DE2455348C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von flüssigkeitsdichten Verbindungen zwischen Plattengruppen in benachbarten Zellen einer elektrischen Blei-Säure-Speicherbatterie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von flüssigkeitsdichten Verbindungen zwischen Plattengruppen in benachbarten Zellen einer elektrischen Blei-Säure-Speicherbatterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren dieser Art bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist aus der DE-OS 19 63 815 bekannt.

Bei dem darin beschriebenen Verfahren zum Herstellen von Speicherbatterien werden die Fahnen benachbarter Plattengruppen durch eine Klemmeinrichtung in Form von Rohrbüchsen, die die Schweißelektroden umgeben, gegen die Zellzwischenwand gedrückt und wird das Fahnenmetall in die Verbindungsöffnung der Zellzwischenwand durch die Elektroden bei konstant ausgeübtem Schließdruck extrudiert. Nachdem ein Kontakt zwischen dem von beiden Seiten in die Öffnung extrudierten Fahnenmetall hergestellt ist, wird der Schweißstrom durch die Elektroden geleitet und erfolgt unter konstantem Druck das Verschmeben der extrudierten Fahnenabschnitte an ihrer Kontaktfläche, so daß das Material in die Öffnung extrudiert wird und dort die Öffnung unter Bildung der Schweißverbindung ausfüllt Nach Stromabschaltung erfolgt die Verfestigung des extrudierten Fahnenmetalls unter dem Druck der Extrusionselektroden und der Klemmbüchsen.

Mit dieser Verfahrensweise ist zwar eine hinlängliche Qualität von Zwischenzellenverbindung in elektrische Blei-Säure-Speicherbatterien erreichbar. Angestrebt wird aber noch die Bildung von Zwischenzellenverbindungen, bei denen sich reproduzierbar eine noch höhere Qualität der Verbindung erreichen läßt. Dabei kommt es maßgeblich auf die Schaffung einer flüssigkeitsdichten Verbindung an, die weitgehend frei von Leerstellen im Verbindungsbereich ist. Eins vollkommen flüssigkeitsdichte Verbindung ist deswegen erforderlich, weil die einzelnen Zellen gegeneinander abgedichtet sein müssen, so d&j ein Hindurchlecken von Elektrolytflüssigkeit von der einen Zelle zur anderen Zelle verhindert und auch eine in mechanischer und elektrischer Hinsicht sichere Verbindung zwischen den Zellen gewährleistet wird. Das Auftreten von Leerstellen führt zu einer Verringerung der Festigkeit der Verbindung. Zudem stellen die Leerstellen häufig den Ausgangspunkt für einen korrosiven Angriff der Verbindung dar.

Problematisch bei der Durchführung des bekannten Verfahrens in einem Produktionsmaßstab erwies sich die Gewährleistung der konsistenz bzw. Festig- oder Dichtigkeit in den Schweißstellen bei erhöhter Herstellungsgeschwindigkeit und das Vorsehen einfacher Qualitätskontrolltechniken zur Überwachung der Schweißzustände und der erzeugten Produkte. Bekannte nicht zerstörende Versuche bzw. Untersuchungen wie z. B. ein Luftleckage- und ein Ohmscher Spannungsabfall-Test haben sich nicht als empfindlich genug erwiesen, um Schweißstellen geringer Qualität aufzudecken und die Bedienungsperson zu einer notwendigen Korrektur der Schweißzustände zu veranlassen. Der Ausdruck »Schweißzustände« soll in erster Linie Klemm- und Elektrodenkraft und deren Reaktion (d. h. Durchlauf bzw. Durchgang). Schweißstrom und Schweißzeit einschließen.

Ein anderes Probiem beim bekannten Verfahren ist die Minimierung der Variablen, welche das Verfahren nachteilig beeinflussen, ur, J die· Gewährleistung, daß die anderen Variablen, d- h. die Schweißzustände kontrollier- bzw. steuerbar sind und Betriebsbereiche aufweisen, welche breit genug sind, um das Verfahren durchgehend über längere Zeitspannen betreiben zu können, ohne daß häufige Korrekturen und Einstellungen erforderlich werden.

-, Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Verfahrensweise der gattungsgemäßen Art so zu verfeinern, daß in einfacher Weise qualitativ hochwertige Zwischenzellenverbindungen erzeugt werden können, die eine ausreichende Festigkeit und Dichtigkeit

κι aufweisen sowie eine gute elektrische Verbindung der Schweißstellen gewährleisten, und gleichzeitig die Überprüfung der Qualität der Verbindungsstellen durch einfache Maßnahmen zu ermöglichen. Vorrichtungsmäßig besteht die Aufgabe darin, ein einfach aufgebautes Werkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß als Metall für die Fahnen eine untereutektische Blei-Antimon-Legien\ng mit mindern stens 2% Antimon und einem gröberen Anteil einer antimonreichen Phase verwendet wird, daß mit dem Aufbringen des Extrudierdruckes das Fahnenmetall durch die Elektroden in die Öffnung bis zu einem anfänglichen Kontaktbereich von 15% bis 75% des Öffnungsquerschnittes extrudiert und hinter den Elektroden eine rasch aufbrauchbare potentielle Energie gespeichert wird, um unmittelbar auf eine Verringerung des Strömungswiderstandes der Extnidierabschnitt.e des Fahnenmetalls einen schnellen Materialfluß des

jo extrudierten Fahnenmetalls zu bewirken, daß ein allmählich ansteigender Strom durch die Elektroden geleitet wird, derart, daß das extrudierte Fahnenmetall stufenweise physikalisch umgewandelt wird, indem zuerst das extrudierte Fahnenmetall vor dem Verschmelzen erweicht, dann die antimonreiche Phase und schließlich die antimonarme Phase der Legierung im Kontaktbereich geschmolzen wird, wobei während der Umwandlungen die gespeicherte potentielle Energie unter kontinuierlicher Aufbringung eines ausreichenden Eleki Odendrucks auf das extrudierte Fahnenmetall aufgebracht wird, um die geschmolzene antimonreiche Phase aus dem zentralen Kontaktbereich nach außen gegen die Öffnungswandung vor einem wesentlichen Schmelzen der antimonarmen Phase unter Bildung eines das antimonarme Zentrum der Verbindung umgebenden antimonreichen Ringes zu verdrängen, und daß die Verfestigung unter radialer Erstarrung vom Zentrum der Verbindung nach außen hin durchgeführt wird.

Durch die hinter den Elektroden gespeicherte potentielle Energie, welche auf die Elektroden einwirkt, erreicht man ein außerordentlich schnelles Ansprechen der Elektroden in Anpassung auf die sich bei Durchleitung des Schweißstroms in den er.trudietten Fahnenabschnitten einstellenden Zustände. Dort erfolgt nämlich eine dreistufige Umwandlung, weil durch allmähliches Ansteigen des Schweißstroms von einem Minimalwert zu t !nem Maximalwert zuerst eine Erweichung des extrudierten Fahnenmetalls im Kon-

M) taktbereich vor dem Verschmelzen erfolgt und anschließend die antimonreiche Phase und dann dl: antimonarme Phase im Kontaktbereich geschmolzen wird. Aufgrund der gespeicherten potentiellen Energie wird beim Durchlaufen dei Elektroden stets ohne Verzöge-

b5 rung ein ausreichender Druck auf das Fahnenmetall ausgeübt, wodurch die antimonreiche Schmelze schnell zur Öffnungswand bewegt wird, bevor das antimonarme Material schmilzt. Dadurch erfolgt eine vollständige

Ausfüllung der öffnung und eine leerstellenfreie Zwischenzellenverbindung. Eine solche an die Bleimobilität angepaßte verzögerungsfreie Kraftaufbringung wird durch die konventionellen hydraulischen Spannzylinder nicht erreicht, da stets eine Momentanverzögerung zwischen der Elektrodenbewegung als Folge des Nachgebens des extrudieren Metalls und des sich wieder aufbauenden Drucks im Zylinder vorhanden ist. Gerade diese augenblicklich fehlende Reaktionsbereitschaft hat qualitativ geringwertige Schweißstellen zur Folge. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die oben geschilderten Vorgänge in Bruchteilen von Sekunden erfolgen, so daß sich das langsame Ansprechverhalten der Hydraulikzylinder entsprechend auswirkt, wohingegen die aufgrund der gespeicherten potentiellen Energie außerordentlich schnell sich den verändernden Verhältnissen in der extrudierten Legierung anpassenden Elektroden verzögerungsfrei für den ausreichenden Exirusiorisdruck und dämii tür eine entsprechende Füllung des Öffnungsquerschnitts sorgen.

