DE3234342C2 - Elektrodengitter für Akkumulatoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrodengitter (1; 2; 3) für Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren, zur Aufnahme der Aktivmassen, mit einer Stromleitfahne (4; 5; 6), das zur Erzielung einer günstigeren Stromableitung und damit einer Verringerung des ohmschen Widerstandes innerhalb des Elektrodengitters sowie einer gleichmäßigeren Strombelastung der Aktivmassen und zur Erzielung eines geringeren Materialverbrauches das Elektrodengitter eine Wabenstruktur aufweist, die aus einer Vielzahl im wesentlichen gleicher, längsgestreckter, schrägwinkliger, vier- oder vieleckiger regelmäßiger Waben (7; 8; 9) besteht, deren Längsachsen (10, 11, 12; 13, 14, 15; 16, 17, 18) und Spitzen (46, ...) im wesentlichen auf die Stromleitfahne (4; 5; 6) ausgerichtet und dazu geneigt sind.

Description

a) daß die Massefelder durch eine Wabenstruktur mit gemeinsamen Wänden benachbarter länglicher Waben (7,8,9) gebildet sind, und

b) daß bei längsten Diagonalen oder Längsachsen (10,11,12; 13,14,15; 16,17,18) und die an den spitzen Winkeln gebildeten Spitzen (46,...) der Waben (7,8,9) im wesentlichen auf die Stromleitfahne (4,5,6) ausgerichtet sind.

2. Elektrodengitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waben (7) regelmäßige längliche Sechsecke, insbesondere gleichseitige Sechsecke sind, deren Spitzen zur Stromleitfahne (4) ausgerichtet sind, und deren Verhältnis Spitze-Spitze zu Breite etwa 1 :1,5 bis 1 :4 beträgt

3. Elektrodengitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waben (8; 9) Parallelogramme sind.

4. Elektrodengitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Waben (8) Rauten sind, deren Spitzen auf die Stromleitfahne (5) ausgerichtet sind, wobei vorzugsweise Diagonalverhältnisse zwischen 1 :2 bis 1 :8 vorgesehen sind.

5. Elektrodengitter nach "Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Seitenverhältnis der Waben (9) zwischen etwa 1 :2 bis 1 :6 liegt, wobei der spitze Winkel zwischen benachbarten Seiten zwischen 22,5° und 60° liegt.

6. Elektrodengitter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenstruktur in mehreren Zonen (19-22; 23-28; 29) eingeteilt ist, in denen die Längsachsen einzelner Waben (7; 8; 9) parallel zueinander und vorzugsweise achsengleich (F i g. 2) zueinander verlaufen.

7. Elektrodengitter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenstruktur einen (30) oder mehrere (31—35), vorzugsweise geradlinige Hauptleiter aufweist, die sich innerhalb der Wabenstruktur zur Stromleitfahne (6; 5) hin erstrecken und die Wabenstruktur in etwa gleiche Winkelbereiche unterteilen, wobei die an die Hauptleiter angrenzenden Wabenwände mit den Hauptleitern elektrisch verbunden sind oder mit diesen zusammenfallen.

8. Elektrodengitter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptleiter (31-35) an den Grenzen der Zonen (23—28) verlaufen.

9. Elektrodengitter nach Anspruch 7 oder Anspruch8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Hauptleiter (30; 31 -35) zur Stromleitfahne (6; 5) hin proportional zur Quadratwurzel der Entfernung vergrößert.

10. Elektrodengitter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Hauptlciter (30) von jeder Seite her vorzugsweise geradlinige, regelmäßig und parallel zueinander angeordnete Nebenleiter (36—38) verbunden sind, derart, daß die Schmalseiten (40,41) jeder Wabe (16,17,39) durch diese Nebenleiter (36-38) bzw. durch die Rahmen (42-45) des Elektrodengitters (1) gebildet werden.

11. Elektrodengitter nach Anspruch 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnitte der Nebenleiter (36—38) und derjenigen Rahmen (42, 45), die der Stromleitfahne (6) benachbart sind, zur Stromleitfahne hin proportional zur Quadratwurzel der Entfernung vergrößern.

