DE1910352B2 - Verfahren und vorrichtung zum verschweissen eines blockkastens mit dem deckel eines akkumulators - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verschweissen eines blockkastens mit dem deckel eines akkumulators

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Description

Die Erfindung betrifft ein thermisches Schweißverfahren, das es ermöglicht, die Ränder eines Blockkastens aus Kunststoffmaterial mit den entsprechenden Rändern eines ebenfalls aus Kunststoffmaterial bestehenden Deckels zu verschweißen.
Es ist bekannt, die zwoi Teile miteinander zu verkleben oder durch Wärmezufuhr zu verschweißen.
Die bekannten Klebeverfahren sind schwierig anzuwenden bei Materialien wie Polyäthylen, Polypropylen 352
und verschiedenen Polyamidarten wie Nylon.
Bei den thermischen Schweißverfahren wurde bisher eine Schweißflamme verwendet oder von einer zwischen dem Deckel und dem Kasten eingebrachten elektrischen Heizplatte Gebrauch gemacht, die entweder durch den Joule-Effekt oder durch Induktion aufgeheizt wurde.
Bei einer Aufheizung mittels offener Flamme ist eine definierte Lage des Deckels auf dem Kasten nach dem Verschweißen praktisch nicht zu erzielen. Deshalb ist in der DT-AS 1160 516 vorgeschlagen worden, zwei Heizplatten zu verwenden und die Ränder des Blockkastens und des Deckels mit ineinandergreifenden Profilen zu versehen, wobei jede der Heizplatten gemäß dem Profil der ihr zugeordneten Ränder entsprechend geformt ist.
Diese Lösung hat sich jedoch als fertigungstechnisch schwierig und teuer herausgestellt, und sie birgt die Gefahr in sich, daß nicht überall die Profile in dei vorgesehenen Weise ineinandergreifen.
Verzichtet man auf derartige Profile, und heizt man flache Ränder mittels einer ebenen Heizplatte auf, wie es in der FR-PS 14 76 366 vorgeschlagen ist. dann ergeben sich Fabrikationsausfälle aus der 1 atsache, daß die Blockkasienwand beim Aufdrücken der Heizplatte oft nach innen oder außen ausgebaucht wird, so daß beim anschließenden Aufdrücken des Deckels zugeordnete Ränder nicht mehr genau aufeinander liegen.
Diese Nachteile werden durch das im Hauptanspruch definierte Verfahren vermieden. Das Verfahren läßt sich vorzugsweise durch die in Anspruch 8 definierte Vorrichtung verwirklichen.
Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man ein sehr wirksames und homogenes Verschweißen des Deckels mit dem Blockkasten, wobei der Deckel vollkommen in Flucht zum Blockkasten zu liegen kommt. Falls es erwünscht ist, kann nach dem Verschweißen der äußere Teil eines Schweißwulstes weggeschnitten werden, so daß die Außenwand des Blockkastens glatt erscheint, während der innere Teil des Wulstes zur Festigkeit der Verschweißung beiträgt.
Die Erfindung macht also Gebrauch von dem Vorhandensein eines Ablenkteils zwischen dem Deckel und den Plattensätzen. Dieses Ablenkteil ist beispielsweise in der DT-PS 12 55 751 beschrieben und soll vermeiden, daß Elektrolyt aus dem Akkumulatorkasten durch eine Füllöffnung im Deckel herausspritzt und zwar insbesondere im Fall von Gasentwicklung als Folge einer starken Aufladung oder einer Überladung des Akkumulators. Das Ablenkteil bewirkt also zusammem mit dem äußeren Verstärkungsrahmen eine Versteifung der Blockkastenwand im Bereich des Schweißrandes. Gleichzeitig wird durch eine berührungsfreie Erhitzung der Ränder deren Verformung während des Erhitzens vermieden.
Zugleich ist zu bemerken, daß dieses Ablenkteil auch während des Verschweißens als Wärmeschutzschirm für die im Inneren des Kastens angebrachten Bestandteile des Akkumulators während des Aufheizens wirkt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf sechs Figuren näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Akkumulalorblockkastens mit einem Ablenkteil und einem Deckel,
Fig. 2 eine Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Deckels von unten,
F i g. 3 eine Ansicht des in F i g. 1 unter dem Deckel zu
sehenden Ablenkteils von unten,
Fig.4 zum Teil geschnitten und zum Teil im Aufriß eine Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig.5 das Aussehen eines Akkumulators, dessen Blockkasten und Deckel gemäß der Erfindung verschweißt sind und
F i g. 6 im vergrößerten Maßstab und im Schnitt sin Detail der Schweißnaht in dem bei Vl eingekreisten Bereich der F i g. 5.
