DE2455747A1 - Plattenblock fuer elektrische akkumulatoren - Google Patents

Plattenblock fuer elektrische akkumulatoren

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DE2455747A1 DE19742455747 DE2455747A DE2455747A1 DE 2455747 A1 DE2455747 A1 DE 2455747A1 DE 19742455747 DE19742455747 DE 19742455747 DE 2455747 A DE2455747 A DE 2455747A DE 2455747 A1 DE2455747 A1 DE 2455747A1
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Description

Reg.-Nr. KP 3&&-®m Ö23.1 Kelkheim, den 2T. Nov. 1972*
EAP-Ksr/s chm.
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Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover, Stockener Str. 351
Plattenblock für elektrische Akkumulatoren
Gegenstand der Erfindung ist ein Plattenblock für elektrische Akkumulatoren mit Elektrodenplatten,, die einen aus Kunststoff bestehenden äußeren Rahmen besitzen.
Akkumulatoren bestehen im allgemeinen im wesentIiche^ aus einem Gehäuse mit darin angeordneten positiven und negativen Elektrodenplatten, zwischen denen Separatoren angeordnet sind. Die Plattenblöcke stehen im Gehäuse auf Prismen auf, die die Schlammraumhöhe am Boden des Gehäuses bestimmen. Über den Plattenoberkanten befindet sich je nach Verwendungszweck der Akkumulatoren ein mehr oder weniger großer Elektrolyt— und Gasraum.
Die einzelnen gleichpoligen Elektrodenplatten sind durch Polbrücken bzw. durch ein Plattenjoch verbunden, an welchem der jeweilige Polbolzen angeordnet ist, der durch den Zellendeckel geführt ist. ;
Die Leistungsfähigkeit eines Akkumulators wird wesentlich durch die Bauart seiner Platten; bestimmt. Bei Bleiakkumulatoren werden beispielsweise Röhrchenplatten, Gitterplatten und Kastenplatten verwendet. Bei der konstruktiven Ausführung der Akkumulatoren ist man bestrebt, das Plattengewicht* welches beim Bleiakkumulator im wesentlichen vom Bleigewicht bestimmt wird, möglichst gering zu halten, um das LeistungsgewichtsverhäXtnis günstig zu gestalten. Bei sämtlichen Ausführungsformen von Elektrodenplatten, besonders Gitter-, Panzer- oder Röhrchenplatten, sind aufgrund der verschie-
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denen Kapazitäten, die benötigt werden, verschiedenartige Gehäusegrößen erforderlich.
Neben diesen Plattenformen sind auch Elektrodenplatten bekannt y welche zumindest in ihren tragenden Bestandteilen aus Kunststoff bestehen. Beispielsweise ist in der deutschen Patentanmeldung 23 05 309 eine Elektrodenplatte beschrieben, die aus einem Bleigitter mit parallel-verlaufen— den Bleistäben besteht, welche in der Mitte von durch Stege eines Kunststoffgitters gebildeten, die aktive Masse aufnehmenden. Hohlräumen arretiert sind* Durch die Verwendung von Kunststoff für das Gitter und durch Verwendung von Vliesen aus Glas- oder Kunststoff material, die die Flächen der Platten abdecken, wird eine besonders leichte Plattenkonstruktion und demzufolge ein leichter. Akkumulator geschaffen. Jedoch erfordert ein Aufbau eines Akkumulators in konventioneller Weise ebenfalls verschiedenste Gehäuse— konstrukt ionen und eine Vielzahl von Arbeitsgängen beim Zusammentragen der Platten zu einem Plattenblock. Dieser Plattenblock maß dann durch besondere Haltemittel gehalten werden und nach weiteren Behandlungs stufen in einem Gehäuse eingesetzt werden. Je nach verlangter Kapazität milss&n unterschiedliche Zellengehäuse, verschieden große Plattenseparatoren und die übrigen Bestandteile der Zelle hergestellt werden. ,
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Plattenblock für elektrische Akkumulatoren zu schaffen, der nach der Zusammenstellung direkt in ein Gehäuse einsetzbar ist und als Akkumulator seine Funktionen erfüllen kann bzw. der nach seinem Zusammenbau als mechanisch festes Paket In der Fertigung weiter verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Außenabmessungen der Kunststoff rahmen der positiven und negativen Elektrodenplatten gleich sind und die Elektrodenplatten formschlüssig zu einem Stapel aufeinandergeschichtet
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sind, der eine zumindest an den Breitseiten der Platten geschlossene Oberfläche besitzt und in ein Zellengefäß einsetzbar oder mit einer elektrolytdichten Umhüllung überziehbar ist. ■'
Besonders vorteilhaft ist es, die Rahmen sowohl der positiven Platten als auch der negativen Platten an beiden Breitseiten mit Verlangerungsstegen zu versehen, die die Plattenfahnen überragen bzw. die Polbrücken überragen. Diese Verlängerungsstege ergeben nach dem Zusammenstapeln des Plattenblockes den Elektrolytraum oberhalb der Elektrodenplatten, der dann nur noch durch einen Deckel verschlossen werden muß.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, die Rahmen der positiven und negativen Platten auch an der Unterseite mit einem zusätzlichen geschlossenen Rahmenteil zu versehen, welcher bei gestapeltem Plattenblock den Schlammraum der Zelle bildet.
