DE7304097U

DE7304097U - Akkumulatorenplatte

Info

Publication number: DE7304097U
Application number: DE7304097U
Authority: DE
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1973-02-03
Filing date: 1973-02-03
Publication date: 1977-03-24

Description

Reg.-Nr.: HP 365 DT ή 2 3 Λ Kelkheim, 24. Jan. 1973 /"""

6P Fri-ki Ό

V Λ R T Λ !Batterie Aktiengesellschaft

Straße 351

Akkumulatorenplatte un d Verfahren zu ihrer Herstellung

D..'._ Anmeldung betrifft eine Akkumulatorenplatte mit einem Blei-

g x ■_. ι-.-r cius parallel verlaufenden Bleistäben, die in der Mitte

ve·.·; euren Stege eines Kunststoffgitters gebildeten, die aktive Kasse aufnehmenden Hohlräumen arretiert sind.

Bekannt sind bei Blei-Batterien sogenannte Gitterplatten. Die Platte besteht hierbei aus einem Eleigitter, das die Aufgäbe hat, einmal die für die Energieumwandlung erforderliche aktive- Masse zu halten und zum andern den elektrischen Strom aus git aktiven Masse heraus zu den elektrischen Anschlüsse·!, y/j, leiten. Aufgrund der Volunienausdehnung der aktiven Has-.c oei der Umwandlung während der Ladung und Entladung vor; pbOp in PbSO₄ bzw. von Pb in PbSO₄ ergibt sich im Laufe der Lebensdauer der Batterie ein Ablösen von Teilen der aktiven Kasse von den Platten. Hierdurch ist besonders die positive Platte des Blei-Akkumulators in ihrer Lebensdauer begrenzt.

Bekannt sind ferner sogenannte Panzerplatten. Hierbei wird die aktive Kasse dadurch gehalten, daß in Röhrchen mit geringe;;: Durchmesser und einer für die Säuredif'fusion durchlässigen v,⁷ an dung zentrisch in der Röhrchenmitte Bleiseelen

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angeordnet sind und der Zwischenraum zwischen der Seele und dein umgebenden Röhrchen mit der aktiven Masse ausgefüllt wird. Die Bleiseele hat jetzt vernehmlich die Aufgabe, den ClCiCtriCCilCil StrOH"; 3ΛΧΒ dsr π]<ΐ?1ν·3Γ: MS.S3S 2LbZ¹⁵I"! 1" ^n Πη s umgebende Röhrchen übernimmt die Aufgabe, die aktive Masse vor dem Abbröckeln zu bewahren. Bei dieser Plattenbauart lassen sich sehr hohe Ausnutzungsgrade der aktiven Masse erreichen, weil für die Phase der Herstellung kein fester mechanischer Verband innerhalb der aktiven Masse erforderlich ist, da sie ja durch die Armierung mittels des Röhrchens gehalten wird. Demzufolge kann die aktive Masse mit dem Ziel einer guten Masseausnutzung optimiert werden. Ferner liegt durch die Armierung der aktiven Masse mittels der umgebenden Wandungen der Röhrchen und des dadurch stark reduzierten Abbröckeins der aktiven Masse die Lebensdauer solcher Röhrchenplatten nennenswert über der der Gitterplatten.

Die Röhrchen bestehen aus geschlitztem Hartgummi, aus einem Glaswollvlies mit umliegendem perforiertem Kunststoffmantel oder aus einem Gewebe, das aus Glas, Kunststoff oder einem Gemisch beider hergestellt worden ist.

Ein Nachteil dieser Röhrchenbauart ist, daß die aktive Masse in die kleinen Zwischenräume zwischen Bleiseele und Röhrchenwand eingefüllt werden muss. Dies erfordert einen zeitaufwendigen SchuttelVorgang. Eine Massenfertigung solcher Röhrchenplatten ist daher nur mit großem Aufwand möglich.

