DE2818629A1

DE2818629A1 - Verbesserte sammlerbatterie und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2818629A1
Application number: DE19782818629
Authority: DE
Inventors: William Jacob Eberle
Original assignee: General Battery Corp
Current assignee: General Battery Corp
Priority date: 1977-04-26
Filing date: 1978-04-25
Publication date: 1978-11-02
Also published as: AU3543278A; US4166210A; GB1595820A; BE866322A; FR2389241A1; IT7849079A0; MX147297A; IT1102192B; JPS53140545A; AU518057B2; US4346282A; CA1104643A

Description

— O _

General Battery Corporation, Reading, Pennsylvania, V. St. A,

Verbesserte Sammlerbatterie und Verfahren zu deren Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Yorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Zellschweißungen in elektrischen Sammlerbatterien und insbesondere Vorrichtungen, in denen Elektroden auf beiden Seiten einer Trennwand oder anderen öffnung in einem·Batteriegehäuse angesetzt werden, !ahnen oder andere Batterieteile beiseitig auf die Öffnung aufgebracht werden, Kontakt zwischen ihnen hergestellt und Strom durch die Bleiteile geschickt wird, um diese zu schmelzen, und Druck aufgebracht wird, um allgemein eine elektrische Verbindung durch die öffnung hindurch herzustellen. Eine derartige Vorrichtung ist in der US-ps 4-.013c.864 beschrieben.

Es ist seit langem bekannt, daß Bleiteile beiderseits einer Trennwand mit einer öffnung durch diese hindurch nach einer Vielzahl von Verfahren verschweißt werden können_o In der Technik der Bleisäurebatterie wird Blei im allgemeinen während der

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Herstellung der Zellverbindungen durch eine Öffnung hindurch verschweißt, doh. bei der Herstellung der elektrischen Verbindungen zwischen einer Zelle und der nächsten und/oder zwischen den endständigen Batteriezellen und dem externen Anschluß. Da die durch Öffnungen solcher Art geführten Verbindungen erstens elektrisch wirksam sein und zweitens eine Flüssigkeitsdichtung zwischen den Zellen herstellen müssen, um ein "Pumpen" zu verhindern, hat man einige Aufmerksamkeit solchen Verfahren gewidmet, die gewährleisten sollen, daß ein Verbinder zwischen Zellen zusätzlich zur Herstellung einer guten elektrischen Verbindung die Zellen auch einwandfrei gegeneinander abdichtete

Die TTS-PS 3·687ο73^ offenbart allgemein einen Verbinder zum elektrischen Verbinden von zwei Elementen einer Speicherbatterie durch eine Öffnung, wobei mindestens einer der Verbindungsfahnen einen Durchlaß aufweist. Geschmolzenes Metall tritt von einem Innenteil des Verbinder durch diesen Kanal während des Schmelzvorgangs infolge des Drucks, der beim Ansteigen der Temperatur auftritt, aus. Mit dieser Anordnung ist in der genannten Batentschrift versucht worden, das Problem des Ausblasens bzw_o Ausschleuderns von Blei zu lösen, das in der Praxis vielfach auftreten ist_e

Ein weiterer Versuch, das Ausblasen zu. vermeiden, ist in der US-PS 3o4-76o611 gezeigt, in der die Verbindungen zwischen den Zellen in einem Ansatzschweißverfahren aus einem Dorn herge-

stellt werden, der durch die Verbindung zwischen zwei nebeneinanerliegenden Batterieabteilen verläuft und so bemessen ist, daß wenn während des Verfahrens verflüssigt, das Volumen des Bolzenmaterials nicht das Volumen übersteigt, das die Wände der Öffnung umfassen·

Diese Versuche werfen während der Herstellung und der Montage der Heile und der Batterie Toleranz- und Ausrichtprobleme auf· Vor kurzem hat man andere Verfahren zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Zellen entwickelt, die im allgemeinen als Preß- und Schmelz-Verfahren bezeichnet werden ("extrusion-fusion methods")„ Bspw.,beschrieb die US-PS 3o793.086 ein Verfahren, in dem Verbindungsfahnen mit flachen Oberflächen auf jede Seite der Batterietrennwand über eine Öffnung gelegt und dann mit einem Paar gegenüberliegender Elektroden in die Öffnung hineingepreßt werden, bis sie sich berühren*, danach bringt man den elektrischen Schweißstrom auf _o Nachdem der Schweißstrom abgeschaltet, worden ist, läßt man den Verbinder sich abkühlen. Die US-PS 3o793.086 stellt hierzu (in Übersetzung) fest, daß

