DE2726562A1

DE2726562A1 - Sekundaerbatterie bzw. sammler und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2726562A1
Application number: DE19772726562
Authority: DE
Inventors: Victor William Bast; Thomas John Dougherty
Original assignee: Globe Union Inc
Current assignee: Globe Union Inc
Priority date: 1975-12-10
Filing date: 1977-06-13
Publication date: 1978-12-21
Also published as: GB1574085A; US4029855A; AU2570477A; FR2394900A1; AU515244B2

Description

Henkel, Kern, Feiler fr Hänzel Patentanwälte

Möhlstraße 37 Globe Union Inc. D-8000München80

Milwaukee, Wise. ,V.St.A. Tel.:089/982085-87

Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

13. JUNi 1977

Sekundärbatterie bzw. Sammler und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Sekundärbatterien und betrifft insbesondere einen Blei/Säure-Sammler bzw. -Akkumulator mit durch die Trennwände verlaufenden Zellenverbindern.

In den letzten Jahren hat die Akkumulatorenindustrie einen Zellenverbinder für Sammler bzw. Akkumulatoren entwickelt, bei dem die elektrische Verbindung zwischen benachbarten Samialerplattenelementen in den einzelnen Sammlerzellen in Form elektrischer Anschlüsse durch die Sammlertrennwände hindurch hergestellt wird. Diese Zellenverbinderkonstruktion ist z.B. in den US-PSen 3 793 086, 3 869 316, 3 313 und 3 897 269 beschrieben. Die Zellenverbinder der genannten US-PSen sind grundsätzlich für Blei/Säure-Sammler zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen vorgesehen, bei denen eine Anzahl von Zellen vorgesehen ist, die jeweils mehrere, ein-

—2— Hz/rm

609861/0319

ander abwechselnd angeordnete negative und positive Sammlerplatten aufweisen. Die negativen Platten jeder Zelle sind mit abstehenden Anschluß-Fahnen versehen, die durch elektrisch leitende Verbinderstege miteinander verbunden sind. Ebenso weisen auch die positiven Platten jeder Zelle Anschluß-Bahnen auf, die ebenfalls durch Verbinderstege miteinander verbunden sind. Die die positiven und negativen Platten verbindenden Stege sind mit einem nach oben abstehenden Lappen bzw. einer Fahne versehen, wobei der Lappen bzw. die Fahne einer Gruppe positiver oder negativer Platten in einer Zelle auf den entsprechenden Lappen bzw. die Fahne der Gruppe von Platten entgegengesetzter Polarität in der benachbarten Zelle ausgerichtet ist. In der Zellentrennwand ist eine Öffnung vorgesehen, und die Fahnen sind durch die Trennwand hindurch miteinander verschweißt, so daß eine Verbindung durch die Öffnung hindurch hergestellt ist. Wie erwähnt, sind die Sammler gemäß den genannten US-PSen zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen vorgesehen, um Funktionen, wie Anlassen, Beleuchtung und Zündung, zu erfüllen. Üblicherweise enthalten derartige Sammler mindestens sieben, meist aber mehr Platten in jeder Zelle. Aus praktischen Gründen müssen in den Zellen Stege oder Bänder vorgesehen sein, um die Fahnen von Sammlerplatten gleicher Polarität miteinander zu verbinden. Während die CA-PS 873 522 einen Zellenverbinder für eine Anzahl von Sammlerplatten zeigt, bei dem mehrere Anschluß-Fahnen unmittelbar miteinander verschweißt sind, hat die Erfahrung gezeigt, daß eine solche Konstruktion für die Massenfertigung von Sammlern ungeeignet ist, weil das Zusammenschweißen der Fahnen mittels Widerstandsschweißung erfolgt, bei welcher durch den hohen Widerstand zwischen gegenüberliegenden oder nebeneinander befindlichen Bleielementen so viel Wärme erzeugt wird, daß die aneinander anliegenden Bleiteile angeschmolzen werden und das Blei zur

-3-

000851/0319

Hervorbringung einer Verschmelzung verflüssigt wird. Im Falle mehrerer Teile mit zwei oder mehr Grenzflächen erfolgt das Anschmelzen und Verschmelzen nicht immer an allen Grenzflächen zuverlässig, so daß fehlerhafte Verbindungen entstehen können. Es hat sich somit herausgestellt, daß zur Gewährleistung eines besonders günstigen Zusammenschweißens der Zellenverbinder nicht mehr als zwei Flächen miteinander verbunden werden sollten.

