DE2905142A1

DE2905142A1 - Verfahren und vorrichtung zur pruefung der relativen scherfestigkeit einer schweissverbindung zwischen bleiverbindern eines akkumulators

Info

Publication number: DE2905142A1
Application number: DE19792905142
Authority: DE
Inventors: Joachim Klapproth; Gustav Ing Grad Rust; Ludwig Schmidler; Dirk Toepperwien
Original assignee: Deta Akkumulatorenwerk GmbH
Current assignee: Deta Akkumulatorenwerk GmbH
Priority date: 1979-02-10
Filing date: 1979-02-10
Publication date: 1980-08-14

Description

"Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung
der relativen Scherfestigkeit einer Schweißverbindung zwischen Bleiverbindern eines Akkumulators" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der relativen Scherfestigkeit einer Schweißverbindung von zwei jeweils zu einer Zelle eines Akkumulators gehörenden Bleiverbindern, die aufrecht stehende, eine Öffnung in der die Zellen voneinander trennenden Wand abdeckende, flanschartige Endteile aufweisen, die mit Hilfe von Schweißelektroden in die Öffnung hineingedrückt und somit miteinander verbunden werden, wodurch auf den in die Zelleninnenräume zeigenden Seiten eine Vertiefung entsteht Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Während in früherer Technik die Anschlüsse für die beiden Pole einer Ze''e des Akkumulators nach oben aus dem Gehäuse herausgeführt und dort mit entsprechenden Anschlüssen der Nachbarzelle verbu@@en worden sind, werden seit i: yer Zeit Akkumulatoren-hergestell@, bei denen die Verbinden zwischen den einzelnen Zellen auf andere Weise hergestell wird. Innerhalb einer Zelle befinden sich eine Vielzahl von Plattenpaaren, die von der Elektrolytflüssigkeit umspült werden und nebeneinander angeordnet abwechselnd zum Plus- oder Minuspol gehören. Sowohl die positiv als auch die negativ geladenen Platten werden über oberhalb der Platten verlaufende Bleiverbinder elektrisch miteinander verbunden. Zwischen den beiden Bleiverbindern besteht eine Spannung von ca. 2 Volt bei Blei-Akkumulatoren. Für Autobatterien von 12 Volt Spannung werden daher sechs derartige Zellen benötigt, deren Spannungen in Reihe geschaltet, also addiert werden. Bei den neuen Batterien wird die elektrische Verbindung zwischen den Zellen durch eine oberhalb der Platten befindliche Öffnung der Zellenwand hindurch ausgeführt. Die Bleiverbinder sind hierfür mit einem aufrecht stehenden, die jeweilige Öffnung in der Zellenwand abdec laden, flanschartigen Endteil versehen, so daß beiderseits der Öffnung der Zellenwand ein derartiges Endteil jeweils eines Bleiverbinders vorhanden ist. Durch Schweißelektroden wird Material von diesen Endteilen in die Öffnung hineingedrückt und somit eine Verbindung der beiden Endteile untereinander hergestellt. In Form der Schweißelektroden entstehen dabei auf der in das Zelleninnere weisenden Oberfläche des Endteils Vertiefungen.
Wesentlich für die Beurteilung der Qualität von Akkumulatoren, insbesondere für den Einsatz in Kraftwagen vorgesehene Akkumulatoren, ist die Scherfestigkeit dieser Schweißverbindungen. Hiervon hängt nämlich ab, ob die Schweißverbindungen z.B. unter dem Einfluß von Vibrationen brechen und somit den ARwumulator unbrauchbar machen.
Es hat sich herausgestellt, daß praktisch nur solche Schweißverbindungen brechen, bei denen beim Verschweißen der Bleiverbinder sogenannte Lunker, also unerwünschte Hohlräume, entstanden sind.
