DE1533024C

DE1533024C - Method and device for the production of fiber-porous plates

Info

Publication number: DE1533024C
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Chem. Peter 8756 Kahl Faber
Original assignee: Rheinisch Westfaelisches Elektrizitaetswerk AG
Current assignee: RWE AG

Description

Verfahren zur Herstellung von faserporösen Platten (wie sie beispielsweise bei Akkumulatoren Verwendung finden) sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, insbesondere ist die Herstellung von faserporösen Platten durch Elektrosinterung bekannt. Dabei werden metallische oder metallisierte Fasern mit einer Vorzugsrichtung vliesförmig geschichtet, gegebenenfalls einem Preßdruck unterworfen, das an Elektroden angeschlossene Vlies von einem elektrischen Strom durchflossen und durch die dabei entstehende ohmsche Wärme die Fasern an Berührungspunkten versintert (vgl. Technische Mitteilungen, 51,-Nr. 4, S. 189II.; deutsche Patentschrift I 206 705). Im Rahmen der bekannten Maßnahmen wird also das Sintergut selbst vom elektrischen Strom durchflossen, es erwärmt sich dabei, und es kommt an den vliesstatistisch verteilten Berührungspunkten der einzelnen Fasern zu Sinterprozessen. Man erwartet auf diese Weise eine einfache und elegante Herstellung faserporöser Platten, insbesondere auch deshalb, weil in den metallischen oder metallisierten Fasern ein für den elektrischen Strom besonders günstiger Weg präformiert ist. Das bekannte Verfahren zur Herstellung faserporöser Platten durch Elektrosinterung metallischer oder metallisierter Fasern arbeitet daher auch mit einem elektrischen Strom, der die Fasern in ihrer Längsrichtung durchfließt. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen werden einerseits die Enden der Fasern an Elektroden angeschlossen, andererseits wird das Vlies einem Preßdruck unterworfen, wobei man mit Preßwerkzeugen arbeiten muß, die elektrisch nichtleitend ausgeführt sind. Darüber hinaus müssen die Preßwerkzeuge hinreichend temperaturbeständig sein und schließlich mechanisch für gewisse Verformungs- oder Preßvorgänge hinreichend stabil sein. Im praktischen Betrieb haben sich hier verschiedene keramische Materialien, insbesondere Quarzkörper, als plattenförmige Preßwerkzeuge mehr oder weniger gut bewährt. So gelingt es im Rahmen der bekannten Maßnahmen zwar, metallische Fasern ohne weiteres und schnell miteinander zu versintern,, jedoch verteilen sich die Sinterpunkte auch dann, wenn man das Vlies sehr gleichmäßig aufbaut, nicht immer hinreichend gleichmäßig über das Volumen der herzustellenden Platte. Erhebliche Schwierigkeiten entstehen außerdem beim Versintern metallisierter Fasern aus Glas. Hier treten zusätzlich Werkzeugprobleme auf. Die keramischen, glasemailleartig geschützten oder aus Quarz bestehenden plattenförmigen Preßwerkzeuge verbinden sich stets mit dem teilweise an die Oberfläche tretenden Grundkörper der metallisierten, im Inneren aus Glas bestehenden Fasern. Es kommt zii einem festen Verbund, d. h. zu einem Ansintern der metallisierten, im Inneren aus Glas bestehenden Fasern an die plattenförmigen Preßwerkzeuge. Diese Affinität zwischen dem Glas des faserigen Sintergutes und dein oxydkeramischen Preßwerkzeug erlauben deshalb eine Anwendung des vorgenannten Verfahrens der Elektrosinterung auf metallisierte Fasern aus Glas nicht. Gerade diese sind jedoch für viele Anwendungen von erheblicher Bedeutung. — Eine werkstofftechnische Lösung des Problems ist bis heute nicht gelungen. Es gibt anscheinend kein Material, das ilen obengenannten Anforderungen für das Verfahren der Elektrosinterung im Zuge der Herstellung von faserporösen Platten aus metallisierten Fasern genügt. Auch Graphit kann wegen seiner Leitfähigkeit nicht als Formwerkzeug eingesetzt werden.Process for the production of fiber-porous plates (as used, for example, in accumulators find) are known in various embodiments, in particular the production of fiber-porous plates known by electrosintering. There are metallic or metallized fibers with a preferred direction layered in the form of a fleece, optionally subjected to a pressure applied to the Electrodes connected fleece flowed through by an electric current and through the resulting Ohmic heat sintered the fibers at points of contact (see Technical Communications, 51, -No. 4, p. 189II .; German patent specification I 206 705). in the As part of the known measures, the sintered material itself is traversed by the electric current, it heats up in the process, and it occurs at the contact points of the individual parts, which are statistically distributed in the fleece Fibers to sintering processes. One expects simple and elegant manufacture in this way fiber-porous plates, especially because in the metallic or metallized fibers for the electric current particularly favorable way is preformed. The known method of manufacture Fiber-porous plates by electrosintering metallic or metallized fibers therefore works also with an electric current that flows through the fibers in their longitudinal direction. As part of the known measures, on the one hand, the ends of the fibers are connected to electrodes, on the other hand If the fleece is subjected to a compression pressure, you have to work with pressing tools that are electrically non-conductive. In addition, the pressing tools must be sufficiently temperature-resistant and finally sufficient mechanically for certain deformation or pressing processes be stable. In practical operation, various ceramic materials have been found here, in particular Quartz body, proven more or less well as plate-shaped pressing tools. This is how it works within the framework the known measures to sinter metallic fibers easily and quickly with one another, however, the sintering points are not evenly distributed even if the fleece is built up very evenly always sufficiently uniform over the volume of the plate to be produced. Significant difficulty also arise when sintering metallized glass fibers. There are additional tool problems here on. The ceramic, glass-enamel-like protected or made of quartz plate-shaped Pressing tools always connect with the base body of the partially emerging on the surface metallized fibers made of glass inside. It comes to a firm bond, i. H. to a sintering of the metallized fibers, consisting of glass inside, to the plate-shaped ones Pressing tools. This affinity between the glass of the fibrous sintered material and your oxide-ceramic Press tools therefore allow the aforementioned method of electrical sintering to be used not on metallized glass fibers. However, it is precisely these that are suitable for many applications of considerable importance. - A material-technical solution to the problem has not yet succeeded. There does not appear to be any material meeting the above requirements for the process Electrosintering in the course of the production of fiber-porous plates from metallized fibers enough. Because of its conductivity, graphite cannot be used as a molding tool either will.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie auf einfache Weise aus metallischen 5 oder metallisierten Fasern faserporöse Platten mit über das Volumen der Platten gleichmäßig verteilten Sinterpunkten hergestellt werden können, und zwar für Platten aus metallisierten Fasern ohne die beschriebenen werkstofftechnischen Schwierigkeiten bezüglich der Preßwerkzeuge.The invention is therefore based on the object of specifying how in a simple manner from metallic 5 or metallized fibers fiber-porous plates with evenly distributed over the volume of the plates Sintering points can be made for plates made of metallized fibers without those described technical difficulties with regard to the pressing tools.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserporösen Platten durch Elektrosinterung, wobei metallische oder metallisierte Fasern mit einer Vorzugsrichtung vliesförmig geschichtet sowie gegebenenfalls einem Preßdnick unterworfen werden und das an Elektroden angeschlossene Vlies von einem elektrischen Sinterstrom durchflossen wird sowie durch die dabei entstehende ohmsche Wärme die Fasern an den Berührungspunkten versintert werden.The invention relates to a method for the production of fiber-porous plates by electrosintering, metallic or metallized fibers layered in a preferred direction in the form of a nonwoven and optionally be subjected to a press thickness and the fleece connected to electrodes of an electrical sintering current flows through it and the resulting ohmic heat Fibers are sintered at the points of contact.