'Όο. betont werden sollte, daß die Verringerung der anfänglich aufgebrachten Schwerkraft während des Schweißzyklus wesentlich ist. Bleibt die hohe angelegte Scherkraft während des Schweißzyklus aufrechterhalten, wird geschmolzenes Blei aus dem Sehweißbereich herausgespritzt und kann sich eine unzureichende Verbindung ergeben,"

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Ein weiterer Versuch, das Problem des Ausblasens in den Griff zu bekommen, ist bspw_o in der CA-PS 973.522 beschrieben, wo die Fahnen mit getrennten Ealtehülsen dicht auf die öffnung in der !Trennwand aufgespannt werden vor und während dem Preß- und Schmelzverfahren.

Die US-Patentanmeldung 134-_o44-2 vom 15.4.1971, auf die die US-PS 3·869ο316 Bezug nimmt, offenbart ein ähnliches Verfahren, bei dem man zwei dicke Fahnenbänder fest auf die Trennwand mit einer öffnung aufspannt, das Metall eindrückt, bsi die beiden Fahnen einander berühren, elektrischen Strom durch das eingedrückte Metall schickt, um es zu schmelzen, wobei unter der anhaltenden Aufpreßkraft der Elektroden Metall in die Hohlräume der Öffnung einfließt, während man weiteres Metall von den Fahnen in die öffnung hineinpreßt, bis die öffnung vollständig mit Fahnenmaterial gefüllt ist.

Die US-PS 3.869o316 zeigt ein ähnliches Auspreß- und Schmelzverfahren, bei dem hochdichiie Polyurethankissen um jede der Elektroden herumgelegt werden, um die Fahnen fest auf die Wände der Verbindung zwischen den Zellen während des Auspressens, Schmelzens und Kühl ens aufzupressen.

In der US-PS 3„723o699 drückt sich das Problem des Ausblasens bzw» des Ausspritzens von Blei im Zusammenhang mit einem Ansatzschweißverfahren aus, in dem die Fahnen mit vorstehenden ringförmigen Rippen versehen sind, die das Loch in der Trennwand

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umgeben und in diese eindringen, um unerwünschten Materialfluß zu verhindern und eine gute mechanische Versperrung zwischen den Fahnen und der Trennwand zu erzeugen. Auf diese Veise will man die Möglichkeit einer Gleitbewegung zwischen den Fahnen und der Trennwand verringern_o

Wie sich aus diesem Stand der Technik ergibt, sind erhebliche Schwierigkeiten mit dem Ausblasen aufgetreten - insbesondere wo Blei in die Öffnung in der Trennwand eingepreßt wird, um diese auszufüllen«. Dennoch waren die Preß- uns Schmelzverfahren in der Industrie sehr erfolgreiche

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine modifizierte Elektrodenkonfiguration zum Einsatz in einem Preß- und Schmelzverfahren und insbesondere ein Schweißsystem, das die Notwendigkeit separater Spannelemente oder besonderer Fahnen- oder Öffnungskonfigurationen umgeht und eine extern homogene Schweißung bei gleichmäßiger Kornstruktur und bisher in der Batterieherstellung ungekannter und nicht erreichbarer Festigkeit erzeugte

Die überlegenen Eigenschaften der Schweißungen (und der mit diesen hergestellten Sammlerbatterien) ergeben sich aus zahlreichen Besonderheiten der neuartigen Elektrode und dem Verfahren, der Anmelderin, in dem die Elektroden eingesetzt werden· Eine solche Besonderheit ist die neuartige Elektrodenspitze nach der Erfindungo Die Anmelderin hat festgestellt, daß der Stauchteil der Elektrode, d.h. der Spitzenteil, der anfänglich das Metall auf-

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wirft, um die anfänglichen Berührungen in der Öffnung herzustellen, aus einem Material mit größerem Widerstand als dem des verbleibenden Umfangsteils der Elektrode bestehen sollte, d_oh_o desjenigen Teils der Elektrode, dernicht in die Mitte der Fahne eindringt, um die Metall-Metall-Berührung herzustelleno Während die Anmelderin gefunden hat, daß sich mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff für diesen Teil der Elektrode ebenfalls überlegene Schweißungen erreichen lassen handelt es sich in der bevorzugten Ausführungsform bei dem Stauchteil um einen Leiter, obgleich
dieser einen wesentlichen höheren Widerstand als der übrige Elektrodenteil hatο In der bevorzugten Ausführungsform besteht bspw. die Elektrode aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung, die ein sehr guter Leiter ist, während der Stauchteil der Elektrode aus Carbid stahl bestehtο