Zusammengefaßt ist dadurch, daß nach Maßgabe der Erfindung eine untereutektische Blei-Antimon-Legierung mit zwei Antimon-Phasen, schnell ansprechende Elektroden und ein ansteigender Schweißstrom v;rwendet wird, die Schaffung einer im wesentlichen von Leerstellen freien Zwischenzellenverbindung möglich. die auch eine Überprüfung der Beständigkeit des Produktionsverfahrens erlaubt. Eine nach Maßgabe des oben geschilderten Verfahrens hergestellte Zwischenzellenverbindung kann in der Teilungsebene der Batterie bis zu einem Bruch verdreht werden, wobei die dabei entstehende Bruchzone den antimonarmen Kern aufzeigt, dessen Größe gemessen und mit Standardwerten verglichen werden kann, um eine entsprechende Einstellung der Schweißbedingungen vorzunehmen. Beispielsweise muß bei einem zu geringen antimonarmen Kern der Maximalstrorr. verringert werden, weil die Schweißstelle zu heiß war. Umgekehrt muß bei einem zu großen antimonarmen Kern der Strom erhöht werden, so daß wieder ein entsprechend großer antimonreicher Außenring entsteht, welcher den antimonamen Kern umschließt. Durch die Vorspannung der Elektroden mit einer schnell aufbrauchbaren potentiellen Energie in Verbindung mit dem allmählichen Ansteigen des Schweißstroms werden die extrudierten Fahnenabschnitte allmählich so erwärmt, daß sie zuerst erweicht werden, dann ein Zustand eintritt, bei welchem die antimonreiche Phase schmilzt und schließlich ein Schmelzen der antimonarmen Phase erreicht wird. Während dieser allmählichen Umwandlung üben die ELiktroden verzögerungsfrei einen ausreichenden Druck auf die Schweißverbindung aus, so daß die antimonreiche Phase vor dem Schmelzen der antimonarmen Phase aus dem Zentrum gegen die Öffnungswand verdrängt wird. Dies hat zur Folge, daß die Erstarrung gerichtet vom Zentrum nach außen durchgeführt werden kann. Dadurch wird die Bildung von Schrumpfspannungen, die Leerstellen hervorrufen können, minimiert

Vorteilhafterweise weist die benutzte Blei-Antimon-Legierung 2% bis 4,5% Gewichtsanteile Antimon, mindestens 0,03%, jedoch weniger als 03% Gewichtsanteile Zinn und weniger als 0.001 % Schwefel auf. Eine derartige Legierungszuammensetzung schafft eine verbesserte Zuverlässigkeit einer Berechnung bzw. Abschätzung durch den Indikaiorkern.

Vorteilhafterweise werden die Klemmkraft auf die Fahnen erhöht und der Druck auf die Fahnen-Extrudierteile vermindert, während der elektrische Strom durch die Fahnen-Extrudierteile fließt und die Fahnen-Extrudierteile das Erweichungs-, das antimonreiche Bleischmelz- und das antimonarme Bleischmelz-Stadium durchlaufen.

Zwar ist die Verminderung des Extrudierdruckes auf die Fahnen während des Schweißverfahrens für sich aus dei DE-OS 23 09 118 bekannt. Hier dient jedoch die Druckverminderung lediglich zur Vermeidung des

ίο Herausquetschens der entstehenden Bleischmelze aus der öffnung in der Trennwand, was bei der Anordnung gemäß DE-OS 23 09 118 leicht eintreten könnte, da bei dieser Anordnung keine die Fahnen gegen die Trennwand drückenden und daher abdichtenden

ι -, Klemmeinrichtung vorhanden ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführung des Verfahrens bzw. bevorzugte Ausführungen der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Ansprüchen 4 bzw. 5 bis 8 angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Frontansicht einer erfindungsgemäß hergestellten Batterie,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines bei dem Verfahren verwendeten Werkzeuges, in welcher die Anordnung der Teile im Anfangsstadium des Verfahrens gezeigt sind,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der F i g. 2.
in F i g. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles des Werkzeuges der F i g. 2, in der die Stellung der Teile vor Betätigen des Werkzeuges dargestellt sind,

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles des Werkzeuges der F i g. 2, in der der Zustand der Teile )5 nach einem Anfangs-Kalt-Extrudieren des Verfahrens gezeigt ist,

Fig.6 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles des Werkzeuges, in der der Zustand der Teile nach dem Beginn des Stromflusses und des Extrudierens jedoch ■in vor Verschmelzungsbeginn dargestellt ist,

Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles des Werkzeuges, in der der Zustand der Teile am Ende des Schweißens (d. h. Stromdurchlaufes) dargestellt ist,

F i g. 8 die Teile, welche zwecke Beobachtung gebrochen sind, um einen Qualitätskontroll- bzw. Steuervorgang durchführen zu können,

Fig.9 einen Indikatorkern, welcher für eine kalte Schweißstelle charakteristisch ist,

F i g. 10 eine optimale Indikator-Kerngröße,
so Fig. 11 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Li.iie 11 -11 der F i g. 2, in der das Antriebsgestänge dargestellt ist, und

Fig. 12 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie I2-12derFig.2.

Die Zeichnung zeigt eine bevorzugte Werkzeugausröstung, wobei die verschiedenen Stufen zur Durchführung des Verfahrens dargestellt sind. Die F i g. 1 zeigt eine Batterie mit Plattengruppen bzw. -Sätzen 2 in separaten Zellen bzw. Elementen der Batterie und eine Zwischenzellenverbindung 4, welche die positiven Platten der einen Gruppe mit den negativen Platten der unmittelbar angrenzenden Gruppe durch die zwischen diesen liegende Trennwand elektrisch verbindet Die F i g. 2, 3,10 und 11 stellen eine bevorzugte Werkzeuges ausrüstung zur Durchführung des Verfahrens dar, in denen eine Kniehebel-Punktschweißzange bzw. -Spreizelektrode zur Herstellung von einer Zwischenzellenverbindung gezeigt ist In der Praxis jedoch wurden

zusätzliche Werkzeuge so angeordnet werden, daß gleichzeitig mehrere oder alle (fünf im Falle einer 12 Volt-Batterie) r*er Zwischenzellenleiter geschweißt werden. Gemäß F i g. 2 sind gegenüberliegende Elektroden 6 mit Kupferelektrodenhaltern 8 befestigt, welche ihrerseits an Gleitteilen 10 angebracht sind, die horizontal in Führungen 12 gleiten (F i g. 12). Elektrische Energie wird zu den Elektroden 6 durch Verbindungen 7 zu einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt) gespeist. Eine elektrische Isolation 14 wie z. B. ein fewebeverstärktes Phenolharz ist wie gefordert vorgesehen, um die Halter 8 von den Gleitteilen 10 und folglich von dem Rest der Werkzeugeinrichtung zu isolieren. Die Elektrodenhalter 8 werden aufeinander zu und voneinander weg bewegt, während die Gleitteile 10 sich in Reaktion auf die Bewegung der Hebelarme 16 bewegen, welche um Bolzen 18 schwenken, die an einem Teil 19 des Rahmens 21 der Einrichtung angebracht sind, und steuern die Gleitteile 10 hin und her. Die Hebelarme 16 sind selbst durch zweiteilige Eletätigungsarme 20 angetrieben, welche an diesen durch Schwenkbolzen 22 befestigt und miteinander in einem Kniegelenk 23 bei der Ausgangswelle 24 eines hydraulischen Zylinders (nicht dargestellt) verbunden sind. Ein umgekehrtes U-förmiges Verbindungsglied 25 verbindet die Ausgangswelle 24 mit dem Kniegelenk 23. Die äußeren Enden 27 des Bolzens in dem Kniegelenk 23 sind in Bronzelagern 29 (Fig. 11) gehalten, welche nach oben und nach unten in Führungen 31 gleiten. Die Kraftd'.rchgangs-Tellerfedern 26 sind zwischen jedem der zwei Teile des Betätigungsarmes 20 wie dargestellt angeordnet, wobei die Federn 26 durch Führungsstifte 28 zentrisch eingestellt sind und deren Druck durch scheibenähnliche Einlegeteile 30 eingestellt ist.

