DE2858186C2 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers, insbesondere einer Akkumulator-Gitterplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Gitterplatten für Blei/Säure-Akkumulatoren. Die Erfindung ist jedoch auch für die Herstellung anderer Verbundkörper als solcher für Akkumulatoren bzw. Sammler anwendbar.

Die üblichen Blei/Säure-Akkumulatoren weisen eine Anzahl von einander abwechselnden positiven und negativen Sammlerplatten auf, die unter Bildung von Samnilerelementen mit zwischengefügten, nicht-leitfähigen Separatoren zusammengesetzt sind. Die Samni-Icielcnicntc sind in einer oder mehreren einzelnen Zellen eines Sammlergehäuses montiert und in an sich bekannter Weise elektrisch zusammengeschaltet. Üblicherweise weist jede positive und negative Platte eine stützende, leitfähige Gitterkonstruktion auf, die normalerweise aus Blei oder einer Bleilegierung besteht und eine elektrochemische aktive Paste trägt Die Bleigitter erfüllen den doppelten Zweck der Aufnahme des Pastenmaterials sowie der Übernahme der Funktion von elektrischen Stromleitern.

Seit Jahren ist die Akkumulatorherstellungsindustrie bemüht, die bei Sammlern bzw. Akkumulatoren verwendete Bleimenge zu verringern. Hierdurch würde nicht nur das Gewicht des Sammlers herabgesetzt werden, vielmehr könnten auch Materialkosteneinsparungen erzielt werden. Sammlergitter stellen ein vorteilhaftes Gebiet für mögliche Materialeinsparungen dar, weil die bisher üblichen Bleigitter wesentlich mehr Materia! enthalten als für die Aufgabe des Sammelns oder Leitens von elektrischem Strom nötig ist Die Verminderung der Menge an Gittermaterial war jedoch bisher begrenzt, weil die Gitter auch als physikalische Träger für das Pastenmaterial dienen und weil Einschränkungen bezüglich der Handhabung der mit Paste versehenen Plenen vor dem Zusammenbau zu Sammlerelementen und dem Einbau in einen Sammler den Versuchen zuwiderlaufen, die Gitterdicke oder die verwendete Bleimenge ^u verringern.

Eine besonders günstige Möglichkeit zur Verringerung der Bleimenge bei Sammlergittern besteht darin, weniger kostspielige, leichte Werkstoffe, wie Kunststoffe, mit Blei zu kombinieren. Kunststoffe stellen eine besonders vorteilhafte Art von Werkstoffen dar, weil zahlreiche Kunststoffarten zur Verfügung stehen, die in Säure vergleichsweise unlöslich sind, ein niedriges Gcwicht besitzen, dabei aber fest genug sind, um als tragende Gitterstruktur zu wirken, und gegenüber Blei Kostensenkungen ermöglichen. Aus diesem Grund ist wiederholt versucht worden, zusammengesetzte Kunststoff/-Blei-Sammlergitter herzustellen. Die bisherigen Bemühungen in dieser Hinsicht konzentrieren sich auf zwei grundsätzliche Möglichkeiten, von denen die erste darin besteht, die tragenden Sammlergitter nur aus Kunststoff herzustellen. Beispielsweise zeigt die US-Patentschrift 38 13 300 ein Kunststoff-Gitter, bei welchem das aktive Pastenmaterial den elektrischen Strom zu einem getrennt geformten und (am Gitter) angebrachten, leitfähigen Stromkollektor leitet. Ebenso zeigen die US-Patentschriften 35 16 863 und 35 16 864 sowie die GB-Patentschrift 12 40 672 Kunststoffgitter, an denen Anschlußfahnen mechanisch angebracht sind. Die Kunststoffgitter können dabei mit einem leitfähigen Material beschichtet sein. Schließlich zeigen die US-Patentschriften 39 01 960 und 36 07 412 Sammlergitter, die dadurch hergestellt worden sind, daß eine getrennt gefertigte, leitende Anschlußfahne in eine Form eingesetzt und ein Kunstharzgitter an dieser Fahne angeformt wird.

