KR20120106826A - 배터리 캐스트 온 스트랩용 몰드 - Google Patents

Abstract

캐스트 온 스트랩 프로세스에서 이용되는 몰드 공동(12, 102)을 2개의 상이한 온도에서 유지하기 위한 이중 온도 몰드 조립체(100)는 용융 금속이 응고된 후에 응고된 스트랩(70, 170)의 제거를 용이하게 한다. 몰드 조립체(100)는 상이한 온도에서 몰드 공동(12)을 유지할 수 있는 열 에너지 입력 및 냉각제 프로세스에 의해서 가열 또는 냉각되는 다른 몰드 조립체 세그먼트들(110, 130, 140, 160)에 부착된 벽(121, 132, 142, 144, 162)을 가지는 몰드 공동(12)을 포함하며, 그에 따라 몰드 공동의 측벽(132, 162)이 열 에너지를 전달하기 위한 적어도 하나의 인접한 가열된 세그먼트(130, 160)에 노출되는 동안, 몰드 공동 세그먼트(140) 내의 배터리 플레이트 러그(44, 46) 주위의 용융 금속(98)이 응고되며, 그 결과로서 캐스트 온 스트랩(70, 170)에 필요한 용융 금속(98)의 양을 감소시킬 수 있고, 그리고 스트랩(70, 170) 제조를 위한 프로세스로의 열 에너지 입력량을 감소시킬 수 있다.

Description

배터리 캐스트 온 스트랩용 몰드{MOLD FOR A BATTERY CAST ON STRAP}

본원 발명은 전체적으로 배터리 스트랩 및 포스트 캐스트 온 기계에 관한 것이고, 배터리 그리고 배터리 제조 시스템 및 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로 다중 셀 배터리 내의 플레이트들 사이 그리고 배터리 포스트들과 플레이트들 사이의 전기 연결부 제조 시에 높은 효율 및 에너지 사용의 감소를 제공하기 위한 캐스트-온-스트랩(COS; Cast-On-Strap) 구성에 관한 것이다.

대형 배터리, 예를 들어 자동차용 및 트럭용 배터리는 특별한 제조 방법 및 설비를 필요로 한다. 대형 배터리의 하우징 내의 독립된 플레이트들 사이 그리고 배터리 하우징 외부로의 연결을 제공하는 포스트와 플레이트 연결부 사이의 전기적인 연결부를 제공하기 위한 프로세스가 특히 중요하다. 플레이트들 사이의 부적절한 연결로 인한 배터리 고장, 배터리 하우징 내의 쇼트, 또는 심지어 심각한 고장으로 인해서, 압력 축적이 셀 또는 하우징의 파단을 유발할 수 있고 그리고 환경적인 그리고 안전상의 위험을 유발할 수 있는 결과를 초래할 수 있다.

생산 신뢰성을 유지하면서도 효율적이고 비용 효과적인 자동화된 배터리 제조 프로세스를 제공하는 것과 관련하여 추가적인 고려사항이 발생한다. 이상적인 프로세스는 제조 중에 물질 요구 및 에너지 입력을 최소화하는 한편, 동시에 배터리 제품의 고장 위험을 없앨 수 있게 보장하는 것이다. 이러한 특성은 배터리 제조의 현대화라는 목표를 배터리 제조업자들에게 제공하지만, 효율과 신뢰성 사이의 최적의 균형을 제공하기 위한 이전의 많은 노력들은, 당업계에서의 지식을 크게 추가하지 못하고, 단지 점증적인 개선만을 제공하여 왔다.

일반적으로, 캐스팅 작업은 반전된 거울 이미지(inverted mirror image)를 가지는 몰드 내에 위치되는 배터리의 모든 셀들에 대해서 동시에 달성되며, 만약 그렇지 않다면 셀들은 최종 배터리 셀 구조 내에서 가져야하는 배향과 달리 배향될 것이다. 적층된 셀 요소들은 서로 인접한 하향 연장 플레이트 러그들(lugs)과 함께 클램핑된다. 원하는 스트랩 형상을 제공하기 위해서 적절하게 배향된 복수의 몰드 공동들이 예열될 수 있을 것이다. 용융된 금속, 일반적으로 납(Pb) 또는 대부분이 납으로 이루어진 합금이 이용될 수 있을 것이고 그리고 몰드 공동에 인접한 채널들을 따라서 연속적으로 순환될 것이다. 채널 내의 납 또는 용융 금속은 일반적으로 저장용기 내에서 예열되고, 이어서 채널 내로 펌핑되는데, 상기 저장용기는 일반적으로 몰드 아래에 위치된다.

원하는 조건에 도달하면, 높이가 상승되어 채널과 각각의 몰드 공동 사이에 배치된 둑(weirs)을 넘어서 흐를 때까지, 용융 금속은 몰드에 인접한 채널 내로 펌핑된다. 그에 따라, 용융 금속은 몰드 공동을 충진하고, 그 후에 둑 위의 높이까지 몰드 내로 펌핑된 용융 금속이 회수되고, 그에 따라 둑의 상단부 아래의 높이까지 후퇴된다. 통상적으로, 채널 내의 용융 금속의 높이는 소정 세트의 파라미터들 사이에서 유지된다. 둑을 넘쳐 흐르기를 원하는 경우에, 채널 하단의 높이 위로 약 12 mm 까지 상승될 것이고, 그리고 회수되는 경우에, 높이는 채널 하단으로부터 약 6 mm가 될 것이다. 일부 시스템들은 용융 금속이 저장용기의 내외로 연속적으로 순환될 것을 요구한다. 다른 것들은 넘쳐 흐르는 높이까지 몰드 공동 내로 상승시키고, 이어서 펌프 구성 용융 금속이 저장용기부터 채널까지 형성된다.

열 에너지 공급원이 제거되고, 그리고 서로에 대해서 원하는 상대적인 배향으로 클램핑된 셀 플레이트 조립체들이 각 플레이트 상의 플레이트 연결 러그들의 일부를 적절한 커넥터 스트랩 몰드 공동 내에서 용융 매스(mass) 내로 침잠시켜 러그들 사이에 용융 금속 연결부를 제공하도록 배치된다. 이어서, 몰드 본체의 하나 또는 둘 이상의 부분들을 통해서 물을 유동시킴에 따라, 공동들이 냉각되고 그리고 몰드 공동 벽과 냉각수의 접촉은 용융 납을 냉각시켜 용융 납이 응고되게 한다. 대부분의 경우에, 필요에 따라서, 또는 몰드 온도를 모니터링하는 열전쌍에 의해서 지시를 받을 때, 몰드 공동들을 선택적으로 냉각시키는 워터 재킷에 의해서 몰드 공동들이 일정한 온도로 유지된다. 용융 금속의 냉각은 러그 주위의 금속을 응고시킨다. 몰딩된 스트랩 및 포스트가 충분히 응고된 후에, 그들은 배터리 셀 플레이트들의 러그가 금속(납) 스트랩에 대해서 융합된 상태로 또는 용접된 상태로 몰드로부터 추출되고, 그에 따라 그들 사이에 필요한 전기적 및 기계적 연결부를 생성한다.

대량 생산을 위해서, 앞서 설명한 절차들이 일반적으로 반복적인 사이클로 실행되어 상업적인 효율을 제공한다. 사이클 시간, 즉 이전에 완성된 스트랩이 제거되는 시간으로부터 다음의 스트랩이 완성되는 시간까지의 시간을 최소한으로 단축시켜, 이용가능한 시간 내에 최대한의 생산을 달성하는 것이 이상적이다. 최적의 제조 파라미터를 제공함으로써 얻어지는 효율은, 필요 노동력, 시간 및 재료의 감소를 포함하는 수 많은 기여 인자들로부터 초래된다. 사이클 시간의 상당 부분이 몰드 본체의 가열 부분 및 냉각 부분과 관련된다는 것을 발견하였다. 납이 용융 상태로 유지되어야 하는 시간을 최소로 줄이는 것은 시스템으로의 총 열 에너지 입력을 감소시킨다. 또한, 용융되도록 가열되어야 하고 그리고 냉각되어야 하는 납의 양을 최소화한다면, 열 에너지 입력 및 냉각 용량 역시 감소될 것이고, 이는 사이클 시간, 재료 비용, 프로세싱 비용 등의 부수적인 감소를 초래할 것이다.

최적의 생산 파라미터는 스트랩, 탭 또는 포스트의 용접 즉, 응고 또는 동결 중에 용융 금속 유동이 중단될 정도로 채널 벽들이 냉각되지 않아야 한다는 것을 제시한다. 이는 몰드 조립체에 인접한 유동 채널들 내에 존재하는 용융 납이 납 채널로부터 몰드 공동 내로 자유롭게 유동할 수 있게 한다. 에너지 입력을 원하는 레벨로 유지하기 위해, 몰드 조립체의 온도 제어의 최소한의 정밀도가 요구된다. 그럼에도 불구하고, 둑(weirs)을 포함하는 전체 몰드의 냉각은, 이하에서 설명하는 바와 같이, 불필요한 위치에서의 용융 금속의 응고를 유발한다. 포스트, 특히 단자 포스트를 적어도 보다 작은 스트랩 부분만큼 신속하게 냉각시킬 수 있도록, 몰드 조립체 내의 국소적인 온도의 보다 양호한 제어가 바람직한데, 이는 포스트의 느린 냉각은 기계적으로 취약한 단자를 초래할 수 있기 때문이다.

고려되는 타입의 기계에서 몰드 비용은 중요한 인자가 된다. 생산 프로세스 및 시스템에 적용되는 다른 인자들 중 하나의 희생 없이, 몰드 형태가 대량으로 생산될 수 있는 적절한 캐스팅을 획득하는 것은 어렵다. 이러한 결과로 인해서, 예를 들어, 사이클 주기, 열 에너지 입력의 양 등과 같은, 프로세스에서의 다른 포인트를 개선하기 위해서는, 비용, 노동력, 물질, 에너지에 관한 일부 비용 또는 다른 비용의 상승을 초래하게 될 것이다. 대형 납-산 배터리에서 요구되는 다양한 셀 및 단자 구성체는 또한 몰드 디자인을 복잡하게 하여, 하나 또는 둘 이상의 프로세스 파라미터를 변경함으로써 달성할 수 있는 효율을 손상시킨다.

배터리 스트랩 및 포스트 캐스트-온 기계를 제공하기 위한 종래 기술의 방법 및 시스템이, 예를 들어, 1973년 2월 27일자 및 1974년 4월 9일자로 각각 허여된 미국 특허 제 3,718,174 호 및 제 3,802,488 호에 개시되어 있으며, 이들 양 특허의 명의자는 발명자 도널드 알 헐(Donald R. Hull) 및 로버트 디 시몬톤(Robert D. Simonton)이다. 여기에서는 납-산 저장 배터리를 구성하는 복수의 셀을 위한 적층 배터리 플레이트 및 분리부가 캐스트-온 스트랩에 의해서 상호 연결된 각각의 셀의 양의 플레이트 및 음의 플레이트의 각각에 대한 개별적인 연결 러그를 가지는 시스템 및 기계가 설명되어 있다. 추가적으로, 인터-셀(inter-cell) 연결 또는 단자 포스트 캐스트가 각 스트랩의 일체형 부분에서의 동시적인 캐스팅을 위해서 제공된다. 이러한 타입의 통상적인 디자인이 앞서서 설명되어 있다. 몰드의 통상적인 타입은 채널을 포함하는 완전한 몰드를 필요로 하며, 그러한 채널 내에서는 몰드 공동 내의 금속이 응고될 때 용융 금속이 순환되어 냉각 및 가열된다. 완전한 몰드 조립체를 가열하는 것은 매우 비효율적이고 그리고 각 사이클에서 동일한 요소들을 가열하고 냉각하는 형태의 열 에너지의 낭비를 초래하고, 이들 양자는 사이클 주기의 불필요한 증가와 관련되고 그리고 각 사이클에서 소비되는 열 에너지의 양과 관련된다.

미국 특허 제 4,108,417 호에는 몰드 공동 내로 용융 금속을 주입하는 시스템에 대해서 기재 및 설명되어 있으며, 여기에서 몰드 공동을 포함하는 몰드 부분이 용융 금속 유동 채널로부터 부분적으로 격리되어 있다. 즉, 열적 격리 기술이 사용되며, 여기에서는, 보다 빠른 사이클 주기를 제공하기 위해서 그리고 몰드 공동이 캐스팅 바로 전에 신속하게 가열될 수 있게 하고 그리고 몰드 공동 내로 러그들이 배치될 때 냉각될 수 있게 하기 위해서, 몰드 공동 벽들이 채널 벽으로부터 격리된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 몰드 조립체(100)(도 3)는 유동 채널(30, 도 3)로부터 격리된 격리 부분(10)을 포함한다. 몰드 조립체의 분리 부분(10)은 몰드 공동(16)을 포함하고, 그 중 일부가 분리 유동 슈트(separate flow chutes; 34)(도 3)를 포함할 수 있고, 그러한 분리 유동 슈트는 응고 후에 스트랩을 배터리의 단자 포스트에 부착하는 예를 들어 탭 또는 툼스톤(tombstones)과 같은 단자 포스트 또는 다른 연결부를 위한 하나 또는 둘 이상의 몰드 공동과 연통된다. 일반적으로 일부 타입의 절연 물질(15)인 격리 부재가 몰드 공동 부분(10)과 몰드 조립체(100)의 나머지 사이에 배치되고, 그에 따라 유동 채널(30)로부터 몰드 공동 부분(10)으로 열 에너지가 유동하는 것을 방지한다.

하나 또는 둘 이상의 몰드 공동(12) 및 단자 포스트 공동(36) 사이의 분리 유동 슈트(34)는 배터리 단자 포스트의 동시적인 캐스팅을 위해서 제공되고, 그에 따라 캐스트 온 스트랩에 대한 분리된 그리고 후속하는 단자 포스트의 용접을 피할 수 있다. 배경으로서, 그리고 본원 발명의 보다 명확한 이해를 제공하기 위해서, 여러 가지 특허에서 교시된 종래의 방법들에 대한 보다 구체적인 설명을 제공한다.