Zwischen positiven und negativen Platten können Abstandshalter angeordnet werden, deren Rahmen ebenfalls mit den Rahmen der Elektroden formgleich sind. Als Abstandshalter sind insbesondere Wellseparatoren geeignet.
ν im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 8 näher erläutert.
Dabei zeigt Figur 1 das Prinzip einer im erfindungsgemäßen Plattenblock verwendbaren Xastenplatte.
Figur 2 das Prinzip einer weiteren verbesserten Ausführungsform einer solchen Kastenplatte, wobei Figur 3 das Unterteil dieser Platte darstellt.
Die Figuren U und 5 zeigen einen Abstandshalter mit Separation, welcher zwischen positiven und negativen Elektrodenplatten angeordnet werden kann. ' Figur 6 zeigt einen mit dem erfindungsgemäßen Plattenblock aufgebauten Akkumulator im Querschnitt.
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- 4- 2 A 5 5 7 A
Figur 7 zeigt den gleichen ««Akkumulator im Längsschnitt. Figur δ zeigt einen Schnitt durch diesen Akkumulator senkrecht zur Ebene der Akkumulatorenplatten.
In Figur 1 ist eine Elektrodenplatte dargestellt, die beispielsweise in wesentlichen Merkmalen der Elektrodenplatte entspricht, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 23 05 309 dargestellt ist. Prinzipiell sind auch Elektrodenplatten anderen Aufbaus verwendbar; wesentlich 1st der umgebende Kunststoffrahmen. Dabei besitzt die Elektrodenplatte zur Stromableitung dienende Bleiseelen 6, welche mit der Plattenfahne 5 in Verbindung stehen. Der Rahmen, dessen Breitseiten mit 1 bezeichnet sind, ist aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyäthylen oder Polypropylen. Er besitzt einen oberen Steg 3 und einen unteren Steg 2. Die Abdeckung der in den Hohlräumen der Platten enthaltenen aktiven Masse erfolgt durch die beispielsweise aus einem Kunststoff- oder Glasvlies bestehenden Matten h, die beidseitig die Fläche der Platten abdecken. Diese Abdeckmatten können so ausgebildet sein, daß sie neben ihrer Abdeckfunktion auch die Funktion eines Separators erfüllen, so daß ein besonderer Separator zwischen den Elektrodenplatten verschiedener Polarität nicht notwendig ist. Diese Platten werden nach Füllung mit der aktiven Masse, die der Jeweiligen Polarität zugeordnet ist, zu einem Plattenblock Nzusammengestapelt, wie dies später noch erläutert wird.
Die Vliese sind zweckmäßigerweise im Kunststoffrahmen 1 vertieft angeordnet, so daß eine leichtere Verbindung des Kunststoffrahmens mit dem Rahmen benachbarter Platten möglich ist.