Die Polyurethan-Polster 32 hoher Dichte sind um jede der Elektroden 6 herum vorgesehen und dienen dazu, die Batterieplatten-Fahnen 33 fest gegen die Wände einer Zwischenzellenabtrennung während der Extrudier-, Fusionier- und Kühlstufe des Schweißvorganges zu klemmen. Die Enden der Elektroden 6 stehen geringfügig (z. B. ca. 0,0254 cm) von der Fläche des Polsters hervor, so daß ein Eindringen bzw. Durchstoßen der Fahnen 33 geringfügig bei einem Fortschreiten der Klemmbewegung der Polster 32 eintritt. Dies verringert etwas die Kraft, welche auf andere Weise erforderlich ist, um die zusätzliche Größe eines Druckes der härteren Polster 32 während des Schweißens zu bewirken. Bei weicheren Polstern 32 können die Elektroden 6 bezüglich der Fläche der Polster 32 plan verlaufen oder sogar unter die Fläche niedergepreßt sein, was von dem Gesamtkräfte-Gleichgewicht in dem System abhängig ist. Eine Aussparung 34 ist in der Fläche eines jeden Polsters 32 vorgesehen und entspricht im wesentlichen der Form der Fahnen 33, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. Die Breite und die Tiefe der Aussparung 34 sowie ihre Nähe zu dem Rand der Fahne 33 gestattet eine Einstellung der Kompressibilität bzw. Zusammendrückbarkeit der Urethan-Polster 32 und folglich der Kraft, weiche durch diese Polster ausgeübt wird. Die Aussparung verringert auch lokalisierte Spannungsansammlungen bzw. -spitzen in dem Polster und erhöht dessen Lebensdauer sehr. Die Klemmflächen der Urethan-Polster 32 können einen Winkel aufweisen, welcher so groß ist wie der Aufrißwinkel der Fahnen 33, so daß eine gleichmäßige Klemmkraft ausgeübt wird. In der bevorzugten Ausführungsform jedoch überschreitet der Winkel der Klemmfläche den Aufrißwinkel der Fahnen um 2° bis 6" (bevorzugterweise 4°), um im oberen Teil der Fahne eine größere Kraft als an deren Basis auszuüben.

Das Elektrodenkühlmittel tritt in die Elektroden 6 durch ein Anschlußteil 35 ein und fließt durch geeignete Kanäle (nicht dargestellt) in die Elektroden 6. Ein besonderer Vorteil bei einer Verwendung von Urethan-Polstern 32 liegt darin, daß diese leicht ohne sie auswechseln zu müssen hart oder weich werden, indem lediglich die Temperatur und/oder die Strömungsrate

ίο des Elektroden-Kühlmittels verändert wird und dadurch eine andere Einrichtung einer »Feinabstimmung« des Kraftsystems der Einrichtung geschaffen wird, wenn dies erforderlich ist.

Im Betrieb ist die Batterie mit den bandförmigen Platten-Fahnen 33 zwischen den Elektroden 6 gemäß Fig.4 angeordnet, wobei der hydraulische Zylinder anschließend so betätigt wird, daß seine Ausgangswelle 24 vollständig narh unten getrieben wird, bis sie gegen den Anschlag 36 cnstößt. Zu dieser Zeit beaufschlagen

und komprimieren die Durchgangs- bzw. Übertragungsfedern 26 die eingeschlossenen Polster vollständig, und es ist somit das System »verschlossen«, und es findet das Anfangs-Kaltextrudieren gemäß Fig. 5 statt, in der die Fahnen-Extrudierteile 38 aus den Fahnen 33 herausge-

stoßen gezeigt sind und sich in einer öffnung 40 in der Zwischenzellenwand treffen. Ein abgeflachter Zwischenflächenbereich 39, welcher zwischen den Extrudierteilen 38 ausgebildet ist, umfaßt 15 bis 75% der Fläche der öffnung 40. Die nun komprimierte Übertragungsfeder 26 ist nun in der Lage, die Quelle für die rasche durchlaufende Kraft zu schaffen, welche von dem System gefordert wird. Als nächstes wird der Schweißstrom eingeschaltet und allmählich auf seinen Maximalwert erhöht. Die Fahnen-Extrudierteile 38 werden aufgeheizt, schmelzen und fließen unter der durch die Federn 26 ausgeübten Kraft in geringem Maße, um die Öffnung 40 mit dem weichen, jedoch noch festen Metall noch mehr gemäß F i g. 6 auszufüllen. An dieser Stelle bleibt etwas Leerraum in der Form eines

■to Ringes 42 in der öffnung um die Fahnen-Extrudierteile 38 angrenzend an die Wand der öffnung zurück. Fast unmittelbar nach dem Erweichen des Fahnenmetalls erhöht der ansteigende Strom die Temperatur der Fahnen-Extrudierteile 38 an deren Zwischenfläche 39 bis zu dem Schmelzpunkt der antimonreichen Phase der Legierung, und es schmilzt diese Phase. Während des Schmelzens und unter der unmittelbar verfügbaren ausgeübten Kraft der Durchgangsfedern 26 wird die antimonreiche Phase aus der Mitte der Schweißstellenzone in den ringförmigen Leerraum 42 ausgeschieden, bevoi ein nennenswertes Schmelzen der antimonarmen phase eintritt. Dies hat die Ausbildung eines antimonreichen Ringes b (F i g. 7) in dem zuvor leeren Raum 42 und ein antimonarmes Mittelteil a (Fig.7) zur Folge.

Während des restlichen Schweißzyklus erhitzt sich das antimonarme Mittelteil a auf seinen Schmelzpunkt, und es tritt schließlich eine Fusionsverbindung der Mittelteile ein. Der antimonarme Bereich a der F i g. 7 ist schwächer als der antimonreiche b, und da dieser der letzte zu schmelzen ist, ist seine Größe und/oder sein Grad der Verschmelzung ein Indikator dafür, welche Energieeinstellungen bei dem System vorgenommen werden sollten.

