DE2907356C2 - Verfahren zur Herstellung der Gitter für Röhrchenplatten von Bleibatterien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Gitter für Röhrchenplaltcn von Bleibatterien durch Gießen von antimonfreier odcrantimonarmcr, llüssigcr Bleilegierung in eine Gießform.

Seit vielen Jahren werden als positive Elektroden in stationären- und Traktions-Blcibattcricn sogenannte Röhrchcnplatten verwendet. Diese sind in Deutschland auch unter dem Namen »Panzerplatten« bekannt. In den USA ist der Ausdruck »Ironclad Plates« gebräuchlich.

Bekannte Vorrichtungen sind z.B. im Buch »Bleiakkumulatoren« von E. Witte, Otto Krausskopf Verlag, Mainz 1969, dritte Auflage, Seite 23/34 und im »Journal of Power Sources«, zweiter Band, 1977/78, Seite 3, beschrieben.

Positive Röhrchenplatten bestehen aus einer Reihe von parallel nebeneinander angeordneten, porösen KunststolTröhrchcn von etwa 9 mm Außcndurchmesser, welche nach Hinführung zentraler, runder Gittcrsläbe aus korrosionsfester Bleilegierung, mit Bleioxid gefüllt werden. Die gefüllten Platten werden in verdünnter Schwefelsäure anodisch aufgeladen, wobei sich das Bleioxid in Bleidioxid umwandelt

Die heule gebräuchlichen Kunststoffröhrchen sind beispielsweise aus säurebeständigen und chlorfreien Fasern gefertigt. Fasern aus Glas, Polypropylen oder Polyester zeichnen sich durch ihre gute Dauerhaftigkeit aus.

Multifilament Polyestergarn-Gewebe mit Wandstärken von 0,3 bis 0,4 mm und mit Porenöffnungen kleiner als 0,2 mm werden heute in Form von vielröhrigen Taschen handelsüblich für Röhrchenplatten-Batterien auf dem Markt angeboten.

Ein Vorteil von Röhrchenplattcn-Batterien gegenüber solchen mit üblichen pastierten Gitter-Platten, besteht in ihrer ausgezeichneten Lebensdauer beim Zyklen-Betrieb. Röhrchenplatten-Batterien können z. B. 1000 bis 2000 Lade-Entladezyklen eines bestimmten Typs aushalten, während Batterien mit gewöhnlichen pastierten Platten vergleichsweise nur 400 bis 800 Zyklen gleicher ArI aushalten. Der Grund hierfür ist, daß bei Röhrchenplatten die positive aktive Masse, welche aus Bleidioxid-Teilchen besteht, in den Röhrchen fes! eingeschlossen ist und deshalb nicht »abschlämmen«, das heißt, aus der Elektrode losbrechen und abfallen kann.

Dagegen bietet das Gießen der Hartbleigittcr für Röhrchenplattcn mehr Schwierigkeiten. Infolge des zunehmenden Energiebedarfs und der relativ kleinen Bodenfiäche in elektrischen Fahrzeugen, müssen für Traktionsbatterien oft eher hohe Zellen gebaut werden. Dies bedingt auch hohe Platten. Die zentralen Gitterstäbe haben typisch einen Durchmesser von nur 3 mm, müssen jedoch in Längen von bis zu 800 mm und mehr gefertigt werden.

Eine große Plaltenhöhe bringt besondere Probleme in bezug auf das Gießen mit sich. Druckgußverfahren sind heute allgemein üblich, um Röhrchenplalten-Gitter herzustellen. Spezielle Druckgußmaschinen für diesen Zweck werden handelsüblich von mehreren Firmen angeboten.

In diesen Druckgußmaschinen wird das Blei durch eine konische Drüse unter Druck in Längsrichtung der Blcistäbc in die Gießform eingeschossen. Jc langer der Gicßling, desto aufwendiger die Druckgießmaschine. Erfahrungsgemäß bietet das Druckgießen von Gittern, welche sehr wenig oder kein Antimon enthalten, besondere Schwierigkeiten. Die Gleitfähigkeit der Bleilegicrungen nimmt nämlich mit abnehmendem Antimongehall ab. Darum mußten bisher üblicherweise für Röhrchcnplalten-GiUcr je nach Plattcnhöhc Blei-Legierungen bis zu 12% Antimon verwendet werden.

