektrode nach den beiden vorgenannten Anmeldungen.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 eine teilweise unterbrochene Draufsicht einer
ersten Äusführungsform eines negativen Elektrodengitters gemäss der Erfindung, Fig.
2 einen Schnitt rauch Linie II-II in Fig. 1, Fig, 3 einen Schnitt nach Linie III-III
in Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 1, Fig.
5 einen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 1, Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI
in Fig. 1, Fig. 7 einen Schnitt nach Linie Vil-Vil in Fig. 1 Fig. 8 einen Schnitt
nach Linie VIII-VIII in Fig. 1, wobei sämtliche Schnittdarstellungen gegenüber Fig.
1 vergrössert sind, Fig. 9 eine teilweise unterbrochene Draufsicht einer weiteren
Ausführungsform eines negativen Elektrodengitters gemäss der Erfindung, Fig. 10
einen Schnitt nach Linie X-X in Fig. 9 Fig. 11 einen Schnitt nach Linie XI-XI in
Fig. 9 Fig. 12 einen Schnitt nach Linie XII-XII in Fig. 9, Fig. 13 einen Schnitt
nach Linie xIII-XIII in Fig. 9, wobei wieder sämtliche Schnittdarstellungen vergrössert
sind, Fig. 14 eine Draufsicht einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines
negativen Elektrodengitters gemäss der Erfindung mit zwei Unterbrechungen der Zeichnung,
Fig. 15 einen Schnitt nach Linie )CV-XV in Fig. 14, Fig. 16 einen Schnitt nach Linie
XVI-XVI in Fig. 14? und Fig. 17 einen Schnitt nach Linie XVII-XVII in Fig. 14.
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Nach den Fig. 1 bis 8 ist an der mit einer Anschlussfahne 14 versehenen
Bleikopfleiste 13 eines negativen Elektrodengitters 11 ein aus bleiüberzogenem Kupfer
bestehender Querstreifen 16 dadurch befestigt, dass der Streifen in aus der Zeichnung
ersichtlichen Abständen Löcher 17 aufweist, die auf dazu passende Bleinoppen 18
an der Kopfleiste 13 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise aufgesetzt sind. Insgesamt
ist die Anordnung so, dass der Querstreifen 16 in einer Vertiefung 19 angeordnet
ist, so dass er nicht über die Vorderfläche der Kopfleiste 13 vorsteht.
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Durch Einspannen in eine Nietpresse wird das Blei des Noppens 18 verpresst,
wodurch eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Querstreifen 16 und der Kopfleiste
13 hergestellt wird.
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Diese Verbindung wird anschliessend noch durch Erhitzen der Teile
und Verschweissen des Blei mit dem Bleiüberzug verbessert.
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Es liegt Jetzt insgesamt eine elektrisch und mechanisch einwandfreie
Verbindung vor. Auch am Boden der Vertiefung 19 erfolgt gemäss Fig. 3 eine einwandfreie
Schweissverbindung des Querstreifens 16 mit dem Blei der Kopfleiste 13.
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Auch im mittleren Bereich des Gitters 11 befindet sich ein Querstreifen
16, der Jedoch in der dargestellten Weise zwei übereinander angeordnete und parallel
verlaufende Reihen von Löchern 17 enthält. Diese sitzen auf Noppen 18, die von den
Rahmen 12 zweier aneinander grenzender Bleiplatten 11 vorspringen. Durch Vernieten
und Verschweissen wird nicht nur der Querstreifen 16 mit den Bleiplatten 11 mechanisch
sowie elektrisch gut verbunden, sondern es werden auch die beiden Gitter 11 mechanisch
aneinander gekettet. Diese Verbindung wird noch dadurch verbessert, dass bei 20
vorzugsweise durch Einlegen eines Bleistreifens eine Verschweissung der beiden Platten
11 vorgenommen wird.
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Auch an der unteren Seite des Rahmens 12 befindet sich ein Querstreifen
16, der gemäss den Fig. 1, 6 und 7 in analoger Weise wiege beiden anderen Querstreifen
16 angebracht ist.
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Ausserdem sind in das Gitter 11 noch Vertikalstreifen 15 eingeschoben,
die gemäss den Fig. 2, 5 und 7 mit den Querstreifen 16 durch Hartlötung verbunden
sind.
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Insgesamt bilden also die fest miteinander verbundenen Vertikalstreifen
15 und die Querstreifen 16 ein mechanisch sehr stabiles und elektrisch gut leitendes
Gerüst für die Bleigitter 11.
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Fig. 8 zeigt die Anordnung der Vertikalstreifen 15 innerhalb der Bleigitter
11.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 geschieht die Befestigung der
Bleikopfleiste 13 an dem oberen Querstreifen 16 in der gleichen Weise wie bei der
Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 8.
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Unterschiedlich sind die Verhältnisse Jedoch an der Grenze 21 zweier
übereinander angeordneter Gitter 11 -Gemäss den Fig. 9 und 10 ist in diesem Bereich
im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig. 1 kein Querstreifen vorgesehen. Stattdessen
weisen die Vertikalstreifen 15 in vertikaler Richtung länglich verlaufende Öffnungen
17 auf, in die Jeweils ein Noppen 18 der aneinanderstossenden Gitter r ~ 11 eingreift.
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Diese Noppen werden in der vorstehend beschriebenen Weise vernietet
und verschweisst, wobei die Rahmen 12 der beiden Gitter bei 20 auch noch direkt
miteinander verschweisst werden können.
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An dar unteren Seite des Rahmens 12 ist ebenfalls kein Querstreifen
vorgesehen, In diesem Bereich weisen die Vertikalstreifen
unten
Einschnitte 22 auf, mit denen sie auf Vorsprüngen 23 an der unteren Rahmenseite
12 aufsitzen. Die Vorsprünge 23 sind besonders deutlich in den Fig. 11 und 12 zu
erkennen.
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Fig. 13 zeigt wieder die Anordnung der Vertikalstreifen 15 innerhalb
des Bleigitters 11.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 14 bis 17 sind die Querstreifen
16 und die Vertikalstreifen 15 vor dem Einlegen der Blei gitter 11 zu einem einheitlichen
Kupfergerüst 24 zusammengebaut. Die Querschnitte der Querstreifen und der Vertikalstreifen
15 ergeben sich dabei aus den Fig. 15 bis 17. Zunächst wird das Gerüst in der aus
den Fig. 14, 15 ersichtlichen Weise mit der Kopfleiste 13 in der gleichen Weise
wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 8 verbunden. Alsdann werden
die einzelnen Bleigitter 11 in die Rahmenöffnungen des Gerüstes 24 eingelegt. Besonders
bevorzugt sind dabei die aus der Zeichnung ersichtlichen uerschnitte, weil hierbei
relativ lange Berührungsflächen und ein guter Kontakt den Bleigittern 11 und den
Vertikalstreifen 15 sowie den Querstreifen 16 vorliegen.
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Nach dem Zus ammenle gen in der geschilderten Weise erfolgt dann eine
Verschweissung der aneinanderliegenden Bleiflächen durch geeignete Erhitzung.
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Es entsteht so ein einheitlicher Verbundkörper, der sich durch grosse
elektrische Leitfähigkeit sowie hervorragende mechanische Festigkeit auszeichnet.
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Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "Blei" verwendet wird, soll
er auch für Akkumulatoren geeigneten Bleilegierungen umfassen.
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- Patentansprüche -