ES2274961T3

ES2274961T3 - Metodo y aparato para producir placas de electrodos empastadas con un dispositivo de corte calentado.

Info

Publication number: ES2274961T3
Application number: ES02710723T
Authority: ES
Inventors: John V. Marlow; Thomas Lester Oswald; Rajindra Singh; Albert M. Vincze
Original assignee: Teck Metals Ltd
Current assignee: Teck Metals Ltd
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2007-06-01
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: CN1498431A; CA2432032A1; KR100501737B1; CA2432032C; EP1355750B1; US20040079465A1; US6886439B2; KR20040020881A; WO2002062503A2; MXPA03006837A; US20020104412A1; DE60215613D1; BR0206369B1; US7007579B2; EP1355750A2; ATE343448T1; AU2002229442A1; WO2002062503A3; BR0206369A; CN1248337C

Abstract

Método para cortar una banda (10) de malla metálica empastada, expandida, estampada o fundida en placas (11, 12, 71, 74) de batería para baterías de plomo ácido con un dispositivo (42, 44, 80) de corte caracterizado porque se calienta dicho dispositivo (42, 44, 80) de corte hasta una temperatura superior a una temperatura mínima predeterminada por lo que la pasta no se adhiere al dispositivo (42, 44, 80) de corte calentado.

Description

Método y aparato para producir placas de electrodos empastadas con un dispositivo de corte calentado.

Antecedentes de la invención (i) Campo de la invención

Esta invención se refiere a la producción continua de placas de electrodos positivas y negativas para su uso en baterías de plomo ácido, y más particularmente, se dirige a la eliminación de papel como barrera a ambos lados de una banda de malla metálica empastada expandida, estampada o fundida de manera continua, durante la producción de placas de batería según los preámbulos de la reivindicación 1 del método y la reivindicación 9 del dispositivo.

Por el documento US 4 275 629 A se conoce un ejemplo de un método o dispositivo de este tipo.

(ii) Descripción de la técnica relacionada

Las placas fundidas de molde articulado convencionales para su uso en baterías de plomo ácido no necesitan una barrera de papel porque no se requiere cortar las placas individuales tras el empastado. Sin embargo, la producción continua de placas de batería mediante el corte de placas individuales a partir de una banda de malla fundida o malla expandida giratoria u oscilante saturada con una pasta necesita con frecuencia la presencia de una barrera de papel a cada lado de la banda de malla para cubrir la pasta.

La patente de los EE.UU. número 4.315.356 concedida el 16 de febrero de 1982 a Cominco Ltd. da a conocer la producción de una malla metálica expandida a partir de una bobina de aleaciones de metal fundido de manera continua para su uso como placas de batería. Se desarrolló una técnica de expansión y corte en tiras para la producción continua de la malla metálica expandida a partir de una banda de una aleación de plomo fundida mediante una máquina de fundición de tambor. La malla metálica expandida se recubrió con una pasta y la malla empastada se dividió en placas diferenciadas mediante un aparato de corte de placas. En las patentes de los EE.UU. número 4.315.356 expedida el 16 de febrero de 1982, número 4.291.443 expedida el 29 de septiembre de 1981, número 4.297.866 expedida el 3 de noviembre de 1981, número 5.462.109 expedida el 31 de octubre de 1995, y número 5.896.635 expedida el 27 de abril de 1999 a Cominco Ltd., y en la patente de los EE.UU. número 5.669.754 expedida el 23 de septiembre de 1997 a Advanced Dynamics Corporation Ltd. se tipifica la tecnología relacionada.