Es wird zunächst auf die F i g. 1 bis 3 der Zeichnung Bezug genommen. Ein im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisender Blockkasten 10, der durch einen Boden 12 verschlossen ist, weist Wände 11 auf. Der Kasten 10 enthält den von den Elektrodenplatten und den Separatoren gebildeten Satz, wobei die is verschiedenen Platten einer gegebenen Polarität mit einem Polbolzen 13 und die anderen Platten von anderer Polarität mit einem Polbolzen 14 verbunden sind. In F i g. 4 sind bei 15 die Köpfe der Platten einer gegebenen Polarität zu sehen, mit denen der Bolzen 13 verbunden ist, welcher mittels einer Schraube 16 und einer Mutter 17 befestigt ist.
In dem Blockkasten 10 wird über den Bestandteilen des Akkumulators ein Ablenkteil 18 angebracht. Dieses Teil 18 ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gegossen, das ähnlich dem Material sein kann, aus dem der Kasten 10 und der Deckel 19 bestehen. Das Teil 18 weist einen Rand 20 auf, dessen Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist und der in die Innenkonturen des Kastens 10 paßt. Der Rand 20 ist mit zwei öffnungen 21 und 22 für den Durchlaß der Polbolzen 13, 14 versehen. Das Teil 18 weist ferner einen nasen- oder schnabelförmigen Bereich 23 auf, der zwischen die Köpfe der Elektrodenplatten (F i g. 4) greift und die aus der DT-PS 12 55 751 bekannte Abschirmwirkung 3s erzielt.
Der Bereich 23 ist mit geeigneten öffnungen 25 versehen, welche das Einfüllen des Elektrolyten des Akkumulators durch die öffnung 24 ermöglichen.
Der Decke! 19 besitzt einen Rahmen 29, der durch eine Platte 27 ausgefüllt ist, in welcher die öffnung 24 und öffnungen 28, 29 für den Durchtritt der Polbolzen 13,14 vorgesehen sind. Der Deckel 19 ist vorteilhafterweise aus dem gleichen Material wie der Kasten 10 gefertigt. Die dem Deckel 19 gegebene Form verleiht ihm eine sehr große Festigkeit, da der über die Platte 27 nach unten in Richtung auf die Schweißnaht vorstehende Bereich 26a des Rahmens 26 von nur geringer Höhe ist.
Es ist zu bemerken, daß der Rand 30 des Deckels 19 und der gegenüberliegende obere Rand 31 des Kastens eben und geradlinig sind, d. h. auf einfache Weise gefertigt werden können.
Es wird nunmehr auf F i g. 4 Bezug genommen, die eine Phase des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens erläutert.
Der Blockkasten 10, in dem die mit Polbolzen 13 und 14 versehenen Elektrodenplattensätze und das Ablenkteil 18 angeordnet sind, wird in der Weise gegenüber dem Deckel 19 angeordnet, daß der Rand 30 des Deckels dem Rand 31 der Wand U des Kastens exakt und parallel gegenüberliegt.
Zwischen dem Deckel 19 und dem auf diese Weise ausgestatteten Kasten wird eine Heizplatte 32 eingebracht, die beispielsweise aus einer Metallplatte besteht, in der nicht dargestellte elektrische Heizwiderstände angeordnet sind. Vorteilhafterweise besitzt die Heiznlatte 32 eine thermostatische Vorrichtung, so daß ihre Temperatur in genauer und konstanter Weise festgelegt werden kann.
Die Platte 32 weist für den Durchlaß der Polbolzen 13, 14 zwei Offnungen 34,35 auf.
Schließlich umgibt ein beispielsweise aus Metall bestehender Verstärkungsrahmen 36, der einen Schnei derand 37 aufweist, die Wand 11 des Kastens in der Nähe des Rands 31.
Die zum Verschweißen durchzuführenden Vorgänge laufen folgendermaßen ab:
Der Deckel und der Blockkasten werden in der Weise angeordnet, daß ihre entsprechenden Ränder sich in einem bestimmten Abstand D und in Ausrichtung befinden.