Die Anmelderin hat weiterhin gefinden, daß man mit einem ringförmigen Vorsprung auf der Elektrode, der die Öffnung umgibt,
um die Fahnemindestens während des Eindrückens des Fahnenmaterials in die Öffnung um die Öffnung herum fest an- und einzudrücken, das Problem des Ausblasens vermeidet und sich so eine wesentlich dichtere, festere und gasfreie gleichmäßige Schweißung erreichen läßtο In der bevorzugten Ausführungform weist der Ringvorsprung
auf der Elektrode eine Schnittkante auf, die in die Fahne einschert, um eine Abdichtzone aus stark kompromiertem Blei um die
Öffnung herum auszubilden.» Der ringförmige Vorsprung ist allgemein jonkav ausgebildet und drückt zusätzlich Blei an der stark
komprimierten Dicht zone zur Mittelachse der öffnung,, Weiterhin

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wirkt der ringförmige Torsprung als Wärmeableitelement für das diesem Elektrodenteil naheliegende Blei, so daß dieses nicht schmelzen kann_o

Die Anmelderin hat festgestellt, daß es nicht erforderlich ist, während des anfänglichen Stauchens und nachfolgenden Andrückens unterschiedliche Drücke zu verwenden, Es sind also wesentlich weitere Toleranzen für die Trennwand, die Öffnung in ihr und die Fahnen möglich, so daß die Weißleistung, die Haltezeit und der Haltedruck weit weniger kritisch sind als bisher bei den Anordnungen des Standes der Technik.

Es ist also ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Sammlerbatterie mit Schweißungen zwischen den Zellen von überlegener Festigkeit und Güte anzugeben.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Schweißverbindungen zwischen Zellen in KFZ-Sammlerbatterien anzugeben, bei denen die üblichen Probime mit dem Ausblasen von Blei vermieden sind ο

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, Mittel und Verfahren zur Ausbildung von Schweißverbindungen zwischen den!? Zellen von Bleisäurebatterien nach dem Preß- und Schmelzverfahren anzugeben, bei denen die Fahnen, die Trennwände und die Öffnung weit weniger genau ausgebildet und miteinander ausge-

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richtet sein können, ohne daß sorgfältig nachgegestellt werden muß, um die weiten Toleranzen auszugleichen.

Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfidnung sollen in der folgenden Beschreibung ausführlich erläutert werden_o

Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung der "bevorzugten Elektrode nach der vorliegenden Erfindung.

Figo 2a ist ein Schnitt desjenigen Teils einer Batterie, in dem eine flache Fahne auf beiden Seiten einer Trennwand zwischen zwei Zellen angeordnet ist, die eine Öffnung aufweist; zwei bevorzugte Elektroden entsprechend den in der Figo Λ gezeigten sind ansatzbereit und von den Fahnen beabstandet dargestellt und liegen um wesentlichen koaxial mit der Öffnung in der Trennwand, durch die hindurch die Verbindung hergestellt werden soll;

Fig. 2b ist ein Schnitt entsprechend der Fig. 2a, wobei die Elektroden die Fahnen nunmehr berühren und Teile derselben in die Öffnung in der Trennwand eindrücken;

Figo 2c zeigt einen vergrößerten Schnitt entsprechend den Fig. 2a, 2b, wobei die Elektroden nun so weit ausgefahren sind, daß die beiden Fahnen einander in der Öffnung metallisch berühren und auch die Druckteile der Elektroden nun auf den Fahnen aufliegen;

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Fig«, 2d ist ein Schnitt entsprechend den Figo 2a, 2b, wobei das Blei in der Öffnung nun fließt und die Elektroden weiter zueinandergeführt worden sind, so daß die Bleischmelze das Loch ausfüllt und die Formteile die Fahnenflächen berühren;

Figo 2e ist ein Schnitt entsprechend den Fig. 2a - 2d, wobei die Verbindung nun vollständig hergestellt und die Elektroden abgezogen worden sind; die Figur zeigt die vollständige Schweißverbindung;

Figo 2f ist eine Perspektivdarstellung eines Bandes mit Fahne und zeigt die äußere Erscheinung einer Fahne, an der die Zellverbindung nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt worden isto

