DE3209713A1

DE3209713A1 - Verfahren zum zusammenbau des elektrodenstapels einer blei/saeure-batterie und der erhaltene stapel

Info

Publication number: DE3209713A1
Application number: DE19823209713
Authority: DE
Inventors: David Lee 55417 Minneapolis Minn. Lund; Thomas Lester 55113 Roseville Minn. Oswald
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Inc
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1982-03-17
Publication date: 1982-10-07
Also published as: FR2502403B1; IT8248023A0; AU8117382A; JPS57168476A; CA1162605A; IN156095B; KR830009661A; US4406057A; AU541615B2; MX151386A; PH18656A; BE892570A; NZ199928A; IT1147909B; FI820966L; GB2095462B; GB2095462A; FR2502403A1

Description

TiSGHE^KERN & BREHM

Albert-Roeehaupter-Strasee 65 ■ D 8000 München 70 ■ Telefon (089) 7605520 Telex 05-Ϊ12284 patsd Tolngrmnmo Kurnpatnnt Munchan

GOULD INC., . 17. März 1982

Gould Center, GD-61

Rolling Meadows, Illinois 60008,
U. S. A.

Verfahren zum Zusammenbau des Elektrodenstapels einer Blei/ Säure-Batterie und der erhaltene Stapel

Beschreibung;

Die vorliegende Erfindung betrifft Batterien, Akkumulatoren und dgl.; insbesondere betrifft die Erfindung ein einfaches und verbessertes Verfahren zum Zusammenbau des Elektrodenstapels für solche Batterien sowie den dabei erhaltenen Klcktrodenstapel selbst.

In den letzten Jahren waren auf dem Gebiet der Blei/Säure-Batterien, insbesondere für die Anwendung als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge eine Anzahl von Entwicklungen zu verzeichnen. Vielleicht die bedeutendste dieser Entwicklungen betrifft die wartungsfreie Batterie. Im Idealfall erlaubt dieser Batterietyp die Benutzung über die

erwartete Lebensdauer ohne die Notwendigkeit irgendwelcher Wartungsmaßnahmen, beispielsweise der Zugabe von Wasser und dgl.. Die Beliebtheit der wartungsfreien Batterie für die Anwendung als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge ist heutzutage weit verbreitet.

Trotzdem sieht sich die Batterieindustrie fortlaufend mit offensichtlich weiter steigenden Anforderungen konfrontiert. Die Kraftfahrzeughersteller sehen sich einem erheblichen Druck nach leistungsfähigeren Produkten ausgesetzt, beispielsweise einem geringeren Kraftstoffverbrauch pro bestimmter Anzahl gefahrener Kilometer. Diese Forderung hat wiederum dazu geführt, das Gesamtgewicht der Kraftfahrzeuge soweit wie möglich zu verringern. In diesem Zusammenhang werden Batterien mit geringerem Gewicht gefordert, um zu dieser allgemeinen Gewichtsverringerung beizutragen. In gleicher Weise gibt es Bestrebungen nach Batterien mit kleineren Abmessungen, einfach aus dem Grund, den unter der Motorhaube zur Verfügung stehenden Platz für die Batterie zu verringern.

Zur gleichen Zeit hat die Anzahl der. sog. Mittelklassewagen und der noch kleineren Kraftfahrzeuge mit Motoren geringeren Hubraums ganz erheblich zugenommen. Obwohl die für solche kleineren Kraftfahrzeuge geforderten Batterien kleiner sein können, werden an die Leistungsfähigkeit höhere Anforderungen gestellt. So erlaubt es beispielsweise die. Halbierung eines Hubraumvolumens von 5 bis 6 1 nicht, die Anforderungen an die Batterieleistung im gleichen Ausmaß zu verringern. Die zum Starten eines solchen kleineren Motors benötigte Energie beträgt beispielsweise weit mehr, als die Hälfte der notwendigen Starterenergie einer 5 bis 6-1 Maschine. Darüberhinaus benötigen 4-Zylinder-Motoren eine erheblich höhere Startergeschwindigkeit, um den Motor in Gang zu setzen. Tatsächlich erfordern einige 4-Zylinder-Motoren das 1,5 bis 3-fache der Startergeschwindigkeiten von V-8-Motoren.

Die zunehmende Beliebtheit der von Dieselmotoren angetriebenen Kraftfahrzeuge hat ebenfalls zur Forderung nach leistungsstärkeren Batterien beigetragen. Dieser Motorentyp benötigt zum Start eine größere Energie, als ein Benzinmotor vergleichbarer Größe. Demzufolge ist es nicht unüblich, daß ein von einem Dieselmotor angetriebenes Kraftfahrzeug mit zwei parallel geschalteten Batterien ausgerüstet ist, oder eine außerordentlich große Batterie verwendet, die nahezu die Abmessungen einer Lastwagenbatterie erreicht.

