DE2721512C2

DE2721512C2 - Polzapfen zum Herstellen eines AnschluBpols einer Batterie und Verfahren zur Herstellung eines Endpoles unter Verwendung eines derartigen Polzapfens

Info

Publication number: DE2721512C2
Application number: DE2721512A
Authority: DE
Inventors: Peter J. 8623 Staffelstein Moll
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-12
Filing date: 1977-05-12
Publication date: 1980-01-17
Also published as: DE2721512B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Polzapfen zum Herstellen eines Anschlußpols einer Batterie, der mit einer im Deckel nngearbeiteten Bleibuchse verbunden werden soll, indem eine Snhmelzf^rm aufgesetzt wird, die der Form des Endpoles entspricht, und der ein in die Schmelzform hineinragendes Teil ausweist.

Bekanntlich werden an die Anschluß-Pole mittels unverwechselbarer Batterie-Klemmvorrichtungen die Kabel der Licht- und Startanlage des Kraftfahrzeuges herangeführt und angeschlossen. Dabei sind diese Pole sowohl bei einer kleinen PKW-Batterietype, beispielsweise der Typ 12 V 36 Ah, als auch bei den großen Traktor- und LKW-Typen, beispielsweise der Type 12 V 180Ah, von gleichem Querschnitt, obwohl die übertragene Warm- und Kaltstartleitung das fünf- bis zehnfache der 20stündigen Kapazität ausmachen kann, wenn man Sommer- und Winterbetrieb berücksichtigt. Das bedeutet z. B. für die PKW-Type 12 V 36 χ 5 = 180 Ampere bis 360 Ampere und für die größte Type 180 Ah χ 5 = 900 bis 1800 Ampere.

Ein Polzapfen der eingangs geschilderten Gattung ist aus der DE-OS 2136 466 bekannt. Der bekannte Polzapfen ist zylindrisch ausgebildet. Die ihm umgebende Bleibuchse besitzt einen äußeren Ringflansch, um den herum die Schmelzform angeordnet ist. Der Polzapfen ragt derart lang über die Schmelzform hinaus, daß zusammen mit dem Blei des Ringflansches der Buchse genügend Blei zur Herstellung des Endpols vorhanden ist. Um die Schmelzform ist eine mit einem Hochfrequenzstrom gespeiste Drahtwendel angeordnet. Durch Einschalten des Stroms erfolgt die Verschmelzung des in die Schmelzform hinein- und diese überragenden, oberen Teils des Polzapfens mit dem Blei des Ringflansches der Buchse. Die Herstellung eines Endpols unter Verwendung des bekannten Polzapfens hat den Nachteil, daß die einwandfreie Abdichtung zwischen Polzapfen und Bleibuchse nicht gewährleistet ist, die erforderlich ist, damit die Durchführung des Polzapfens durch die Buchse absolut dicht, d. h. gasdicht und kriechstromfest, ist. Darüber hinaus bedarf es eines großen Energieaufwandes, um den oberen Teil des Polzapfens und den äußeren Flansch der Bleibuchse zu verschmelzen und den Endpol mit seinem vollen Bleiquerschnitt zu bilden. Die damit verbundene große Erhitzung der Bleibuchse hat zur Folge, daß die Verwendung des bekannten Polzapfens auf Batterien mit einem Deckel aus Hartgummi beschränkt ist, der bekanntlich bei 200° C vulkanisiert wird. Pa die

lu Bleischmelztemperatur von Hartbleilegierungen, aus denen Polzapfen und Bleibuchse bestehen, bei 400° C liegt, würde die Verwendung des bekannten Polzapfens bei Deckeln aus Kunststoff, z. B. Polypropylen, dazu führen, daß die Verbindung der Buchse mit dem Deckel

is wieder undicht wird. Die Folge sind blumenkohlartige Oxydgebilde auf den positiven Endpolen, oxydierte Klemmen und durchgefressene Anschlußkabel, und zwar bedingt im wesentlichen durch das Nachschwitzen der Schwefelsäure aus dem Inneren der Batterie heraus.

