DE2820501C2 - Mehrrohrige Schutzhülle für Elektroden elektrischer Akkumulatoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrrohrige Schutzhülle für Elektroden elektrischer Akkumulatoren, bestehend aus zwei gesondert hergestellten gleichen Geweben, die in regelmäßigen Abständen mittels eines oder mehrerer Schußfäden oder Kettfäden vereinigt sind. Derartige Schutzhüllen haben die Aufgabe, das aktive Material der Elektroden, insbesondere der positiven Elektroden, bei Blei-Säure-Akkumulatoren zu halten.

Bekanntlich hängt die Lebensdauer elektrischer Akkumulatoren ganz wesentlich vom allmählichen Abfallen des aktiven Materials von der positiven Elektrode der Akkumulatoren, und auch von der Korrosion des Leiterhalters aus Bleilegierung ab. Beide Verfallserscheinungen werden durch die mechanischen Beanspruchungen infolge Änderungen der Volumenverhältnisse der aktiven Masse, der Oberbelastung der Elemente und der Erschütterungen gefördert, denen die Batterien im praktischen Betrieb ausgesetzt sind.

Um dem raschen Verschleiß der Akkumulatoren vorzubeugen, wurden rohrförmige positive Elektroden entwickelt, in denen die leitende Seele aus Bleilegierung, der sog. Dorn, im Zentrum der aktiven Masse gelagert und nur mit einer kleinen Fläche der Anodenkorrosion ausgesetzt ist. Die aktive Masse wird dabei mittels einer rohrförmigen Schutzhülle aus säurefestem, porösen Material kompakt gegen die Seele gepreßt gehalten. Da die Kapazität einer Elektrode durch die Masse des aktiven Materials und die Zugänglichkeit der Säure bestimmt wird, bringt jede die letztere hemmende Schutzhülle als Nachteil einen mehr oder minder großen Spannungsabfall mit sich, der sich insbesondere bei zum Fahrbetrieb verwendeten Akkumulatoren bemerkbar macht, wo intensive Entladungen verhältnismäßig kurzzeitig aufeinander folgen und zeitweise zwischen drei und fünf Stunden anhalten. Bei stationären Akkumulatoren erfolgt zwar meistens die Entladung langsamer, allerdings sind auch auf diesem Gebiet neue Anwendungen mit kurzen, sehr intensiven Entladungen vorgesehen.

Bekannte Schutzhüllen, weiche das aktive Material der Elektroden langfristig halten sollen, bestehen beispielsweise aus Kunststoffgewebe oder aus einem nicht gewebten textlien Material in Schlauch- oder Röhrchenform. Im letztgenannten Fall wird dabei ausgegangen von zwei einander überlagerten und derart zusammengenähten Filzen, daß eine Reihe zueinander paralle- -ler Rohre oder Schläuche erhalten wird. Andere bekannte Schutzhüllen werden unter Verwendung von Glasfasern hergestellt, indem z. B. Bnzelrohre bzw. Einzelschläuche mittels Flechtmaschinen erzeugt und dann mit einer Harzschicht oder mit einer gelochten Kunststoffolie versehen werden, welche die Glässtruktur halten.

ίο Vom mechanischen Gesichtspunkt aus betrachtet, müssen die rohrförmigen Schutzhüllen folgende Eigenschaften aufweisen:

— eine große Porosität, welche nach Möglichkeit einer mikroporösen Struktur nahekommt, um die aktive Masse der Elektroden besser aufnehmen und zusammenhalten zu können, insbesondere wenn diese als feines Pulver vorliegt;

— ausreichende Nachgiebigkeit in dem Maße, wie das -xj aktive T^ateriHl der Elektroden bei der LJmwsiHiiung von PbC>2 zu PbSCu und umgekehrt Volumenveränderungen erfährt;

— eine gute Abriebfestigkeit wegeiir der Vibrationen, denen die Akkumulatoren während des Betriebs, insbesondere in Fahrzeugen, ausgesetzt sind;

— einen guten, dauerhaften mechanischen Widerstand, um das aktive Material der positiven Elektrode fest und sicher über einen langen Zeitraum an der als Leiter dienenden Bleiseele im Zentrum der rohrförmigen Elektrode zu halten.

Vom chemischen Gesichtspurkt aus sind folgende Merkmale erforderlich:

— gute Oxidationsfestigkeit, welche im Falle von Fahrzeugakkumulatoren besonders groß sein muß, da diese sehr intensiven Lade- und Entladevorgängen ausgesetzt sind, während denen sich an der positiven Elektrode Sauerstoff bildet;

— möglichst geringe Verunreinigung des Elektrolyten durch Abbauprodukte der Polymer-Moleküle, insbesondere was Chlor oder Perchlorat-Ionen anbetrifft.

