In diesem Kapitel beschäftigen wir uns zunächst mit dem


1. Der Aufbau eines modernen Industrie-Bleiakkumulators

Im Vergleich zu unserem Schulexperiment hat ein moderner Bleiakkumulator nun aber keine einfachen Platten als Elektroden und ist auch ansonsten um einiges komplexer aufgebaut:



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Die positive Elektrode ist meistens eine positive Röhrchenplatte. Sie besteht aus einem Bleigitter, das mit einer Gewebetasche oder Fließtasche überzogen ist, wobei die Zwischenräume zwischen Gitter und Tasche komplett mit Mennige (hoch oxidierter Bleistaub: Pb3O4) ausgefüllt sind.
Mehrere dieser Platten bilden mit einer Polbrücke verbunden einen positiven Plattensatz.

Die negative Elektrode - die negative Masseplatte - ist ebenfalls aus einem Bleigitter und einer Bleistaub-Paste gefertigt ist. Wiederum bilden mehrere dieser Platten zusammen mit der Polbrücke einen negativen Plattensatz.

Die beiden Plattensätze werden nun ineinander gebaut, wobei die verschiedenen Platten immer von einem Separator (Scheider) getrennt werden, der die Berührung der beiden Platten und damit einen Kurzschluss verhindert.

Die Plattensätze und der Seperator bilden mit dem entsprechenden Elektrolyten und dem Zellgefäß sowie ein paar anderen technischen Ergänzungen eine Zelle.

Diese Zelle erzeugt eine Spannung von U= 2Volt.

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2. Die Herstellung eines Bleiakkumulators


Freundlicherweise durften wir mit unserer Gruppe das Hagener Werk der Firma Enersys besuchen.

Wir können deshalb hier die wichtigen Stationen der Herstellung eines

-Bleiakkumulators

so erläutern, wie wir sie bei unserer "Werkserkundung" kennen gelernt haben.

 

In diesem Werk werden übrigens drei verschiedene Arten von Akkumulatoren hergestellt:

  • Traktions-Akkumulatoren werden dazu benutzt um Fahrzeuge anzutreiben;
  • Reserve-Akkumulatoren werden als Notstromreserven eingesetzt, sie kommen Beispielsweise in Krankenhäusern oder Kernkraftwerken zum Einsatz;
  • Defense-Akkumulatoren werden zum Betreiben von diesel-elektrisch betriebenen U-Booten verwendet.
Aus verständlichen Gründen haben wir natürlich unsere Fotos sehr "diskret" angefertigt, wir haben also keinerlei größere Fertigungsbereiche o. ä. abgebildet.


Die grundlegenden Materialien zur Herstellung eines Bleiakkumulators sind verschiedene Bleilegierungen in Form von

  • Barren (Bild vergrößern), je ca. 42 kg,
  • Bleistaub,
  • Mennige (hochoxidierter Bleistaub) und
  • Schwefelsäure.
  • Bleistaub wie auch Mennige werden in großen Silos gelagert, aus denen sie dann mit Unterdruck, zu den Weiterverarbeitungs-Maschinen gefördert werden. Durch die Förderung mittels Unterdruck besteht keine Gefahr für die Umwelt, falls es zu einer Leckage im Fördersystem kommt.


    Die positive Röhrchenplatte dient in der Akkuzelle als positive Elektrode.
    Geschmolzenes Blei wird mit Druck über das System Kolben, Zylinder, Gießrohr in eine dafür vorgesehene Form gepresst.
    Nach der Erstarrung wird dieses so gegossene Gitter von allen für den Gießvorgang benötigten Zusatzmaterialien wie Schmutzleiste und Speiser befreit. Diese überflüssigen Materialien werden direkt dem Schmelzkessel wieder zugeführt.
    Durch das Ablängen des Gitters, wird automatisch die zukünftige Kapazität der positiven Elektrode bestimmt.

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    Das Gitter wird mit einer Fließ- bzw. Gewebetasche überzogen.

    Anschließend wird pulverförmige Mennige (hoch oxidierter Bleistaub: Pb3O4) in die Platten hineingerüttelt und diese werden dann mit einem Kunststoffabschlussstreifen verschlossenen.


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    Die negative Masseplatte wird aus einem Bleigitter gefertigt.

    Dies ist aber um einiges komplexer als bei der positiven Röhrchenplatte. Das flüssige Blei für das Gitter wird in die dafür vorgesehene Form gegossen. Dieser Vorgang geschieht im sogenannten Fallguss. Eine Vakuumpumpe, die an die Form angeschlossen ist, evakuiert die Formluft vor dem einfließenden Blei und verhindert so den Einschluss von Luftblasen.

