DE2355649C3 - Tauchgießvorrichtung und -verfahren zur Herstellung von Elektrodengittern für Bleiakkumulatoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Tauchgießvorrichtung und ein Tauchgießverfahren zur Herstellung von Elektrodengittern für Bleiakkumulatoren mit zumindest teilweise porösen Formen.

Aus der FR-PS 14 88 705, der französischen Offenlegungsschrift 20 98 166 und der US-PS 16 36 242 sind Gießwalzen für die Herstellung von Akkumulatorengittern und entsprechende Verfahrensweisen bekannt, bei denen die Schmelze in den Formhohlräumen der Gießwalzen zu den gewünschten Gußstücken erstarren gelassen und die Gußstücke anschließend aus den Formhohlräumen abgelöst und entfernt werden. Die Gießwalzen tauchen hierbei nicht in ein Schmelzbad ein, sondern es wird die Schmelze der Gießwalze seitlich bzw. von oben zugeführt. Die Zuführung der Schmelze in die Gitter-Hohlräume erfolgt auf Grund der Schwerkraft der Schmelze. 1st der hydrostatische Druck der Schmelzzuführung gering, ist ein vollständiges, d.h. formgetreues Ausgießen der Gitterhohlräume nicht sichergestellt. Da die Formhohlräumwände nicht gasdurchlässig ausgebildet sind und demnach beim Gießen Luft nicht durch die Formhohlraumwände verdrängt werden kann, ist ein formgetreues Ausgießen schon aus diesem Grunde nicht möglich. Die Oberfläche der Formlinge, die nach derartigen Verfahren und mit derartigen Vorrichtungen gegossen werden, ist meist rauh und die Abmessung der Formlinge ungenau, so daß in vielen Fällen eine Nachbehandlung des Formlings zum Beispiel Nachschleifen, Nachschneiden oder -fräsen unumgänglich ist.

Aus der CH-PS 5 00 793 sind Vorrichtungen und Verfahren zum Tauchgießen bekannt, bei denen poröse Formen Verwendung finden. Gußstücke werden hergestellt, indem die Gießform in ein Schmelzbad eingetaucht wird, wodurch auf Grund des hydrostatischen Schmelzdruckes Schmelze in den Formhohlraum eindringt und diese dort auf Grund ihrer Schwerkraft nach dem Ziehen der Gießform aus der Schmelze im Formhohlraum verbleibt. Ein exaktes Tauchgießen von sehr komplizierten Formhohlräumen ist nicht möglich, und es können nur einfache Formen formgetreu tauchgegossen werden, wenn die Gießform tief in das Schmelzbad eingetaucht wird, um dann den für ein formgetreues Gießen erforderlichen hohen hydrostatischen Schmelzdruck zu erhalten, der die Schmelze in sämtliche Bereiche der Gießform drückt. Bei einem tiefen Eintauchen aber bleibt an der relativ kalten Gießform auch außerhalb des Formhohlraumes Schmelze an der Form haften. Diese Schmelze kann nur aufwendig zurückgewonnen werden und steht demnach für einen weiteren Tauchgießvorgang nicht mehr zur Verfügung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, mit der selbst kompliziert ausgebildete Elektrodengitter für Bleiakkumulatoren sehr schnell und dennoch formgetreu tauchgegossen werden können.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Formen aus einem inneren, an eine Kühldruckgasquelle angeschlossenen, porösen Metallkörper und einer äußeren, undurchlässigen, schlecht wärmeleitenden Schicht bestehen, in denen die durch die Schicht hindurchgehenden Formhohlräume angeordnet sind, und daß der poröse Metallkörper und die äußere Oberfläche der undurchlässigen Schicht Erhebungen und Vertiefungen in solcher Anordnung und Dimensionierung aufweisen, daß die Schmelze nicht vollständig in die Vertiefungen eindringen und sich beim Austauchen der Form leicht von den Erhebungen lösen kann.

Durch die an den porösen Metallkörper angeschlossene Kühldruckgasquelle bzw. Vakuumquelle kann das Innere der Form unter die Verfestigungstemperatur der Schmelze rasch abgekühlt und die Schmelze in die Hohlräume der in das Schmelzbad eingetauchten Form eingesaugt werden. Hierbei braucht die Gießvorrichtung nicht tief in das Schmelzbad eingetaucht zu werden, d. h. das Eintauchen erfolgt schnell. Da zudem das Verfestigen des Schmelzmaterials an der kühlen, porösen Formhohlraumwand wenig Zeit in Anspruch nimmt, ist insgesamt ein einzelner Tauchgießvorgang sehr schnell durchführbar, ohne daß die Formwiederga-