Aber auch die Kapillarwirkung spielt hier eine große Rolle.

Aus der US-PS 39 39 300 ist ein Poizapfen bekannt, der wie derjenige der DE-OS 21 36 466 als Zylinder ausgebildet ist und aus den zur genannten Druckschrift

>5 bereits ausgeführten Gründen sowohl die Bleibuchse als auch die Schmelzform weit überragt. Der die Bleibuchse und die Schmelzform weit überragende Teil des Polzapfens läuft an seinem Ende in einen kurzen Kegelstumpf aus, offensichtlich um den Beginn des

JO Verschmelzens dieses Teils des Polzapfens zu erleichtern.

Aus der DE-OS 26 21 346 ist eine Metalleinlage bei stark belasteten Polen bekannt. Zweck dieser Maßnahme ist die Stromabführung über eine Klemme. Die eingegossenen Messingteile dienen dazu, eine robuste Klemmvorrichtung zu gestalten, damit auch eine leichtere Auswechselbarkeit einzelner Zellen während der Betriebsdauer gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Polzapfen derart zu verbessern, daß er auch bei Deckeln aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen, zum Herstellen eines Anschlußpols verwendbar ist und daß insbesondere eine gasdichte und kriechstromfeste Durchführung des Polzapfens durch die Bleibuchse gewährleistet ist, ohne daß die gasdichte und kriechstromfeste Verbindung zwischen Bleibuchse und Deckel beeinträchtigt wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei einem Polzapfen der eingangs geschilderten Art darin, daß das hineinragende Teil des Polzapfens als Kegel ausgebildet ist, der die Bleibuchse überragt.

!n weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Polzapfen mit einer Metalleinlage ausgestattet. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Metalleinlage aus Kupfer. Dadurch ist der Vorteil vermittelt, daß die Verwendung von Doppelpolen mit ihren vielen unangenehmen Begleiterscheinungen vermieden wird, obwohl in der Praxis bei den, insbesondere im Winter auftretenden, enormen Stromstärken die Polquerschnitte bis zu 100°C und mehr annehmen, so daß es ohne die Verwendung von Doppelpolen zu problematischen Veränderungen gekommen wäre. Bei Schwerstbatte-

h"i rien ist die Anordnung von Endpolcn bekanntlich auch ohne Rücksicht auf den für den Deckel gewählten Werkstoff infolge der enormen Stromstärke äußerst kritisch. Denn die Batteriespannung läßt beim Start

durch die Erwärmung der Pole erheblich nach. Dadurch ist ein betriebssicherer und schneller Start des Motors gefährdet. Um hier Abhilfe zu schaffen, sind bei Schwerstbatterien Doppelpole verwendet worden, d. h. zwei negative und zwei positive Pole, Diese wurden zur Lastverteilung mit Doppelkabel-Zuführungen und -Klemmen versehen. Durch die neuen Polypropylen-LKW-Batterien bestand hier die Notwendigkeit, andere Lösungen zu suchen, um die Betriebssicherheit der Batterie von vornherein zu gewährleisten. Eine solche andere Lösung stellt die geschilderte Weiterentwicklung der Erfindung dar.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines Endpoles unter Verwendung eines Polzapfens entsprechend der bisher beschriebenen Erfindung. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der Kegel nur oberflächlich erhitzt wird und der Endpol unter Zugabe von Blei in die Schmelzform ausgeformt wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform dieses Verfahrens wird das zusätzliche Blei eingegossen.

Durch das geschilderte Verfahren zur Herstellung eines Endpoles unter Verwendung eines Po'zapfens nach der Erfindung sind diejenigen Schwierigkeiten überwunden, die bisher im Stand der Technik bestanden hatten. Sie sollen im nachstehenden anhand der Fig. 1 bis 5 erläutert werden. In den Fig. i bis 4 sind zwei bekannte Endpol-Anordnungen dargestellt. Dabei ist aus den F i g. 1 bis 3 zu erkennen, in welcher Weise der konusförmige Endpol durch Aufschweißen hergestellt wird. In F i g. 4 ist eine bekannte Batterieklemme für den Kabel-Anschluß dargestellt. In Fig.5 ist eine Ausführungsform gemäß den F i g. 1 und 2 für eine LKW-Batterie mit Kasten und Deckel aus Polypropylen dargestellt.