Eine weitere verbesserte Ausführungsform einer Platte zum Aufbau eines Plattenblockes ist in Figur 2 und Figur 3 dargestellt. Erfindungsgemäß sind die Längsseiten 1 des Kunststoffrahmens nach oben verlängert und die Verlängerungsetege 7 bilden einen über die Platten hinausragenden U-för-
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migen Rahmen. Ebenso ist ag den unteren Bereich des Kunststoffrahmens ein geschlossener Rahmen 8 angearbeitet. Dieser geschlossene Rahmen δ ergibt später den Schlammraum 9 der aufeinandergestapelten Platten. Der mit aktiver Masse gefüllte Bereich der Platte ist durch die Verbindungsstege 2 und 3 abgegrenzt. Insbesondere die oberen Rahmenteile 7 können.beliebig hoch gehalten werden, so daß sich ein beliebig großes Elektrolytreservoir der Zelle ergibt.
Nach dem Aufeinanderstapeln von positiven und negativen Elektrodenplatten sowie Abstandshaltern mit Rahmen ergibt sich ein erfindüngsgemäßer Plattenblock, welcher einen geschlossenen Schlammraum 9 besitzt, der durch die Teile 8 gebildet ist, und welcher oberhalb der Platten einen durch die Teile 7 gebildeten Elektrolyt- bzw. Gasraum besitzt, der mit einem Deckel verschlossen wird.
Die in Figur 2 und 3 dargestellten Elektrodenplatten sind ebenfalls, wie die Elektrodenplatte der Figur 1, beidseitig mit einem Material abgedeckt, welches zumindest eine mechanische Halterung der aktiven Masse gewährleistet. Falls dieses Material darüberhinaus auch die Funktion eines Separators ermöglicht, so werden keine zusätzlichen Separatoren zwischen den positiven und negativen Elektrodenplatten benötigt und ein Abstandshalter zwischen den Platten ist ausreichend. .
Zwischen positiven und negativen Elektrodenplatten sind Abstandshalter angeordnet. Diese Abstandshalter, die in Figur 4 und 5 dargestellt sind, bestehen aus einem einfachen Kunststoffrahmen1, der die gleichen Abmessungen wie die Kunststoffrahmen der Elektrodenplatten besitzt, und welcher einen möglichst an vielen Stellen auf den Elektroden anliegenden als Abstandshalter dienenden Einsatz, beispielsweise einen Wellseparator 11 enthält. Auch der Kunststoffrahmen 1 des Abstandshalters besitzt erfindungsgemäß an seinen Breitseiten verlängerte Stege 7, weiche den Elektrolyt- und
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Gasraum der Zelle bilden, und sein unterer» Bereich ist mit dem Zusatzraum 8 bzw., 9 versehen. Die Verbindungsstege 2a und 3a» dl® den Verbindungsstegen 2 und 3 der Elektrodenplatte entsprechen, sind mit Öffnungen tO versehen, welche den Elektrolytaustausch ermöglichen. Diese Öffnungen können beispielsweise trichterförmig ausgestaltet sein. Xn diesem Rahmen kann zusätzlich und soweit notwendig auch ein üblicher Separator, insbesondere ein Wellseparator, welcher gleichzeitig Abstandshalterfunktion besitzt, angeordnet sein, wenn die Separatorwirkung der auf den Flächen der Elektrodenplatten angeordneten Vliese 4 nicht ausreicht.
Die einzelnen Elektrodenplatten besitzen im oberen Bereich einen Kunststoffüberzug 12 (Figur 2), der so ausgebildet ist, daß auch d±& Fahne möglichst weitgehend abgedeckt wird, so daß nur der obere Teil der Plattenfahne 5 freibleibt, an die die Plattenbrücke bzw. das Plattenjoch angeschweißt wird. Auch durch diese Maßnahme werden innere Kurzschlüsse des Akkumulators vermieden.
