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Verfahren zur Herstellung von aus Metallpulver gesinterten .Akkumulatorenplatten
Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen im Verfahren zur Herstellung von aus
gepulvertem Metall gesinterten Akkumulatorenplatten und auf die daraus sich ergebenden
verbesserten Erzeugnisse.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, Platten für alkalische Akkumulatoren
durch Sintern von Metallpulver in der Weise herzustellen, daß eine genügend feste
poröse Metallplatte gebildet wird, die, wenn nötig, mit der gewünschten aktiven
Masse getränkt wird. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die Erstausführungen,
die nach diesem Prinzip entwickelt wurden, unbefriedigend und unbrauchbar für Massenherstellung
waren.
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Ursprünglich wurde die Platte hergestellt, indem zuerst ein Stück
Gaze in eine Sinterform von der Größe der fertigen Platte einschließlich ihres Zuleitungslappens
(Fahne) gelegt wurde, dann die untere Hälfte der Form mit Metallpulver gefüllt,
ein weiteres Stück Gaze auf dieses gelegt, dann der Rest des Pulvers hinzugefügt
und schließlich das Ganze mit einem Stück Gaze bedeckt wurde. Manchmal wurden die
äußeren Gazestücke fortgelassen. Die Form wurde dann erhitzt bis die Sinterung so
weit fortgeschritten war, daß die Platte genügend fest war, um, in eine Preßmatrize
gebracht werden zu können. Die Platte wurde dann in dieser Matrize auf die gewünschte
Stärke gepreßt, wobei die Ränder stärker gepreßt wurden als der übrige Teil, während
vom oberen Teil der Platte durch besonders starkes Pressen der Lappen, mit denen
die Platte am Polband befestigt wird, geformt wurde.
Obwohl bei
diesem Verfahren die Lappen aus hochverdichtetem Werkstoff bestanden, wurde in der
Praxis gefunden, daß diese Lappen nicht geschweißt werden konnten und außerdem,
wenn das Polband durch Zusammenschrauben der -Lappen mit Schraubenbolzen und Muttern
gebildet wurde, das Material der Lappen in einem solchen Maße verformt wurde, daß
selbst nach einer verhältnismäßig geringen Zahl von Entladungen der Kontakt viel
zu wünschen übrig ließ.
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Ferner wurde gefunden, daß selbst bei Anwendung von drei Gazestücken
die Übergangsstelle vom Lappen zur Platte, d. h. die Stelle, an der der hochverdichtete
Werkstoff des Lappens in den hochporösen Teil der Platte übergeht, nicht stark genug.
war; um den in der Praxis vorkommenden Beanspruchungen zu widerstehen, z.B. beiLastwagenbatterien,
und die Lappen rissen.
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Überdies ist es nicht möglich; auf diese Weise dünne Platten herzustellen,
weil die von der Form aufgenommene Materialmenge nicht genügt, um Lappen ausbilden
zu können.
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Um diese Nachteile zu überwinden, -wurden die Lappen nicht mehr aus
dem Werkstoff der Platte selbst hergestellt. Statt dessen wurde ein Metall= rost
in die Sinterform gelegt, der aus einem Lappen und einem einige Millimeter breiten
Rahmen von der Größe der herzustellenden Platte besteht, _ auf den ein Gazestück
geschweißt -worden war:. - Diese Gaze wurde mit einer Lage Metallpulyer.:bedeckt,
die dann gesintert wurde. Der Sintervorgang wurde in der Weise durchgeführt, .daß
die Platten...degewünschte Stärke hatten, wenn sie den Ofen verließen. Es wurde
als -zweckmäßig -gefunden, daß die Gaze schwach nach oben .gewölbt würde, bevor
das Metallpulver aufgebracht war. Nach :dem: Sintern liegt sie dann ungefähr in
der Mitte des porösen Teils der Platte, während der Rahmen des Rostes auf dem Grund
der Platte liegt.