In F j g. 1 und 2 sind der Mono- oder Zellendeckel mit 1, die einvulkanisierte Bleipolbuchse mit 2, der Polzapfen des Plattensatzes mit 3 und die metallische Schmelzform beispielsweise für den positiven Endpol mit 4 bezeichnet. Der neuralgische Punkt jeder Herstellung eines Endpols aus Blei ist durch einen Kreis hervorgehoben, der die Bezugszahl 5 trägt. Diese Stelle muß beim Herstellen des Endpols durch Aufschwemmen von Blei in der Schmelzform besonders gut verschweißt werden, wenn eine einwandfreie Abdichtung zwischen dem Polzapfen 3 und der einvulkanisierten Bleibuchse 2 gewährleistet sein soll, die unerläßlich ist, damit aus dem Inneren der Zelle keine Säure emporsteigen kann.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß es zunächst notwendig ist, einen sog. Bleisumpf 6 zu bilden. Das hat sich nicht nur zur Erreichung einer 100%igen Abdichtung im Sinne der Erläuterung zu Fig. 1, sondern auch deshalb als notwendig erwiesen, um den Endpol 7 aus Blei mit seinem vollen Bleiquerschnitt durch Tropfbleizugabe bilden zu können. Es kommt entscheidend darauf an, daß die im Mono· oder Zellendeckel eingebettete Bleibuchse 2 flüssigkeitsdicht bleibt, d.h. nicht nur während der rauhen Batteriepraxis, sondern auch bei extrem hohen Plus- und Minustemperaturen, die sowohl den Hartgummi, als auch den Polypropylen-Werkstoff erheblichen Veränderungen unterziehen. Ferner muß die Verbindung auch unter Berücksichtigung der auftretenden, mechanischen Beanspruchungen flüssigkeitsdicht bleiben.

In Fig.3 ist dargestellt, wie im Stand der Technik verfahren worden ist, wenn Kasten und Deckel der Batterie, insbesondere Starterbatterie, aus Polypropylen bestehen. Auf Batterien, deren Kasten und Deckel aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen, bestehen, ist man von den bis dahin üblichen Hartgummi-Kasten und -deckein in letzter Zeit im Zuge der Modernisierung der G roß-Batterien für Lkw, Traktoren, Busse, Raupenfahr zeuge und Schwerst-Pkws aus verschiedenen Gründen ι übergewechselt. So konnte u. a. durch den dünnwandigen Kunststoff des Kastens die Plattenbestückung vergrößert und mithin die Kapazität von z. B. 180 bis 250Ah gesteigert werden. Das bedeutet: 250Ah χ 5 = 1250 Ampere bis 2500 Ampere. Bei

iü Batterien aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen, scheidet eine Herstellung der Endpole, wie sie in F i g. 1 und 2 dargestellt ist, aus, weil Hartgummi-Deckel beim Einvulkanisieren der Bleibuchsen und Bleipolhülsen zwar Temperaturen bis zu 200⁰C unterworfen werden

ι. können, für plastische Werkstoffe, z. B. Polypropylen, jedoch nur etwa die Hälfte dieser Temperatur zulässig ist. Es mußte deshalb der Polzapfen 8 in F i g. 3 derart verlängert werden, daß er die Deckeloberfläche weitgehender überragt, als dies gemäß den F i g. 1 und 2 bei Hartgummi-Deckeln erforderlich war. Ferner ist auch eine verlängerte, sog. PP-BIeibucine 9 erforderlich. Die Verlängerung des Polzapfens 8 und de; Bleibuchsen 9 war erforderlich, damit der eingepreßte, untere Teil der Bleibuchse 9 nicht durch Hitzeeinwirkung undicht j wird. Mit Hilfe einer Schmelzform wird nun der Endpol in der Weise fertiggestellt, daß der eigentliche Anschluß-Pol 10 aufgeschweißt wird. Beim Schweißen mußte dabei eine Wasserkühlung erfolgen.