Um den Prozeß zu überwachen wird periodisch eine Batterie aus der Linie bzw. Behandlungsstrecke heraus entfernt und seine Leiter unmittelbar bis zu einem Bruch gemäß F i g. 8 verdreht. Ein Bruch 46 wird immer in dem Bereich a erfolgen, wo die Verbindung am schwächsten

ist und welcher der letzte zum Schmelzen war. Die Größe (d. h. Durchmesser) dieses zuletzt geschmolzenen Teiles a zeigt bei einer Betrachtung der Bruchflächen 46 gemäß Fig.9 und 10 an, ob die Schweißzustände einer Einstellung bedürfen, um das Verfahren wieder in die richtige Bahn zu lenken. Ein großer Indikntorkern a (Fig.9) zeigt an, daß die Energie erhöht werden muß, um die Kerngröße auf eine Größe gemäß Fig. 10 zu reduzieren. Wenn kein Kern gezeigt ist, sollte die Energie herabgesetzt werden, um ι ο einen Kern ähnlich demjenigen gemäß Fig. 10 zu erzeugen, der als ein »Bezugspunkt«-Indikator dient, von dem aus Korrekturen beurteilt werden. Bei einem anderen Indikatorkern-Test kann die Verbindung ungefähr 4 Stunden altern, bis der Mittelkern bis zu einem Maße hart geworden ist, daß er stärker ist als das ungeschmolzene Fahnenmetall. Gut verschmolzene Verbindungen werden dann längs der Zwischenfläche zwischen dem ungeschmolzenen und dem reknstallisierten Metall gebrochen, es wird jedoch dem Kern ein energieschwaches, schwach fusioniertes Metall noch fehlen. Wenn gealterte Brüche Kerne mit einem Durchmesser von mehr als 0,5 cm aufzeigen, wird eine erhöhte Energie verlangt.

In einem Ausführungsbeispiei der Erfindung sind die bandförmigen Fahnen 0,546 cm dick gegossen, weisen einen Aufrißwinkel von 2° auf der Hinterseite der Fahnen auf und sind aus einer Legierung mit 3% Sb, 0,2% Sn, 0,0005% S und 0,2% As im Gewicht, wobei der Rest hauptsächlich Blei ist. Die Fahnen sind auf beiden Seiten einer Zwischenzellenwand angeordnet, welche ein - copolymeres Äthylen-Propylen-Material aufweist, eine Dicke von 0,177 cm und eine Durchmesseröffnung von 1,016 cm hat. Die Schweißelektrode weist einen Durchmesser von 0,792 cm auf, und ist von einem Ja Ürethan-Klemmpolster mit einem Durchmesserloch Von 1,02 crn umgeben, durch welches die Elektrode verläuft. Das Klemmpolster weist ein vakuumentgastes Polyurethan mit einer »D«-Shore-Härte von 42—47 und einen Klemmflächenwinkel von 4° (eine 2°-Fehlanpassung bezüglich des Teiles) auf. Die Übertragungs-Tellerfedern sind hierbei so gewählt, daß auf den Elektroden eine Kraft von ungefähr 4717 N, eine Klemmkraft von 889 N in den Urethan-Polstern bei Schweißbeginn eine Kraft von 2491 N auf den Elektroden und eine Kraft von 1598 N auf den Polstern bei Schweißende als eine reine Übertragungs- bzw. -Durchlaufkraft geschaffen sind, welche durch die Tellerfedern auf die Elektroden während des Schweißens ausgeübt wird und ungefähr 1510N beträgt Nach dem Anfangs-Extrudieren wird so der Strom allmählich zu den Teilen bis zu einer Gesämtschweißperiode von sechs Zyklen eingespeist, mit einem Beginn von ungefähr 25% Anfangsstrom und einem Ende von ungefähr 78% des Maximalstromes der verwendeten Einrichtung. Die Schweißeinheit weist 25 KVA auf, so daß ein offener Stromkreis eine Spannung von 8,2VoIt und ein geschlossener Stromkreis eine Spannung von ungefähr 1,5 bis 2,5 Volt hat, weiche natürlich während des Schweißzyklus des Hochziehens zunimmt Der Strom variiert zwischen ungefähr 4200 Ampere am Anfang und ungefähr 14 000 Ampere maximal. Bei diesen Bedingungen wird eine schnelle Elektrodenbewegung zwischen dem dritten und dem sechsten Schweißzyklus erhalten, gefolgt von einem Abflachen der Elektrodenbewegungsspur nach einem Ausschalten des Stroms und während des Restes des Schweißhaltezyklus. Die erzeugte Schweißstelle weist einen Indikatorkern mit einer Größe v«>n ungefähr 0,381 cm auf und das erhaltene Drehmoment beträgt ungefähr 7,35 Nm.

Es wird nunmehr die dem oben beschriebenen Verfahren bzw. der oben beschriebenen Vorrichtung zugrundeliegenden theoretischen und praktischen Überlegungen ausführlich beschrieben.

Wie aus dem oben gesagten hervorgeht, werden die Fahnen kaltextrudiert, um Kontaktbereiche zwischen den gegenüberliegenden extrudierten Fahnen zu schaffen, die zwischen 15 und 75% der Öffnungsfläche betragen, und es werden schnellansprechende Elektroden in Verbindung mit einem besonderen Schweißplan mit allmählich ansteigendem Schweißstrom verwendet, um drei deutliche physikalische Veränderungen in dem Fahnen-Extrudierungsmittel zu bewirken, nämlich

1. Erweichen und Umformen.

2. Schmelzen einer antimonreichen Phase und

3. Schmelzen einer antimonarmen Hhase.

Der Ausdruck >schnellansprechende« Elektroden bedeutet die Fähigkeit der Elektroden, sofort und wirkungsvoll jedem Ergebnis der Fahnen zu folgen, wenn diese ihre physikalischen Eigenschaften ändern. Das rasche Ansprechen wird vorteilhafterweise mit Kraftabnahme-Elektroden und einem Kraftzunahme-Klemmen geschaffen. Der Ausdruck »Kraftabnahme-Elektroden« bedeutet u. a. eine allmähliche Verringerung der durch die Elektroden ausgeübten Kraft, während die Bleilegierung weich wird und schmilzt. Der Ausdruck »Kraftzunahme«-Klemmen beinhaltet einen allmählichen Anstieg der Klemmkraft, während das Blei erweicht und schmilzt.

Die Fahnen, die aus einer untereutektischen Blei-Antimon-Legierung mit zumindest 2Gew.-% Antimon gegossen werden, werden fest gegen die Trennwand am Verschweißungsort geklemmt, und Teile der Fahnen werden kaltextrudiert, um in der öffnung in der Wand (siehe F i g. 5) miteinander in Berührung zu kommen, um einen Anfangskontaktbereich zwischen 15 und 75% der Öffnungsfläche zu erzeugen. Die Größe des iContaktbereiches beeinträchtigt den Anfangskontaktwiderstand, der seinerseits die Größe der Wärmeenergie nachteilig beeinflußt, welche sich anfangs in dtr Schweißstelle verteilt. Nachdem die Teile in der Öffnung sich in einem Kontakt befinden, wird der Schweißstrom eingeschaltet und allmählich bis zu seinem Maximalwert aufgebaut. Diese Technik einer allmählichen Zunahme des Schweißstromes ist bei dem Widerstands-Schweißverfahren als »Hochziehen« bekannt, und es können mit dieser Technik sowohl die Anfangs- als auch die Endstromwerte verändert werden, um ein nahezu unendliches Stromanstiegsmuster zu schaffen. Auch können Kombinationen aus »einem Hochziehen und einem Halten« oder »einem Hochziehen und einem Absenken« verwendet werden, wobei diese jedoch gegenüber einem alleinigen Hochziehen keine besonderen Vorteile zu haben scheinen und zudem mehr Steuerungseinrichtungen benötigen. Bei der Vorgehensweise eines konstanten Hochziehens wird eine Schweißzeit von zumindest drei Zyklen und nicht mehr als ca. elf Zyklen bevorzugt. Unter drei Zyklen geht der Effekt des Hochziehens verloren und über elf Zyklen tritt ein Verzug der Trennwand (aus Kunststoff hergestellt) durch Hitze ein. Schweißzeiten von fünf bis sieben Zyklen sind besonders bevorzugt

