DE2903751C2

DE2903751C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Füllen von Röhrchenelektrodenplatten für Bleiakkumulatoren

Info

Publication number: DE2903751C2
Application number: DE2903751A
Authority: DE
Inventors: Rolf Ing.(grad.) 5800 Hagen Wiepen
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1979-02-01
Filing date: 1979-02-01
Publication date: 1986-09-18
Also published as: HU180326B; FR2448228B3; YU25980A; YU39290B; FR2448228A1; DE2903751A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllung von jiRöhrchenplatten für Bleiakkumulatoren, wobei die in ,{den Röhrchen befindliche aktive Masse unter Vibration durch Trägheitskräfte in mehreren Vibrationsperioden ^verdichtet wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, Akkumulatoren-Röhrchenplatten in eine Füllkassette lose einzulegen, Bleistaub zuzuführen und anschließend die Füllkassette in Schwingungen zu versetzen. Auf diese Weise wird der Bleistaub in die Röhrchenplatte eingebracht und verdichtet Die Bewegung der Füllkassette wird dabei durch Unwuchtrüttler, Magnetrüttler, pulsierende Hydraulikzylinder oder Exzenterantriebe erzeugt Durch die verhältnismäßig lose mechanische Kopplung zwischen Füllkassette und Röhrchenplatte treten dabei Schwingungsformen und Beschleunigungen auf, die eine exakt dosierbare Verdichtung nicht zulassen. Dies gilt insbesondere bei ίο gleichzeitiger Füllung mehrerer Röhrchenplatten in einer Füllkassette. Die hieraus resultierende Auflockerung hat eine verhältnismäßig geringe Verdichtung des Bleistaubs zur Folge. In der Praxis führt dies zu einer Verlängerung der Füllzeiten, um eine ausreichende Verdichtung zu erzielen. Es ist weiterhin bei bekannten Einrichtungen äußerst schwierig, die optimalen Einstellwerte bezüglich Unwucht, Frequenz und Amplitude der Rüttelbewegung zu ermitteln, da sich Plattengewicht, Fließverhalten des Bleistaubs und Stampfdichte bei unterschiedlichen Plattentypen laufend ändern. Zudem müssen aufgrund dsr hohen mechanischen Beanspruchung die Füllkassetten außerordentlich stabil gebaut sein, was wiederum eine Erhöhung der zu bewegenden Masse und damit eine höhere Antriebsleistung erfordert

Aufgabe der Erfindung ist es, ein periodisch arbeitendes Verfahren zur Füllung von Röhrchenplatten anzugeben, nach dem durch vorgebbare Beschleunigungsbzw. Verzögerungswerte eine optimale Füllung bzw. Verdichtung des Bleistaubs in kurzer Zeit zu erzielen ist Weiterhin sollen Energieaufwand und Lärmbelästigung möglichst gering gehalten werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer ersten Phase auf die Röhrchenplatten eine Beschleunigung in Aufwärtsrichtung einwirkt, daß in einer zweiten Phase eine Beschleunigung in Abwärtsrichtung ausgeübt wird, wobei die Stärke der abwärts gerichteten Beschleunigung geringer ist als die Stärke in Aufwärtsrichtung und daß nach Beschleunigung in Abwärtsricjtung die Röhrchenplatte kurzzeitig mit einer wesentlich höheren Beschleunigung als in der ersten Phase verzögert wird und anschließend für einen kurzen Zeitraum stillsteht

In einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Röhrchenplatte mit einem aufgesetzten Fülltrichter vertikal verschiebbar angeordnet, wobei ihre Position durch Drehung einer ortsfest angebrachten Kurvenscheibe verstellbar ist. Der Durchmesser der Kurvenscheibe nimmt in einem ersten Teilbereich nach einer quadratischen Funktion zu. In einem zweiten Teilbereich, dessen Sektor größer als der erste Teilbereich ist, nimmt der Durchmesser nach einer quadratischen Funktion ab. In einem dritten Teilbereich ist der Durchmesser der Kurvenscheibe konstant.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der F i g. I₁2, und 3 näher erläutert. Die

Fig. la, Ib, Ic zeigen den zeitlichen Verlauf von Beschleunigung, Geschwindigkeit und Wegestrecke der Röhrchenplatte. In den

Fig.2a und 2b ist eine Vorrichtung zur Durchfüh-" ,rung des Verfahrens in'Frontalansicht und Seitenansicht , ' dargestellt

F i g. 3 zeigt eine zur Steuerung der Röhrchenplattensbewegung verwendete Kurvenscheibe.