Diese und weitere Überlegungen haben an die Batteriehersteller die Forderung nach der Bereitstellung einer Batterie mit deutlich verbesserter Leistungsfähigkeit gestellt. Dieser Wunsch ist in der Zwischenzeit auf erhebliche Beachtung gestoßen.

Davon ausgehend sind erhebliche Anstrengungen zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der z.Zt. vorhandenen Batterien darauf gerichtet worden, einzelne Batteriekomponenten zu verbessern. Ein Beispiel dieser Bemühungen betrifft die Verbesserungen des Gitteraufbaues. Typische beispielhafte Vorschläge hierzu sind in den US-Patentschriften 4 118 553, 4 221 852 und 4 221 854 enthalten. Obwohl diese neuen Gitterkonstruktionen einige Verbesserungen bringen können, reichen sie bei weitem nicht aus, die stark gestiegenen Forderungen ausreichend zu erfüllen, denen sich die Batteriehersteller konfrontiert sehen.

Ein anderer Versuch, das Batteriegewicht zu verringern, sieht die Anwendung einer Anzahl von Rahmen vor, von denen jeder in eine Anzahl von Seite an Seite angeordneter Tragebereiche für das negative und positive Pastenmaterial unterteilt ist. Diese Rahmen werden zusammengebaut und aneinander befestigt, um einen Stapel zu ergeben, so daß die Außenumfangsabschnitte der Rahmen auch die Oberseite, den Boden und die

- ίο -

beiden gegenüberliegenden Seiten der Batterie ergeben; die Unterteilungen in den Rahmen selbst dienen als Zellentrennwand. Jeder Rahmen wird mit dem pastenförmigen Äktivmaterial versehen, um die Elektrodenplatten zu erhalten; hierbei weisen benachbarte Platten in jedem Rahmen entgegengesetzte Polarität auf, und benachbarte Platten in benachbarten Rahmen weisen ebenfalls entgegengesetzte Polarität auf. Dieser Vorschlag für einen Batterieaufbau ist beispielsweise in der US-Patentschrift 4 022 951 (McDowall) enthalten.

Für diesen Batterieaufbau wird angegeben, daß er das Batteriegewicht und die Batteriegröße erheblich verringert sowie die Erzeugung von Zellenbrücken im Verlauf des Zusammenbaus beseitigt, wobei die Abdichtprobleme und die sonstigen Anforderungen in Verbindung mit einem getrennten Batteriegehäuse vermieden sind.

Dieser Typ eines Batterieaufbaus ist jedoch für die üblichen Verfahren zum Batteriezusammenbau nicht zugänglich. Das Aufgreifen dieses Vorschlags würde daher neue und anders gestaltete Zusammenbauausrüstungen erfordern, was sowohl erheblichen Kapitalbedarf für neue Anlagen wie neue Anforderungen hinsichtlich der Qualitätskontrolle mit sich bringt. Darüberhinaus ist es vermutlich schwierig, wenn nicht gar unmöglich, die. Kombination aus positiven und negativen Gittern aus unterschiedlichen Legierungen herzustellen. In der Fachwelt ist jedoch bekannt, daß für wartungsfreie Batterien häufig die Anwendung von sog. Hybrid-Gittern wünschenswert ist; für einige Bereiche ist deren Anwendung sogar obligatorisch. Darüberhinaus bereitet ein gemeinsamer, das positive und das negative Gitter vereinigender Aufbau erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich des maschinellen Auftrags der pastenförmigen Aktivmaterialien auf solchen Gittern, sofern getrennte Pasten-Zusammensetzungen für die positiven und die negativen Platten vorgesehen werden, wie das zumeist übliche Praxis ist. Darüberhinaus scheint es

- Ii -

außerordentlich schwierig zu sein, eine zufriedenstellende elektrolyt-dichte Abdichtung über die gesamte Batterie-Lebensdauer zu gewährleisten/ da die Fläche der untereinander durch eine Heiß-Verschweißung zu verbindenden Rahmen erheblich ist, und darüberhinaus eine Anzahl Verbindungen und Brücken zwischen den einzelnen Zellen erzeugt werden muß. Das heißt, bei diesem Konstruktionsvorschlag muß etwa der 25- bis 50-fache Flächenbereich heiß verschweißt werden, der bei einem üblichen•Batterieaufbau in Verbindung mit dem mit einem Deckel verschlossenen Behälter auftritt. Bislang ist kein Batteriehersteller in der Lage gewesen, in industriellem Maßstab diese Zuverlässigkeit zu demonstrieren, die eine Heiß-Verschweißung in dieser Größenordnung erfordern würde.

