4 Akkustapel a 8 Zellen spannen

Hallo zusammen,

ich bin gerade am Bau meines DIY Akkus. Es werden 32 Calb 230 AH Zellen....

Die Frage ist nur, mit wieviel Nm die Muttern angezogen werden sollten um die benötigte Kraft von 1,2 Tonnen (4x300kg) aufzubringen.

Wie kommst du auf 1200kg ??? die Blöcke werden so "vorgespannt" das diese sich nicht ausdehnen können. Das bedeutet, das die Vorspannung recht gering sein kann. Du mußt praktisch die Elastizität deiner "Vorrichtung" vorspannen. Hättest du ein nicht elastisches System und du hättest
die Schrauben nur Handfest angezogen, dann könnten die Zellen sich nicht ausdehnen. Sobald die Zellen sich ausdehnen wollten wären sich daran gehindert und dir Spannkraft stellt sich von selbst ein.
Hab das vermutlich zu kompliziert beschrieben. Sonst frag nach 😉

Sobald die Zellen sich ausdehnen wollten wären sich daran gehindert und dir Spannkraft stellt sich von selbst ein.

Wenn ich dich richtig verstehe meinst du also, dass schon das leichte anziehen reicht, weil sich der Druck von alleine aufbaut, wenn sich die Zellen versuchen auszudehnen. Aber warum werden dann 300kGf pro Zelle bzw. pro Stapel angegeben? Der Wert muss ja irgendwo her kommen.
In anderen Berichten ist die Rede von 12PSI was ca. 0,8Bar oder 8N/cm2 und das auf die Fläche der Akkus dann wieder in etwa 3000N. Da ich 4 Stapel habe, sollten sich die Kräfte ja aufteilen und es dehnt sich ja auch nicht das gesamte Gehäuse aus, sondern die Zellen bekommen einen Bauch in der Mitte. Zum Rand hin bleiben sie aber stabil.
Wenn man sich DIY Akkubau-Videos ansieht, dann findet man da die abenteuerlichsten Verfahren um die Akkus unter Kompression zu halten. Angefangen von einfachen Spanngurten, über Spanngurte mit Ratsche über Gewindestangen usw. Aber keiner sagt, wie fest er gespannt hat. Teilweise sieht man aber sogar schon leichte Deformationen des Gehäuses und das dürfte eindeutig zu viel sein.
Irgendwie ist das alles sehr mysteriös.

Ein Kunststoff Spannband ist für meine begriffe mit die schlechteste Wahl. Nicht nur weil es ziemlich elastisch ist sondern weil es bei hohen Dauerbelastungen
mit der Zeit (Monate/Jahre ) sich verformt bzw. nachgibt. Ich halte die Gewindestange für die beste Art für DIY.
Ein Beispiel was ich meine. Setze dich gedanklich quer in deinen Flur. Rücken an eine Wand und die Füße an die andere Wand.
Du schiebst deine Füße mit leichtem Druck gegen die Wand. Das ist die leichte Vorspannung. Jetzt baust du die größte Kraft auf die du kannst und wenn deine
Wand nicht nachgibt (also nicht elastisch ist) dann bewegt sich dein Fuß keinen Zentimeter weiter.
Bei den ganzen Konstruktionen die ich so gesehen habe ich ein Schwachpunkt neben dem Kunststoffspannband, eine Holzplatte als Abschluss. Holz wirkt
ab einer gewissen Dicke recht Stabil aber, wenn es dauerhaftem Druck ausgesetzt ist fängt es sich (über die Zeit) an zu verformen.
Für mich ist eine gute Konstruktion wenn eine dicke Holzplatte durch ein bis zwei U-Profile versteift wird und 1-2 Gewindestangen die Konstruktion unterstützen.
Die von dir genannten höchsten Kräfte dürften bei unsachgemäßer Spannungslage auftreten also wenn die Chemie im Akku anfängt zu "kochen" bei viel zu hohen
Spannungen. Damit dann das Packet nicht auseinander fliegt und dadurch das es bersten würde, vermute ich mal, dass diese hohen Kräfte angegeben sind.
Also, es spricht erstmal nichts dagegen eine höhere Vorspannungskraft einzustellen... viel wichtiger ist das System nicht elastisch auszulegen.
(klar, jedes System muss elastisch sein da es sonst bricht, aber ich meine es Umgangssprachlich)

Dir ist aber schon klar das da nichts anfangt zu kochen, meine Zellen erwärmen sich bei 150A Laden über 2 Stunden gerade mal um 1 Grad

Hier geht aber ne ziemliche Menge durcheinander.

