DE2612992B2

DE2612992B2 - Akkumulator und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2612992B2
Application number: DE2612992A
Authority: DE
Inventors: Anthony St. Paul Minn. Sabatino (V.St.A.)
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Inc
Priority date: 1975-03-31
Filing date: 1976-03-26
Publication date: 1978-05-03
Also published as: IT1058714B; US4037030A; BE840092A; DE2612992A1; JPS5917087Y2; CA1044316A; NL7603269A; NZ180403A; JPS51125836A; DE2612992C3; FR2306539A1; GB1497364A; JPS5890662U; LU74670A1; AU1199476A; FR2306539B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator mit einem Batteriegehäuse und damit verklebten positiven und negativen Platten, welche von taschenförmigen ebenfalls mit dem Batteriegehäuse verklebten Separatoren umgeben sind sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Die Bezeichnung »wartungsfrei« bedeutet bei Akkumulatoren, daß bei diesen aufgrund der Verwendung einer Speziallegierung für die Batterieplatten während der gesamten Lebenszeit weder Wasser noch eine andere Flüssigkeit nachgefüllt werden müssen. Derartige Akkumulatoren sind normalerweise so aufgebaut, daß sich die Platten direkt am Boden des Batteriegehäuses abstützen, so daß sich oberhalb der Platten zusätzlicher Platz für einen Elektrolytvorrat ergibt. Die Platten sind dabei von oben offenen taschenförmigen Separatoren bzw. Plattenhüllen umschlossen, welche verhindern, daß zum Boden des Batteriegehäuses absinkendes aktives Material Kriechpfade bildet, die einen Kurzschluß zwischen den positiven und negativen Platten zur Folge haben können. Bei Akkumulatoren, die für den Einsatz unter erschwerten Bedingungen bestimmt sind, werden die Platten an ihrem unteren Ende vorzugsweise mit dem Batteriegehäuse verklebt, um eine gute Vibrationslestigkeit zu erreichen. Ein derartiges Verkleben ist jedoch bei wartungsfreien Batterien nicht ohne weiteres möglich, da deren Platten an ihrem unteren Ende von Plattenhüllen umgeben sind, in denen die Platten nach dem Verkleben der Plattenhüllen mit dem Batteriegehäuse frei vibrieren können. Bei einem früheren Versuch, dieses Problem zu lösen, wurde das Batteriegehäuse mit den oberen Enden der Platten verklebt. Dieser Versuch erwies sich jedoch nicht als völlig befriedigend.

Ferner ist aus der US-PS 3 269865 bereits ein Akkumulator mit einem Batteriegehäuse bekannt, in dem durch Separatoren getrennte, positive und negative Platten vorgesehen sind, die am Boden des Batteriegehäuses mittels eines in flüssiger Form in das Batteriegehäuse eingebrachten Verbindungsmittels in

Form eines für ein spontanes Aufschäumen geeigneten Kunststoffmaterials festgelegt sind. Taschentormige Separatoren sind bei dieser bekannten Batterie jedoch nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten, insbesondere wartungsfreien Akkumulator sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, bei dem die Platten fest mit dem Batteriegehäuse verbunden und gegen Vibrationen geschützt sind und bei dem gleichzeitig die Bildung von Kricchpfaden zwischen den positiven und negativen Platten am Bodei: des Batteriegehäuses und damit Kurzschlüsse zwischen den Platten verhindert werden.

Diese Aufgabe wird durch einen Akkumulator der eingangs beschriebenen Art gelöst, welcher gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die taschenförmigen Separatoren am unteren Rand Öffnungen aufweisen, durch die ein Kleber bis zu den unteren Kanten der Platten reicht und diese unter gleichzeitiger Abdichtung der Öffnungen auf mindestens einer Seite der taschenförmigen Separatoren mit dem Gehäuseboden verklebt.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Akkumulators hat sich ein Verfahren besonders bewährt, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

a) man erzeugt auf dem Boden des Batteriegehäuseseine ausreichend tiefe Schicht aus einem flüssigen Kleber;

b) man setzt die Platten und die Separatoren derart in den Kleber, daß sich die Platten am Boden des Batteriegehäuses abstützen und zumindest längs einer Unterkante gegenüber den benachbarten Platten abgedichtet sind, und

c) man läßt den flüssigen Kleber erstarren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Akkumulators gemäß der Erfindung, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Rohling für eine Plattenhülle für den Akkumulator gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Explosionsdarstellung einer der Platten des Akkumulators gemäß Fig. 1 mit zugeordneter Plattenhülle,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer teilweise zusammengesetzten Plattenhülle für einen Akkumulator gemäß Fig. 1,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7 einen der Fig. 6 entsprechenden Querschnitt nach dem Einsetzen einer Platte,