Dieser von McDowall gemachte Vorschlag einer Kombination des positiven und negativen Plattenaufbaus ist repräsentativ für den Ansatz, die Verbindungen zwischen den einzelnen Zellen durch den gemeinsamen Plattenträger in einer Zelle zu erzeugen, welcher sich durch die Zellentrennwand erstreckt und als gleiches Trage- bzw. Halteelement einer Platte von entgegengesetzter Polarität in einer benachbarten Zelle dient. Alle diese Vorschläge und Ansätze erfordern relativ aufwendige und komplexe Zusammenbaumaßnahmen, wenn man an eine Herstellung im industriellen Maßstab denkt.

Darüberhinaus beschäftigen sich zahlreiche Patente und Referate auf dem Fachgebiet der Batterien mit einer Vielzahl von Vorschlägen und Theorien zur Gewährleistung verbesserter Batterieleistungen durch Verringerung des Innenwiderstandes. Trotz aller dieser früheren, erheblichen Anstrengungen besteht weiterhin ein Bedarf nach einer relativ leichten Batterie mit geringem Volumen, die unter industriellen Herstellungsbedingungen zuverlässig herstellbar ist und trotzdem die erheblich gestiegenen Leistungsanforderungen gewährleistet. Oder, anders ausgedrückt, es besteht weiterhin ein Bedarf nach einer Batterie, die zuverlässig in hoher Stückzahl herstellbar ist, und die bezogen auf das Gewichts- und Volumenverhältnis eine hohe

····»·■· ■ 32097 Ί 3

- 12 -

Startenergie liefert, beispielsweise die erforderliche Startenergie für Kraftfahrzeuge, während gleichzeitig die weiteren notwendigen Eigenschaften gewährleistet sind, wie sie für die Anwendung als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge gefordert werden, und welche Batterie darüberhinaus eine akzeptable Lebensdauer aufweist.

Mit der parallelen Patentanmeldung der Erfinder Klang et al vom gleichen Tage wird eine Batterie vorgeschlagen, welche dieses Anforderungsprofil erfüllt. Bei dem dort erläuterten Ausführungsbeispiel ist eine relativ große Anzahl relativ kleiner Platten vorgesehen, welche Anzahl bis zu 72 Platten pro Zelle oder gegebenenfalls noch mehr erreichen kann; Eine industrielle Fertigung mit hoher Stückzahl setzt ein wirksames Verfahren voraus, um diese zahlreichen Bauteile zu einem ZeI-lenelementestapel zusammenzubauen, d.h., zu einem Stapel mit der erforderlichen Anzahl an alternierend angeordneten, positiven und negativen Elektrodenplatten mit einem geeigneten Separator, der benachbarte positive und negative Platten voneinander trennt. Ein solcher Zellenelementestapel wird nachstehend kurz als Elektrodenstapel bezeichnet.

Eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein wirksames Verfahren zum Zusammenbau des Elektrodenstapels für eine Blei/Säure-Batterie anzugeben.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Zusammenbau des Elektrodenstapels anzugeben, welches Verfahren für eine industrielle Fertigung mit hoher Stückzahl geeignet ist. In diesem Zusammenhang besteht ein besonderes Ziel darin, ein solches Verfahren zum Zusammenbau eines Elektrodenstapels anzugeben, das leicht automatisiert werden kann.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen zusammengebauten Elektrodenstapel bereitzustellen, der in den nachfolgenden Verfahrensschritten des Batteriezusammenbaues

- 13 einfach handhabbar ist.

Schließlich besteht ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Zusammenbau eines Elektrodenstapels anzugeben, bei welchem die gewünschte Ausrichtung der Bauteile des Elektrodenstapels gewährleistet und nach dem Zusammenbau beibehalten ist.

Weitere Aufgaben, Ziele, Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgaben und Ziele ist ein Verfahren mit den Maßnahmen des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 5 oder des Patentanspruches 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; die letzteren zeigen:

Fig. 1 in einer teilweise auseinandergezogenen, perspektivischen Darstellung diejenigen Bauteile, die zur Anordnung einer ersten Gruppe von Elektrodenplatten auf dem Separator benutzt werden;

Fig. 2 in einer ausschnittsweisen Draufsicht die auf dem Separator befestigte erste Gruppe von Platten, nachdem diese in die richtige Stellung gebracht worden sind;

Fig. 3 die Darstellung eines Schnittes längs der Linie 3-3 aus Fig. 2;

Fig. 4 eine ausschnittsweise Draufsicht auf die auf dem Separator befestigte erste Gruppe von Elektrodenplatten, nachdem die Ausrichtungsmittel entfernt worden sind;

Fig. 5 in einer ausschnittsweisen Seitenansicht das Falten des Separators, um daraufhin die zweite Gruppe von Elektrodenplatten an den vorgesehenen Stellen anzubringen;

Fig. 6 in einer ausschnittsweisen Seitenansicht schematisch die Drehung der Separator-Platten-Anordnung bevor die zweite Gruppe von Elektrodenplatten eingefügt wird;

Fig. 7 in einer ausschnittsweisen Seitenansicht den gefalteten Separator, nachdem die zweite Gruppe von Elektrodenplatten an deren vorgesehenen Stellen eingefügt worden ist;

Fig. 8 in einer ausschnittsweisen Draufsicht schematisch das Zusammenpressen des gefalteten Separators, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich zwei Gruppen von Elektrodenplatten der gesamten Elektrodenstapellänge dargestellt sind;

Fig. 9 in einer ausschnittsweisen Draufsicht das Umwickeln des Elektrodenstapels mit den freien Enden des Separators, um die gewünschten Abmessungen beizubehalten; und

Fig. 10 in einer teilweise perspektivischen Darstellung den zusammengebauten Elektrodenstapel.

