DE8013625U1

DE8013625U1 - Gitter fuer bleibatterien

Info

Publication number: DE8013625U1
Application number: DE19808013625U
Authority: DE
Original assignee: Esb International Corp Wilmington Del (vsta)
Current assignee: Esb International Corp Wilmington Del (vsta)
Priority date: 1979-05-21
Filing date: 1980-05-21
Publication date: 1980-11-20
Also published as: ZA802827B; NO801492L; FI801619A; CA1141431A; DK219380A; EP0020089A1; US4221852A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gitter für Elektrodenplatten % von Bleibatterien, insbesondere auf ein durch Giessen herzustellen· des Gitter aus Blei oder einer Bleilegierung.

Es ist bekannt, die Elektroden einer Bleibatterie aus einer oder aus mehreren Platten herzustellen, die jeweils aus einem mit aktiver Masse umgebenen Gitter bestehen. Nach dem Auftragen einer pastösen aktiven Masse auf die Gitter lassen sich die positiven und die negativen Elektroden aus Stapeln solcher Gitter herstellen. In jeder Platte dient das Gitter f als Träger der aktiven Masse und elektrischer Leiter zu und von der aktiven Masse. Das Gitter besteht aus Blei oder einer Metalle wie Kalzium, Antimon oder Zinn enthaltenden Bleilegierung.

Die zahlreichen hinsichtlich der Beschaffenheit eines Batteriegitters zu berücksichtigenden Faktoren widersprechen einander zum Teil, so daß es sich in der Praxis immer um einen Kompromiss, d.h. um eine möglichst optimale Kombination der einzelnen Einflußgrößen handelt. Im einzelnen soll das Gitter möglichst leicht sein, einen geringen Innenwiderstand besitzen, sich leicht fertigen lassen und in der Lage sein, die erfoilerliche Menge aktiven Materials aufzunehmen sowie ν ausreichend große Ausnehmungen für die Aufnahme des aktiven Materials besitzen.

Normalerweise besteht ein solches Gitter aus einem rechtwinkligen Rahmen mit einer elektrischen Anschlußlasche an einer oder nahe bei einer Rahmenecke' sowie mehreren orthogonal, d.h. vertikal oder horizontal verlaufenden, den Innenraum des Raheens in einzelne rechtwinklige Easchen aufteilenden Stäben. Da die Stäbe in der Nähe der Anschlußlasche höhere Ströme

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aufnehmen, ist es aus der US-Patentschrift 3 989 539 bekannt, sich verjüngende Stäbe, eine höhere Anzahl von in einer Richtung verlaufenden Stäben sowie einige diagonale Stäbe zu verwenden, um den Gitterwiderstand zu verbessern.

Des weiteren bürgert es sich immer mehr ein, den orthogonalen Stabverlauf im Hinblick auf eine bessere Gittereffektivität aufzugeben. So beschreibt die US-Patentschrift 3 453 145 ein Gitter, bei dem eine Gruppe von Stäben entlang von an der Anschlußlasche beginnenden Radien verläuft, während eine andere Gruppe von Stäben entlang von Bögen mit einem Mittelpunkt in der Nähe der Anschlußlasche verlaufen. Eine Variante dieses Gitters beschreibt die US-Patentschrift 3 690 950; bei ihr bestehen der Rahmen und die sich kreuzenden Stäbe aus Kunststoff. Außerdem weist das Gitter mehrere, sich von einer Anschlußlasche zu zwei Seiten des Rahms erstreckende metallische Stäbe auf. Dieses Gitter ist jedoch wegen der zur Verwendung kommenden unterschiedlichen Werkstoffe verhältnismäßig aufwendig.

Schließlich ist auch ein zur Gänze aus Metall bestehendes Gitter mit einer Anschlußlasche an einer Ecke, einer Gruppe horizontal verlaufender Stäbe und einer Gruppe divergierender Stäbe bekannt, die die Laschenseite des Rahmens mit mindestens einer gegenüberliegenden Rahmenseite verbinden.