Fig. 8 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer abgewandelten Plattenhülle für einen Akkumulator gemäß Fig. 1 und

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer abgewandelten Platte für einen Akkumulator gemäß Fig. 1 einschließlich des zugehörigen Separators.

Ehe auf die Figuren im einzelnen eingegangen wird, sei vorausgeschicht, daß die Zeichnungen lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen und daß die Erfindung nicht auf diese speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

Fig. 1 zeigt einen Akkumulator 10 mit mehreren, durch Trennwände voneinander getrennten Zellen 11, von denen jede vier positive Platten 12 und fünf negative Platten 13 aufweist. Es versteht sich, daß mit jeder beliebigen Anzahl von Platten gearbeitet werden kann. Die Dositiven Platten 12 sind sämtlich über

Zapfen 12« und ein Verbindungsstück 12/j mit einem von außen zugänglichen positiven Anschluß 14 der Batterie verbunden. In ähnlicher Weise sind die negativen Platten mittels entsprechender Einrichtungen (nicht dargestellt) in bekannter Weise mit dem negativen Anschluß verbunden. Der gezeigte Akkumulator 10 ist ein wartungsfreier Akkumulator, dessen Platten 12 und 13 sämtlich auf kurzen Rippen 15a des Bodens

15 des Batteriegehäuses 16 ruhen, so daß sich zwisehen den Oberkanten der Platten 12 und 13 und dem Deckel 17 des Batteriegehäuses Platz für einen zusätzlichen Elektrolytvorrat ergibt. Ferner sind benachbarte positive und negative Platten durch Plattenhüllen 18 voneinander getrennt, weiche die positiven Platten 12 umgeben und verhindern, daß aktives Material, welches zum Boden 15 des Behälters

16 absinkt, zwischen den positiven und negativen Platten Kriechpfade bildet, die zu einem Kurzschluß führen können. Die Plattenhüllen 18 sind aus dem üblichen Separatormaterial für Batterien hergestellt und besitzen an ihren Innenseiten Rippen 19. welche sich an den in den Plattenhüllen befindlichen positiven Platten 12 abstützen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung für den Einsatz in Verbindung mit wartungsfreien Akkumulatoren besonders geeignet ist, daß sie aber auch bei anderen Typen von Akkumulatoren Verwendung finden kann.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die Plattenhüllen unten offen, so daß es mit Hilfe eines auf dem Boden des Batteriegehäuses befindlichen Klebers möglich ist, sowohl die Platten mit dem ßatteriegehäuse zu verkleben, als auch die Plattenhüllen an ihrem untern Ende durch Schaffung einer Klebverbindung zu verschließen. Auf diese Weise wird die Bildung von Kriechpfaden aus aktivem Material zwischen den positiven und negativen Platten am Boden des Batteriegehäuses vermieden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 4 ist jede einzelne Plattenhülle 18, welche eine zugeordnete positive Platte 12 umgibt, längs der senkrechten Kanten der Platte abgedichtet, besitzt jedoch zwei Öffnungen oder Schlitze 20 im Bereich der unteren Kante der Platte. Wenn die Platte 12 mit der zugehörigen Plattenhülle 18 in das Batteriegehäuse 16 eingesetzt wird, taucht der Boden der Plattenhülle 18 in eine Schicht 21 eines Klebers, insbesondere eines Epoxydharzklebers ein, welcher durch die Öffnungen 20 in das Innere der Plattenhülle 18 fließt und in Kontakt mit der unteren Kante der Platte 12 gelangt. Die Anzahl, die Größe, die Form und die Anordnung der Öffnungen 20 sind unkritisch, solange sie es ermöglichen, daß der flüssige Kleber in Kontakt mit. den von der Plattenhülle 18 umgebenen Platten 12 gelangt.