Bei anderen Plattenbauarten hat man versucht, bei normalen Gitterplatten das Abbröckeln der aktiven Masse dadurch zu reduzieren, daß vor dem Einbau der Platten in die Zellengefäße die aktive Masse des positiven Gitters eine Abdeckung durch ein Gewebe oder durch ein Vlies erhält. Durch diese

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Maßnahme ist jedoch die hohe Lebensdauer der positiven Röhrchenplatten nicht erreicht worden. Ein weiterer Nachteil ist, daß die in die Gitter einzubringende aktive Masse eine solch große mechanische Verbindung untereinander haben muß, daß sie während des Fertigungsvorganges nicht aus dem Gitter herausfällt. Hierdurch wird eine Konsistenz der aktiven Masse erforderlich (Pasten), die eine optimale Massenausnutzung verhindert.

Des weiteren ist vorgeschlagen worden, die Gitter von Platten für Akkumulatoren mit Bleileitern für die Stromabführung und mit einem Wabengerüst für die Halterung der aktiven Masse herzustellen. Das Wabengerüst besteht bei dieser Plattenbauart aus Kunststoff. Diese Plattenbauart hat den Nachteil, daß durch das Wabengerüst ein großer Teil des Plattenvolumens für die Aufnahme von aktiver Masse verloren geht. Die erreichbare Energiedichte (Wh/cm") einer solchen rlatte isL uahex- "-

Als weiterer Nachteil muß angesehen werden, daß die wabenplatte nur mit einer pasteriförmigen aktiven Masse gefüllt werden kann, die aufgrund ihrer Konsistenz einen geringeren Ausnutzungsgrad bei der Energieumsetzung hat. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Halterung der aktiven Masse durch das Wabengerüst nicht so gut ist, daß dadurch mit der Wabenplatte die hohe Lebensdauer- der Röhrchenplatte erreicht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Akkumulatorenplatte zu vermeiden und ein ^ Platte zu entwerfen, die eine optimale Massenausnutzung ermöglicht und eine große Lebensdauer besitzt, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Platte zu entwicklen, das eine einfache Fertigung ermöglicht.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Akkumulatorenplatte beidseitig mit elektrolytdurchlässigen Matten abgedeckt ist, die mit den Kunststoff-Querverbindungen und Kunststoffstreifen fest verbunden sind und daß diese KunsiG'ccff-Qucrvorbiriäuriger. und die Kunststoffstreife^ lange schmale, die pulverförmige aktive Masse aufnehmende Kanäle bilden.

Gemäß der Erfindung besteht die Platte aus einem Gitter, das sich aus parallel verlaufenden Bleistäben zusammensetzt, wobei die Bleistä'oe auf einer oder auf beiden Querseiten durch Bleileisten miteinander verbunden sind« Parallel zu den B'Jeistäben verlaufen in der Mitte zwischen jeweils zwei Bleistäben Streifen aus säurefestem Kunststoff, die eine möglichst geringe Dicke besitzen und eine Breite haben, die in etwa der späteren Dicke der fertigen Platte entspricht. Durch verschiedene Querverbindungen ebenfalls aus säurefestem Kv.nstsroff c-.inri die vorher erwähnten Kunststoff streifen miteinander verbunden. Gleichzeitig umschließen diese Querverbindungen aus Kunststoff die jeweiligen Bleistäbe so, daß sie zentrisch in den aus den Kunststoffstreifen gebildeten Kanälen gehalten werden. ¹^s Lvrv'^^verh=¹!!':'"¹ i. r- der C ■'('?■■" or V ■' ro'"¹^ .'_"<■■■■ η —■ el on Sxro ' _:>-t! Ii crt irr. Bereich von 1 : Λ οίε 1:⁹5, ν or:::-ν.-: γ ν/ei se von 1 : ? ^:^{: Γ}· 1 : Die Kunststoffstreifen und Kunststoffquerverbindungen bestehen aus einem Material, das gieß- oder spritzbar ist und sich gut schweissen oder kleben läßt, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polystyrol oder Polypropylen.

Bei der Herstellung der Platten wird zunächst auf einer Seite des Gitters auf die Kunststoffstreifen und auf die Kunststoff querverbindung en eine dünne Mcitte aus feinem Gewebe aus Glas-, Kunststoffäden oder aus einem Gemisch von

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von beiden aufgeklebt oder aufgeschweißt. Als Matte läßt sich aber auch ein Gelege, d. h. eine Schicht von regelmäßig arretierten Fasern^die von wenigen Querfäden gehalten sind,ocer ein Vlies aus Glas- oder Kunststoffvolle verwenden. Ebenso ist als Matte ein in der Akkumulatorentechnik bekannter Scheider denkbar.