12. Elektrodengitter nach einem der Ansprüche 1 — 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt von Hauptleiter (30; 31—35), Nebenleiter (36—38) und von der Stromleitfahne (4; 5; 6) benachbarten Rahmen (42,45) mit der Entfernung von der Stromleitfahne abnimmt, um die Strombelastung für die Aktivmassen in jedem Bereich etwa gleich zu machen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrodengitter für Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Elektrodengitter sind beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 25 00 977, in de·· deutschen Auslegesch'ift 23 63 759 und in der deutschen Patentanmeldung G 5 991 sowie der US-Patentschrift 43 20 183 beschrieben.

Die dort beschriebenen Elektrodengitter benötigen relativ viel teures Elektrodenmaterial, der elektrische Widerstand und damit die Leitungsverluste sind relativ hoch, die Strombelastung der Aktivmassen und damit die Belastung der einzelnen Bereiche des Elektrodengitters ist sehr unterschiedlich und nimmt in Richtung zur Stromleitfahne erheblich zu.

Allgemein hat ein derartiges Elektrodengitter folgende Aufgaben:

a) die aktive Masse muß unter den unterschiedlichen Betriebsbedingungen sicher festgehalten werden,

b) der elektrische Strom muß zu- und abgeleitet werden (Aufladung, Entladung),

c) das Elektrodengitter, das auch als Masseträger bezeichnet wird, muß mechanisch genügend stabil sein,

d) das Material des Elektrodengitters muß ausreichend beständig gegen den Angriff des Elektrolyten, der aktiven Masse und möglicher Nebenprodukte sein,

e) zwischen Elektrodengitter und Aktivmasse muß eine gute mechanische Verbindung sein,

f) der elektrische Kontakt zwischen Elektrodengitter und Aktivmasse muß möglichst gut sein,

g) die elektrische Stromleitung zwischen Elektrodengiuer und Stromleitfahne muß möglichst gut sein,

h) es dürfen keine Stoffe freigesetzt werden, welche die elektrochemischen Reaktionen der Stromspeicherung beeinträchtigen oder unerwünschte Nebenreaktionen hervorrufen könnten,

i) derartige Elektrodengitter müssen einfach und möglichst billig herstellbar sein,

k) die Strombelastung der im Elektrodengitter festgehaltenen Aktivmasse soll möglichst gleichmäßig sein und nicht im Bereich der Stromleitfahne erheblich zunehmen.

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Bei bekannten Elektrodengittern ist zumeist eine sen.

rechteckige gleichmäßige Anordnung der einzelnen Durch die längsgestreckte schrägwinklige Form erElemente eines Elektrodengitters vorgesehen. Der hält man die bevorzugte Stromleitrichtung zur Strom-Strom muß dadurch stets in rechten Winkeln abgeleitet leitfahne hin.

werden, die Stromwege sind bis zum y/2fac.hen langer, 5 Nach einem Ausführungsbeispiel weisen die einzel-

somit auch der ohmsche Widerstand eines derartigen nen Waben die Form eines Sechseckes auf, insbesonde-

Elektrodengitters. In der Nähe der Stromleitfahne neh- re eines gleichzeitigen Sechseckes, wobei die Spitzen

men die transportierten Ströme ganz erheblich zu, was auf die Stromleitfahne ausgerichtet sind. Das Verhältnis

eine ungünstige Belastung des Elektrodengitters und zwischen Spitze-Spitze zur Breite dieser Sechsecke liegt

der dort festgehaltenen Aktivmassen bedeutete. 10 vorzugsweise zwischen 1:1,5 und 1 :4.

Es wurde ?uch bereits versucht, den ohmschen Wi- Nach einem anderen Ausführungsbeispiel können die

demand eines herkömmlichen rechteckigen Elektro- Waben die Form von Parallelogrammen haben, bei-

dengitters mit einer Vielzahl senkrecht aufeinanderste- spielsweise die Form von Rauten mit Diagonalverhält-

hender Stege dadurch zu verbessern, daß man die in nissen von 1 :2 bis 1 :8.

einer Richtung parallel zueinander verlaufenden Stege 15 Die Waben können jedoch auch die Form von Paral-

in gewissem Maße strahlenförmig auf die Stromleitfah- lelogrammen mit unterschiedlichen Seitenlängen haben,

ne hin ausrichtete. Auf diese Weise wurden jedoch die beispielsweise zwischen 1 :2 und 1 :6, wobei die sich

einzelnen Elemente der Aktivmassen in Bereichen fern gegenüberliegenden spitzen Winkel etwa zwischen

de» Stromleitfahne vergrößert, so daß der ohmsche Wi- 22,5° und 60° liegen.