Obwohl die Erfindung nachstehend in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen erläutert wird^ soll in der Bezugnahme auf diese bevorzugten Ausführungsformen keinerlei Beschränkung des Umfangs der Erfindung liegen. Im Gegenteil ist beabsichtigt, auch alle solchen Alternativen, Modifizierungen und Abänderungen der im einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zu erfassen, soweit sie sich unter den Umfang der Patentansprüche und deren Äquivalente subsummieren lassen. So wird etwa die vorliegende Erfindung in Verbindung mit dem Zusammenbau eines Elektrodenstapels beschrieben, der für eine Batterie vorgesehen ist, die als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge dienen soll. Hierbei ist zu beachten, daß die Erfindung in gleicher Weise zum Zusammenbau der Elektrodenstapel für irgendwelche anderen Blei/Säure-Batterie-Anwendungen brauchbar ist. Tatsächlich ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung insbesondere für solche Anwendungen vorteilhaft, wo eine relativ große Anzahl von Elektrodenplatten zu einem Zellenelement kombiniert werden muß.

In allgemeiner Hinsicht wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Zusammenbau eines Elektrodenstapels angegeben, bei dem eine erste Gruppe von Elektrodenplatten an vorgegebenen Positionen auf einem entsprechend bemessenen Separator angeordnet werden und daraufhin in diesen Positionen auf dem Separator befestigt werden. Das erhaltene Produkt kann daraufhin entsprechend den Erfordernissen weiterverarbeitet werden, um den Elektrodenstapel zu erhalten. Nach einer typischen Arbeitsweise kann, nachdem die erste Gruppe von Elektrodenplatten an dem Separatormaterial befestigt worden ist, dieser Separator zick-zack-förmig (im Sinne einer Ziehharmonika) gefaltet werden, um die Abschnitte zum Einsetzen der zweiten Gruppe der Elektrodenplatten mit entgegengesetzter Polarität zu der ersten Gruppe zu bilden; daraufhin wird diese zweite Gruppe von Elektrodenplatten an den vorgesehenen Positionen eingesetzt. Der resul-

tierende Elektrodenstapel kann damit als Einheit irgendwelchen weiteren, erforderlichen Verfahrensschritten zugeführt werden, was die Handhabung dieser Einzelteile und den Zusammenbau der gesamten Batterie wesentlich vereinfacht. Darüberhinaus läßt sich dieses Verfahren einfach automatisieren.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung mehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die letzteren zeigen ein schematisches Zusammenbauverfahren für den Zusammenbau des Elektrodenstapels gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Anfangsschritt besteht darin, einen endlosen Streifen von Separatormaterial bereitzustellen, der die vorgegebenen Abmessungen hat, einschl. eines längeren Endabschnittes des Separatormaterials als freies Ende. Daraufhin wird eine erste Gruppe von Elektrodenplatten gleicher Polarität an vorgegebenen Stellen auf diesem Separatormaterial angeordnet. Zu diesem Zweck ist, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Halterung 10 vorgesehen, welche einen endlosen Streifen eines geeigneten Separators 12 aufnimmt. Die richtige Anordnung der ersten Gruppe.von Elektrodenplatten 14 gleicher Polarität wird mit Hilfe einer Ausrichte- und Plattenanordnungseinrichtung erzielt, etwa mit einer Schablone 16, die offene Bereiche 18 zur Aufnahme je einer Platte aufweist. Die richtige Ausrichtung der Schablone 16 relativ zu dem Separator 12 erfolgt durch weitere Ausrichtemittel. Wie dargestellt, weist die Halterung 10 zu diesem Zweck zwei, benachbart zu den Separatorkanten verlaufende Nuten 20 auf. Diese Nuten 20 dienen zur Aufnahme von entsprechend geformten Schienen 22 an der Unterseite der Schablone 16, so daß sich die Schablone 16 in der richtigen Anordnung bezüglich des Separators 12 befindet, um die erste Gruppe von Elektrodenplatten in der vorgesehenen Position auf dem Separator 12 abzulegen. In gleicher Weise wird dadurch der Separator in der richtigen Stellung zur Ablage der ersten Gruppe von Elektrodenplatten gehalten.