Nach der in Fig. la dargestellten Beschleunigung b über der Zeit t wird in einem ersten zeitlichen Teilbereich Ti eine in Aufwärtsrichtung wirkende konstante Beschleunigung von 10 g ausgeübt Als Folge steigt ge-

maß F i g. Ib die mit ν bezeichnete Geschwindigkeit der Röhrchenplatte linear bis zum Zeitpunkt ta an. Nach Fig. Ic entspricht der von der Röhrchenplatte zurückgelegte Weg süber der Zeit idem Ausschnitt einer nach oben geöffneten Parabel, deren Scheitel im Nullpunkt liegt

Nach Erreichen des Zeitpunktes ta beginnt der bis zum Zeitpunkt te reichende Zeitbereich 7*2. Während des Zeitbereichs T2 wird auf die Röhrchenplatte eine in Abwärtsrichtung wirkende Beschleunigung ausgeübt, welche die Geschwindigkeit κ so lange reduziert, bis die Geschwindigkeit im Zeitpunkt tb Null ist Diese in Abwärtsrichtung wirkende Beschleunigungskraft ist in Fig. la mit 5 g als negative Beschleunigung eingetiagen, während die im Zeitbereich 7*1 wirkende Beschleunigung von 10 g als positiv eingetragen ist

Während des zeitlichen Teilbereichs TI wird die Röhrchenplatte von der im Zeitpunkt ta herrschenden Geschwindigkeit von ca. 50 cm/s im Zeitpunkt tb auf den Wert Null und anschließend in einer abwärts gerichteten Bewegung mit weiterhin gleichmäßiger Beschleunigung von 5 g auf eine immer höhere Geschwindigkeit gebracht, bis im Zeitpunkt te die Geschwindigkeit einen Wert von ca. 60 cm/s erreicht hat Gemäß F i g. Ic entspricht der von der Röhrchenplatte während der Zeit T2 beschriebene Weg einer nach unten geöffneten Parabel, die im Zeitpunkt ta beginnt und deren Maximum im Bereich des Zeitpunktes tb liegt Die Werte für den von der Röhrchenplatte zurückgelegten Weg s betragen im Zeitpunkt ta ca. 13 mm, im Zeitpunkt tb ca. 4 mm.

Die während der Abwärtsbewegung auftretende Beschleunigung von 5 g hat infolge des Haftvermögens des Bleistaubs in der Regel keine Auflockerung zur Folge. Es ist jedoch auch möglich, bei ungünstigen Einflüssen eine Auflockerung durch Reduzierung der Beschleunigung auf beispielsweise 3 g zu vermeiden. Im Zeitpunkt ic ist die maximale Geschwindigkeit der Röhrchenplatte erreicht. N?"h Beschleunigung in Abwärtsrichtung wird nun die Röhrchenp'iaiie im Zeitpunkt ic kurzzeitig mit einer wesentlich höheren Beschleunigung als in der ersten Phase 7*1 verzögert und zum Stillstand gebracht. Durch die schlagartige Abbremsung wird eine sehr hohe Verdichtung des Bleistaubs erzielt Die zur Abbremsung verwendete Beschleunigung ^:st in ihrer Stärke durch die Festigkeit der mechanischen Bauelemente eingeschränkt. Sie beträgt ein Vielfaches der in der ersten Phase Tl wirksamen Beschleunigung.

Während der im Zeitpunkt ic beginnenden !Phase T3 ruht die Röhrchenplatte in ihrer unteren Position, bis sie gegebenenfalls in einer neuen Periode — beginnend im Zeitpunkt Null — in Aufwärtsrichtung beschleunigt wird. Eine Periode T dauert beispielsweise 32 ms. Die Punkte ta, tb und ic liegen bei ca. 5 ms, 15 ms und 27 ms. Die Zeitphase 72 ist vier- bis fünfmal so lang wie die Phase Ti.

