DE380047C - Elektrischer Sammler mit pastierten duennen Gitterplatten - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM !.SEPTEMBER 1923

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- JVi 380047 -KLASSE 21 b GRUPPE 23

(H85368'Vllljsiby ■

The Hazelett Storage Battery Company in Cleveland, Ohio, V. St. A.

Elektrischer Sammler mit pastierten dünnen Gitterplatten.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Mai 1921 ab.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Sammler mit pastierten dünnen Gitterplatten und zwischen den Platten befindlichen Separatoren und besteht darin, daß die Gitterplatten als so dünne Blätter von elektrisch

leitendem Metall ausgeführt sind, daß sie selbst zu dünn sind, um die Paste festhalten zu können, aber zu dem Zwecke mif eng anliegenden ebenen Separatoren vereinigt sind. Hierdurch kann die Paste in den Platten

festgehalten werden, ohne daß in den Platten selbst Haltemittel vorhanden wären, und es ist mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung möglich geworden, Platten von so außerordentlicher Dünnheit zu fabrizieren, daß man sie als Bleifolieplatten bezeichnen darf. Es ist zweckmäßig, diese Platten zu gießen, mindestens diejenigen für die positiven Elemente, \veil gewalzte Bleifolie das ίο Bestreben hat, sich zu strecken oder in der Längsrichtung der Streckung sich auszudehnen, solange die Batterie in Benutzung ist. Schwierig war bisher die Beschaffung von solchen Separatoren, die die aktive Masse derart festhalten, daß sie mit den Separatoren in dichter Berührung bleibt. Ein anderer Umstand erschwerender Art liegt darin, die Batterieplatten so anzuordnen, daß .sie sich nicht werfen können, und daß keine Verzerrung oder Loslösung zwischen den Separatoren und den Platten eintritt, während dennoch für hinreichenden Umlauf des Elektrolyten gesorgt sein muß, um dessen höchsten Grad der Wirksamkeit aus seiner Berührung mit der wirksamen Masse zu erzielen. In der Fabrikation von Akkumulatorenbatterien von dem Pastatypus war es bisher ganz allgemein üblich, dem Zwecke des Umlaufes des Elektrolyten genutete Separatoren zwischen den Platten zu verwenden und unter den Platten einen freien Spielraum zur Aufnahme der Massenteilchen vorzusehen, die während der Lebensdauer der Batterie nach und nach von den Platten abfallen. Versuche mit der Verwendung ganz dünner Platten gemäß der Erfindung haben den bemerkenswerten Erfolg gezeigt, daß dieselben auch ohne genutete Separatoren und ohne Spielräume für die Abfälle der wirksamen Masse gute Dienste tun. Man hat ferner gefunden, daß bei gewöhnlichen Batterien, die im nachfolgenden einfach Dickplattenbatterien genannt werden sollen, lediglich die Oberfläche des wirksamen Materiales durch ihre Berührung mit dem Elektrolyten nützlich tätig ist. Bei der neuen Batterie dagegen gestatten sowohl die Platten als auch natürlich die wirksame Masse eine elektrische Einwirkung auf das gesamte Volumen dieser Masse. Dadurch ist nicht nur eine größere Leistung für eine gewisse Gewichtseinheit der Akkumulatoren erreicht, sondern man kann auch eine größere Anzahl von Platten benutzen und doch eine Batterie von geringerem Gewicht daraus machen, die dann eine größere Leistung und Aufnahmefähigkeit besitzt als der Dickplattentypus. Die neue Art und Weise des Haltens der Platten und Separatoren verhütet das Abfallen von Nutzmasse, und die Batterie hat infolgedessen eine längere Lebensdauer.

Verschiedene andere neue Eigenheiten der ■ Erfindung werden im Laufe der nachfolgenden Beschreibung noch hervortreten, die sich auf die Zeichnung beziehen.

