DE4224078A1 - Gittergießform zum Gießen von Akkumulatoren-Bleigittern und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gittergießform zum Gießen von Akkumulator-Bleigittern nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Zur Herstellung von Akkumulator-Bleigittern im Schwerkraft­ guß werden im allgemeinen derartige Gittergießformen aus Stahl und Grauguß verwendet. Die Geometrie des herzustellen­ den Bleigitters wird durch spanabhebende Bearbeitung in die Grundkörper eingebracht mit einem gewissen Zuschlag für die im Druckluft-Spritzverfahren aufzubringende thermische Iso­ lierschicht, welche aus Korkmehlen mit Korngrößen <200 mesh besteht, die mit einem Bindemittel, z. B. Wasserglas oder Relatin versetzt sind. Die Suspension von Korkmehl und Binde­ mittel wird mit einer Spritzeinrichtung auf die bereits mit dem Gießprofil versehene Formfläche des Grundkörpers aufge­ bracht. Die Schichtdicke der thermische Isolierschicht be­ trägt ca. 0,15 mm. Die thermische Isolierschicht erfüllt gleichzeitig die Funktion eines Formtrennmittels.

Die Formtemperierung, welche notwendig ist, um die entspre­ chenden Fertigungsparameter zu erreichen, erfolgt durch im Grundkörper vorgesehene Kühlkanäle, durch die ein geeignetes Fluid hindurchgeleitet wird. Zu Arbeitsbeginn wird die Gieß­ form durch entsprechende Zusatzheizungen auf das gewünschte Temperaturniveau gebracht. Dann wird das Bleigitter gegos­ sen, und nach einer gewissen Zeit wird die Form durch Ein­ leiten eines Kühlmittels in die Kühlkanäle gekühlt.

Die thermische Isolierschicht verhindert dabei eine zu schnelle Erstarrung der Bleischmelze.

Ein Problem bei den bekannten Gittergießformen besteht darin, daß die Standzeit der aufgebrachten thermischen Iso­ lierschicht begrenzt ist und daß durch kontinuierliche Ab­ nutzung das Gewicht des hergestellten Bleigitters sich ver­ ändern kann. Dies erfordert auch je nach Produktart eine Nachbesserung der Isolierschicht oder sogar täglich eine Entfernung und einen völligen Neuaufbau derselben.

Ursache für den Verschleiß des Formbeschichtungsmaterials ist die hohe thermische Belastung durch die Betriebstempera­ tur der Form und die Schmelzentemperatur sowie die Fließge­ schwindigkeit der flüssigen Bleilegierung.

Die Gießformen sind der Gittergeometrie entsprechend aus zwei Platten von z. B. 30 bis 50 mm Dicke aufgebaut. Als Gieß­ formmaterial eignet sich auch Gußeisen mit Kugelgraphit oder für weniger anspruchsvolle Formen der preisgünstige und schneller zu beschaffende Grauguß.

Die Erfindung will eine weitere Gittergießform der eingangs genannten Gattung zum Gießen von Akkumulator-Bleigittern im Schwerkraft- bzw. Druckguß schaffen, welche als Träger für aktive Massen bei Blei-Säure-Batterien dienen. Insbesondere ist es das Ziel der Erfindung, eine Gittergießform der ein­ gangs genannten Gattung zu schaffen, deren thermische Isola­ tionsschichten während der gesamten Lebens- bzw. Einsatz­ dauer nicht nachbehandelt oder erneuert werden müssen, wobei dennoch während der gesamten Lebensdauer der Gießform ein­ wandfrei reproduzierbare Bleigitter hergestellt werden sol­ len, und zwar bei nicht wesentlich reduzierter Gießtaktzeit. Auch auf die Verwendung bzw. Nachbehandlung mit Trennmitteln soll bei der erfindungsgemäßen Gittergießform verzichtet wer­ den können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnen­ den Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen. Besonders vor­ teilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gittergieß­ form ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 11.

Die erfindungsgemäß durch Plasmaspritzen aufgebrachten Metalloxidschichten, insbesondere aus Al₂O₃ oder ZrO₂, zeichnen sich durch eine hohe Verschleißfestigkeit und Formbeständigkeit aus. Die darunter befindliche Hoch­ temperatur-Faserkeramik-Schicht verhindert darüber hinaus eine zu schnelle Abführung der in der Bleischmelze enthalte­ nen Wärme, wodurch die Bleischmelze länger flüssig gehalten wird. Die Hochtemperatur-Faserkeramik hat den Vorteil, daß sie die beim anschließenden Aufbringen der Metalloxidschicht mittels Plasmaspritzen auftretenden mechanischen Kräfte ohne die Gefahr einer Verformung aufnehmen kann, so daß die in die Faserkeramikschicht eingebrachte komplementäre Gitter­ geometrie auch beim Aufspritzen der Metalloxidschicht voll erhalten bleibt.