Diese bisher üblichen Verfahren sind mit verschiedenen Nachteilen behaftet, da sie sämtlich eine getrennte Handhabung der leitenden Anschlußfahnen und der Kunststoffgitter bedingen. Bei der zuerst genannten US-Patentschrift besitzt das aktive Material einen niedrigen Wirkungsgrad als Stromleiter und Kollektor (Sammler), und der Verlust an aktivem Material um die Anschlußfahne herum kann die Platte unbrauchbar machen. Grundsätzlich werden in allen Fällen die Einsparungen an Materialkostcn und die Gewichtsverringerung durch im Vergleich zum bisher üblichen CiicUcη

von Bleigittern erhöhte Fertigungskosten aufgewogen.

Die zweite Möglichkeit zur Herstellung von Verbundgittern besteht darin, daß Blei und Kunststoff zur Bildung einer tragenden Gitterkonstruktion miteinander kombiniert werden. Die US-Patentschrift 36 90 950 zeigt ein Verbundgitter, bei dem Bleileiterdrähte erhitzt und mit einem Kunststoffgitter verschmolzen werden. Die AU-Patentschrift 2 69 245 offenbart das in einer Form erfolgende Formen oder Gießen von Kunststoff um vorgefoi inte Bleidrähte herum, während die GB-Patentschrift 10 07 497 den mechanischen Zusammenbau von Blei- und Kunststoffteilen zur Herstellung eines Sammlergitters beschreibt

Obgleich die zweitgenannte Möglichkeit ein verbessertes Stromführungsvermögen aufgrund der Verwendung von Bleidrähten gewährleistet ist bei allen diesen bisherigen Versuchen wiederum eine getrennte HandhaDung der Blei- und Kunststoffteile beim Zusammenbau erforderlich. Keine dieser Techniken erlaubt die Ausbildung eines Verbundgitters an einer einzigen Fertigungsstation mit einem Mindestmaß an Handhabung bis zum Abschluß der Fertigung.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgegenstandes der eingangs genannten Art ist bereits Gegenstand der älteren Patentanmeldung gemäß DE-OS 27 16 131. Dort wird zunächst mit einem ersten und einem zweiten Formteil ein erstes Formmuster gebildet, in welches ein erstes Material eingespritzt wird, und danach wird anstelle des zweiten Formteils ein dritter Formteil mit einem weiteren Formmuster aufgesetzt in welches ein zweites Material eingespritzt wird. Bei dem Gegenstand dieser älteren Anmeldung sind in dem ersten Formteil bewegbare Einrichtungen vorgesehen, die beim Einspritzen des ersten Materials in einer ersten Stellung stehen und nach dem Erstarren dieses ersten Materials zurückgezogen werden, so daß im Bereich des ersten Formteiles Hohlräume entstehen. In diese Hohlräume kann dann nach dem Aufsetzen des dritten Formtciles das eingespritzte zweite Material eindringen und nach dem Erstarren eine Verblockung mit dem ersten Material bilden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfuhren zur Herstellung eines Verbundgegenstandes der eingangs genannten Art anzugeben, das ohne bewegliche Mittel in den Formteilen auskommt und einfach für die Massenfertigung anwendbar ist, wobei insbesondere die Herstellung einer leichten Gitterplatte für Akkumulatoren nach diesem Verfahren möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen und Merkmale gelöst.

Die Erfindung bezieht sich grundsätzlich auf ein Herstellungsverfahren für einen Verbundgegenstand, bei dem ein fließfähiges Material unter Bildung /on verblockien Verbindungen mit Abschnitten eines ersten Materials gegossen bzw. geformt wird.

