DE2425375A1 - ELECTRODE GRID FOR LEAD ACCUMULATORS - Google Patents
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Description
Reg.-Nr. HP 380-DT 6233 Kelkheim, den 22. Mai 1974Registration number. HP 380-DT 6233 Kelkheim, May 22, 1974
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VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover, Stöckener Str. 351VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover, Stöckener Str. 351
Elektrodengitter für BleiakkumulatorenElectrode grid for lead batteries
Die Erfindung betrifft ein Elektrodengitter für Bleiakkumulatoren bestehend aus einem mit einem Rahmen versehenen Streckmetallträger für die aktive Masse.The invention relates to an electrode grid for lead-acid batteries consisting of an expanded metal support provided with a frame for the active crowd.
Bei Bleiakkumulatoren hat man mit verschiedensten Ausführungsformen von Elektrodengittern bereits versucht, das gegossene massive Bleigitter durch andere Gitterformen, beispielsweise durch Kunststoffträger oder auch durch Streckmetallträger, zu ersetzen. Man kann damit das Gewicht der Elektrodenplatte vermindern und gleichzeitig weniger Blei einsetzen. Streckmetallgitter für Bleiakkumulatoren sind beispielsweise der GB-PS 1 203 391 zu entnehmen und in der DT-AS 1 274 211 ist eine Kombination von Streckmetallträgern mit Kunststoffstützgerüsten beschrieben. Aus der GB-PS 324 022 sind Bleistreckmetallgitter zu entnehmen, welche mit einem Rahmen oder mit Verstärkungsrippen versehen sind.In the case of lead-acid batteries, attempts have already been made with the most varied of embodiments of electrode grids, the cast massive lead grids through other grid shapes, for example through plastic supports or expanded metal supports substitute. This can reduce the weight of the electrode plate and at the same time use less lead. Expanded metal mesh for lead-acid batteries, for example, GB-PS 1 203 391 can be found in GB-PS 1 274 211 and a combination is given in DT-AS 1 274 211 of expanded metal girders with plastic support frames. From GB-PS 324 022 are expanded lead metal grids refer to which with a frame or with reinforcing ribs are provided.
Alle diese Vorschläge, insbesondere die Verwendung eines einfachen Streckmetallträgers ohne jeglichen Rahmen, haben sich in der Praxis nicht durchsetzen können, da Streckmetall im allgemeinen keine ausreichende Festigkeit besitzt. Soweit diese Streckmetallgitter dann nachträglich mit besonderen Stützrahmen aus Blei versehen wurden, war die Gewichtsverminderung gegenüber dem gegossenen Bleigitter nicht ausreichend, so daß sich auch derartige Ausführungsformen nicht durchsetzen konnten. Stützgerüste aus Kunststoff haben sich ebenfalls nicht bewährt, insbesondere, da nur ein kleiner Teil der Kunststoffe unter den Be-All of these suggestions, especially the use of a simple one Expanded metal girders without any frame have turned into in practice cannot prevail, as expanded metal in general does not have sufficient strength. As far as these expanded metal grids then subsequently with special support frames were made of lead, the weight reduction compared to the cast lead grid was not sufficient, so that such embodiments could not prevail. Support scaffolding made of plastic have also not proven their worth, especially since only a small part of the plastics are
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dingungen des Akkumulators beständig ist und da der Kunststoff an sich nur einen toten Bestandteil in der Zelle darstellt, welcher weder zur aktiven Masse noch zur leitfähigkeit des Gitters einen Beitrag leisten kann.conditions of the accumulator is stable and since the plastic itself is only a dead component in the cell, which can neither contribute to the active mass nor to the conductivity of the grid.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Streckmetallgitter mit Rahmen zu entwickeln, welches sich durch eine besondere hohe Stabilität und durch eine außerordentlich gute leitfähigkeit auszeichnet. Diese Leitfähigkeit ist von erheblicher Bedeutung, um eine ausreichende Ausnutzung der aktiven Masse zu erhalten.The invention is therefore based on the object of an expanded metal grid to develop with frame, which is characterized by a particularly high stability and an extraordinarily good conductivity. This conductivity is significant This is important in order to obtain sufficient utilization of the active material.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gitterrahmen aus Bleidraht besteht, welcher eine Aluminiumseele enthält, wobei die Enden des den Rahmen bildenden Bleidrahtes die Plattenfahne bilden.This object is achieved according to the invention in that the lattice frame consists of lead wire, which contains an aluminum core, the ends of the lead wire forming the frame form the plate flag.