Anschließend wird die Heizplatte 32 mittels Einrichtungen, welche sie in ihrer Ebene verschieben, zwischen den Deckel 19 und den Kasten 10 gebracht. Die öffnungen 34 und 35 der Heizplatte 32 werden in der Weise angeordnet, daß sie sich senkrecht über den Polbolzen 13 und 14 befinden.
Der Blockkasten 10 und die Heizplatte 32 werden dann mittels Einrichtungen einander angenähert, wobei die Polbolzen i3 und 14 in die öffnungen 34 und 35 eindringen. Die Ränder 30 und 31 sind dann voneinander nur noch durch einen Abstand d getrennt. In dieser Stellung, die in F i g. 4 schematisch gezeigt ist, liegen die Ränder 30 und 31 vorteilhafierweise in gleichem Abstand von den jeweiligen Seilen der Heizplatte 32, so daß sie durch Strahlung und Konvektion durch diese Platte in gleicher Weise aufgeheizt und somit im wesentlichen auf die gleiche Temperatur gebracht werden, wodurch das beste gegenseitige Verschweißen des Kastens und seines Deckels ermöglicht wird.
Wenn die geeignete Schweißtemperatur erreicht ist, ziehen die vorstehend erwähnten Einrichtungen, welche den Blockkasten 10 vorgeschoben haben, ihn wieder zurück, die Platte 32 wird dann entfernt (parallel zu ihrer Ebene), und dann bringen Vorschubeinrichtungen den Blockkasten zum Deckel 19 und pressen die Ränder 30 und 31 gegeneinander, wodurch das Verschweißen gewährleistet wird. Vorteilhafterweise wird der Anpreßdruck des Blockkastens gegen seinen Deckel geregelt, z. B. auf einen im wesentlichen konstanten Wert, und das Verschweißen der Ränder 30 und 31 erfolgt durch Aneinandcrbringen der geschmolzenen Teile der Wände des Deckels und des Blockkastens. Es bilden sich dann zwei Wülste 38, 39 aus überschüssigem Material, wie dies in den F i g. 5 und 6 versehen isl, und zwar jeweils an der Außenseite und der Innenseite des Kastens.
Falls es gewünscht wird, kann der Wuls.t 38 abgeschnitten werden, indem der Blockkasten 10 durch den Rahmen 36 mit seiner Schneide 37 hindurchgezogen wird.
Bei dem Schweißvorgang gemäß der Erfindung besteht keine Gefahr einer Fehlausrichtung der einander entsprechenden Ränder des Kastens und des Deckels, und zwar einerseits aufgrund der Steifigkeit des Bereichs 26a des Deckels und andererseits aufgrund des Absteifens der Wände des Blockkastens in der Höhe des Rands 31 durch die konjugierte Wirkung des Innen-Ablenkteils 18 und des Aulknrahmens 36. Der Rahmen 36 ist beispielsweise in dieser Phase der Vorgänge fest mit Einrichtungen zumi Vorschub des Kastens 10 verbunden.
Es muß darauf hingewiesen werden, daß das feil 18 und der Rahmen 36 nicht nur eine mechanische
Halterolle beim Schweißverfahren spielen, sondern gleichermaßen günstige Wärmeabschirmungen bilden, die eine Aufheizung der unteren Teile des Kastens und die Zerstörung der Bestandteile des Akkumulators verhindern.
Zusätzlich zu der zur Erzielung einer guten Verschweißung erforderlichen Ebenheit und Sauberkeit der Teile (hauptsächlich der Ränder 30 und 31) ist es ratsam, die zu verschweißenden Teile (Deckel und Kasten) in der Weise vorzubereiten, daß jede Spur von Feuchtigkeit beseitigt wird. Bei den Polyamiden besteht nämlich die Tendenz, einen Prozentsatz an Feuchtigkeit zu absorbieren, der im Augenblick der Verschweißung sehr störend sein würde, da aufgrund des durch die Wärme der Platte freiwerdenden Wasserdampfes die Gefahr bestehen würde, die Verschweißung unregelmäßig und porös zu machen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden der Kasten und der Deckel während einer geeigneten Zeit und bei einer mit der Art des Kunststoffmaterials, aus dem sie bestehen, zu vereinbarenden Temperatur getrocknet. Gute Ergebnisse werden z.B. mit einer Vorerwärmung auf etwa 700C während 20 Stunden erhalten. Zum Zeitpunkt der Durchführung des Verschweißens wird der Blockkasten aus dem Heizschrank genommen, der Block aus den Elektroden und Separatoren, welcher mit den Stromausgangspolbolzen versehen ist, wird im Innern des Kastens angebracht, worauf der Deckel aus dem Heizschrank genommen wird.
