Устройство для перфорирования ламельной ленты щелочного аккумулятора
Предлагаемая полезная модель направлена на повышение стойкости инструмента, уменьшение размеров отверстий перфорации и расстояния между ними, повышение технических характеристик аккумуляторов ламельной конструкции за счет исключения возможности разрыва заусенцев перфорации, приводящих к высыпанию и вымыванию активной массы из ламельных электродов. Внедрение полезной модели позволяет снизить внутреннее поляризационное и омическое сопротивления в аккумуляторах и повысить их зарядные, разрядные характеристики и уменьшить саморазряд. Данные характеристики особо важны в изделиях, применяемых РЖД, так как при эксплуатации железнодорожной техники возможны недозаряды аккумуляторов и их длительное хранение без подзарядов. Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для перфорирования ламельной ленты электродов щелочного аккумулятора, содержащем ролик-матрицу с кольцевьми канавками и колющий ролик с зубьями, в котором, согласно изобретению, зубья колющего ролика имеют остроконечную конусную форму на всю высоту с углом вершины равным 29°÷31° и кольцевые канавки ролика-матрицы имеют аналогичную форму.
Полезная модель относится к электротехнической промышленности и может быть использована при производстве щелочных аккумуляторов ламельной конструкции, для общепромышленного применения и, в частности, изделиях для нужд Российских железных дорог.
Известно и ограниченно применяется промышленностью устройство для перфорирования ламельной ленты, состоящие из ролика-матрицы с кольцевыми канавками и колющего ролика с зубьями /1/.
Указанное устройство имеет существенные ограничения по применению в производстве, так как конструкция колющего ролика не позволяет варьировать размеры отверстий перфорации, особенно в сторону их уменьшения, из-за резкого снижения механической стойкости зубьев. Технология изготовления зубьев колющих роликов достаточно сложная и трудоемкая, поэтому снижение стойкости, влекущее увеличение объемов изготовления необходимой оснастки, нецелесообразно, в то время как потребность в перфорации с отверстиями меньшего размера существует, прежде всего, для повышения технических характеристик щелочных аккумуляторов. Известно, что с увеличением числа отверстий перфорации на единицу площади ламельной ленты, путем уменьшения их размеров и расстояния между ними, снижаются высыпание и вымывание активной массы из ламельных электродов. Создаются условия, способствующие облегчению подвода и отвода продуктов электрохимической реакции, вследствие чего снижается поляризационное сопротивление электродов, повышаются их зарядные, разрядные характеристики и уменьшается саморазряд аккумуляторов. Данные характеристики особо важны в изделиях, применяемых РЖД, так как в эксплуатации железнодорожной техники возможны недозаряды и длительное хранение аккумуляторов без подзарядки.
Описываемое устройство не позволяет улучшать указанные параметры аккумуляторов, из-за особенностей конструкции, изменение которой приводит к удорожанию и снижению стойкости инструмента.
Известно устройство, состоящее из колющих роликов с зубьями, имеющими в сечении форму параллелепипеда, переходящего на вершине в заостренную рабочую часть и ролика-матрицы с кольцевыми канавками /2/.
Недостатком такого устройства является низкая механическая стойкость зубьев колющего ролика при перфорировании ламельной ленты, вследствие чего нецелесообразно выполнение более мелких зубьев для образования отверстий меньшего размера и с меньшим шагом. Недостатки в стойкости обусловлены конструкцией зубьев, так как усилия при перфорации находятся в зависимости от состояния их заостренной части. Зубья колющего ролика в процессе перфорирования значительно вытягивают ламельную ленту в местах их взаимодействия и затем разрывают материал ленты с образованием отверстий перфорации. В процессе работы угол заостренной рабочей части зубьев увеличивается из-за затупления, что приводит к значительному возрастанию усилий образования отверстий и поломкам колющего инструмента. Эти недостатки не позволяют изготовить инструмент с количеством отверстий более 280 шт/см 2. При таком количестве отверстий площадь поверхности заусенцев перфорации недостаточна для противодействия нагрузкам, возникающим при изготовлении ламелей и электродов, что приводит к их деформации и снижению процента открытия до 4-6% относительно 12-16%, имеющихся в исходной ламельной ленте. Отверстия перфорации, получаемые колющим инструментом известной конструкции, имеют размеры значительно больше частиц активной массы, закладываемой в ламельные электроды. Это приводит к высыпанию и вымыванию активной массы из ламелей, а большие перемычки между соседними отверстиями увеличивают поляризационное и омическое сопротивление ламельных электродов, что снижает технические характеристики аккумуляторов.
Описываемое устройство не позволяет повысить параметры аккумуляторов, за счет уменьшения площади отверстий перфорации, так как имеет сложные в изготовлении формообразующие рабочих поверхностей инструмента. Уменьшение размеров рабочих частей инструмента приведет к значительному удорожанию, что при снижении стойкости не целесообразно.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности признаков является устройство, колющий ролик которого имеет зубья остроконечной конусной формы с углом вершины 32-38 градусов ролик-матрицу с кольцевыми канавками прямоугольного профиля /3/.