Die üblichen Blei/Säure-Sammler für Kraftfahrzeuge besitzen außerdem eine außerordentlich hohe Kapazität im Vergleich zu den Sammlern, die für das Anlassen kleiner Motoren, etwa von Aufsitzrasenmähern, Schneefrasen und dgl., erforderlich sind. Derartige Sammler weisen im allgemeinen unter Gewährleistung zufriedenstellender Leistung eine kleinere Zahl von Platten auf, als normalerweise in einem Sammler für Kraftfahrzeuge enthalten sind.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Sekundärbatterie bzw. eines Sammlers sowie eines Verfahrens, die ohne weiteres auf Massenfertigungsbasis realisierbar sind und bei denen weniger Material erforderlich ist als bei den bisherigen Fertigungstechniken.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeiclineten Maßnahmen und Merkmale gelöst.

Grundsätzlich bezieht sich die Erfindung auf eine Sekundärbatterie bzw. einen Sammler sowie auf ein Verfahren zu deren bzw. dessen Herstellung, bei welchem eine einzige positive und eine einzige negative Platte vorgesehen werden, die mit einer zwischengefügten, nicht-leitenden Separatorplatte gefaltet werden und von denen jede eine abstehende Anschluß-

-4-

609851/0319

Fahne aufweist, wobei ein gefaltetes Plattenpaar mit Separator ein Sammlerelement bildet. Die Anschluß-Fahne jeder Platte wird mit derjenigen einer Platte entgegengesetzter Polarität in einer benachbarten Sammlerzelle mittels einer abgedichteten Schweißverbindung durch eine Öffnung in der Trennwand hindurch verbunden. Die an den Enden des Sammlers angeordneten Platten werden mittels einer ähnlichen Schweißverbindung durch die Wände des Sammlergehäuses hindurch mit positiven und negativen Polklemmen verbunden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausftihrungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Sammlers mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß hergestellten Sammlerelements,

Fig. 3 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 einen in weiter vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 1,

Fig. 6 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines abgewandelten Sammlerelements gemäß der Erfindung und

-5-

009851/0319

Fig. 7 eine teilweise aufgeschnittene und weggebrochene perspektivische Darstellung eines Sammlers mit dem abgewandelten Sammlerelement gemäß Fig. 6.

Die Sekundärbatterie bzw. der Sammler 10 gemäß Fig. 1 weist ein äußeres Gehäuse 12 mit einem Deckel 13 auf, der auf übliche Weise mit einer Entlüftungskappe 14 zum Entlüften der im Sammler entwickelten Gase versehen sein kann. Der Sammler weist positive und negative Polklemmen 15 bzw. 16 auf.

Fig. 2 veranschaulicht ein Sammlerelement 20, wie es in jeder Zelle des Sammlers 10 vorhanden sein kann. Das Element

20 umfaßt eine positive Sammlerplatte 21, eine negative Sammlerplatte 22 und eine poröse, nicht-leitende Separatorplatte bzw. -lage 23. Die positive Platte 21 besteht aus einem Rahmen 2h und einem massiven, lotrecht verlaufenden Bleiabschnitt 25. Die längs einer durch den Abschnitt 25 verlaufenden lotrechten Mittellinie um-gefaltete Platte 21 enthält im Rahmen 24 ein übliches, leitfähiges Bleigitter, das mit Bleipaste überzogen ist. An der einen Hälfte der Platte

21 ist neben der Faltlinie eine nach oben abstehende Anschluß-Fahne 26 vorgesehen. Die negative Platte 22 kann ein ähnliches, mit Paste überzogenes, leitfähiges Gitter aufweisen. Die Platte 22 ist ebenfalls längs einer lotrechten Mittellinie eines massiven Abschnitts 27 gefaltet bzw. umgebogen und an der einen Hälfte in der Nähe der FaÄinie mit einer nach oben abstehenden Anschluß-Fahne 28 versehen. Die gefalteten Platten 21 und 22 sind unter Zwischenfügung des Separators 23 miteinander verschachtelt, wobei der Separator entsprechende FaItstellen besitzt, so daß er zwischen den benachbarten Plattenflächen eine durchgehende, nicht-leitende Trennwand bildet. Die Anschluß-Fahnen 26 und

-6-

606851/0319

6 -

28 befinden sich dabei auf diametral entgegengesetzten Seiten der Elementanordnung 20.