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Platten dieser Art weisen die obenerwähnten Nachteile nicht auf. Sie
erwiesen sich jedoch für die Massenherstellung aus folgenden Gründen ebenfalls als
ungeeignet: .
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i. Nach dem Sintern mußten die. Ränder der Platten gerichtet werden,
um etwaige Ungenauigkeiten zu beseitigen. Während dieses Vorganges war es unmöglich,
zu verhindern, daß Teile des porösen Teils der Platte mehr oder, wnigr rissen und
nach einigen Entladungen abbrachen; ,und Kurzschlüsse verursachten. Es- war `_auchschvvierig;
sicherzustellen, daß keine Enden der Gaze über die Ränder der Platte hervortraten
und später'$urz= s.chlüsse verursachten. -2. Kleine Plattensorten wurden `hergestgllt,
indem mehrere Roste derart in eine Form- gelegt wurden, daß alle Lappen nach auswärts;
gerichtet waren, z. B. zwei Reihen von drei Platten,: Nach der Imprägnierung wurden
die Platte. durchgebrochen oder -gesägt. Es stellte sich aber heraus, daß bei dieser
Herstellungsart ebenfalls die Ränder der Platte oft derart beschädigt- wurden, _daß
der Fehler nicht sofort entdeckt werden konnte und nach einigen Entladungen- Kurzschlüsse
..verursachte. Die Platten brachen auch oft während des Imprägnierens, weil die
Verbindungen zwischen den einzelnen Rosten, die nur aus dem porösen Teil bestanden,
zu schwach befunden wurden und nicht -verstärkt werden konnten, ohne die Porösität
übermäßig herabzusetzen.
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3. Es erwies sich bei der Massenherstellung als sehr schwierig, die
Stärke der Platten genügend gleichmäßig zu halten, z. B. ungefähr o,i mm, wenn für
das Füllen der Formen keine größere als die praktisch erreichbare Genauigkeit gefordert
wurde. Die verlangte Gleichmäßigkeit konnte nicht durch Pressen erreicht werden,
ohne die Ungenauigkeiten an den Rändern der Platte 1-, 1 -h -d -' - - sten
Sintern beseitigen zu müssen, #ac ein er was wieder zu den obengenannten Nachteilen
führte.
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Alle diese Nachteile werden durch das Verfahren 'gemäß der vorliegenden
Erfindung völlig vermieden.
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Das. neuartige Verfahren stützt sich auf die Beobachtung, daß, wenn
Metallpulver auf Metall gesintert und das poröse Material später unter hohem. Druck
auf das Metall gepreßt und dann nochmals erhitzt wird, die Haftung zwischen dem
Metall und dem darauf gesinterten Material so fest ist, daß der Verbundkörper auf
einer Stanzmaschine bearbeitet werden kann, ohne beschädigt .zu- werden.
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:Gemäß der- Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung von aus Metallpulver
gesinterten Matten,. .insbesondere für alkalische Akkumulatoren, das darin besteht,
daß auf einem Metallrost ein Stück Metallgaze und dann eine Lage Metallpulver -aufgebracht
und dieses Pulver gesintert wird, in der Weise durchgeführt, daß das Format des
Rostes größer gewählt wird als dasjenige der fertigen Platte und das Stück Gaze
wenigstens größer als der Plattenkörper, während nach leichtem Sintern des Pulvers
das erhaltene poröse Material unter hohem Druck auf den Rand des Rostes gepreßt
und im übrigen nur einem solchen Druck.- unterworfen wird, daß die gewünschte Stärke
des porösen Materials erreicht wird, worauf erneut gesintert wird mit, wenn notwendig,
nachfolgender Imprägnierung, und die Platte in der gewünschten Form ausgestanzt
wird.
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Ein Rost bedeutet hier sowohl einen Rahmen als auch ein Gitterwerk;
z. B. einen Rahmen mit Querverbindungen. Der Rost kann z. B. in an sich bekannter
Weise aus Weißblech bestehen, jedoch können an dessen Stelle auch andere Metalle
verwendet werden.