츠치다(Tsuchida) 등에게 허여되고 발명의 명칭이 "납 산 저장 배터리 및 그 제조 방법(Lead acid storage battery and method for making same)"인 미국 특허 제 5,776,207 호는 열 에너지를 몰드로 즉각적이고 정확하게 공급하기 위해서 유도 코일을 포함하는 가열 기구를 이용하는 것을 기재 및 설명하고 있다. 그러한 특허는 문제점 즉, 용융 납이 플레이트의 플랜지 또는 러그 주위에서 냉각될 때 용융 납의 표면이 균일한 상태로 응고되지 못하고, 그리고 러그가 몰드로부터 제거될 때 스트랩 "파동(wave)"을 초래할 수 있다는 문제점을 기술하고 있다. 유도 코일 가열은, 스트랩 형태에서 구조적인 문제발생을 피하기 위해서 온도 제어에 대한 개선을 제공하는 것으로 기술되어 있다. 냉각은, 물과 같은 냉각제의 분무에 의해서 몰드의 하부 표면에 제공되는 것으로 기재되어 있다.

도 4 및 도 5의 단면도에서 도시된 바와 같이, 몰드 부분(10)은 분리 플레이트(42)로부터 하향 연장되는 복수의 플레이트 러그(44, 46)를 수용하도록 각각의 몰드 공동(12)을 제공한다. 도 5는, 배터리 셀을 포함하는 플레이트 쌍(44, 46)에 각각 인접하는 적절한 반투과성 전기 절연 물질(48)에 의해서 인접 플레이트(46)로부터 각각의 플레이트(44)가 격리되는 것을 도시하고 있다. 격리 물질(48)을 포함하는 플레이트(42)는 배터리 셀 조립체를 둘러싸고 원하는 배향 및 위치에서 러그들의 상대적인 위치를 유지하는 적절한 클램프에 의해서 모두 함께 클램핑된다. 음 이온 플레이트를 위한 러그(44)는 플레이트(42)의 하나의 엣지에 인접하는 한편, 이온을 끌어 당기기 위해서 배터리의 정상 작동 중에 양(positive)이 되는 인접한 플레이트는 인접 플레이트의 다른 엣지에 있게 된다. 몰드 공동이 적절하게 위치되고 그리고 배향되며, 그에 따라 음의 플레이트 러그(44) 모두가 음의 러그 몰드(18)의 공동(12) 내로 끼워질 수 있고 그리고 양의 플레이트 러그(44) 모두가 양의 러그 몰드(19)(도 4)의 공동(12) 내로 끼워질 수 있다. 몰드는 절연 물질(15)에 의해서 주변 몰드 조립체로부터 격리되는 것으로 개략적으로 도시되어 있다.

이러한 것들은 몰드 조립체의 몰드 공동 부분의 격리를 제공하는 일반적으로 공지된 방법이고, 그리고 그러한 방법의 교시에 대해서는 미국 특허 제 4,108,417 호 및 제 5,776,207 호를 참조한다. 용융 금속 주입 방법에 대한 배경의 이해를 위해서, 그리고 용융 금속이 몰드 공동(12) 내로 도입되도록 용융 금속의 높이(레벨)를 게이트 높이보다 더 높게 상승시키는 것에 대한 배경의 이해를 위해서, 전술한 미국 특허 제 4,108,417 호를 참조하며, 그러한 특허는 일반적으로 공지된 방법 및 캐스트-온-스트랩 몰드 시스템의 지원 요소들, 예를 들어 용융 금속을 위한 저장용기, 냉각제의 공급부 및 캐스팅 작업에 앞서서 열 에너지를 몰드로 도입하기 위한 수단을 기재 및 설명하고 있다.

"저장 배터리 플레이트에 대해 스트랩을 캐스팅하기 위한 방법 및 장치(Method and apparatus for casting straps onto storage battery plates)"라는 명칭의 미국 특허 제 6,708,753 호는, 납을 몰드 내로 주입하는 데 있어서 열적인 조건의 상당한 정도의 정밀도가 필요하다는 것을 개략적으로 기재 및 설명하고 있다. 이는 플레이트의 그룹의 러그를 복수의 몰드 공동 내로 삽입하고 여기에 납을 분사하기 위한 자동화된 프로세스를 설명한다. 이 특허는 배터리 셀 추출에 앞서서 납 스트랩 금속을 응고시키기 위해서 몰드 공동을 충분히 냉각시켜야 하는 필요성에 대해서 설명하고 있다.

1984년에 허여되고 GNB 배터리즈 인크.(GNB Batteries Inc.)로 양도되었으며 발명의 명칭이 "전기적으로 가열 가능한 몰드 및 금속 스트립의 캐스팅 방법(Electrically heatable mold and method of casting metal straps)"인 미국 특허 제 4,573,514 호는 연속적인 기반으로의 납 주입 및 몰드 온도의 정밀한 제어를 제공하기 위한 자동화된 방법 및 몰드를 기재 및 설명하고 있다. 추가적인 특징에는, 몰드 공동의 외부로부터 몰딩된 스트랩 및 포스트 구성체를 밀어넣는 데 필요한 피스톤 로드 및 개재된 절연 물질을 가지는 몰드의 세그먼트들 사이의 텅-인-그루부(tongue-in-groove) 연결부가 포함된다. 강제식 공기 냉각 방법은 금속 요소들 사이에 연결부를 형성하기 위해서 플레이트 탭이 용융 납 내로 침잠되자마자 스트랩을 냉각시키며, 그러한 냉각 시간은 약 30초 또는 그와 유사한 정도로 기재되어 있다. 하나의 개선 방안은, 몰드 본체의 냉각을 단지 그 몰드 본체의 일부만으로 격리시켜 각 사이클 동안에 냉각 및 후속되는 재가열을 요구하게 되는 몰드의 질량을 감소시키는 것이다. 이러한 특징은 기재된 프로세스에 대한 필수적인 온도 제어를 제공하는 것으로 생각되고, 그리고 또한 몇 개의 프로세스들이 연속적인 기반으로 진행되도록 여러 지점들에서 몰딩 프로세스에 연속적인 스테이지들을 제공하기 위한 회전식 원형 컨베이어 구성체(carousel arrangement)를 포함한다.

1998년에 허여되고 GNB 배터리즈 인크.(GNB Batteries Inc.)에게 양도되었으며 발명의 명칭이 "배터리에 단자 포스트 스트랩을 부착하기 위한 방법 및 장치(Method and apparatus for attaching terminal post straps to a battery)"인 미국 특허 제 5,836,371 호에는, 포스트의 캐스팅 전에 제거되는 플라스틱 삽입체를 이용하여 러그들이 전기적으로 그리고 기계적으로 서로 연결된 후에 스트랩으로 배터리 단자의 포스트를 용접하기 위한 방법 및 몰드가 기재 및 설명되어 있다.

홉우드(Hopwood)에게 허여되고 발명의 명칭이 "저장 배터리 플레이트에 대해 스트립을 캐스팅하기 위한 방법 및 장치(Method and apparatus for casting straps onto storage battery plates"인 미국 특허 제 7,082,985 호에는 납을 몰드 내로 주입할 때 열 조건의 인가에 있어서 상당한 정확도가 필요하다는 것이 기재 및 설명되어 있으며, 그리고 몰드 공동 내로 납을 삽입하기 위한 공지된 자동화 프로세스를 추가적으로 설명하고 있다.

용융 금속이 몰드 공동 내로 신속하고 효율적으로 도입될 수 있고 그리고 상기 몰드 공동 내에서 클램핑된 배터리 셀 플레이트의 그룹의 러그들 주위에서 용융 금속을 응고시켜 스트랩 상으로 캐스팅될 수 있게 하는 몰드 공동 및 프로세스로서, 높은 신뢰성을 제공할 수 있고 사이클 주기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 금속을 용융 상태로 유지하기 위해서 시스템 내로 입력되는 열 에너지의 양 및 캐스팅마다 사용되는 납의 양을 상당히 줄일 수 있는 몰드 공동 및 프로세스가 요구되고 있다.

본 발명은 배터리 캐스트 온 스트랩용 몰드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원 발명에 의해서 제공되는 실질적인 특징들 및 분명한 장점들에는, 효율적이고, 사이클 시간이 빠르며, 그리고 몰드 내로 주입되는 납으로 제공되는 캐스팅마다의 열 에너지 입력을 상당히 감소시킬 수 있는, 배터리 스트랩 캐스팅을 위한 개선된 몰드 조립체 및 프로세스, 그리고 이러한 특징들을 제공하기 위한 포스트 캐스트-온 기계 및 시스템을 위한 개선된 몰드 조립체 및 프로세스가 포함된다. 추가적으로, 몰드 내에서 납 또는 납 합금으로 제조된 캐스트 온 스트랩을 제공하기 위한 프로세스는 자동화되고 그리고 사이클 주기 및 각 스트랩에서 사용되는 납의 양을 줄인다. 이는, 캐스트 온 스트랩 제조에 있어서 예상치 못한 장점을 초래하고 그리고 이하에 기재되고 설명되는 바와 같은 장치에서 본원 발명에 따른 프로세스를 이용하여 제조되는 캐스트 온 스트랩마다의 시간, 물질 및 노동과 관련한 비용의 상당한 절감을 초래한다. 하나의 엣지를 따라서 러그들을 가지는 저장 배터리 플레이트 상으로 캐스트 온 스트랩을 캐스팅하기 위한, 상단부 표면을 포함하는 몰드 조립체가 마련되는데, 이 몰드 조립체는 용융 금속을 수용하기 위한 적어도 하나의 몰드 공동; 및 열 에너지 입력 수단을 포함하고, 상기 하나 이상의 몰드 공동은 제 1의 보다 높은 온도의 제 1 작동 온도 제어식 세그먼트, 하단부 몰드 공동 표면을 실질적으로 형성하고 그리고 각 몰드 공동의 단부벽들에 대향하는 제 2 온도 제어식 세그먼트, 및 제 2의 보다 높은 작동 온도의 제 3 온도 제어식 세그먼트에 의해서 형성되고, 상기 하단부 벽의 하단부 표면으로부터 몰드 조립체 상단부 표면까지 본질적으로 수직으로 연장되는 제 2 몰드 공동 측벽을 포함하며, 상기 제 2 온도 제어식 세그먼트의 온도는, 제 2 온도 제어식 세그먼트를 포함하고 그리고 제 2 세그먼트 하단부의 하부측으로 냉각을 제공하여 하단부 몰드 공동 표면 및 대향되는 단부 벽들을 냉각시켜 몰드 공동 내에서 그리고 몰드 공동 내로 삽입된 배터리 플레이트의 러그들 사이 및 그 주위로 유동하는 용융 금속을 응고시키는 물질과 접촉하는 냉각제 재킷에 의해서 보다 낮은 온도에서 유지되며, 상기 열 에너지 입력 수단은 제 1 및 제 3 온도 제어식 세그먼트로 열 에너지를 제공하고, 제 1 및 제 2 몰드 공동 측벽을 포함하여, 적어도 제 2 세그먼트의 온도보다 더 높은 미리 결정된 온도를 가지는 제 1 세그먼트의 제 1 측벽을 몰드 공동 내의 용융 금속에 노출시킴으로써, 적어도 미리 결정된 최소량의 열 에너지를 몰드 공동 내로 입력한다.

몰드 조립체의 적어도 2개의 부분들, 및 바람직하게 3개의 부분들로서, 2개의 측부 부분들은 본원에서 매니폴드 세그먼트 및 중앙 세그먼트라고 지칭되는 것인 2개의 측부 부분들에서 다른 온도를 가지는 구획된 납 캐스트 온 스트랩("CoS"; Cast on Strap) 몰드를 포함하는 넓은 범위의 본원 발명은 중앙 세그먼트에 비해서 높은 온도가 된다. 매니폴드, 및 선택적으로 중앙 세그먼트에서는, 금속을 용융 상태로 유지하기 위한 보다 높은 온도 레벨에서 이들 세그먼트들을 유지하기 위해서 열 에너지 입력을 포함하는 온도 제어가 행해지며, 그에 따라 용융 금속은 몇 개의 배터리 플레이트의 러그들로 유동될 수 있고, 그리고 몰드 공동 세그먼트는 몰드 내의 용융 금속이 몰드 공동 내에서 용융 금속을 응고시켜 캐스트 온 스트랩을 형성할 수 있는 보다 낮은 레벨에서 유지되는 온도와의 사이에서 몰드의 온도를 냉각시키는 냉각제 재킷을 가진다. 이상적으로, 2개의 세그먼트 각각 즉, 제 1 매니폴드 세그먼트 및 제 3의 중앙 세그먼트 각각이 몰드 공동의 적어도 하나의 측벽을 형성하며, 그에 따라 적어도 하나의 벽으로부터 몰드 공동 내로 열 에너지 입력을 제공하며, 상기 적어도 하나의 벽은 캐스트-온-스트랩 사이클을 통해서 유지되는 몰드 부분보다 더 높은 온도를 가진다. 보다 넓은 범위에서, 본원 발명의 장치 및 방법은 서로 인접하고 몰드 공동의 벽을 형성하는 고온 구획부들 중 적어도 하나를 포함한다. 추가적인 특징은, 제 1 세그먼트 또는 매니폴드 세그먼트 내의 위치로 인해서 보다 더 높은 온도에서 유지되는 보다 적은 납 부피, 게이트 또는 둑 구조물을 가지는 몰드 공동을 제공할 수 있는 능력을 포함하며, 그에 따라 보다 효율적이고 보다 더 깨끗한(clean) 유동 능력을 허용할 뿐만 아니라, 저온 구획부에 대비하여 고온에 노출되는 공동의 비율을 허용한다.

본 발명에 따르면 배터리 캐스트 온 스트랩용 몰드를 얻을 수 있다.