El aparato de corte de placas, también conocido como separador o troqueladora, es una parte integrante del proceso continuo de fabricación de baterías de plomo ácido y se conoce bien en la técnica. La cortadora de placas se localiza inmediatamente después de la etapa para la aplicación de pasta a la malla de plomo. Convencionalmente, se aplica una barrera de papel sobre la pasta a ambos lados de la banda de malla de plomo o de aleación de plomo. Esta pasta, sin la aplicación de una barrera de papel a la misma, se pegaría a la disposición de herramientas de la cortadora de placas, conduciendo rápidamente a cortes incorrectos provocando un tiempo de inactividad en la producción. Además, un exceso de pasta depositado aleatoriamente da como resultado problemas en el montaje del elemento de batería. El uso de estas barreras de papel añade un coste significativo de material a la batería y crea numerosos problemas de producción. La separación de papel y retirada de papel de las placas provoca un tiempo de inactividad muy importante en la línea de producción. Además, las placas que se rechazan durante el proceso de producción, y que se reciclan en la planta de baterías, pueden provocar incendios en las instalaciones de filtración de la planta debido al recubrimiento de papel inflamable.

Se han llevado a cabo muchos intentos para eliminar la presencia de la barrera de papel en los procesos de corte de malla continuos. Por ejemplo, se han probado agentes de desmoldeo no orgánicos y recubrimientos por troquelado especiales sin éxito. El uso de un recubrimiento de papel para placas de batería empezó a mediados de los 70 y por ejemplo en los documentos US 3 507 698 A, US 2 300 628 A o US 2 300 627 A pueden encontrarse algunos intentos desde entonces para eliminar su uso.

Sumario de la invención

Es un objeto principal de la presente invención eliminar la necesidad de papel como barrera de papel en la fabricación continua de placas de batería. La eliminación de papel de las operaciones de producción continua elimina los costes de papel y evita los problemas asociados con su uso, tales como la separación del papel, una desalineación y cambios del rollo de papel, y la pérdida correspondiente del tiempo de producción valioso durante el tiempo de inactividad. Además, se eliminan los incendios por humo de escape debido a la separación del papel de las placas secas durante el montaje de la batería. También se reducen los costes de reciclaje de los electrolitos de la batería, que se necesitan debido a la presencia de celulosa disuelta.

Esta invención difiere de las soluciones conocidas por los documentos US 3 507 698 A, US 2 300 628 A o US 2 300 627 A en que se basa en la aplicación de calor a los troqueles de corte de una cortadora de placas usada en los procesos continuos de fabricación de placas de baterías de plomo ácido. Se ha encontrado que el calentamiento y mantenimiento de los troqueles de corte a una temperatura elevada garantiza que la pasta no se desprende de la malla de plomo empastada y no se adhiere a la disposición de herramientas. En consecuencia un calentamiento de este tipo de los troqueles elimina la necesidad de barreras de papel.

En su aspecto más amplio, el método de la invención para cortar una banda de malla metálica empastada, expandida, estampada o fundida en placas de batería para baterías de plomo ácido con un dispositivo de corte comprende calentar dicho dispositivo de corte hasta una temperatura superior a una temperatura mínima predeterminada a la que la pasta sobre la banda de malla metálica se adhiere al dispositivo de corte. La temperatura mínima varía según la composición de la pasta y normalmente es de al menos aproximadamente 150ºC. La temperatura preferida se encuentra en el intervalo de temperaturas de aproximadamente 160 a 300ºC, más preferiblemente de aproximadamente 180 a 210ºC.

El aparato de la invención para cortar de manera continua una banda de malla de plomo o de aleación de plomo empastada, expandida, estampada o fundida en placas de batería comprende un par de rodillos de troquel opuestos que presentan troqueles de corte sobre al menos un rodillo o troqueles oscilantes para cortar la malla empastada de aleación de plomo en longitudes iguales. Los rodillos de troquel opuestos presentan medios para articular dichos rodillos en contacto funcional entre sí en una estructura de soporte, medios de transporte para hacer pasar de manera continua la malla de aleación de aluminio empastada entre los rodillos opuestos, y medios de calentamiento para calentar los troqueles de corte hasta una temperatura superior a aproximadamente 150ºC. Los medios de calentamiento, tales como calentadores de cartuchos eléctricos, calentadores de inducción, calentadores activados con gas natural y aceite circulante calentado, funcionan para calentar los troqueles de corte hasta una temperatura en el intervalo de temperaturas de aproximadamente 160 a 300ºC, preferiblemente de aproximadamente 180 a 210ºC. Los medios de calentamiento preferidos son calentadores de cartuchos eléctricos montados axialmente en cada uno de los rodillos a lo largo de la longitud de los rodillos para un calentamiento uniforme de los rodillos del troquel de corte.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirá el método y aparato de la invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es una vista esquemática que ilustra las etapas de dividir una banda de metal expandida empastada en placas de batería;