Gleichwohl hatte die Bleibuchse nach Fig.3 noch

ic Nachteile, die nunmehr durch die Erfindung behoben sind. Denn der Polzapfen 8 kann nur mit einem großen Spielraum in die Buchse 9 montiert werden. Beim Anziehen der aufzusetzenden, in Fig.4 dargestellten Batterieklemme U für das Anschlußkabel 12 wird nun

Ji die Bleibuchse 9 infolge des freien Spaltes deformiert. Das führt zu einer Lockerung der eingepreßten Bleibuchse, so daß eine kriechstromfeste Abdichtung zwischen Bleibuchse und Zellendeckel nicht mehr gewährleistet war.

»ο Da F i g. 5 eine Ausführungsform gemäß den F i g. 1 und 2 für eine Lkw-Batterie mit Kasten und Deckel aus Polypropylen darstellt, bedeuten gleiche Bezugszahlen auch gleiche Konstruktionselemente. Infolge der verstärkten Ausführung der Bauelemente mußte auch die

■1Ί Labyrinth-Abdichtung vergrößert werden. Gegenüber den Fig. I und 2 ist allerdings darauf hinzuweisen, daß in Fig.5 die Bezugszahl Xa auf einen Polypropylen-Deckel hinweist, der, wie erwähnt, bedeutend temperaturempfindlicher ist als der Hartgummi-Zellendeckel 1

w der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2. Würde man bei einer LKW-Batterie mit Kasten und Deckel aus Polypropylen nach F i g. 5, wie anhand der F i g. 2 erläutert, verfahren, d. h. mit einer offenen SchweißflaTim.. oder auch nur elektrisch verschweißen, so

^ri"i würde die Hitzebeeinflussung der Bleibuchse 2 die Lockerung und das Undichtwerden derselben beschleunigen. Ganz besonders würden hierzu auch das zugesetzte Schwemmblei 6 nach F i g. 2 beitragen, aber auch die ungleichen Ausdehnungskoeffizienten von Blei

Wi einerseits und Polypropylen andererseits.

Alle diese Nachteile sind durch den Polzapfen nach der Erfindung und das Verfahren zur Herstellung eines Endpoles unier Verwendung eines Polzapfens nach der Erfindung behoben, die in der nachstehenden Beschrei-

h-, bung anhand der Zeichnung in zwei Ausführungsformen beispielhaft erläutert sind. Es zeigt

F i g. 6 einen Schnitt in abgebrochener Darstellung im Bereich eines Endpols in einer Ausführungsform und

Fig. 7 dieselbe Darstellung einer anderen Ausführungsform.

Der nicht dargestellte Kasten einer Starterbatterie sowie deren Deckel 14 bestehen aus Polypropylen. In den Deckel 14 ist abgedichtet eine Bleibuchse 15 eingebettet. In die Bleibuchse 15 ragt ein Polzapfen 16 eines Plattensatzes hinein. Auf der Bleibuchse 15 ist eine metallische Schmelzform 18 zum Herstellen eines konusförmigen AnschluBpols aus Blei für die Kabel 12 einer Licht- und Starteranlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet.

Der Polzapfen 16 besitzt ein die Bleibuchse 15 überragendes und in die Schmelzform 18 hineinragendes Teil, das als Kegel 17 ausgebildet ist. Unter Verwendung eines Polzapfens nach der Erfindung ergeben sich zur Herstellung eines Endpoles eine Reihe von Vorteilen. Während im Stand der Technik ausweislich F i g. I und 2 innerhalb der Schmelzform ein