derstand in diesen Bereichen sogar noch mnahm. Die 20 Vorteilhafterweise ist die Wabenstruktur in mehrere Verringerung des obmschen Widerstandes war deswe- Zonen eingeteilt, damit sich eine lückenlose Wabengen kaum nennenswert, da keine Ausrichtung der ein- struktur innerhalb eines rechteckigen Elektrodengitters zelnen Elemente auf die Stromleitfahne hin erfolgte, ergibt Die Längsachsen der einzelnen Waben innerhalb sondern lediglich eine gewisse geringfügige Ausrich- einer Zone sind dabei parallel zueinander und teilweise tung der einen Parallelanordnung von Elektrodengitter- 25 auch achsengleich zueinander, stäben. Die Wabenstruktur kann einen oder mehrere, vor-

Es wurde auch bereits versucht, den im Bereich der zugsweise geradlinige Hauptleiter aufweisen, die sich Stromleitfahne auftretenden erhöhten Strom durch innerhalb der Wabenstruktur diagonal zur Stromleit- Verstärkung der Gitterstabe und ggf. auch des Rahmens fahne hin erstrecken und die Wabenstruktur in etwa

im Bereich der SiröiTileitfahne zu berücksichtigea Dies 30 gleiche Winkel- oder Flächenbereiche unterteilen. An

hatte jedoch weder auf eine gleichmäßigere Stromver- die Hauptleiter angrenzende Wabenwände sind dabei

teilung noch auf eine gleichmäßigere Strombelastung mit den Hauptleitern elektrisch leitend verbunden oder

der einzelnen Bereiche des Elektrodengitters einen po- fallen direkt mit diesen zusammen. Zweckmäßigerweise

sitiven Einfluß. Durch die viereckige Struktur eines der- verlaufen die Hauptleiter entlang den Grenzen der

artigen Elektrodengitters wurde viel Material ver- 35 mehreren oben angeführten Zonen, innerhalb derer die

braucht, wobei die sehr langen Stromwege verhältnis- Langsachsen der einzelnen Waben parallel zueinander

mäßig dicke Querschnitte erforderlich machten, um ei- sind.

nen bestimmten niedrigen ohmschen Widerstand zu er- In einer besonderen Ausführungsform nimmt der

reichen. Querschnitt der Hauptleiter zu der Stromleitfahne pro-

Ein Elektrodengitter gemäß dem Oberbegriff des An- 40 portional zur Quadratwurzel der Stromstärke zu. Auf Spruches 1 ist aus der DE-AS 25 00 977 bekannt Auch diese Weise werden in Hinblick auf die gestellte Aufgadieses hat jedoch die Probleme einer nicht gleichmäßi- be günstigere Ergebnisse gegenüber den üblicherweise gen Strombelastung der Aktivmassen innerhalb der Flä- bisher verwendeten Verfahren erzielt, bei denen der ehe des Elektrodengitters und somit die vorstehend ge- Leitungsquerschr.itt linear mit der vorhandenen Stromschilderten Nachteile. 45 stärke zunahm. Es ergab sich ein optimales Verhältnis

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elek- zwischen Leitermasse und Leitwert,

trodengitter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem

so auszubilden, daß die Stromableitung günstiger und nur ein Hauptleiter vorhanden ist, werden an diesem

damit der ohmsche Widerstand innerhalb des Elektro- Hauptleiter zusätzliche Nebenleiter, vorzugsweise ge-

dengitters niedriger wird, daß eine gleichmäßigere 50 radlinig, regelmäßig und parallel zueinander angeord-

Strombelastung der Aktivmassen erreicht und gleich- net Auf diese Weise wird ein gleichmäßiger Abstand

zeitig der Materialverbrauch reduziert wird. jeder Wabe des Elektrodengitters zum benachbarten

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merk- Nebenleiter erzielt. Auf diese Weise wird eine absolut

male des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst Weite- gleichmäßige Belastung der einzelnen Aktivmassen des

re Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteran- 55 Elektrodengitters erzielt. Zweckmäßigerweise gehen