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Die Erfindung ist im einzelnen in der Zeichnung, die einige Ausführungsbeispiele
darstellt, erläutert, und zwar zeigt Fig. i- eine Ansicht der anfänglichen Verbindung
von Rost und Gaze, wie sie bei der Ausführung der Erfindung verwendet wird, Fig.
z a einen Schnitt der in Fig. i gezeigten Verbindung; Fig. 2 eine Ansicht der Verbindung
nach Fig. i in einem späteren Stadium des Verfahrens,
Fig. 2 a einen
Schnitt der in Fig. 2 gezeigten Verbindung, Fig. 3 eine Ansicht der Verbindung nach
Fig. 2, nachdem diese an ihren Rändern einem starken Druck unterworfen worden ist,
Fig. 3 a einen Schnitt der Verbindung nach Fig. 3, Fig. q. eine Ansicht einer fertigen
Akkumulatorplatte und Fig.5 eine Abänderung der Ausführungsform nach Fig. i.
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Fig. i zeigt einen Rost i, auf den ein Stück Metallgaze :2 aufgeschweißt
ist. Der Rost, der die Form eines Rahmens hat, ist größer als die fertige Platte
einschließlich des Anschlußlappens. Das Gazestück ist wenigstens größer als der
Plattenkörper.
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Fig. i a ist ein Schnitt durch Fig. i. Es ist zu sehen, daß die Gaze
:2 schwach gewölbt ist.
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Fig. 2 zeigt die Platte nach Fig. i, nachdem eine bestimmte Menge
Metallpulver 3 hinzugefügt und leicht gesintert worden ist.
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Fig. 2 a ist ein Schnitt durch Fig. 2. Die Gaze 2 liegt ungefähr in
der Mitte des gesinterten Materials 3.
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Fig. 3 zeigt die Platte nach Fi.g. 2, nachdem ihr Rand unter hohem
und die Mitte unter niedrigerem Druck gepreßt wurde. Den Schnitt zeigt Fig. 3 a.
Die beiden Pressungen können in einem einzigen Arbeitsgang vorgenommen werden, indem
eine Preßmatrize von entsprechender Form verwendet wird, die auf die obere Seite
des gesinterten Materials (Fig. 2 a) einwirkt.
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Fig. q. zeigt die fertige Platte, die durch nochmaliges Sintern des
Körpers nach Fig. 3 und 3 a und darauffolgendes Ausstanzen in die gewünschte Form
hergestellt wurde. Der Anschlußlappen ist mit .4 bezeichnet.
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In dem gemäß der Erfindung ausgeführten Verfahren wird nach dem ersten
Sintern (Fig. 2) .iie Platte in eine Matrize derart gepreßt, daß die poröse Masse
auf dem Gitter i unter äußerst hohem Druck über eine Breite von einigen Millimetern
gepreßt wird, während die eigentliche Oberfläche der Platte nur auf die für die
Platte selbst gewünschte Stärke gepreßt wird (Fig. 3 und 3 a). Darauf wird die Platte
nochmals erhitzt, wenn nötig imprägniert, und dann in ihrer endgültigen Form ausgestanzt.
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Die Temperatur für das zweite Sintern kann entsprechend den Umständen
geändert werden. So soll für eine Platte aus Kupferpulver mit einem Rost aus vernickeltem
Eisen, wie sie für negative Platten verwendet werden kann, die Temperatur des zweiten
Sinterns besser niedriger sein als diejenige des ersten, weil so die Oberfläche
des porösen Kupferkörpers der Platte so groß wie möglich bleibt, während gleichzeitig
eine genügend feste Verbindung zwischen dem Plattenkörper und dem Rost zustande
kommt. Andererseits soll bei Platten aus Nickelpulver, wie sie für positive Platten
verwendet werden, die Temperatur des zweiten Sinterns besser höher sein, um die
bestmögliche Verbindung zwischen dem Plattenkörper und dem Rost zu erhalten, da
die Größe der Oberfläche des porösen Plattenkörpers in diesem Fall von geringerer
Bedeutung ist.