Erfindungsgemäß wird also der Bereich um die Formflächen der Gießform herum durch eine Sandwich-Bauweise gebildet, wobei die aus Al₂O₃ bzw. ZrO₂ bestehende Oberfläche höchste mecha­ nische Festigkeit aufweist, während die anschließende Faser­ keramikschicht den eigentlichen Gießgeometriekörper bildet, der höchste thermische Isolierung bei ausreichender mechani­ scher Festigkeit gewährleistet. Der Grundkörper der Gießform kann aus einfachem Grauguß oder globularem Graphitguß oder Stahl bestehen, so daß er die erforderliche mechanische Festigkeit zur Aufnahme der Formführungselemente, Kühlkanä­ le, Thermofühler, Auswerfer, Formbefestigungselemente usw. aufweist.

Für die Gewährleistung eines gleichmäßigen Füllvorganges sind bei heute üblichen Gießformen Entlüftungsschlitze vorge­ sehen. Auch bei dem erfindungsgemäßen Sandwichaufbau können derartige Entlüftungsschlitze vorgesehen sein.

Poröse Strukturen in der Metalloxidschicht, aber auch der Faserkeramikschicht können z. B. durch chemisches Herauslösen von bestimmten Oxiden, Metallpartikeln oder wärmestabilen organischen Verbindungen erzielt werden, die dem eigent­ lichen Spritzwerkstoff bzw. der Faserkeramikschicht zugesetzt sind. In Frage kämen hier z. B. in verdünnter Säure leicht lösliche Oxide, z. B. MgO, oder Metallpartikel oder in organischen Lösungsmitteln leicht lösliche sonst wärmebestän­ dige organische Verbindungen. Auch durch eine Zugabe von Kohlenstoffpartikeln in Form von Graphit, welche anschließend zu CO₂ oxidiert werden, können poröse Schichten erzielt werden.

Bevorzugte Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gießform sind durch die Ansprüche 12 bis 16 gekennzeichnet.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein mit der erfindungs­ gemäßen Gießform hergestelltes Akkumulatorgitter, welches sich durch besondere Formbeständigkeit und eine für die Zwecke eines Akkumulatorgitters besonders geeignete Ober­ fläche auszeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur einen schemati­ schen Schnitt einer erfindungsgemäßen Gittergießform zeigt.

Nach der Zeichnung enthalten die beiden Platten 11, 12 einer erfindungsgemäßen Gießform Kühlkanäle 21 und Heizmittel 22, mittels deren die Platten jeweils auf die für ein bestimmtes Stadium des Gießvorganges geeignete Temperatur gebracht wer­ den können.

Während die in der Zeichnung linke Platte 11 außerdem mit nur schematisch angedeuteten Auswerfern und Formbefestigun­ gen 23 versehen ist, kann die in der Zeichnung rechte Platte 12 um ein nicht dargestelltes Scharnier von der Platte 11 weggeklappt werden, um das fertige Bleigitter aus der Form entnehmen zu können.

Jede Platte 11, 12 besteht aus einem Grauguß-Grundkörper 14 bzw. 15. In den einander zugekehrten Oberflächen der Grund­ körper 14, 15 sind Ausnehmungen 24 bzw. 25 vorgesehen, die sich über den gesamten Gießbereich der Form erstrecken. In die Ausnehmungen 24, 25 sind Hochtemperatur-Faserkeramik- Schichten 16, 17 eingebracht und dort in geeigneter Weise befestigt. Die Verbindungsflächen zwischen den Grundkörpern 14, 15 einerseits und den Hochtemperatur-Faserkeramik-Schich­ ten 16, 17 andererseits sind im wesentlichen eben ausgebil­ det. Die Dicke der Faserkeramikschichten 16, 17 liegt bei 10 mm.

In die einander zugekehrten Oberflächen der Faserkeramik­ schichten 16, 17 ist das dem herzustellenden Bleigitter ent­ sprechende Gießprofil 13 zuzüglich eines Zuschlages für eine anschließend auf zubringende Metalloxidschicht eingearbeitet.

Anschließend wird dann durch Plasmaspritzen auf die Faser­ keramikschichten 16, 17 eine etwa 0,5 mm starke Metalloxid­ schicht 18 bzw. 19 aufgebracht, welche die mit dem Gießpro­ fil 13 versehene Formfläche bildet.

Während die insbesondere aus Al₂O₃ oder ZrO₂ bestehende Metalloxidschicht 18, 19 für eine hohe Verschleißfestigkeit und Formbeständigkeit des Gießprofils sorgt, verhindert die Faserkeramikschicht 16, 17 ein zu schnelles Abkühlen der beim Herstellen des Bleigitters in die Gießform eingefüllten Bleischmelze. Außerdem ist die Faserkeramikschicht aus­ reichend fest, um einerseits das Plasma-Aufspritzen des Metalloxidpulvers ohne Verformung zu vertragen und außerdem eine ausreichend feste Unterlage für die aufgebrachte Metall­ oxidschicht zu bilden.

Die Faserkeramikschicht kann auf den Grauguß-Grundkörper 14, 15 entweder mit einem mechanischen Spannrahmen oder mittels Spannbolzen befestigt bzw. in vorgesehenen Nuten im Grundkör­ per eingeschoben und eingeklebt werden. Auch eine Kombina­ tion beider Verfahren kommt in Betracht.