본원 발명은 이하에서 설명되는 첨부 도면들을 참조하여 보다 더 구체적으로 설명될 것이다.
도 1은 몰드 공동을 포함하는 분리 세그먼트를 포함하는 통상적인 몰드 조립체 구조물을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 통상적인 몰드 조립체 구조물을 도시한 측면도이다.
도 3은 용융 금속 채널을 포함하기 위한 그리고 몰드 공동을 포함하기 위한 분리 세그먼트를 포함하는 통상적인 몰드 조립체 구조물을 도시한 평면도이다.
도 4는 당업계에 공지된 몰드 내로 삽입된 상태로 도시된 배터리 플레이트 그룹의 러그를 가지는 배터리 셀 형태의 단면을 정면에서 도시한 도면이다.
도 5a는 도 4의 단면선 5a-5a을 따라 개략적으로 취한 배터리 셀 형태의 단면을 측면에서 도시한 도면이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 배터리 셀 형태의 단면을 측면에서 상세하게 도시한 도면이다.
도 6은 몰드 공동을 포함하는 중앙 영역을 포함하는 몰드 조립체를 절개하여 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명에 따른 몰드 조립체의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 몇 가지 특징들 및 작동을 보다 단순하고 명확하게 도시하기 위해서 도 6에 도시된 바와 같은 본 발명의 몰드 조립체의 일부를 절개하여 상세하게 도시한 도면이다.
도 9는 통상적인 방법에 따라 제조된 캐스트 온 스트랩의 형상 및 치수를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본원 발명에 따라 제조된 캐스트 온 스트랩을 도시한 도면이다.
도 11은 용접 단계 직후의 형상을 도시한 본원 발명에 따른 캐스트 온 스트랩 및 통상적인 몰드 공동의 단면도이다.
도 12는 도 10의 캐스트 온 스트랩을 제공하기 위해서 사용된 몰드의 형상 및 치수를 도시한 도면으로서, 도 7의 선 12-12를 따라서 개략적으로 취한, 본원 발명에 따른 몰드 공동의 단면도이다.
도 13은 도 10의 캐스트 온 스트랩을 제공하기 위해서 사용된 몰드의 형상 및 치수를 도시한 도면으로서, 도 7의 선 13-13를 따라서 개략적으로 취한, 본원 발명에 따른 몰드 공동의 단면도이다.
도 14는 둑의 형상을 도시한 도면으로서, 본원 발명에 따른 몰드 공동의 대안적인 실시예의 상세한 단면도이다.

도 1 내지 도 5와 관련하여 전술한 통상적인 방법 및 구성은 이하에서 보다 구체적으로 기재된 바와 같이 본원 발명에 대한 배경을 제공한다. 본원 발명의 몰드 조립체와 전술한 참조문헌들의 몰드 조립체들 사이의 공통되는 내용이 있을 것이고, 그리고 기재 또는 설명에서 중첩되는 부분이 있으며, 배터리 캐스트 온 스트랩 설비 및 프로세스에 관한 지식을 가진 당업자들은 상기 참조문헌들의 교시 내용의 부분들이, 적절한 경우에, 본원에 포함될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,108,417 호에 개시된 바와 같이, 노출된 몰드 공동으로 용융 금속을 상향 펌핑하는 통상적인 용융 금속 방법 및 본원 발명과 유사한 것들을 포함할 수 있는 유동 채널 구조물이 참조로서 포함되는 것으로 간주될 수 있을 것이다.

중요한 특징 및 구별되는 장점이 본 출원 및 도 6 내지 도 8에 도시된 몰드 형태에 의해서 설명된다. 도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 도 6은 몰드 조립체(100)의 중앙 영역의 사시도를 도시하고 그리고 도 7은 도 6의 형태의 평면을 도시하며, 이때 일부 부가적인 요소들이 구조물을 완성하도록 도시되어 있다. 몰드 조립체(100)는 중앙 섹션을 형성하기 위해서 길이방향으로 연장되는 몇 개의 세그먼트로 분할되며, 이는 조립체의 보다 용이한 식별가능한 도시를 위해서 부분적인 단면으로 도시된 도 6에 도시되어 있다. 완전한 몰드 조립체(100) 내에 존재할 수 있는 일부 세그먼트들이 도 6에 도시되어 있지 않으며, 예를 들어 매니폴드 세그먼트(110')가 도 7에 도시되어 있다.

도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 보다 완전한 몰드 조립체(100)의 일부 절개도인 반면, 도 6에 도시된 몰드 조립체는 몇 개의 몰드 공동(112, 112')의 사시도이고, 도 8의 상세한 절개도는 단지 2개의 몰드 공동(112) 및 인접한 몰드 공동(112')의 부분적인 측벽 부분을 도시한다. 도 8의 구체적인 절개도의 도시는 몰드 공동 구조물의 본질적이고 중요한 본원 발명의 특징들에 관한 이하의 설명을 단순화한 것이다. 그러나, 그러한 절개도는 보다 크고 보다 복잡한 완전한 몰드 조립체 중앙 섹션(110)을 단순하게 개략적으로 나타낸 것이기 때문에, 본원에서의 설명은 또한 도 6 및 도 7에 도시된 몰드 공동에도 적용될 수 있을 것이고, 사실상, 본 발명의 개념을 이용하는 몰드 공동들을 포함하는 임의의 다른 배터리 형태에도 적용될 수 있을 것이다.

몰드 공동(112)의 하나의 측벽을 형성하기 위한 매니폴드 세그먼트(110)의 일부인 측벽의 개구부, 그리고 선택적이지만 바람직한 다른 세그먼트의 반대쪽 측벽의 대응 개구부, 캐스트 온 스트랩을 제공하기 위해서 몰드 조립체의 작동 중에 몰드 공동 내로 열 에너지의 유입유동을 허용하기 위한 중앙(center) 세그먼트(160)는 본원 발명의 중요 특징들 중 하나이다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 총 12개의 복수의 몰드 공동이 몰드 조립체(100)의 상부 표면에 배치된다. 전술한 도 4 및 도 5에서의 종래 기술의 캐스트 온 스트랩 연결과 관련하여 도시된 바와 같이, 몰드 공동(112, 112')은 배터리 셀의 개별적인 그리드 또는 플레이트의 러그들의 연결 지점을 제공한다. 공지된 바와 같이 러그들은 납 또는 다른 용융 금속으로 함께 용접된다. 12개의 공동 이외에, 몰드 조립체(100)는 또한 양의 배터리 포스트 및 음의 배터리 포스트를 제공하기 위해서 몰드 연장부(136)를 포함하는 몰드 공동들의 라인에서 마지막을 위한 특화된 몰드 공동(118)을 또한 제공한다. 각각의 양의 그리고 음의 그리드 또는 플레이트의 각각의 러그가, 예를 들어, 양의 플레이트를 위해서 어레이된(arrayed) 그들의 각각의 공동(112) 및 음의 플레이트를 위한 몰드 공동(112')내에 용접된다.

도 6 및 도 7의 몰드 조립체(100)는 본원 발명의 몰드 공동 구조물을 이용한 단일 차량용 배터리를 위한 구성체(arrangement)를 특징으로 한다. 그러나, 몰드 조립체가 하나 이상의 배터리를 위해서 충분한 몰드 공동(112, 112')을 포함한다는 것이 바람직한 것 그리고 보다 효율적인 것으로 간주될 수 있을 것이다. 예를 들어, 2개의 배터리를 위한 스트랩이 동시에 캐스팅될 수 있고, 이는 24개의 몰드 공동(도시하지 않음)을 가지는 구조물을 이용할 것이며, 그들 중 4개는, 미국 특허 제 5,520,238 호의 도 1에 도시된 바와 같이, 몰드 조립체에서 배터리 포스트 몰드 연장부를 포함할 것이다. 이러한 형태에서, 일부 경우에 제조업자가 하나의 배터리만을 생성하는 몰드를 이용할 것을 선택할 수도 있지만, 각각의 몰드가 2개의 배터리를 완성하기 위해서 2개의 독립된 플레이트 구조물들을 생성할 것이다. 본원의 설명은 설명의 단순화를 위해서 하나의 배터리만을 위한 구조물을 개시하고 있으나, 바람직한 방법은 공지된 바와 같이 이중 배터리 몰드를 이용하는 것이다. 유사하게, 예를 들어, 전술한 미국 특허 제 6,708,753 호에 기재된 바와 같이 종래 기술에서 공지된 회전식 원형 컨베이어(carousel) 타입의 구성체가 이용될 수 있으나, 보다 효율적인 작업 및 보다 신속한 사이클 주기를 제공하기 위해서 이하에서 설명하는 본원 발명에 따른 특징들을 포함하는 본원 발명에 따른 몰드 공동 구조물이 이용될 수 있을 것이다.

도 6은 용융 금속을 몰드 공동(112)의 제 1 행(row)으로 제공하기 위해서 용융 금속 유동 채널(102)을 포함하는 개방 상단부를 상부 표면에 포함하는 매니폴드 세그먼트(110)를 도시한다. 도 6은 중앙 세그먼트(160)에 의해서 분리되고 그리고 제 1 몰드 공동(112)으로부터 반대쪽 측부(side)상에 배치되는 제 2 행의 몰드 공동으로 동일한 기능을 제공하기 위한 몰드 조립체(100)의 후방 측부에 유사한 구조물을 가지는 대응하는 매니폴드를 도시하지는 않는다. 그러나, 이러한 제 2 용융 금속 유동 전달 채널(110')은 도 7의 평면도에 도시되어 있는데, 이는 중앙 세그먼트(160)에 인접한 몰드 형태가 본원 발명의 중요하고 실질적인 부분으로 간주되기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 유동 채널(102)이 제 1 행의 음의 전극 몰드 공동(112)으로 제공하는 것과 동일한 기능을 제 2 행의 양의 전극 몰드 공동(112')으로 제공하기 위해서, 도 7에 도시된 그러한 매니폴드 세그먼트(도 6에는 도시되지 않음)가 몰드 조립체(100)의 후방 측부에서 존재할 것임을 이해하여야 할 것이다.

본원 발명의 목적을 위해서, 그 구조 및 작업을 포함하여 매니폴드 세그먼트(110')(도 7)가 이하에서 설명된 매니폴드 세그먼트(110)와 본질적으로 동일한 것으로 간주될 수 있을 것이다. 물론, 본원에 기재된 개념들을 여전히 이용하면서도, 특별한 타입의 배터리 형태를 수용하기 위해서 몰드 구조를 변경 또는 변화시키는 것도 가능할 것이다. 그러한 변경 중 하나에는, 용융 금속 저장용기(도시하지 않음)로의 공통 매니폴드 접근로 가지도록, 도 7에 도시된 바와 같이 반대쪽 단부 대신에, 유동 채널(102)의 동일한 길이방향 단부에 위치하는 용융 금속 유체 유입구(104)가 포함될 수 있을 것이다. 제 2 매니폴드 세그먼트가 몰드 조립체 세그먼트(110)의 거울 이미지와 유사할 수 있을 것이나, 도 7에 도시된 바와 같이, 완전한 거울 이미지일 필요는 없다. 다른 몰드 조립체 및 유동 채널 구조물들을 필요로 할 수 있 다른 가능한 배터리 형태가 고려될 수 있을 것이고 그리고, 비록 실제 몰드 조립체 구조물이 본 몰드 조립체 구조물에 대해서 고려될 수 있는 것과 상이할 수 있지만, 이들은 본원 발명에 포함되는 것으로 간주된다.

이제 도 6 및 도 7을 참조하면, 당업계에 공지된 바와 같은 납 또는 납 합금과 같은 용융 금속이 일반적으로 용융 금속 유체 유입구(104)를 통해서 유동 채널(102) 내로 도입되고 그리고 유동 채널(102)을 통해서 유동한다. 벽(105)으로부터 매니폴드 세그먼트(110)의 반대쪽 엣지를 따라서 배치된 아일랜드(islands; 107)에 의해서 형성된 일련의 벽들과 외측 벽(105)에 의해서 홈통(trough)이 형성되고, 그리고 길이방향 단부들에서 발견되는 다른 외측 벽 부분(105')들이 유동 채널(102)을 추가적으로 형성한다. 아일랜드(107) 들 사이에, 게이트 또는 둑(108)에서 각각 종료되는 복수의 유동 슈트(chutes; 106)가 있으며, 그에 따라 유동 슈트(106)를 몰드 공동(112)으로부터 분리한다. 둑(108)은 매니폴드 세그먼트(110) 내의 각각의 모듈형 몰드 공동(112) 상으로 개방되고 그리고 유사하게 몰드 세그먼트(110') 내의 몰드 공동(112')에 대해서 개방된다. 2개의 분리된 몰드 세그먼트(110) 및 몰드 세그먼트(110')의 구조 및 작동이 사실상 동일하기 때문에, 도 7 및 도 7 모두에 도시된 세그먼트(110)의 구조 및 작동에 대해서만 설명할 것이며, 그러한 설명은 몰드 세그먼트(110')에 대해서도 또한 적용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 유동 채널(102)은 유체 유입구(104)로부터 길이방향으로 반대되는 유동 채널(102)의 단부에 배치된 대응하는 용융 금속 배출유동 포트(109)를 포함한다.

외측 벽(105, 105') 및 아일랜드(107) 각각은 몰드 조립체 상부 표면(111)까지 상향 연장되고, 이는 도시된 바와 같이 전체 몰드 조립체를 가로질러 공통 표면에 포함될 수 있을 것이다. 정상 작동 중에, 유동 채널(102)은 배출유동 포트(109)를 향한 유체 유입구(104)로부터의 용융 금속의 유동을 위해서 형성된 홈통을 형성한다. 그에 따라, 유동 채널(102) 내에 수용된 임의의 용융 금속이 직립 벽(105, 105') 및 아일랜드(107)에 의해서 형성된 홈통을 통해서 유동할 것이고 그리고 배출유동 포트(109)로 계속 유동되어 채널(102)을 떠날 수 있을 것이다. 이러한 형태가 바람직한데, 이는 유동 채널(102) 및 유동 슈트(106) 내의 용융 금속의 높이를 제어하는 것이 필요하기 때문이다. 부가적으로, 그러한 형태가 바람직한데, 이는 용융 금속의 연속적인 순환이 예외적인 상황(anomalies)을 줄이기 때문이고 그리고 용융 금속을 유체 상태로 유지하기 때문이며, 이는 배출유동 포트(109)가 저장용기(도시하지 않음)에 연결되기 때문이고, 그러한 저장용기 내에서는 용융 금속의 온도가 미리 정해진 온도로 유지된다.

