DE2507584A1 - Aus einer mehrzahl von einzelnen, zu einer reihe verbundenen roehrchen gebildete elektrode fuer elektrische akkumulatoren - Google Patents
Aus einer mehrzahl von einzelnen, zu einer reihe verbundenen roehrchen gebildete elektrode fuer elektrische akkumulatorenInfo
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Description
BERLIN · MÖNCHEN · AUGSBURG
Pf/schu
J. Pfenning, Oipl.-Ing. · Berlin
Dr. I. Maas, Dipl.-Chem. · München H. Seller, DIpI-Ing. · Berlin
K. H. Meinig, Dipl.-Phys. · Berlin
J. M. Lemke, Dipl.-Ing. · Augsburg Dr. G. Spott, Dipl.-Chem. · München
Dr. I. Maas, Dipl.-Chem. · München H. Seller, DIpI-Ing. · Berlin
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19. Febr. 1975
AKTIEBOLAGET TUDOR S-172 81 SUNDBYBERG, Schweden
Aus einer Mehrzahl von einzelnen, zu einer Reihe verbundenen Röhrchen gebildete Elektrode für elektrische Akkumulatoren
Die Erfindung bezieht sich auf eine aus einer Mehrzahl von einzelnen,
zu einer Reihe verbundenen Röhrchen gebildete Elektrode für elektrische Akkumulatoren.
Derartige Röhrchenelektroden bestehen aus einem Gitter aus elektrisch leitendem Material, das eine der Zahl der Röhrchen
entsprechende Anzahl von stabartigen Leitern besitzt, die sich mittig in die Hülle des Röhrchens erstrecken und durch eine
gemeinsame Leiste miteinander verbunden sind. Die einzelnen stabförmigen Leiter sind von elektrochemisch aktivem Elektrodenmaterial,
das von der elektrisch isolierenden, für den Elektrolyten
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durchlässigen Hülle umgeben ist.
Derartige Elektroden finden bei praktisch gleichbleibendem Aufbau in verschiedenen Arten von Akkumulatoren Anwendung,
die sowohl mit einem sauren als auch mit einem alkalischen Elektrolyten ausgestattet sind. In der Hauptsache finden
derartige Röhrchenelektroden bei Bleiakkumulatoren Anwendung, bei denen der elektrische Leiter aus einer Blei-Antimonlegierung
oder einer anderen Bleilegierung bestehen kann. Diese Röhrchenelektroden werden praktisch ausschließlich für
die positven Elektroden verwendet, und das aktive Material besteht nach voller Aufladung der Elektrode aus PbO„. während
^ i
die das aktive Material umschließende Hülle aus unterschiedlichen,
geeigneten Materialien bestehen kann.
Bei der Herstellung derartiger aus einer Mehrzahl von Röhrchen gebildeten Elektroden ist es wichtig, daß die
stabförmigen Leiter sich in der Mitte der Hülle befinden. Wenn die Leiter nicht mittig in dem aktiven Material liegen,
ergibt sich eine ungleiche Belastung der Elektrodenteile und eine schlechte Ausnutzung des aktiven Materials. Aus i
diesem Grunde ist es notwendig, die Leiter in der Hülle in :
zwei senkrecht zueinander gerichteten Ebenen zentriert zu | halten, wobei die eine Ebene der Zentrierung in der allen '
Leitern der Elektrode gemeinsamen Ebene liegt, und die zweite j
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Ebene der Zentrierung hierzu senkrecht gerichtet ist.
Es ist bekannt, als Zentrierelemente bei Bleiakkumulatoren
die stabförmigen Leiter mit entsprechenden flossenartigen
Vorsprüngen zu versehen, die beim Gießen der Leiter mit angegossen werden. Es ist auch schon vorgeschlagen worden,
als Führungsflossen, beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial bestehende Vorsprünge an den glatten aus Blei bestehenden
Leitern zu befestigen. Derartige Führungsflossen sind in ihrer Herstellung und Montage aber sehr aufwendig,
so daß sie keine praktische Verwendung gefunden haben. Außerdem ist schon vorgeschlagen worden, die stabartigen Leiter
ohne Führungsflossen herzustellen und stattdessen beim Einfüllen des aktiven Materials in das Röhrchen den Leiter
in Röhrchen mit Hilfe einer besonderen Vorrichtung zuzentrieren
, die in gleichem Maße, wie das aktive Material in das Röhrchen eingefüllt wird, aus diesem herausgezogen wird.