Als Folge des Hochziehens des Schwe^;ßstromes erhitzen sich langsam die Fahnen-Extrudierteile, wer-

den weich und vergrößern sich etwas unter der ausgeübten Elektrodenkraft, welche mehr Fahnenmaterial in die öffnung e-;trudiert, um die Öffnung noch mehr auszufüllen, gerade bevor das Schmelzen beginnt (siehe Fig.6). Gleichzeitig nimmt die Verbindungsstelle zwischen den Fahnen-Extrudierteilen in der Fläche zu, wodurch der Kontaktwiderstand der Verbindung herabgesetzt wird. Es bleibt noch etwas leerer Raum in der Öffnung· hauptsächlich in der Form eines die Verbindungsstelle umschließenden Ringes im Bereich der Wand der öffnung. Der Stromfluß besorgt einen immer größer werdenden Wärmeanstieg in den Extrudierteilen, wodurch die Temperaturen der Verbindungsstelle ständig ansteigen, bis diese schließlich den Schmelzpunkt der antimonreichen Phase der Blei-Antimon-Legierung überschreitet. Die feinen Körnchen der antimonreichen Phase schmelzen rasch und unter der fort^setzten äüs^CTeübten Kraft der schne!!snsⁿrechenden Schweißelektroden wird die nun flüssige antimonreiche Phase aus der Schweißzone in den restlichen leeren Raum ausgeschieden (siehe F i g. 7). Die schnellansprechenden Elektroden gewährleisten, daß der leere Raum mit der niedrigeren Schmelzphase ausgefüllt wird, bevor ein wesentliches Schmelzen der schwerer schmelzenden antimonarmen Phase eintritt. Schließlich erreicht die Temperatur in der Nähe der Schweißzonenmitte den Schmelzpunkt der antiinonarmen Phase, welche dort verbleibt und ebenfalls zu schmelzen beginnt und die Verbindung der Fahnen-Extrudierteile endgültig herstellt. Die Zusammensetzung der Fahnenlegierung ist wichtig und muß so sein, daß eine ausreichende Menge der niedrigeren Schmelzphase geschaffen wird, um die in der öffnung zurückgelassenen leeren Räume unter den ausgeübten Kräften auszufüllen, bevor ein nennenswertes Schmelzen der bleireichen Phase vorhanden ist. Die Legierungsbestandteile müssen dies bewirken. Sie müssen so sein, daß die Härte der Bleilegierung in einem Bereich gehalten wird, in dem eine Kaltausbildung der vorstehenden Kontaktbereiche möglich ist. In Legierungen, die mehr als ca. 4,5% Antimon enthalten, scheint der Antimongehalt allein ausreichend zu sein, die erforderliche Härte und die Menge der antimonreichen Phase zu schaffen. Liegt jedoch der Antimongehalt im Bereich von ungefähr 2% bis ca. 4,5%, sind die Ergebnisse weniger zuverlässig bzw. zufriedenstellend und es wird demgemäß bevorzugt bei Legierungen mit derartigen Antimonverhältnissen in die Legierung gesteuerte Mengen von Zinn und Schwefel einzuschließen. Der Zinngehalt wird in dem Bereich von 0,03 bis weniger als ungefähr 03% Gewichtsanteilen gehalten (vorzugsweise ungefähr 0,2%). Der Schwefelgehalt sollte ausreichend sein, eine Kömchenverfeinerung nach dem Gießen zu bewirken, beträgt jedoch nicht mehr als 0,001 Gew.-%. Der Rest der Legierung ist »hauptsächlich Blei«, worunter zu verstehen ist, daß nicht nur reines Blei enthalten ist, sondern auch Kombinationen von Blei mit anderen Zusätzen bzw. Bestandteilen vorhanden sind, die normalerweise in verschiedenen Verhältnissen bei Blei-Antimon-Legierungen zur Herstellung von Batterien anzutreffen sind. Typischerweioe könnten Kupfer, Eisen, Nickel, Silber, Wismuth, Zink und Cadmium gewöhnlicherweise mit Werten von weniger als ungefähr 0,1 Gew.-% und Arsen bis zu ca. 03% eingeschlossen sein.

Das stufenweise Schmelzen durch das Hochziehen erzeugt nicht einen ebenso hohen Flüssigkeitsdruck in der Öffnung, wie dies der Fall sein würde, wenn ein ini wesentlichen gleichzeitiges Schmelzen der Fahnen-Extrudierteile vorhanden ist. Folglich neigt das Metall nur gering dazu, aus der öffnung bei den Kräften zu spritzen, welche für nicht leckende leerraumfreie Verbindungen erforderlich sind. Die Verwendung von Elektroden mit einer abnehmenden Kraftausübung während des Schweißens verringert weiterhin die Wahrscheinlichkeit eines Plätscherns bzw. Planschens, wie dies nachfolgend in Einzelheiten näher beschrieben

to ist.

Während das Fahnengußteil abkühlt, wird die Legierung in eine feinkörnige Struktur abgesondert, velche einen größeren Teil einer antimonarmen Phase mit einem hohen Schmelzpunkt (d. h. alpha-Mischkristall) und einen kleineren Teil einer antimonreiche: Phase mit einem niedrigeren Schmelzpunkt (Mischung aus alpha- und beta-Mischkristallen im eutektischen oder nahe dem eutektischen Verhältnis) aufweist, welcher über die gesamte antimonarme Phase verteilt ist. Die feinen Körner bzw. Kristalle der antimonreichen Phase erhärten die feste Legierung dergestalt, daß die Anfangskaltextrudierung einen Kontaktbereich nicht über 75% der Fläche der öffnung hervorruft, und schmelzen schnell, wenn deren Schmelzpunkt während des Schweißens erreicht ist. Das Schweißen folgt vorteilhafterweise kurz nach dem Gießen und bevor eine nennenswerte Zeithärtung der Legierung eintritt, da eine Zeithärtung eine andere Variable in das System einführt, für die eine Einstellung bzw. Abstimmung erforderlich wird.

Die Größe der Verbindung, welche zwischen der hochschmelzenden, antimonarmen Phase oder dem Mittelteil der Verbindung ausgebildet wird, wird als eine Anzeige für die Qualität der erzeugten Schweißstelle und für die Stabilität der Schweißzustände benützt. Die Größe dieser Verbindung wird nach einem Verdrehen des Leiters bis zu einem Bruch sichtbar, indem zuerst eine der Fahnen verankert und anschließend die andere Fahne in der Ebene der Trennwand gedreht wird, bis das Zwischenzeil-Verbindeteil bricht (siehe F i g. 8). Da die antimonarme Verbindung schwächer als die antimonreiche ist, tritt der Bruch im wesentlichen unveränderlich durch die bzw. in der schwachen Verbindung ein und dadurch wird diese in der Bruchebene freigelegt. Die freigelegte zerbrochene schwache Verbindung erscheint als eine entfernte Insel auf den Flächen des zerbrochenen Leiters. Diese Inseln der zerbrochenen schwach verbundenen Legierung werden nachfolgend als »Indikatorkerne« bezeichnet Die Newtonmeter-Zahl, weiche erforderlich ist um den Leiter bis zu einem Bruch zu drehen, zeigt die Stärke der Schweißstelle an. Eine kalte Schweißstelle (d. h. nicht genügend Wärmeenergie) liefert einen großen Indikatorkern. Derartige Verbindungen haben normalerweise Stärken von weniger als 5,64 Nm, und es weisen die Kerne einen Durchmesser auf, der größer als 0,762 cm ist wobei der Öffnungs/Verbindungs-Durchmesser 1,016 cm beträgt. Schweißstellen mit Indikatorkernen von weniger als 0,762 cm im Durchmesser sind annehmbar. Die Abwesenheit von Kernen zeigt an, daß die Schweißstellen entweder zu heiß und demzufolge an der Schwelle des Plätscherns sind oder einen nicht ausreichenden Elektrodendurchfluß haben, was zu porösen Schweißstellen führen kann. Unter porösen Schweißstellen wird

eine Verschweißung verstanden, welche bei einer Vakuum-Imprägnierungs-Behandlung (2 mm Hg über 3 min) mit einem fluoreszierenden öl und bei einer UV-Lichtbeobachtung der Bruchprobe keine wesentli-