Das Entstehen solcher Lunker beim Verschweißen der Bleiverbinder wurde bisher stichprobenartig überprüft, in dem aus jeder Serie einige der Schweißverbindungen aufgesägt und auf das Vorhandensein von Lunkern untersucht worden sind. Dieses Verfahren ist sehr zeitaufwendig und zerstört darüber hinaus den gefertigten Akkumulator.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine geeignete Vorrichtung anzugeben, mit denen die relative Scherfestigkeit der eingangs erwähnten Schweißverbindungen zerstörungsfrei gemessen werden kann.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den beiden Vertiefungen einer Schweißverbindung zwei Tastelektroden angesetzt werden, durch die ein elektrischer Stromkreis über die Schweißverbindung geschlossen wird und daß der elektrische Widerstand der Schweißverbindung bestimmt und als Meßwert einer Auswertungsschaltung und Anzeigeeinrichtung zugeführt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Scherfestigkeit bei den in Rede stehenden Schweißverbindungen überraschenderweise durch die Messung des elektrischen Widerstandes gemessen werden kann. Unter Ausnutzung der Tatsache, daß die Minderung der Scherfestigkeit auf eine Lunkerbildung beim Schweißen zurückzuführen ist und daß die Lunker eine Auswirkung auf den elektrischen Widerstand der Schweißverbindung haben, wird diese Beeinträchtigung durch messung des elektrischen Widerstandes festgestellt. Dadurch, daß die Tastelektroden in den Vertiefungen placiert werden, wird tatsächlich nur der für die Festigkeit der Schweißverbindung wesentliche Teil überprüft. Dieser Teil wird gebildet von dem Material, das durch die Öffnung in der Zellenwand hindurchgedrungen ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können an die verschiedenen, zu einem Pol des Akkumulators gehörenden Schweißverbindungen gleichzeitig Tastelektroden angesetzt werden. Auf diese Weise können alle Schweißverbindungen des Akkumulators schneller überprüft werden. Dabei kann die Summe der elektrischen Widerstände der gleichzeitig mit Tastelektroden versehenen Schweißverbindungen gebildet und der Auswertungsschaltung und Anzeigeeinrichtung zugeführt werden, alternativ können die Tastelektroden für jede Schweißverbindung einzeln und nacheinander an die Auswertungselektronik angeschlossen werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine Klemmzange auf, die mit Tastspitzen versehen ist, welche gegeneinander gerichtet mit elastischen Mitteln an der Klemmzange befestigt sind und Tastelektroden aufweisen, die mit elektrischen Kabeln verbindbar sind.
Die Klemmzange wird so an die Schweißverbindung angeklemmt, daß die Tastspitzen in die Vertiefungen der Schweißverbindung eingreifen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Klemmzange Klemmbacken auf, die mit in Handgriffe der Klemmzange hineingeführte Kabel verbunden sind und an denen die Tastspitzen mit den elastischen Mitteln befestigt sind. Dabei liest die Klemmfläche der Klemmbacken vorzugsweise unterhalb der Tastspitzen und die Tastspitzen ragen durch die Öffnungen in den Klemmbacken.
In aller Regel weist zumindest eine Vertiefung der Schweißverbindung eine weitere, durch eine Schweißelektrode erzeugte, nadelartige Vertiefung auf. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Klemmzange mindestens eine solche Spitze aufweist, die an die nadelartige Vertiefung angepaßt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden vorzugsweise die Klemmbacken mit einer geregelten konstanten elektrischen Energiequelle und die Tastspitzen mit der Auswertungselektronik verbunden. Die konstante Energiequelle kann dabei durch eine geregelte Konstantstromquelle gebildet sein, wobei dann die Auswertungselektronik zur Messung eines Spannungsabfalls geeignet sein muß. Durch die Klemmbacken wird auf die Schweißverbindung dann ein Strom gegeben und mit den Tastspitzen der über die Schweißverbindung entstehende Spannungsabfall gemessen.
Da es in den meisten Fällen ausreichend ist, wenn eine Anzeige nur dann stattfindet, wenn die Schweißverbindung über eine kritische Grenze hinaus fehlerhaft ist, weist die Auswertungselektronik vorzugsweise eine Schwellwertstufe auf, an die sich die Anzeigeeinrichtung anschließt.
Zur beschleunigtei: Überprüfung eines ganzen Akkumulators kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aus mehreren, vorzugsweise fünf, Kleg Izangen bestehen, die mit einel- Auswertungselektronik verbindbar sind. Dabei kann die Verbindung zwischen den Kle.;>zangen und der Auswertung. slektronik nacheinander hergestellt werden. Für die Summenlrildung können die Klemmzangen in Serie geschaltet und an die Auswertungselektronik angeschlossen werden.
Für die Überprüfung eines gesamten Akkumulators ist es vorteilhaft, wenn mehrere Klemmzangen an einer gemeinsamen Halterung angebracht sind, in der die Abstände zwischen den Klemmzangen den Abständen zwischen den Zellenwänden entsprechen. Besonders einfach wird die Betätigung dann, wenn die Öffnung der Klemmzangen dabei über ein gemeinsames Betätigungsglied erfolgt. Zur Anpassung an verschiedene Akkumulatoren können die Abstände zwischen den Klemmzangen vorzugsweise einstellbar sein.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen: Figur 1 eine Ansicht mit teilweisem Aufriß von oben in einen Akkumulator mit Schweißverbindungen zwischen den Bleiverbindern Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Prüfung der Schweißverbindung, teils in Ansicht, teils in Schnittdarstellung Figur 3 eine Detaildarstellung zur Lage der Meßpunkte.