Der hohe Antimongchalt der Bleigitter ist jedoch unerwünscht. Erstens verteuert er die Batterie, da Antimon wesentlich mehr kostet als Blei. Zweitens treten bei hohen Antimongchaltcn technische Nachteile auf. Das Cutter wird weniger korrosionsfest. Antimon, welches durch anodischc Oxidation aus dem Gilter gelöst wird, diffundiert im Elektrolyten zur negativen Platte, wo es sich in Form von metallischem Antimon niederschlägt. Hierbei tritt die sogenannte »Vergiftung« der negativen Platte durch Antimon auf. Antimon setzt nämlich die Wasserstoffüberspannung der negativen Blci-Eleklrodcn herab. Wasserstoff entwickelt sich dann viel schneller, was zu erhöhter Selbst-Entladung der negativen Elektroden führt. Wenn die Batterie längere Zeit unbenutzt herumsteht, sinkt durch die Sclbstentladung die Säuredichte, was wiederum die Korrosion der positiven Cutter beschleunigt. Außerdem

bedeutet die Wasserstoffentwicklung einen Wasserverlust für die Batterie. Dies erfordert also häufigere Wasserzugabe, das heißt mehr Wartung.

Es wäre deshalb von Vorteil, Röhrchcrplatten-Gitter aus Legierungen ohne Antimon oder solchen mit kleinem Antimongehalt herzustellen.

In der US-PS 13 68 445 ist ein Gitter Tür eine wiederaufladbare Batterie beschrieben, welches eine rechteckige Anordnung von vertikalen und horizontalen Gilterstäben aufweist, wobei die bei derartigen Batterien bekannte Anordnung von horizontalen und vertikalen Kanälen vorgesehen ist, um die Gitterstäbe zu formen, und wobei eine sogenannte Bottom-Pour-Technik angewendet werden soll, um die Gußform vom Boden herzu füllen und das Entweichen der Luft aus der Gußform zu erleichtern.

Die US-PS 17 90 108 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von röhrchenförmigen Eisenleitungen durch Einführung des geschmolzenen Metalls ;<vn Boden der Gußform mit Hilfe des Druckgießens.

Die US-PS 25 08 865 betrifft eine besonders ausgebildete Bleigitterformation für Akkumulatoren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem antimonfreie oder antimonarme Röhrchenplatten-Gitter auf einfache Weise hergestellt werden können. Dabei sollen auch ohne Schwierigkeiten sehr hohe Gitter gegossen werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß der Einguß der flüssigen Bleilegierung aufder Längsseite des Gitters senkrecht zur Richtung der Gitterstäbe erfolgt und im Gitter temporäre llilfsvcrbindungen mitgegossen werden, welche benachbarte Gitterstäbc verbinden und die temporären llilfsverbindungcn zwischen benachbarten Gitterstäben in einem nachfolgenden Arbeitsgang weggestanzt werden, wodurch die Gitterstäbc selbst unverletzt bleiben und dadurch fertige Röhrchenplatten-Giitcr entstehen.

Dabei wird beim Gießen der Röhrchenplattcn die Gießform so gedreht, daß die parallelen Gittcrstabkanäle und der obere I lauptkanal im wesentlichen horizontal liegen und die geschmolzene Bleilegierung entlang den Kanälen durch eine Reihe von temporären Zwischcnvcrbindungsteilkanälcn eintritt, um die Zwisehcnvcrbindungstcile zu bilden, die nachträglich durch Ausstanzen entfernt werden.

Mit dem Vcifahren gemäß der Erfindung wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß durch die besondere Struktur die Verwendung von Blcilegierungen mit sehr kleinem Anlimongehalt oder anlimonfrcien Bleilegierungen ermöglicht wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unleransprüchen beschrieben.

Anhand der Zeichnungen soll das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beispielshalber näher erläutert werden.

In den Zeichnungen /eigen

Fig. 1 die schematischc Darstellung des bisher üblichen Prozesses zum Gießen von Röhrchcnplatten-Gittcrn,

Fig. 2 den Gicßpmzcss gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie A-A der Fig. 2.