la figura 2 es una vista en perspectiva fragmentada ampliada de una banda de metal expandida empastada que muestra las líneas de corte de la placa;

la figura 3 es un alzado lateral esquemático de una cortadora de placas de la técnica anterior en serie con un dispositivo de empastado y un dispositivo de aplicación del papel convencionales;

la figura 4 es un alzado lateral de una realización de una cortadora de placas giratoria calentada de la presente invención;

la figura 5 es un alzado frontal de la cortadora de placas mostrada en la figura 4;

la figura 6 es un alzado lateral esquemático de la cortadora de placas giratoria de la invención en serie con un dispositivo de empastado convencional;

la figura 7 es un alzado lateral esquemático de una cortadora lineal oscilante de la invención; y

la figura 8 es una vista en perspectiva, que parcialmente deja ver el interior, de un montaje de batería de plomo ácido de la invención que presenta placas de batería sin papel.

Descripción de la realización preferida

Con referencia a las figuras 1-3 que muestran la técnica anterior, se muestra una banda 10 de malla metálica expandida producida a partir de una banda fundida de manera continua desde un baño de una aleación de metal fundido cortada en dos series opuestas de placas 11, 12 y que se hace avanzar por medio de una cinta transportadora, no mostrada, hacia un aparato colector y de apilamiento tal como se describe en la patente de los EE.UU. número 5.669.754. La figura 2 ilustra con más detalle las placas 11, 12 con lengüetas 13, 14 que se extienden hacia dentro. Las zonas de la malla representadas por el número 15 se descartan y reciclan antes del empastado.

Haciendo referencia a la figura 3, se muestra la banda 10 de malla metálica expandida soportada bajo una tolva 18 de empastado mediante la cinta 19 transportadora de soporte sin fin. La pasta electroquímicamente activa se aplica a la banda de malla expandida para saturar las cavidades en la malla y para recubrir los lados 20, 21 de la banda de malla. Los lados 20, 21 se recubren con barreras 22, 23 de papel continuas desde rollos 24, 25 de papel que pasan sobre los rodillos 26, 27. Las barreras 22, 23 de papel evitan que la pasta se pegue a los troqueles 30 de corte de placas equidistantes sobre el rodillo 32 de corte durante el contacto de los troqueles 30 de corte contra el rodillo 34 de yunque para dividir la banda de malla metálica empastada, recubierta con papel, en las placas 11, 12.

Las figuras 4 y 5 ilustran una realización de la cortadora 40 de placas de la invención que presenta un rodillo 42 de yunque opuesto al rodillo 44 de troquel macho, ambos articulados para rotar en la estructura 46. El rodillo 44 de troquel está dividido axialmente en secciones 44a y 44b que presentan cuchillas 48a, 48b de corte del troquel angularmente equidistantes montadas respectivamente sobre los perímetros de las mismas paralelas al eje 50 longitudinal del rodillo 44 para cortar placas sin papel a partir de la banda de metal empastada que presentan la configuración de placa mostrada en la figura 2. El rodillo 42 de yunque está dividido axialmente en las partes 42a, 42b de rodillo de yunque opuestas a las partes 44a, 44b de rodillo de troquel respectivamente.

Con referencia particular a la figura 5, el calentador 54 de cartuchos eléctrico está montado de manera central en el rodillo 44 de troquel a lo largo del eje 50 longitudinal del mismo en el árbol 58 para calentar el rodillo 44 de troquel y las cuchillas 48a, 48b de corte del troquel. El anillo 56 deslizante montado sobre el árbol 58 de corte del troquel está en comunicación eléctrica a través de la escobilla 60 a una fuente de alimentación eléctrica para activar el calentador 54.