In Figur 1 sind verschiedene Zellen 1 eines Akkumulators erkennbar Die Zellen 1 sind durch Zellenwände 2 flüssigkeitsdicht voneinander getrennt Die Zellenwände 2 sind einstückig mit dem Gehäuse 3 des Akkumulators verbunden. In den Zellen befinden sich eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Plattenpaaren 4, zwischen denen sich die Elektrolytflüssigkeit des Akkumulators befindet.
Sowohl die positiven als auch die negativen Platten a sind jeweils untereinander über Bleiverbinder 5,6 miteinander verbunden. Dabei können beispielsweise die in der Figur 1 Llinten dargestellten Bleiverbinder 5 für den positiven Batteriepol und die vorderen Bleiverbinder 6 fürden negativen ratteriepol vorgesehen sein. Die Dleiverbinder 5#6 verlaufen als flache, rechteckige Schienen oberhalb der Plattennaare a und erstrecken sich über die gesamte Breite zwischen den beiden, eine Zelle 1 begrenzenden Zellenwänden 2.
An einer der Zellenwände weisen die Bleiverbinder ein aufrecht stehendes, flßnschartiges Endteil 7 auf, das eine kreisförmige Öffnung 8 (Figuren 2 und 3) der betreffenden Zellenwand 2 abdeckt. Dieselbe Öffnung wird von der anderen Seite der Zellenwand 2 mit einem analogen Endteil 7 des zu dem gleichen Pol gehörenden Bleiverbinders 5 der benachbarten Zelle 2 abgedeckt.
Durch den Einsatz von Schweißelektroden wird Material der Endteile 7 in die Öffnung 8 hineingedrückt, so daß eine Verbindung der beiden Endteile 7 und damit der beiden Bleiverbinder 5,6 entsteht. Durch die Schweißelektroden entstehen in der in den Zelleninnenraum zeigenden Oberfläche der Endteile 7 kreisförmige Vertiefungen 9, deren Fläche zumindest teilweise mit der Fläche 8 in horizontaler Richtung zusammenfällt Aufgrund der benötigten Serienschaltung der verschiedenen Zellen 1 des Akkumulators befinden sich die Schweißverbindungen 10 für die zum positiven Pol gehörenden Bleiverbinder 5 und die zum negativen Pol gehörenden Bleiverbinder 6 abwechselnd an jeder zweiten Zellenwand 2.
Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Prüfung der Schweißverbindung 10 auf die relative Scherfestigkeit mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung besteht aus einer Klemmzange 11, die aus zwei in für Zange üblicher Weise miteinander drehbar verbundenen Schenkein 12 besteht.
Die Schenkel 12 sind an ihrem einen Ende von jeweils einem isolierenden Gehäuse 13 umgeben, die die Griffe für die Klemmzange 11 bilden. Das andere Ende der Schenkel 12 ist als Klemmbacke 14 derart ausgebildet, daß bei geschlossener Zange 11 nur die äußersten Enden der Schenkel 12 einander berühren können. Oberhalb des Drehpunktes 15 ist zwischen den beiden Schenkeln 12 eine Druckfeder 16 gelagert, die die beiden Klemmbacken 14 gegeneinander drückt. An den Schenkeln 12 ist jeweils eine Tastspitze 17 mit Hilfe einer Befestigung 18 nach Art einer Blattfeder angebracht. Die Tastspitzen 17 ragen durch Öffnungen 21 in den Schenkeln in das Innere der Klemmzange 11 und werden durch die elastischen Befestigungen 18 in einer Ruhestellung gehalten, in der der Abstand zwischen den Tastspitzen 17 geringer ist als der Abstand zwischen den Klemmbacken 14 vermindert um die doppelte Tiefe der Vertiefungen 9 der Schweißverbindungen 10.
Die Tastspitzen 17 sind mit einer axial verlaufenden Tastelektrode 19 versehen, deren Ende über die Rückseite der Tastelektrode 17 hinaussteht und dort mit einem Kabel 20 verbunden ist. Das Kabel 20 ist in das zum Drehpunkt 15 hin offene Isoliergehäuse 13 eingeführt und durch eine Öffnung 21 im Boden des Isoliergehäuses 13 wieder aus dem Griff herausgeführt und mit einem Auswertungsgerät verbunden. Durch dieselbe Öffnung 21 der beiden Isoliergehäuse 13 ist jeweils ein weiteres Kabel eingeführt, das an dem jeweiligen Schenkel 12 befestigt und mit ihm elektrisch verbunden ist. Auf diese Weise wird den Schenkeln 12 und damit den Klemmbacken 14 ein Prüfstrom zugeführt.
Der Prüfstrom ist vorzugsweise ein geregelter Konstantstrom, der über die Schweißverbindung 10 geschickt wird. Die Tastspitzen sind über die Kabel 20 mit einem Spannungsmeßgerät verbunden, das den Spannungsabfall über die Schweißverbindung auf der Strecke zwischen den beiden Vertiefungen 9 mißt.