N=ch dem Aufkleben oder Aufschweissen der Matte auf die Kunststoffstreifen und Kunststoffquerverbindungen ist das Gitter nunmehr nach einer Seite hin verschlossen.

Durch einen einfachen Füllvorgang läßt sich jetzt die Platte von ihrer anderen offenen Seite mit aktiver Masse füllen. Die verwendbare aktive Masse kann auf eine optimale Massenausnutzung ausgelegt sein; sie benötigt nach dem Einfüllen während des weiteren Fertigungsvorganges keine feste mechanische Verbindung untereinander, da sie durch die Kunststof fstrei ?er> der Gitter und die sxi sie angeschweißte oder angeklebte iMac te in den dadurch gebildeten dreiseitig geschlossenen Kanälen gehalten wird« Als aktive Masse kann daher u. a. auch Mennige verwendet werden, die - wie bekannt einen hohen Masseausnutzungsgrad hat.

Nachdem der Füllvorgang abgeschlossen ist, wird in der beschriebenen V/eise auf die noch offene andere Seite der Platte ebenfalls eine Matte aus dem beschriebenen Material an die Kunststoffstreifen und Kunststoffquerverbindungen angeschweißt bzw. angeklebt. Hierdurch ergibt sich eine nach beiden Seiten mit einer für Säurediffusion durchlässigen Matte mechanisch verschlossene Platte, die einerseits das Abbröckeln der aktiven Knsse bei Betrieb der Batterie verhindert, und damit eine lange Lebensdauer der Batterie sichert, die andererseits aber auch die Verwendung einer aktiven Masse mit hohem Ausnutzungsgrad erlaubt und darüber hinaus eine -weitgehend mechanisierte oder av.ch auto;;".:itisierte Fertigung ermöglicht.

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Nach dem Ankleben oder Anschweissen der 2. Abdeckmatte kann
die Platte erforderlichenfalls unter kurzzeitigem Anwärmen
der Kunststoffstreifen und Kunststoffquerverbindüngen
auf eine gewünschte Plattendicke gepresst oder gewalzt werden.
Hierdurch läßt sich jede gewünschte Verdichtung und damit
jedes gewünschte spezifische Gewicht bzw. jedes gewünschte
Porenvolumen erreichen.

Einzelheiten der neuartigen Platte werden in den Fig. · - 8
beschrieben.

In Fig. 1 stellt 1 die Bleistäbe des Gitters für die Stromleitung dar. 2 ist eine Bleileiste, durch die die Stäbe j mechanisch und elektrisch leitend miteinander verbunden sind. f Mit der Anschlußfahne 3 können die einzelnen Platten gleicher \ Polarität beim Einbau in Zellen an eine gemeinsame Polbrücke \ . angeschweißt und damit elektrisch parallelgeschaltet werden. j Mit einer zweiten Leiste 4 können die Bleistäbe auch auf der j anderen Stirnseite zusammengeschweißt werden. Diese zweite ] Leiste 4 ist vorzugsweise mit geringerem Querschnitt herge- j stellt, weil sie nur bei Unsymmetrie der Platten einen ge- ! ringen Strom zu führen hat. Die Leiste 2 ist vorzugsweise
mit zur Fahne 3 hin ansteigendem Leiterquerschnitt ausgestattet.

' Figur 2 zeigt das Gitter mit Bleistäben 1 und den Leisten
2 und 4, an die in einer Spritzgussform die Kunststoffstreifen 5 und die Kunststoffquerverbindungen 6 angespritzt
sind. Es ist zweckmäßig, die Bleileisten 2 und 4 mit einer
dünnen Kunststoffschicht zu überspritzen. Hierdurch werden sie j im späteren Zellenverband elektrisch gegenüber der Umgebung ] isoliert. Dadurch lassen sich die bekannte Korrosion und ' j Kurzschlüsse zwischen·Platten unterschiedlicher Polarität \

vermeiden. Auch ist es denkbar, die Leiste 4 nicht aus Blei \ bei dem Gießen des Gitters, sondern bei dem Umspritzvorgang \ aus Kunststoff herzustellen. \