ehe Durch- bzw. Eindringung des Öles in die Schweißzone zeigt Poröse Schweißstellen neigen dazu, eine/Verbindungsstelle zu schaffen, welche mit der Zeit korrodiert, wenn diese konstant bzw. ständig dem Batterieelektrolyten aasgesetzt sind. Von einem Prozeß-Kontroll- bzw. -Steuerungs-Standpunkt aus wird ein Indikatorkern mit einem Durchmesser von 0,254 cm als ein Bezugspunkt ausgewählt, von welchem Abweichungen gemacht werden können, um die Prozeßstabilität zu bestimmen. Mit anderen Worten wird das Verfahren bzw. der Prozeß so ausgerichtet, daß 0,254 cm-Kerne hergestellt werden, und es werden Abweichungen davon verwendet, um zu bestimmen, in weiche Richtung das Verfahren während des Verlaufs eines Durchgangs getrieben wird und wo Korrekturen vorgenommen werden sollten. Die Schweißstellen mit den 0,254 cm-Kemen weisen kurz nach dem Schweißen eine Drehmomentstärke von ungefähr 8,47 Nm auf. Dieses wird sich natürlich verändern, was von der genauen Zusammensetzung der Legierung abhängig ist, welche verwendet wird, um die Verbindung herzustellen und die Größe der Zeithärtung festzulegen, welcher die Legierung nach dem Schweißen ausgesetzt ist Befindet sich die Kerngröße außerhalb des Kontroll- bzw. Steuerbereiches von 0,254—0,762 cm müssen ein oder mehrere Schweißzustände eingestellt werden, um das Verfahren wieder in die richtige Richtung zu lenken. Offensichtlich könnte man Kerne erhalten, die kleiner als 0,254 cm sind, und noch sehr gute Schweißstellen haben, dies bedeutet jedoch, daß das Verfahren entweder sich einem Heißschweiß-Zustand nähert oder eine Verminderung der Elektrodenansprechzeit erfährt, was sofort korrigiert werden sollte, bevor eine Anzahl von Batterien nachfolgend mit verminderter Qualität zusammengebaut werden. Da die Schweiß- und Klemmkräfte größtenteils in der Maschine aufgebaut werden und beschwerlich einzustellen sind, können die Kerngrößen dadurch gesteuert werden, daß nur die elektrischen Stromvariablen variiert werden. Beispielsweise können die Kerne in der Größe deutlich verringert werden (z, B. von einem Durchmesser von 0,762 cm), indem lediglich der Maximalstrom erhöht wird, oder es können die Kerne geringfügig in der Größe verringert werden, indem der Anfangsstrom heraufgesetzt wird. Auf ähnliche Weise können die Kerngrößen deutlich in der Größe erhöht werden, indem der Maximalstrom verringert wird, und es können die Kerngrößen geringfügig in der Größe erhöht werden, indem der Minimalstrom verringert wird.

Es wurde herausgefunden, daß brauchbare Kerne mit den meisten Blei-Antimon-Legierungen erzeugt werden können, welche mehr als ungefähr 4,5% Antimon aufweisen, aber bei denjenigen mit einem Antimongehalt von ungefähr 2 bis 4,5% werden brauchbare Indikatorkerne nur erzeugt, wenn der Zinn- und Schwefelgehalt in den vorstehend beschriebenen Bereichen gesteuert wird. In diesem Zusammenhang wurde beobachtet, daß die Kerne, welche bei einer Extrudierungs-Verschmelzungs-Verschweißung erzeugt werden, nicht nur durch die Schweißzustände beeinträchtigt werden, sondern auch ganz erheblich durch die Zusammensetzung der Legierung. Es wurde beobachtet, daß beispielsweise dann, wenn der Schwefel- und Zinngchalt einer 2 bis 4,5%igen Pb-Sb-Legierung nicht gesteuert wird, die Kerngröße unabhängig von den Schweißzuständen variiert und dadurch eine Kernberechnungstechnik wertlos macht, was eine aussagekräftige Schweißzustandanzeige betrifft Es wurde herausgefunden, daß durch Steuern des Schwefel- und Zinngehaltes innerhalb der spezifizierten engen Bereiche und Verschweißen der Teile durch das vorstehend beschriebene >Hochziehen« des Stromes und schnellansprechende Elektroden Indikatorkerne erzeugt werden, welche abhängig von den Schweißzuständen sind und somit ein zuverlässiger Maßstab zur Bestimmung der Schweißzustands-Stabilität sind. Neben den Flüssigkeitsgrad-Vorteilen erscheint das Zinn gerade die richtige Größe einer Härte zu schaffen, um wiederholt ungefähr di? gleiche Größe von Schweißextrudierteilen und von Kontaktwiderständen zwischen den Extrudierteilen zu erzeugen, während der Schwefel is hauptsächlich die Korngrößenverfeinerung zu verteilen scheint

Sowohl Zinn als auch Schwefel werden normalerweise in den meisten Blei-Antimon-Legierungen zur Verwendung in Batterien angetroffen, jedoch nicht mit gesteuerten bzw. kontrollierten Pegeln, wie dies vorstehend beschrieben ist Den Batteriegittergußlegierungen wurde somit zweckmäßigerweise Zinn in Mengen bis zu 1% hinzugefügt, um den Flüssigkeitsgrad der Schmelze zu erhöhen und um eine Gußtiegelverschlackung durch Oxidieren zu einem nassen und dicken zinnreichen Oxid reduzieren zu helfen, welches oben auf der Schmelze schwimmt und den Tiegel gegen Oxidation abdichtet Auf ähnliche Weise wird oftmals Schwefel in dem Blei zur Herstellung von Batterien angetroffen und gewöhnlich als eine Verunreinigung eingereiht welche eine Sprödigkeit verursacht Dieser ist im Blei bis ungefähr 0,0001% löslich, wobei er außerhalb dieses Bereiches dazu neigt, kornbildende Sulfidkerne auszubilden. Schwefel verbessert ähnlich wie Zinn den Flüssigkeitsgrad der Schmelze und bildet eine Oxidationsschranke in dem Gußtiegel.

Die Blei-Antimon-Legierung mit obigem Zinn- und Schwefel-Verhältnissen bietet besondere Vorteile bei der Auf-Band-Guß-Version des Gießvorganges (d. h. wo die Bänder direkt auf bzw. an die Platte gegossen werden). Alle Auf-Band-Guß-Verfahren benützen entweder zentrale Haltetiegel und entfernte Sammelleitungen oder Haltebehälter mit Dosierventilen oder Versetzungsgewichten, um ein genaues Bleivolumen in eine Bandgießform zu leiten. Diese Genauigkeit gewährleistet einen guten Wärmeausgleich des Systems und eine gute Verschmelzung der Gußbänder mit den Gitterfahnen ohne Schmelzen der Plattenfahnen. Ein Problem bei derartigen Blei-Dosiervorrichtungen ist, so daß diese einer Korrosion herrührend von dem geschmolzenen Blei ausgesetzt sind und daß Metalloxide zum Beschichten und Ansammeln auf Verteilteilen, Öffnungen und Oberflächen neigen, wodurch eine Veränderung in der Größe bewirkt wird und rauhe Oberflächen entstehen, was die Genauigkeit der verteilten Menge ernsthaft beeinträchtigt. Die Zinn- und Schwefelmengen tragen zu dieser Verschlechterung in der Verteilgenauigkeit bei und bilden eine reaktive Oberflächenschlacke, wenn diese Mengen aus Zinn- und Schwefelpegeln hergestellt werden, welche normalerweise in der Batterie-Industrie Verwendung finden, wobei die Schlacke das Ansammlungsproblem bei einer Abmeßeinrichtung erschwert, obgleich diese zum Abdichten der Gußtiegel geeignet ist. Durch Begrenzung des Schwefelgehaltes auf ein Maximum von 0,001% (vorzugsweise 0,0003—0,0007%) wird die Oxidansammlung auf den Verteilteilen minimiert. Wird der Zinngehalt bis auf 0,3% maximal gehalten, ist

ebenfalls die Korrosionswirkung des Bleis auf die Ventilmäterialien nicht annähernd so'groß, und das klebrige Zinnoxid sammelt sich nicht in nennenswerter Weise auf der Meßeinrichtung an, um ihren genauen Betrieb zu verhindern.