Wenn der Kleber sich verfestigt, haftet er sowohl am Boden 15 des Batteriegehäuses 16, als auch an den Platten 12, so daß diese fest mit dem Batteriegehäuse 16 verbunden sind, wodurch sich die gewünschte Vibrationsfestigkeit ergibt. Die Höhe der Klebmittelschicht 21 liegt ferner über den Oberkanten der Öffnungen 20, so daß der Kleber auch die öffnungen 20 verschließt und verhindert, daß aktives Material, welches zum Boden der Plattenhülle 18 absinkt, aus dieser austritt und Kriechpfade zwischen den umhüllten positiven Platten 12 und den jeweils benachbarten negativen Platten 13 schafft.

Die in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Plattenhülle 18 wird aus einem in Fi e. 2 eezeißten Rohline oder Zuschnitt

18α aus Separatormaterial hergestellt. Man erkennt, daß die Öffnungen 20 bereits in dem Zuschnitt 18« längs einer mittleren Faltlinie 22 vorgesehen sind. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Öffnungen 20 in der fertigen Plattenhülle 18 herzustellen, und zwar ^r> vor oder nach dem Einsetzen der Batterieplatte. Zur Herstellung der Plattenhülle 18 wird der Zuschnitt 18o längs der Faltlinie 22 gefaltet, und die dabei entstehenden, sich überlappenden senkrechten Kanten 23«, 23£> und 24a, 24fo werden dichtend miteinander i< > verbunden, um die Plattenhülle 18 herzustellen. Das dichtende Verbinden der senkrechten Kanten kann bei einem thermoplastischen Separatormaterial durch Heißsiegeln, durch Ultraschallverschweißung, unter Verwendung geeigneter Klebstoffe oder auf irgendeine andere geeingete Weise erfolgen. Im allgemeinen achtet man darauf, die Breite der Siegelnaht so gering wie möglich zu halten und trotzdem eine zuverlässige flüssigkeitsdichte Naht zu erhalten. Die Plattenhüllen können vorgeformt werden, e:he die Platten eingesetzt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Zuschnitte 18« um die Platten zu falten, so daß die Platten bei der Herstellung der Pilattenhüllen eingeschlossen werden.

In Ausgestaltung der Erfindung sind anstelle von >■'> auf drei Seiten geschlossenen taschenförmigen Plattenhüllen auf nur zwei Seiten geschlossene taschenförmige bzw. schlauchförmige Plattenhüllen vorgesehen, die unten offen sind. Die senkrechten Kanten dieser Plattenhüllen werden vorzugsweise durch in Streifen von schrumpffähigen Kunststoffolien gebildet, welche es ermöglichen, die Plattenhüllen eng auf die darin befindlichen Platten aufzuschrumpfen. Wie die Fig. 5 bis 7 zeigen, kann eine derartige schlauchförmige Plattenhülle 30 aus zwei blattförmigen Zuschnitten 30a und 30b aus Separatormaterial hergestellt werden, deren senkrechte Kanten über Streifen 31 bzw. 32 aus einer schrumpffähigen Kunststoffolie verbunden sind. Die beiden Streifen 31 und 32 werde im einzelnen zunächst gefaltet und dann an den beiden Seiten der Zuschnitte 30a und 306 jeweils mit deren senkrechten Kanten 33a, 33fe bzw. 34a, 34b verbunden. Zunächst bilden die beiden gefalteten schrumpffähigen Streifen 31 und 32 seitlich abstehende Teile der schlauchförmigen Plattenhülle 30, wodurch das Einsetzen einer Batterieplatte 12 in die Hülle 30 erleichtert wird. Nach dem Einsetzen der Platte in die Plattenhülle 30 werden die senkrechten Kanten derselben erwärmt, um ein Schrumpfen der Streifen 31 und 32 herbeizuführen, so daß diese sich in Querrichtung in Richtung auf die senkrechten Kanten der Platte 12 zusammenziehen, wie dies Fig. 7 zeigt. Danach sitzt die PlattenhUUe 30 stramm auf der Platte 12, wodurch die Möglichkeit, daß die Plattenhülle über die Platte hochrutscht, auf ein Minimum reduziert wird. Gleichzeitig wird bei der gewählten Ausgestaltung der Plattenhüllc 30 der Platzbedarf längs der senkrechten Kante der Platte 13 auf ein Minimum reduziert, so daß die Plattenbreite bei gegebenen Abmessungen des Batteriegehäuses optimiert werden ho kann. Das offene untere Ende der Hülle 30 gestattet ferner einen freien Zutritt des Klebstoffs zu der in der Plattenhüllc 30 befindlichen Platte 12, so daß die Platte und die sie umgebende Plattenhüllc fest mit dem Boden 15 des Batteriegehäuses 16 verbunden b5 werden, wenn der Klebstoff erstarrt. Wenn es erwünscht ist, können auch bei der Plattenhüllc gemäß Fig. I bis 4 schrumpffähige Enden vorgesehen werden.

Eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer Plattenhülle ist in Fig. 8 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die unten offene schlauchförmige Plattenhülle 40 durch Heißsiegeln zweier blattförmiger Zuschnitte 41 und 42 längs ihrer benachbarten senkrechten Kanten 41a, 42a bzw. 41/>, 42/; hergestellt. Ähnlich wie die Plattenhüllen 18 gemäß Fig. 1 bis 4 können auch die Plattenhüllen 40 vorab hergestellt oder unmittelbar an der später von ihnen umschlossenen Platte fertiggestellt werden.

Bei einer weiteren abgewandelten Ausführungsform eines Akkumulators gemäß der Erfindung sind die positiven und negativen Platten durch einen einzigen Streifen von Separatormaterial voneinander getrennt, welcher zickzackförmig derart um die benachbarten Platten gelegt ist, daß er jeweils um eine senkrechte Kante der positiven Platten jeder Zelle und jeweils um eine gegenüberliegende senkrechte Kante jeder negativen Platte dieser Zelle herumgeführt ist. Die Unterkante dieses Streifens läßt die Unterkanten aller Platten vollständig frei, so daß diese in Kontakt mit dem Kleber gebracht werden können. Wie Fig. 9 zeigt, ist ein einziger Streifen 50 aus Separatormaterial zickzackförmig zwischen den benachbarten positiven und negativen Platten 12 und 13 angeordnet. Man erkennt, daß bei dieser Ausgestaltung die in der Zeichnung rechts befindlichen senkrechten Kanten aller positiven Platten 12 freibleiben, während die dazwischenliegenden rechten senkrechten Kanten der negativen Platten 13 von dem gefalteten Streifen 50 umgeben sind. In ähnlicher Weise bleiben die linken senkrechten Kanten aller negativen Platten 13 frei, während die dazwischenliegenden linken senkrechten Kanten der positiven Platten 12 von dem gefalteten Streifen 50 umgeben sind. Auf diese Weise werden für alle Platten schlauchförmige Hüllen erhalten, die jedoch nur längs einer senkrechten Kante jeder Platte geschlossen sind. Trotzdem wird auch mil dieser Ausgestaltung verhindert, daß aktives Material einen Kriechpfad zwischen benachbarten Platten entgegengesetzter Polarität bilden kann.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 läßt dei untere Rand des Streifens 50 die gesamte Unterkante der Platten vollständig frei. Wenn folglich diese Separator-Platten-Anordnung in ein Batteriegehäuse It eingesetzt wird, dann tauchen die gesamten Unterkanten aller vorhandenen Platten in die Schicht 2] aus flüssigem Klebmaterial'ein, in die auch die Unterkante des Streifens 50 eintaucht. Wenn dann der Kleber erstarrt, werden nicht nur die einzelnen Platter sicher am Boden 15 des Batteriegehäuses 16 gehalten sondern es wird auch der untere Rand jeder der durch ein Teilstück des Streifens 50 gebildeten Plattenhüller vollständig verschlossen, wodurch die angestrebte gegenseitige Abdichtung erzielt wird, welche verhindert daß aktives Material am Boden des Batteriegehäusc: Kriechpfade zwischen positiven und negativen Platter bildet.

Wenn es erwünscht ist, können die Kanten der Platten nur im Bereich des unteren lindes derselben, W( sich das aktive Material sammelt, gegeneinander ab gedichtet werden. Beispielsweise können die Platten hüllen 18 gemäß Fig. 1 bis 4 oder die Plattenhüller 30 und 40 gemäß Fig. 5 bis 8 nur die unteren 309! der Platten dichtend umgeben, um eine Tasche zu Aufnahme des aktiven Materials zu bilden und urt zu verhindern, daß dieses Material Kricchpfadc /.wi sehen benachbarten Platten bildet.

