CH640368A5

CH640368A5 - Method for producing a composite body

Info

Publication number: CH640368A5
Application number: CH709081A
Authority: CH
Inventors: Jerome John Groff; Vincent Michael Halsall; Paul John Buckethal; Roy Erving Hennen
Original assignee: Globe Union Inc
Priority date: 1977-06-15
Filing date: 1981-11-05
Publication date: 1983-12-30
Also published as: CH634256A5; IT7824588A0; GB1604606A; GB1604607A; IT1158855B; DE2823871C2; DE2823871A1; MX149348A

Description

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers so auszugeschalten, dass sich der Verbundkörper, z.B. eine Verbund-Gitterplatte, einfach nach Massenfertigungsverfahren herstellen lässt.

Diese Aufgabe wird durch die im unabhängigen Patentanspruch 1 gekennzeichneten Massnahmen gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung am Beispiel der Herstellung einer Sammler-Gitterplatte näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Sammler-Gitterplatte mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen ersten Formteil zur Herstellung der Sammler-Gitterplatte nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen zweiten Formteil zur Bildung der Gitterplatte nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Aufsicht auf einen dritten Formteil zur Bildung der Gitterplatte nach Fig. 1,

Fig. 5 einen in vergrössertem Massstab gehaltenen Teilschnitt längs der Linie 19-19 in Fig. 1 durch den ersten und zweiten Formteil und

Fig. 6 eine Fig. 5 ähnlichen Schnitt längs der Linie 20-20 in Fig. 1, in welchem jedoch der zweite Formteil durch den dritten Formteil ersetzt ist und Kunststoff ebenfalls in die Form eingespritzt worden ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform einer Samm-ler-Gitterplatte 210 weist gemäss den Fig. 1, 5 und 6 ein geformtes bzw. gegossenes Traggitter 212 auf, mit dem ein fächerartiges Leiterelement 214 in Verbindung steht. Das Traggitter 212 umfasst Randseiten 215 sowie Ober- und Unterteile 216 bzw. 217, die einen im wesentlichen rechteckigen Umriss festlegen. Innerhalb der Seiten 215 sowie der Ober- und Unterteile 216 bzw. 217 sind zahlreiche miteinander verbundene Züge 220 vorgesehen, die in ihren Oberflächen im wesentlichen zylindrische Vertiefungen 221 aufweisen. Mit dem Traggitter 212 steht das fächerartige Leiterelement 214 in Verbindung, das eine Anschlussfahne 222 mit einer Anzahl von davon abgehenden, divergierenden bzw. auseinanderlaufenden Leiterzügen 224 aufweist. An jedem Leiterzug 224 ist mindestens ein im wesentlichen zylindrischer Zapfen 225 materialeinheitlich angeformt, der in Querrichtung vom betreffenden Leiterzug abgeht und sich in die betreffende, im wesentlichen zylindrische Vertiefung 221 im jeweiligen Traggitterzug 220 erstreckt. Die Zapfen 225 und die Vertiefungen 221 sind so angeordnet und geformt, dass die Zapfen 225 jeweils in eine Vertiefung 221 eingreifen und darin durch das geformte Material des Traggitters 212 festgelegt sind. In bevorzugter Ausführungsform besteht das Leiterelement 214 aus Blei oder einer Bleilegierung, während das geformte Traggitter aus einem geeigneten säurebeständigen, formbaren Kunststoff, wie Polypropylen, Polyäthylen, Poly-carbonat, Polystyrol oder gefüllten Abarten dieser Stoffe besteht.

Die Herstellung der Gitterplatte 210 erfolgt mittels dreier Formteile gemäss Fig. 2 bis 4. In Fig. 2 ist der erste Formteil 230 dargestellt, der eine plane Oberseite 231 besitzt. Ein Formhohlraum 235 umfasst dabei einen der Anschlussfahne 222 entsprechenden Bereich 236 sowie divergierende (auseinanderlaufende) Fingerteile 237, welche die Leiterzüge 224 festlegen.