Ein solches Elektrodengitter ist in der Figur dargestellt. Dabei ist das Bleistreckmetall mit 1 bezeichnet, der am Rand des Gitters verlaufende Bleidraht mit Aluminiumseele mit 2 und im Inneren des Gitters ist ein weiterer Verstärkungsdraht 3 vorgesehen. Der Rahmen sowie die weiteren Verstärkungsdrähte sind dabei so angeordnet, daß ihre Enden gleichzeitig die Plattenfahne bilden. Es liegen damit die-Schnittenden der aus Blei mit Aluminiumseele bestehenden Drähte in der Plattenfahne 4 und es hat sich gezeigt, daß es ohne weiteres möglich ist, diese Plattenfahnen in üblichen Tauchgießverfahren mit Polbrücken zu · versehen. Die Tatsache, daß die Drähte eine Aluminiumseele besitzen, macht dabei überraschenderweise keinerlei Schwierigkeiten. Such an electrode grid is shown in the figure. The expanded lead metal is denoted by 1, which is located on the edge of the Lead wire running through the grid with an aluminum core with 2 and another reinforcing wire 3 is provided inside the grid. The frame and the other reinforcement wires are arranged so that their ends at the same time the plate flag form. There are thus the cut ends of the wires made of lead with an aluminum core in the plate flag 4 and It has been shown that it is easily possible to make these plate flags in the usual immersion casting process with pole bridges. Mistake. Surprisingly, the fact that the wires have an aluminum core does not cause any difficulties.
Ein erfindungsgemäß aufgebautes Gitter ermöglicht eine Gewichtsersparnis gegenüber gegossenen Elektrodengittern von bis zu 30 j6 und insbesondere eine stark verbesserte Masseausnutzung. Die Aluminiumseele in den Bleidrähten verbessert die Leitfähigkeit des Drahtes um ca. 62 j6. Darüber .hinaus wird der Wasserverbrauch der Zelle vermindert, ebenso die Selbstentladung undA grid constructed in accordance with the invention enables a weight saving of up to compared to cast electrode grids 30 j6 and in particular a greatly improved mass utilization. The aluminum core in the lead wires improves the conductivity of the wire by approx. 62 j6. In addition, the water consumption of the cell is reduced, as well as the self-discharge and
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die Korrosion des Gitters. Durch die Verwendung eines Bleidrahtes mit einer Seele aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere einer hochfesten Aluminiumlegierung wird die Steifigkeit des Gitters sehr stark erhöht und es ist weiterhin möglich, den Herstellungsvorgang sehr weitgehend au automatisieren und wesentlich höhere Produktionsgeschwindigkeiten zu erreichen als bei herkömmlichen Gießverfahren.the corrosion of the grid. By using a lead wire with a core made of an aluminum alloy, in particular a high-strength aluminum alloy, the rigidity of the Grid increased very much and it is still possible to automate the manufacturing process to a great extent and significantly to achieve higher production speeds than with conventional casting processes.