Obgleich für die Darstellung in den Zeichnungen bestimmte Formen der Erfindung gewählt wurden, und die folgende Beschreibung sich auf diese bezieht, um an ihnen die Erfindung zu'beschreiben, soll die Beschreibung den Umfang der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, nicht einschränken.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweissen von Blei oder Bleilegierungen durch eine Öffnung in der Wandung eines Sammlergehäuses, bspw. eine Öffnung in der Trennwand zwischen den Zellen eines Sammlergehäüses zur Herstellung einer Verbindung zwischen den Zellen bspw. alternativ durch die

Außenwand des Sammlergehäuses, um einen Anschluß herzustellen, Dieses Verfahren besteht im Prinzip daraus, die Fahnen auf gegenüberliegenden Seiten der öffnung so aufzubringen, daß sie die öffnung mindestens teilweise überdecken, mindestens einen Teil der Fahnen in die öffnung hineinzudrücken, bis sie sich in der Öffnung berühren, Strom durch diese Teile zu schicken, um sie mindestens in der Öffnung teilweise zu schmelzen, dann mindestens die geschmolzenen Teile in der öffnung komprimiert, um die Öffnung zu füllen, und ungeschmolzene Teile um die öffnung herum während mindestens eines Teils des Andrückschritts fließformt, um ein Ausblasen des geschmolzenen Teils während des Eindrückens zu verhindernο

In ihrer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Torrichtung nach der vorliegenden Erfindung im Prinzip eine Elektrode mit einem Stauch-, einem Druck- und einem Fließformteil, die auf der Elektrode ausgebildet sind, um nacheinander die oben beschriebenen Schritte des Stauchens, Andrückens und Fließformens auszuführeno In der bevorzugten Ausführungsform besteht der Stauchteil der Elektrode aus einem Werkstoff mit verhältnismäßig höherem Widerstand als der Druckteil der Elektrode, um eine Schweißstelle ("nugget") wesentlich größeren Volumens auszubilden,,

Wie nun die Zeichnungen und insbesondere die Figo 1 zeigen, die die Elektrode nach der bevorzugten Ausführungsform in der Perspektive zeigt, weist die Elektrode einen Stauchteil 100, einen

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Druckteil 200 und einen Fließformteil 300 auf jeweils einem Ende eines zylindrischen Körpers auf, der in Fig. 1 allgemein mit 400 bezeichnet ist_o Ein Ansatz 402 für eine Backe ist an der Elektrode vorgesehen, damit eine Elektrode bequem auf Schweißbacken aufgespannt werden kann_o Wie in Fig. 1 gezeigt, hat in der bevorzugten Ausführungsform der Fließformteil 300 eine Innenfläche 304, die allgemein zur Mittelachse der Elektrode konkav bzwo angeschrägt ist und in eine Schnittkante 302 ausläuft, die zwischen der Fläche 304 und der Außenfläche 306 des allgemein mit 400 bezeichneten zylindrischen Körpers ausgebildet ist.

Die Figo 2a zeigt einen Schnitt durch einen Teil einer Zelltrennwand 500 mit einer Öffnung 502o Die Fahnen 504, 506 sind auf die Trennwand über die Öffnung 502 gesetzt; weiterhin zeigt sie die Ausrichtung der allgemein mit 600 und 602 bezeichneten Elektroden bezüglich der öffnung von den Schweißschrotto Die Fahnen 504, 506 weisen allgemein flache Oberflächen auf, die auf den komplementären gegenüberliegenden Oberflächen der Trennwand 500 aufliegeno Die Fahnen sind in ihrer Breite und Höhe so gewählt, daß eine genaue Ausrichtung mit der öffnung nicht erforderlich ist. Die Wichtigkeit dieser Tatsache beruht teilweise auf dem Umstand, daß jede Fahne 504,'506 als Teil der Bänder 508, 510 ausgebildet bzw. gegossen ist, die, obgleich nicht gezeigt, mit einer Vielzahl von Batterieplatten verschweißt sind, die eine Gruppe von Elementen in der Batterie ausmachen und während des Zusammensetζens in das Gehäuse in der mit den Pfeilen A und B in Figo 2a gezeigten Richtung eingesetzt werden, so

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daß Teile der Fahnen 504 und 506 die öffnung 502 in der Trennwand überlappen.

Es ist in der Fig_o 2a ebenfalls zu sehen, daß die Verwendung der Fahnen 504, 506 mit flachen Oberflächen es erlaubt, die fertigen Gruppen in das Gehäuse einzusetzen, ohne daß die Fahnen an den Trennwänden hängenbleiben können. Weiterhin können so auch nicht die Schwierigkeiten bei der Benutzung von Schweißansätzen auftreten, wenn man erst die Gruppen in die Batteriezellen und dann die Ansätze in die öffnungen einsetzen muß, wie ausführlich in der ÜS-PS 3=364.076 beschrieben.