채널(102)의 용융 금속 유체 유입구(104)가 유동 채널(102) 내의 용융 금속의 수직 높이를 선택적으로 증가 및 감소시킬 수 있는 펌프 또는 기타 주입(pouring) 매커니즘에 의해서 제어된다. 제어 매커니즘은, 예를 들어, 전술한 미국 특허 제 4,108,417 호에 기재된 바와 같이, 당업계에 공지된 바와 같은 펌프 또는 기타 장치일 수 있다. 유동 매커니즘을 위한 제어는 용융 금속의 높이를 외측 벽(105, 105') 및 아일랜드(107)에 의해서 규정되는 바와 같은 몰드 조립체 상단 표면(111)의 높이보다 상당히 아래로 용융 금속의 높이를 유지하는 것을 필요로 할 것이다. 만약 유동 채널(102) 내로 펌핑된 용융 금속의 액체 높이가 특정 높이 위까지 도달할 수 있을 정도로 충분하다면, 유동 채널(102)로부터 측방향으로 그리고 각각의 유동 슈트(106)를 따라서 둑(108)에 도달할 때까지 계속 유동할 것이다.

통상적으로, 용융 금속의 높이는 용접 단계 동안에 보다 낮은 높이에서 유지되고, 그러한 용접 단계에서는 러그들이 용융 금속 내로 담겨진다. 즉, 용접 사이클의 시작 시에, 용융 금속의 높이는 유동 채널(102)의 하단 표면(101) 위로 약 6 mm 높이에서, 그리고 또한 유동 슈트(106)의 하단 표면(103) 위에서 유지될 것이다. 이러한 높이는 둑(108)의 상단부의 높이 아래이다. 용접 사이클의 제 2 페이즈(phase)에서, 용융 금속의 높이는 유체 유입구(104)를 통한 펌핑 작용에 의해서, 둑(108)의 가장 높은 높이보다 높으나 몰드 조립체(100)의 상부 표면(111)의 높이보다는 낮은, 통상적으로 12 mm의 높이까지 높아질 것이다.

각각의 유동 슈트(106)는 유동 채널(102)로부터 몰드 공동(112) 내로의 유체 연통을 제공하고, 그리고 용융 금속의 높이의 상승은 용융 금속이 둑(108)을 넘쳐 흐르게 하는 결과를 초래한다. 유동 채널(102) 내의 용융 금속의 액체 유동이 보다 높은 높이까지 높아짐에 따라, 액체 유동이 둑(108)에 도달할 때까지 각 유동 슈트(106)의 측벽들이 용융 금속 유동을 유동 슈트(106)를 따라서 지향시킨다. 둑(108)은 슈트를 따른 추가적인 유동을 방해하고 그리고 용융 금속이 채널(102)을 따라서 추가적으로 계속되는 것을 방지하여, 몰드 공동(112)으로 진입하지 않고 슈트(106) 내에서 유지되게 한다. 그러나, 용융 금속의 높이가, 둑(108)의 상단 엣지의 높이 위가 될 때까지, 계속적으로 높아지기 때문에, 용융 금속은 둑(108)을 넘쳐 흐르게 될 것이고 그리고 몰드 공동(112) 내로 주입될 것이다. 물론, 용융 금속의 높이는 펌핑 제어에 의해서 너무 높아지지 않게 방지되고, 예를 들어, 몰드 조립체(100)의 상부 표면(111)에 접근하거나 넘쳐 흐를 정도로 너무 높은 높이까지 높아지지 않게 방지된다. 그러나, 둑(108)의 상단 높이가 상단 표면(111)보다 많이 낮기 때문에, 용융 금속 높이가 몰드 조립체 상부 표면(111)을 넘쳐흐르게 허용하지 않으면서, 용융 금속이 둑(108)의 엣지를 넘어서 계속 넘쳐흐를 수 있으며, 이때 용융 금속 높이가 몰드 조립체 상부 표면(111)을 넘쳐흐르게 되면 몰드 조립체(100)에 손상을 초래할 수 있고 또는 주변에 있는 사람에게 부상을 입힐 수도 있을 것이다.

도 6에 도시된 몰드 조립체(100)를 참조하면, 그리고 또한 도 8의 몰드 조립체의 일부에 대한 개략적인 상세도를 참조하면, 매니폴드 세그먼트(110)는 둑(108)이 개방되는 모듈형 몰드 공동(112)과 직접 접하는 것으로 도시되어 있다. 보다 용이한 가시(可視)화를 위해서, 도 8의 상세한 도면에 대해서 이하에서 설명할 것이고, 이어서 도 6 및 도 7에 도시된 몰드 조립체(100)의 보다 완전한 중앙 부분에 관한 내용에서 그리고 그와 관련하여, 개략적으로 도시된 부분(200)을 설명한다. 도 8에 도시된 개략적인 모델이, 도시된 바와 같은, 단일의 2 몰드 공동 부분 구조물에 대한 실질적인 구성을 제공하지만, 이러한 도면은 본원 발명에 따른 몰드 공동들의 작동 및 구조 그리고 그러한 몰드 공동들을 가열 및 냉각하는 방법을 보여주기 위한 예시적인 목적으로 주로 제공된 것임을 이해하여야 할 것이다. 도 6 내지 도 8에 도시된 요소들에서 충분한 유사성이 있는 경우에, 동일한 식별 부호를 사용할 것이다. 예를 들어, 벽 구조물(105) 및 아일랜드(107)가 다소 상이한 형상 및 배향을 가지지만, 이들은 도면들을 통해서 동일한 도면부호로 식별될 수 있을 것이다.

전체적으로 '200'으로 표시된, 도 8의 몰드 조립체의 개략적인 표상은 내부에 둑(108)이 배치되는 제 1 측벽(132)에 의해서, 전체적으로 육면체 형상의 몰드 공동의 대향 측부들 상에 위치되고 대부분 중앙 세그먼트(140)의 일부인 2개의 대향된 단부 벽(142, 144)에 의해서, 그리고 중앙 세그먼트(160)의 일부인 제 2 측벽(162)에 의해서 형성되는 몰드 공동(112)을 포함한다. 몰드 공동(112)은 단부 벽(142 및 144)들 사이에서 연장되고 그리고 몰드 공동 세그먼트(140) 내에 대부분이 배치되는 하단부 표면(143)에 의해서 추가로 형성된다. 탭 개구 또는 웰(wells; 121)이 도 8에서 프로파일로 도시되어 있고, 인접한 몰드 공동(112)들의 표면(143) 아래로 연장한다. 통상적인 구성체에서, 단부 벽들 중 하나, 즉 단부 벽(142) 또는 단부 벽(144)이 하단부 표면(143)에서 종료되는 한편, 대향되는 나머지 단부 벽은 탭 웰(121)을 포함한다. 본 구성에서, 인접한 몰드 공동(112)은 단부 벽(142)과 인접하게 되는 탭 웰(121)을 포함하고 그리고 인접한 몰드 공동(112)은 반대쪽 단부 벽(142)과 인접할 것이다. 그에 따라, 탭 웰(121)을 구비한 단부 벽이 '142'가 되고 그리고 대향 벽이 벽(144)으로 식별된다. 단부 벽(142' 및 144')의 부분들 만이 몰드 공동(112')과 관련하여 보여질 수 있으나, 도 7 및 도 13과 관련하여 이하에서 설명되는 연결 탭(172)의 전체적인 윤곽선이 도시되어 있다. 몰드 공동(112)은, 몰드 조립체(100)의 상부 표면(111) 위로, 상단부를 향해서 개방된다.

유동 채널(102) 및 유동 슈트(106)의 부피를 알 수 있기 때문에, 유체 유입구(들)(104) 및 배출구 포트(들)(109)의 상대적인 펌핑 용량을 조정함으로써, 유동 채널(102) 내의 용융 금속의 높이를 제어할 수 있을 것이다. 만약, 전달 슈트(106) 및 유동 채널(102) 내의 높이가 보다 더 높은 지점에서, 예를 들어, 둑(108)의 상단 엣지보다 더 높은 높이에서 바람직하다면, 유체 유입구(104)는 유동 채널(102) 내로 보다 더 많은 용융 금속을 펌핑하도록 지향되고 및/또는 배출구 포트(109)가 펌핑을 정지시키거나 또는 덜 펌핑한다. 모서리 또는 다른 영역에서의 용융 금속의 응결체 또는 스퍼(spur) 형성을 피하는 것을 돕기 위해서, 시스템을 통한 용융 금속의 일정한 유동이 바람직할 것이다. 유동 채널(102) 내의 용융 금속의 내부 높이에 대한 보다 더 빠른 제어 및 변경을 위해서, 몇 개의 부가적인 유체 유입구(104)(도 7에 점선으로 도시됨)가 유동 채널(102)을 따른 하단부 표면(101) 내의 적절한 위치에 배치될 수 있을 뿐만 아니라, 몇 개의 배출구 포트(109)(도 7에서 점선으로 도시됨)가 그에 인접할 수 있다. 유입구(104) 및 배출구 포트(109)는 이상적으로 매니폴드 형태로 함께 연결되고 그리고 용융 금속 저장용기(도시하지 않음)와 유체 연통되며, 그에 따라 그들을 통한 펌핑 작용이 직렬로(tandem) 동시에 작동된다.

이제 도 6 내지 도 8을 참조하면, 몰드 공동 세그먼트(140)는 중간(intermediate) 세그먼트(130)에 직접적으로 인접하고, 그러한 중간 세그먼트 자체는 매니폴드 세그먼트(110)에 인접한다. 중간 세그먼트(130)는 매니폴드 세그먼트(110)와 몰드 공동 세그먼트(140) 사이에 개재된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 도 6을 참조하면, 중간 세그먼트(130)가 몰드 조립체(100)의 본체 내로 적어도 부분적으로만 하향 연장한다는 것을 볼 수 있을 것이며, 이는 이하에서 설명하는 바와 같이 그것의 열 에너지 입력 가열 파워 기능 때문이다. 유사하게, 중간 세그먼트(160)가 또한 몰드 조립체(100)의 본체 내로 부분적으로만 하향 연장한다. 이하에서 보다 더 구체적으로 설명하는 바와 같이, 양 세그먼트(130, 160)는 또한 2개의 각각의 측벽(132, 162)의 열 입력 및 온도 높이를 미리 결정된 원하는 높이에서 유지하는 기능을 한다.

여러 세그먼트(110, 130, 140, 및 160)들 사이에 상당한 온도 차이가 있다는 것을 이해할 수 있을 것이고, 이는 본 발명의 일부이다. 그에 따라, 적절한 절연 물질을 포함하는 2개의 평면형 필름 또는 매트(115)가 임의의 2개의 인접한 세그먼트(110, 130, 140 및 160)들의 각각의 인접 표면들 사이에 개재될 필요가 있다. 예를 들어, 전술한 미국 특허 제 4,425,959 호에 기재된 열 절연 물질과 유사한 것 또는 통상적으로 400 ℃ 초과의 높은 온도를 견딜 수 있는 다른 임의의 적절한 물질과 같은, 임의의 적절하게 열적으로 절연된 물질이 이용될 수 있을 것이다. 세그먼트들 사이에 적절한 단열 특성을 제공하면서도 매트(115)의 두께가 가능한 한 얇을 수 있도록, 절연 물질이 낮은 열 전도도를 가지는 것이 중요하다. 또한, 이는, 작동 중에 필요에 따라 용융 금속으로 직접적으로 열 전달 용량을 제공하는 각 세그먼트의 벽들, 예를 들어 벽(132, 162)들이 몰드 공동(112) 내의 인접하는 용융 금속과 가능한 한 최대로 직접 접촉할 수 있게 할 것이다. 즉, 매트(115)의 두께를 가능한 한 얇게 유지하는 것은 용융 금속에 대해서 노출되고 그리고 접촉하게 되는 세그먼트들 사이의 표면적을 최소화할 것이나, 그러한 표면은 낮은 열 전도도로 인해서 임의의 열 전달 능력을 제공하지 않는다. 통상적으로, 매트(115)의 두께는 약 .005"(.13 mm) 내지 약 0.100"(2.54 mm)의 범위가 되고, 상기 범위의 하한선을 향할수록 바람직한 두께가 될 것이다. 물론, 사용된 배터리 형태에 따라서, 매트(115)의 다른 두께들이 가능할 것이다.

하단부 표면(143) 및 단부 벽(142, 144)은 몰드 공동 세그먼트(140) 내에 대부분 배치되고, 이는 표면(143) 위의 벽(142)과 벽(144) 사이에서 각각의 몰드 공동(112)의 부피들의 대부분을 포함한다는 것을 주지하여야 한다. 몰드 공동 세그먼트(140)는 연관된 매니폴드 세그먼트(110) 다음의 중간 세그먼트(130)에 직접 인접한다.

배터리의 양의 그리고 음의 그리드 또는 플레이트의 러그들을 결합하기 위해서 본원 발명의 COS 몰드 조립체(100)는 용융 금속 또는 대부분이 납인 합금을 이용하고, 이들의 각각의 쌍은 도 4, 도 5a 및 도 5b에 도시된 구조물 및 공지된 프로세스와 유사한 셀을 함께 형성한다. 예를 들어, 도 8의 개략적인 도시에서, 러그(44)(도 4)와 유사한 음의 러그들이 몰드 공동(112)의 하나의 세트 내로 배치되고 그리고 양의 러그(46)들이 몰드 공동(112')(도 6)의 다른 세트 내로 주입된 용융 금속 배스(bath) 내로 배치된다. 이러한 프로세스는 하나 또는 둘 이상의 배터리 포스트(도 8에는 도시되지 않음) 및 러그(44)와 러그(46) 사이에 적절한 용접을 형성하기 위해서 미리 정해진 양의 열 에너지를 필요로 한다. 과다한 열 에너지 입력을 필요로 하지 않으면서 양호한 용접을 제공하기에 충분한 고온으로 납을 유지하기 위한 시스템 내로의 열 에너지 입력의 감소는 산업계에서 공인된 목표이고, 그리고 전술한 높이(레벨)보다 높게 온도를 유지하는 본 몰드 조립체 형태에 의해서 충족된다.