Die Erfindung besteht darin, daß das Vlies quer zur Vorzugsrichtung' der Fasern, d. h. senkrecht zur Ebene der herzustellenden Platten, von dem elektrischen Strom durchflossen wird. Arbeitet man im· Rahmen der Erfindung mit einem gleichmäßig- aufgeschichteten Vlies, so erhält man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine überraschend gleichmäßige Verteilung der Sinterpunkte in den Platten, was für viele Anwendungsfälle, insbesondere im Akkumiilajj5renbau, von großer Bedeutung ist. Die Anzahl der Sinterpunkte läßt sich durch die Intensität der Verfilzung der Fasern im Vlies, den Preßdnick auf das Vlies beim Sintervorgang und die Stromstärke, aber auch dadurch beeinflussen, daß das Vlies aus metallischen oder metallisierten Fasern vor dem Sintervorgang quer zur Vorzugsrichtung der Fasern komprimiert wird. Selbstverständlich lassen sich die beschriebenen Maßnahmen zur Beeinflussung der Anzahl der Sinterpunkte pro Volumeinheit der herzustellenden Platte auch kombinieren. Immer kann so der Sintervorgang dem Verwendungszweck der herzustellenden faserporösen Platte ohne Schwierigkeiten angepaßt werden. Auch wenn mit Fasern aus Glas, Quarz, Mineralien mit metallisierter Oberfläche gearbeitet wird, tritt ein Ansintern an den vorzugsweise aus Graphit bestehenden Elektroden nicht auf.The invention consists in that the fleece transversely to the preferred direction 'of the fibers, i. H. perpendicular to the Level of the panels to be produced through which electrical current flows. Do you work in Within the scope of the invention with a uniformly layered fleece, one obtains according to the invention Method a surprisingly even distribution of the sintering points in the plates, which is of great importance for many applications, especially in battery-powered construction. the The number of sintering points can be determined by the intensity of the felting of the fibers in the fleece, the press thickness on the fleece during the sintering process and the current strength, but also by the fact that the Fleece made of metallic or metallized fibers before the sintering process transversely to the preferred direction of the Fibers being compressed. Of course, the measures described for influencing can be used also combine the number of sintering points per unit volume of the plate to be produced. always In this way, the sintering process can be adapted to the intended use of the fiber-porous plate to be produced without difficulty be adjusted. Even if with fibers made of glass, quartz, minerals with a metallized surface sintering does not occur on the electrodes, which are preferably made of graphite on.