Abb. ι ist ein Querschnitt durch eine Dreizellenbatterie, die gemäß der Erfindung gebaut ist. Die Schnittfläche verläuft rechtwinklig zu den Ebenen der Platten und Sepaiatoren. Abb. 2 ist ein Querschnitt durch eine der Zellen in gleicher Richtung mit der Plattenfläche. Abb. 3 ist ein wagerechter Schnitt durch eine der Zellen. Abb. 4 ist eine vergrößerte Sonderabbildung der Platten- oder Gitterbauart in perspektivischer Darstellung eines Teiles einer solchen Platte. Abb. S ist ein vergrößerter Schnitt durch den unteren Teil von einer der Zellen. Abb. 6 veranschaulicht eine abweichende Ausführungsform für die Anordnung der Separatoren und Platten. Abb. 7 stellt eine abweichende Ausführungsform für den unteren Teil des Zellenbehälters dar und zeigt die Art und Weise der Abstützung der Separatoren und Platten. Abb. 8 ist eine zum Teil geschnittene Seitenansicht einer Maschine zum Gießen der Bleiplatten oder Gitter, welche auch deren Kühlmittel, die Mittel zum Aufbringen der Paste, die Füllwalzen und Preßwalzen und eine Abschneidevorrichtung für die Platten erkennen läßt. Abb. 9 ist eine go schematische Abbildung des fortlaufenden Bandes von aneinandersitzenden Platten, wie solches eine Übergangsform im Fabrikationsgang darstellt. Abb. 10 zeigt das Verfahren, ein anhaftendes Band unter die Platte zu bringen. Abb. 11 ist eine Sonderabbildung des Mundstückes zum Aufbringen der Paste, und Abb. 12 veranschaulicht das Aufbringen eines Schutzbandes auf die Oberseite der Platten.

Der gewöhnliche starre Batteriekasten 1 bildet einen Aufnahmebehälter für eine Mehrzahl von Zelleneinsatzkästen 2, deren sämtliche Seitenwände und Stirnwände mit den Böden 3 aus einem Stück bestehen und auf dem Boden des Batteriekastens aufliegen. Die Batterie ist mit den üblichen Traghenkeln 4 versehen. Innerhalb der Zellengefäße 2 befinden sich abwechselnd positive und negative Platten 5 bzw. 10, von denen eine jede aufwärts gerichtete Zipfel 6 bzw. 11 hat, die mit den Polleisten 12 autogen verschweißt sind. Die Polleisten 12 tragen die üblichen Endzapfen 14 und 15, welche die elektrischen Pole für jede einzelne Zelle bilden.

Die sehr dünnen gitterförmigen Platten bestehen aus kristallinischem Material, welches am besten gegossen wird. Die Separatoren sind vorzugsweise volle Scheiben von Fibermaterial. Ausgezeichnete Ergebnisse sind durch Benutzung von Papier erzielt

worden, welches bei Trockenheit etwa einen Millimeter stark ist und derart zugeschnitten ist, daß es über die Gitter in allen Richtungen ein wenig hinwegragt. Dieses Papier erweist sich als ausgezeichnet, wenn es zur Hälfte aus Holzschliff und zur Hälfte aus schwefligsaurem Salz besteht.

Vorzugsweise werden die öffnungen in den Platten von einer Seite des Gitters her ίο gefüllt, und zwar mit Hilfe eines nachstehend zu beschreibenden Verfahrens. Die angefüllten Gitter werden auf einer oder auf beiden Seiten mit Papierblättern belegt, die daran haften, weil sie feucht sind; sie halten die Paste in den Maschen fest. Die positiven und negativen Platten werden dann abwechselnd in einen Behälter gelegt, der ihnen seitliche Führung gewährt. Ferner ist zu beachten, daß die Platten ein wenig gegeneinander abgestuft liegen, nämlich die Kanten der positiven Platten sind auf der einen Seite näher an der Führungswand als die Kanten der negativen Platten. Während die Platten und Separatoren in dieser Lagerung festgehalten werden, werden sie in bekannter Weise formiert.

Die Batterieeinheiten werden alsdann in die Gefäße 2 hineingetan, und die Separatoren schwellen infolge der Feuchtigkeit an, so daß sie in die dichte Berührung mit den benachbarten Platten kommen und sogar einen von Platte zu Platte gerichteten Druck hervorrufen. Durch das Anschwellen werden ferner die Kanten der Separatoren zwischen den Bändern der Platten herausgedrückt, wobei sie sich um die Plattenränder herumgreifend ausdehnen und auf diese Weise eine jede Platte nicht nur von den Seitenflächen her, sondern auch an den Kantenflächen eng umschließen, wovon lediglich die Außenseiten der beiden äußeren Platten ausgenommen sind. Dieser Umstand verursacht eine gründliche Isolation der Platten gegeneinander. Wenn die einzelnen Behälter 2 in den gemeinschaftliehen Kasten 1 eingesetzt werden, hält die seitliche Abstützung der Kastenwände auch die ein wenig nachgiebigen Wandflächen der Einzeleinsätze in paralleler Lage zueinander, wodurch auch eine enge Berührung zwischen den Platten und Separatoren während der ganzen Lebenszeit der Batterie aufrechterhalten wird. Eine Bewegung der Platten gegeneinander oder eine Verschiebung derselben gegenüber ihrem Behälter ist infolgedessen ausgeschlossen.