Nach einem wichtigen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung halten die offenen Bereiche 18 zur Aufnahme je einer Elektrodenplatte die erste Gruppe von Elektrodenplatten 14 in einer zweckmäßigen Anordnung für den weiteren Zusammenbau. Mehr im einzelnen werden die jeweiligen Platten in einem geeigneten Abstand gehalten, so daß nach der Faltung des Separatormaterials die zweckmäßige Ausrichtung der Platten für die Weiterverarbeitung vorliegt, wie das nachfolgend im einzelnen beschrieben wird.

Die erste Gruppe von Elektrodenplatten wird daraufhin in der mit Fig. 2 gezeigten Stellung angeordnet, so daß die Kante der Elektrodenplatte 24 an der Kante 26 des offenen Bereiches 18 zur Aufnahme einer Elektrodenplatte anstößt. Die Abmessungen dieser offenen Bereiche 18 zur Aufnahme einer Elektrodenplatte sind vorzugsweise so gewählt, daß die oberen und unteren Abschnitte von drei Seiten her satt an den Außenabschnitten der Elektrodenplatten anliegen. Trotzdem gewährleistet die andere, mit 28 bezeichnete Kante des offenen Bereiches 18 zur Aufnahme einer Elektrodenplatte einen ausreichenden Zugang für die nachfolgend erläuterte Maßnahme zur Plattenbefestigung. Hierbei ist zu beachten, daß für irgendeinen automatisierten Vorgang deutlich engere Toleranzen vorgesehen werden, als sie in Fig. 2 tatsächlich dargestellt sind.

Nachdem die erste Gruppe der Elektrodenplatten 14 richtig ausgerichtet und angeordnet ist, werden diese Platten an dem Separator 12 befestigt, so daß in den nachfolgenden Bchundlungsschritten die einmal gewählte Ausrichtung nicht mehr gestört bzw. verändert wird. Wie das in Fig. 2 schematisch angedeutet ist, kann die Befestigung zweckmäßigerweise dadurch erfolgen, daß über Mundstücke 30 ein Klebstoff aus einer (nicht dargestellten) Klebstoffquelle aufgebracht wird. Obwohl auch ein stärkerer Klebstoffauftrag möglich ist, sofern dies angestrebt wird, hat es sich als ausreichend erwiesen, lediglich Klebstoffwülste in den dargestellten Bereichen 32 und 34 aufzubringen. Darüberhinaus ist es wünschenswert, daß sich der

Klebstoffwulst bis zur rechten Kante der Platte 14, wie in Fig. 2 dargestellt, erstreckt, jedoch nicht über diese Kante hinaus. Mit Fig.. 4 ist diese, am Separator 12 befestigte erste Gruppe von Elektrodenplatten 14 dargestellt, nachdem die Schablone 16 entfernt worden ist.

Zur Anbringung der Elektrodenplatten an dem Separator kann jeder geeignete Klebstoff oder ein sonstiges Befestigungsmittel verwendet werden. In dem dargestellten Beispiel hat es sich als ausreichend erwiesen, einen schnell abbindenden, Heiß-Schmelzkleber zu verwenden, wie etwa bekannte Polyamidoder Polyester-Klebemittel.

Nachdem die erste Gruppe von Elektrddenplatten in den vorgesehenen Positionen auf dem Separator befestigt worden ist, kann der Separator mittels einer beliebigen Schrittfolge in diejenige Form gebracht werden, die er im fertigen Elektrodenstapel einnimmt. Zweckmäßigerweise wird der Separator hierzu zick-zack-förmig gefaltet, um erste ebene Bereiche zu bilden, die von den bereits angebrachten. Elektrodenplatten besetzt sind, und ferner nicht besetzte zweite, ebene Bereiche, gegenüberliegend zu den ersten ebenen Bereichen zu bilden, welche zweiten Bereiche zur Aufnahme der zweiten Gruppe der Elektrodenplatten von entgegengesetzter Polarität zu der ersten Gruppe bestimmt sind. Der Arbeitsschritt des zick-zack-förmigen FaI-tens ist schematisch in Fig. 5 dargestellt, wo die erste Gruppe der Elektrodenplatten 14 die ersten ebenen Bereiche 36 auf dem Separator bildet und der Faltvorgang zu. nicht besetzten Faltstellen 38 führt, welche die zweiten ebenen Bereiche 40 zur Aufnahme der zweiten Gruppe von Elektrodenplatten bilden. Die Anwesenheit der ersten Gruppe der Elektrodenplatten erleichtert diesen Faltvorgang, und die gewählten Abstände zwischen diesen Platten gewährleisten, daß der resultierende Elektrodenstapel - in einer Draufsicht betrachtet - eine im wesentlichen rechteckige Gestalt aufweist.