Derartige Zentriervortichtungen sind aber bei der Herstellung von Elektroden,kompliziert und ungeeignet, da sie das Einfüllen
des aktiven Materials behindern; diese Zentriervorrichtungen haben daher ebenfalls leinen Eingang in die Praxis
finden können.
Die praktisch ausschließlich verwendeten aus Blei bestehenden in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen angeordneter
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sprossenartigen Vorsprünge der Leiter sind in mehrfacher Hinsicht nachteilig. Beim Gießen der Gitter macht das
gleichzeitige Angießen dieser Vorsprünge erhebliche Schwierigkeiten, und zwar insbesondere für diejenigen Vorsprünge,
die senkrecht zu der den Leitern gemeinsamen Ebene gerichtet sind. Während die in der gemeinsamen Leiterebene
liegenden flossenartigen Vorsprünge bezüglich der Gießform keine wesentlichen Schwierigkeiten bereiten, da
die erforderlichen Ausnehmungen der Gießform in der Trennebene der zweiteiligen Form liegen, bietet die Aufnahme
von Aushöhlungen in der Gießform für die rechtwinklig zur Leiterebene liegenden flossenartigen Vorsprünge erhebliche
technische Schwierigkeiten. Hinzu kommt, daß der Fluß des geschmolzenen Bleis in der Gießform beim Gießen der Leitergitter
von diesen periodisch wiederkehrenden Aushöhlungen ungünstig beeinflußt werden, und außerdem ergibt sich ein
erhöhter Bleibedarf für die Leiter, der eine nicht unwesentliche Kostensteigerung bei den Leitern zur Folge hat.
Auch vom elektrochemischen Gesichtspunkt her sind die aus Blei bestehenden flossenartigen Vorsprünge der Leiter
wegen ihrer negativen Einwirkung zu beanstanden. Die Anmelde·· rin hat gefunden, daß diese negative Einwirkung praktisch
ausschließlich zurückzuführen ist auf diejenigen flossenartigen Vorsprünge, die senkrecht zur gemeinsamen Leiterebenes
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liegen, während die negative Einwirkung der in dieser
Ebene liegenden flossenartigen Vorsprünge so unbedeutend ist, daß sie unberücksichtigt gelassen werden kann,Wenn
eine positive Elektorde in einem Bleiakkumulator arbeitet, erfolgt bei der Aufladung oder Entladung eine Umwandlung
des aktiven Materials zu Bleidioxid bzw. Bleisulfat, Hierbei kommt es zu einer Anzahl von Nebenreaktionen, wobei die
wesentliche Reaktion, die sich vor allem bei der Aufladung ergibt, wenn das aktive Material in Bleidioxid umgewandelt
wird, darin besteht, daß das Blei, das sich in den elektrischen Leitern befindet, oxidiert wird. Dieser Prozeß geht
allerdings langsam vor sich, und der Leiter wird im Hinblick auf die erwartete Lebensdauer dimensioniert. Das aus dem
Blei gebildete Bleidioxid hat jedoch ein größeres Volumen als das Blei selbst. Hieraus ergibt sich, daß,wenn die
das Elektrodenröhrchen umgebende Hülle nicht ausreichend j nachgiebig ist, das aktive Material einen Druck auf die
Röhrchenhülle ausübt. Diese Expansion beim aktiven Material j ist am markantesten an den Stellen des Röhrchens, an denen
sich die Führungsflossen befinden, so daß die Hüllen an j diesen Stellen beträchtlichen Beanspruchungen ausgesetzt
sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese durch die flossenartigen Vorsprünge der Leiter bedingten Nachteile
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sowohl hinsichtlich der Herstellung als auch hinsichtlich ihrer negativen Einwirkung zu vermeiden und eine aus
Röhrchen bestehende Elektrode zu schaffen, die sich auf einfache Weise herstellen läßt, und bei der der Leiter
in wirksamer Weise zentriert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem elektrischen Leiter in der den Leitern der Elektrode