Gemäß F i g. 2a besteht die zu füllende Röhrchenplatte 1 aus einer Plattenfahne 2, welche Bleiseelen enthält. Die senkrecht auf der Plattenfahne angeordneten Bleiseelen sind jeweils von röhrchenförmigen Umhüllungen $».. 4 umgeben. Die Plattenfahne 2 ist mit Hilfe einerSpann- "£'. vorrichtung 6 mit der Plattenfahnenhalterung 5 mechanisch starr verbunden. Die Plattenhülle 4 ist am oberen Ende in einer dem.Röhrchenprofil formmäßig;angepaßten Plattenfußhalterung 7 lose geführt und kann sich in Richtung Bleiseele frei verschieben. Fest verbunden mit der Plattenfußhalterung ist der Fülltrichter β." In den Fülltrichter wird von oben Bleistaub eingegeben. Das aus Plattenfußhalterung 7 und Fülltrichter 8 bestehende starr verbundene System ist an Schwingfedern 9 aufgehängt, die am Gestell 10 befestigt sind. Am Fülltrichter 8 befinden sich ein oder zwei Unwuchtrüttler, die den Bleistaub im Fülltrichter auflockern. Zur besseren Übersicht wurde in Fig. 2a auf eine Darstellung der Unwuchtrüttler verzichtet Sie sind jedoch in F i g. 2b im Profil dargestellt.

Der zur Erzeugung der Rüttlerbewegungen der Röhrchenplatte erforderliche Antrieb 12 ist zusammen mit einem Getriebe auf einer Grundplatte 13 angeordnet In dem Getriebe gelagert läuft eine Antriebswelle 14, auf der zwei gleichartige Kurvenscheiben 15 befestigt sind. Oberhalb der Kurvenscheiben befinden sich vertikal verschiebbare Stößel 16, welche in einer Stößelführung 17 gelagert sind. Die Bewegungen der beiden Stößel 16 werden zueinander parallel ausgeführt Die durch Vorspannfedern 18 belastete Plattenfahnenhalterung 5 preßt die Stößel 16 auf die Kurvenscheiben 15. Die Vorspannkraft ist dabei so gn. .> gewählt daß der Stößel und die Platten!ahnenhalterung ζ vangsläufig bei einer Drehung der Kurvenscheibe der Kurvenbahn folgen müssen und keinesfalls abheben.

In F i g. 2b ist im Querschnitt die Vorrichtung mit eingespannter Röhrchenplatte dargestellt Hier ist die auf Antriebswelle 14 aufgesetzte Kurvenscheibe 15 erkennbar, die durch unterschiedliche Abstände ihrer Mantelfläche zur Welle 14 bei Rotation eine vertikale Bewegung des aufliegenden Stößels 16 verursacht.

Am Fülltrichter 8 befinden sich ein oder zwei Unwuchtrüttler 11, die den Bleistaub im Fülltrichter auflokkern und fluidisieren, um ihn während des Füllvorgangs dem Röhrchen ohne Störungen zuzuführen. Die Rüttler 11 können entfallen, wenn die Plattenfahnenhalterung 5 mit der Plattenfußhalterung 7 durch zwei Streben starr verbunden ist.

Weiterhin ist ein mit der Plattenfahnenhalterung 5 verbundener Plattenhüllenhalter 19 erkennbar, oer eine Verschiebung der Plattenhülle 4 auf dem Zentrieransatz 20 der Plattenfahne 2 verhindern soll. Der Plattenhüllennalter 19 besteht aus einem senkrecht zur Bewegungsrichtung der Röhrchenplatte 1 verschiebbaren Element, das mit Hilfe einer Druckfeder die Plattenhülle 4 gegen den Zentrieransatz 20 preßt. Oberhalb des Zentrieransatzes 20 befinden sich die von den röhrchenförmigen Hüllen 4 umgebenen Bleiseelen.

In den Fig.2a und 2b wurde jeweils nur eine Röhrchenplatte dargestellt Es ist jedoch auch möglich, mehrere Röhrchenplatten in einem Füllvorgang gleichzeitig zu füllen.

F i g. 3 zeigt eine Draufsicht der Kurvenscheibe. D^r Durchmesser der Kurvenscheibe ändert sich so, daß darcu Rotation der Scheibe mit Hilfe eines Stößels das in Fig. Ic dargestellte Wege/Zeit-Diagramm erzeugt wird. Der Zeitbereich 7*1 entspricht dabei cem Sektor zwischen 0" und A, in dem die Röhrchenplatte durch Zunahme des Kurvenscheibenradius nach einer quadratischen Funkt'in mit plus 10 g beschleunigt wird. Der Scheitelpunkt der der quadratischen Funktion entsprechenden Parabel liegt bei 0"; der Radius r beträgt IbeiO" ca. 25 mm.