Es ist zu beachten, daß die Bodenflächen oder Unterkanten der Platten oder Gitterrahmen ein wenig über den Bodenflächen der Behälter gehalten werden. Infolge des Anschwellens der Separatoren bilden nämlich deren Kanten ebenso wie an den Seiten auch nach unten Hervorquellungetl, auf denen sich die Platten abstützen.

Nach der in Abb. 7 dargestellten abweichenden Ausführungsform der Erfindung sind auf dem Boden 3 der Behälter Rippen 4 vorgesehen, die quer zu den Kanten der Platten und Separatoren verlaufen. Infolge des abwärts gerichteten Druckes der Separatoren auf die verhältnismäßig schmalen Rippenkanten zeigt sich ein seitliches Auseinanderquellen des Fibermaterials, wie es an den

■ Stellen 33 in Abb. 7 kenntlich gemacht ist.

: Dieser Umstand gewährt eine weitere Sicherheit dafür, daß die Platten niemals im Verhältnis zu den B ehälter wänden abwärts gleiten können. Diese Eigenart ist bei Verwendung von Holzmaterial oder Hartgummi für die Separatoren nicht erreichbar, weil diese genannten Materialien an den Ab-

' Stützungsstellen zum Brechen neigen.

Die' in Abb. 6 abgebildebe Ausführungs-, form hat eine andere Gestalt für die Separateren aufzuweisen, die aus einem fortlaufenden Band 30" aus Papier oder ähnlichem Material bestehen können und sich um die , Kante einer benachbarten Platte herumgreifend ausdehnen. Sie führen alsdann um ι die Rückseite der Platten herum und sind i wiederum um die nächstfolgende Platte ' zurückgebogen usw., Wodurch eine weitere ¹ Sicherheit für Isolation an den Kanten der ^! Platten geboten ist. Die genannten Bänder 30" erreichen die gleiche Höhe mit den , Platten, wie es bei Verwendung einzelner , Blätter der Fall ist, und unterscheiden sich ; lediglich dadurch, daß sie eine fortlaufende : Verbindung bilden, welche abwechselnd um ; die Platten herumgreift.

: Ein Verfahren zur Massenfabrikation soli eher Batterien ist in Abb. 8 bis 12 dargestellt. [ Über einer umlaufenden Trommel 40 ist ein ! Behälter 42 für einen Bleivorrat angeordnet, ; der auf beliebige Weise, z. B. auf elektrischem

■ Wege, in flüssigem Zustande erhalten wird. j Es ist für Kühlung der Trommel 40 gesorgt,

! so daß das geschmolzene Metall sofort eri starrt, wenn es die Ausflußöffnungen des Ge-

■ fäßes 42 verläßt. Auf der Oberfläche der

' Trommel können gitterförmige Rippen, Ver-ι tiefungen u. dgl. vorgesehen sein, um Gieß- : formen für die beschriebenen Gitterplatten zu ^! bilden. Auf diese Art werden die Gitterplatten in Gestalt eines fortlaufenden Bandes I hergestellt, welches die Querrippen sowohl ! als auch die Längsrippen und die Zipfel vollständig aufzuweisen hat, so daß zur Fertigstellung der einzelnen Gitterplatten nur noch ein Zerschneiden des Bandes nötig ist. Wenn man sehr dünne Gitterplatten aus gewissen ¹ Bleilegierungen gießen will, so kann man noch j genauere Resultate gelegentlich dadurch er-

zielen, daß man mit Hilfe von Stempeln zum Perforieren und Abschneiden der Platten einen gleichmäßigen, vollgegossenen Bleibandstreifen verarbeitet, der aus dem Bleivorratsbehälter kommt. Solche Stempel werden zweckmäßig zwangläufig mit der Umdrehung der Trommel bewegt. Z. B. kann, wie es in gestrichelten Linien angedeutet ist, eine umlaufende Patrize 44 in Verbindung mit einer Walze 45 vorgesehen sein, die zwangläufig miteinander umlaufen und durch eine Kurbelstange 46 mit einem Kurbelzapfen der Trommel 40 verbunden sind. Alsdann bewegen sich zu einem Band aneinandergereihte Platten 50 (Abb. 8 und 9) von der Mündung des Behälters 42 auf der Trommel 40 abwärts durch eine Führung hindurch (Gittergießverfahren). In dem anderen Falle, nämlich beim Stanzverfahren, gleitet das Band 50 voll ao aus der Ausflußöffnung des Behälters 42 heraus und bleibt eben, bis es durch die Stanzvorrichtung der Walzen 44 und 45 gelocht und abgeschnitten wird. Ein Schaber 47 sichert die Abtrennung des Bleibandes oder Gitterbandes von der Oberfläche der Trommel.