Fig. 1 stellt den bisher üblichen Prozeß zum Gießen von Röhrchcnplattcn-Gitlcrn schematisch dar. Die flüssige Bleilegierung wird parallel zur Achse der Gitterstäbe 2 mittels einer Druckmaschine durch die Ansalze 1 in die Form eingeschossen. Die Gitterstäbe haben einen Durchmesser von etwa 3 mm. Sie sind normalerweise mit Zenlricr-Fahnen 3 versehen. Nach dem Gießen wird die Platte entlang den Schneidflächen 4

", getrimmt.

Erfahrungsgemäß lassen sich mit einer Druckgußmaschine, welche für diesen Zweck im Handel angeboten wird, Giltersläbc einer gewissen Länge nur herstellen, wenn der Antimongehalt der Bleilegierung cnt-

K) sprechend hoch ist. Die benötigten Animonmengen für verschiedene Gilterlängen wurden experimentell bestimmt und sind in Tabelle 1 festgehalten. Die angegebenen Werte gelten für eine herkömmliche Maschine, weiche für das Gießen von Röhrchenplatten-Gittern

r> empfohlen wird und welche mit einem Luftdruck von 10 bar und einer Gießtemperatur von 400 bis 450 C arbeitet.

Tabelle 1

Ciiitclänuc

Benötigter
Antimongeliall

200 mm	4"/
400 mm	8"/
600 mm	Wh
800 mm	12 "■■.

jo Mit dieser Maschine ließen sich also keine langen Gitter aus antimonarmen oder antimonfreien Bleilcgierungcn herstellen. Um solche Gitter zu gießen, würden wahrscheinlich sehr viel aufwendigere, bei höhcrem Druck arbeitende Maschinen benötigt, falls man am

j-, herkömmlichen Druckgußprozeß festhalten wollte.

In Fig. 2 ist der Gießprozeß gemäß einem Ausführungsbeispiel dor Erfindung schematisch dargestellt. Die flüssige Bleilegierung wird entlang der Längsseite des Gitters, i:.n wesentlichen entlang seiner gesamten

_w Länge senkrecht zu den Gitterstäben 2 in die Gießform eingeführt.

Zwischen dem Anguß 1 und dem Gitter sind in der Gießform in regelmäßigen Abständen die Eintritts-Kanäle 8 mit zweckentsprechendem Querschnitt angc-

r, bracht.

Zwischen den Gitterstäben werden in Abständen von vor/ugsweisc 20 bis 120 mm die Percursor-Verbindungen 5 mitgegossen.
Aus der F'ig. 3 ist eine bevorzugte Form dieser Pcr-

,(, cursor-Verbindungen ersichtlich, welche das Röhrchenplalten-Gitter der Fig. 2 im Schnitt A-A, aufder Höhe der Percursor-Verbindungen, schematisch darstellt.
Die verengten Stellen 6 dienen zur Erleichterung des

-,-, Stanzvorgangcs, wie nachstehend noch beschrieben wird. Der zu durchschneidende Blei-Querschnitt wird dadurch klein gehalten. Die verengte Stelle 6 dientauch als Führung für das Stanzwerkzeug.

Der verdickte Teil 7 der Percursor-Verbindung

ho erleichtert die Füllung des Gitters mit Blei. Beim Gießen kann die Luft in der Gießform zunächst in die entsprechenden Hohlräume 7 der Percursor-Verbinder entweichen. Beim Füllen mit Bleilegierung bildet sich in 7 cir Wärmevorralaus. Die vergrößerte Masse von Bleile-

_tt-, gicrung in 7 kühlt sich langsamer ab als die der verkleinerten Teile 6, oder die der Gitterstäbc 2. Der durch die nachträgliche Abkühlung erfolgende Schwund kann sich dann im erweiterten Percursor-Verbinder-Teil 7

vollziehen. Dadurch wird die komplette Füllung der Gitterstäbc 2 gewährleistet.

Der Querschnitt des verdickten Teiles der Percursor-Verbindung 7 ist vorzugsweise größer als derjenige der einzelnen Gitterstäbe. Der verdickte Teil der Percursor-Verbindung weist beispielsweise eine Dicke von 2-6 mm und eine Länge von 10-30 mm auf, der verengte Teil z.B. eine Dicke von 0,8-1.6 mm und eine Länge von 5-20 mm. F.s hat sich von Vorteil erwiesen, den verengten Teil kürzer zu halten als den verdickten Teil. Die Gitterstäbe weisen auch hier die bekannten Zentrier-Fahnen 3 auf. Sie sind in Fig. 2 und 3 nicht eingezeichnet. Das Wegstanzen der Percursor-Verbindungen zwischen den Gitter-Stäben kann auch mit einem Werkzeug erfolgen, welches nachher einen kleinen Teil der Percursor-Verbindung in Form einer Zentrier-Fahne 3 übrigläßt.

