[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Bleigußband als Vorprodukt
für Streckmetallgitter in Bleiakkumulatoren durch Gießen eines Bleistreifens auf die
gekühlte Oberfläche einer rotierenden Walze.
[0002] Elektrodengitter für Bleiakkumulatoren werden nach den verschiedensten Verfahren
hergestellt. Beispielsweise werden auf Gittergießmaschinen mehrere Gitter auf einmal
in feststehende Formen gegossen, oder es wird gemäß der DE-A 30 28 957 ein kontinuierliches
Gitterband mittels einer in flüssiges Blei eintauchenden, rotierenden Trommel, die
das Gittermuster eingeprägt besitzt, hergestellt.
[0003] In anderen Verfahren werden die Elektrodengitter mit einer Streckmetalltechnik aus
einem Bleiband hergestellt. Das dazu erforderliche Bleiband kann beispielsweise gemäß
US-A 5462109 durch Gießen eines Bleistreifens auf die gekühlte Oberfläche einer Trommel
hergestellt werden.
[0004] Sowohl Bleiband, welches durch Walzen, als auch Bleiband, das durch kontinuierliches
Bandgießen hergestellt wird, besitzt allerdings nachteilige Eigenschaften. In beiden
Fällen ist das so hergestellte Bandmaterial anisotrop. Bei Walzband ist eine charakteristische
Walztextur vorhanden, die zu einer maximalen Zugfestigkeit in Walzrichtung und geringerer
Festigkeit senkrecht zur Walzrichtung führt. Bei Gußband, das, wie oben erwähnt, durch
kontinuierlichen Guß gegen eine rotierende innen gekühlte Trommel erzeugt wird, ist
eine gerichtete Erstarrung mit einer charakteristischen Ausrichtung der Korngrenzen
in der Bandrichtung mit einem Neigungswinkel gegen die Bandoberfläche vorhanden, die
durch Bandvorschub und die Kühlwirkung der Trommel bestimmt ist. In der Querrichtung
fehlt diese bevorzugte Ausrichtung der Korngrenzen völlig. Auch Gußband ist in diesen
Sinn anisotrop. Bei der Herstellung von Streckmetall aus Gußband kann die stengelige
Kornstruktur mit gegen die Bandoberfläche die geneigten Korngrenzen zu einer unerwünschten
Konzentration der Verformung an den Korngrenzen und zur starken Verschiebung der Körner
entlang der Korngrenzen führen (R.D. Prengaman
The matallurgy and performance of cast and rolled lead alloys for battery grids" Journal
of Power Sources 67 (1997) 267 - 278, Fig. 7 u. 8. Derartige lokalisierte Verschiebungen
entlang der Korngrenzen während der Gitterherstellung sind nicht erwünscht, da sie
die mechanische Stabilität des Materials verringern und die Korrosionsneigung verstärken.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gußbandes
und eine dazu geeignete Vorrichtung anzugeben, mit denen die Nachteile der bekannten
Verfahren vermieden werden und die Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit
der aus dem Band hergestellten Gitter im Bleiakkumulator verbessert werden.
[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch
die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und eine zur Durchführung des Verfahrens
geeignete Vorrichtung angegeben.
[0007] Wie bereits eingangs erwähnt, hat ein durch kontinuierlichen Guß gegen eine rotierende
innen gekühlte Trommel hergestelltes Gußband eine charakteristische Struktur mit einer
Ausrichtung der Korngrenzen in Bandgußrichtung unter einem Neigungswinkel gegen die
Bandoberfläche, der durch die Bandvorschubgeschwindigkeit und die Kühlwirkung der
Trommel bestimmt wird. In der dazu senkrechten Querrichtung des Bandes fehlt diese
Ausrichtung. Diese Struktur ist in Figur 1 schematisch dargestellt, dabei ist mit
B die Bandgußrichtung und mit Q der Wärmeabfluß aus dem gegossenen Band bezeichnet.