Die Verbindung eines Schweißens durch »Hochziehen« mit Blei-Antimon-Legierungen, welche mindestens ca. 2% Sb aufweisen, und die Verwendung von schnellansprechenden Schweißelektroden hat zur Folge, daß Schweißstellen erzeugt werden, welche im wesentlichen ohne Leerraum sind und hohe Kräfte aufweisen (d. h. über ungefähr 5,64 Nm). Dies'resultiert offensichtlich aus der Umverteilung des Antimon in der öffnung, was während des Schweißens geschieht'Wie gezeigt, wandert das niedrigschmelzende antimonreiche Blei zur Außenseite der Schweißzone unmittelbar beim Schmelzen, wo es einen Metallring bildet, der stärker ist als die antimonarme Mitte. Dieser Ring weist nicht nur ein stärkeres Material auf, sondern nimmt auch einen wesentlichen Teil der Querschnittsfläche der Schweißstelle und, was noch wichtiger ist, des Bereiches ein, welcher der größten Beanspruchung, im Gebrauch ausgesetzt ist Darüber hinaus weist die antimonarme Mitte einen höheren Schmelzpunkt als der antimonreiche äußere Ring auf. und- somit eine gerichtete Erstarrung von der Mitte der Schweißstelle radial nach außen — was genau die Umkehrung d^s Ergebnisses ist, wenn keine Umverteilung von Antimon stattfindet Diese Richtungserstarrung trägt in bedeutender Weise zu dem leerraumfreien Aufbau des Zwischenzellen-Verbindeteiles bei, welches durch dieses Verfahren erzeugt wird, während keine Schrumpfungsrisse oder Leerstellen in der Mitte der Schweißstell«.. eingeschlossen werden, um sie zu schwächen oder um einen Platz zu schaffen für ein zukünftiges Versagei. infolge von Korrosion. Ein weiterer Vorteil ist, daß nur das antimonreiche Metall mit dem niedrigeren Schmelzpunkt die Öffnungswand berührt mit der Folge eines geringeren Hitzeverzugs der Wand während des Schweißens.. Dies, ist ein besonderer-Vorteil in den Situationen, in welchen eine ernste Fehlausrichtung der Elektroden bezüglich der öffnung gegeben ist, da das plastische Material nur eine geringe Neigung zeigt, in die Öffnung zu spritzen. Schließlich hat der antimonreiche Ring mit dem niedrigeren Schmelzpunkt eine geringe Tendenz, Metall von der Fahne an den-Rändern der Öffnung zu lösen mit der Folge, daß die Tendenz sehr gering ist, daß ein Bleiplätschern oder," eine Bleiexpulsion bzw. -Vertreibung längs der Trennwand-Fahnen-Zwischenfläche eintritt. ■■>,.''.

Die Art, wie die Kraft auf die Elektroden und folglich auf die Fahnen ausgeübt wird, ist eine wesentliche Variable bei diesem Verfahren.

Die Kraft sollte sofort und konstant ausgeübt werden, um der Bleimobilität zu folgen, während die Fahne ihre verschiedenen physikalischen Zustandsänderungen durchläuft, d. h. das Erweichen, das erste und das zweite Schmelzstadium. Ohne sie wird die antimonreiche Legierung nicht schnell zur Trennwand bewegt, bevor das antimonarme Material schmilzt. Diese erforderliche, unmittelbare Verfügbarkeit einer Kraft wird nicht durch einen konventionellen pneumatischen oder hydraulischen Zylinder allein geschaffen, da eine Momentanverzögerung zwischen Elektrodenbewegung als Folge des Nachgebens der Fahne und des Wiederaufbaus des Drucks in dem Zylinder vorhanden ist. Wenn diese physikalischen Änderungen gerade eintreten, hat bei den wenigen Zyklen (60 Zyklen pro Sekunde) gerade ein momentaner Verlust einer wesentlichen Elektrodenkraft Schweißstellen geringer Qualität zur Folge. Man fand heraus, daß der Einbau von Federn wie beispielsweise Tellerfedern (oder Urethan-Polster) zwischen dem hydraulischen Zylinder und den Schweißelektroden den erforderlichen schnellansprechenden Elektrodendurchlauf schaffen. Diese Federn werden nachfolgend als Kraft-Durchlauf-Federn bezeichnet Die Verwendung von Tellerfedern wird bevorzugt, da

ίο diese eine flachere Feder-Raten-Kurve über die hier umfassenden Strecken aufweisen. Die präzise Größe bzw. Menge der für jede Ausübung erforderlichen Kraft verändert sich mit der Zusanunensetzung und dem Alter des Bleis, der Größe der öffnung, der Größe der Extrudier-Elektrode und der Größe bzw. Menge des Stromes und des Hochziehens, welches gerade angewendet wird. Allgemein läßt sich dennoch sagen, daß eine zu kleine Kraft Porosität oder leere Räume verursachen kann, durch welche der Elektrolyt von einer Zelle zur nächsten gelangen kann und daß eine zu große Kraft die Teile und die Werkzeuge zerstören kann. Um Leiter herzustellen, welche dieses System verwenden, ist das System zu der Zeit, in der das Anfangs-Kaltextrudieren durchgeführt ist, »verschlos sen« und die gesamte nachfolgende Kraft, welche auf die Klemmen und die Elektroden ausgeübt wird, stammt von den Kraftübertragungsfedern, welche während des Verschließens zusammengedrückt werden. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform gemäß Zeichnung sind die Klemmglieder Urethan-Polster, welche die Elektroden umschließen, die sich während des Verschließens und des anschließenden Durchlaufs der Elektroden zusammendrücken und eine Gegenkraft gegen die Kraftübertragungsfedern ausüben, welche zunimmt, während sich die Kraftübertragungsfedern ausdehnen. Der Endeffekt ist, daß die Klemmkraft zunimmt und die Elektrodenkraft abnimmt, während die Elektroden sich aufeinander zu bewegen und rasch den physikalischen Änderungen in den' Extrudierteilen folgen. Dies gestattet eine höhere Klemmkraft auf die Fahnen und eine verringerte hydraulische Kraft auf das geschmolzene Metall, welches dann wieder die Wahrscheinlichkeit eines Plätscherns oder Ausblasens herabsetzt. Während des Schweißens stammt die Kraft auf die Teile aus zwei Quellen, den Kraftübertragungsfedern und der Kraft, welche durch die Klemmeinrichtung ausgeübt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Werkzeugeinrichtung zur Durchführung der Erfindung ist die Klemmeinrichtung mit den Elektro denhahern befestigt und besteht selbst aus federvorge spannten Gliedern, welche die Schweißelektrode umschließen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer Werkzeugeinrichtung ist die Klemmeinrichtung ein Block oder Polster aus zusammendrück- barem Polyurethan hoher Dichte. Die Klemmkräfte müssen lediglich ausreichend sein, ein Bleiplätschern oder eine Expulsion bei einem gegebenen Strom zu verhindern. Im allgemeinen nimmt die benötigte Kraft zu, während der Schweißstrom ansteigt. In dem bevorzugten System, welches Kraftübertragungsfedern und zusammendrückbare, die Elektrode umschließende Klemmfedern aufweist, muß die Stärke der Kraftübertragungsfedern die der Klemmfedern genügend überschreiten, um die Gegenkraft zu überwinden, welche

durch die Klemmfedern ausgeübt wird. Bei dieser Verbindung zeigt die Praxis, daß die Kraftübertragungsfedern in der Lage sein sollten, mindestens die vierfache Kruft der Klemmfedern und bevorzugterweise minde-

stens die sechsfache Kraft auszuüben, gemessen bei der Schweißpistole in einem geschlossenen oder verschlossenen Zustand Man hat beobachtet, daß hohe Durchlaufkräfte eine Porösität (d h. leckende Leerstellen) unterstützen und mehr elektrische Energie bei vergleichbaren Schweißstellen benötigen und daß niedrigere Durchlaufkräfte eine geringere Klemmkraft und wenige Energie bei vergleichbaren Schweißstellen erfordern.
Bei dem am meisten bevorzugten System mit einem