^wie in Fig. 2a dargestellt, sind die allgemein mit 600 und 602 bezeichneten Elektroden im wesentlichen koaxial mit der Öffnung 502 ausgerichtete Die Stauchteile 604, 606 der Elektroden sind kleine, im wesentlichen zylindrische Stücke, deren vorstehende Enden zu Spitzen 604a, 606a geformt sind, die die Fahnen zuerst berühren und sie anstauchen. Die Gewindebohrungen 608, 610 sind zusätzlich in jeder Elektrode vorgesehen und nehmen Gewindebolzen auf, mit denen die Elektroden auf geeigneten Elektrodenbacken gelagert werden.. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Stauchteile 604, 606 verhältnismäßig bessere Isolatoren, d₀fc.o haben einen wesentlich höheren elektrischen Widerstand als der Elektrodenkörper selbst_o Insbesondere sollten der Druckteil, der Fließformteil und der Stauchteil der Elektrode allesamt so hart sein, daß sie während der Bearbeitung des Bleis bzw. der Bleilegierungen im Einsatz eine" annehmbare Standzeit zeigen. Zu

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diesem Zweck ist Berylliumkupfer der bevorzugte Werkstoff, aus dem der Druckteil 200 und der Fließformteil 300 gefräßt oder sonstwie ausgebildet sein können, während der Stauchteil 100 vorzugsweise aus einem kohlenstoffreichen oder Carbidstahl bestehen sollte, dessen Leitfähigkeit im Verhältnis geringer als die von Berylliumkupfer isto Die Anmelderin hat festgestellt, daß der Stauchteil 100 während des eigentlichen Schweißvorgangs keinen wesentlichen Anteil des Schweißstroms führen mußo Bei einem Versuch wurde bspw_o anstelle der Stahlspitze in der bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung von Schweißverbindungen eine solche aus Nylon verwendete Diese Schweißstellen waren zwar nicht so gut wie die, die sich mit der bevorzugten Ausführungsform erreichen lassen, aber immer noch besser als die aus dem Stand der Technik, bekannten.

Wie nun in Figo 2b dargestellt, haben die Elektroden 600 und sich in Richtung der Pfeile C, D in Fig· 2b aufeinanderzu bewegt bis zu einem Punkt, an dem die Stauchteile 100 die Fahnen 504» 506 berühren und die Teile 504a, 506b dieser Fahnen in die öffnung 502 hineindrückeno In der in Fig. 2b gezeigten Lage haben jedoch bisher weder der Druckteil 200 noch der Fließformteil die Fahnen berührt.

Die Figo 2c ist ein vergrößerter Schnitt entsprechend der Figo 2b und zeigt die weitere Bewegung der Elektroden aufeinanderzu bis zu einem Punkt, an dem die Fahnenteile 504a sich in der öffnung 502 gerade berühren. An diesem Punkt in dem Vorgang haben

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die Druckteile 200 der Elektroden gerade begonnen, die Fahnenoberflache in einzudringen, und zwar zu einer Tiefe, die ausreicht um zu gewährleisten, daß diese Druckteile 200 einen guten elektrischen Kontakt zu den Außenflächen der Fahnen 504-, 506 herstellen.

Die Vorderfläche 202, die im wesentlichen rechtwinklig zur Achse der öffnung liegt und deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem der öffnung ist, liegt in einer Entefernung hinter dem vordersten Funkt des Stauchteils 100, die kurzer als die halbe Dicke der Trennwand ist, durch die hindurch die Zellverbindung hergestellt werden sollo Es ist also einzusehen, daß in dieser Phase des Vorgangs die relative Dicke der Fahnen 504, 506 für eine einwandfreie Funktion der Stauchteile 100 unwichtig ist und die Druckteile 200 immer einen guten elektrischen Kontakt mit den Fahnen erreichen, wenn die eingestauchten Teile 504-a, 506a sich in der öffnung der Trennwand berührt haben_o