[0008] Sowohl für den Streckprozeß als auch für die Verformungseigenschaften des Gitters
unter der Wirkung der Zugspannungen, die durch Aufwachsen von Oxidschichten erzeugt
werden (Gitterwachstum), ist eine möglichst homogene und isotrope Verteilung der Festigkeit
in der Bandebene und somit auch der Gitterebene vorteilhaft. Dies wird beim traditionellen
Guß von Bleigittern in feststehenden Formen erreicht, da die Abkühlung senkrecht zur
Gitterebene erfolgt und damit die Lage der Korngrenzen im wesentlichen senkrecht zur
Gitterebene und senkrecht sowohl zu den Oberflächen als auch zur Verlaufsrichtung
der Gitterstege unabhängig von der Ausrichtung der Stege in der Gitterebene erfolgt.
[0009] Bei kontinuierlich gegossenem Band können Korngrenzen, je nach den Wärmeflußverhältnissen
im Moment der Erstarrung, d.h. also, abhängig vom Bandvorschub, von der Kühlrate und
von der Richtung des Wärmeabflusses beispielsweise um 70° gegen die Bandoberfläche
geneigt sein und es können sich somit Schubspannungskomponenten bei Belastung in Richtung
der Stegachse ergeben.
[0010] Bei Aushärtungszuständen, bei denen das Korninnere eine höhere Festigkeit hat als
die Korngrenze, kann die Korngrenze grundsätzlich zum Schwachpunkt der gesamten Struktur
werden. Es kann sogenanntes Korngrenzgleiten erfolgen. Dies gilt allerdings nur für
Belastungen, die parallel zur ursprünglichen Bandvorschubrichtung liegen. Senkrecht
dazu entspricht die Lage der Korngrenzen der bei Gußgittern. Die Festigkeit des Einzelsteges
eines daraus hergestellten Gitters hängt damit in unerwünschter Weise von seinem Drehwinkel
zur ursprünglichen Bandrichtung ab.
[0011] Dieser grundsätzliche Nachteil wird durch die erfindungsgemäß unmittelbar auf die
Erstarrung folgende Verformung weitestgehend beseitigt, die durch Rekristallisation
zu einer isotropen Festigkeitsverteilung führt. Diese zusätzliche Verformung besteht
in einer Dickenreduktion um ca. 1% bis 25%, insbesondere ca. 15% - 25%. Diese Dickenreduktion
kann in mehreren Schritten erfolgen, sie sollte jedoch stets so dicht am Erstarrungspunkt
des Bandes erfolgen, daß die Bandtemperatur bei der ersten Verformung zwischen 100
und 300°C liegt.
[0012] In Figur 2 ist schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt. Diese besitzt in an sich bekannter Weise einen Vorratsbehälter
mit flüssigem Blei 1, aus dem ein Streifen 2 aus Blei auf die innen gekühlte, rotierende
Trommel 3 gegossen wird.
[0013] Erfindungsgemäß ist der Vorrichtung zur Herstellung des Gußbandes eine Anordnung
mit einem oder mehreren Walzenpaaren 4 direkt nachgeschaltet, die so dicht hinter
der Erstarrungszone des aus der Gießanlage auslaufenden Bandes angeordnet sind, daß
unter Nutzung der Eigenwärme und bei möglichst geringer zusätzlicher Erwärmung des
Bandes eine Dickenreduktion um 1% bis 25%, insbesondere um 15% - 25%, erfolgt, die
die gewünschte Rekristallisation, die zu einer isotropen Festigkeitsverteilung führt,
auslöst.
[0014] Vorteilhaft ist es, daß der erste Walzvorgang bei einem mehrstufigen Walzvorgang
im Bereich des Erstarrungsintervalls der Legierung liegt und dabei zusätzlich eine
gleichmäßige Abkühlung der letzten, noch nicht erstarrten Bereiche des Bandes erfolgt
und somit die Warmrißbildung unterdrückt wird.