Bei Elektrodengittern., welche beispielsweise in üblichen Starterbatterien Verwendung finden -sollen, wird der Rahmen aus einem ca. 3 mm dicken Draht einer Bleiantimonlegierung, beispielsweise einer Bleiantimonlegierung mit 3 Gew.% Antimon, hergestellt, welcher eine 1,5 mm rücke Seele einer hochfesten Aluminiumlegierung enthält. Als Aluminiumlegierungen kommen insbesondere AIuminiummagnesiumlegierungen in Betracht, welche eine hohe Festigkeit besitzen. Der Magnesiumanteil kann bei 2-6 Gew.$, beispielsweise bei 5 Gew.^, liegen. Für das Streckmetallgitter, welches beispielsweise aus einer Ausgangsblechstärke von 0,5 mm mit einer Maschenweite von beispielsweise 5 x 12 mm hergestellt wird, werden zweckmäßigerweise keine normalen Bleiantimonlegierungen verwendet, insbesondere, da diese nur schlecht mit dem Rahmen verschweißbar sind, sondern erfindungsgemäß an sich bekannte Blei/Calciumlegierungen. Beispielsweise wird eine Blei/ Calciumlegierung mit ca. 0,05 Gew.fo Calcium, ca. 0,65 Gew.$ Zinn und ca. 0,5 Gew.$ Quecksilber verwendet. Solche Bleilegierungen mit Zinn- und Calciumzusätzen zeigen nach einer Wärmebehandlung sehr hohe Härtewerte und calciumhaltiges. Bleiblech weist nach dem Walzen und nach der weiteren Verarbeitung im Gegensatz zu gegossenen Gittern, welche im allgemeinen eine graue Oxidschicht besitzen, eine metallisch blanke Oberfläche auf· Solche Blei/Calciumlegierungen haben darüberhinaus den Vorteil, daß nach einer Verformung die Härte über lange Zeit konstant bleibt, welches insbesondere für die Fertigung, bei der in die ■ Elektrodengitter später noch aktive Masse einpastiert werden muß, von Bedeutung ist.In the case of electrode grids, which are to be used, for example, in conventional starter batteries, the frame is made from an approx. 3 mm thick wire of a lead antimony alloy, for example a lead antimony alloy with 3% by weight of antimony, which has a 1.5 mm core of a high strength Contains aluminum alloy. Aluminum-magnesium alloys, which have high strength, are particularly suitable as aluminum alloys. The magnesium content can be 2-6% by weight, for example 5% by weight. For the expanded metal lattice, which is made for example from an initial sheet thickness of 0.5 mm with a mesh size of, for example, 5 x 12 mm, normal lead antimony alloys are expediently not used, especially since these are difficult to weld to the frame, but according to the invention are known per se Lead / calcium alloys. For example, a lead / calcium alloy with about 0.05 wt. Fo calcium, about 0.65 wt. $ Tin and about 0.5 wt. $ Mercury used. Such lead alloys with tin and calcium additives show very high hardness values and calcium-containing ones after heat treatment. After rolling and further processing, lead sheet has a bare metallic surface, in contrast to cast grids, which generally have a gray oxide layer. Such lead / calcium alloys also have the advantage that after deformation the hardness remains constant for a long time , which is of particular importance for production in which active material must later be pasted into the electrode grid.
Die Verbindung von Bleistreckmetallträger und dem den RahmenThe connection of expanded lead metal support and the frame
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bildenden Bleidraht erfolgt durch elektrische Schweißverfahren, welche insbesondere sehr weitgehend automatisierungsfähig sind. Beispielsweise kann die Verbindung durch Punktschweißen oder insbesondere durch Rollenschweißen erfolgen. Zur Herstellung wird der Bleidraht in Eorm des gewünschten Rahmens und entsprechend den Abmessungen des Gitters gebogen, auf den Rahmen wird das Bleistreckmetallgitter elektrisch aufgeschweißt und anschließend wird das Streckmetall etwas tiefer gedruckt, damit es in der Mitte des G-itters liegt.forming lead wire is made by electrical welding process, which in particular can be automated to a very large extent. For example, the connection can be made by spot welding or in particular by roller welding. The lead wire is made in the shape of the desired frame and bent according to the dimensions of the grid, the expanded lead metal grid is electrically welded onto the frame and then the expanded metal is printed a little deeper so that it lies in the middle of the grid.
Vergleicht man das Gewicht eines üblich gegossenen Gitters mit einem erfindungsgemäßen Gitter gleicher Größe, so ergibt sich bei Verwendung eines Drahtrahmens ohne besondere Verstärkung in der Mitte des Gitters eine Gewichtsersparnis von bis zu 33 $. Diese Gewichtsersparnis ist von besonderer Bedeutung, da gerade bei Elektrodengittern für Bleiakkumulatoren die Materialkosten bis zu 80 $ der Herstellungskosten bestimmen.If one compares the weight of a customarily cast grid with a grid of the same size according to the invention, the result is Using a wire frame with no special reinforcement in the center of the grid saves up to $ 33 in weight. This weight saving is of particular importance, since the material costs are particularly important in the case of electrode grids for lead-acid batteries Determine up to $ 80 of the manufacturing cost.