Sprüchen dargestellt. Das Elektrodengitter gemäß dem die Nebenleiter senkrecht in gleichen Abständen von Erfindungsgegenstand besteht aus einer Waben- oder den zwei Rahmen aus, welche der Stromleitfahne nicht Polygonstruktur mit einer Vielzahl im wesentlichen glei- benachbart sind. Die Nebenleiter treffen auf den Haupt-

cher, längsgestreckter, schrägwinkliger, vier- und vielek- leiter auf und sind mit diesem in elektrisch gutem Kon-

kiger regelmäßiger Waben, deren Längsachse im we- 60 takt verbunden. Die Anordnung dieser Nebenleiter zum

sentlichen auf die Stromleitfahne ausgerichtet ist. Hauptleiter erfolgt damit so, daC auch die dadurch ge-

Dadurch erhält man eine bevorzugte elektrische bildeten Spitzen im wesentlichen auf die Stromleitfahne Richtung der Stromleitung in Richtung auf die Strom- ausgerichtet sind. Ebenso wie der Hauptleiter können leitfahne zu. Da die Wabenstruktur aus im wesentlichen sich auch die Nebenleiter proportional zur Quadratwurgleichen und verhältnismäßig kleinen Waben besteht, 65 zel i.i Richtung zur Stromleitfahne hin in ihrem Querdie sich über das ganze Elektrodengitter verteilen, er- schnitt vergrößern. Das gleiche gilt für die der Stromhält man dadurch e:ine gleichmäßige Strombelastung leitfahne benachbarten zwei, in rechtem Winkel zueinder in den einzelnen Waben festgehaltenen Aktivmas- ander stehenden Rahmen der Bleielektrode. Diese

Struktur ist besonders leicht herstellbar. Dasselbe gilt für die einzelnen parallelogrammförmigen Waben mit unterschiedlichen Parallelogrammseiten, wobei in gleichen Abständen Verbindungsstäbe parallel zum Hauptleiter gezogen werden. Die Schmalseiten jeder dieser Waben werden durch benachbarte Nebenleiter bzw. durch einen Nebenleiter und den benachbarten Rand gebildet. Es muß dabei allerdings in Kauf genommen werden, daß die Ausrichtung der Spitzen der einzelnen parallelogrammförmigen Waben nicht so genau zur Stromleitfahne erfolgt, wie bei den beiden eben beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Allgemein ist die Wabenstruktur einschließlich Querschnittsverlauf von Hauptleitern, Nebenleitern und den beiden der Stromleitfahne benachbarten Rahmen so ausgebildet, daß die Strombelastung der Aktivmasse im ganzen Elektrodengitterbereich im wesentlichen gleich ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Elektrodengitter mit längsgestreckten regelmäßigen Sechsecken,

F i g. 2 eine Wabenstruktur mit rautenförmigen Waben,

F i g. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Elektrodengitters.

F i g. 1 zeigt ein Elektrodengitter 1 mit längsgestreckten regelmäßigen Sechsecken 7, deren Spitzen 46 zur Stromleitfahne 4 hin ausgerichtet sind. Die Verbindungsachse zwischen den Spitzen der einzelnen Waben, die mit 10, 11 und 12 bezeichnet sind, sind somit ebenfalls zur Stromleitfahne hin ausgerichtet

Aus F i g. 1 geht weiterhin hervor, daß die Wabenstruktur des Elektrodengitters 1 in mehrere Zonen 19, 20, 21 und 22 eingeteilt ist, bei denen die Achsen oder Diagonalen Spitze-Spitze parallel zueinander und teilweise achsengleich zueinander stehen. Die gleichseitige Ausbildung der sechseckigen Waben 7 ermöglicht eine lückenlose Ausbildung des Wabenmusters und insbesondere den lückenlosen Übergang von einer Zone in die andere, wobei eine Seite der Spitze einer Zone mit einer Breitseite der benachbarten Waben der anderen Zone verbunden bzw. einstückig ausgebildet ist