Die hier beschriebene Methode zur Gitterhcrslcllung läßt sich natürlich sinngemäß auch auf Röhrchenplatlen mit ovalen Röhrchen anwenden.

Das Gießen der Gitter mit Pcrcursor-Vcrbinder kann durch einfaches Gießen von Hand, oder in einer preisgünstigeren Gittergießmasehinc erfolgen, wie sie für negative Gitterplatte!! verwendet wird, wobei das Blei durch GravitationvGuß ohne Anwendung von Druck erfolgt. Fin Vorteil dieses Verfahrens besteht also darin, daß es ohne aufwendige Druckgußmaschine auskommt.

Natürlich könnte auch eine einfache Druckgußmaschine angewendet werden. Die Verwendung von Druckguß erweist sich aber als nicht unbedingt erforderlich.

Nach dem Gießen werden die Percursor-Verbinder zwischen den Gittcrsläben sowie der Anguß 1 und der ι Fndteil 9 ausgestanzt, wobei die Gitterstäbe unverletzt bleiben. Der Schnitt 4 erfolgt an den eingeschnürten Stellen 6. Die Stanzwerkzeuge weisen die geeignete Form zur exakten Führung des Gießlings auf. Um das Stanzwerkzeug klein zu halten, können die l'ercursor-

Hi Verbinder-Reihen auch einzeln, nacheinander, gestanzt werden, wobei das CJittcr jeweils um die entsprechende Distanz zwischen der Percursor-Verbindung vorgeschoben wird.
In dieser Weise kann ein Gitter gefertigt werden, wel-

I) chcs am Schluß das Aussehen eines normalen Cutters für Röhichenpiatten besitzt.

Das beschriebene Verfahren erlaubt das Gießen von Cuttern für Röhrchenplatten mit Blcilegierungen niedrigsten Antimongehalles. So können sehr leicht Cutter

(i mit Antimongchaltcn von 0-4% gegossen werden. Für derartige Antimonlegierungen wird vorzugsweise ein Zusatz von Arsen von 0,3-0,5% verwendet. Die Methode eignet sich auch zum Gießen völlig anlimonfrcier Cutter, z.U. aus Blci-Kalzium-Legicrung.

y, Der Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß damit ein einfacher, rationeller und billiger llerstcllungsprozeß auch für antimonarmc und antimonfreie positive Röhrchenplatten-Gittcr aufgezeigt wurde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung der Gitter für Röhrchenplatten von Bleibatterien durch Gießen von antimonfreier oder antimonarmer, flüssiger Bleilegierung in eine Gießform, dadurch gekennzeichnet, daß der Einguß der flüssigen Bleilegierung auf der Längsseite des Gitters senkrecht zur Richtung der Gitterstäbe erfolgt, und im Gitter temporäre HilfsVerbindungen mitgegossen werden, welche benachbarte Gitterstäbe verbinden und die temporären HilfsVerbindungen zwischen benachbarten Gitterstäben in einem nachfolgenden Arbeitsgang weggestanzi werden, wodurch die Gitterstäoe selbst unverletzt bleiben und dadurch fertige Röhrchenplatten-Gittcr entstehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einguß der flüssigen Bleilegierung auf der Längsseite der Bleistäbe parallel zur Gitterebene erfolgt, wobei die temporären Ililfsverbindungen in der Mitte einen verdickten Querschnitt und an den Einmündungsstellcn in die Gitterstäbe einen verengten Querschnitt aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die temporären HilfsVerbindungen zwischen zwei benachbarten Bleistäben einen Abstand von 20-120 mm besitzen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die temporären HilfsVerbindungen Dimensionen von 0,8-6 mm Dicke und 5-30 mm Länge aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des verdickten Teiles der temporären 11 ilfsvcrbindungcn größer ist als derjenige der Gitterstäbc.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des verengten Teiles der temporären Hilfsverbindungen kleiner ist als diejenige der Gittcrstäbe.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verdickte Teil der temporären llilfsvcrbindungcn langer ist als ihr verengter Teil.