본원 발명에 따른 COS 몰드는 본질적으로 3개의 섹션을 가지며, 그들 중 일부가 전술한 세그먼트들 중 하나 초과를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 섹션(130) 및 매니폴드 세그먼트(110)가 일체형 세그먼트가 될 수 있으나, 보다 더 높은 온도가 몰드 공동(112)의 프랭크(flanks)로 제공되도록 바람직하게 이들은 분리된다. 하나가 매니폴드 세그먼트(110)와 중간 세그먼트(130)의 조합을 포함하는, 이들 섹션들 중 2개는 단일 세그먼트 섹션으로 도시되지 않았지만, 그러한 방식으로 이용될 수 있을 것이다. 2개의 분리된 세그먼트들이 사용될 때, 두 세그먼트(110 및 130)의 온도가 서로 다른 높이로 유지될 수 있고, 예를 들어, 매니폴드 세그먼트(110)의 온도가 용융 금속을 용융 및 유체 상태로 유지하기에 충분한 온도에서 유지되는 반면, 중간 세그먼트의 온도가 몰드 공동(112) 내로의 주입 직전에 보다 더 높은 높이(레벨)로 용융 금속을 가열하기 위한 보다 더 높은 온도에서 유지될 수 있다. 몰드 공동(112) 내로 유입될 때 용융 금속 온도가 높을수록, 용융 금속이 둑의 상단 엣지를 넘쳐 흐르고 용융 금속이 공동(112) 내로 주입될 때 몰드 공동 내로 삽입될 러그(44)와 러그(46) 사이에서 보다 더 양호한 용접을 제공할 수 있을 것이다. 다른 섹션은 몰드 공동 세그먼트(140) 및 중앙 세그먼트(160)를 포함한다. 이들 2개의 세그먼트는 몰드 공동(112, 112')의 부피를 대부분 포함하는 몰드 공동 세그먼트(140)의 온도보다 본질적으로 더 높은 온도에서 유지된다.

보다 더 높은 온도의 세그먼트들의 일부인 측벽을 포함하는 몰드 공동(112)의 개념은 본원 발명의 일체형 부분이다. 몰드 공동 부피, 및 몰드 공동 내로 주입되는 후속 용융 금속이 벽(132 및 162)에 노출되고, 그에 따라 공동 내로의 그리고 그 내부로 주입된 용융 금속으로의 부가적인 열 에너지 입력을 제공한다. 2개의 측벽에 의해서 제공되는 몰드 공동 내로의 열 에너지 입력은 주입 및 용접 단계에서 몰드 공동 내의 용융 금속으로의 가열 용량(heating capacity)을 개선하고, 그에 따라 양호한 둑이 러그들 사이에 제공되고, 이때 몰드 공동(112, 112') 내에서 많은 배치(batch) 또는 과다 질량의 금속이 요구되지 않는다.

또한, 만약에 열 에너지의 부가적인 입력이 필요한 것으로 간주된다면, 공동 측벽(132, 162)은 2개의 열적으로 상승된 세그먼트(130, 160)의 일부를 포함하는 몰드 공동(112)의 유일한 부분일 필요가 없다. 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 측벽(132, 162)은 몰드 공동(112)의 단부와 직접 인접하지 않으나, 하단부 및 단부 벽의 적은 부분들이 각각 세그먼트(130, 60)의 부가적인 부분들에 의해서 잠식(enchroach)된다. 이들은 예를 들어 하단부 표면(143) 및 단부 벽(142, 144)의 일부를 각각 제공하는 몇 개의 슬라이스 또는 렛지(ledge; 146, 166) 형태를 취하고, 그리고 벽(132, 162)에 직접적으로 인접한다. 이는 형상이 대략적으로 삼각형이나 열적으로 상승된 세그먼트들의 일부인 슬라이스(146, 166)를 초래하고, 그에 따라 필요에 따라 부가적인 열 에너지가 몰드 공동(112) 내로 입력될 수 있게 한다. 유사하게, 몰드 공동(112)의 하단부(143) 내의 슬라이스 또는 렛지(147) 역시 중간 세그먼트의 일부이고, 그리고 부가적인 열을 공동 내로 도입할 수 있다.

그러한 슬라이스 또는 렛지(146, 166, 147 및 167)에 대한 폭 또는 심지어 수요(need)는 러그 삽입 단계 동안에 금속의 용융 상태를 유지하기 위해서 공동(112) 내에서 필요로 할 열 에너지의 양을 고려한 초기의 계획에 따라 달라진다. 렛지(147)로부터 공동의 반대쪽 측부 상에 위치하는 유사한 렛지(167)가 도 12에 가장 명료하게 도시되어 있으며, 그러한 렛지(167)는 중앙 세그먼트(160)와 일체이다. 본원 발명을 이해하는 사람은, 렛지 또는 슬라이스의 폭이 원하는 조건들, 스트랩을 위해서 필요할 수 있는 용융 금속의 양, 그리고 다른 고려사항에 따라서 변화될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 측벽(132, 162) 그리고 단부(142, 144) 및 하단부 표면(143)의 부분들을 통해서 열 에너지를 제공할 수 있는 능력은 구성상의 탄력성을 도입하고, 그러한 탄력성으로 인해서 이러한 지식을 가지는 사람이 필요에 따라 특정 캐스트 온 스트랩을 수용하도록 그리고 파라미터들을 최적화하도록 디자인할 수 있을 것이며, 그에 따라 배터리의 제조 시에 사용되는 납의 양 및 필요로 하는 열 에너지 입력을 감소시킬 수 있다.

도 6 내지 도 8에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 2개의 세그먼트(130, 160)가 제 3의 가운데(middle) 세그먼트(140)의 옆에 위치한다(flank). 예를 들어, 몰드 세그먼트(140)와 인접한 세그먼트(130, 160) 사이에 절연 매트(115)를 포함시킴으로써 섹션들을 분리하는 것 그리고 몰드 세그먼트(140)를 열적으로 격리하는 것에 의해서, 몰드 조립체가 세그먼트들 사이에서 온도를 제어할 수 있게 된다. 매니폴드 세그먼트(110)에 대한 온도는 약 420 ℃ 내지 약 460 ℃ 범위로 유지되나, 보다 통상적으로 450 ℃에서 유지되는데, 이는 용융 금속이 유체로 유지되고 그리고 유동 채널(102)에 의해서 형성된 홈통을 통해서 통과할 수 있도록 하기 위한 것이다. 용융 금속은 용융 금속 유체 유입구(104)를 통해서 그리고 유동 채널(102)을 따라서 펌핑되고 그리고 용융 금속 유체 배출유동부(109)를 향해서 유동된다. 통상적으로, 용융 금속(대부분 납)이 펌핑에 의해서 또는 다른 수단에 의해서 저장용기(도시하지 않음)로부터 끌어 당겨지고, 상기 저장용기 내에서는 금속이 작동 중에 연속적인 열의 인가에 의해서 용융 상태로 유지된다. 유사한 구성체가 전술한 미국 특허 제 4,108,417 호에 기재되어 있고, 그리고 해당 프로세스의 이해를 달성하기 위해서 적절한 경우에 이러한 특허의 교시 내용에 대한 참조가 포함된다.

다른 세그먼트(130, 110, 140' 등)의 온도가 또한 특정 온도의 미리 정해진 범위 내에서 유지된다. 중간 세그먼트(130)가 약 300 ℃ 내지 약 500 ℃의 범위, 보다 바람직하게 약 430 ℃ 내지 약 450 ℃의 범위에서 보다 높은 온도로 유지되고, 중앙 세그먼트(160)의 온도는 약 200 ℃ 내지 약 400 ℃, 바람직하게는 약 250 ℃이고, 이러한 온도는 관통공(119) 내로 삽입된 가열 코일(도시하지 않음)과 같은 적절한 가열 매커니즘에 의해서 유지된다. 몰드 공동 세그먼트(140)의 온도는, 물 유입유동 포트(150)(도 6)를 포함하는 냉각 자켓에 의해서, 110 ℃ 내지 150 ℃의 범위, 바람직하게는 약 120 ℃에서 일정한 온도로 유지된다. 몰드 공동 세그먼트(140)의 하단부 표면(143) 및 벽(142, 144)의 표면 온도는 용융 금속을 고온의 중간 세그먼트(130)로부터 직접적으로 주입함으로써 용접 단계 바로 전에 상승되는데, 이는 각각의 러그들 사이에 양호한 용접을 형성하기 위해서는 용융 금속이 충분히 고온으로 유지되어야 하기 때문이다. 러그(44, 46)를 위로부터(도 12에 도시된 바와 같음) 낙하시킴으로써 그러한 러그들을 용융 금속 내로 담그자마자, 용융 금속이 개구(150)를 통한 경로를 가지는 워터 재킷에 의해서 냉각되기 시작하고, 이는 금속을 응고시키며, 그에 따라 이러한 캐스팅 단계에서 양호한 용접이 형성된다. 용융 금속이 러그(44, 46) 주위로 응고되는 캐스팅 단계 동안에, 몰드 공동 부분 온도가 다시 약 120 ℃로 감소된다.

전술한 바와 같이, 본질적으로 슈트(106)를 통해서 용융 금속을 주입함으로써 매니폴드 세그먼트(110)는 납과 같은 용융 금속을 도 6 및 도 7에 도시된 몰드 공동(112, 112') 내로 전달하고 그리고 시스템은 둑(108)을 넘쳐 흐를 수 있을 정도로 용융 금속의 높이를 충분히 상승시킨다. 노출된 측벽(132, 162)이 금속으로 약간의 열 에너지를 부가하지만, 그럼에도 불구하고, 이러한 세그먼트(130, 160)로부터의 연속적인 열 에너지 입력에도 불구하고 용융 금속은 몰드 공동(112) 내에서 러그(44, 46)(도 4) 주위에서 완전히 응고된다. 본원 발명의 발명자들이 놀랄만한 발견을 한 바와 같이, 완전한 몰드 공동 부피 내에서 냉각이 이루어지지 않음에도 불구하고, 도 1 내지 도 4-5b에 도시된 바와 같이, 종래 기술에서 진행될 수 있는 것과 달리, 가열된 측벽은 캐스팅 프로세스에 상당한 영향을 미치지 않는다. 즉, 완전한 캐스트 온 스트랩을 획득하기 위해서, 종래 기술에서는, 완전한 몰드의 냉각, 즉 몰드 공동의 하단부 및 모두 4개의 벽들의 냉각이 요구된다. 그러나, 본원 발명의 몰드 공동 형태는, 하단부 표면(143) 및 단부 벽(1423, 144), 또는 그들의 대부분으로만 냉각 작용이 단지 인가되게 함으로써 응고된 스트랩을 제공한다. 본원 발명에 따라 몰드 조립체(100)의 3개 표면의 부분들 만을 따른 이러한 냉각 작용은 캐스팅 프로세스 동안에 스트랩을 완전히 응고시키기에 충분한 열적 냉각을 제공한다. 부가적인 가열 또는 냉각 용량이 필요한 경우에, 가열 코일(도시하지 않음) 또는 냉각수의 삽입을 위한 부가적인 포트들, 예를 들어 포트(180)가 도 8에 도시된 바와 같이 제공될 수 있을 것이다. 시스템 및 몰드 조립체(100)로 제공되는 열 에너지 입력 및 냉각 용량이 원격적으로 제어될 수 있고 그리고 열전쌍과 같은 센서들에 의해서 모니터링될 수 있을 것이며, 상기 센서들은 미리 정해진 온도로 유지될 필요가 있는 분리된 표면들과 접촉하도록 배치된다.

놀랍게도, 본원 발명의 몰드 구조물에서, 몰드 공동 표면들 중 3개만을 즉, 단부 벽(142, 144) 및 하단부 표면(143)만을 냉각시키는 냉각 재킷은, 그럼에도 불구하고, 냉각 재킷에 의해서 제공되는 냉각 용량이 몰드 공동(112) 내의 용융 금속의 전체 질량을 냉각시키기에 충분하기 때문에 몰드 공동(112) 내에서 용융 금속이 완전히 응고될 수 있게 한다. 러그(44, 46)를 용융 금속 내로 삽입하는 단계 동안에 러그(44, 46) 사이에 용접이 형성된 후에, 몰드 공동 세그먼트를 약 120 ℃로 냉각시키기 위해서 냉각수가 냉각 재킷을 통해서 계속적으로 펌핑됨에 따라, 몰드 공동 세그먼트(140)가 냉각 재킷 온도로 복귀된다. 금속이 공동(112) 내로 주입된 후에 제 1의 짧은 시간(few moments) 내에 표면(142, 144) 및 하단부 표면(143)과의 접촉 지점에서 용융 금속이 응고되기 시작한다는 것을 고려하여야 하고, 그에 따라 용융 금속이 몰드 공동(112) 내에 위치된 직후에 러그들이 금속 내로 담겨지는 것이 중요하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 프로세스의 필요한 타이밍은 사이클을 추가적으로 가속하고 그리고 사이클 주기를 단축시킨다.

용융 금속의 냉각이 거의 순간적으로 시작되고 그리고 초기 응고 후에 금속의 열 에너지 전달 특성이 금속을 히트 싱크 프로세스에 의해서 측부 표면들에서 냉각시키며, 그러한 측부 표면들은 측벽(132, 162)에 인접한다. 가열된 표면과 접촉하는 측벽(132, 162)과 접촉하는 캐스트 온 스트랩의 스트랩 표면들은 보다 느린 상 전이(transition)를 경험하고, 그러한 보다 느린 상 전이는, 비록 고체 형태이지만, 약간 더 유연한(malleable) 스트랩 표면을 남기며, 그에 따라 각각의 공동(112, 112')으로부터 캐스트 온 스트랩을 보다 더 용이하게 제거할 수 있게 한다.