gemeinsamen Ebene liegende, an sich bekannte, beiderseitig vorspringende Zentrierflügel angeordnet sind, und daß quer,
vorzugsweise senkrecht, zu den Zentrierflügeln in der Hülle diese durchdringende, den Leiter beim E infüllen des aktiven
Materials in die Hüllse in der Mittellage haltende nadelähnliche Elemente angeordnet sind.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis der Anmelderin, daß diese negative durch die Korrosion
im Bereich der flossenartigen Vorsprünge gegebene Einwirkung in Fortfall kommt, wenn die in der senkrecht zur Leiterebene
liegenden flossenartigen VorSprünge entfernt werden,
während die in der Leiterebene liegenden flossenartigen Vorsprünge beibehalten sind. Diese überraschende Wirkung
läßt sich dadurch erklären, daß sich an den flossenartigen Vorsprüngen eine sogenannte Spitzenwirkung ergibt, die' darauf
beruht, daß das Ma terial der flossenartigen Vorsprünge
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im Vergleich zu dem umgebenden Material ein bedeutend höheres Leitvermögen und somit einen geringeren Widerstand
gegen Stromdurchgang hat. Die rechtwinklig zur Leiterebene liegenden flossenartigen Vorsprünge, die zur benachbarten
Elektrode entgegengesetzt der Polarität gerichtet sind, werden mit einem höheren Strom belastet als die anderen
flossenartigen Vorsprünge. Dies führt vermutlich zu einer wesentlich schnelleren lokalen Korrosion,als es bei der
Elektrode sonst der Fall ist. Diese Stromkonzentration führt mit Sicherheit zu einer ungleichmäßigen Ausnutzung
des aktiven Materials in der Elektrode. Diese Nachteile werden dadurch vermieden, daß die flossenartigen VorSprünge
die rechtwinklig zur Ebene der Leiter liegen, entfernt werden, während die in der Leiterebene liegenden flossenartigen
Vorsprünge beibehalten werden, und daß anstelle der entfernten Flossen nadelartige Elemente durch die Hülle
hindurchgeführt werden, die der Zentrierung des Leiters in einer senkrecht zur Leiterebene liegenden Ebene dienen.
Hierbei hat sich gezeigt, daß obwohl die Elektrodenhülle in vielen Fällen steif ist und beispielsweise aus einer
mit einem Hartplast imprägnierten Glasfaserhülle oder einen aus Glasfaser und Kunststoffolie zusammengesetzten Material
bestehen kann, dünne Nadeln durch die Hülle hindurch-gestochen werden können, ohne daß die Hülle beschädigt wird
oder ihre Form verändert.
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Gemäß der Erfindung werden daher die Elektroden in der Weise hergestellt, daß beim Einfüllen des aktiven Materials
jeder Leiter in der Hülle durch die nadelähnlichen Elemente zentriert wird, die durch die Hülle hindurchgestochen sind,
und im wesentlichen rechtwinklig zur Leiterebene liegen. Zweckmäßigerweise können zwei entgegengesetzte koaxiale
Nadeln zusammen mit den in der Leiterebene liegenden flössen artigen VorSprüngen verwendet werden.
Ein weiteresMerkmal der Erfindung besteht darin, daß die nadelartigen Elemente in die Röhrchen der Elektrode beiderseitig
übergreifenden Schablonen angeordnet sind.
Weiter ist wesentlich, daß die Schablonen aus Platten bestehen, die mit einer der Zahl der Röhrchen der Elektrode
entsprechenden Anzahl von halbzylindrischen, dem Durchmesser der Röhrchen entsprechenden Ausnehmungen ausgestattet sind,
wobei die nadelartigen Elemente aus der Mittellinie jeder Ausnehmung vorstehen.
Weiter besteht die Erfindung darin, daß die nadelartigen Elemente längsbeweglich in der Platte befestigt sind.
Schließlich ist noch von Bedeutung, daß die Schablonen auf einer Rüttelvortichtung angeordnet sind.