Gemäss den Fig. 3 und 5 ist ein zweiter Formteil 245 mit einer im wesentlichen planen Oberseite 246 versehen, in welcher ein Formhohlraum 247, der im wesentlichen eine Hälfte des Anschlussfahnenteils 222 des Leiterelements 214 festlegt, sowie Formhohlräume 248 ausgebildet sind, welche die praktisch zylindrischen Zapfen 225 an den Leiterzügen 224 festlegen. Die Formhohlräume 248 sind an den vorgesehenen Verbindungsstellen zwischen den Leiterzügen 224 und den Zügen 220 des Kunststoff-Traggitters 212 und somit an den Stellen angeordnet, an denen Abschnitte des das Traggitter bildenden Formmusters 252 die Nuten 237 für die Leiterzüge 237 schneiden.

Ebenso ist gemäss Fig. 4 ein dritter Formteil 250 vorgesehen, der eine im wesentlichen plane Oberseite 251 und ein Formmuster bzw. Negativ 252 in Form des Kunststoff-Traggitters 212 und zusätzlich einen Freiraum bzw. eine Ausnehmung 253 zur Aufnahme des Anschlussfahnenteils 222 aufweist.

Die Fig. 5 und 6 sind jeweils Teilschnittansichten eines Teils der Formteile 230, 245 und 250 zur Herstellung einer Gitterplatte 210. Gemäss Fig. 5 werden zunächst der erste und der zweite Formteil 230 bzw. 245 gegeneinander geschlossen, so dass sich die einzelnen Formhohlräume 248 jeweils in Ausrichtung auf einen Leiter 237 befinden. Sodann wird Blei unter Druck eingespritzt oder durch Fallspeisung in die Formhohlräume eingefüllt, um die Anschlussfahne 222, die Leiterzüge 224 und die Zapfen 225 zu formen. Bleieinspritzstelle und Einguss können nach üblicher Technik vorgesehen werden. Nach dem Vergiessen und Erstarrenlassen des Blei-formlings wird dann gemäss Fig. 6 der zweite Formteil 245 abgenommen, während der Formling im ersten Formteil 230 verbleibt. Danach wird der dritte Formteil 250 gegen den ersten Formteil 230 geschlossen, so dass die Zapfen 225 in den Formhohlraum 252 hineinragen. Hierauf wird Kunststoff in die Form eingespritzt, um die Traggitterteile mit Unterteil 217 und Zügen 220 zu formen. Dabei fliesst der Kunststoff zusätzlich auch um die Umfangsflächen der einzelnen Zapfen 225 herum, so dass die Vertiefungen 221 entstehen. Nach dem Erstarren des Kunststoffs sitzen die Zapfen 225 fest in den Vertiefungen 221, wobei sie vom geformten Kunststoff-Trag-gitter 212 sicher festgehalten und getragen werden. Hierbei können Einspritzstelle und Einguss wiederum auf übliche Weise vorgesehen werden. Nach dem Erstarren des Kunststoffs können die Formteile 250 und 230 geöffnet und die Gitterplatte 210 in üblicher Weise ausgestossen werden.

Weiterhin können die Zapfen 225 verschiedenartig andere Formen als eine zylindrische Gestalt besitzen, und sie können seitlich oder quer von den Bleizügen 224 unter jedem erforderlichen Winkel abgehen, bei dem eine wirksame Verblok-kung zwischen dem Leiterelement 214 und dem Traggitter 212 erreicht wird.