측벽 접촉에 의해서 몰드 공동(112, 112') 내로 열 에너지를 도입 또는 제공하는 것의 다른 추가적인 이점은 "적합한" 용접을 형성하기 위해서 필요한 용융 금속의 양을 상당히 감소시킨다는 것이다. 종래 기술의 몰드 디자인은 완전한 몰드 공동을 감소된 온도 페이즈에서 유지하여야 할 필요성에서 비롯된 문제를 가지며, 그에 따라 공동 내로의 용융 금속의 유입이 있을 때, 단순히 높은 열 에너지 컨텐트(content)를 유지하기 위해서, 충분한 유체가 각각의 러그(44, 46) 사이로 도달하게 할 수 있는 많은 몰드 공동 내의 용융 금속의 온도를 유지할 필요가 있다. 몰드 공동 내로 주입되는 용융 금속의 양의 임의의 감소는 금속이 적절한 용접부를 생성하기 위한 모든 필요한 러그 위치들에 도달하기 전에 금속을 응고시킬 위험을 초래할 것이다. 이러한 우발적인 사태를 방지하기 위해서, 도입되는 납 또는 용융 금속의 양이 특정의 임계 레벨보다 높아야 하며, 그에 따라 러그들 사이의 필수적인 접촉을 제공하지 못할 가능성을 피할 수 있다.

본원 발명에 따른 몰드 조립체는 여러 가지 이유로 종래 기술의 몰드 조립체를 실질적으로 개선한다. 인접하는 중간 세그먼트(130, 160)의 열적으로 높아진(450 ℃) 측벽들과 측벽을 접촉시키는 것에 의해서 몰드 공동(112, 112') 내로 열 에너지를 도입하는 것은 완전한 용접부를 형성하기 위한 충분한 열 에너지를 제공한다. 또한, 종래 기술은 용접 단계 동안에 유체 특성을 유지하기 위해서 과다한 질량의 용융 금속에 의존하기 때문에, 측벽(142, 144)으로부터의 열 에너지 입력은, 몰드 공동 내에서 필요로 하는 훨씬 더 적은 양의 납 또는 용융 금속으로도, 동일한 기능을 제공한다. 세그먼트(130, 16)의 가열된 측벽(132, 162)은 용융 금속을 높은 정도의 유동성에서 유지하여, 그러한 용융 금속이 러그(44, 46)들 사이로 보다 용이하게 유동될 수 있게 하고 그리고 적절한 접촉을 만들지 못할 위험을 피할 수 있을 정도로 충분한 깊이까지 각각의 러그들에 대해서 용접부를 형성한다. 러그들 사이의 용접부를 완성하기 위해서 필요한 납의 양의 감소는, 각각의 캐스트 온 스트랩에 대해서 사용될 필요가 있는 용융 금속이 보다 적다는 이점, 및 주입 단계 이전에 유체 상태로 용융 금속을 유지하는데 필요한 열 에너지가 보다 적다는 이점을 제공한다.

구체적으로, 필요로 하는 용융 금속의 양이 상당히 감소되어 사용되는 납 또는 용융 금속뿐만 아니라 각 사이클에서 요구되는 열 에너지의 양 모두에서의 상당한 절감을 제공한다. 그에 따라, 몰드 공동(112, 112')이 종래 기술에서 공지된 표준 스트랩에 대한 것보다 상당히 더 작을 수 있다. 예를 들어, 통상적인 스트랩의 폭이 표준 22 mm(약 7/8")로부터 단지 약 15 mm(약 5/8")까지 감소될 수 있다는 것을 발견하였다. 스트랩의 두께가 또한 7 mm(약 1/4")로부터 약 4 mm(약 0.150") 내지 6 mm(약 0.270")의 범위까지 상당히 감소될 수 있을 것이다. 스트랩 두께를 감소시키는 것은 또한 몰드 공동(112)의 깊이가 통상적인 깊이로부터 감소될 수 있게 하고, 이는 도 11 및 도 13의 단면도 비교로부터 명백하게 확인할 수 있을 것이다.

이제, 도 9 및 도 11을 참조하면, 통상적인 캐스트 온 스트랩(170)이 표준 치수를 가지는 것으로 도시되어 있다. 스트랩 본체는 내부에 매립된 러그(44, 46), 그리고 인접한 스트랩들 서로를 그리고 포스트로 연결하기 위해서 사용되는 탭(172)을 포함한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 전술한 바와 같이, 용융 금속 배스가 먼저 표준 몰드 공동(12) 내로 주입되었고, 그리고 플레이트(42) 및 러그(44, 46)를 포함하는 플레이트 구성 그리고 도 5a에 도시된 바와 같은 절연 물질(48)이 몰드 공동(12) 내의 용융 금속(98)의 표면(9)을 향해서 하강되었고, 그에 따라 러그(44, 46)의 단부들이 표면(99) 아래의 용융 금속 배스 내로 담겨졌다. 고온 용융 금속(98)과 저온 러그(44, 46) 사이의 온도 차이는 용융 금속의 온도의 즉각적인 감소를 초래하는데, 이는 러그들이 또한 히트 싱크로서 작용하여, 용융 금속으로부터 러그(44, 46) 위의 플레이트들을 향해서 열 에너지를 빼앗기 때문이다. 현재의 몰딩 디자인에서, 용융 금속의 온도는 용융 상태로부터 고체 상태로 전이될 때 급격하게 떨어진다. 용융 금속(98)에 대해서 충분한 유동성을 부여하기 위해서, 종래 기술 장치에서는, 금속이 러그(44, 46)들 사이에서 유동할 수 있을 정도로 충분히 고온에서 유지되도록 하여 캐스트 온 스트랩(170) 내에서 양호한 용접부 및 접촉 러그를 제공하도록, 최종적으로 필요한 것보다 많은 질량의 용융 금속(98)이 몰드 공동(12) 내로 주입되어야 했다. 전술한 바와 같이, 표준 치수는 약 22 mm의 폭과 약 7 mm의 두께이다.

본원 발명에 따른 몰드 공동 형태는, 도 10, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 캐스트 온 스트랩에 대해서 다른 형상을 초래한다. 치수들은 감소될 수 있으며, 그에 따라 양의 연결부 및 음의 연결부를 위한 양 측부 상의 러그들 사이의 적절하고 일정한 기계적 및 전기적 연결부들을 여전히 제공하면서도, 폭이 15 mm(약 5/8")가 될 수 있고, 그리고 스트랩 두께가 약 4.5 mm(약 0.177")까지 감소될 수 있다. 연결부들을 제공하기 위해서 통상적인 몰드들에서 사용되는 용융 금속의 많은 부피는 본원 발명에서 필수적이지 않은데, 이는 용융 금속을 러그(44, 46)들 사이에서 퍼지도록 구동하는(drive) 온도를 유지하기 위해서 많은 용융 금속이 필요치 않기 때문이다. 이러한 결과는, 몰드 공동 세그먼트(140)의 온도보다 상당히 더 높은 온도의, 측벽(132, 162)에 대한 직접적인 접촉에 의해서 본원 발명의 몰드 공동(112) 내의 용융 금속으로 열 에너지를 도입할 수 있는 능력의 직접적인 결과이다. 보상(compensating) 인자는, 열 에너지가 더 이상 용융 금속의 질량 내에 내부적으로 포함되어야 할 필요가 없다는 것이다. 충분한 양의 열 에너지를 제공하기 위해서 과다하게 요구되는 납은 더 이상 필요치 않게 되는데, 이는 열 에너지가 측벽(132, 162)과의 직접적인 접촉으로 용융 금속을 통해서 입력되기 때문이다. 정확하고 제어된 온도 관리를 제공하기 위한 이러한 능력으로 인해서, 스트랩의 감소된 최종 두께 및 공동의 폭의 조정이 가능하다.

몰드 공동으로부터 스트랩을 제거하는 것을 보다 더 용이하게 하기 위해서, 몰드 공동(112, 112')의 단부 벽(142, 144)뿐만 아니라, 측벽(132, 162)의 각각이 수직에 대해서 경사지게 되고 그리고 하단부(143)로부터 몰드 조립체 표면(111)을 향해서 발산된다. 이는, 도 9 및 도 11에 도시된 바와 같이, 응고 후의 스트랩의 형태에 대해서 통상적인 것이다. 그러나, 2개의 측벽(132, 162) 내의 열 에너지에 의해서 몰딩된 스트랩으로 부여되는 바람직한 표면 품질 때문에, 경사 정도가 또한 감소될 수 있을 것이며, 그에 따라 보다 콤팩트한 형상의 스트랩을 제공할 수 있을 것이다. 예를 들어, 몰드 공동으로부터 스트랩을 신속하게 그리고 효과적으로 제거하는 능력에 영향을 미치지 않고도, 경사가 수직으로부터 15°로부터 수직으로부터 10 ° 또는 심지어 7°까지 감소될 수 있을 것이다. 부피와 관련하여, 각 스트랩에서 사용되는 용융 금속의 감소에 의해서 구현되는 절감량이 부피로 1/2 만큼 클 수 있을 것이다.

효과적인 스트랩의 제거를 추가적으로 돕기 위해서, 포스트가 개구(136) 내에서 캐스팅된 후에 포스트를 밀어내기 위해서, 개구(136)들이 도시된, 연결부 포스트들을 가지는 2개의 대향된 단부 몰드 공동(118)(도 7)이 하나 또는 바람직하게 2개의 오프셋된 사출 핀을 이용할 수 있을 것이다. 사출 핀들은 몰드 조립체로부터 캐스트 온 스트랩을 제거하기 위한 공지된 방법이나, 이러한 형태에서도, 이들을 이용하여 몰드 공동(112)으로부터 스트랩(170)을 제거할 수 있을 것이다. 보다 더 높은 온도에 있는 가열된 측벽(132, 162)의 본원 발명에 따른 특징들은 사출 핀이 큰 노력 없이도 그들의 기능을 수행할 수 있도록 하는 그리고 스트랩이 보다 더 용이하게 회수될 수 있도록 하는 보다 더 연성인 슬라이딩 표면을 제공한다.

본원 발명에 따른 몰드 조립체(100)의 다른 장점 및 구별되는 특징은, 보다 더 높은 온도에서 완전히 응고된 스트랩의 보다 깨끗한 제거를 추가적으로 가능하게 하는 벽(132, 162)들을 이용하는 것이며, 이때 둑도 보다 더 높은 온도에 있게 된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 몰드 공동은 3개의 분리된 부분들이 되고, 각 부분은 몰드 공동(112)을 위한 표면을 제공하는 3개의 세그먼트에 의해서 형성된다. 용융 금속이 대안적인 실시예의 둑(208)을 넘쳐 흐름에 따라서, 그리고 응고를 위한 용융 금속의 냉각이 후속함에 따라, 중간 세그먼트(130) 내의 열 에너지는 둑(208)으로 열 공급원을 제공하고, 이는 다시 용융 금속이 둑(208)의 상단부 엣지(208)로부터 직접적으로 물러날(recede) 수 있게 하여 유동 슈트(206)로 역으로 유동할 수 있게 한다. 이는 유동 슈트(206) 내에서 응고하는 임의의 용융 금속을 파괴하고, 이는 둑(208)의 형상에 의해서 추가적으로 촉진된다.

도시된 바와 같이, 둑(208)은, 러그들이 하강되고 그리고 몰드 공동 내의 용융 금속 내에 담겨질 때, 용융 금속의 유동이 둑(208)으로부터 멀리 유동하게 하는 보다 더 날카로운(sharper) 엣지(209)를 포함한다. 러그들의 부피가 용융 금속을 변위시킴에 따라, 용융 금속은 유동 슈트(206)로 역으로(back) 유동한다. 이어서, 용융 금속이 펌핑 매커니즘(도시하지 않음)에 의해서 유동 슈트(206)로부터 회수됨에 따라, 오버플로우(넘쳐 흐름)는 몰드 공동 내에서 용융 금속이 응고되는 시점에 유체로 유지되나, 고온 중간 세그먼트(130)의 일부인 공동의 부분들 내에서는 용융 상태로 유지되고 그에 따라 매달린(overhanging) 잔류물(예를 들어 종래 기술 장치의 도 11에 도시된 잔류물(97))을 초래하지 않는다. 이는 보다 균일한 스트랩(170)(도 13)을 초래하고, 그리고 과다 용융 금속의 폐기를 추가적으로 방지한다.

또한, 러그(44, 46)의 통상적인 또는 표준 폭이 12.8 mm라는 것을 주지하여야 한다. 종래 기술 및 본원 발명 모두가 표준 크기 러그를 수용할 수 있을 것이나, 종래 기술은 종래 기술 스트랩(70)(도 11)의 폭 치수의 경우에 22 mm 의 폭을 단순히 제공하는데, 이는 용융 금속이 러그들 사이의 공간으로 유동되어 필요한 연결부를 제공하도록 보장하기 위해서 용융 금속 내에 충분한 열 에너지가 있어야 하기 때문이다. 그러나, 도 12에 도시된 바와 같이, 동일한 크기의 러그(44, 46)가 단지 15 mm의 폭을 가지는 몰드 공동 내에 수용될 수 있는데, 이는 러그들 사이의 타이트한(tight) 공간 내로 용융 금속 유체가 충분히 퍼지게 하기 위해서 필요한 열 에너지가 벽(132, 162) 또는 렛지(147, 167)로부터의 열 에너지 입력에 의해서 제공되기 때문이다.

도 14의 상세도를 참조하면, 둑(308)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 직선 수직 벽(311)인 후방 벽(311)에 의해서 추가적으로 형성되는, 둑(308)의 상단부의 상당히 더 날카로운 엣지(309)가 몰드 공동(112) 외부에서 응고될 수 있는 용융 금속의 양을 추가적으로 더 감소시킬 수 있다는 것이 추가로 확인되었다. 도 14의 실시예의 상세도에서, 몰드 공동 섹션(340)이 절연 매트(315)에 의해서 중간 세그먼트(330)로부터 분리되고, 도 12 및 도 14의 실시예와의 유일한 큰 차이점은 후방 벽(311)의 형상에 있다. 도 14의 실시예가 둑의 다른 실시예, 즉 둑 실시예(108 및 208)에 대해서 바람직할 수 있는데, 이는 보다 얇은 벽이 중간 세그먼트(330)로부터 상부 엣지(309)로 보다 더 쉽게 열 에너지를 전달할 수 있기 때문이고, 그리고 또한 유동 슈트(206) 내에서 용융 금속으로부터 부가적인 열 에너지를 제공할 수 있기 때문이다.