Dieser Verbundgegenstand wird dabei nach einem Verfahren hergestellt, bei dem keine bewegbaren Mittel verwendet werden. Dabei ist ein erstes Formmuster in einem ersten und einem zweiten Formteil vorgesehen. Nach dem Formen und Erstarrenlassen des ersten Materials im ersten Formmuster wird der zweite Formteil zurückgezogen, während das geformte erste Materhlsiück im ersten Formteil verbleibt. Sodann wird ein dritter Formteil zum Einspritzen des fließfähigen Materials in Anlage an den ersten Formteil gebracht. In diesem dritten Formteil ist ein zweites Formmuster ausgebildet, in das ein Teil des ersten Materials hineinragt, das im Formmusterteil des ersten Formteils geformt worden ist Das in das zweite Formmuster eingespritzte fließfähige Material fließt um diesen in das zweite Formmuster hineinreichenden Teil des ersten geformten Materials (Formling) herum, worauf es unter Verblockung mit bestimmten Abschnitten des ersten Formlings erstarren kann.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es ίο zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten Sammler-Gitterplatte,

F i g. 2 eine Aufsicht auf einen ersten Formteil zur Herstellung der Sammler-Gitterplatte nach F i g. 1, F i g. 3 eine Aufsicht auf einen zweiten Formteil zur Bildung der Gitterplatte nach F i g. 1,

Fig.4 eine Aufsicht auf einen dritten Formteil zur Bildung der Gitterplatte nach F i g. 1,

F i g. 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 1 durch ersten und zweiten Formteil und

F i g. 6 einen F i g. 5 ähnelnden Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 1, in welchem jedoch der zweite Formteil durch den dritten Formteil ersetzt ist und Kunststoff ebenfalls in die Form eingespritzt worden ist.

In F i g. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten Verbundgitterplatte in Form einer Sammler-Gitterplatte 210 dargestellt. Gemäß den F i g. 1, 5 und 6 weist diese Gitterplatte 210 ein geformtes bzw. gegossenes Traggitter 212 auf, mit dem ein fächerartiges Leiterelement 214 in Verbindung steht. Das Traggitter 212 umfaßt Randseiten 215 sowie Ober- und Unterteile 216 bzw. 217, die einen im wesentlichen rechteckigen Umriß festlegen. Innerhalb der Seiten 215 sowie der Ober- und Unterteile 216 bzw. 217 sind zahlreiche miteinander verbundene Züge 220 vorgesehen, die in ihren Oberflächen im wesentlichen zylindrische Vertiefungen 221 aufweisen. Mit dem Traggitter 212 steht das fächerartige Leiterelement 214 in Verbindung, das eine Anschlußfahne 222 mit einer Anzahl von davon abgehenden, divergierenden bzw. auseinanderlaufenden Leiterzügen 224 aufweist. An jedem Leiterzug 224 ist mindestens ein im wesentlichen zylindrischer Zapfen 225 materialeinheitlich angeformt, der in Querrichtung vom betreffenden Leiterzug abgeht und sich in die betreffende, im wesentlichen zylindrische Vertiefung 221 im jeweiligen Leiterzug 224 erstreckt. Die Zapfen 225 und die Vertiefungen 221 sind so angeordnet und geformt, daß die Zapfen 225 jeweils in eine Vertiefung 221 eingreifen und darin durch das geformte Material des Traggitters 212 festgelegt sind. In bevorzugter Ausführungsform besteht das leitende Gitter bzw. Leiterelement 214 aus Blei oder einer Bleilegierung, während das geformte Traggitter aus einem geeigneten säurebeständigen, formbaren Kunststoff, wie Polypropylen, Polyäthylen, Polycarbonat, Polystyrol oder gefüllten Abarten dieser Stoffe besteht

Die Herstellung der Gitterplatte 210 erfolgt mittels dreier Formteile gemäß F i g. 2 bis 4. In F i g. 2 ist der erste Formteil 230 dargestellt, der eine plane Oberseite 231 besitzt. Ein Formmuster oder Negativ 235 umfaßt dabei einen der Anschlußfahne 222 entsprechenden Bereich 236 sowie divergierende (auseinanderlaufende) Fingerteile 237, welche die Leiterzüge 224 festlegen. Gemäß den F i g. 3 und 5 ist ein zweiter Formteil 245 mit einer im wesentlichen planen Oberseite 246 versehen, in welcher ein Formraum 247, der im wesentlichen eine Hälfte des Anschlußfahnenteils 222 des Leiterele-

mentes 214 festlegt, sowie Formräume 248 ausgebildet sind, welche die praktisch zylindrischen Zapfen 225 an den Leiterzügen 224 festlegen. Die Formräume 248 sind an den vorgesehenen Verbindungsstellen zwischen den Bleizügen 224 und den Zügen 220 des Kunststoff-Traggitters und somit an den Stellen angeordnet, an denen Abschnitte des das Traggitter bildenden Formmusters 252 die Nuten 237 für die Bleizüge 237 schneiden.