De una manera similar, el rodillo 42 de yunque presenta un calentador 61 de cartuchos eléctrico montado de manera central en el rodillo de yunque a lo largo de su eje 62 longitudinal en comunicación eléctrica con una fuente de alimentación eléctrica a través del anillo 64 deslizante montado sobre el árbol 66 de yunque y la escobilla 68 para activar el calentador 61 para calentar el rodillo 42 de yunque.

Los calentadores 54, 61 de cartuchos están controlados por termostatos, no mostrados, para mantener los calentadores en un intervalo de temperaturas de desde al menos 150ºC hasta por encima de 300ºC con el fin de calentar los rodillos 42a, 42b de yunque, el anillo 49 divisor, y los rodillos 44a, 44b de troquel con las cuchillas 48a, 48b de corte del troquel hasta una temperatura superior a aproximadamente 150ºC, preferiblemente hasta una temperatura en el intervalo de aproximadamente 160 a 300ºC, más preferiblemente de aproximadamente 180 a 210ºC.

El método de la invención se muestra en la figura 6 en la que la banda 10 de malla metálica expandida se muestra soportada bajo la tolva 18 de empastado mediante una cinta 19 transportadora de soporte sin fin. La pasta electroquímicamente activa se aplica a la banda 10 de malla expandida para saturar las cavidades en la malla y para recubrir los lados 20, 21 de la banda de malla. La banda 70 de malla metálica empastada se hace pasar entre el rodillo 44 de troquel macho y el rodillo 42 de yunque para cortar la banda 70 empastada sin papel mediante las cuchillas 48a y 48b de corte del troquel (figura 5) en placas 72, 74 (figura 7) que presentan la configuración de las placas 11, 12 (figuras 1 y 2).

A pesar de que se ha llevado a cabo la descripción con referencia a un dispositivo de corte que comprende un rodillo de yunque opuesto a un rodillo de troquel macho para cortar una banda de malla metálica expandida, se entenderá que el dispositivo de corte puede comprender un rodillo de troquel macho opuesto a un rodillo de troquel hembra o una cortadora lineal oscilante para cortar una banda de malla metálica expandida, estampada o fundida. La figura 7 ilustra esquemáticamente una cortadora 80 de placas oscilante que presenta una base 82 estacionaria y un plato 84 móvil de manera recíproca que soporta la cuchilla 86 de corte para cortar la banda 70 de malla empastada en placas 72, 74 que presentan la configuración de las placas 11, 12 (figuras 1 y 2).

La figura 8 ilustra una batería 100 que presenta una carcasa 102 de plástico con una cubierta 104 que incluye cubiertas 106 de ventilación que contienen las placas de electrodos de batería sin papel producidas mediante el método de la invención. Las placas que incluyen la pasta 107 se apilan verticalmente como placas 72 negativas alternando con placas 74 positivas separadas entre sí mediante los separadores 112 de placas. Las lengüetas 114 de rejilla de las placas 72 negativas están interconectadas mediante el calentador 116 de metal al terminal 118 de batería negativo y las lengüetas de rejilla (no mostradas) de las placas 74 positivas están interconectadas mediante un cabezal 122 de metal al terminal 124 de batería positivo. Se añade una disolución de ácido sulfúrico, no mostrada, en una cantidad para sumergir las placas de la batería para hacer funcionar la batería.

Ejemplos Pruebas de laboratorio

Inicialmente se llevaron a cabo experimentos para probar el método de la invención en una prueba de laboratorio, usando un tren de laminación. Los rodillos se hicieron funcionar a temperatura ambiente y a varias temperaturas elevadas. El laminador se equipó con un par de cuchillas de corte fijas sobre el rodillo superior para pruebas de corte a temperaturas elevadas. Todas las pruebas llevadas a cabo en el intervalo de temperaturas óptimo identificado se realizaron perfectamente sin que la pasta se pegara a las cuchillas de corte, el rodillo de soporte o el rodillo de yunque. Se diseñó y fabricó un módulo divisor experimental. Después de un periodo de depuración, se obtuvo un rendimiento satisfactorio de corte sin pegado. Se cortaron seis longitudes de malla empastada (cada uno de 20 pies (6,1 m) de largo) en placas de batería (4,5 pulgadas (11,4 cm) de ancho por 5,5 pulgadas (14,0 cm) de largo), en un entorno de laboratorio, con resultados satisfactorios; esto es, la pasta no se pegó a los componentes del troquel de corte.