Beginnend mit dem Zeitpunkt, an dem die Fahnenteile 504a, 506a einander berühren wird, über die Elektroden Strom durch die Fahnen geschickt, um das Blei in der öffnung zu verflüssigen«, In der bevorzugten Ausführungsform wird Strom unmittelbar nach" der metallischen Berührung der Fahnen in der Öffnung aufgebracht und erfolgt die Bewegung der Elektroden zueinander gleichmäßig und unterbrochen weiter, wie in Fig. 2d gezeigt, wo die Druckteile 200 der Elektrode gemeinsam mit den Stauchteilen das Blei vollständig in die Öffnung in der Trennwand 500 eingedrückt haben«,

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Die Figo 2d zeigt die Bleischmelze 700, die die öffnung unmittelbar vor dem Ende des Schweißvorgangs fast vollständig ausfüllte Während die öffnung mit Blei gefüllt wird, aber noch vor einem vollständigen Ausfüllem des Öffnungsraumes mit Blei, legen sich die Fließformteile 300 auf die Außenflächen der Fahnen 504, 506 auf, wie in Figo 2d gezeigte In der bevorzugten Ausführungsform ist erwünscht, daß die Fließformteile 300 der Elektroden nicht so weit in die Fahnen eindringen, daß deren Festigkeit leidet oder sie später korrodieren₀ Die vorstehende Schnittkante dieser Fließformteile sollte die Außenfläche der Elektrode mindestens vor dem vollständigen Ausfüllen der öffnung unter Druck als Ergebnis der gegeneinanderverlaufenden Bewegung der übrigen Elektrodenteile berühren.

D«r Mechanismus, nach dem die Fließformteile 300 unter diesen Umständen die Schwierigkeiten des Ausblasens und -spritzens des Bleis verhindern, ist derzeit nicht vollständig durchschaute Vermutlich bewirken die ringförmigen Schnittkanten um die öffnung herum einen ringförmigen Bereich aus stark komprimiertem Blei, das als Sichtung wirkt, die verhindert, daß Blei aus dem Schweißbereich ausspritzt ο Weiterhin bewirkt vermutlich die geschrägte bzw. konkave Fläche 304 des Fließformteils, wenn sie den zur Schweißzone unmittelbar an die Schnittkanten angrenzenden Fahnenteil formt, in der Fahne Spannungen, die die Schweißstelle zusätzlich einfassen und ein Ausspritzen der Bleischmelze verhindern, Schließlich bietet auch die Tiefe der Nut zwischen dem Fließformteil 300 und dem Druckteil 200 eine gewisse Ausweid-

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möglichkeit für zwischen der Elektrode und der Fahne ausgepreßtes Metall, so daß das Blei in die Ringvertiefung in der Elektrode einfließt, nicht aus der Schweißzone unter Druck ausgetrieben wird ο

Die Figo 2e zeigt nun, wie die Elektroden in den Richtungen E und F abgezogen werden und die fertige Schweißverbindung offenlegen_o Wie ersichtlich, ist die endgültige Zellverbindung, die allgemein mit 800 bezeichnet ist, äußerst gleichmäßig und enthält keinerlei Luftbläschen oder Hohlräume ("worm holes"), wie sie für die nach den Verfahren des Standes der Technik hergesiELlten Schweißverbindungen typisch sind_o Derzeit ist ebenfalls nicht vollständig durchschaut, warum das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung Schweißungen ergeben, die nach dem Schneiden und Ätzen zum Offenlegen des G-efüges eine extrem breite Schweißzone 802 enthalten, die allgemein die in Figo 2e gezeigte Gestalt aufweist_o Theoretisch läßt sich allgemein annehmen, daß eine größere Schweißzone entstehen kann, wenn der größte Teil des Schweißstroms durch die Umfangsbereiche der Elektrode aufgebracht wird, während mit den Vorrichtungen des Standes der Technik, bei denen die gesamte Elektrode - einschließlich den Stauchteilen - ams dem gleichen hochleitfähigen Werkstoff bestand, der wesentliche Teile des durch die Schweißstelle fließenden Stroms an den Punkten geringsten Widerstands übertrat, nämlich an den Spitzen der Stauchteile_o Durch Verwendung eines zwar noch leitfähigen, aber wesentlich stärker widerstandsbehafteten Werkstoffs zur Ausbildung der Stauchteile der Elektrode

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wird der Stromfluß über die Stirnfläche der Elektrode egalisiert, so daß sich, eine wesentlich größere Schmelz- und damit Schweißzone bildete

