DE2425375A1

DE2425375A1 - Elektrodengitter fuer bleiakkumulatoren

Info

Publication number: DE2425375A1
Application number: DE19742425375
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Dr Ing Krug
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1974-05-25
Filing date: 1974-05-25
Publication date: 1975-12-04
Also published as: AT343195B; JPS511938A; CA1029803A; SE7502881L; GB1455103A; ATA201275A; IT1037368B; SE398177B; FR2272498B1; FR2272498A1

Description

Reg.-Nr. HP 380-DT 6233 Kelkheim, den 22. Mai 1974

EAP-Ksr/Mar

VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover, Stöckener Str. 351

Elektrodengitter für Bleiakkumulatoren

Die Erfindung betrifft ein Elektrodengitter für Bleiakkumulatoren bestehend aus einem mit einem Rahmen versehenen Streckmetallträger für die aktive Masse.

Bei Bleiakkumulatoren hat man mit verschiedensten Ausführungsformen von Elektrodengittern bereits versucht, das gegossene massive Bleigitter durch andere Gitterformen, beispielsweise durch Kunststoffträger oder auch durch Streckmetallträger, zu ersetzen. Man kann damit das Gewicht der Elektrodenplatte vermindern und gleichzeitig weniger Blei einsetzen. Streckmetallgitter für Bleiakkumulatoren sind beispielsweise der GB-PS 1 203 391 zu entnehmen und in der DT-AS 1 274 211 ist eine Kombination von Streckmetallträgern mit Kunststoffstützgerüsten beschrieben. Aus der GB-PS 324 022 sind Bleistreckmetallgitter zu entnehmen, welche mit einem Rahmen oder mit Verstärkungsrippen versehen sind.

Alle diese Vorschläge, insbesondere die Verwendung eines einfachen Streckmetallträgers ohne jeglichen Rahmen, haben sich in der Praxis nicht durchsetzen können, da Streckmetall im allgemeinen keine ausreichende Festigkeit besitzt. Soweit diese Streckmetallgitter dann nachträglich mit besonderen Stützrahmen aus Blei versehen wurden, war die Gewichtsverminderung gegenüber dem gegossenen Bleigitter nicht ausreichend, so daß sich auch derartige Ausführungsformen nicht durchsetzen konnten. Stützgerüste aus Kunststoff haben sich ebenfalls nicht bewährt, insbesondere, da nur ein kleiner Teil der Kunststoffe unter den Be-

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dingungen des Akkumulators beständig ist und da der Kunststoff an sich nur einen toten Bestandteil in der Zelle darstellt, welcher weder zur aktiven Masse noch zur leitfähigkeit des Gitters einen Beitrag leisten kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Streckmetallgitter mit Rahmen zu entwickeln, welches sich durch eine besondere hohe Stabilität und durch eine außerordentlich gute leitfähigkeit auszeichnet. Diese Leitfähigkeit ist von erheblicher Bedeutung, um eine ausreichende Ausnutzung der aktiven Masse zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gitterrahmen aus Bleidraht besteht, welcher eine Aluminiumseele enthält, wobei die Enden des den Rahmen bildenden Bleidrahtes die Plattenfahne bilden.

Ein solches Elektrodengitter ist in der Figur dargestellt. Dabei ist das Bleistreckmetall mit 1 bezeichnet, der am Rand des Gitters verlaufende Bleidraht mit Aluminiumseele mit 2 und im Inneren des Gitters ist ein weiterer Verstärkungsdraht 3 vorgesehen. Der Rahmen sowie die weiteren Verstärkungsdrähte sind dabei so angeordnet, daß ihre Enden gleichzeitig die Plattenfahne bilden. Es liegen damit die-Schnittenden der aus Blei mit Aluminiumseele bestehenden Drähte in der Plattenfahne 4 und es hat sich gezeigt, daß es ohne weiteres möglich ist, diese Plattenfahnen in üblichen Tauchgießverfahren mit Polbrücken zu · versehen. Die Tatsache, daß die Drähte eine Aluminiumseele besitzen, macht dabei überraschenderweise keinerlei Schwierigkeiten.

Ein erfindungsgemäß aufgebautes Gitter ermöglicht eine Gewichtsersparnis gegenüber gegossenen Elektrodengittern von bis zu 30 j6 und insbesondere eine stark verbesserte Masseausnutzung. Die Aluminiumseele in den Bleidrähten verbessert die Leitfähigkeit des Drahtes um ca. 62 j6. Darüber .hinaus wird der Wasserverbrauch der Zelle vermindert, ebenso die Selbstentladung und

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die Korrosion des Gitters. Durch die Verwendung eines Bleidrahtes mit einer Seele aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere einer hochfesten Aluminiumlegierung wird die Steifigkeit des Gitters sehr stark erhöht und es ist weiterhin möglich, den Herstellungsvorgang sehr weitgehend au automatisieren und wesentlich höhere Produktionsgeschwindigkeiten zu erreichen als bei herkömmlichen Gießverfahren.