be des Formlings beeinträchtigt wird. Da nur die Erhebungen auf die Temperatur der Schmelze aufgeheizt werden müssen, wird dem Schmelzbad keine wesentliche Wärmemenge durch Wärmeleitung entzogen. Eine gute Wärmeisolation zwischen dem heißen Schmelzbad und dem relativ kühlen Innenraum der Form ist für ein rasches und exaktes Tauchgießen von großer Bedeutung. Die Schmelze kann auf Grund ihrer hohen Oberflächenspannung und der erfindungsgemäßen Ausbildung die Vertiefungen der äußeren Oberfläche der undurchlässigen Schicht nicht ausfüllen, wodurch Lufträume als isolierende Polster gebildet werden. Hierbei ist die effektive, durch die Luftpolster gebildete Wärmeleitfähigkeit der Schicht steuerbar, indem die Anzahl bzw. der Bereich der die Schmelze berührenden Erhebungen erhöht oder vermindert wird. Die Anzahl oder der Bereich der Erhebungen kann qf-er über die äußere Räche einer einzigen Form variiert werden, um unterschiedliche effektive Wärmeleitfähigkeiten auf verschiedenen Teilen derselben Form zu erhalten. Erfindungsgemäß ist die effektive Wärmeleitfähigkeit der äußeren Schicht in einem Maße durch Ausgestaltung des äußeren Oberflächenbereiches steuerbar, daß selbst wärmeleitende Materialien wie z. B. Kupfer als äußere Schicht verwendet werden können. Weiter ist es von Vorteil, daß die Erhebungen durch das heiße Schmelzbad selbst aufgeheizt werden können, so daß zusätzliche äußere Heizeinrichtungen entbehrlich sind. Heiße Erhebungen haben den Vorteil, daß im wesentlichen kein Schmelzmaterial sich an diesen verfestigt bzw. an diesen haften bleibt und im Falle einer lokalen Verfestigung die Schmelze leicht ablösbar ist und diese für einen neuen Tauchgießvorgang verwendet werden kann.

Die erfindungsgemäße Tauchgießvorrichtung findet vorzugsweise bei einem Verfahren Verwendung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

a) ein Kühlgas in den porösen Metallkörper und durch die Wände der Formhohlräume geführt wird, bis die Hohlraumwände unter die Verfestigungstemperatur des geschmolzenen Metalls abgekühlt sind, daß

b) die Form in die Schmelze bis zu einer Teife eingetaucht wird, bei der die Schmelze nur die Vorsprünge berührt, daß

c) ein Vakuum an den porösen Metallkörper angelegt wird, so daß die Schmelze in die Hohlräume gesaugt wird, daß

d) die Form aus der Schmelze herausgenommen wird, wobei das geschmolzene Metall sich von der äußeren Oberfläche der Schicht ablöst, so daß aus der Schmelze nur das in den Hohlräumen verfestigte Metall entfernt wird, und daß

e) das Gußstück aus den Hohlräumen herausgelöst wird.

Elektrodengitter aus niedrig legiertem Blei mit einer feinen Struktur und einer hohen Festigkeit können insbesondere dann erhalten werden, wenn die in die Hohlräume gesaugte Bleilegierungsschmelze abgeschreckt und das aus den Hohlräumen herausgelöste Gußstück einer Auslagerungshärtung ausgesetzt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Tauchgießvorrichtung längs der Linie 1-1 der F i g. 2,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Tauchgießvorrichtung, und F i g. 3 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 3-3 der F i g. 2.

Gemäß den F i g. 1 bis 3 ist eine Form 2 einer Tauchgießvorrichtung trommeiförmig ausgebildet und weist

Formhohlräume 4 auf, die einem Elektrodengitter einer Batterie entsprechen. Die Form 2 umfaßt einen porösen Metallkörper 6, der aus gesintertem puiverförmigem Materia! hergestellt ist, und eine äußere, undurchlässige, schlecht wärmeleitende Schicht 8, die den ge-

<o samten porösen Metallkörper 6 mit Ausnahme der Gießöffnungen der Formhohlräume 4 abdeckt. Die undurchlässige, aufheizbare Schicht 8 weist eine äußere Oberfläche mit einer Vielzahl von Erhebungen 13 und Vertiefungen 12 auf. Die Vertiefungen 12 können durch

¹S Anreißen oder Ätzen, beispielsweise nach dem Halbtonverfahren, hergestellt sein. Ein mechanisches Einreißen der Vertiefungen 12 in die Schicht 8 ist auf Grund der einfachen Durchführbarkeit aes Bearbeitungsvorganges und dessen leichter Steuerbarkeit bevorzugt.