Aus verschiedenen Gründen empfiehlt es sich, die Anschlußlasche in einem wesentlichen Abstand von einer Rahmenecke anzuordnen. Einer dieser Gründe besteht in einer Verbesserung der Speicherfähigkeit, gemessen als Leistungsabgabe bei hoher Stromentladungsrate. Das ist besonders bei Autobatterien von Bedeutug , die beim Kaltstart eine hohe Batterieleistung

erfordern. Des weiteren wirkt sich die seitliche Verlagerung der Anschlußlasche günstig auf die Gittergestaltung und die Batterieherstellung aus. Denn der Zusammenbau einer Batterie erfordert bekanntlich ein Stapeln der einzelnen Gitter, anschließendes Verbinden der Laschen mit einem Streifen und Einbringen mehrerer Stapel zusammen mit dazwischen befindlichen Separatoren in ein Batteriegehäuse. Danach müssen die durch einen Separator voneinander getrennten Streifenpaare miteinander verbunden werden. Bei Gittern mit einer Anschlußlasche an der Rahmenecke liegen die miteinander zu verbindenden Streifen dicht am Batteriegehäuse. Herstellungsbedingt /\ ist es zudem im allgemeinen erforderlich, Zuflucht zu einer Treppung zu nehmen, die von den Streifen entfernt und demgemäß in ausreichendem Abstand von dem Batteriegehäuse liegt. Andererseits befinden sich bei Gittern mit einer im Abstand von äner Rahmenecke angeordneten Lasche die miteinander zu verbindenden Streifen in ausreichendem Abstand vom Batteriegehäuse und erlauben eine geradlinige Verbindung durch die Separatoren, die nicht nur Kosten und Gewicht spart sondern auch den Innenwiderstand verringert.

Beim Gießen von Gittern mit im Abstand von einer Rahmenecke befindlicher Lasche treten jedoch Fließprobleme auf, die zu einer schädlichen Porosität im Bereich der Lasche führen (/> können. Dies findet seinen Grund darin, daß beim Vergießen eine verhältnismäßig große Bleimenge von der Eintrittseite zum Laschenbereich fließen muß, die Gitter aber zumeist paarweise von der der Lasche benachbarten Rahmenseite, d.h. der linken Rahmenseite des Gitters her gegossen werden. Eine derartige Porosität führt zu hohen Ausschußraten.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Batteriegitter mit einer im Abstand von einer Rahmenecke angeordneten Lasche zu schaffen, das sich ohne die vorerwähnten Schwierigkeiten gießen läßt und gleichzeitig eine höhere Speicherfähigkeit besitzt. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Gitter mit einem rechtwinkligen Rahmen, einer Lasche zwischen einer Ecke und einer Rahmenseitenmitte, parallel verlaufenden Stäben zwischen zwei Rahmenseiten und strahlenförmig von der Laschenseite zu den drei anderen Rahmenseiten verlaufenden divergierenden Stäben.

Ein derartiges Gitter läßt sich einstückig aus Blei oder einer Bleilegierung gießen. Die parallel zueinander verlaufenden Stäbe können parallel zur Laschenseite des Rahmens verlaufen. Vorzugsweise verlaufen jedoch keinerlei Stäbe parallel zu irgendeiner Rahmenseite. So können beispielsweise die parallel zueinander verlaufenden Stäbe mit einem Winkel von 10 bis 45°, beispielsweise 15° in bezug auf die Lascfcenseite des Rahmens verlaufen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Batteriegitter und Fig. 2 ein weiteres Gitter nach der Erfindung.

Ein herkömmliches Batteriegitter besteht aus einem Rahmen mit einer Lasche an der linken oberen Rahmenecke sowie Standfüssen an der gegenüberliegenden Rahmenseite. Zwischen den beiden

vertikalen Rahmenseiten erstreckt sich eine Schar paralleler Gitterstäbe, zwischen den beiden anderen Rahmenseiten eine Schar strahlenförmig divergierender Gitterstäbe. Die strahlenförmig verlaufenden Gitterstäbe verbinden die Laschenseite des Rahmens mit der gegenüberliegenden und der rechten Rahmenseite.

Bei dem erfindungsgemäßen Gitter der Fig. 1 ist die obere Seite des Rahmens 20 im Abstand von der linken oberen Rahmenecke mit einer Lasche 21 und die gegenüberliegende Rahmenseite mit Füßen 22 versehen. Zwischen den einzelnen Gitterseiten Γ erstrecken sich Scharen von horizontalen oder strahlenfömig verlaufenden Stäben 23 bzw. 24, 25, 26. Die Zahl der strahlenförmig verlaufenden Stäbe ist größer als bei einem herkömmlichen Gitter. Sie schließen zudem mehrere Stäbe 24 ein, die von der Laschenseite des Rahmens 20 zu der rechten Rahmenseite verlaufen, während weitere Stäbe 25 die Laschenseite mit der gegenüberliegenden Seite und einzelne Stäbe 26 die Laschenseite mit der linken Rahmenseite verbinden.