Bei Elektrodengittern., welche beispielsweise in üblichen Starterbatterien Verwendung finden -sollen, wird der Rahmen aus einem ca. 3 mm dicken Draht einer Bleiantimonlegierung, beispielsweise einer Bleiantimonlegierung mit 3 Gew.% Antimon, hergestellt, welcher eine 1,5 mm rücke Seele einer hochfesten Aluminiumlegierung enthält. Als Aluminiumlegierungen kommen insbesondere AIuminiummagnesiumlegierungen in Betracht, welche eine hohe Festigkeit besitzen. Der Magnesiumanteil kann bei 2-6 Gew.$, beispielsweise bei 5 Gew.^, liegen. Für das Streckmetallgitter, welches beispielsweise aus einer Ausgangsblechstärke von 0,5 mm mit einer Maschenweite von beispielsweise 5 x 12 mm hergestellt wird, werden zweckmäßigerweise keine normalen Bleiantimonlegierungen verwendet, insbesondere, da diese nur schlecht mit dem Rahmen verschweißbar sind, sondern erfindungsgemäß an sich bekannte Blei/Calciumlegierungen. Beispielsweise wird eine Blei/ Calciumlegierung mit ca. 0,05 Gew.fo Calcium, ca. 0,65 Gew.$ Zinn und ca. 0,5 Gew.$ Quecksilber verwendet. Solche Bleilegierungen mit Zinn- und Calciumzusätzen zeigen nach einer Wärmebehandlung sehr hohe Härtewerte und calciumhaltiges. Bleiblech weist nach dem Walzen und nach der weiteren Verarbeitung im Gegensatz zu gegossenen Gittern, welche im allgemeinen eine graue Oxidschicht besitzen, eine metallisch blanke Oberfläche auf· Solche Blei/Calciumlegierungen haben darüberhinaus den Vorteil, daß nach einer Verformung die Härte über lange Zeit konstant bleibt, welches insbesondere für die Fertigung, bei der in die ■ Elektrodengitter später noch aktive Masse einpastiert werden muß, von Bedeutung ist.

Die Verbindung von Bleistreckmetallträger und dem den Rahmen

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bildenden Bleidraht erfolgt durch elektrische Schweißverfahren, welche insbesondere sehr weitgehend automatisierungsfähig sind. Beispielsweise kann die Verbindung durch Punktschweißen oder insbesondere durch Rollenschweißen erfolgen. Zur Herstellung wird der Bleidraht in Eorm des gewünschten Rahmens und entsprechend den Abmessungen des Gitters gebogen, auf den Rahmen wird das Bleistreckmetallgitter elektrisch aufgeschweißt und anschließend wird das Streckmetall etwas tiefer gedruckt, damit es in der Mitte des G-itters liegt.

Vergleicht man das Gewicht eines üblich gegossenen Gitters mit einem erfindungsgemäßen Gitter gleicher Größe, so ergibt sich bei Verwendung eines Drahtrahmens ohne besondere Verstärkung in der Mitte des Gitters eine Gewichtsersparnis von bis zu 33 $. Diese Gewichtsersparnis ist von besonderer Bedeutung, da gerade bei Elektrodengittern für Bleiakkumulatoren die Materialkosten bis zu 80 $ der Herstellungskosten bestimmen.

Die Vorteile in der Gewichtseinsparung werden im wesentlichen durch die Aluminiumseele im stranggepreßten Bleidraht erreicht. Das Gewicht eines Bleidrahtes mit 3 mm Durchmesser beträgt 78 g/m, während ein stranggepreßter Bleidraht mit 3 mm Durchmesser und einer Aluminiumseele mit 1,5 mm Durchmesser nur 63,3 g/m wiegt. Die Gewichtsersparnis beträgt bei einem solchen Drahtmaterial ca. 19 ^.