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Formteil (230) vorgesehen wird, in welchem ein Teil eines ersten Formhohlraums (235) ausgebildet ist, dass ein zweiter Formteil (245) vorgesehen wird, in welchem der restliche Teil des ersten Formhohlraums (235) ausgebildet ist, dass die beiden Formteile (230, 245) derart zusammengesetzt werden, dass die in ihnen ausgebildeten Teile des ersten Formhohlraums (235) miteinander in Verbindung stehen, dass ein erstes Material in verflüssigtem Zustand in den ersten Formhohlraum (235) eingeleitet und darin zumindest teilweise zum Erstarren gebracht wird, dass der zweite Formteil (245) entfernt wird, während das erste Material in dem im ersten Formteil vorgesehenen Teil des ersten Formhohlraums (235) verbleibt, dass an den ersten Formteil (230) ein dritter Formteil (250) angesetzt wird, in welchem ein zweiter Formhohlraum (252) vorgesehen ist, in dem sich ein Teil (225) des ersten Materials erstreckt, das in dem im zweiten Formteil befindlichen Teil des ersten Formhohlraums (235) zumindest teilweise erstarrt ist, dass ein zweites fliessfähiges Material derart in den zweiten Formhohlraum eingespritzt wird, dass es um den in diesen Formhohlraum (252) hineinreichenden Teil (225) des ersten Materials herumfliesst und beim Erstarren mit dem ersten Material verblockt, dass das zweite Material zum Erstarren gebracht wird und dass der so hergestellte Formling aus erstem und drittem Formteil (245,250) entnommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Material ein unter Druck in den ersten Formhohlraum eingespritzes Metall und als zweites Material ein Kunststoff verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Sammler-Gitterplatte in Form eines Verbundkörpers als erstes Material eine Bleilegierung verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material einen höheren Schmelzpunkt besitzt als das zweite Material.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material durch Fallspeisung in den ersten Formhohlraum (235) eingeleitet wird.
6. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt Verbund-Gitterplatte für einen Akkumulator, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen durch Spritzgiessen geformten Kunststoffträger (212) und ein ebenso geformtes, elektrisch leitendes Element (214) aufweist und dass der Träger mit dem leitenden Element in einem Bereich (225) desselben mechanisch verblockt ist, in den ein Teil des Kunststoffs beim Spritzgiessen eingeleitet worden ist.
7. Gitterplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Element (214) eine Anschlussfahne (222) mit einer Anzahl von damit verbundenen Fingern (224) aufweist und dass der Träger (212) eine gitterartige Struktur besitzt.
8. Gitterplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus Polypropylen, Polyäthylen, Polycar-bonat oder Polystyrol besteht.
9. Gitterplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Element (214) aus einer Bleilegierung hergestellt ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist für die Herstellung von Verbundkörpern für verschiedene Anwendungsgebiete verwendbar; eine besonders geeignete Anwendung stellt die Herstellung von Gitterplatten für Akkumulatoren bzw.

Sammler dar.

Die üblichen Blei-Säure-Akkumulatoren weisen eine Anzahl von einander abwechselnden positiven und negativen Sammlerplatten auf, die unter Bildung von Sammlerelemen-ten mit zwischengefügten, nicht-leitfähigen Separatoren zusammengesetzt sind. Die Sammlerelemente sind in einer oder mehreren einzelnen Zellen eines Sammlergehäuses montiert und in an sich bekannter Weise elektrisch zusammengeschaltet. Üblicherweise weist jede positive und negative Platte eine stützende, leitfähige Gitterkonstruktion auf, die normalerweise aus Blei oder einer Bleilegierung besteht und eine elektrochemische aktive Paste trägt. Die Bleigitter erfüllen den doppelten Zweck der Aufnahme des Pastenmaterials sowie der Übernahme der Funktion von elektrischen Stromleitern.

Seit Jahren ist die Akkumulatorherstellungsindustrie bemüht, die bei Sammlern bzw. Akkumulatoren verwendete Bleimenge zu verringern. Hierdurch würde nicht nur das Gewicht des Sammlers herabgesetzt werden, vielmehr könnten auch Materialkosteneinsparungen erzielt werden. Sammlergitter stellen ein vorteilhaftes Gebiet für mögliche Materialeinsparungen dar, weil die bisher üblichen Bleigitter wesentlich mehr Material enthalten, als für die Aufgabe des Sammeins und Leitens von elektrischem Strom nötig ist. Die Verminderung der Menge an Gittermaterial war jedoch bisher begrenzt, weil die Gitter auch als physikalische Träger für das Pastenmaterial dienen und weil Einschränkungen bezüglich der Handhabung der mit Paste versehenen Platten vor dem Zusammenbau zu Sammlerelementen und dem Einbau in einen Sammler den Versuchen zuwiderlaufen, die Gitterdicke oder die verwendete Bleimenge zu verringern.