Die Vertiefungen 12 können als parallele Streifen oder gegebenenfalls als Kreuzmuster vorgesehen sein. Eine Druckluftkammer 14 hinter den Formhohlräumen 4 ermöglicht die Einführung von Kühldruckluft in den porösen Metallkörper 6. Die Kühlluft tritt durch die Wän-

de des Hohlraumes 4 und kühlt dadurch den Hohlraum. Eine Vakuumkammer 16 hinter den Formhohlräumen 4 unmittelbar über der Schmelze 18 ermöglicht das Ansaugen von Schmelze 18 in die Hohlräume 4, wenn die Form 2 zu flach für ein freies Strömen der Schmelze in die Hohlräume eingetaucht ist. Die Kühlluft der Druckluftkammer 14, die den Formhohlraum 4 kühlt, indem dieser über die Kammer 14 gedreht wird und die kühle, unter Druck stehende Luft durch die porösen Wände der Formhohlräume 4 entweicht, kann auch zu einem Ausblasen bzw. Herauslösen des Gußstückes aus den Hohlräumen 4 verwendet werden.

Gemäß Zeichnung kann ein Gießbetrieb kontinuierlich durchgeführt werden. Die Form 2 ist geringfügig in die Schmelze 18 eingetaucht, wobei nur die Erhebun-

gen 13 zwischen den Vertiefungen 12 mit der Schmelze in Berührung stehen und deren geringe Masse dadurch selbst ohne die Unterstützung von zusätzlichen Heizeinrichtungen 20 schnell auf eine Temperatur aufgeheizt wird, bei der Metall aus der Schmelze, selbst wenn es geringfügig verfestigt ist, an der äußeren Oberfläche der Schicht 8 nicht haften bleibt, nachdem die Form die Schmelze 18 verlassen hat. Diese Temperatur wird als Ablösetemperafji· bezeichnet. Sind zusätzliche Heizeinrichtungen 20 vorgesehen, kann eine

erfindungsgemäße Tauchgießvorrichtung in bezug auf verschiedene Schmelzlegierungen, verschiedene Materialien für die Schicht 8 und verschiedene Trommelgeschwindigkeiten flexibler benützt '.verden.

Die Wärmeleitfähigkeit der äußeren Schicht wird niedrig gehalten, indem das Schmelznietall daran gehindert wird, die Vertiefungen 12 zu füllen, während sich die Form in der Schmelze befindet. Ein Füllen der Vertiefungen mit Schmelze hängt von einer Anzahl von Faktoren ab einschließlich der Temperatur der Schicht, der Temperatur der Schmelze, der Breite und der Tiefe der Vertiefungen sowie der Eintauchtiefe der Schmelze. Die Form 2 wird in die Schmelze 18 bis zu einer Tiefe eingetaucht, die nicht ausreicht, daß der hydrostatische Druck der Schmelze diese vollständig in die Ver-

^fa5 tiefungen 12 drückt. Eintauchtiefen von weniger als 3,2 min und bevorzugt von etwa 1,6 mm werden für diesen Zweck als optimal angesehen. Beim Arbeiten mit Bleilegierungsschmelze mit einer Temperatur von etwa

30°C über deren Erstarrungstemperaturbereich sind Vertiefungsbreiten von weniger als etwa 0,75 mm erforderlich, um das Eindringen von Schmelze in die Vertiefungen bei einer Eintauchtiefe von weniger als 3,2 mm zu verhindern.