Ebenso ist gemäß F i g. 4 ein dritter Formteil 250 vorgesehen, der eine im wesentlichen plane Oberseite 251 und ein Formmuster bzw. Negativ 252 in Form des Kunststoff-Traggitters 212 und zusätzlich einen Freiraum bzw. eine Ausnehmung 253 zur Aufnahme des Anschlußfahnenteils 222 aufweist.

Die F i g. 5 und 6 sind jeweils Teilschnittansichten eines Abschnitts der Formteile 230, 245 und 250 zur Herstellung einer Gitterplatte 210 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung. Gemäß F i g. 5 werden zunächst der erste und der zweite Formteil 230 bzw. 245 gegeneinander geschlossen, so daß sich die einzelnen Vertiefungen bzw. Formräume 248 jeweils in Ausrichtung auf eine Bleizug-Nut 237 befinden. Sodann wird Blei unter Druck eingespritzt oder durch Fallspeisung in die Formräume eingefüllt, um die Anschlußfahne 222, die Bleizüge 224 und die Zapfen 225 zu formen. Bleieinspritzstelle und Einguß können nach üblicher Technik vorgesehen werden. Nach dem Vergießen und Erstarrenlassen des Bleiformlings wird dann gemäß F i g. 6 der zweite Formteil 245 abgenommen, während der Formling im ersten Formteil 230 verbleibt. Danach wird der dritte Formteil 250 gegen den ersten Formteil 230 geschlossen, so daß die Zapfen 225 in das Formmuster 252 hineinragen. Hierauf wird Kunststoff in die Form eingespritzt, um die Traggitterteile mit Unterteil 217 und Zügen 220 zu formen. Dabei fließt der Kunststoff zusatzlieh auch um die Umfangsflächen der einzelnen Zapfen 225 herum, so daß die Vertiefungen 221 entstehen. Nach dem Erstarren des Kunststoffs sitzen die Zapfen 225 fest in den Vertiefungen 221, wobei sie vom geformten Kunststoff-Traggitter 215 sicher festgehalten und getragen werden. Hierbei können Einspritzstelle und Einguß wiederum auf übliche Weise vorgesehen werden. Nach dem Erstarren des Kunststoffs können die Formteile 250 und 230 geöffnet und die Gitterplatte 210 in üblicher Weise ausgestoßen werden.

Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit der Herstellung einer Verbundgitterplatte für einen Blei/Säure-Sammler bzw. -Akkumulator beschrieben ist, sind für den Fachmann zahlreiche andere Anwendungsgebiete der Erfindung offensichtlich. Beispielsweise ist die Erfindung gleichermaßen auf die Herstellung von Verbundgittern für andere Batterie- oder Sammlerarten, beispielsweise für Alkalisammler, anwendbar. Weiterhin läßt sich die Erfindungslehre auch auf die Herstellung von anderen Fertigungsgegenständen übertragen, bei denen zwei Werkstoffe an einer einzigen Gießstation miteinander vereinigt werden sollen. Vorzugsweise besitzt dabei das zuerst einzuspritzende Material einen vergleichsweise höheren Schmelzpunkt, und anschließend wird das zweite Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt eingespritzt; für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, daß diese Einschränkung nicht unbedingte Gültigkeit besitzt Als Werkstoffe können zwei Metalle, ein Metall und ein Kunststoff, zwei Kunststoffe oder andere formbare bzw. gießfähige Materialien verwendet werden. Ersichtlicherweise können Temperaturen und Drücke der eingespritzten Werkstoffe je nach Materialart und Form des zu gießenden Gegenstandes variiert werden. Außerdem variiert auch die Zeitspanne zum Erstarrenlassen der Werkstoffe in den Formen in Abhängigkeit von den äußeren Umgebungsbedingungen, einer in der Form vorgesehenen oder nicht vorgesehenen künstlichen Kühlung sowie von Form und Auslegung des (negativen) Formmusters und der Gießformen selbst.