Der Zusammenbau wird daraufhin vervollständigt, indem eine zweite Gruppe der Elektrodenplatten von entgegengesetzter Polarität zu der ersten Gruppe die zweiten ebenen Bereiche besetzt. Hierzu kann die Platten/Separator-Anordnung um 180° um die Längsachse der Platte, wie in Fig. 6 dargestellt, gedreht werden, oder, anders ausgedrückt, die Anordnung wird aus der in Fig. 5 dargestellten Stellung umgedreht, um die in Fig. 7 dargestellte Stellung einzunehmen. Wie das aus Fig. 7 ersichtlich ist, wird daraufhin die zweite Gruppe der Elcktrodenplatten 42 auf denjenigen Positionen angeordnet, die an dem gefalteten Separator von den zweiten ebenen Bereichen 40 gebildet werden. An diesem Abschnitt des Verfahrens ist der Elektrodenstapel fertiggestellt und kann in dieser Form in das Abteil eines geeignetes Behälters in solcher Weise eingesetzt werden, wie das in der parallelen Patentanmeldung der Erfinder Klang et al vom gleichen Tage beschrieben ist.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist jedoch vorzugsweise ein weiterer Behandlungsschritt des Elektrodenstapels vorgesehen, damit dieser in den nachfolgenden Arbeitsschritten mit einer geringeren Gefahr einer Verschiebung oder Veränderung der beiden Gruppen von angeordneten Elektrodenplatten gehandhabt werden kann. Zu diesem Zweck wird die Separator- und Plattenanordnung auf eine solche Weise? festgelegt, daß der Elektrodenstapel als eine einzige Einheit gehandhabt werden kann. Dieser Festlegungsschritt kann auf beliebige Weise erfolgen und kann gleichermaßen zeitweilig oder dauerhaft sein.

Damit die in der parallelen Patentanmeldung der Erfinder Klang et al vom gleichen Tag dargelegten Vorteile in vollem Umfang realisiert werden können, ist es zweckmäßig, wenn der Elektrodenstapel satt anliegend in den Batteriebehälter paßt. Demzufolge kann es zweckmäßig sein, den Elektrodenstapel auf die gewünschten Abmessungen zurechtzupressen und dann in dieser

- 20 -

Form festzulegen bzw. zu fixieren, damit die geforderten Abmessungen beibehalten werden.

Zu diesem Zweck wird, wie das in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, der zick-zack-förmig gefaltete Separator mit den beiden Gruppen von in entsprechenden Stellungen angeordneten Elektrodenplatten zuerst zusammengepreßt und daraufhin in dieser zusammengepreßten Gestalt fixiert. Jeder ^dieser Schritte kann in einer zweckmäßigen und beliebigen Form durchgeführt werden. Es hat sich jedoch als besonders zweckmäßig erwiesen, das Zusammenpressen in der Form durchzuführen, daß ein Ende des Elektrodenstapels auf eine feststehende Oberfläche aufgesetzt wird, und daraufhin der Elektrodenstapel gegen diese Oberfläche gepreßt wird.

Nach einem bevorzugten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird der zusammengepreßte Elektrodenstapel unter Zuhilfenahme der freien Enden des Separatormaterials daraufhin in dieser zusammengepreßten Form fixiert. Mehr im einzelnen hat der Separator 12, wie das in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, solche Abmessungen, daß nach Durchführung des Faltvorganges ein freies Ende verbleibt, das eine ausreichende Länge aufweist, damit dieses freie Ende um den gesamten Umfang des Elektrodenstapels gewickelt werden kann, wie das in Fig. 9 dargestellt ist. Die Abschlußkante 46 des freien Endes 44 kann daraufhin an dem gewickelten Abschnitt festgelegt werden, etwa mit dem oben beschriebenen Klebstoff, so daß eine Verklebung 48 resultiert.

Es ist zu beachten, daß - bei Bedarf - die zweite Gruppe der Elektrodenplatten 42 in gleicher oder ähnlicher Weise auf dem Separator 12 befestigt werden kann, wie das für die erste Gruppe der Elektrodenplatten 14 beschrieben worden ist. Jedoch ist festgestellt worden, daß ein zweckmäßiger Stapel einfach dadurch erhalten wird, daß lediglich die erste Gruppe der Elektrodenplatten an dem Separator befestigt wird. Die Automatisierung

einer Fertigung im industriellen Maßstab kann es jedoch wünschenswert machen, auch die zweite Gruppe der Elektrodenplatten am Separator zu befestigen.