F i g. 2 zeigt eine Wabenstruktur mit rautenförmigen Waben 8, bei denen ebenfalls sämtliche Seiten gleich sind. Die Verbindungsachsen Spitze-Spitze der einzelnen Waben 8, die mit 13, 14 und 15 bezeichnet sind, zeigen wiederum zur Stromleitfahne 5. Die einzelnen Zonen 23, 24, 25, 26, 27 und 28 sind durch sogenannte Hauptleiter 31,32,33,34 und 35 miteinander verbunden. Diese Hauptleiter leiten etwa 5Ox stärker den Strom als dies innerhalb der Aktivmassen selbst der Fall ist Die Hauptleiter erstrecken sich sternförmig zur Stromleitfahne 5 hin. Auf diese Weise ist es möglich, auch den in entfernten Bereichen der Aktivmassen fließenden Strom mit minimalem Widerstand zur Stromleitfahne 5 abzuführen. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Strombelastung der Aktivmassen und gleichzeitig ein geringerer Ohm'scher Widerstand erzielt werden. Das Elektrodengitter selbst ist in F i g. 2 allgemein mit 2 bezeichnet

In F i g. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Elektrodengitters 3 mit einer Stromleitfahne 6 dargestellt Ein einziger Hauptleiter 30 durchzieht den Rahmen 42,43,44 und 45 dieses Elektrodengitters 3 etwa in einem Winkel vom 45°, ausgehend von der Stromleitfahni: 6. Dieses Elektrodengitter hat nur zwei Zonen 29, 47. wobei sämtliche Verbindungslinien Spitze-Spitze 16 und 17 der einzelnen parallelogrammförmigen Waben 9 zueinander parallel und vielfach achsengleich sind. Von den der Stromleitfahne 6 nicht benachbarten Rahmen 43 und 44 gehen in regelmäßigen Abständen parallel zum senkrecht darauf stehenden Rahmen 42 bzw. 45 sogen. Nebenleiter 36,37,38 etc. aus, die auf den Hauptleiter 30 auftreffen und mit diesem in gutem elektrischen Kontakt verbunden sind. Diese Nebenleiter 36, 37, 38 etc. bilden jeweils eine Schmalseite der parallelogrammförmigen Waben 9 des Elektrodengitters 3, wobei die beiden Flachseiten einer Wabe 39 mit 40 und 41 bezeichnet sind. An den Rändern des Elektrodengitters übernehmen die Rahmen 42, 44 und 45 die Funktion eines Nebenleiters.

Vorzugsweise sind sowohl die der Stromleitfahne 6 benachbarten Rahmen 43 und 45, als auch der Hauptleiter 30 und die Nebenleiter 36, 37 usw. in Richtung auf die Stromleitfahne 6 proportional zur Quadratwurzel des dort fließenden Stromes erweitert

Die langen Seite wände der parallelogrammförmigen Waben 9 des Elektrodengitters 3 werden durch entsprechende Verbindungsstäbe angelegt, welche sich parallel in gleichen Abständen zum Hauptleiter 30 erstrecken.

Zwischen Hauptleiter 30 und den einzelnen Nebenleitern 36, 37, 38 etc, ergeben sich im übrigen ebenfalls spitze Winkel im Hinblick auf eine günstige Stromableitung zur Stromleitfahne 6.
Das Elektrodengitter 3 gemäß F i g. 3 ist verhältnismäßig einfach in der Herstellung, mechanisch robust, und es weist besonders günstige Verhältnisse bezüglich einer gleichmäßigen Strombelastung der Aktivmassen, unabhängig von der Nähe zur Stromleitfahne 6 auf. Der gewisse Nachteil, daß die Ausrichtung der Spitzen der

einzelnen Waben 9 zur Stromleitfahne 6 nicht so optimal wie bei den anderen Ausführungsbeispielen verläuft kann somit in Kauf genommen werden.

Sämtliche Elektrodengitter gemäß F i g. 1 bis 3 können in einem Guß hergestellt werden, wobei der Materialverbrauch sehr niedrig gehalten werden kann. Ais Material für eine derartige Elektrodenplatte können beliebige Materialien verwendet werden, bevorzugt wird eine antimonfreie Bleilegierung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Elektrodengitter für Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren, zur Aufnahme der Aktivmassen in einer Vielzahl langgestreckter Massefelder, deren Längsachsen im wesentlichen auf die Stromleitfahne (4; 5; 6) ausgerichtet sind, wobei die Umrandungen der Massefelder Stromableiter zur Stromleitfahne bilden, dadurch gekennzeichnet,