Die Anwesenheit mindestens eines die Laschenseite und die linke Seite verbindenden Stabs ist im Hinblick auf eine gute Vergießbarkeit von wesentlicher Bedeutung. Die Stäbe münden links dicht neben der Lasche in die Laschenseite des ( Rahmens ein und schaffen von der linken, als Eingußseite fungierenden Rahmenseite her einen direkten Weg für das schmelzflüssige Metall zum Bereich der Lasche. Da außerdem schmelzflüssiges Metall entlang den Stäben 23 zu der Laschenseite fließen kann und diese Stäbe einen geringeren Querschnitt als die Stäbe 26 aufweisen, handelt es sich hier um einen Kreislaufweg mit verringertem Querschnitt.

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Das Gitter der Fig. 1 läßt sich ohne weiteres aus einer Bleilegierung mit 0,1% Kalzium und 0,5% Zinn herstellen und besitzt beispielsweise einundzwanzig strahlenförmig verlaufende Stäbe 24, 25, 26 und entweder zweiundzwanzig oder sechsundzwanzig Horizontalstäbe 23. Die Horizontalstäbe 23 besitzen im allgemeinen einen hexagonalen Querschnitt mit einer gleichbleibenden Querschnittsfläche von 0,7 mm . Die Horizontalstäbe verlaufen in gleichbleibenden Abständen voneinander parallel zu der Laschenseite und der Fußseite des Rahmens 20. Die strahlenförmig verlaufenden Stäbe 24, 25, 26 besitzen ebenfalls einen etwa hexagonalen Querschnitt, jedoch mit unterschiedlicher Querschnittsfläche untereinander sowie über ihre Längen. Die meisten Stäbe gehen von der Halbseite mit der Lasche 21 aus. An ihren dünnsten Stellen besitzen diese Stäbe einen den Horizontalstäben entsprechenden Querschnitt, während ihre größte Querschnittsfläche etwa 20 bis 60% größer als die der Horizontalstäbe ist.

Der Rahmen des Gitters gemäß Fig. 1 mißt, von der Lasche und den beiden Füßen abgesehen, 145 x 124 mm. Die Seiten besitzen einen annähernd pentagonalen Querschnitt mit einer

gleichmäßigen Querschnittsfläche von 2,5 mm der rechten Seiten und einer sich von oben bzw. 2,9 mm² auf 2,5 mm² unten verkleinernden Querschnittsfläche der Einfüllseite. Die Fußseite des Gitters besitzt hingegen einen etwa hexagonalen Querschnitt mit einer Fläche von 2,5 mm . Während die Laschenseite stärker ausgebildet ist und einen etwa hexagonalen Querschnitt mit einer gleichmäßigen Querschnittsfläche von der linken Ecke bis zu einem Abstand von 65 mm sowie anschließend bis zur rechten Rahmenecke einen sich von

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4,8 mm auf 2,7 mm verjüngenden Querschnitt aufweist.

Versuche haben ergeben, daß sich ein Gitter der vorerwähnten Art ohne das Auftreten einer schädlichen Porosität im Bereich der Lasche gießen läßt. Außerdem besitzt das Gitter eine ausreichende Steifigkeit ohne zu hohes Gewicht, das normalerweise etwa 58 g ausmacht. Um die Gitterleistung zu bestimmen, wurde der Effektivwiderstand theoretisch und experimentell ermittelt. Dies geschah mit Hilfe einer Computersimulation einerseits und Versuchen, die Batteriebedingungen simulierten. Dabei floß ein Strom von der Lasche zu einem Elektrolyten und wurde das Potential an verschiedenen Gitterpunkten gemessen, um die maximale Potentialdifferenz Γ\ in bezug auf die Lasche zu ermitteln. Bei einer Stromstärke A und einem maximalen Potentialabfall V gibt das Verhältnis V/A den effektiven Gitterwiderstand an. Je geringer dieser Widerstand ist, desto besser ist die Speicherfähigkeit.

Bei Vergleichsversuchen wurden in derselben Weise die Gitterleistungen herkömmlicher Gitter bestimmt. So besaß ein herkömmliches Gitter mit zwölf vertikalen und zweiundzwanzig horizontalen Orthogonalstaben einen effektiven Widerstand von 2,27 mV/A, während ein herkömmliches Gitter einen Effektivwiderstand von 1,64 mV/A aufwies. Gitter der in Fig. 1 dargestellten Art besaßen hingegen einen Effektivwiderstand von höchstens 1,03 mV/A und veranschaulichen {■' besonders sinnvoll die mit dem erfindungsgemäßen Gitter erzielbare Verbesserung. Diese ist bedingt durch eine sinnvolle Kombination von Größe und Lage der strahlenfömig verlaufenden Stäbe sowie der Laschenlage.