Urethan-Polster als Klemmeinrichtung hat man beobachtet, daß das Verhältnis zwischen der Größe der Elektrode und der Größe der Öffnung wichtig ist, hauptsächlich namentlich einer Minimierung eines Gehäuseverzugs oder Distorsion. Diese Beziehung beeinträchtigt ebenfalls die Qualität der Schweißstelle, und beträgt das Verhältnis des Elektrodendup"hmessers zu dem Lochdurchmesser weniger als ca. 0,62 oder mehr als 0,78, ist der Wandverzug unannehmbar oder es treten schwache Schweißstellen ein.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von flüssigkeitsdichten Verbindungen zwischen Plattengruppen in benachbarten Zellen einer elektrischen Blei-Säure-Speicherbatterie durch eine Öffnung in einer die Zellen voneinander trennenden, nichtleitenden Wand, bei welchem die Plattenfahnen aus einer Blei-Antimon-Legierung durch eine Klemmeinrichtung von beiden Seiten gegen die Zellzwischenwand gedrückt, das Fahnenmetall durch zwei aufeinander zu bewegbare Schweißelektroden in die Öffnung extrudiert nach Bildung eines entsprechenden Kontakts zwischen den in die Öffnung extrudierten Fahnenabschnitten Schweißstrom unter Beibehaltung der Klemmkraft und des Extrusionsdrucks zum Schweißen des Fahnenmetalls durch das extrudierte Metall geleitet wird und die Verfestigung der Schweißverbindung beim Abkühlen unter Beibehaltung der Xlemmkraft und des Extrusionsdruckes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ais Metall für die Fahnen eine untereutektische Blei-Antimon-Legierung mit mindestens 2% Antimon und einem größeren Anteil einer antimonarmen Phase sowie einem geringeren Anteil einer antimonreichen Phase verwendet wird, daß mit dem Aufbringen des Extrudierdruckes das Fahnenmetall durch die Elektroden in die öffnung bis zu einem anfänglichen Kontaktbereich von 15% bis 75% des Öffnungsquerschnittes extrudiert und hinter den Elektroden eine rasch aufbrauchbare potentielle Energie gespeichert wird, um unmittelbar auf eine Verringerung des Strömungswiderstandes der Extrudierabschnitte des Fahr-enmetalls einen schnellen Materialfluß des extrudierten Fahnenmetalls zu bewirken, daß ein alimählich ansteigender Strom durch die Elektroden geleitet wird, derart, daß das extrudierte Fahnenmetail stufenweise physikalisch umgewandelt wird, indem zuerst das extrudierte Fahnenmetail vor dem Verschmelzen erweicht, dann die antimonreiche Phase und schließlich die antimonarme Phase der Legierung im Kontaktbereich geschmolzen wird, wobei während der Umwandlungen die gespeicherte potentielle Energie unter kontinuierlicher Aufbringung eines ausreichenden Elektrodendrucks auf das extrudierte Fahnenmetall aufgebraucht wird, um die geschmolzene antimonreiche Phase aus dem zentralen Kontaktbereich nach außen gegen die Öffnungswandung vor einem wesentlichen Schmelzen der antimonarmen Phase unter Bildung eines das antimonarme Zentrum der Verbindung umgebenden antimonreichen Ringes zu verdrängen, und daß die Verfestigung unter radialer Erstarrung vom Zentrum der Verbindung nach außen hin durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahnen aus einer Bleilegierung gegossen werden, welche aus 2 bis 4,5Gew.-% Antimon, mindestens 0,03 und weniger als 0,3 Gew.-% Zinn und weniger als O₁OOi Gew.-°/o Schwefel besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkraft auf die Fahnen erhöht und der Druck auf die Fahnen-Extrudierteile vermindert werden, während der elektrische Strom durch die Fahnen-Extrudierteile fließt und die Fahnen-Extrudierteile das Erweichungs-, das antimonreiche Bleischmelz- und das antimonarme Bleischmelz-Stadium durchlaufen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Wirksamkeit der Schweißstellen durch probeweise Verdrehung der Zwischen-Zellenverbindung in der Ebene der Wand bis die Verbindung bricht überwacht wird, daß die antimonreichen und antimonarmen Bruchbereiche mit akzeptablen Parametern verglichen we, den, und daß die Betriebszustände erforderlichenfalls eingestellt werden, um geschweißte Verbindungen der geforderten Qualität zu erhalten.

5. Vorrichtung zur Herstellung von flüssigkeitsdichten Verbindungen zwischen Plattengruppen in benachbarten Zellen einer elektrischen Blei-Säure-Speicherbatterie durch eine Öffnung in einer die Zellen trennenden, nicht-leitenden Wand, mit einer Schweißpistole, die ein Paar einander gegenüberliegend angeordnete, relativ zueinander bewegbare und im wesentlichen zylindrische Elektroden aufweist welche an eine elektrische Stromquelle anschließbar und durch eine auf die Fahnen einwirkende Klemmeinrichtung umgeben sind, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis der auf das Fahnenmetall einwirkenden E!ektrodenstirnflächen mit der öffnung (40), etwa 0,62 bis 0,78 beträgt daß die Klemmeinrichtung (32) zusammendrückbar und dabei eine Klemmkraft auf die Fahnen (33)

jo aufbringend ausgebildet ist, und daß hinter den Elektroden (6) eine Einrichtung (26) zum Speichern von rasch verwendbarer potentieller Energie angeordnet ist welche auf die Elektroden einwirkt und die gespeicherte Energie an die Elektroden während

r< der Stromdurchleitung freigibt

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die zusammendrückbare Fahnen-Klemmeinrichtung ein Polster (32) aus einem Polyurethan-Material hoher Dichte aufweist, welches jede der Elektroden (6) umschließt, wobei die Polster in einen Eingriff mit den Fahnen (33) bringbar sind, um diese gegen die Wand während des Extrudierens und Schmelzens zu klemmen.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Elektrodenhalter (8) Gleitteile (12) aufweisen, und eine geradlinige Bewegung der Halter zueinander und voneinander weg zu bewirken.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennji) zeichnet daß ein Paar von Hebelarmen (16) an deren einen Enden in einen Eingriff mit den Gleitteilen (12) bringbar sind, um diese zueinander und voneinander weg bewegen zu können, und an deren anderen Enden an eine Energiequelle (24) anschließbar sind,

3') daß die Hebel auf einem steifen Stützrahmen (21) zwischen den Enden der Hebel schwenkbar befestigt (18) sind, daß die Hebel (16) ein Kniegelenk (20, 22, 23) zwischen ihren anderen Enden aufweisen und dieses mit diesen verbunden ist, und daß jeder Arm

w) (20) des Kniegelenkes eine Feder (26) aufweist, welche bei einer Kraftausübung auf die Hebelarme durch das Kniegelenk zusammengedrückt werden kann, so daß rasch zu Verfügung stehende potentielle Energie hinter den Elektroden zwecks

""> Freigabe zu den Elektroden während des dort hindurchfließenden Schweißstromes gespeichert wird.