Figur 6 zeigt einen mit dem erfindungsgemäßen Plattenblock aufgebauten Akkumulator im Querschnitt. Figur 7 zeigt den gleichen Akkumulator im Längsschnitt und Figur 8 schließlich zeigt einen Schnitt durch diesen Akkumulator senkrecht zur Ebene der Elektrodenplatte. Wie aus Figur 6 ersichtlich, ^sind die Plattenfahnen 5 der Elektrodenplatten jeder Polarität mit Polbrücken verbunden, welche wiederum mit je einem Endpol 13 in Verbindung stehen, die durch den Zellendeckel geführt sind. Dieser Zellendeckel 14 ist auf die Verlängerungen 7 der Kunststoffrahmen 1 der Elektrodenplatten aufgesetzt und dort befestigt. Jm unteren Bereich der Zelle ist der Schlammraum 9 zu erkennen. Über das aus den zusammengestapelten Platten mit aufgesetztem Deckel bestehende Paket wird ein Gehäuse 15 aufgesetzt, welches vorzugsweise aus einem aufgeschrumpftem Kunststoff besteht. Da der Gehäusedeckel 14 doppelt abgesetzt ist, ist dieser aufgeschrumpfte Hantel am oberen Hand besonders gut abgedichtet.
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Mit 17 (Figur 8) sind Abstandshalter bezeichnet, deren Stege 2a bzw'. 3a mit Öffnungen 10 versehen sind, welche einen Elektrolytkreislauf ermöglichen. Diese Öffnungen sind insbesondere im Abstandshalter 17a zu erkennen, bei dem der Wellseparator 11 nicht eingezeichnet ist.
Weiterhin sind aus Figur 7 und Figur δ Endplatten 16 zu ersehen. Diese Endplatten, welche ebenfalls formgleich mit den Akkumulatorenplatten sind, werden beidseitig auf den Plattenblock aufgesetzt, der dann insbesondere durch Aufschrumpfen eines Kunststoffmantels flüssigkeits- und gasdicht verschlossen wird. Die Endplatten 16 entsprechen in ihrer Länge der Länge der vollständigen Elektrodenplatten, sie sind an ihrem oberen Ende mit Absätzen entsprechend den Absätzen der Stege 7 versehen, auf welchen der Deckel aufsitzt.
Gemäß Figur S besitzt ein erfindungsgemäßer Akkumulator eine auf den Plattenblock nachträglich aufgebrachte Umhüllung. An dieser Umhüllung liegen die Endplatten 16 an und es folgen negative Elektroden, Abstandshalter 17 init Separatoreinlage 18 und positive Elektroden in wechselnder Reihenfolge.
Wie schon oben erwähnt, werden mehrere der Kastenplatten, Ndie beispielsweise in Figur 1 und Figur 2 bzw. 3 dargestellt sind, zu einem Plattenblock zusammengestapelt. Zu diesem Zweck müssen die Kunststoffrahmen in dem Bereich, in dem die Rahmen benachbarter Platten zusammentreffen, eben sein. Die durch das beim Herstellen der Kastenplatten verwendete Spritz-Gieß-Verfahren erzielte Fertigungsgenauigkeit reicht im allgemeinen dazu aus, daß die Rahmenoberflächen eben genug sind, um sich dicht aufeinandersetzen zu lassen. Um die Elektrodenplatten mechanisch schon als Plattenblock fest miteinander zu verbinden, ist es insbesondere vorteilhaft, die Rahmen mit jeweils entsprechenden Erhöhungen und Vertiefungen zu versehen, die als
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Zentrierungsmittel beim Aufeinandersetzen dienen, so da/3 die Rahmen nut- und federartig ineinander greifen.
Weiterhin werden zum Zusammenbau insbesondere thermische Verfahren verwendet. Dabei werden beispielsweise die Ränder der Elektrodenplatten durch ein zwischengeschobenes Schweißschwert erhitzt und dann die Ränder benachbarter Elektrodenplatten aufeinandergelegt und angedrückt. Durch dieses in der Akkumulatorentechnik bei Verbindung von Deckel und Blockkasten geläufige sogenannte Spiegel-Schweiß-Verfahren wird eine besonders dichte Verbindung zwischen den einzelnen Elektrodenplatten bzw. Elektrodenplatten und Abstandshaltern erzielt.
Die Ränder der Platten können aber auch mit einem Anlöser, beispielsweise mit Ameisensäure, eingestrichen werden. Danach wird ein Kunststoffkleber aufgebracht und die Platten werden in der richtigen Reihenfolge mit Abstandshaltern bzw. Separatoren aufeinandergeschichtet. Die Endseiten des Plattenblockes erhalten eine Endabdeckung in Form einerKunststoffplatte und das gesamte Plattenpaket wird unter Druck gehalten, bis der Klebstoff ausgehärtet ist.