Das Plattenband läuft durch eine Führung 55 einer Kühlvorrichtung, die aus einem Berieselungsapparat 56 und einem Sammelbehälter 57 besteht. Alsdann gelangt das Bleiband auf eine Führung 60, über die ein Papierband 62, welches sich von einer Walze 64 abrollt, dahingleitet und eine Rückwand aus durchlässigem Material unterhalb des Gitterbandes bildet. Das Band läuft weiter unter der öffnung eines Yorratsbehälters 65 für die Paste hinweg, der eine in dichter Berührung mit der Oberfläche des Gitterbandes bündig streicht. Es erweist sich ferner als wünschenswert, auf beiden Seiten der Platten ein dünnes Papierblatt o. dgl. zu haben, welches die Handhabung der Platten erleichtert, ohne daß man Gefahr läuft, daß das Füllmaterial herausfällt. Solche Papierbänder bilden Filmstreifen als Haltemittel. In diesem Sinne führt außer dem Bande 62 auf der einen Seite noch ein Band 68,. welches von einer Vorratswalze 70 kommt, unter der Rolle 69 hinweg. Während so das Band 50 vorwärts läuft, kann der Überschuß von Feuchtigkeit der Masse 65 zwischen den Rollen J2 und 74 herausgedrückt werden. Eine dieser Rollen ist als angetrieben mittels eines Sperrklinkenvor-Schubes 75 dargestellt, der durch ein nicht gezeichnetes Exzenter eines Schwungrades betätigt wird. Letzteres gehört zu einer Metallschere 80. Der Sperrklinken vorschub 75 ist mit dem nicht gezeichneten Exzenter durch die Stange 76 verbunden. Die Schere 80 kann zur Kontrolle der ständigen Förderung des Bleibandes benutzt werden und besitzt ein bewegliches Messer an einem Schlitten, um die einzelnen Platten von dem Band 50 abzutrennen. Wohlverstanden soll die hier dargestellt Anlage nur ein Ausführungsbeispiel sein, und es können auch beliebige andere Mittel zum Abtrennen der einzelnen Platten von dem Bleibande vorgesehen sein, welche den Schnitt genau auf der dazu vorgesehenen Linie zwischen den Gitterrahmen entlang führen. Die abgetrennten Platten werden alsdann zu einer Batterie vereinigt. Die Platten mit ihren dünnen Papierverkleidungen werden alsdann abwechselnd zwisehen Positiv und Negativ in eine passende Form oder einen Behälter hineingetan, woraufhin die fertige Zelle dicht zusammenhalt.

Die Hersteilung der Verbindungen zwisehen den Plattenfahnen kann unmittelbar nach deren Zusammenstellung zu einer Zelle in der üblichen Weise geschehen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Ableitungsfahnen wegen der Dünnheit der Platten eine vorzügliche Biegsamkeit besitzen. Dadurch, daß die Polleisten ein wenig kürzer gemacht werden als die Breite der Zelle, kann man für eine geringe seitliche Beweglichkeit der Polzapfen Sorge tragen, um Ungenauigkeiten der Verbindungsstangen zwischen den Zellen auszugleichen und das schließliche Zusammenstellen der ganzen Batterie zu erleichtern.

Die Verwendung der Papierbänder auf beiden Seiten der Platte beeinträchtigt keineswegs die elektrische Wirksamkeit der Batterie wegen der außerordentlichen Dünnheit und des durchlässigen Charakters dieser Bänder. Dieselben sind tatsächlich so dünn, daß man sie auf der Zeichnung nur extra darstellt, um das Herstellungsverfahren deutlich zu machen. Natürlich können diese Papierbänder, wenn man es ausdrücklich will, auch entfernt werden, jedoch ist es praktischer, sie zu beiden Seiten der Platten haften zu lassen, um auf diese Weise das wirksame Akkumulatorenmaterial festzuhalten und um sie einfach mit den gewöhnlichen Separatoren zu vereinigen.

Die Massenherstellung einer solchen Batterie ist sehr ökonomisch.