Im folgenden ist anhand der Fig. 3 und 4 der Innenaufbau des Sammlers 10 erläutert. Das Sammlergehäuse 12 besteht aus äußeren Seitenwänden 30 und Stirnwänden 31, die gemeinsam einen hohlen Innenraum mit Trennwänden 35 festlegen, welche den Innenraum des Gehäuses 12 in einzelne Sammlerzellen 36a, 36b und 36c unterteilen. In jede Zelle 36a bis 36c ist je ein Sammlerelement 20 eingesetzt; im folgenden sind die Sammlerelemente und ihre zugeordneten Bauteile entsprechend ihrer Zuordnxmg zu den Zellen 36a, 36b oder 36c mit einem angehängten Buchstaben a, b bzw. c bezeichnet. Gemäß Fig. 3 sind an den Innenflächen der Seitenwände 30 und der Trennwände 35 Abstand voneinander besitzende Rippen vorgesehen, welche die Elemente 20 auf Abstand von den Seitenwänden 30 und Trennwänden 35 halten. Die erste Zelle 36a enthält ein Sammlerelement 20a, bei dem die Anschluß-Fahne 26a der positiven Platte 21a mittels einer entsprechenden Schweißverbindung durch eine in der einen Seitenwand 30 vorgesehene Öffnung 40 hindurch unter Herstellung einer Abdichtung mit der positiven bzw. Plus-Polklemme 15 an der Außenseite des Sammlergehäuses 12 verbunden ist. Die Fahne 28a der negativen Platte 22a ist mittels einer ähnlichen Schweißverbindung durch die angrenzende Trennwand 35 hindurch mit der Fahne 26b der positiven Platte 21b in der zweiten Zelle 35b verbunden. Ebenso ist die Fahne 28b der negativen Platte 22b des zweiten Elements durch Schweißen mit der Fahne 26c der positiven Platte 21c in der dritten Zelle 36c verbunden, und zwar wiederum mittels einer Zellenverbinder schweißung durch die angrenzende Trennwand 35 hindurch. Schließlich ist die Fahne 28c der negativen Platte 22c in der dritten Zelle mittels einer geeigneten Ver-

-7-

$09681/031·

bindung durch die Wand hindurch mit der negativen bzw. Minus-Polklemme 26 an der Außenseite des Sammlergehäuses 12 verbunden. Ersichtlicherweise stellt die erfindungsgemäße Konstruktion somit einen 6 V-Sammler mit drei Zellen 36a - 36c dar, die Sammlerelemente 20a - 20c enthalten, welche mit bisherigen Vierplatten-Samralerkonstruktionen vergleichbar sind, dabei aber nur zwei gefaltete bzw. umgebogene Platten verwenden. Offensichtlich können gewünschtenfalls auch mehr oder weniger Sammlerzellen vorgesehen sein. Aufgrund der Anordnung der Fahnen 26a - 26c und 28a - 28c entfällt die Notwendigkeit für Plattenverbinderstege zwischen Platten gleicher Polarität in den Zellen, und die Verbindung zwischen den Zellen erfolgt einfach durch Verbindung einer einzelnen Fahne in jeder Zelle mit einer entsprechenden einzelnen Anschluß-Fahne in der benachbarten Zelle oder mit einer äußeren Polklemme 15 oder 16. Die Faltkonstruktion ermöglicht mithin den Bau von Sammlerelementen 20 aus drei Teilen, wobei diese Elemente dieselbe Leistung besitzen wie bisherige Elemente aus vier Platten und drei Separatoren. Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion werden folglich Montagezeit und Materialkosten erheblich reduziert.

Da die erfindungsgemäße Konstruktion für Sammler mit verringerter Kapazität vorgesehen ist, besitzt das Gehäuse 12 eine verkleinerte Außenbreite mit entsprechend verringerter Größe der einzelnen Zellen. Aus diesem Grund ist gemäß Fig. 5 ein einziger Füll- und Entlüftungsstopfen 14 vorgesehen, der auf einen Ringansatz 45 aufsetzbar ist, welcher im Dekkel 13 eine in das Innere des Sammlergehäuses 12 mündende öffnung 46 festlegt. Die Öffnung 46 überspannt alle drei Zellen 36a, 36b und 36c, so daß diese über die einzige Öffnung mit Elektrolyt oder Wasser befüllt werden und gleichzeitig Gase aus den Zellen entweichen können.