Dies gilt auch bei Anwendung eines zusätzlichen Preßdruckes, der erfindungsgemäß von eben diesen Elektroden auch aufgebracht wird. Das gilt insbesondere dann, wenn während des Sintervorganges die zur Zu- bzw. Abführung des elektrischen Stromes dienenden und gleichzeitig als plattenförmige Preßwerkzeuge wirkenden Elektroden gekühlt werden. Zweckmäßigerweise wird der Sintervorgang unter Schutzgas durchgeführt.This also applies when an additional pressure is applied, which according to the invention is precisely that of these Electrodes is also applied. This is especially true if during the sintering process the to Supply and discharge of the electric current serving and at the same time as plate-shaped pressing tools acting electrodes are cooled. The sintering process is expediently carried out under protective gas accomplished.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind nicht nur darin zu sehen, daß erfindimgsgemäß eine gleichmäßige Verteilung der Sinterpunkte über das Volumen der herzustellenden faserporösen Platten erreicht wird, deren Anzahl leicht beeinflußt werden kann, und nicht nur darin, daß die eingangs beschriebenen werkstoiltechnischen bzw. werkzeugtechnischen Probleme nicht mehr auftreten, sondern vielmehr auch darin, daß mit einer besonders einfachen Vorrichtung gearbeitet weiden kann. Diese ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Preßwerkzeug mit plattenförmigen, in Vorzugsrichtung der Fasern des zu sinternden Vlieses erstreckten, quer zur Vor-The advantages achieved by the invention are not only to be seen in the fact that according to the invention Uniform distribution of the sintering points over the volume of the fiber-porous plates to be produced is achieved, the number of which can be easily influenced, and not only in that the initially described Material-technical or tool-technical problems no longer occur, but rather also in the fact that one can work with a particularly simple device. This is according to the invention characterized by a pressing tool with plate-shaped, in the preferred direction of the fibers of the fleece to be sintered, extending transversely to the

zugsrichtung verstellbaren Elektroden, die gleichzeitig als plattenförmige Preßwerkzeuge ausgeführt sind. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung bestehen diese Elektroden aus Graphit oder graphitisiertem Werkstoff. Im übrigen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nach bevorzugter Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit Kühleinrichtungen (z. B. Kühlkammern oder Kühlkanälen) ausgerüstet sind. Selbstverständlich muß im Rahmen des Sintervorganges dafür gesorgt werden, daß der Preßdruck auf das Vlies während des Sintervorganges nicht zu groß wird. Das kann über in der einschlägigen Technik bekannte Feststellvorrichtungen ohne weiteres erreicht werden, am einfachsten jedoch dadurch, daß zwischen den Elektroden Abstandsbolzen oder Zwischenstücke angeordnet sind.direction of pull adjustable electrodes, which at the same time are designed as plate-shaped pressing tools. According to a preferred embodiment of the invention these electrodes consist of graphite or graphitized material. In addition, the inventive Device according to a preferred embodiment, characterized in that the electrodes are equipped with cooling devices (e.g. cooling chambers or cooling channels). Of course must be ensured during the sintering process that the pressure on the fleece during the sintering process does not become too large. This can be done via well known in the relevant art Locking devices are easily achieved, but easiest by the fact that between the Electrode spacer bolts or spacers are arranged.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung in Seitenansicht eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.In the following the invention is illustrated by means of a drawing which shows only one exemplary embodiment explained in more detail. The single figure shows a schematic representation in side view Device for carrying out the method according to the invention.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung besitzt ein Preßwerkzeug mit plattenförmigen, in Vorzugsrichtung der Fasern des zu sinternden Vlieses 1 erstreckten, quer zur Vorzugsrichtung in Richtung der Pfeile ^«verstellbaren Elektroden 3, 4. Diese bestehen vorzugsweise aus Graphit oder graphitisiertem Werkstoff-. Sie können nicht gezeichnete Kühleinrichtungen in Form von Kühlkammern oder Kühlkanälen aufweisen. The device shown in the figure has a pressing tool with plate-shaped, extending in the preferred direction of the fibers of the fleece 1 to be sintered, Electrodes 3, 4 adjustable transversely to the preferred direction in the direction of the arrows. These exist preferably made of graphite or graphitized material. You can not use drawn cooling devices in the form of cooling chambers or cooling channels.