Stehen die Hohlräume 4 mit ihren Gießöffnungen mit der Schmelze 18 in Verbindung, wird ein Vakuum an die Kammer 16 angelegt, um Schmelze 18 in die gekühlten Formhohlräume 4 aufzusaugen, wo diese unmittelbar erstarrt. Liegt die Schmelztemperatur etwa 30⁰C über dem Schmelzen-Erstarrungspunkt oder innerhalb des Schmelzen-Erstarrungsbereiches, wird das in die Formhohlräume eingedrungene Schmelzenmaterial ausreichend abgeschreckt. Dieses Abschrecken wird insbesondere bei auslagerungshärtbaren bzw. vergütbaren Elektrodengittern vorgenommen. Auf Grund der niedrigeren Anfangstemperatur der Schicht 8 steigt deren Temperatur an, während sich die Schicht 8 in der Schmelze 18 befindet. Da die Schicht mit der Schmelze 18 nur sehr kurz mit einer sehr geringen Oberfläche in Berührung steht, geht wenig Wärme aus der Schmelze durch die Schicht 8 verloren. Eine gewisse Verfestigung der Schmelze 18 kann als ein Film auf den Erhebungen 13 auftreten. Dieser Film haftet dann aber so wenig an, daß er auf Grund seines Eigengewichtes zurück in die Schmelze 18 zurückfällt, unmittelbar nachdem die Form 2 die Schmelze an der Stelle 22 verlassen hat. Somit ist praktisch das einzige Metall, das effektiv die Schmelze 18 verläßt, das in den Hohlräumen 4 verfedungsfall werden auslagerungshärtbare Balterie-Elektrodengitter mit einem geringen Antimongehalt hergestellt. Die Trommelform ist aus einem porösen gesinterten Bronzezylinder aufgebaut, der mit einer Schicht aus undurchlässigem Kupfer mit einer Dicke von etwa 1 mm beschichtet worden ist. Ein Formhohlraum entsprechend des in der Zeichnung dargestellten Gitter; ist durch die Kupfer-Schicht in den porösen Bronzezylinder bis in eine Tiefe von etwa 0,75 mm in das poröse Bronzematerial geschnitten bzw. gefräst. Eine Vielzahl von Vertiefungen mit einer Breite von etwa 0,38 mir und einer Tiefe von 0,18 mm sind in die Kupferschichi mit einer Dichte von 6,5 Vertiefungen pro cm eingerissen. Die Form 2 wird etwa 1,6 mm in eine Bleilegie rungsschmelze mit einer Temperatur von etwa 340⁰C eingetaucht, die 0,05% Antimon enthält, worauf die Drehung beginnt. Luft bei Raumtemperatur mit einen' Druck von etwa 4,2 kg/cm² wird durch die poröser Wände des Hohlraumes etwa 15 Sekunden lang ge drückt, wenn diese über der Kammer 14 vorbeilaufen Dadurch wird der Hohlraum unter die Solidustempera· tür der Schmelze abgekühlt. Befindet sich die Trommeloberfläche während ihrer Drehung mit dei Schmelze in Berührung, heizen sich die Spitzen der Er hebungen schnell auf die Ablösetemperatur auf. Dei restliche Teil der Schicht wird nur geringfügig durcl Wärmeleitung aufgeheizt. Ein Vakuum von etwa 12,f bis 25 cm Wassersäule wird in der Kammer 16 auf rechterhalten. Dreht sich die Form 2 unter die Kammei

stiete Metall. Durch den Überdruck in der Luftkammer 30 ¹⁶· ^wird geschmolzenes Metall in die Formhohlräumf 14 wird das Gußstück 24 aus der Form ausgestoßen und das Kühlen des Hohlraumes 4 für einen nächsten Gießvorgang begonnen. Die Gußstücke 24 werden beispielsweise durch ein Förderband 26 aufgenommen und abtransportiert.

Bei einem besonderen erfindungsgemäßen Anweneingesaugt. Die Berührung der Oberfläche mit dei Schmelze dauert nur etwa '/2 Sekunde. Das in der Formhohlräumen verfestigte Metall wird bei einer Dre hung der Form mitgenommen und als Gußstück 24 au dem Formhohlraum ausgeblasen, wenn dieser sich übe die Luftkammer 14 gedreht hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Tauchgießvorrichtung zur Herstellung von Elektrodengittern für Bleiakkumulatoren mit zumindest teilweise porösen Formen, dadurch gekennzeichnet, daß die Formen (2) aus einem inneren, an eine Kühldruckgasquelle angeschlossenen, porösen Metallkörper (6) und einer äußeren, undurchlässigen, schlecht wärmeleitenden Schicht (8) bestehen, in denen die durch die Schicht (8) hindurchgehenden Formhohlräume (4) angeordnet sind, und daß der poröse Metallkörper (6) und die äußere Oberfläche der undurchlässigen Schicht (8) Erhebungen (13) und Vertiefungen (12) in solcher Anordnung und Dimensionierung aufweisen, daß die Schmelze nicht vollständig in die Vertiefungen eindringen und sich beim Austauchen der Form leicht von den Erhebungen lösen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (12) streifenförmig sind und sich dazwischen die Erhebungen (13) rükkenartig erstrecken.

3. Verfahren zur Herstellung von Elektrodengittern für Bleiakkumulatoren mittels der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Kühlgas in den porösen Metallkörper (6) und durch die Wände der Formhohlräume (4) geführt wird, bis die Hohlraumwände unter die 3" Verfestigungstemperatur des geschmolzenen Metalls (18) abgekühlt sind, daß

b) die Form (2) in die Schmelze bis zu einer Tiefe eingetaucht wird, bei der die Schmelze nur die Vorsprünge (13) berührt, daß

c) ein Vakuum an den porösen Metallkörper (6) angelegt wird, so daß die Schmelze in die Hohlräume (4) gesaugt wird, daß

d) die Form (2) aus der Schmelze herausgenommen wird, wobei das geschmolzene Metall sich von der äußeren Oberfläche der Schicht (8) ablöst, so daß aus der Schmelze nur das in den Hohlräumen verfestigte Metall entfernt wird, und daß

e) das Gußstück aus den Hohlräumen (4) herausgelöst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Hohlräume (4) gesaugte Bleilegierungsschmelze (18) abgeschreckt wird, und daß das aus den Hohlräumen herausgelöste Gußstück (24) einer Auslagerungshärtung ausgesetzt wird.