Eine weitere Verbindungsmöglichkeit besteht darin, die Einzelteile durch Ultra-Schall miteinander zu verschweißen. Bei diesem Verfahren werden die zu verbindenden Teile auf der einen Seite mit einer Nut und auf der anderen Seite mit einer korrespondierenden Kunststoffleiste bzw. einer Erhöhung versehen, so daß die Einzelteile leicht zusammengesteckt werden können. Die so zusammengesteckten Teile werden dann durch Einwirkung von Ultra-Schall verschweißt. Hierbei ist als Ferkstoff für den Plattenrahmen insbesondere Polystyrol geeignet.
Es ergibt sich somit schon nach dem Zusammenstapeln der Platten ein elektrolytdichter Plattenblock, dessen Wandungen von den Breitseiten 1 der Kunststoffrahmen der Platten sowie
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den Endplatten gebildet wird und der in manchen Fällen bereits eine ausreichende Festigkeit und Dichtigkeit besitzt, um nach Aufsetzung eines Deckels voll betriebssicher zu sein. Soweit notwendig, wird jedoch dieser Plattenblock in einen beliebigen Behälter, beispielsweise aus Kunststoff, eingesetzt oder er wird insbesondere mit einem aufgeschrumpften Kunststoffmantel versehen.
Das Verfahren zum Aufeinanderstapeln der verschiedenen Bestandteile des Plattenblockes kann leicht in Stapelmaschinen automatisiert werden. Ebenso kann der Schrumpfstoffmantel in automatisch arbeitenden Heißluftöfen aufgebracht werden. Es ist auf diese Weise insbesondere möglich, leicht die Gehäuseform den verschiedenen Größen der Elektroden anzupassen und damit die teuren aus Kunststoff bestehenden Gehäuse einzusparen, wobei insbesondere zu berücksichtigen" ist, daß die Formen zur Herstellung derartiger Kunststoffbehälter außerordentlich teuer sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Plattenblock ist es möglich, ein geringes Zellenvolumen und geringes Zellengewicht zu erzielen, ebenso werden die Herstellungskosten weitgehend gesenkt und insbesondere ist die Herstellung einer solchen Ausführungsform eines Plattenblockes weitgehend automatisierbar und kann damit in einer Massenfabrikation verwendet werden.
• - Patentansprüche -
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    (1. Plattenblock für elektrische Akkumulatoren mit Elektrodenplatten, die einen aus Kunststoff bestehenden äußeren Rahmen besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenabmessungen der positiven und negativen
    Elektrodenplatten gleich sind und die Elektrodenplatten formschlüssig zu einem Stapel aufeinandergeechichtet sind, der eine zumindest an den Breitseiten der Platten geschlossene Oberfläche besitzt und in ein Zellengefäß einsetzbar bzw. mit einer elektrolytdichten Umhüllung überziehbar ist.
  2. 2. Plattenblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen der positiven und negativen Elektrodenplatten an beiden Breitseiten mit VerlängerungsStegen versehen sind, die die Plattenfahnen bzw. die Polbrücken überragen.
  3. 3. Plattenblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen der positiven und negativen Elektrodenplatten an der Unterseite mit. einem zusätzlichen geschlossenen Rahmenteil versehen sind.
  4. 4. Plattenblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen positiven und negativen Elektrodenplatten Abstandshalter angeordnet sind, welche mit den Kunststoffrahmen der Elektrodenplatten formgleich sind.
  5. 5. Plattenblock nach Anspruch hs dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter Separatoren, vorzugsweise
    Wellseparatoren, enthalten.
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  6. 6. Plattenblock nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer mit den Elektrodenplatten formgleichen Kunststoffendplatte beidseitig abgedeckt ist.
  7. 7. Plattenblock nach einem der Ansprüche 1 bis.6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen der Elektrodenplatten bzw. Abstandshalter mittels nut- und federartiger Verbindungen zusammengefügt sind.
  8. 8. Plattenblock nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Elektrodenplatten bzw. Abstandshalter durch thermische Verschweißung miteinander verbunden sind.
    9· Plattenblock nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Deckel und mit einem aufgeschrumpftem Kunststoffüberzug versehen ist.
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