Die Oberflächenstruktur eines erfindungsgemäß hergestellten Gitters ist besonders feinkörnig und führt zu einer großen Kontaktfläche zwischen Gitter und Masse.

Claims (17)

1. Gittergießform zum Gießen von Akkumulatoren-Bleigittern mit zwei gegeneinander legbaren Platten (11, 12), in deren einander gegenüberliegenden Formflächen ein zum herzustellenden Bleigitter komplementäres Gießprofil (13) vorgesehen ist und welche jeweils einen Grundkörper (14, 15) aufweisen, der auf der Profilseite mit einer thermischen Isolierschicht (16, 17) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Isolierschicht (16, 17) aus Hoch­ temperatur-Faserkeramik besteht, die auf der vom Grund­ körper (14, 15) abgewandten Seite mit hochverschleiß­ festem Metalloxid (18, 19) beschichtet ist.

2. Gittergießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtemperatur-Faserkeramikschicht (16, 17) so dick ist, daß sie auf einer Seite eben ausgebildet sein kann und vorzugsweise ist und daß auf der vom Grundkör­ per (14, 15) abgewandten Oberfläche der Hochtemperatur- Faserkeramikschicht (16, 17) das Gießprofil (Halbstruk­ tur) insbesondere durch spanabhebende Bearbeitung einge­ bracht ist.

3. Gittergießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtemperatur-Faser­ keramikschicht (16, 17) 5- bis 30mal, insbesondere 10- bis 20mal so dick wie die Metalloxidschicht (18, 19) ist.

4. Gittergießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidschicht (18, 19) durch Plasmaspritzen auf die thermische Isolier­ schicht (16, 17) aufgebracht ist.

5. Gittergießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Isolier­ schicht (16, 17) den Gießgeometriekörper darstellt, der auf seiner vom Grundkörper (14, 15) abgewandten Seite ein solches Profil aufweist, daß es zusammen mit der aufgebrachten Metalloxidschicht (18, 19) das Gießprofil (13) ergibt.

6. Gittergießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtemperatur-Faserkera­ mik aus Aluminium- und Siliziumoxid (Al₂, O₃; SiO₂), ins­ besondere 80 bis 95%, vorzugsweise 90% Al₂O₃ und 5 bis 20%, vorzugsweise 10% SiO₂, besteht.

7. Gittergießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkoxidschicht (18, 19) überwiegend Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Zirkonoxid (ZrO₂) enthält.

8. Gittergießform nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidschicht (18, 19) im wesentlichen nur Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Zirkonoxid (ZrO₂) enthält.

9. Gittergießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Isolier­ schicht (16, 17) 0,2 bis 15 mm dick ist.

10. Gittergießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidschicht (18, 19) 0,01 bis 0,8 mm dick ist.

11. Gittergießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Metalloxid­ schicht (18, 19) porös ist und dahinter Luftabführkanäle (20) vorgesehen sind.

12. Verfahren zur Herstellung einer Gittergießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß auf der Profilseite des Grundkörpers (14, 15) zunächst die Hochtemperatur-Faserkeramikschicht (16, 17) angebracht wird, daß dann in die vom Grundkörper (14, 15) abgewandte Oberfläche der Hochtemperatur-Faserkera­ mikschicht (16, 17) das Gießprofil zuzüglich eines der später aufgebrachten Metalloxidschicht (18, 19) entspre­ chenden Betrages eingearbeitet wird und daß schließlich ein Metalloxidpulver mittels Plasmaspritzen auf die Hoch­ temperatur-Faserkeramikschicht (16, 17) aufgebracht wird.

13. Verfahren zur Herstellung einer Gittergießform nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Hochtemperatur-Faserkeramikschicht (16, 17) in einer einseitig vorzugsweise ebenen und auf der anderen Seite das halbe Gitterprofil aufweisenden Her­ stellungsform vorgefertigt wird, wobei die Dicke der später aufzubringenden Metalloxidschicht (18, 19) berück­ sichtigt wird, daß auf der Profilseite des Grundkörpers (14, 15) die vorgefertigte Hochtemperatur-Faserkeramik­ schicht (16, 17) angebracht wird und daß schließlich ein Metalloxidpulver mittels Plasmaspritzen auf die Hoch­ temperatur-Faserkeramikschicht (16, 17) aufgebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich­ net, daß in die Metalloxidschicht leicht lösliche Oxide, z. B. MgO, oder Metallpartikel oder in organischen Lösungsmitteln leicht lösliche sonst wärmebeständige organische Verbindungen eingebracht und später zur Schaffung einer porösen Struktur herausgelöst werden.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich­ net, daß in die Metalloxidschicht Kohlenstoffpartikel in Form von Graphit eingebracht werden, welche anschließend zu CO₂ oxidiert werden, um eine poröse Struktur zu bil­ den.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Hochtemperatur-Faserkeramik­ schicht (16, 17) auf entsprechende Weise porös gemacht wird.

17. Akkumulator-Bleigitter, hergestellt in einer Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 11.