Die Figo 2e und 2f zeigen die endgültige Gestalt der Zellverbindung, die nach dem Verfahren und mit der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wird_o Wie bereits ausgeführt, ist diese Zellverbindung gekennzeichnet durch eine große gleichmäßige Schweißstelle 802, die die öffnung in der Trennwand 500 vollständig ausfüllt» Die Ringwülste 900, 902, die von den Fließformteilen der Elektroden aufgeworfen wurden und an den Druckteilen dieser Elektroden sich ausgebildet haben, umfassen die Mitte der Schweißverbindung, während die in der Mitte liegenden Vertiefungen 904, 906 sich in der Mitte der Zellverbindung befinden und in die Ringwülste über flache Ringe 908, 910 übergehen_o Um die relativen Festigkeiten der Zellverbindungen nach Figo 2e zu ermitteln, wurde die Schweißverbindung, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden war, im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverbindungen getestet, zu deren Herstellung eine herkömmliche Stufenelektrode aus Berylliumkupfer verwandt worden war, und zwar an normalen Bleiantimonfahnen, die mit gleichen Strömen durch die Öffnungen in der Trennwand miteinander verschweißt wurden. Da' bekannterweise Bleiantimonlegierungen mit dem Alter härten, wurde eine vergleichbare Scherprüfung unter Einsatz herkömmlicher Scherprüfverfahren durchgeführt, um die relativen Festigkeiten der frischen der abgeschreckten und der über Nacht gehärteten bzw. gelagerten Schweißverbindungen

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zu bestimmen_o In allen Fällen diente zum Aufbringen der Scherkraft auf die Panne auf einer Seite der Trennwand ein 82,55-mm-(3-1/4 in₀)-Luftkorben; die Fahne auf der anderen Seite der Trennwand wurde starr festgehalten. Die in diesen Prüfungen erhaltenen Ergebnisse stellen den auf den Kolben gegebenen Luftdruck dar und sind daher der Scherkraft proportional, die auf jede Zellverbindung bis zum Abscheren aufgebracht wurde.» Frische Zellverbindungen, die mit herkömmlichen Schrittelektroden hergestellt wurden, scherten im allgemeinen zwischen 34,05 und 36,3 kp Luftdruck (75 und 80 lbs_o) ab; einige bereits bei nur 22,7 kp (50 lbSo)o Demgegenüber scherten frische, nach dem Verfahren und mit der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hergestellte Schweißstellen gleichmäßig erst bei etwa 68 - 69 kp (150 - 152 lbso) ab.oUach dem Abschrecken der nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Zellverbindungen nahm dieser Wert auf etwa 73 kp (60 lbSo) zu. Nach dem Herstellen mehrerer Wochen gealterter Zellverbindungen wurden ebenfalls getestet» Es stellte sich heraus, daß diese gealterten bzw«, gehärteten Schweißverbindungen, die mit einer normalen Schrittelektrode hergestellt worden waren, mit etwa 82 kp (80 lbs.) Kolbenirr aft abgeschert werden konnten - gegenüber den nach dem vorliegenden Verfahren und mit der vorliegenden Elektrode hergestellten Verbindungen, bei denen bis zum Abscheren nach einem Altern nur über Nacht bereits etwa 127 kp (280 lbso) Luftkraft aufgebracht werden mußten. Nach, weiterem Altern stieg dieser Wert für viele dieser Schweißverbindungen auf 136 - 145 kp (300 bis 320 lbs„). Wenn die Fahnen nic&t innerhalb dieser Bereiche abscherten, befand sich, die Scherstel-

le, was sehr wichtig ist, normalerweise nicht an einem Punkt in der Öffnung selbst, sondern an der Grenzfläche zwischen dem Schweißbereich und dem übrigen Fahnenteil, so daß sich schliessen ließ, daß die Schweißzone selbst äußerst homogen ist - eine Vermutung, die sich nach dem Schneiden und Ätzen der Schweißzone bestätigtet.

Die Erfindung der Anmelderin schafft also ein sehr einfaches und zuverlässiges Verfahren zur Herstellung von Zellverbindung, die nicht anfällig ist für Unregelmäßigkeiten der Abmessungen der zu verschweißenden Jahnen oder deren präzise Ausrichtung mit der öffnung, durch die hindurch die Verbindung hergestellt werden sollo

An den Einzelheiten, Werkstoffen und den Anordnungen der Teile, wie sie oben beschrieben und dargestellt sind, um das Wesen der vorliegenden Erfindung zu erläutern, lassen sich vom Bachmann zahlreiche Änderungen durchführen, ohne den Grundgedanken und den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie sie in den Ansprüchen ausgedrückt isto

Cl/Mü '