Der zwischen A und C liegende Sektor entspricht dem Zeitbereich Γ2, bei dem die Röhrchenplatte mit 5 g in Abwärtsrichtung beschleunigt wird. Im Punkt B tritt keine Änderung des auf ca. 29 mm vergrößerten Kuryenradius r auf, so daß die Geschwindigkeit des Stößeis im Zeitpunkt tb zu Null wird. Zwischen dem auf der Kurve eingetragenen Punkt C und 360° ist der Radius

konstant, so daß der Stöße! nicht bewegt wird. Radius r 1 beträgt dabei 25 mm. Dieser Punkt entspricht der unteren Ruhelage des Stößels. Der Sektor 0°— A umfaßt einen Winkelbereich von 40 bis 70"; der Winkel dieses Sektors beträgt vorzugsweise 58°. Der von 0° bis B reichende Sektor der Kurvenscheibe liegt in einem Winkelbereich von 150 bis300°,vorzugsweise bei 174°. Der Sektor 0° —Centspricht einem Winkel von 300 bis 320*; der Winkel dieses Sektors beträgt vorzugsweise 315°.

Die in Fig. la dargestellten Beschleunigungen werden bei einer Drehzahl von 1 935 min-' erzielt. Es ist jedoch auch möglich, eine Vorrichtung mit einer verstellbaren Drehzahl im Bereich von 1 800 bis 2 200 min-' vorzusehen, um eine optimale Verdichtung zu erzielen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Kurvenscheiben auswechselbar angeordnet sind. Es ist somit möglich, durch Ausgestaltung der Kurvenscheibe; beispielsweise des Radius r, Amplituden und Beschleunigungen der Röhrchenplatte so zu gestalten, daß eine Auflockerung des Bleistaubs vermieden wird. Somit können kurze Füllzeiten von beispielsweise 15 s bei Panzerplatten und gleichmäßig hohe Verdichtungen des Bleistaubs erzielt werden. Da keine Füllkassette erforderlich ist, kann die schwingende Masse sehr klein gehalten werden, woraus sich eine Reduzierung von Energiebedarf, Verschleiß und Wärme ergibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Füllen von Röhrchenplatten für Bleiakkumulatoren, wobei die in den Röhrchen befindliche aktive Masse unter Vibration durch Trägheitskräfte in mehreren Vibrationsperioden verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Phase (Ti) auf die Röhrchenplatten eine Beschleunigung in Aufwärtsrichtung einwirkt, daß in einer zweiten Phase (T2) eine Beschleunigung in Abwärtsrichtung ausgeübt wird, wobei die Stärke der abwärts gerichteten Beschleunigung geringer ist als die Stärke in Aufwärtsrichiung und daß nach Beschleunigung in Abwärtsrichtung die Röhrchenplatte kurzzeitig mit einer wesentlich höheren Beschleunigung als in der ersten Phase (Tl) verzögert wird und anschließend für einen kurzen Zeitraum (TS) stillsteht.

2. Verfahresi nach Anspruch I₁ dadurch gekenn-

UOU TTOiIl t

während der zweiten Phase (T2) die Geschwindigkeit (v) linear verändert wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchenplatte (1) mit einem aufgesetzten Fülltrichter (8) vertikal verschiebbar angeordnet ist, daß die Position der Röhrchenplatte durch Drehung einer ortsfest angebrachten Kurvenscheibe (15) verstellbar ist und daß der Radius (r) der Kurvenscheibe in einem ersten Sektor (0°— A) nach einer quadratischen Funktion zunimmt, daß der Radius in einem zweiten Sektor (A-C) in Form einer Parabel bis zum Scheitelpunkt (B) zunimmt und im Bereich (B-C) wieder abnimmt und daß in einem dritten Sektor (C — 360°) der Radius der Kurvenscheibe konstant ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kurvenscheibe der erste Sektor (0° -A) einem Winkel von 40 bis 70° entspricht, daß der Sektor (0° — B) der Kurvenscheibe einem Winkel von 150 bis 300° entspricht und daß der Sektor (0° - C) einem Winkel von 300 bis 320° entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchenplatte (1) mittels der Spannvorrichtung (6) mit der Plattenfahnenhalterung (5) mechanisch starr verbunden ist und daß die Plattenfahnenhalterung mittels Vorspannfeder (18) über vertikal verschiebbar angeordnete Stößel (16) auf die Bahn der Kurvenscheibe (i5) gepreßt wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Kurvenscheibe im bereich von 1 800 bis 2 200 min-'liegt.