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Um eine restlose Ausfüllung der Hüllen zu erreichen, ist
es üblich, daß die Elektroden während des Einfüllens des
als Staub oder Pulver vorliegenden aktiven Materials zum
Vibrieren gebracht werden. Hierbei muß das Pulver eine
solche Korngröße besitzen« daß es den Zwischenraum zwischen dem Leiter und der Hülle passieren kann. Da die Fließeigenschaften dieses aktiven Materials verhältnismäßig ungünstig sind, hat man versucht, die Elektrode während des Einfüllens des aktiven Materials in Vibra tionsschwingungen zu versetzen« Die Elektroden bestehen in der Regel aus einem Material
mit hohem Vibrationsdämpfungsvermögen, dem sich die gewünschten Vibrationen nur schwer erteilen lassen, so daß
eine einwandfreie Füllung der Hülle mit aktivem Material
nicht gewährleistet ist« Bei der Herstellung der erfindungs-[ gemäßen Elektrode läßt sich demgegenüber eine bessere und \ gleichmäßigere Füllung der Hüllen mit dem aktiven Material
erreichen« Dies ist offensichtlich darauf zurückzuführen, ' daß die Vibrationen auf die Elektroden dadurch übertragen !■
es üblich, daß die Elektroden während des Einfüllens des
als Staub oder Pulver vorliegenden aktiven Materials zum
Vibrieren gebracht werden. Hierbei muß das Pulver eine
solche Korngröße besitzen« daß es den Zwischenraum zwischen dem Leiter und der Hülle passieren kann. Da die Fließeigenschaften dieses aktiven Materials verhältnismäßig ungünstig sind, hat man versucht, die Elektrode während des Einfüllens des aktiven Materials in Vibra tionsschwingungen zu versetzen« Die Elektroden bestehen in der Regel aus einem Material
mit hohem Vibrationsdämpfungsvermögen, dem sich die gewünschten Vibrationen nur schwer erteilen lassen, so daß
eine einwandfreie Füllung der Hülle mit aktivem Material
nicht gewährleistet ist« Bei der Herstellung der erfindungs-[ gemäßen Elektrode läßt sich demgegenüber eine bessere und \ gleichmäßigere Füllung der Hüllen mit dem aktiven Material
erreichen« Dies ist offensichtlich darauf zurückzuführen, ' daß die Vibrationen auf die Elektroden dadurch übertragen !■
- I werden, daß diese während der Einfüllung des aktiven Materials
in Schablonen aufgenommen sind, die ohne Schwierigkeiten j in Vibrationen durch eine Rüttelvorrichtung versetzt werden i
können« Die Vibrationen werden hierbei auf die Elektroden I
nur an den Kontaktflächen zwischen der Elektrode und den j
Schablonen übertragen. Dadurch, daß die nadelartigen j Elemente zur Zentrierung des Leiters in der Schab lone
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- IO -
befestigt sind, erfolgt die Üb ertragung der Vibrationen
auf eine große Anzahl von Punkten, wodurch sich eine bessere Füllung der Elektroden mit dem aktiven Material
erklären läßt. Unabhängig davonr ob die Elektrode vibriert
oder nicht, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die
nadelartigen Elemente in den Einstellschablonen befestigt sind, da sichhierdurch eine größere Genauigkeit der Zentrierung
bei der Elektrodenherstellung erreichen läßt. Weiter ist es zweckmäßig, daß die nadeiförmigen Elemente
beweglich in den Schablonen befestigt sind, so daß sie sich bei einem auftretenden Druck in ihrer Längsrichtung
nach außen bewegen können. An manchen Stellen der Röhrchenhülle können nämlich härtere oder steifere Bereiche gegeben
sein, wo der Druck einer feststehenden Nadel so groß werden kann, daß es zu einer Deformierung der Hülle kommt. Um
dies zu vermeiden, sind die nadeiförmigen Elemente längsbeweglich in den Schablonen aufgenommen.
Die beiliegende Zeichnung zeigt eine beispielsweise
j Ausführungsform der Erfindung, und es bedeutet:
Fig. 1 schematische Darstellung einer aus einer Reihe von Röhrchen gebildeten Elektrode,
Fig. 2 Schnitt durch ein Röhrchen senkrecht zur Zeichnungsebene gemäß Fig. 1, - 11 -
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- li -
Fig, 3 perspektivische Darstellung der der Zentrierung des Leiters dienenden
Schablone, und
Fig. 4 Schnitt gemäß Fig. 3.