Hierzu 2 Wall Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Akkumulator mit einem Batteriegehäuse und damit verklebten positiven und negativen Platten, ■> welche von taschenförmigen ebenfalls mit dem Batteriegehäuse verklebten Separatoren umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenförmigen Separatoren (18; 30; 40; SO) am unteren Rand öffnungen (20) aufweisen, durch Hi die ein Kleber (Schicht 21) bis zu den unteren Kanten der Platten (12,13) reicht und diese unter gleichzeitiger Abdichtung der öffnungen (20) auf mindestens einer Seite der taschenförmigen Separatoren (18; 30; 40, 50) mit dem Gehäuseboden r> verklebt.

2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest jede zweite Platte (12) von einem taschenförmigen Separator (18; 30; 40) umgeben ist, der längs der senkrechten 2» Kanten der umschlossenen Platte (12) dichtend verschlossen und längs der unteren Kante dieser Platte unter Bildung einer Bodenöffnung (20) für den Kleber offen ist.

3. Akkumulator nach Anspruch 2, dadurch ge- >> kennzeichnet, daß jeder Separator (18) durch Falten aus einem flexiblen Zuschnitt (18a) aus Separatormaterial hergestellt ist, wobei die Seitenkanten des Separatormaterials dichtend miteinander verbunden sind und wobei das Separatormaterial jo im Bereich der Faltlinie (22) mit Öffnungen (20) für den Kleber versehen ist.

4. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Separatormaterial in Form von schlauchförmigen Separatoren (30; 40) vor- r> gesehen ist, welche zumindest jede zweite Platte (12) umgeben, wobei jeder der schlauchförmigen Separatoren (30; 40) längs der senkrechten Kanten der von ihm aufgenommenen Platte (12) dichtend verschlossen und längs der Unterkante dieser Platte zur Bildung einer Bodenöffnung für den Kleber vollständig offen ist.

5. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechten Kanten jedes der schlauchförmigen Separatoren (30) durch Streifen (31, 32) aus einer schrumpffähigen Kunststoffolie gebildet sind, so daß die schlauchförmigen Separatoren (30) stramm auf die darin befindliche Platte (12) aufschrumpfbar sind.

6. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch ge- >o kennzeichnet, daß das Separatormaterial in Form eines einzigen flexiblen Streifens (50) vorgesehen ist, der zickzackförmig derart um aufeinanderfolgende Platten (12, 13) gefaltet ist, daß er jeweils eine senkrechte Kante jeder der positiven Platten (12) auf einer Seite der Gruppen von Platten (12, 13) und jeweils eine senkrechte Kante jeder der negativen Platten (13) auf der anderen Seite der Gruppe von Platten (12,13) umgibt und die Unterkanten aller Platten (12,13) für den Zutritt des t>o Klebers völlig freiläßt.

7. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber eine Schicht (21) aus einem flüssigen Epoxydharzmaterial ist, welches zunächst in flüssiger Form vorliegt, so daß b5 es durch die öffnungen (20) eindringt und in Kontakt mit den Platten (12,13) gelangt, und welches anschließend zum dichtenden Verschließen der b)

Bodenöffnungen verfestigbar ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines Akkumulators mit einem Batteriegehäuse und darin angeordneten durch Separatoren getrennten positiven und negativen Platten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) man erzeugt auf dem Boden (15) des Batteriegehäuses (16) eine ausreichend tiefe Schicht (21) aus einem flüssigen Kleber;
man setzt die Platten (12, 13) und die Separatoren (18; 30; 40; 50) derart in den Kleber, daß sich die Platten (12, 13) am Boden (15) des Batteriegehäuses (16) abstützen und zumindest längs einer Unterkante gegenüber den benachbarten Platten (12,13) abgedichtet sind, und

c) man läßt den flüssigen Kleber erstarren,
y. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechten Kanten der schlauchförmigen Separatoren (30) durch Streifen (31, 32) aus schrumpfrahiger Kunststoffolie hergestellt werden, und daß die schlauchförmigen Separatoren (30) stramm auf die darin befindlichen Platten (12) aufgeschrumpft werden.