Die Vorteile in der Gewichtseinsparung werden im wesentlichen durch die Aluminiumseele im stranggepreßten Bleidraht erreicht. Das Gewicht eines Bleidrahtes mit 3 mm Durchmesser beträgt 78 g/m, während ein stranggepreßter Bleidraht mit 3 mm Durchmesser und einer Aluminiumseele mit 1,5 mm Durchmesser nur 63,3 g/m wiegt. Die Gewichtsersparnis beträgt bei einem solchen Drahtmaterial ca. 19 ^.The advantages in weight saving are substantial achieved through the aluminum core in the extruded lead wire. The weight of a lead wire with a diameter of 3 mm is 78 g / m, while an extruded lead wire with a diameter of 3 mm and an aluminum core with a diameter of 1.5 mm weighs only 63.3 g / m. The weight saving is such Wire material approx. 19 ^.
Der Widerstand eines Bleidrahtes mit 3 mm Durchmesser beträgt O,O294/2-/m, der eines straggepreßten Bleidrahtes mit 3 mm Durchmesser und einer Aluminiumseele mit 1,5 mm Durchmesser 0,0111 /2/m, d.h. der elektrische Widerstand kann somit um 62 % verbessert werden. Die Lage des in der Pigur dargestellten zusätzlichen Verstärkungsdrahtes 3 kann zur verbesserten Masseausnutzung verändert werden. Weiterhin kann die Masseausnutzung durch die Ausrichtung der Maschen des Streckmetalls verbessert werden, insbesondere ist es zweckmäßig, wenn die Spitzen der Rauten des Streckmetalls zur Fahne zeigen, damit wird der Weg des abfließenden Stromes gegenüber der Querlage verkürzt. Darüber hinausThe resistance of a lead wire with a diameter of 3 mm is O, O294 / 2- / m, that of an extruded lead wire with a diameter of 3 mm and an aluminum core with a diameter of 1.5 mm 0.0111 / 2 / m, i.e. the electrical resistance can thus be improved by 62% will. The position of the additional reinforcing wire 3 shown in the Pigur can improve the utilization of the mass to be changed. Furthermore, the mass utilization by the Alignment of the meshes of the expanded metal can be improved, in particular it is useful if the tips of the rhombuses of the Show expanded metal to the flag, this will be the path of the outflow Stromes shortened compared to the bank. Furthermore
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kann durch die Verbesserung der leitfähigkeit auch der Querschnitt der Gitterfahne verringert werden. Dadurch, daß es möglich ist, daß sowohl für das Streckmetall als auch für die Verstärkungsdrähte antimonarme und antimonfreie Legierungen Verwendung finden können, ist es möglich, den Wasserverbrauch und die Selbstentladung des Akkumulators sehr weitgehend zu vermindern. Die Drähte der Aluminiumseele lassen sich sowohl mit antimonarmen als auch mit Blei/Calciumlegierungen als Ummantelungen pressen. Vor dem Ummanteln der Aluminiumseele mit Blei ist es zweckmäßig, eine Beizung, eine anschließende Verkupferung und eine beispielsweise galvanische Verzinnung vorzunehmen. Die Haftung des Bleimantels wird dadurch verbessert. Bei der Herstellung des Streckmetalls zeigen Blei/Calciumlegierungen, wie schon oben erläutert, mit weiteren Zusätzen erhebliche Vorteile gegenüber antimonarmen Legierungen hinsichtlich der Verarbeitung, der Härte und der.Korrosionsbeständigkeit. Diese Legierungen lassen sich darüber hinaus sehr viel leichter elektrisch schweißen.the cross-section can also be achieved by improving the conductivity the grid flag can be reduced. In that it is possible that both for the expanded metal and for the reinforcement wires Low-antimony and antimony-free alloys can be used, it is possible to reduce water consumption and to reduce the self-discharge of the accumulator very largely. The wires of the aluminum core can be coated with either low-antimony or lead / calcium alloys press. Before sheathing the aluminum core with lead, it is advisable to carry out a pickling, subsequent copper plating and to undertake, for example, galvanic tinning. Liability the lead jacket is thereby improved. In the manufacture of expanded metal, lead / calcium alloys show, as above explains, with further additions, considerable advantages over low-antimony alloys in terms of processing and hardness and corrosion resistance. Let these alloys in addition, it is much easier to weld electrically.