대조적으로(in contradistinction), 둑이 또한 통상적인 몰드 조립체 내의 응고 프로세스의 경로 중에 냉각되기 때문에, 용융 금속이 몰드 공동(12)으로부터 회수될 때 매달린 잔류물(97)(도 11)이 남게 된다. 주로 통상적인 캐스트 온 스트랩의 일부가 되는 매달린 잔류물(97)은 바람직하지 못한데, 이는 그러한 매달린 잔류물이 보다 더 많은 여분의 용융 금속을 이용하기 때문이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 매달린 잔류물의 일부로서 남을 수 있는 임의의 슬래그 또는 여분의 용융 금속의 분리(breaking off)를 돕기 위한 특별한 형상을 가지는 둑(208)이 도시되어 있다. 그러나, 또한, 몰드 공동으로의 측벽 개구부를 가지는 온도 제어식 세그먼트로부터 유도되는 장점은, 둑 및 측벽이 제 1 또는 중간 세그먼트(130)의 일부가 되기만 한다면, 둑(108)(도 6 내지 도 8)과 같은 보다 통상적인 형상의 둑에도 적용될 수 있다. 측벽(132) 및 둑(108) 내부의 고유의 열은, 정상 조건 하에서, 심지어 캐스트 온 스트랩의 응고 후에도 용융 금속을 유체 상태로 유지할 것이고, 그리고 용융 금속은 둑(108)의 엣지에 매달린 잔류물을 남기지 않고 유동 채널(102)을 향해서 역으로 유동될 것이다.

이제 도 6 및 도 7을 참조하면, 도 8의 개략도가 도 6의 사시도 및 도 7의 평면도의 보다 큰 도면으로 도시된다. 구체적으로, 본원 발명에 따른 몰드 조립체(100)의 다른 요소들과 함께, 단지 2개의 몰드 공동(112) 및 2개 초과의 공동(112')의 일부를 도시하는 상세도가 도 6 및 도 7에서 도시되어 있다. 2개의 측부 즉, 몰드 조립체(100)의 몰드 공동(112)을 가지는 음의 측부 및 몰드 공동(112')을 가지는 양의 측부가 2개의 측부를 분리하는 중앙 세그먼트(160)와 함께 본질적으로 거울 이미지로 도시되어 있다. 용이한 식별을 위해서, 도시된 바와 같이, 음의 측부 요소를 식별 부호로 표시하고, 양의 측부 요소를 프라임(prime) 마크를 가지는 식별 부호로 표시하였다.

도 6에 도시된 2개의 몰드 공동 세그먼트(140 및 140')는 일체형 구성을 가지며, 이때 중앙 세그먼트(160)는 양자 모두에 대해서 공통되고 그리고 관통공(119) 내로 삽입된 니크롬 와이어 코일과 같은 분리된 가열 요소를 가지는 세장형 스트립을 포함한다. 이러한 구성에 의해서, 2개의 몰드 공동 섹션(140, 140')이 개구(150)를 통한 관통공에 의해서 작동될 수 있는 단일 워터 재킷 및 제어(control)를 가질 수 있게 되며, 그에 따라 냉각 재킷에 의한 몰드 공동 세그먼트(140, 140')의 보다 더 정밀한 모니터링 및 제어가 가능해진다. 각각의 세그먼트(110, 130, 160)는 각 세그먼트의 분리된 온도 제어를 제공할 수 있는 가열 요소(도시하지 않음)의 삽입을 위한 하나 또는 둘 이상의 개구(119)를 포함한다.

도 6 및 도 7의 몰드 조립체(100)의 구성에 의해서, 함께 그룹화되는 러그(44, 46)가 각 몰드 공동(112, 112') 내로 삽입될 수 있게 함으로써, 그리고 포스트 공동(118, 118')을 포함함으로써 효율적인 작동이 가능해질 수 있다. 용융 금속이 둑(108)을 넘쳐 흐르도록 용융 금속의 높이가 상승됨에 따라, 플레이트(142)는 합체된 클램핑 조립체(도시하지 않음)에 의해서 하강되며, 상기 클램핑 조립체는 모든 공동(112, 112') 내에서 한번에 모든 클램프(50)(도 4 및 도 5a)를 동시에 연결한다. 높이가 펌핑 매커니즘(도시하지 않음)에 의해서 상승될 때, 용융 금속은 몰드 공동(112, 112') 내로 막 주입된다. 용융 금속이 공동(112, 112') 내로 주입되자 마자 러그(44, 46)가 용융 금속(98) 내로 담겨지고(도 12), 이제 과다한 용융 금속은 흘러 유동 슈트(206)를 향해서 역으로 둑(208)을 넘쳐 흐르고, 그리고 과다분을 슈트(206) 내의 나머지 용융 금속(205)으로 복귀시키며, 펌핑 매커니즘(도시하지 않음)에 의해서 배출구 포트(109)를 통해 용융 금속 높이를 낮춤으로써 상기 슈트(206)로부터 용융 금속이 회수된다.

전술한 바와 같이, 용융 금속이 몰드 공동 세그먼트(140)의 냉각된 표면(142, 143 및 144)에 도달하자마자 용융 금속이 응고 프로세스를 시작하고, 그에 따라 용융 금속이 고체가 되기 시작하기 이전에 시스템이 러그를 용융 금속 내로 삽입하여야 하여야 하기 때문에, 타이밍이 중요하게 된다. 측벽(132, 162)으로부터의 열 에너지 입력이 계속되기 때문에, 러그들 사이에 양호한 용접부가 형성될 때까지 이러한 것이 이루어질 수 있는 충분한 시간이 있게 된다. 이어서, 시스템은 설정된 양의 시간 동안 정지 상태로 유지되고, 그러한 시간은 몰드 공동의 크기 그리고 러그 크기 등과 같은 다른 인자들에 따라 달라질 것이다. 통상적으로, 용융 금속을 응고시키기 위해서 필요한 시간의 양은 약 10 초 내지 약 40 초, 최적으로는 약 10 초 내지 약 15초가 될 것이다. 이러한 사이클 주기는 공동(112, 112') 내의 나머지 용융 금속이 응고될 수 있게 허용하고 그리고 스트랩(170)을 형성할 수 있게 허용하며, 그 후에 스트랩들이 추가적인 프로세싱을 위해서 클램핑 매커니즘(도시하지 않음)에 의해서 일체로 몰드 조립체(100)로부터 제거된다. 클램핑 매커니즘이 스트랩(170)에 의해서 합체된 배터리 조립체를 일단 제거하면, 몰드 조립체(100)는 다음 배터리 조립체 제조 절차를 위해서 준비되고, 그러한 다음 제조 절차를 위한 준비는 러그(44, 46)를 가지는 새로운(fresh) 플레이트(142)들의 세트가 프로세싱을 위해서 몰드 조립체(100) 내로 배치될 수 있도록 클램핑하는 것을 포함한다. 프로세스는 연속적이나, 사이클 주기는 상당히 감소하는데, 이는 응고되어야 하는 과다량의 용융 금속이 배제되기 때문이다.

프로세스가 연속적으로 작용하고 그리고 단계들은 빨리빨리 연속되어 서로 후속되며, 그에 따라 프로세스의 분리된 단계들에 의해서 사이클 주기가 셋팅된다. 본원 발명에 따른 프로세스는 몰드 공동 내에서 스트랩 마다(per)의 용융 금속을 상당히 감소시키고, 그에 따라 용융 금속이 응고하기 위해서 필요한 긴 지연 시간을 상당히 감소시킨다. 납을 포함하는 용융 금속의 양의 감소는 또한 물질 비용을 절감한다. 추가적으로, 용융 금속의 일부만이 냉각 재킷에 의해서 용융 상태로부터 응고 상태로 응고되기 때문에, 통상적인 프로세스에서 이용되었던 바와 같이 모든 과다 금속을 용융점까지 가열하기 위해서 소모되어야 하는 것보다 적은 열 에너지가 요구된다.

다른 대안적인 실시예가 가능하다. 예를 들어, 하나의 대형 배터리를 위한 6개의 양의 그리고 6개의 음의 몰드 공동(112, 112')을 가지는 단일 배터리의 제조에 대해서 본원 발명을 설명하였지만, 용융 금속 주입 및 동시적인 러그의 담금(dipping)을 포함하는 프로세스가 모든 분리된 배터리 몰드에 대해서 이루어지도록 몇 개의 그러한 배터리를 포함하는 몰드 구성이 제공될 수 있을 것이며, 실질적으로 그들 중 하나의 몰드(100)가 도 7에 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 서로 인접한 2개의 몰드를 가지는 2개 배터리 구성을 조정하여(calibrate) 둑 상부 엣지(209)와 동일 높이를 가지게 할 수 있으며, 그에 따라 하나의 몰드에서 용융 금속의 높이를 상승시키는 것이 인접 몰드에 대해서도 동일하게 상승시킬 수 있게 한다. 그러한 구조는 내부로 러그들이 하강될 필요가 있는 12개의 양의 몰드 공동(112') 및 12개의 음의 몰드 공동(112)을 가질 수 있을 것이다. 다른 실시예는 전술한 특허들 중 일부에 기재된 바와 같은 회전식 원형 컨베이어 구조가 될 수 있으며, 그러한 실시예들 중의 임의의 실시예가 전술한 바와 같은 본원 발명의 개념을 이용할 수 있을 것이다.

도 6 내지 도 8, 도 10, 도 12 내지 도 14의 실시예를 참조하여 본원 발명을 기재하고 설명하였지만, 기재된 바와 같은 본원 발명의 특징들 및 작동은, 본원 발명의 범위를 실질적으로 이탈함이 없이도, 용이하게 변경 또는 변화될 수 있을 것임을 이해하여야 한다. 예를 들어, 특정 배터리 구성 및 용도에 맞춰서 여러 요소들의 치수, 크기 및 형상이 변화될 수 있을 것이다. 따라서, 본원에 기재되고 설명된 특정 실시예들은 단지 설명을 위해서 제공된 것이고 그리고 이하의 특허청구범위를 제외하고는 본원 발명이 제한되지 않는다.

102 : 용융 금속 유동 채널
104 : 용융 금속 유체 유입구
105 : 벽
106 : 유동 슈트
107 : 아일랜드(islands)
108 : 둑
109 : 용융 금속 배출유동 포트
110 : 몰드 조립체 중앙 섹션
112 : 몰드 공동
115 : 평면형 필름 또는 매트
119 : 관통공
121 : 탭 개구 또는 웰
130 : 중간 세그먼트
132 : 제 1 측벽
142 : 단부 벽
143 : 인접한 몰드 공동들의 표면
144 : 단부 벽
146, 147 : 렛지
150 : 물 유입유동 포트
160 : 중앙 세그먼트
162 : 제 2 측벽
166 : 렛지
167 : 렛지
180 : 포트
200 : 몰드 조립체

Claims (20)