Der Widerstand eines Bleidrahtes mit 3 mm Durchmesser beträgt O,O294/2-/m, der eines straggepreßten Bleidrahtes mit 3 mm Durchmesser und einer Aluminiumseele mit 1,5 mm Durchmesser 0,0111 /2/m, d.h. der elektrische Widerstand kann somit um 62 % verbessert werden. Die Lage des in der Pigur dargestellten zusätzlichen Verstärkungsdrahtes 3 kann zur verbesserten Masseausnutzung verändert werden. Weiterhin kann die Masseausnutzung durch die Ausrichtung der Maschen des Streckmetalls verbessert werden, insbesondere ist es zweckmäßig, wenn die Spitzen der Rauten des Streckmetalls zur Fahne zeigen, damit wird der Weg des abfließenden Stromes gegenüber der Querlage verkürzt. Darüber hinaus

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kann durch die Verbesserung der leitfähigkeit auch der Querschnitt der Gitterfahne verringert werden. Dadurch, daß es möglich ist, daß sowohl für das Streckmetall als auch für die Verstärkungsdrähte antimonarme und antimonfreie Legierungen Verwendung finden können, ist es möglich, den Wasserverbrauch und die Selbstentladung des Akkumulators sehr weitgehend zu vermindern. Die Drähte der Aluminiumseele lassen sich sowohl mit antimonarmen als auch mit Blei/Calciumlegierungen als Ummantelungen pressen. Vor dem Ummanteln der Aluminiumseele mit Blei ist es zweckmäßig, eine Beizung, eine anschließende Verkupferung und eine beispielsweise galvanische Verzinnung vorzunehmen. Die Haftung des Bleimantels wird dadurch verbessert. Bei der Herstellung des Streckmetalls zeigen Blei/Calciumlegierungen, wie schon oben erläutert, mit weiteren Zusätzen erhebliche Vorteile gegenüber antimonarmen Legierungen hinsichtlich der Verarbeitung, der Härte und der.Korrosionsbeständigkeit. Diese Legierungen lassen sich darüber hinaus sehr viel leichter elektrisch schweißen.

Die durch die Verwendung von Bleidrähten mit einer Aluminiumseele erreichte hohe Steifigkeit der Streckmetallgitter läßt sich steigern durch die Verwendung anderer Querschnitte des Verstärkungsdrahtes, beispielsweise kann der Verstärkungsdraht rechteckig ausgeführt sein und es können andere Verhältnisse von Durchmesser der Aluminiumseele zu Durchmesser des Bleidrahtes gewählt werden.

Das erfindungsgemäße Elektrodengitter kann auch als negative Elektrode in elektrischen Bleiakkumulatoren Verwendung finden. Selbst bei anodischer Belastung zeigt das Streckmetall und auch der stranggepreßte Draht einen gleichmäßigen Korrosionsangriff. Die in der Fahne liegenden offenen Schnittflächen des Aluminiumdrahtes werden beim späteren Einbau von der Polbrücke säuredicht verschlossen. Es ist überraschenderweise ohne jegliche Schwierigkeit möglich, die Bleidrähte mit Aluminiumseele nach dem bekannten Tauchgießverfahren mit einer Polbrücke zu verbinden.

Der gesamte Herstellungsgang der erfindungsgemäßen Gitter läßt

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sich, automatisieren, die -Herstellung von Bleistreckmetall ebenso wie das elektrische Aufschweißen der Rahmen. Gerade das Strecken von Blech bietet den großen Vorteil, daß es kontinuierlich durchgeführt werden kann und daß kein Schrott anfällt. Das Umpressen von Aluminiumdraht mit einem Bleimantel kann ebenfalls nach bekannten Drahtherstellungsverfahren kontinuierlich durchgeführt werden. Dabei ist es ohne Schwierigkeiten möglich., eine fehlerfreie festiiaftende Ummantelung herzustellen, die frei ist von Gefügefehlern. Auch die weiteren Fertigungsschritte, wie das Biegen des Drahtes in die Rahmenform bzw. das Biegen des Verstärkungsbügels, cas Zuführen des Streckmetalls und das Schneiden können autcmatisiert werden. Der SchweißVorgang kann durch Rollenschweißeri, Punktschweißen oder zweckmäßigerweise auch in einem Einzelvorgang mit nur einer Elektrode durchgeführt werden.

— Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrodengitter für Bleiakkumulatoren bestehend aus einem mit einem Rahmen versehenen Streckmetallträger für die aktive Masse, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitterrahmen aus Bleidraht (2) besteht,, welcher eine Aluminiumseele enthält und daß die Enden des Bleidrahtes die Plattenfahne (4) bilden.

2. Elektrodengitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Gitterflache zusätzliche Verstärkungsbügel (3) aus Bleidraht mit Aluminiumseele angeordnet sind, wobei die Enden des Bleidrahtes die Plattenfahne (4) bilden.

3. Elektrodengitter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele des Bleidrahtes eine hochfeste Aluminiummagnesiumlegierung ist und daß das Streckmetallgitter (1) aus einer Blei/Calciumlegierung besteht.

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