Eine besonders günstige Möglichkeit zur Verringerung der Bleimenge bei Sammlergittern besteht darin, weniger kostspielige, leichte Werkstoffe, wie Kunststoffe, mit Blei zu kombinieren. Kunststoffe stellen eine besonders vorteilhafte Art von Werkstoffen dar, weil zahlreiche Kunststoffarten zur Verfügung stehen, die in Säure vergleichsweise unlöslich sind, ein niedriges Gewicht besitzen, dabei aber fest genug sind, um als tragende Gitterstruktur zu wirken, und gegenüber Blei Kostensenkungen ermöglichen. Aus diesem Grund ist wiederholt versucht worden, zusammengesetzte Kunststoff-Blei-Sammlergitter herzustellen. Die bisherigen Bemühungen in dieser Hinsicht konzentrierten sich auf zwei grundsätzliche Möglichkeiten, von denen die erste darin besteht, die tragenden Sammelgitter nur aus Kunststoff herzustellen. Beispielsweise zeigt die US-Patentschrift 3813300 ein Kunststoff-Gitter, bei welchem das aktive Pastenmaterial den elektrischen Strom zu einem getrennt geformten und (am Gitter) angebrachten, leitfähigen Stromkollektor leitet. Ebenso zeigen die US-Patentschriften 3516863 und 3516864 sowie die GB-Patentschrift 1240672 Kunststoffgitter, an denen Anschlussfahnen mechanisch angebracht sind. Die Kunststoffgitter können dabei mit einem leitfähigen Material beschichtet sein. Schliesslich zeigen die US-Patentschriften 3901960 und 3607412 Sammlergitter, die dadurch hergestellt worden sind, dass eine getrennt gefertigte, leitende Anschlussfahne in eine Form eingesetzt und ein Kunstharzgitter an dieser Fahne angeformt wird.

Diese bisher üblichen Verfahren sind mit verschiedenen Nachteilen behaftet, da sie sämtlich eine getrennte Handhabung der leitenden Anschlussfahnen und der Kunststoffgitter bedingen. Bei der zuerst genannten US-Patentschrift besitzt das aktive Material einen niedrigen Wirkungsgrad als Stromleiter und Kollektor (Sammler), und der Verlust an aktivem Material um die Anschlussfahne herum kann die Platte unbrauchbar machen. Grundsätzlich werden in allen Fällen die Einsparungen an Materialkosten und die Gewichtsverringerung durch im Vergleich zum bisher üblichen Giessen von

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Bleigittern erhöhte Fertigungskosten aufgewogen.

Die zweite Möglichkeit zur Herstellung von Verbundgittern besteht darin, dass Blei und Kunststoff zur Bildung einer tragenden Gitterkonstruktion miteinander kombiniert werden. Die US-Patentschrift 3690950 zeigt ein Verbundgitter, bei dem Bleileiterdrähte erhitzt und mit einem Kunststoffgitter verschmolzen werden. Die AU-Patentschrift 269245 offenbart das in einer Form erfolgende Formen oder Giessen von Kunststoff um vorgeformte Bleidrähte herum, während die GB-Patentschrift 1007497 den mechanischen Zusammenbau von Blei- und Kunststoffteilen zur Herstellung eines Sammlergitters beschreibt.

Obgleich die zweitgenannte Möglichkeit ein verbessertes Stromführungsvermögen aufgrund der Verwendung von Bleidrähten gewährleistet, ist bei allen diesen bisherigen Versuchen wiederum eine getrennte Handhabung der Blei- und Kunststoffteile beim Zusammenbau erforderlich. Keine dieser Techniken erlaubt die Ausbildung eines Verbundgitters an einer einzigen Fertigungsstation mit einem Mindestmass an Handhabung bis zum Abschluss der Fertigung.