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Bei gleicher oder sogar besserer mechanischer Festigkeit wird an Gewicht gespart.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Gitter mit den Kunststoffstreifen und den Kunststoffquerverbindungen senkrecht zu den Bleistäben für die Stromleitung. In dieser Fig. sind 5 die im Schnitt sichtbaren Kunststoffstreifen, 6 sind wieder die Kunststoffquerverbindungen. 1 ist der im Schnitt sichtbare Bisileiter, der durch den umgespritzten Kunststoffquerverbinder in der Mitte des durch zwei benachbarte Kunststoffstreifen 5 gebildeten Kanals gehalten wird.

Im Schnittbild der Fig. 4 ist gezeigt, wie die Matte 7, die aus einem Glasfaser- oder Kunststoffgewebe, aus einem Glaswoll- oder Kunstwollvlies oder aus einem üblichen porösen Zusammenkleben m:t den Kunststoffstreifen 5 und den Kunststoff verbindungen <S die Platte zu einer Seite hin abschließt.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Platte nach deren Befüllung mit aktiver Masse 9 und nach dem Anschweissen oder dem Ankleben der zweiten Matte 8.

In Fig. 6 ist gezeichnet, wie die Kunststoffstreifen 5 gestaucht sind, nachdem die Platte nach Befüllung mit aktiver Masse und nach Aufbringen der zweiten Matte 8 in einer Presse oder in einem Walzenpaar auf ein bestimmtes Dickemaß zusammengepresst wurde.

Wenn die für eine plastische Verformung von Kunststoffen erforderliche Wärme durch beide Matten an die Kunststoffstreifen 5 und die Kunststoffquerverbindungen 6 von aussen gleichmäßig herangebracht wird, läßt sich eine Stauchung erreichen, bei der die Kunststoffstreifen 5 und die Kunststoff querverb indungen 6 an den Stellen 10_? an denen r-sie mit

*) Sche.iderniaterial bestehen kann, nach dein· Zusn^viernnhv/eJf·'·" oder

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den Matten 7 und 8 verbunden sind, breiter v/erden. Kiel durch wird die aktive Masse 9 innerhalb der Platte umklammert und zusätzlich arretiert. Während des Umspritzens der Bleistäbe 1 und der Bleileisten 2 und 4 mit den Kunststoffquerverbindungen 6 nach bekannten Verfahren erfolgen kann, empfiehlt es sich für das Anschweissen der Matten 7 und an die Kunststoffstreifen 5 und Kunststoffquerverbindungen

6 das sogenannte Spiegelschweissverfahren. Hierbei werden mittels Wärmeplatten oaer Wärmewalze, die auf di e zu schweissenden Stellen der Kunststoffstreifen 5 und der Kunststoff querverb indungen C gebracht wird, diese Stellen erwärmt und in einen teigiges· Zustand überführt. Die Matten

7 und 8 werden sofort danach aufgelegt und angedrückt. Die Fäden dieser Matten verschweissen oder verkleben mit dem teigigen Material der Kunststoffstreifen und Kunststoff querverb indungen; dadurch ergibt sich eine feste Verbindung

Bei einer reinen Klebeverbindung wird auf die zu klebenden Stellen der Kunststoffstreifen und der Kunststoffquerverbindung en z. B. mittels Auftragswalze der Kleber aufgebracht und danach die Matten aufgelegt und aufgedrückt.

Das Verfahren der nachträglichen Stauchung hat den Vorteil, dass die Platten nicht bis zur Oberkante der Kunststoffstreifen mit der aktiven Masse gefüllt zu werden brauchen.

Fig. 7 zeigt eine solchermassen gefüllte Platte mit 9 als aktive Masse und 11 als Grenze der Befüllung. Hierdurch läßt sich erreichen, daß die Schweiß- bzw. Klebeflächen I 2 und 13 der Kunststoffstreifen 5 bzw. Kunststoffquerverbindungen 6 vor dem Schweissen bzw. Kleben leicht zu säubern sind. Ferner besteht nicht die Gefahr, daß die wärmeplatten oder -walzen bzw. die Auftragswalzen die aktive Masse berühren. Bei der nachfolgenden Stauchung werden uie lunststoffstreifen 5 bzw. Kunststoffquorverbindungei? 6 auf das Maß gestaucht, das zur Erreichung der gewünschten Dichte der aktiven Hasse erforderlich ist.