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Claims

Patentansprüche

Öffnung in der Wandung eines Sammlergehäuses, dadurch Kekenn-j zeichnet, daß man

(a) die Bleielemente auf gegenüberliegenden Seiten der öffnung so anordnet, daß sie diese mindestens teilweise überdecken,

(b) mindestens einen Teil der Bleielemente in die Öffnung so weit hineinstaucht, daß sie sich berühren,

(c) Strom durch die Bleielemente schickt, damit sie in der öffnung mindestens teilweise schmelzen,

(d) mindestens die geschmolzenen Teile in der öffnung zusammendrückt, damit sie die öffnung ausfüllen, und

(e) ungeschmolzen e Teile der Bleielemente um die öffnung herum während mindestens ein Teil des Druckschritts fließformt, so daß ein Ausdrücken bzw_o Ausspritzen des geschmolzenen Metalls verhinder ist«,

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Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Schritt

(e) eine ringförmige Vertiefung um die Öffnung herum bildet»

3ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens einen Teil des nicht geschmolzenen Teils während des Fließformens schert.

M-ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des nicht geschmolzenen Teils während des Fließformens allgemein zur öffnung hin formt·

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich infolge des Stauchens Teile der Bleielemente im wesentlichen in der Mitte der Öffnung berühren und der Strom auf die Fahne durch einen Leiter aufgebracht wird, dessen Umfangsteil einen verhältnismäßig niedrigeren Widerstand hat_e

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Umfangsteil um einen ringförmigen, mit der öffnung allgemein konzentrisch verlaufenden Teil handelt.

7ο Anordnung mit Elektroden, um Bleielemente in eine öffnung im Gehäuse einer Bleisäurebatterie einzupressen, in ihr elektrisch zu verschmelzen und so eine Verbindung durch diese

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Öffnung hindurch auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode Mittel zum Fließformen aufweist, um das Blei um die Öffnung herum zu verformen und so ein Austreiben des in der öffnung unter Druck stehenden geschmolzenen Metalls zu νerhindernο

Anordnung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die FließÄormeinrichtung eine allgemein ringförmig verlaufende Schnittkante aufweist_o

Anordnung nach Anspruch 7 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Fließformeinrichtung eine Innenfläche aufweist, die Blei allgemein zur Mitte der Öffnung hin drückte

1Oo Anordnung nach Anspruch 9₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche eine geschrägte Ringfläche ist.

ο Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche eine konkave Fläche ist.

12. Anordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden weiterhin Mittel aufweisen, um die Fahne zu stauchen und Blei in die Öffnung zu drücken, um diese zu füllen, und die Fließformeinrichtung allgemein konzentrisch mit und von der Stauch- und der Druckeinrichtung beabstandet verläuft .

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließformeinrichtung allgemein hinter der führenden Kante der Stauch- und der Druckeinrichtung beabstandet ist und die Fahne berührt, bevor die Öffnung mit Material ausgefüllt ist *

14. Anordnung mit Elektroden zum elektrischen Verschmelzen von Bleielementen, die sich in einer Öffnung in einem Bleisäurebatteriegehäuse berühren, um eine Verbindung durch diese öffnung, hindurch auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden eine Fließformeinrichtung mit größerem Durchmesser als die öffnung aufweisen, um das Blei um die öffnung herum zu verformen und ein Ausblasen der Verbindung zu verhindern O

15o Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden weiterhin einen in der Mitte befindlichen Stauchteil, einen allgemein um den Stauchteil herum liegenden Druckteil und einen allgemein vom Druckteil entfernt und um diesen herum liegenden Fließformteil aufweist, um einen ringförmigen Auspreßkanal zwischen diesen auszubilden«

16· Anordnung mit Elektroden zum elektrischen Verschmelzen von Bleielementen durch eine öffnung in einem Bleisäurebatteriegehäuse zur Ausbildung einer Verbindung durch diese, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode mindestens zwei Teile auf—

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weist, von denen einer einen höheren elektrischen Widerstand aufweist als der zweite der TeIIe₀

17ο Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil mit dem höheren elektrischen Widerstand allgemein mittig auf der Elektrode angeordnet ist_o

Anordnung nach Anspruch I7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem mittig liegenden Teil um einen Stauchteil der Elektrode handelte

19o Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet _y daß der Stauchteil aus Stahl und der zweite Teil der Elektrode aus Berylliumkupfer "bestehen_o

2Oo Anordnung nach Anspruch 18, dadurch Rekennzeichnet, daß der zweite Teil der Elektrode ein allgemein außenliegender Umfangsteil ist.

8098U/10SÖ