-8-

Θ09Θ51/0319

Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Sammlerelements 220, das, ähnlich wie in Fig. 2, aus einer positiven Platte 221, einer negativen Platte 222 und einem Separator 223 besteht, wobei jedoch die Anschluß-Fahne 225 der Plusplatte und die Fahne 226 der Minusplatte mittig auf einem massiven, gefalteten bzw. abgebogenen Abschnitt 227 der Platten 221 bzw. 222 liegen. Die Fahne 226 kann dadurch gebildet v/erden, daß in den massiven Abschnitt 227 ein U-förmiger Schlitz 228 eingestochen wird, so daß die Fahne 226 nach dem Falten der Platte 222 über die Faltlinie hinausragt. Die Anschluß-Fahne 225 der Platte 221 kann ähnlich geformt sein. Diese Ausbildung ist in elektrischer Hinsicht wirkungsvoller, weil die Fahnen 225 und 226 in bezug auf die Außenabschnitte der Platten221 bzw. 222 zentraler angeordnet sind. Diese Ausbildungsart erfordert aber eine durch die Außenwand oder die Trennwand hindurch erfolgende Verbindungsart gemäß Fig. 7, in welcher die positive Fahne 225 auf vorher beschriebene Weise durch die Seitenwand 230 eines Sammlers bzw. Sammlergehäuses 210 hindurch mit der Plus-Polklemme 215 verbunden ist. In diesem Fall ist allerdings die Verbindung unterhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels des Elektrolyten im Sammler 210 hergestellt.

Obgleich vorstehend nur zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind dem Fachmann selbstverständlich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird.

Zusammenfassend werden mit der Erfindung also eine Sekundärbatterie bzw. ein Sammler sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sammlers geschaffen, bei dem gefal-

-9-

609851/0319

-S-

tete positive und negative Sammlerplatten sowie Separatoren zur Bildung von Sammlerelementen zusammengesetzt werden, diese Elemente in ein Sammlergehäuse mit eine Anzahl von Sammlerzellen festlegenden Trennwänden eingesetzt werden, die einander benachbarten Sammlerelemente mit Hilfe von Zellenverbindern durch die Trennwände hindurch miteinander durch Schweißen verbunden werden und eine positive sowie eine negative Polklemme durch Schweißen durch das Sammlergehäuse hindurch mit einer Anschluß-Fahne einer positiven bzw. einer negativen Sammlerplatte verbunden werden.

809651/0319

Le

e r s e i

Claims

Patentansprüche

1. Sekundärbatterie bzw. Sammler, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (12) mit einem Boden und vier Seitenwänden sov/ie mindestens einer, das Gehäuse in zwei oder mehrere Zellen (36a usw.) unterteilenden Trennwand (35) vorgesehen ist, daß in jeder Zelle ein Sammlerelement (20) angeordnet ist, das eine einfach umgefaltete bzw. abgebogene positive Sammlerplatte (21) und eine einfach umgefaltete bzw. abgebogene negative Sammlerplatte (22) umfaßt, die eine lotrechte, mittlere Biegungsfläche (25 bzw. 27) an der Faltstelle und zwei einstückige, praktisch parallele, mit Paste überzogene, auf Abstand stehende, von der betreffenden Biegungsfläche abgehende Rahmenteile aufweisen, die eine gegabelte Plattenkonfiguration bilden, bei welcher jeder Rahmenteil zwei mit Paste versehene Flächen besitzt, daß jede Platte in der Nähe der Biegungsfläche eine leitfähige Anschluß-Fahne (26, 28) aufweist und die Platten-Rahmenteile miteinander verschachtelt bzw. kammartig ineinandergefügt sind, wobei sich der eine Rahmenteil der positiven Platte in den Biegungsteil der negativen Platte an deren Biegungs-

-II-

«098&1/G316

ORIGINAL INSPECTED

-It-

fläche heran erstreckt und dabei von den mit Paste versehenen Flächen der negativen Rahmenteile räumlich entfernt ist, daß eine N-förmig gefaltete, nicht-leitende Separatorlage (23) mit Trennflächen zwischen alle benachbarten Flächen der Platten eingefügt ist, daß die Anschluß-.Vahnen (26, 28) der einzelnen Platten jeweils mit der Anschluß-Fahne einer Platte der entgegengesetzten Polarität in einer benachbarten Zelle mittels einer die zwischengefügte Trennwand durchsetzenden Verbindung verbunden und die nicht so verbundenen Anschluß-Fahnen der endseitigen Zellen mit an der Außenseite des Sammlergehäuses angeordneten Polklemmen (15, 16) verbunden sind, und daß ein Mittel (14) zur Entlüftung des Innenraums jeder Zelle zur Außenseite des Sammlergehäuses vorgesehen ist.

2. Sammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unbelegten Anschluß-Fahnen der endseitigen Zellen mit den Polklemmen über eine abgedichtete Verbindung durch eine Seitenwand des Sammlergehäuses hindurch verbunden sind.

3. Sammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschluß-Fahnen der einzelnen Sammlerplatten von der einen Seite des Sammlerelements im Bereich der Biegungsteile jeweils in dieselbe lotrechte Richtung weisen.

4. Sammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschluß-Fahnen an jeder Sammlerplatte von der FaItstelle des Biegungsteils quer zur Faltlinie nach außen ragen.

5. Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie bzw. eines Sammlers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sammler-

-III-

009851/0319

-IXI-

gehäuse mit einem Boden, Seitenwänden und mindestens einer das Geliäuseinnere in mindestens zwei getrennte Kammern oder Zellen unterteilenden Trennwand vorgesehen wird, daß eine mit Anschluß-Fahne versehene erste Platte mit einem lotrechten Mittelteil und zwei von diesen in entgegengesetzte Querrichtungen abgehenden, einstückigen, gitterartigen Rahmenteilen vorgesehen v/ird, daß die gitterartigen Rahmenteile mit einem positiven Pastenmaterial versehen werden, daß die erste Platte um die Mittelachse ihres Mittelteils herum unter Bildung eines Biegungsteils umgebogen bzw. gefaltet wird, so daß die Rahmenteile praktisch parallel und mit Abstand voneinander vom Biegungsteil abgehen und die Platte eine gegabelte Form erhält, bei λνεΐ-cher jeder Rahmenteil zwei mit Paste versehene positive Flächen aufweist, daß eine zweite, mit Anschluß-Fahne versehene Platte mit einem lotrechten Mittelteil und zwei einstückigen, gitterartigen Rahmenteilen, die vom Mittelteil in entgegengesetzte Querrichtungen abgehen, vorgesehen v/ird, daß die Rahmenteile mit einem negativen Pastenmaterial versehen v/erden, daß die zweite Platte um die Mittelachse ihres Mittelteils herum unter Bildung eines Biegungsteils umgebogen bzw. gefaltet wird, so daß die Rahmenteile der zweiten Platte praktisch parallel und mit Abstand voneinander vom Biegungsteil abgehen und die Platte eine gegabelte Form erhält, bei welcher jeder Rahmenteil zwei mit Paste versehene negative Flächen aufweist, daß ein Sammlerelement in der Weise hergestellt v/ird, daß der eine Rahmenteil der ersten Platte in den Biegungsteil der zweiten Platte und an deren umgebogenen Mittelteil heran unter räumlicher Trennung von den mit Paste versehenen negativen Flächen der zweiten Platte eingefügt wird, so daß die Anschluß-Fahnen der Platten

-IV-

609851/0319

-IV-

symmetrisch zum Element zu liegen kommen, daß ein N-förmig gefalteter, nicht-leitender Separator vorgesehen und zwischen alle einander benachbarten Flächen beider Platten eingefügt wird, daß in jede Sammlerzelle je ein Sammlerelement eingesetzt wird, daß die Anschluß-Fahnen der Platten einer Polarität in der einen Zelle mit den Fahnen der Platten der entgegengesetzten Polarität in der (den) benachbarten Zelle(n) durch Ausbildung eines Zellenverbinders verbunden werden, und daß die nicht auf diese Weise verbundenen Platten in den endseitigen Zellen mit an der Außenseite des Sammlergehäuses befindlichen Polklemmen verbunden werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht angeschlossenen Platten in den endseitigen Zellen unter Abdichtung durch die Wände des Sammlergehäuses hindurch mit den Polklemmen verbunden werden.

Ö0Ö851/0319