Die metallisierte, beispielsweise nickelmetallisierte, im Innern aus Glas bestehende Faser G wird in Form von mehreren Schichten bis zu 20 Lagen zwischen die beiden Elektroden 3, 4 gelegt. Auf der Rückseite der Elektroden 3,4 ist in direktem galvanischem Verbund die Stromzuführung 5, beispielsweise aus Kupfer, angebracht. Es ist dabei wesentlich, daß zwischen den beiden Elektroden 3, 4 und der Stromzuführung 5 eine feste und über die ganze Fläche gleichmäßige elektrische Kontaktgabe gegeben ist. Die beschriebene Vorrichtung befindet sich in einem Schutzgasraum mit Glocke 6.The metalized, for example nickel-plated, fiber G made of glass inside is shaped of several layers up to 20 layers are placed between the two electrodes 3, 4. On the back of the Electrodes 3, 4, the power supply 5, for example made of copper, is attached in a direct galvanic connection. It is essential that between the two electrodes 3, 4 and the power supply 5 There is a solid electrical contact that is uniform over the entire surface. The described The device is located in a protective gas chamber with a bell 6.

Das zwischen den beiden Elektroden 3, 4 befindliche Vlies 1 wird durch das Gewicht der oberen Elektrode 3 etwas zusammengepreßt. Das Zusammenpressen kann selbstverständlich auch auf andere Weise erfolgen. Beim Einschalten des elektrischen Stromes, der für den beschriebenen Fall und bei einer Flächenausbildung von 50 cm² eine Stärke von etwa 1000 A annimmt, kommt es zu einer Erwärmung, schließlich zu einer Glühung des Vlieses 1 aus metallisierten Fasern und damit zu einer weiteren selbsttätigen Verdichtung des plattenförmigen, faserporösen Gerüstes. Der Sintervorgang ist nach etwa 2 MinutenThe fleece 1 located between the two electrodes 3, 4 is somewhat compressed by the weight of the upper electrode 3. The compression can of course also take place in other ways. When the electrical current is switched on, which in the case described and with a surface area of 50 cm ² assumes a strength of about 1000 A, there is heating and finally an annealing of the fleece 1 made of metallized fibers and thus further automatic compression of the plate-shaped, fiber-porous framework. The sintering process takes about 2 minutes

ίο abgeschlossen. Die fertige, faserporöse Platte kann direkt und ohne Schwierigkeiten von den Elektroden 3, 4 abgelöst und auf ihre letzte Gebrauchsform zugeschnitten werden.ίο completed. The finished, fiber-porous plate can detached directly and without difficulty from the electrodes 3, 4 and returned to their last form of use be tailored.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of fiber-porous plates, in particular for accumulators, by Electrosintering, whereby metallic or metallized fibers with a preferred direction fleece

shaped layered and optionally subjected to a compression pressure as well as that on Electrode connected fleece is traversed by an electric current and through the the resulting ohmic heat sintered the fibers at the points of contact, thereby characterized in that the fleece (1) transversely to the preferred direction of the fibers, d. H. perpendicular to the level of the panels to be produced, through which electrical current flows.

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2. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized by a Pressing tool with plate-shaped, in the preferred direction of the fibers of the fleece to be sintered (1) extended electrodes (3, 4) adjustable transversely to the preferred direction.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the electrodes (3, 4) from Graphite or graphitized material exist.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the electrodes (3, 4) with cooling devices, e.g. B. cooling chambers or cooling channels are equipped.

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the electrodes (3, 4) with locking devices that can be adjusted to certain A "bstancf, e.g. spacer bolts, are equipped.

1 sheet of drawings