Недостатком известного устройства является возможность образования при перфорации разорванных, не замкнутых вокруг отверстия заусенцев, что снижает их механическую прочность и приводит к частичному закрытию отверстия при изготовлении ламельного электрода, вследствие чего снижаются технические характеристики аккумулятора. Указанный недостаток обусловлен конструкцией ролика-матрицы, кольцевые канавки которого имеют прямоугольную форму при конусной форме зубьев колющего ролика. В процессе перфорирования заусенцы окон перфорации, образованные конусными зубьями, не имеют жесткого ограничения в прямоугольных канавках ролика-матрицы, что приводит к растяжению перфорированного материала и разрывам заусенцев.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем:
Предлагаемая полезная модель направлена на повышение стойкости инструмента, уменьшение размеров отверстий перфорации и расстояния между ними, повышение технических характеристик аккумуляторов ламельной конструкции за счет снижения высыпания и вымывания активной массы из ламельных электродов и снижения внутреннего поляризационного и омического сопротивления, повышения зарядных, разрядных характеристик и снижения саморазряда.
Указанный технический результат при осуществлении предлагаемой полезной модели достигается устройством для перфорирования ламельной ленты щелочного аккумулятора, содержащим колющий ролик зубья которого имеют остроконечную конусную форму на всю высоту с углом вершины 29°÷31° и ролик-матрицу с кольцевыми канавками конусной формы, аналогичной профилю зубьев.
Изменение конструкции колющего ролика позволило снизить усилия, воздействующие на зубья ролика при перфорации ламельной ленты. Более острая вершина зубьев в меньшей степени вытягивает ламельную ленту в местах из взаимодействия, практически сразу происходит надрез и затем прокол отверстий с отгибкой жесткой неразорванной коронки заусенцев. На порядок возросшая, механическая стойкость колющего инструмента позволяет получить зубья меньшего размера с меньшим шагом. Изменение конструкции кольцевых канавок ролика-матрицы исключило разрыв заусенцев окон перфорации за счет удержания их между аналогичными профилями рабочих частей устройства. Повышение числа отверстий на единицу площади до 600 шт./см2 позволяет поднять степень открытия в готовом ламельном электроде до 13-14%, так как увеличивается площадь поверхности заусенцев отверстий перфорации, принимающих нагрузки при изготовлении ламелей. Также предлагаемая конструкция позволяет иметь стабильный процент открытия исходной ламельной ленты в пределах 16-18% даже при износе вершины зубьев колющего инструмента за счет подналадок, прижимая колющий ролик к ламельной
ленте и внедряя конусную поверхность глубже в кольцевые канавки матрицы. В ламелях, полученных из ленты, с отверстиями перфорации меньшего размера и большим их числом на единицу площади снизилось высыпание и вымывание активной массы. Технические характеристики щелочных аккумуляторов с электродами, выполненными с перфорацией на предлагаемом устройстве, более стабильны и выше /фиг.6, 7/ по отношению к известным, за счет снижения поляризационного и омического сопротивления, а также повышенного процента открытия, что облегчает подвод и отвод продуктов электрохимической реакции и увеличивает зарядные, разрядные характеристики аккумуляторов и снижает их саморазряд.
На фиг.1 изображено предложенное устройство, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3-разрез Б-Б фиг.2; на фиг.4 - перфорированная ламельная лента; на фиг.5 - форма коронки заусенцев отверстий перфорации; на фиг.6, 7 - вольт-амперные характеристики аккумулятора КН-150Р.
Устройство состоит из колючего ролика 1 и ролика-матрицы 2 с кольцевьми канавками 3, колющий ролик имеет зубья 4 в виде остроконечного конуса с рабочими поверхностями 5 по всей высоте зуба и углом вершины, равным 29°÷31°.
Устройство работает следующим образом.
В пространство между приведенными во вращение колющим роликом и роликом-матрицей подается ламельная лента, вначале под воздействием острой вершины с углом ос происходит надрез. При дальнейшем повороте устройства конусная поверхность 5 тела зубьев колющего ролика перфорирует ленту с образованием жесткой не разорванной коронки заусенцев 7 вокруг отверстий перфорации 6 прямоугольной формы. При последующем повороте устройства зубья 4 выходят из взаимодействия с ламельной лентой. Износ зубьев компенсируется путем прижима колющего ролика 1 к ламельной ленте, при этом конусная поверхность 5 углубляется в кольцевые канавки 3 и процент открытия перфорированной ленты увеличивается. Угол принимается равным 29°÷31°. При 
>31° увеличивается шаг между отверстиями перфорации и снижается их число на единицу площади, при <29° начинается снижение стойкости зубьев, так как размер их основания приближается к размеру толщины ламельной ленты.
Вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что устройство для перфорирования ламельной ленты, изготовленное по заявленной полезной модели, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Средство, воплощающее полезную модель, при осуществлении предназначено для использования в промышленности, именно в производстве щелочных аккумуляторов с электродами ламельной конструкции.
Публикации, принятые во внимание при составлении заявки на полезную модель.
1 Новый метод перфорации металлических лент роликовым инструментом, Л.Ф.Токарев, Г.Г.Иноземцев, Приволжское книжное издательство, Саратов, 1971 г.
2 Описание к авторскому свидетельству №1375054, А.Ф.Токарев и пр.
3 Описание к авторскому свидетельству №2120157, В.Н.Тюгаев, В.В. Волынская.
4 Сборник работ по химическим источникам тока, Ленинград, энергоиздат, Ленинградское отделение. Стр.26-27.
Устройство для перфорирования ламельной ленты электродов щелочного аккумулятора, содержащее ролик-матрицу с кольцевыми канавками и колющий ролик с зубьями, отличающееся тем, что зубья колющего ролика имеют остроконечную конусную форму на всю высоту с углом вершины 29÷31°, и кольцевые канавки ролика-матрицы имеют аналогичную форму.