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Es ist möglich, anstelle eines vollen Kunststoffes einen porösen Kunststoff zu v/ählen und die Kunststoffstreifen 5 und Kunststoffquerverbindungen 6 in einem KunststoffjCiiüu.'a^jJi'ii.ivui'iüiKcii iiex'ZUS tellei'i. riierüurch WlPu bei einem offenpcrigen Schaum erreicht, dass das Porenvolumen des Schaumstoffes als Reservoir für Elektrolyt dient und über diesen .Schau,-;;stoff eine Elektrolytdiffusion möglich vird.

Das gleiche ziel läßt sich erreichen, wenn anstelle der durchgehenden Kunststoffstreifen 5 abwechselnd ausgesparte kunststoffe !.reif en 14 verwendet v/erden, v/ie im Schnittbild einer Platte in Fig. 8 dargestellt ist. Hier ist 1 der BleiieiLer. Die geschnitten gezeichneten Kunststoffquerverbindung cn süiG G, 7 vtlG b stellen mieder die Matten dar.

'■<■-- - *'~ ■-· - - ee.ipa_X''iiyi j.:ajr.'.ii auf einen zusätzlichen Scheider vor den ]■!«.. t ■:: .i verzichtet ",-.'erden, da diese Matten neben ihrer Arretier ■.;. ■:. j :;:.., -...-Vg a ο e für die aktive Hasse auch die Funktion ei:'OS üc:.ei;:crs üjerüeiv.;·: η.. Der Abstand zwischen Platten ver^c.--.-.. e .■•jjjer Pol r^ri ta ■: wj.rd durch in der Technik eingeführte .'litte! gewährleistet.

Als Vorteil der erfinevngsgenäiicn Platte ist anzuführen, cläß diese eine hohe Energiedichte speichern kann, daß das Ausschii.^nen der Masse mit Sicherheit unterbunden vdrd uud da.3 sie eine \'ollautc:natische Fertigung mit einer kurze--; r'ertigiuigszeit erniöglicht. Durch die erfindungsgej.'iäße Plät-.e; bzw. durch das erfindungsge-näße Verfahren entiäxlt aucii der sehr auf "■.-■endige, bei herkömmlichen Eöhrchenelektroclen erforderliche Schüttelvorgang.

- •-^.nsprüche -

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Claims

eten Sprüche

1. Akkumulatorenplatte mit einem Bleigitter aus parallel verlaufenden Bleistäben, die in der Mitte von durch Stege eines Kunststoffgitters gebildeten, die aktive Masse aufnehmenden Hohlräumen arretiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie beidseitig mit elektrolytdurchlässigen Matten (7, 8) abgedeckt ist, die mit den Kunststoff-Querverbindungen (6) und Kunststoffstreifen (5) fest verbunden sind und daß diese Kunststoff-Querverbindungen (6) und die Kunststoffstreifen (5) lange schmale, die pulverförmige aktive Masse aufnehmende Kanäle bilden.

2. Akkuirulatorenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Länge^verhältnis der Kunststoff-Querverbindungen (6) zu den Kunststo?f-Streifen (5) im Bereich von 1 : 4 bis 1 : liegt.

3. Akkumulatorenplatte nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffstreifen (5) und -querver-

bindungen (6) an den Berührungsflächen mit den Matten ver-, dickt.sind.

4. Akkumulatorenplatte nach d&n Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matten aus Vliesmaterial oestehen.

5. Akkumulatorenplatte nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matten aufgeschweißt sind.

6. Akkumulatorenplatte nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Querverbindungen (6) und die Kunststoffstreifen (5) aus einem offenporigen Schaumstoff bestehen.

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7. Akkumulatoranplatte nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Kunststoffstreifen (5) abwechselnd angeordnete Aussparungen besitzen.