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Endpols 7 erzeugt werden mußte, um diesen mit vollem Querschnitt hochziehen zu können, entfällt dies bei der Erfindung insoweit, als der Kegel in die Schmelzform hineinragt. Der Endpol kann nun in einer Ausführungsform dadurch hergestellt werden, daß in an sich bekannter Weise mit einem Schweißbrenner die Schweißflamme auf den Kegel gerichtet wird, wodurch sie abgebremst, zerlegt und nach unten um den Kegel herum abgelenkt wird. Dabei werden der Kegel und die Bleibuchse nur oberflächlich erhitzt. Tropfblei kann dabei in kleinen, dosierten Mengen zum Zerfließen gebracht werden. Das Tropfblei gelangt dabei zwangsläufig innerhalb der Schmelzform 18 in denjenigen Bereich, der in Fig. 1 und Fig. 5 durch den mit der Bezugszahl 5 versehenen Kreis gekennzeichnet und im Vorstehenden als der neuralgische Punkt jeder Herstellung eines Anschlußpols aus Blei bezeichnet ist. Das zur Bildung des Anschlußpols erforderliche, heiße Tropfbleivolumen kann so klein wie möglich gehalten werden und dichtet die kleinen, freiliegenden Bleibuchsen- und Polrand-Oberflächen unter geringem Wärmeaufwanc durch Verschweißen ab.

In einer abgewandelten Ausführungsform ist es auch möglich, das heiße Blei einzugießen, so daß ohne

·■> Schweißbrenner gearbeitet werden kann.

Unter Verwendung eines Polzapfens nach der Erfindung ist die Herstellung eines Endpoles innerhalb von wenigen Sekunden möglich. Eine Überhitzung der Bleibuchse ist dadurch ausgeschaltet.

κι Das Anschwemmen von Tropfblei in dem gegenüber dem Kegel 17 noch verbleibenden Raum der Schmelzform 18 läßt es nicht mehr zum »Schmoren« kommen wie dies bisher im Stand der Technik gemäß F i g. 2 der Fall war. Während dieses »Schmoren« bei Hartgummi-

is Batterien nicht so kritisch war, weil Hartgummi bei 200°C vulkanisiert wird, würde dies bei Batterie-Kästen und -Deckel aus Polypropylen zu einem echten Problem.

li'i tier ίιί Fig. 7 uargtisieiiien. vorteilhaften Atisführungsform der Erfindung ist der l'ol/apfen 19 mit einer Metalleinlage 20 aus Kupfer ausgestattet. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist auch das Problem gelöst, welches sich bei Batterien mit hohen Kapazitäten hinsichtlich des Querschnitts des negativen und

2^r> positiven Pols deshalb gestellt hatte, weil bei den heute hochkomprimierten Motoren, insbesondere mit hohen PS-Zahlen, enorme Anlaßkräfte und dementsprechend hohe Amperezahlen erforderlich sind. Man hatte deshalb in den letzten zehn Jahren bereits die früheren 6-V-Batterien verlassen und war auf 12-V-Battericn übergegangen und bei Lastwagen-Batterien sogar auf 24-V-Batterien, indem man zwei 12-V-Batterien hintereinander geschaltet hatte. Dabei ist zu berücksichtigen, daß unter Zugrundelegung der bekannten Kabelquer-

v, schnitten und Klemmvorrichtungen bei einer I2-V-Batterie die doppelten Leistungen zu übertragen waren. Ferner verlangten die Automobil-Fabriken im Zeitalter der Elektronik unoxydierte Polkopfoberflächen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Polzapfen zum Herstellen eines Anschlußpols einer Batterie, der mit einer im Deckel eingearbeiteten Bleibuchse verbunden werden soll, indem eine Schmelzform aufgesetzt wird, die der Form des Endpoles entspricht, und der ein in die Schmelzlbrm hineinragendes Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das hineinragende Teil (17) als Kegel ausgebildet ist, der die Bleibuchse (15) überragt.

2. Polzapfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Metalleinlage (20) ausgestattet ist.

3. Polzapfen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalleinlage (20) aus Kupfer besteht.

4. Verfahren zur Herstellung eines Endpoles unter Verwendung eines Polzapfens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegel (17) nur oberflächlich erhitzt wird und der Endpol unter Zugabe von Biei in die Schmeizform (18) ausgeformt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Blei eingegossen wird.