Was die Heizbedingungen der Platte betrifft, so ist es nützlich, bei einer genau festgelegten konstanten Temperatur zu arbeiten, wozu die Heizplatte mit thermostatischen Regeleinrichtungen versehen ist. Zur Vermeidung der Randeffekte werden außerdem die Abmessungen der Heizplatte deutlich größer als der Querschnitt des Kastens und des Deckels gewählt. Die Heiztemperatur der Platte hängt von derp zu verschweißenden Material und der Dauer der Heizung ab. )e höher die Temperatur ist, desto kürzer ist die Dauer der Aufheizung. Es ist jedoch ratsam, eine genügend lange Dauer vorzusehen, so daß eine annehmbare Genauigkeit erhalten werden kann. Zum Beispiel kann im Fall eines Polymers, dessen Schmelzpunkt zwischen 185 und 190° C liegt, die auf etwa 450° C aufgeheizte Platte während etwa 25 Sekunden zwischen dem Deckel und dem Kasten bei einem Abstand zwischen Platte, Deckel und Kasten gelassen werden. Falls die Gesamtanordnung nach dem Verschweißen eine konstante vorbestimmte Höhe besitzen soll, dann ist es vorteilhaft, einen gegebenen konstanten Anpreßdruck zwischen dem Kasten und dem Deckel zu verwenden. Beispielsweise werden seh> gute Ergebnisse erhalten, wenn Drücke in der Größenordnung von 300 g/mm2 verwendet werden Soll gegebenenfalls eine größere Genauigkeit erhalter werden, so kann während des größten Teils des Vorgangs mit konstantem Druck gearbeitet und dei Verschweißvorgang bei Erreichen eines Anschlag! beendet werden.
Es können auch andere Mittel Verwendung finden Zum Beispiel kann für den Boden des streng ebenei Kastens eine bestimmte Überstärke vorgesehen wer den, und es kann die gewünschte Abmessung dadurcl erhalten werden, daß diese Überstärke bei einma beendetem Arbeitsvorgang geeignet verringert wird.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche: 19
1. Verfahren zum Verschweißen eines Blockka-Itens mit dem Deckel eines Akkumulators, der ein Ablenkteil zwischen den Plattensätzen und dem Deckel aufweist, das mit seinem Rand an der Blockkastenwand in der Nähe des zu verschweißenden Randes des Blockkastens anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhitzen der zu verschweißenden Ränder (30, 31) von Blockkasten (10) und Deckel (19) eine Heizplatte (32) berührungsfrei zwischen Deckel und Blockkasten eingebracht wird, und beim Zusammenpressen von Deckel und Blockkasten der letztere in einem äußeren Versiär- ij kungsraiimen (36) eingespannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- leichnet, daß nach dem Verschweißen der äußere Wulst weggeschnitten wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschweißenden Teile vor dem Verschweißen durch Aufheizen in einem Wärmeschrank von ihrer Feuchtigkeit befreit werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck und die Schweißtemperatur längs der miteinander zu ver-
. «chweißenden Flächen während des Schweißens genau und homogen festgelegt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schwei- Bens der Druck konstant gehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißdruck so lange aufrechterhalten wird, bis die aus Blockkasten und angeschweißtem Deckel bestehende Anordnung eine vorgegebene Höhe besitzt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verschweißenden Flächen eben sind.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens «ach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte mit Öffnungen ftir den Durchlaß von Polbolzen versehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- leichnet, daß der Verstärkungsrahmer. eine Schneid kante (37) aufweist, die an den Wänden des Kastens anliegt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und
9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte über 5" den Umfang des Blockkastens vorsteht.
11. Vorrichtung nach einem der Anspruches bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrahmen (36) während des Verschweißen in der Höhe des Randes (20) des Ablenkteils (18) gegen die Wand (11) des Blockkastens drückt.
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