Mißt man die bekannten Schutzhüllen an den vorstehend genannten qualitativen Kriterien, so ist festzustellen, daß sie den Anforderungen noch nicht ausreichend genügen:
Rohr- oder schlauchförmige Schutzhüllen auf der

so Grundlage von Glasfasern besitzen ein ausgezeichnetes chemisches Verhalten, jedoch nur eine ungenügende Elastizität. Bei einer Volumenvergrößerung der aktiven Masse werden sie kürzer und haben eine schlechte Abriebfestigkeit. Die Porosität der völlig glatten, mit Phenolharz beschichteten Glasfasern wird durch den Zwischenraum zwischen den Fasern bestimmt und ist daher gut. Es besteht jedoch andererseits die Gefahr, daß eine beträchtliche Menge des aktiven Materials durch die Zwischenräume zwischen den Fasern verlorengeht.

Rohrförmige Schutzhüllen auf der Basis von Vinyl- und Metacryl-Fasern besitzen, da sie nicht mit Harz beschichtet sind und die Fäden gewöhnlich aus Streichgarn bestehen, eine gute Porosität mit Porenweiten, welche auch zum Zurückhalten von feinem Pulver geeignet sind. Diese Schutzhüllen haben eine gute Oxidationsfestigkeit, geben jedoch beachtliche Mengen Chlor an den Elektrolyten ab, mit sehr nachträglichen Folgen für die Lebensdauer des Akkumulators.

Schutzhüllen aus Polyester-Fasern besitzen eine gute Porosität und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, insbesondere eine gute Dehnbarkeit. Sie geben keine schädlichen Substanzen an den Elektrolyten ab und sind widerstandsfähig gegen Oxidation. Aus diesen Gründen werden mehrrohrige Schutzhüllen aus endlosen Polyesterfasern, die auch bei höheren Temperaturen ihre vorteilhaften mechanischen Eigenschaften behalten, in größerem Umfang in der Praxis eingesetzt Die Porosität wird einerseits durch die Maschenweite beim Weben bestimmt, andererseits dadurch, daß das gewöhnlich auch noch mit Harz beschichtete Polyester eine sehr glatte Oberfläche aufweist. Dadurch können in Verbindung mit sehr feinem Pulver Nachteile auftreten.

Schutzhüllen' aus nichtgewebtem textlien Material können ebenfalls aus Polyester bestehen. Sie besitzen von Natur aus eine ausgezeichnete Porosität, haben aber auf der anderen Seite Nachteile infolge des geringen mechanischem Widerstands des Filzes und wegen rnangeinder Elastizität Außerdem ist bei wechselndem Aufladen und Entladen des Akkumulators ein stetiges Nachgeben der Schutzhüllen zu verzeichnen, und dadurch ein Verlust an Komprimierung des aktiven Materials der Elektrode und insbesondere an Anpressung an die leitende Seele aus Bleilegierung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mehrrohrige Schutzhüllen verstärkter Struktur zu schaffen, die einerseits ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und andererseits eine ausgezeichnete Porosität besitzen, so daß auch dp Verwendung feinster Pulver möglich und dabei die Lebensdauer de«; Bleiakkumulators langfristig gewährleistet ist. Die angestrebten mechanischen Eigenschaften sollen die Schutzzöllen in die Lage versetzen, den Innendruck und die Anlage der aktiven Masse an der Seele und damit die Aufrechterhaltung der Leitfähigkeit während der gesamten Lebensdauer des Akkumulators sicherzustellen.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kettfaden bzw. alternativ Schußfäden der die Schutzhüllen bildenden Gewebe mehrstrahlige Spinnfäden großer Widerstandsfähigkeit und hoher Zugfestigkeit und die jeweils zugehörigen Schußfäden bzw. alternativ Kettfäden aus Kunststoff-Stapelfasern hergestellte Fäden großer Porosität sind.

Die sich erfindungsgemäß ergebende Struktur besitzt die gute Porosität von Schutzhüllen aus Filz, gleichzeitig aber auch die ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit der mehrstrahligen Spinnfäden. Da die an den rohrförmigen Schutzhüllen auftretenden mechanischen Beanspruchungen vor allem aus den Volumenveränderungen der aktiven Masse resultieren, ergibt sich die beste Möglichkeit, diesen Volumenänderungen zu widerstehen, dann, wenn man in Querrichtung zum Rohr einen Faden verwendet, der sich durch größte Zugfestigkeit und genügende Elastizität auszeichnet. Dadurch wird die von der sich ausbreitenden aktiven Masse erzeugte Druckbeanspruchung radial zur Rohrwand von Querfäden hoher Widerstandsfähigkeit und mechanischer Belastbarkeit elastisch aufgenommen.