    Hierbei muss die Bleitemperatur so hoch gehalten werden, dass das Blei zwar lange genug flüssig bleibt, aber es muss auch schnell genug abkühlen können. Dieses wird durch eine sehr aufwendige Formbehandlung mit einer Korkmehllösung erreicht.

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    Das Gitter wird nun mit einer Bleipaste der aktiven Masse pastiert. Die Platten durchlaufen eine Schnelltrocknung, damit beim Stapeln die noch feuchten Platten nicht aneinander kleben bleiben und damit unbrauchbar würden.

    Nachdem die negativen Platten getrocknet sind, werden sie dem so genannten Curing-Prozess unterzogen. Dieser chemische Prozess ist in drei Stufen unterteilt:
     1. Oxidation des Restbleis zu Bleioxid;
     2. Bildung der Übergangsstruktur Gitter/Masse;
     3. Trocknung der Platte.

    Nach dem Curing der Masseplatte kann diese zusammen mit der positiven Röhrchenplatte entweder in der Tankformation oder auch direkt im Zellenbau weiterverarbeitet werden.

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    In der Tankformation werden positive und negative Platten zusammen in mit Schwefelsäure gefüllte Formationströge eingebaut.

    Die negativen Platten werden auf eine Bleiaufstellleiste gestellt
    Die positive Platten werden an eine Kontaktleiste angeschweißt, die wiederum an die stromzuführenden Elemente angeschweißt wird.

    Im Formationstrog werden die Platten an eine Gleichstromquelle angeschlossen und erhalten in einem komplexen Formationszyklus ihre Polarität und Kapazität.


    Nach der Formation müssen diese so geladenen Platten einem aufwendigen Wässerungs- und Trocknungsprozess unterzogen werden.

    Insbesondere die negativen Platten müssen bis zur vollständigen Trocknung unter Luftsauerstoff-Abschluss gehalten werden, da die Platten sonst sofort mit dem Luftsauerstoff reagieren und dadurch zerstört werden.

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    Da diese Art der Batterieherstellung sehr kostenintensiv ist, geht man bei Enersys in Hagen neue innovative Wege.
    Als Alternative zur Tankformation werden aus „grünen“ Platten (unformierte positive und negative Platten) Zellen gebaut.
    Dieses kann mittels COS oder Handschweißverfahren erfolgen.

    COS-Verfahren:

    Bei diesem Verfahren werden manuell Plattensätze, bestehend aus negativer Endplatte, Separation, positiver Platte, Separation, negativer Mittelplatte etc. gefertigt.

    Die so hergestellten Plattensätze werden kopfüber mit den Fahnen in eine spezielle Gießform getaucht, in der die entsprechende Polbrücke und auch der Pol angegossen werden.

    Handschweiß-Verfahren

    Im Handschweiß-Verfahren werden die Plattensätze genauso wie bei COS hergestellt, wobei die Plattensätze mit einer Schablone oberhalb der Plattenjoche abgedeckt werden und die aus dieser Schablone heraus ragenden Plattenfahnen unter Zugabe von Schweißblei zu einer Polbrücke mittels Brenner verschmolzen und gleichzeitig mit dem Pol verbunden werden.
    Die so gefertigten Zellensätze werden entweder manuell oder automatisch in die entsprechenden Zellgefäße eingezogen. Die Zellgefäße werden in einem weiteren Arbeitsgang mit dem Zellendeckel flüssigkeitsdicht verschweißt.


    Die Zellen werden im Anschluss in einen Batterietrog eingebaut und über Verbinder in Reihe zu dem gewünschten Batterieverbund verschaltet.

    Diese Batterien erhalten in der Batterieformation durch Zugabe von Säure und die Ladung mit Gleichstrom ihre Kapazität.

     

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    Abschließend müssen die Batterien noch endkomplettiert werden:

    Je nach Kundenanforderung werden die Batterien mit Wassernachfüll- und/oder Säureumwälzsystemen versehen; außerdem werden Endableitungen und Batterie-Kontrollsysteme montiert.

    Von dieser Stelle aus werden die Endprodukte komplett für die Anlieferung beim Kunden versandbereit gemacht.

    Unser Bild zeigt das Einsetzen der Zellen in einen Trog; diese Batterie ist für den Einbau in einen Gabelstapler vorgesehen.

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    Erstellt am 26.01. 2004; zuletzt geändert am 07.11.2004 . (Ka)