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Es wurde gefunden, daß während des Pressens des porösen Materials
auf den Rost mit Gaze Schwierigkeiten entstehen können als Ergebnis der Tatsache,
daß während des ersten Sinterns die Roste nicht immer flach auf dem Boden der Form
liegen oder das Metallpulver nicht ganz gleichmäßig verteilt ist und an einigen
Stellen zu stark schrumpfen kann. Infolgedessen kann sich während des Pressens das
poröse Material gegenüber dem Rost verschieben, was schädliche Risse im Bereich
zwischen dem stark gepreßten Rand und dem weniger stark gepreßten Innenteil verursachen
kann.
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Sorgfältige Untersuchungen dieser Erscheinung zeigten, daß dieser
Nachteil immer durch eine dem verwendeten Metallpulver angepaßte Kombination zwischen
der Neigung (s. Winkel A in Fig. 3 a) des Teils zwischen dem stark gepreßten Rand
und der restlichen weniger stark gepreßten. Platte und der Breite des Rostes und
des stark gepreßten Randes vermieden werden kann. So kann eine Platte aus Nickelpulver,
2 mm stark, mit einem vernickelten Eisenrost völlig zuverlässig hergestellt werden,
wenn der Rost der fertigen Platte 5 bis 6 mm breit und der stark gepreßte Rand 2
bis 21/2 mm breit genommen wird, während die Neigung des Übergangsteils einen Winkel
von nicht mehr als 30° mit dem Boden der Platte bildet. Andererseits kann eine aus
Kupferpulver hergestellte Platte der gleichen -Größe und mit dem gleichen Rost mit
einem Winkel von mehr als 6o° hergestellt werden, ohne irgendwelche Schwierigkeiten
zu verursachen.
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Wenn Platten von anderen Stärken, aus anderen Metallpulvern und mit
anderen Rosten hergestellt werden, ist es immer möglich, eine passende Kombination
zu finden.
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Eine Platte, die gemäß der Erfindung hergestellt ist, weist folgende
Vorzüge auf: i. Platten und Anschlußlappen sind vollkommen -fest miteinander verbunden;
die Lappen können geschweißt werden; 2. die Ränder der Platten können keine Kurzschlüsse
mehr verursachen und brauchen nicht mehr gerichtet zu werden, so daß die Herstellung
viel einfacher und billiger wird; 3. die Stärke der Platten kann sehr genau eingehalten
werden, so daß gleichmäßige Kapazität und leichtes Zusammensetzen gewährleistet
werden; ;4. an das Füllen der Formen brauchen nicht mehr außergewöhnliche Anforderungen
gestellt zu werden, weil die gleichmäßige Stärke der Platten durch Pressen erreicht
wird; was auch eine Senkung der Herstellungskosten mit sich bringt.
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Wenn kleine Platten hergestellt werden, ist es vorteilhaft, einen
gemeinsamen mehrfachen Rost für eine Anzahl von Platten zu verwenden und die Ränder
des porösen Materials der verschiedenen Platten gleichzeitig auf den mehrfachen
Rost zu pressen. So wird eine weitere Senkung der Herstellungskosten
erreicht,
während infolge .des gemeinsamen Rostes kein Brechen der mehrfachen Platte während
des Imprägnierens möglich ist.
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Fig. 5 zeigt einen mehrfachen Rost r mit Gaze 2, der zur Ausführung
des vorliegenden Verfahrens verwendet werden kann. Der Rost ist für die Herstellung
von sechs Platten eingerichtet. Drei der Teile, die für die Anschlußlappen vorgesehen
sind, liegen längs des oberen und drei längs des unteren Randes des Ganzen. Das
Ausstanzen der verschiedenen Platten kann einzeln oder gleichzeitig geschehen. Das
letztere Verfahren bringt natürlich eine weitere Senkung der Herstellungskosten.