Se ha encontrado para una pasta de batería convencional para su uso sobre placas de plomo o de aleación de plomo que la temperatura de troquel requerida para evitar que la pasta de la batería se pegue a los troqueles debe ser superior a aproximadamente 150ºC e inferior al punto de fusión de la aleación de plomo de las placas de batería, preferiblemente hasta una temperatura en el intervalo de temperaturas de aproximadamente 160 a 300ºC, más preferiblemente de manera aproximada de 180 a 210ºC. Las temperaturas de troquel en el intervalo de temperaturas entre 80 y 150ºC no son eficaces, debido a que la pasta de la batería se pegará a las superficies del troquel. Las temperaturas superiores a 300ºC son eficaces hasta el punto de fusión de la banda de plomo o de aleación de plomo tratada pero desperdician mucha energía térmica, requieren factores de compensación superiores para la expansión térmica del aparato y reducen demasiado la expectativa de vida de los cojinetes de soporte del troquel. Además, las temperaturas del troquel superiores a aproximadamente 210ºC presentan un posible peligro de seguridad porque la humedad de la pasta puede evaporarse y expulsarse rápidamente al "escupir la pasta". Sin embargo, puede ser posible trabajar de por encima de los 210ºC a por encima de los 300ºC con ciertas condiciones de funcionamiento.

Pruebas en maquinaria

Se probó el divisor de placas de la invención en una maquinaria de batería americana que usa la línea de producción de placas de Cominco^{TM} Rotary Expander para la producción rutinaria de placas de baterías para automóviles. El divisor de placas calentado se instaló en la línea y se llevó a cabo el ensayo en aproximadamente 1300 pies (396 m) de material de banda o aproximadamente 5000 electrodos de placa negativa. Todos los parámetros del proceso de la línea eran típicos de la producción diaria con la excepción de que no se aplicó papel a la malla metálica. Con un calentamiento hasta una temperatura de 190-200ºC de los troqueles divisores, no hubo evidencia de una acumulación de pasta sobre los troqueles al final de la serie de prueba.

Aunque se entenderá que no se está restringido a consideraciones hipotéticas, se cree que el calentamiento del dispositivo de corte tal como troqueles hasta una temperatura en el intervalo preferido de temperaturas de funcionamiento evapora la humedad en la pasta sobre las placas y genera que el vapor localmente en los troqueles rechace la pasta de los troqueles, evitando de este modo que la pasta pegue o humedezca los troqueles. La placa empastada húmeda está normalmente en contacto con el aparato de corte durante un periodo corto de tiempo, y si temporalmente se detiene la línea, se obtendrán productos defectuosos, que necesitarán retirarse.

La presente invención proporciona una serie de ventajas importantes. Los dispositivos de corte de placas existentes en líneas de procesamiento continuo pueden reemplazarse o complementarse con calentadores, eliminando la necesidad de barreras de papel para producir placas de batería empastadas sin papel. La simplificación del equipo y la reducción de costes de capital y de mantenimiento dan como resultado un ahorro de costes inmediato. No se requieren características adicionales de seguridad o cambios en las condiciones de funcionamiento, más que el cumplimiento de las normas de seguridad eléctrica, el uso de una campana de extracción, y la selección de componentes mecánicos tales como cojinetes apropiados, con un diseño de cuchilla y similares para compensar la expansión térmica. Pueden mantenerse parámetros de funcionamiento tales como las velocidades de procesamiento convencionales en el intervalo de 0-200 pies/min (0-61 m/min) o la velocidad adaptada fácilmente a diversos intervalos de velocidad deseados.