Die Röhrchenelektrode gemäß Figur 1 besteht aus einer Leiste 1 aus elektrisch leitendem Material, die die
stabförmigen Leiter 6 der Röhrchen 2 miteinander verbindet Die Zahl der Röhrchen 2 einer Elektrode schwankt im
allgemeinen zwischen 10 und 25 Röhrchen. Die Röhrchen sind auch an der Unterseite durch eine Leiste 3 miteinander
verbunden, die aus elektrisch leitendem oder aus elektrisc isolierendem Material bestehen kann.
Die Figur 2 zeigt die bekannte Zentrierung des Leiters 6,
Das Röhrchen besteht aus einer Hülle 4, in der aktives Material 5 vorhanden ist, und aus dem Leiter 6, der mit
beiderseitig des Leiters angeordneten flossenartigen VorSprüngen 9 versehen ist, die in der allen Leitern 6
gemeinsamen Ebene sich erstrecken. Rechtwinklig zu diesen flossenartigen Vorsprüngen 9 sind Vorsprünge 7 und 8 ~ ange
ordnet, die rechtwinklig zur Ebene der Leiter 6 liegen,
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Bei der erfindungsgemäßen Elektrode sind die flossenartigen VorSprünge 7 und 8 nicht vorhanden. Die Figur 3 zeigt eine
Schablone zur Herstellung von Elektroden nach der Erfindung, In der Abbildung 3 ist lediglich die eine Schablone gezeigt,
während zusätzlich eine zweite spiegelbildlich ausgebildete Schablone verwendet wird, Die beiden Schablonen schließen
während der Einfüllung des aktiven Materials die Röhrchen 2 zwischen sich ein. Jede Schablone besteht aus einer Platte
10, in der eine der Zahl der die Elektrode bildenden Röhrchen entsprechende Anzahl von halbzylindrischen Nuten 11 angebracht
ist. In der Längsmittellinie jeder Nut 11 ist eine Anzahl nadelartiger Elemente 12 angebracht. Die Elemente 12
sind fest oder längs verschiebbar in der Platte 10 befestigt; sie dürfen nicht länger sein als es der Tiefe der Nut 11
entspricht. Bei fester Anordnung der nadeiförmigen Elemente 12 in der Platte 10 muß die vorstehende Länge der nadeiförmigen Elemente natürlich entsprechend dem halben Durchmesser
des Leiters geringer sein.
- 13 -
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Claims (5)
- Ansprüchel.Aus einer Mehrzahl von einzelnen, zu einer Reihe verbundenen Röhrchen gebildete Elektrode für elektrische Akkumulatoren, bei der jedes Röhrchen eine einen mittig in ihr zentriert gehaltenen stabförmigen elektrischen Leiter und das diesen umgebende aktive Material aufnehmende, elektrisch Isolierer de, für den Elektrolyten durchlässige Hülle aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß an dem elektrischen Leiter (6) in der den Leitern (6) der Elektrode gemeinsamen Ebene liegende, an sich bekannte, beiderseitig vorspringende Zentrierflügel (9) angeordnet sind, und daß quer, vorzugsweise senkrecht, zu den Zentrierflügeln (9) in der Hülle (4) diese durchdringende, den Leiter (6) beim Einfüllen des aktiven Materials (5) in die Hülle (4) in der Mittellage haltende nadelähnliche Elemente (12) angeordnet sind.
- 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nadelartigen Elemente (12) in die Röhrchen (2) der Elektrode beiderseitig übergreifenden Schablonen (10) angeordnet sind.- 14 -509835/0717
- 3. Elektrode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablonen aus Platten (10) bestehen, die mit einer der Zahl der Röhrchen (2) der Elektrode entsprechenden Anzahl von halbzylindrischen, dem Durchmesser der Röhrchen entsprechenden Ausnehmungen (11) ausgestattet sind, wobei die nadelartigen Elemente (12) aus der Mittellinie jeder Ausnehmung (11) vorstehen.
- 4. Elektrode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nadelartigen Elemente (12) längsbeweglich in der Platte (10) befestigt sind.
- 5. Elektrode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablonen (10) auf einer Rüttelvorrichtung angeordnet sind.509835/071 7
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