1. 하나의 엣지를 따라서 러그들을 가지는 저장 배터리 플레이트 상으로 캐스트 온 스트랩(cast on strap)을 캐스팅하기 위한, 상단부 표면을 포함하는 몰드 조립체로서,
   용융 금속을 수용하기 위한 적어도 하나의 몰드 공동; 및
   열 에너지 입력 수단
   을 포함하고,
   상기 적어도 하나의 몰드 공동은 제 1의 보다 높은 온도의 제 1의 작동 온도 제어식 세그먼트, 하단부 몰드 공동 표면을 실질적으로 형성하고 그리고 각 몰드 공동의 단부벽들에 대향하는 제 2의 온도 제어식 세그먼트, 및 제 2의 보다 높은 작동 온도의 제 3의 온도 제어식 세그먼트에 의해서 형성되고, 제1 몰드 공동 측벽을 포함하며, 상기 하단부 벽의 하단부 표면으로부터 몰드 조립체 상단부 표면까지 본질적으로 수직으로 연장되는 제 2 몰드 공동 측벽을 포함하며,
   상기 제 2의 온도 제어식 세그먼트의 온도는, 제 2의 온도 제어식 세그먼트를 포함하고 그리고 제 2 세그먼트 하단부의 하부측으로 냉각을 제공하여 하단부 몰드 공동 및 대향되는 단부 벽들을 냉각시켜 몰드 공동 내에서 그리고 몰드 공동 내로 삽입된 배터리 플레이트의 러그들 사이 및 그 주위에서 유동하는 용융 금속을 응고시키는 물질과 접촉하는 냉각제 재킷에 의해서 보다 낮은 온도에서 유지되며,
   상기 열 에너지 입력 수단은 제 1의 온도 제어식 세그먼트 그리고 제 3의 온도 제어식 세그먼트로 열 에너지를 제공하고, 제 1 몰드 공동 측벽 및 제 2 몰드 공동 측벽을 포함하여, 적어도 제 2 세그먼트의 보다 낮은 온도보다 더 높은 미리 결정된 온도를 가지는 제 1 세그먼트의 제 1 측벽을 몰드 공동 내의 용융 금속에 노출시킴으로써, 적어도 미리 결정된 최소량의 열 에너지를 몰드 공동 내로 입력하는 것인 몰드 조립체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3의 온도 제어식 세그먼트의 제 2 벽은 제 2 세그먼트의 온도보다 더 높은 제 3 세그먼트의 미리 결정된 온도의 결과로서 몰드 공동 내로 미리 결정된 최소량의 열 에너지 입력을 추가로 제공하고, 그에 따라 용접 단계 동안에 상기 몰드 공동 내의 용융 금속으로의 증대된 열 에너지 전달 능력을 몰드 공동이 가지게 되는 것인 몰드 조립체.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 세그먼트 및 제 3 세그먼트의 미리 결정된 작동 온도 모두는 상기 제 2 세그먼트의 미리 결정된 작동 온도보다 더 높은 것인 몰드 조립체.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 세그먼트 및 제 3 세그먼트의 미리 결정된 작동 온도 모두는 상기 제 2 세그먼트의 미리 결정된 작동 온도보다 더 높은 것인 몰드 조립체.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 세그먼트의 미리 결정된 작동 온도가 300 ℃ 내지 500 ℃의 범위이고, 상기 제 3 세그먼트의 미리 결정된 작동 온도는 200 ℃ 내지 400 ℃의 범위이며, 상기 제 2 세그먼트의 미리 결정된 작동 온도는 110 ℃ 내지 150 ℃의 범위인 것인 몰드 조립체.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 세그먼트의 미리 결정된 작동 온도가 약 420 ℃ 이고, 상기 제 3 세그먼트의 미리 결정된 작동 온도가 약 250 ℃ 이고, 상기 제 2 세그먼트의 미리 결정된 작동 온도가 약 120 ℃ 인 것인 몰드 조립체.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 용융 금속이 응고되어 상기 러그들을 상호연결할 때 상기 제 2 세그먼트의 미리 결정된 작동 온도가 약 120 ℃이고, 그에 따라 최소량의 열 에너지 입력을 적어도 제 1 측벽에 제공하는 동안 상기 제 2 세그먼트의 단부 벽 및 하단부 표면과의 접촉에 의해서 상기 용융 금속을 냉각시키는 것에 의해서 주위에서 응고되는 스트랩 및 러그의 보다 효율적인 제거가 허용되고 그리고 몰드 공동이 용접 단계 중에 몰드 공동 내로의 보다 더 효율적인 열 전달 용량을 가지는 것이 허용되는 것인 몰드 조립체.
8. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 몰드 공동의 하단부 및 단부 벽이 제 1의 온도 제어식 세그먼트의 일체형 부분인 적어도 하나의 단부 벽 슬라이스를 더 포함하는, 몰드 조립체.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 몰드 조립체의 제 1의 온도 제어식 세그먼트 그리고 제 2의 온도 제어식 세그먼트 사이에 절연 물질이 개재되는 것인 몰드 조립체.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 몰드 조립체의 제 2의 온도 제어식 세그먼트 그리고 제 3의 온도 제어식 세그먼트 사이에 제2 절연 물질이 개재되는 것인 몰드 조립체.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 측벽은 상기 몰드 공동 내로 용융 금속을 주입하기 위한 둑(weir)을 포함하고, 그리고 상기 둑에 가장 근접한 몰드 공동 하단부 표면은 상기 제 1 세그먼트의 부분인 제 1 렛지(ledge)를 가지고, 그리고 상기 둑에 가장 근접한 2개의 단부 벽 부분들 각각은 슬라이스(slice)를 더 포함하며, 그에 따라 제 1 세그먼트의 보다 더 높은 온도의 렛지 및 단부 벽 슬라이스들과의 접촉에 의해서 부가적인 열 에너지 입력이 몰드 공동 내로 제공될 수 있는 것인 몰드 조립체.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 둑으로부터 가장 먼 상기 몰드 공동 하단부 표면은 상기 제 3 세그먼트의 부분인 제 2 렛지를 가지고, 그리고 상기 둑으로부터 가장 먼 2개의 단부 벽 부분들 각각은 슬라이스를 더 포함하며, 그에 따라 제 3 세그먼트의 보다 더 높은 온도의 렛지 및 단부 벽 슬라이스들과의 접촉에 의해서 부가적인 열 에너지 입력이 몰드 공동 내로 제공될 수 있는 것인 몰드 조립체.
13. 상부 표면을 가지고 그리고 저장 배터리 플레이트 상으로 요소들을 캐스팅하기 위한 몰드 공동을 포함하는 몰드 조립체로서,
    상향 표면을 가지는 매니폴드 세그먼트;
    유동 채널로서, 상기 유동 채널의 길이를 따라서 이격된 배출구 및 유입구를 가지며, 상기 유입구와 배출구 사이에서 상기 유동 채널의 본질적으로 전체 길이를 따라서 용융 금속의 유동을 안내하기 위한 상기 유동 채널의 본질적으로 모든 부분에 인접한 둘레 벽에 의해서 상기 유동 채널이 형성되며, 상기 둘레 벽은 상기 몰드 조립체의 정상 작동 조건 하에서 상기 유동 채널 내에 용융 금속을 수용할 수 있는 충분한 제 1 높이까지 상향 연장되는 것인 유동 채널; 및
    하단부 표면을 가지고 그리고 상기 유동 채널의 둘레 벽의 개구부에 의해서 형성된 제 1 단부에서 유동 채널과 유체 연통되는 적어도 하나의 유동 슈트(flow chute)로서, 상기 각각의 유동 슈트는 제 2 단부에서 몰드 공동과 유체 연통되고, 상기 유동 슈트 제 2 단부는 상기 제 1 높이보다 낮은 제 2 높이를 형성하는 축소부를 포함하며, 그에 따라 상기 몰드 조립체의 정상 작동 조건 하에서 상기 유동 슈트 내의 그리고 상기 유동 채널 내의 용융 금속의 레벨이 상기 제 2 높이 위로 그리고 상기 제 1 높이 아래로 상승될 때 용융 금속이 상기 축소부 위로 넘쳐 흐르도록 상기 매니폴드 세그먼트가 구성되는 것인 적어도 하나의 유동 슈트,
    상기 매니폴드 세그먼트에 인접한 몰드 세그먼트로서, 매니폴드 몰드 공동 부분과 인접한 몰드 세그먼트 공동 부분을 포함하고, 상기 몰드 세그먼트 공동 부분은 상기 몰드 공동 바닥부 표면으로부터 상부 몰드 세그먼트 표면까지 연장되는 제 1 및 제 2의 대향하는 단부 벽에 의해서 추가적으로 형성되고, 상기 몰드 세그먼트는 상기 매니폴드 세그먼트 온도의 미리 결정된 온도보다 더 낮은 미리 결정된 온도에서 상기 몰드 세그먼트의 온도를 유지하기 위한 온도 제어부를 더 포함하는, 몰드 세그먼트; 그리고
    상기 몰드 공동 세그먼트에 인접하고 상기 매니폴드 세그먼트로부터 반대되는 측부 상에 위치하는 제 3 중앙 세그먼트로서, 중앙 상부 표면으로부터 상기 몰드 공동 바닥부 표면까지 연장되는 제 2 측벽을 형성하는, 제 3 중앙 세그먼트
    를 포함하며, 각각의 매니폴드 세그먼트는 상기 제 1 높이의 상향 표면으로부터 몰드 공동 바닥부 표면까지 본질적으로 수직으로 연장되는 제 1 몰드 공동 측벽에서 연관된 몰드 공동의 일부를 추가로 형성하고, 상기 제 1 몰드 공동 측벽은 상기 제 2 높이보다 더 큰, 상기 몰드 공동 바닥부 표면과 상기 상향 표면과 사이의 수직 높이 치수를 가지고, 상기 벽은 상기 제 2 높이에서 축소부를 포함하고, 그리고 상기 매니폴드 세그먼트의 온도를 미리 결정된 온도에서 유지하기 위한 온도 제어부를 더 포함하는 것인 몰드 조립체.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 몰드 조립체의 매니폴드 세그먼트와 몰드 세그먼트 사이에 절연 물질이 개재되는 것인 몰드 조립체.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 제 3 중앙 세그먼트가 상기 몰드 공동 세그먼트와 인접한 몰드 공동의 부분을 추가로 형성하고, 상기 제 3 중앙 세그먼트는 상기 몰드 공동 바닥부 표면으로부터 상기 제 3 중앙 세그먼트의 상향 표면까지 연장되는 제 2 몰드 공동 측벽을 가지며, 상기 제 3 중앙 세그먼트는 상기 몰드 공동 세그먼트 온도의 미리 결정된 온도와 상이한 미리 결정된 온도에서 상기 제 3 중앙 세그먼트의 온도를 유지하기 위한 온도 제어부를 추가로 구비하는 것인 몰드 조립체.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 몰드 조립체의 제 2 몰드 공동 세그먼트 및 제 3 중앙 세그먼트 사이에 절연 물질이 개재되는 것인 몰드 조립체.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 축소부에 가장 근접한 몰드 공동 제 1 벽은 상기 매니폴드 세그먼트와 일체인 제 1 렛지를 포함하고, 그리고 상기 매니폴드 세그먼트와 동일한 온도를 가지고, 그리고 상기 몰드 공동 제 1 벽으로부터 본질적으로 수평으로 연장되고, 상기 렛지는 상기 몰드 공동 바닥부 표면과 인접하는 것인 몰드 조립체.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 축소부에 가장 근접한 상기 매니폴드와 연관된 몰드 공동의 부분은 상기 제 1 몰드 공동의 측벽을 따라서 본질적으로 수직으로 연장되는 단부 벽 슬라이스를 포함하고, 각각의 하나의 슬라이스는 상기 몰드 공동 세그먼트에 의해서 형성된 제 1 및 제 2 단부 벽과 인접하는 것인 몰드 조립체.
19. 배터리를 위한 캐스트 온 스트랩 제조용 몰드 조립체로서, 상기 배터리는 배터리 내의 셀들을 형성하는 인접한 플레이트들을 구비하고, 각각의 플레이트는 돌출 러그를 구비하고, 각 스트랩에 대한 인접한 러그들은 몰드 공동 내에 끼워지도록 위치되고 배향되는 것인 몰드 조립체에 있어서, 상기 몰드 조립체는,
    a) 몰드 조립체 매니폴드 세그먼트의 상부 표면에서 개방되고 그리고 바닥부 표면, 제 1 및 제 2 단부 벽, 그리고 제 2 측벽에 의해서 형성되는 적어도 하나의 몰드 공동으로서, 상기 제 1 및 제 2 단부 벽, 그리고 제 2 측벽 모두는 상기 바닥부 표면으로부터 상기 상부 표면까지 연장되고, 제 1 측부 표면은 상기 몰드의 바닥부 표면과 상부 표면 사이에서 일부가 연장되고, 2개의 상기 단부 벽이 2개의 상기 측벽들 사이에서 연결되는 것인 적어도 하나의 몰드 공동
    을 포함하고,
    b) 상기 제 1 및 제 2 단부 벽은 상기 바닥부 및 단부 벽을 제 1 온도까지 냉각시킬 수 있는 냉각 매커니즘을 포함하는 몰드 조립체 세그먼트와 접촉하고, 그리고 적어도 하나의 제 2 측벽은 상기 단부 벽의 온도보다 더 높은 온도에서 적어도 제 1 측벽의 온도를 유지하는 가열 매커니즘을 포함하는 매니폴드 세그먼트와 접촉하는 것인 몰드 조립체.
20. 배터리 플레이트 조립체의 러그 상에 캐스트-온-스트랩을 형성하기 위한 방법으로서,
    제 1 높이로 연장되는 용융 금속 유동 채널 및 상기 제 1 높이보다 낮은 제 2 높이를 가지는 둑에 의해서 상기 용융 금속 유동 채널로부터 분리되고 몰드 공동에 연결된 유동 슈트를 구비하는 몰드 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 몰드 조립체가 복수의 몰드 공동을 형성하는 제 1 세그먼트, 제 2 세그먼트, 및 제 3 세그먼트를 더 포함하고, 상기 세그먼트들 각각이 각 몰드 공동의 적어도 하나의 벽을 포함하고, 상기 제 1 세그먼트는 미리 정해진 매니폴드 온도에서 유지되고, 제 2의 온도 제어식 세그먼트는 용융 금속 주입 단계 동안에 몰드 공동 온도에서 유지되며, 그리고 제 3 중앙 세그먼트는 미리 정해진 제 3 온도에서 유지되며, 상기 몰드 조립체는 유동 채널 및 유동 슈트 내의 용융 금속의 높이를 제어하기 위한 펌프를 더 제공하는 것인 몰드 조립체 제공 단계,
    용융 금속이 각 유동 슈트의 단부에서 둑의 상단부 표면을 넘쳐 흘러 용융 금속이 몰드 공동 내로 주입되는 결과가 되도록, 제 1 높이보다 낮으나 제 2 높이 보다는 높게 상기 몰드 조립체 내의 용융 금속의 높이를 상승시키도록 펌프를 작동시키는 펌프 작동 단계,
    배터리 조립체의 플레이트들을 몰드 조립체를 향해 하강시키는 단계로서, 상기 플레이트들이 그룹으로 함께 정렬되는 러그들을 구비하고, 상기 러그들의 각 그룹이 몰드 공동의 부피보다 작은 육각형 부피를 포함하며, 상기 러그들의 그룹들은 몰드 공동 내로 삽입되도록 성형되고 배향되는 것인 하강 단계,
    상기 러그들의 적어도 하나의 단부가 몰드 공동 내의 용융 금속 내로 침잠될 때, 플레이트들의 하강을 종료시키는 하강 종료 단계,
    전기적 및 기계적 연결을 제공하기 위해서, 주위의 용융 금속을 응고시킴으로써 러그의 각 그룹에서 인접한 플레이트들의 러그들을 용접하는 용접 단계,
    각각의 제 1 세그먼트 및 제 3 세그먼트로부터 몰드 공동으로 열 에너지를 도입하여 용접 단계 동안에 용융 금속 내로 열 에너지를 입력하여, 인접한 러그들 사이에 형성된 공간 내로 용융 금속을 유동시킴으로써, 각각의 러그 그룹 내의 러그들 사이에 전기적 연결을 제공하는, 열에너지 도입 단계,
    몰드 공동 바닥부 표면과 제 2의 온도 제어식 세그먼트의 단부 벽의 접촉을 통해서 상기 몰드 공동 내의 용융 금속을 냉각시키는 단계로서, 상기 용융 금속의 온도가 대략적으로 몰드 공동 온도로 감소되고, 그에 따라 각각의 러그 그룹 내의 러그들 주위에서 용융 금속을 응고시켜 각각의 러그 그룹들 내의 러그들 사이에 기계적 연결을 형성하는 것인 냉각 단계, 그리고
    상기 몰드 공동으로부터 상기 플레이트들 및 러그들을 회수하는 단계
    를 포함하는, 캐스트-온-스트랩 형성 방법.

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