[0015] Gemäß Figur 3 ist unmittelbar im auf die Erstarrung folgenden Bereich des gegossenen
Bandes 2 eine zusätzliche Walze 5 angeordnet, die direkt gegen die Gußtrommel 3 arbeitet
und die eine zusätzliche geringfügige Verformung erzeugt, die durch Rekristallisation
zu einer isotropen Festigkeitsverteilung führt.
[0016] Bei durch Stranggießen von Bleibändern mittels Gießwalzen und nachgeschalteten Abziehwalzen
ist es aus der DE-C 33 17 109 bekannt, das Band einer Zugspannung zur Erzeugung eines
rekristallisierten Gefüges zu unterwerfen. Allerdings ist ein hoher technischer Aufwand
notwendig, um eine konstante Zugspannung auf das aus den Abziehwalzen auslaufende
Band auszuüben.
[0017] Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die einfach aufgebaute Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens wird die Mikrostruktur des Bandes verbessert, und damit die Korrosionsbeständigkeit
und die mechanische Festigkeit von aus dem Band hergestellten Streckmetallgittern
erhöht. Insbesondere wird die durch das Gießverfahren bedingte nachteilige Ausrichtung
der Korngrößen noch während der Bandherstellung und nicht erst zu einem späteren Zeitpunkt
eliminiert. Durch das Nachschalten eines oder mehrerer Walzvorgänge, bei denen das
kurz zuvor erst erstarrte Gefüge ausreichend stark verformt wird, kann das Material
unter der Wirkung der noch hohen Temperatur zumindest teilweise rekristallisieren.
[0018] Dadurch, daß der nachgeschaltete Walzvorgang unmittelbar auf die Erstarrung folgt,
wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Eigenwärme des Bandes genutzt, gegebenenfalls
kann jedoch zusätzlich eine kurzzeitige Zwischen- oder Wiedererwärmung durch einen
kurzen Ofentunnel oder durch flächige Wärmestrahler erfolgen. Bei der Rekristallisation
wird ein globulitisches Gefüge erzeugt, das keine Vorzugslage der Korngrenzen mehr
aufweist. Besonders vorteilhaft ist es, daß durch die sekundäre Rekristallisation
eine Kornvergröberung auftritt, was zur gleichzeitigen Reduktion der Korngrenzenanzahl
führt. Eine Verringerung der Korngrenzenanzahl hat vorteilhaften Einfluß auf die Korrosionsbeständigkeit
der Elektrodengitter. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der
erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß durch die zusätzliche Verformung eine
exaktere Steuerung der Banddicke und ein Ausgleich der Banddickenschwankung ermöglicht
wird.
1. Verfahren zur Herstellung von Bleigußband als Vorprodukt für Streckmetallgitter in
Bleiakkumulatoren durch kontinuierliches Gießen eines Bleistreifens auf die gekühlte
Oberfläche einer rotierenden Trommel, dadurch gekennzeichnet, daß das gegossene Band
unmittelbar nach seiner Erstarrung einer Verformung unterzogen wird, die durch Rekristallisation
des Bandmaterials zu einer isotropen Festigkeitsverteilung führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Verformung
durch eine Dickenreduktion um 1% bis 25% erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dickenreduktion um 15%
- 25% erfolgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenreduktion
in mehreren Schritten erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandtemperatur
bei den Verformungsschritten zwischen 100 und 300°C liegt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierenden, gekühlten Trommel (3) im Erstarrungsbereich
des Bleibandes (2) eine zusätzlich Walze (5) direkt zugeordnet ist, die eine Verformung
des Bleibandes bewirkt.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gekühlten, rotierenden Trommel (3) eine oder
mehrere Walzenpaare (4) direkt nachgeordnet sind, durch die eine Dickenreduktion des
Bleibandes erfolgt.