Figur 3 zeigt im Detail die Ansatzpunkte für die Tastelektroden 19. Diese befinden sich vorzugsweise im Mittelpunkt der Vertiefungen 9. Üblicherweise weist eine der Vertiefungen eine weitere, nadelartige Vertiefung 23 auf, die durch die Form einer der Schweißelektroden erzeugt wird. Vorzugsweise weist zumindest eine der Tastspitzen 17 an ihrer äußersten Spitze eine der nadelartigen Vertiefung 23 angepaßte Form auf. Vorzugsweise sind beide Tastspitzen 17 gleich ausgebildet, damit beide Angriffsmöglichkeiten der Klemmzange gleichwertig sind und bei ihrem Einsatz nicht auf eine bestimmte Polung der Klemmzange geachtet werden muß.
Auf die beschriebene Weise kann einfach und zerstörungsfrei der für Akkumulatoren äußerst kritische Parameter der Scherfestigkeit der Schweißverbindungen 10 gemessen werden.
Selbstverständlich erhält man bei der Messung auch eine Aussage über die Leitfähigkeit der Schweißverbindungen 10, diese ist aber weniger kritisch als die Scherfestigkeit, d.h.
eine ausreichende Leitfähigkeit ist im allgemeinen auch dann noch gegeben, wenn die Scherfestigkeit bereits nicht mehr ausreichend groß ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Prüfung der relativen Scherfestigkeit einer Schweißverbindung von zwei jeweils zu einer Zelle eines Akkumulators gehörenden Bleiverbindern, die aufrecht stehende, eine Öffnung in der die Zellen voneinander trennenden Wand abdeckende, flanschartige Endteile aufweisen, die mit Hilfe von Schweißelektroden in die Offnung hineingedrückt und somit miteinander verbunden werden, wodurch auf den in die Zelleninnenräume zeigenden Seiten eine Vertiefung entsteht, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß in den beiden Vertiefungen (9) einer Schweißverbindung (10) zwei Tastelektroden <19) angesetzt werden, durch die ein elektrischer Stromkreis über die Schweißverbindung (10) geschlossen wird und daß der elektrische Widerstand der Schweißverbindung bestimmt und als Meßwert einer Auswertungsschaltung und Anzeigeeinrichtung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die verschiedenen, zu einem Pol des Akkumulators gehörenden Schweißverbindungen (10) gleichzeitig Tastelektroden (19) angesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der elektrischen Widerstände der gleichzeitig mit Tastelektroden (19) versehenen Schweißverbindungen (10) gebildet und der Auswertungsschaltung und Anzeigeeinrichtung zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastelektroden (19) für jede Schweißverbindung (10) einzeln und nacheinander mit der Auswertungsschaltung verbunden werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Klemmzange (11), die Tastspitzen (17) aufweist, welche gegeneinander gerichtet mit elastischen Mitteln (18) an der Klemmzange (11) befestigt sind und Tastelektroden (19) aufweisen, die mit elektrischen Kabeln (20) verbindbar sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmzange (11) Klemmbacken (14) aufweist, die mit in Handgriffe der Klemmzange (11) hineingeführten Kabeln (22) verbunden sind und an denen die Tastspitzen (17) mit den elastischen Mitteln (18) befestigt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfläche der Klemmbacken (14) unterhalb der Tastspitzen (17) liegt und die Tastspitzen durch Öffnungen in den Klemmbacken (14) ragen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, zum Einsatz bei Schweißverbindungen, bei denen zumindest eine Vertiefung eine weitere, durch eine Schweißelektrode erzeugte nadelartige Vertiefung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmzange mindestens eine solche Tastspitze (17) aufweist, deren äußerste Spitze an die nadelartige Vertiefung (23) angepaßt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacken (14) mit einer geregelten, konstanten elektrischen Energiequelle und die Tastspitzen (17) mit der Auswertungsschaltung verbunden sind.
10.Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Energiequelle durch eine geregelte Konstantstromquelle gebildet und die Auswertungsschaltung zur Messung eines Spannungsabfalls geeignet ist.
11 Vorrichtung nach anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsschaltung eine Schwellwertstufe enthält, an die sich die Anzeigeeinrichtung anschließt.
12.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise fünf, Klemmzangen (11) mit einer Auswertungsschaltung verbindbar sind.
13.Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Klemmzangen (113 und der Auswertungsschaltung nacheinander hergestellt wird.
14.Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleimazangen iaa, in Serie geschaltet an die Auswertungsschaltung angeschlossen sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Klemmzangen (11) an einer gemeinsamen Halterung angebracht sind, in der die Abstände zwischen den Klemmzangen (11) den Abständen zwischen den Zellenwänden (2) entsprechen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Klemmzangen (11) über ein gemeinsamens Betätigungsglied erfolgt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den Klemmzangen (11) einstellbar sind.