Der schließlich erhaltene, zusammengebaute Elektrodenstapel ist in Fig. 10 mit 50 bezeichnet. Der Elektrodenstapel 50 kann im Verlauf der nachfolgenden Behandlungsschritte leicht als eine einzige Einheit gehandhabt werden. Zum Beispiel weist jede Elektrodenplatte zumindest einen elektrischen Anschluß auf, etwa einen Plattenansatz oder eine Plattenfahne 52, wie in Fig. 10 dargestellt. Dieser Plattenansatz 52 ist im Elektrodenstapel mit den Plattenfüßen 54 fluchtend ausgerichtet, so daß ein (nicht dargestelltes) elektrisch leitendes'.Band zusammen mit den erforderlichen Zellenbruckenkomponenten leicht nach irgendwelchen üblichen Verfahren angebracht werden kann. Dies kann entweder vor dem Einsatz des Elektrodenstapels in den Batteriebehälter oder nach dessen Einsatz in den Batteriebehälter erfolgen, wie das mehr im einzelnen in der parallelen Patentanmeldung der Erfinder Klang et al vom gleichen Tage beschrieben ist.

Weiter ist zu beachten, daß die richtige Anordnung und Befestigung der Elektrodenplatten an dem Separator, zusammen mit dem Zusammenpreß-Schritt mithilft, daß sich die Plattenansätze in einer zweckmäßigen Anordnung und Ausbildung für die leichte Anwendung eines aufgegossenen, elektrisch leitenden Bandes befinden. In dieser Hinsicht kann es zweckmässig sein, die Ansätze jeder Gruppe von Elektrodenplatten im Verlauf des Zusammenbaus des Elektrodenstapels relativ zueinanderfluchtend auszurichten.

Weiterhin kann, obwohl die Benutzung des freien Endes des Separators ein einfaches Mittel zur Fixierung des Elektrodenstapels in der zusammengepreßten Form darstellt, jedes beliebige andere ähnliche Mittel zu diesem Zweck verwendet werden. Hierbei kann es sich um dauerhaft vorhandene Mittel

handeln, wie in der erläuterten Ausführungsform/ oder es kann sich um lediglich zeitweilig vorhandene Mittel handeln, z.B. solche Mittel, die vor dem vollständigen Zusammenbau der Batterie wieder entfernt werden; z.B. kann ein weiterer Verfahrensschritt des Aufgießens des elektrisch leitenden Bandes durchgeführt werden, bevor der Elektrodenstapel in ein Zellenabteil eingesetzt wird.

Für Fachleute mag es auf den ersten Blick scheinen, daß die Zusammenbauschritte ihrer Natur nach etwas schematisch sind. Jedoch können die erforderlichen V.erfahrensschritte der beschriebenen Art leicht automatisiert werden, und damit im Rahmen einer industriellen Fertigung im großen Maßstab realisiert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit einfache Maßnahmen angegeben zum Zusammenbau einer relativ großen Anzahl von Elektrodenplatten und dem notwendigen Separator zu einem Elektrodenstapel, was die nachfolgende Verarbeitung zu einer fertigen Batterie erleichtert.

Claims

Albert-Roeehaupter-Strasse 65 · D 8000 München 70 · Telefon (089) 7605520 Telex 05-212284 patsd Telegramme Kernpatent München

GOULD INC., · 17. März 1982

Gould Center, GD-61

Rolling Meadows, Illinois 60008,
U. S. A.

Verfahren zum Zusammenbau des Elektrodenstapels einer Blei/
Säure-Batterie und der erhaltene Stapel

Patentansprüche;

Verfahren zum Zusammenbau des Elektrodenstapels einer Blei/

Säure-Batterie,

gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte,

a) es werden ein Streifen Separatormaterial mit vorgegebenen Abmessungen sowie mit der jeweiligen Paste versehene positive und negative Elektrodenplatten in vorgegebenen Abmessungen bereitgestellt;

b) das Separatormaterial wird in eine Stellung zur Aufnahme
der ersten Gruppe der Elektrodenplatten gebracht;

c) die erste Gruppe der Elektrodenplatten von gleicher

. Polarität wird an vorgegebenen Stellen an dem Separatormaterial befestigt;

d) das Separatormaterial wird in eine Stellung zur Aufnahme der zweiten Gruppe von Elektrodenplatten gebracht;

e) die zweite Gruppe der Elektrodenplatten wird an vorgegebenen Stellen auf dem Separatormaterial angeordnet; und

f) das Separatormaterial wird gefaltet, wobei sich die erste und zweite Gruppe der Elektrodenplatten an ihren vorgegebenen Stellen befinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zusätzlich ein Verfahrensschritt vorgesehen ist, gemäß welchem der Elektrodenstapel mit einem geeigneten Material umwickelt wird, um die Handhabung des Stapels zu erleichtern.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umwickeln des Elektrodenstapels ein freies Ende des Separatormaterials dient.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Separatormaterials um den Elektrodenstapol geschlungen wird, und der freie Endabschnitt an die.-sem Stapel festgelegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Ver.fahrensschritt vorgesehen wird, gemäß welchem die zweite Gruppe der Elektrodenplatten an dem Separatormaterial befestigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß

der gefaltete, mit positiven und negativen Elektrodenplatten versehene Separator zusammengepreßt wird, bevor das freie Ende des Separatormaterials um den Stapel geschlungen und dessen Endabschnitt daran befestigt wird.
7. Verfahren zum Zusammenbau des Elektrodenstapels einer Blei/ Säure-Batterie,
gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte,

a) es werden ein Streifen Separatormaterial mit vorgegebenen Abmessungen sowie mit der jeweiligen Paste versehene positive und negative Elektrodenplatten mit vorgegebenen Abmessungen bereitgestellt?