Besonders geeignet ist das Gitter der Fig. 2; es besteht aus einem Rahmen 30 und ähnlich wie bei dem Gitter der Fig. 1 strahlenförmig verlaufenden Stäben 31. Die anderen Stäbe

verlaufen wiederum parallel und mit gleichem Abstand voneinander, jedoch nicht horizontal bzw. parallel zu der Laschenseite des Rahmens 30. Vielmehr verlaufen die Stäbe 32 parallel zu einer Linie A-A, die mit der Horizontalen B-B einen Winkel von 10 bis 45°, beispielsweise 15° einschließt.

Das Gitter der Fig. 2 besitzt gegenüber dem Gitter der Fig. 1 eine Reihe von Vorteilen. So läßt es sich angesichts des Verlaufs der Stäbe 32 leichter bzw. mit besserem Formfüllungsvermögen vergießen, da beim Gießen die linke Seite Γ\ horizontal verläuft und als Eingußseite fungiert, so daß das schmelzflüssige Blei unter dem Einfluß der Schwerkraft durch die den Stäben 32 entsprechenden Formenhohlraum strömt. Verlaufen diese Stäbe parallel zu der Laschenseite, dann liegen sie beim Gießen in der Vertikalen und tritt von der Schmelze verdrängte Luft durch BelüftungsÖffnungen in der Form aus. Bei dem Stabverlauf der Fig. 2 tritt die Luft hingegen auf demselben Weg aus dem Formenhohlraum aus, auf dem auch das Blei eintritt.

Ein weiterer Vorteil des Gitters nach Fig. 2 besteht in der erhöhten mechanischen Festigkeit, die durch das spitzwinkelige Eintauchen der Stäbe in die Rahmenseiten bedingt ist, während O bei herkömmlichen Gittern die Stäbe rechtwinklig in die Rahmenseiten eintauchen. Schließlich besitzt das Gitter der Fig. 2 aufgrund der größeren Zahl der in die Laschenseite eintauchenden Stäbe noch einen wesentlich geringeren effektiven Widerstand und damit eine tessere Speicherfähigkeit.

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Claims

Dr.-lng. Reimarv&PriiS ^:..^:·...^: Qjpil^lfig. Klaus Bergen ⁰^

Ceoillanallee 7Θ A Düsseldorf 3D Telefon 4SSOOB Patentanwalts

19. Mai 1980 33 505 K

ESB International Corporation Concord Pike, Wilmington, Delaware 19303, (V.St.A)

"Gitter für Bleibatterien"

Schutzansprüohe;

Gitter für Elektrodenplatten von Bleiakkumulatoren mit einem Rahmen und einer Lasche an einer Rahmenseite sowie einem Netzwerk sich kreuzender und zwischen den Rahmenseiten verlaufender Stäbe, gekennzeichnet durch eine zwischen einer Rahmenecke und einer Seitenmitte angeordnete Lasche (21) und eine Schar parallel zueinander verlaufender Gitterstäbe (23; 32) sowie eine Schar von der Laschenseite des Rahmens ausgehender strahlenförmig divergierender Stäbe (24,25,26; 31).
2. Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Stäbe (26) die Laschenseite und die ihr am nächsten liegende Rahmenseite verbinden.
3. Gitter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Laschenseite des Rahmens im Bereich der Lasche (21) giößer als im Restbereich ist.
4. Gitter nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die der Lasche (21) am nächsten liegende Rahmenseite in der von der Lasche wegführenden Richtung verjüngt.
5. Gitternach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlenförmig verlaufenden Stäbe (24,25,26; 31) einen anderen Querschnitt aufweisen als die sie kreuzenden Stäbe (23; 32) und mindestens einzelne im Bereich der

.-x Laschenseite des Rahmens (20; 30) einen größeren Quer-

schnitt als im übrigen Bereich besitzen.
6. Gitter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zueinander verlaufenden Gitterstäbe (23; 32) einen gleichen Querschnitt aufweisen und in gleichen Abständen voneinander verlaufen.
7· Gitter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zueinander verlaufenden Gitterstäbe (23) parallel zu der Laschenseite des Rahmens (20) verlaufen.
8. Gitter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zueinander verlaufenden Gitterstäbe (32) winklig in bezug auf die Laschenseite des Rahmens (30) verlaufen.
9. Gitter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zueinander verlaufenden Gitterstäbe mit einem Winkel von 10 bis 45° in bezug auf die Laschenseite des Rahmens (20; 30) verlaufen.

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