Die gute Porosität der Struktur ist dadurch gegeben, daß in senkrechter Richtung, also längs den Erzeugenden des zylindrischen Schlauchs bzw. Rohrs ein Faden eingezogen wird, welcher aus Kunststoff-Stapelfasern bester Eignung (beispielsweise aus Polyester) besteht und kardiert (Streichgarn) ist, so daß ein großes Fadenvolumen aus den miteinander nach herkömmlichen Streichgarn-Spinnereiverfahren vereinigten Fäden er-Nach bekannten Verfahren kann auch so vorgegangen werden, daß der aus Streichgarn bestehende Teil die Aufgabe eines Filters für die aktive Masse übernimmt, der Struktur eine hohe Porosität verleiht und gegenüber dem Querfaden hohen mechanischen Widerstands überwiegt, wobei beispielsweise die Webarten Serge, Fischgrat, Panama usw. benutzt werden können. Die Querfäden können hi geringerer Anzahl vorkommen und stärkere Garnnummern sein, während die

to senkrechten Fäden in sehr großer Anzahl vorkommen und dünne Garnnummern sein können.

Die mehrrohrige Schutzhülle wird folgendermaßen hergestellt:
-£s wird von einem Doppelschlauch-Gewebe ausgegangen, das weich ist und nach bekannten Verfahren auf einem gewöhnlichen Webstuhl hergestellt werden kann. Dieses Gewebe hat z. B. folgende Zusammenseczung: Kette aus hochwiderstandsfähigen Fäden geeigneten Werkstoffs, beispielsweise aus hochwiderstandsfähigem

2ü Polyester, iiiiu SiS Sciiüu ein Fäuco cbcnf&Hs aus Polyester oder aus Polyester mit Acryl oder Metacryl gemischt erhalten aus Stapelfasern aus Kunststoff.

Das Doppelschlauchgewebe wird so hergestellt daß der Webstuhl gleichzeitig in vorgegebenen Abständen zwei voneinander unabhängige Bahnen webt Diese beiden gesonderten Bah.ren werden mittels eines oder zweiter Schüsse miteinander verbunden, welche die beiden Bahnen vereinigen, so daß eine Doppel-Schlauchbahn entsteht, welche aus parallel nebeneinander Hegenden Rohren besteht In dieses vorzugsweise mit Harz (z. B. Phenolharze, Acrylharze usw.) behandelte Gewebe werden Metallspindeln eingeführt und es wird dann die eigentliche Warmverformung bei Temperaturen zwischen 120⁰C und 200" C vorgenommen. Danach werden die Metallspindeln herausgezogen, und es wird eine Mehrfachröhrchen-Bahn erhalten, welche zugeschnitten wird und woraus die einzelnen Mehrröhren-Schutzhüllen entsprechend den verlaufen Abmessungen hergestellt werden.

Die beschriebene Schutzhülle hat die vorgegebene. Länge, welche fortlaufend hergestellt und je nach der erforderlichen Breite zugeschnitten wird. Gemäß der Erfindung kann das Mehrfachschlauch-Gewebe alternativ auch in Richtung der Kette hergestellt werden, wobei dann die beiden Gewebeschichten in regelmäßigen Abständen durch Kettfäden verbunden werden. In diesem Falle bestehen die Schußfäden aus höchst widerstandsfähigem Fadenmaterial, während als Kettfäden poröse Stapelfaserfäden dienen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mehrrohrige Schutzhülle für Elektroden elektrischer Akkumulatoren, bestehend aus zwei gesondert hergestellten gleichen Geweben, die in regelmäßigen Abständen mittels eines oder mehrerer Schußfäden oder Kettfäden vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kettfaden

Φ-- ;. bzw. Schußfäden der Gewebe mehrstrahlige Spinnfäden großer Widerstandsfähigkeit und hoher Zugfestigkeit und die jeweils zugehörigen Schußfäden bzw. Kettfäden aus Kunststoff-Stapelfasern hergestellte Fäden großer Porosität sind.

2. Schutzhülle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugfesten, widerstandsfähigen Fäden in Umfangsrichtung und die aus Kunststoff-Stapelfasern hergestellten Fäden parallel zur Rohrachse verlaufen.