Die durch die Verwendung von Bleidrähten mit einer Aluminiumseele erreichte hohe Steifigkeit der Streckmetallgitter läßt sich steigern durch die Verwendung anderer Querschnitte des Verstärkungsdrahtes, beispielsweise kann der Verstärkungsdraht rechteckig ausgeführt sein und es können andere Verhältnisse von Durchmesser der Aluminiumseele zu Durchmesser des Bleidrahtes gewählt werden.The high rigidity of the expanded metal grids achieved through the use of lead wires with an aluminum core can be achieved increase by using other cross-sections of the reinforcement wire, for example the reinforcement wire can be rectangular and there can be other ratios of the diameter of the aluminum core to the diameter of the lead wire to get voted.
Das erfindungsgemäße Elektrodengitter kann auch als negative Elektrode in elektrischen Bleiakkumulatoren Verwendung finden. Selbst bei anodischer Belastung zeigt das Streckmetall und auch der stranggepreßte Draht einen gleichmäßigen Korrosionsangriff. Die in der Fahne liegenden offenen Schnittflächen des Aluminiumdrahtes werden beim späteren Einbau von der Polbrücke säuredicht verschlossen. Es ist überraschenderweise ohne jegliche Schwierigkeit möglich, die Bleidrähte mit Aluminiumseele nach dem bekannten Tauchgießverfahren mit einer Polbrücke zu verbinden.The electrode grid according to the invention can also be used as a negative electrode in lead-acid batteries. Even with anodic loading, the expanded metal and also the extruded wire show a uniform corrosion attack. The open cut surfaces of the aluminum wire in the flag are sealed acid-tight by the terminal bridge during subsequent installation. It is surprisingly without any difficulty possible to connect the lead wires with aluminum core using the known immersion casting process with a pole bridge.
Der gesamte Herstellungsgang der erfindungsgemäßen Gitter läßtThe entire production process of the grid according to the invention can
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sich, automatisieren, die -Herstellung von Bleistreckmetall ebenso wie das elektrische Aufschweißen der Rahmen. Gerade das Strecken von Blech bietet den großen Vorteil, daß es kontinuierlich durchgeführt werden kann und daß kein Schrott anfällt. Das Umpressen von Aluminiumdraht mit einem Bleimantel kann ebenfalls nach bekannten Drahtherstellungsverfahren kontinuierlich durchgeführt werden. Dabei ist es ohne Schwierigkeiten möglich., eine fehlerfreie festiiaftende Ummantelung herzustellen, die frei ist von Gefügefehlern. Auch die weiteren Fertigungsschritte, wie das Biegen des Drahtes in die Rahmenform bzw. das Biegen des Verstärkungsbügels, cas Zuführen des Streckmetalls und das Schneiden können autcmatisiert werden. Der SchweißVorgang kann durch Rollenschweißeri, Punktschweißen oder zweckmäßigerweise auch in einem Einzelvorgang mit nur einer Elektrode durchgeführt werden.automate the production of expanded lead metal as well like the electrical welding of the frames. The stretching of sheet metal in particular has the great advantage that it is continuous can be carried out and that no scrap is generated. Pressing aluminum wire with a lead sheath can also be used be carried out continuously according to known wire manufacturing processes. It is possible without any difficulties., to produce a flawless, adherent sheath that is free is of structural defects. The other manufacturing steps, such as bending the wire into the frame shape or bending the Reinforcement bracket, cas feeding of expanded metal and that Cutting edges can be automated. The welding process can carried out by roller welding, spot welding or expediently also in a single process with only one electrode will.
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