b) das Separatormaterial wird in eine Stellung zur Aufnahme dieser Elektrodenplatten gebracht;

c) eine erste Gruppe der Elektrodenplatten von gleicher Polarität wird an vorgegebenen Stellen auf dem Separatormaterial aufgebracht;

d) die erste Gruppe der Elektrodenplatten wird an diesem Separatormaterial befestigt;

e) das mit den ersten Elektrodenplatten versehene Separatormaterial wird zick-zack-förmig (im Sinne einer Ziehharmonika) längs und benachbart zu den Kanten dieser Elektrodenplatten gefaltet, um ebene Bereiche des Separatormatorials zu bilden, die von diesen angebrachten Elektrodenplatten besetzt sind, und um ferner nicht-besetzte Abschnitte an gegenüberliegenden Seiten des Separatormaterials zu bilden; und

f) eine zweite Gruppe der Elektrodenplatten von entgegengesetzter Polarität zu der ersten Plattengruppe wird in diese nicht-besetzten Abschnitte eingefügt, um den Elektrodenstapel zu vervollständigen.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet/ daß

ein weiterer Verfahrensschritt vorgesehen wird, gemäß welchem der Elektrodenstapel mit einem geeigneten Material umwickelt wird, um die Handhabung des Stapels zu erleichtern.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß

der Elektrodenstapel mit einem freien Ende des Separatormaterials umwickelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß

das freie Ende des Separatormaterials um den Elektrodenstapel herum geschlungen wird und sein freier Endabschnitt an diesem Stapel festgelegt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

ein weiterer Verfahrensschritt vorgesehen wird, gemäß welchem die zweite Gruppe der Elektrodenplatten an dem Separatormaterial befestigt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß

das mit den ersten, angebrachten Elektrodenplatten versehene Separatormaterial um 180° um dessen Längsachse gedreht wird, um die nicht-besetzten Abschnitte in eine von oben zugängliche Stellung zu bringen, um das Einsetzen der zweiten Gruppe der Elektrodenplatten zu erleichtern.
13. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß

der mit den positiven und negativen Elektrodenplatten in den entsprechenden Faltabschnitten versehene Elektrodenstapel zusammengepreßt wird, daraufhin ein freies Ende des Separatormaterials um den zusammengepreßten Elektrodenstapel geschlungen wird, und schließlich der freie Endabschnitt des Separatormaterials an diesem Stapel festgelegt wird.
14. Verfahren zum Zusammenbau des Elektrodenstapels einer Blei/ Säure-Batterie,
gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte,

a) es werden ein Streifen Separatormaterial mit vorgegebener Länge und Breite, sowie mit der jeweiligen Paste versehene positive und negative Elektrodenplatten mit vorgegebenen Abmessungen bereitgestellt;

b) das Separatormaterial wird in eine. Stellung zur Aufnahme der Elektrodenplatten gebracht;

c) eine erste Gruppe der Elektrodenplatten von gleicher Polarität wird an vorgegebenen Stellen auf dem Separatormaterial angeordnet;

d) diese erste Gruppe der Elektrodenplatten wird an dem Separatormaterial befestigt;

e) eine zweite Gruppe von Elektrodenplatten entgegengesetzter Polarität zu der ersten Gruppe der Elektrodenplatten wird an der gegenüberliegenden Seite auf dem Separatormaterial angeordnet; und

f) das Separatormaterial wird zick-zack-förmig gefaltet, so daß die erste Gruppe der Elektrodenplatten Faltabschnitte auf einer Seite des Separatormaterials besetzt, und die zweite Gruppe der Elektrodenplatten Faltabschnitte auf der anderen Seite des Separatormaterials besetzt, um den Elektrodenstapel fertigzustellen.
15.Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Verfahrensschritt vorgesehen wird, gemäß dem geeignetes Material um den Elektrodenstapel herumgewickelt wird, um dessen Handhabung zu erleichtern.
16. Elektrodenstapel für eine Blei/Säure-Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Elektrodenstapel nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zusammengebaut worden ist.
17. Elektrodenstapel für eine Blei/Säure-Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß diouer Elektrodenstapel nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13 zusammengebaut worden ist.
18. Elektrodenstapel für eine Blei/Säure-Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Elektrodenstapel nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 14 oder 15 zusammengebaut worden ist.