Se entenderá, por supuesto, que pueden realizarse modificaciones en las realizaciones de la invención descritas en el presente documento sin apartarse del alcance y del ámbito de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Método para cortar una banda (10) de malla metálica empastada, expandida, estampada o fundida en placas (11, 12, 71, 74) de batería para baterías de plomo ácido con un dispositivo (42, 44, 80) de corte caracterizado porque se calienta dicho dispositivo (42, 44, 80) de corte hasta una temperatura superior a una temperatura mínima predeterminada por lo que la pasta no se adhiere al dispositivo (42, 44, 80) de corte calentado.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo (42, 44, 80) de corte se calienta hasta una temperatura de al menos 150ºC.

3. Método según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo (42, 44, 80) de corte se calienta hasta una temperatura en el intervalo de temperaturas de aproximadamente 160 a 300ºC.

4. Método según la reivindicación 1, en el que el dispositivo (42, 44, 80) de corte comprende cuchillas (48a, 48b) de corte montadas sobre un rodillo (44) de corte.

5. Método según la reivindicación 4, en el que el dispositivo (42, 44, 80) de corte comprende adicionalmente un mecanismo divisor, un rodillo (42) de yunque opuesto a dicho rodillo (44) de corte para recibir la banda (10) de malla metálica empastada entre los mismos y en el que las cuchillas (48a, 48b) de corte, el rodillo (44) de corte y el rodillo (42) de yunque se calientan hasta una temperatura en el intervalo de aproximadamente 160 a 300ºC.

6. Método según la reivindicación 5, en el que las cuchillas (48) de corte, el rodillo (44) de troquel de corte y el rodillo (42) de yunque se calientan hasta una temperatura en el intervalo de aproximadamente 180 a 210ºC.

7. Método según la reivindicación 1, en el que el dispositivo de corte es una cortadora (80) lineal oscilante.

8. Método según la reivindicación 5, en el que la banda de malla metálica es una banda (10) de malla expandida de plomo o de aleación de plomo.

9. Aparato para cortar de manera continua una banda (10) de malla de plomo o de aleación de plomo empastada, expandida, estampada o fundida en placas (11, 12) de batería que comprende un par de rodillos (42, 44) opuestos que presentan cuchillas (48a, 48b) de corte sobre al menos un rodillo (44) para cortar la banda (10) de malla de plomo o de aleación de plomo empastada en longitudes iguales, medios para articular dichos rodillos en contacto funcional entre sí en una estructura (46) de soporte, medios (19) de transporte para hacer pasar de manera continua la banda de malla de plomo o de aleación de plomo empastada entre los rodillos opuestos, caracterizado por medios (54, 61) de calentamiento para calentar las cuchillas (48a, 48b) de corte y rodillos (42, 44) opuestos hasta una temperatura superior a aproximadamente 150ºC.

10. Aparato según la reivindicación 9, en el que dichos medios (54, 61) de calentamiento funcionan para calentar las cuchillas (48a, 48b) de corte y los rodillos (42, 44) opuestos hasta una temperatura en el intervalo de temperaturas de aproximadamente 160 a 300ºC.

11. Aparato según la reivindicación 10, en el que dichos medios (54, 61) de calentamiento funcionan para calentar las cuchillas (48a, 48b) de corte y los rodillos (42, 44) opuestos hasta una temperatura en el intervalo de temperaturas de aproximadamente 180 a 210ºC.

12. Aparato según la reivindicación 10, en el que los medios (54, 61) de calentamiento se montan axialmente en cada uno de los rodillos a lo largo de la longitud de los rodillos (42, 44) para calentar las cuchillas (48a, 48b) de corte y los rodillos (42, 44) de manera uniforme.

13. Aparato según la reivindicación 12, en el que los medios (54, 61) de calentamiento son calentadores eléctricos montados axialmente en cada uno de los rodillos (42, 44) en comunicación eléctrica con una fuente de alimentación.

14. Aparato según la reivindicación 10, en el que los rodillos opuestos presentan troqueles (48a, 48b) de corte sobre un rodillo (44) para cortar la banda (10) de malla de plomo o de aleación de plomo empastada que pasa entre los mismos en longitudes iguales frente al otro rodillo (42) de soporte.