Die Batterie kann rascher geladen und entladen werden, ohne daß Beschädigungen eintreten, ferner liefert die Batterie eine verhältnismäßig höhere Spannung beim Entladen und fordert eine geringere Spannung heim Laden. Diese letztgenannten Eigenschaften ergeben sich aus dem Anwachsen der Leistung wegen Abnahme der Erhitzung der Zellen sowohl beim Laden als auch beim Entladen. Wegen der Ausnutzung allen wirk-

samen Materials kann man die zweieinhalbfache Kapazität einer gewöhnlichen Dickplattenbatterie von Schnelladefähigkeit erreichen und eine 75 Prozent größere Leistung, wenn eine Periode von fünf Stunden zum Entladen in Betracht kommt.

Einen weiteren charakteristischen Vorzug bietet die Erfindung hinsichtlich der Beseitigung der Schwierigkeiten, die sich aus dem Anfressen des positiven Materials durch die ! mechanische Wirkung der Gase ergeben. Es ist bekannt, daß die Lebensdauer einer Batterie erheblich verkürzt wird, wenn man sie stark ladet, nachdem die Zelle bereits begönnen hat, Gas zu entwickeln, wobei aber eine bedeutend größere Oberfläche dem Elek- ' trolyten ausgesetzt ist, als wie es bei der neuen Zelle der Fall ist. Bei letzterer ist die Gasentwicklung pro Flächeneinheit bedeutend geringer. Diese Tatsache in Verbindung mit ■ dem langsameren Abfallen des wirksamen Materials wegen der dichten Berührung des Separators mit den beiden Plattenflächen verursacht, daß die Anfressung fast gänzlich vermieden wird und die Lebensdauer der neuen Zellen dementsprechend verlängert wird. Ein weiterer Vorzug besteht in der geringeren Spannung während des Ladens, die dem Umstand zu verdanken ist, daß die Ladung bereits praktisch beendet ist, bevor eine Spannung erreicht wird, bei der sich Gas _; entwickelt. Die Verzögerung in der Gasentwicklung bewirkt wieder ihrerseits, daß . die Spannung gegen Ende des Ladens sehr ' rasch ansteigt, was insbesondere der starken , Polarisation zuzuschreiben ist, die durch einen vorhandenen Gasüberschuß hervorgerufen wird, und letzterer verursacht wiederum eine schnelle Abnahme des Ladestromes. Diese Umstände bringen zwei Vorzüge mit sich, erstens denjenigen, daß ein Überladen ver- ' mieden wird, und zweitens, daß ein so auffallender Unterschied in der Strommenge und Stromspannung während der kritischen ' Zeit auftritt, daß die selbsttätige Kontrolle ; der Anlage durch Ausschaltungsvorrichtungen , verhältnismäßig leicht ermöglicht wird. Es : ist also festzustellen, daß die niedrigere Spannung beim Laden und die höhere Spannung während des Entladens Folgeerscheinungen des geringeren inneren Widerstandes sind, welcher den verhältnismäßig größeren Plattenoberflächen zu verdanken ist.

In der Bauart der Batterie und in deren Herstellungsverfahren können verschiedene abweichende Ausführungen gewählt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

Patent-Ansprüche:

1. Elektrischer Sammler mit pastierten dünnen Gitterplatten und zwischen den Platten befindlichen Separatoren, gekennzeichnet durch Gitterplatten aus dünnen Blättern von elektrisch leitendem Metall, die selbst zu dünn sind, um die Paste festhalten zu können, in Verbindung mit ebenen Separatoren, die an den Platten eng anliegen.

2. Elektrischer Sammler nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Blei gegossenen Platten nicht dicker als 1,2 mm sind.

3. Verfahren zur Herstellung der sehr dünnen Gitterplatten, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterplatten in fortlaufenden Bändern hergestellt werden, die mit Löchern versehen werden, daß Paste in diese Löcher gebracht wird, und daß dann das Band in einzelne Platten zerschnitten wird.

4. .Verfahrern nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten nur von einer Seite her mit Paste gefüllt werden.

5. Elektrischer Sammler nach Anspruch ι und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von ebenen, ungenuteten Separatoren aus Fibermaterial, die quer zu den Platten zum Anschwellen gebracht werden und über die Kanten der Platten_> derart hinwegragen, daß sie die Platten ziemlich einschließen.

6. Elektrischer Sammler nach Anspruch ι bis 3, gekennzeichnet durch Separatoren, die über die Bänder der Platten hinausragen und so Kantenstützen und Bodenstützen bilden.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.

Berlin, GeBhügkt in der keichsdrbckEreI;