Obgleich vorstehend nur einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart sind, soll die Erfindung folglich keinesfalls darauf beschränkt sein, sondern alle innerhalb des erweiterten Schutzumfanges liegenden Änderungen und Abwandlungen mit umfassen.

So können die Zapfen 225 verschiedenartig andere Formen als eine zylindrische Gestalt besitzen, und sie können seitlich oder quer von den Bieizügen 224 unter jedem erforderlichen Winkel abgehen, bei dem eine wirksame Verblockung zwischen dem Leiterelcment 214 und dem Traggitter 212 erreicht wird.

In Zusammenfassung wird mit der Erfindung also eine Sammler- bzw. Akkumulator-Gitterplatte in Form eines Verbundkörpers mit einem Kunststoffträger geschaffen, der mit bestimmten Abschnitten eines metallenen Leiterelements verblockt ist. Unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Formteils wird das Leiterelement in einem ersten Formmuster bzw. Negativ in erstem und/oder zweitem Formteil gegossen. Nach dem Gießen des Leiterelements im ersten Formmuster bzw. Formraum wird der zweite Formteil durch einen dritten Formteil ersetzt, wobei das Leiterelement im ersten Formteil zurückbleibt. Sodann wird der Kunststoffträger durch Spritzgießen in einem zweiten Formmuster bzw. Formraum im ersten und/oder drittem Formteil geformt. Der Kunststoff fließt beim Spritzgießen in ausgewählte Abschnitte des Leiterelements, so daß der Kunststoffträger nach dem Erstarren mit bestimrntcn Abschnitten des Leiterelements verblockt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundgegenstandes, wobei ein erster Formteil, in welchem ein Teil eines ersten Formmusters ausgebildet ist, und ein eines ersten Formmusters ausgebildet ist, und ein zweiter Formteil, in welchem der restliche Teil des ersten Formmusters ausgebildet ist, derart zusammengesetzt werden, daß die in ihnen ausgebildeten Abschnitte des ersten Formmusters miteinander in Verbindung stehen, wobei dann ein erstes Material in verflüssigtem Zustand in das erste Formmuster eingeleitet und darin zumindest teilweise zum Erstarren gebracht wird, wobei dann der zweite Formteil entfernt wird, während das erste Material in dem im ersten Formteil vorgesehenen Abschnitt des ersten Formmusters verbleibt, wobei weiterhin an den ersten Formteil ein dritter Formteil angesetzt wird, in welchem ein zweites Formmuster vorgesehen ist, wobei dann ein zweites fließfähiges Material in das zweite Formmuster eingespritzt und zum Erstarren gebracht wird und wobei schließlich der so hergestellte Formling aus erstem und drittem Formteil entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Formmuster (252) im dritten Formteil (250) derart ausgebildet ist, daß sich ein Teil (225) des ersten Materials, das in dem im zweiten Formteil (245) befindlichen Abschnitt (248) des ersten Formmusters zumindest teilweise erstarrt ist, in dieses zweite Formmuster (252) erstreckt, und daß das zweite Material derart in das zweite Formmuster (252) eingespritzt wird, daß es um den in dieses Formmuster (252) hineinreichenden Teil (225) des ersten Materials herumfließt und nach dem Erstarren mit dem ersten Material verblockt ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes Material ein unter Druck in das erste Formmuster (235) eingespritztes Metall und als zweites Material ein Kunststoff verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundgegenstand eine Sammlergitterplatte ist und daß als erstes Material eine Bleilegierung verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material einen höheren Schmelzpunkt besitzt als das zweite Material.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material durch Fallspeisung in das erste Formmuster (235) eingeleitet wird.