Ursache der Ausdehnung ist nicht ein Kochen der (Akku) Chemie, sondern eine Ausdehnung des Anodenmaterials ( ca 3 % für das aktive Material) durch den chemischen Umbau und den des Kristallgitters. Die Ausdehnung ist reversibel und stellt sich beim Entladen wieder zurück.

Die angegeben Kraft von 300kgf (die Einheit kannte ich bisher nicht) habe ich als konstant bzw als Gewichtskraft bzw. Als Kraft pro Fläche erklärt gesehen.
Mechanisch also eine konstante, von der Ausdehnung unabhängige Kraft.
Das passt zur obigen Erklärung der Ausdehnungsursache, die 300 kg mögen eine ganze Menge sein, aber gegen die Kraft, mit der sich das Metallgitter ausdehnen will, ist es ein nichts.
Oder anders erklärt, die Kraft soll gleichbleibend, und das Material sich ausdehnen lassen, um es bei Entladung wieder zurück zupressen.

Um eine solche Kraft aufzubauen, braucht man eine "weiche Feder", wie der Maschinenbauer sagt, keine "harte".

Stellt man der Ausdehnung eine harte Feder, bzw. eine hohe Steifigkeit entgegen, wird die Kraft deutlich steigen, und ggf auch Schäden im Akkupack verursachen.

Damit komme ich zur Frage des OP, womit die Spannkraft aufbauen.... Und wie wenigstens ungefähr die richtige Vorspannkraft?

Ich schrieb, man benötigt eine "weiche" Feder. Was weich ist, ist natürlich eine Frage der Ausdehnung, in %.
Mit einem Gummiband schaffe ich 100 % Ausdehnung und mehr, mit Stahl nur 3 %, das wäre das Ende des elastischen Bereiches.
Frage ist also, für wieviel Ausdehnung, in %, muss man das auslegen?
Meine 100 Ah Zellen kamen mitnehmen von 1,5 mm, bei 47 mm Dicke, das waren mehr als 3 %. Im eigenen Betrieb habe ich 1 bis 2 mm geseh, bei 400 mm dickem Paket. Das wäre 0,5 %.
Letzteres wäre dann tatsächlich im Bereich von Gewindestangen, und zwar von dünnen !
Oder natürlich auch im Bereich von Gewebe, welches unter Kraft schön nachgibt. Allerdings ist Lebensdauer und Rückgang der Vorspannkraft durch Kriechen tatsächlich ein Thema.

Wenn man denn Gewindestangen nehmen will, dann sehr dünne, damit sie unter der Kraft Nachgiebigkeit bekommen.
300 kg, durch 4, sind 75 kgpro Stange. Das liegt aus dem Kopf im Bereich vom M6, 4 mal. Müsste man Mal ins Tabellenbuch schauen.
Die Anwendung ist dann wie bei der typischen Dehnschraube, falls jemand den Begriff kennt.

Richtige Vorspannkraft übers Anzugsmoment ist wieder ein schwieriges Thema, wegen der nicht bekannten Oberflächen von Gewinde und Scheiben bezüglich Schmierung.
Ich würde, wenn ich es halbwegs genau haben wollte, zusätzlich Tellerfedern verwenden, die habe bekannte Steifigkeit, und mit einem Stapel
Mit mehreren , kopfüber, kopfunter usw. Kann man sich eine geringere Steifigkeit selber einstellen, und wegen der bekannten Kennline dann auch nach Augenmass ( oder Messung) der Pressung einstellen.
Wer das systematisch macht, darf sich dann auch wieder seine M8 , oder M10, Stangen nehmen. Letztendlich steuert die Kopfplatte aus Holz ja auch noch Nachgiebigkeit bei.

Ungefähr so wäre mein Plan das zu machen, wenn es denn auf dauerhafte Genauigkeit der Kraft auch unter verschiedener Ausdehnung überhaupt ankäme.
Leider ist für die Kraft keine Toleranz angegeben, und auch für die Notwendigkeit der Pressung gibt es verschiedene Aussagen, zt mit dem Hinweis "bei hohen Strömen". Aber auch dazu gibt es keine genauen Angaben, was denn "hoch" ist.
Und wenn das ganze als Paket ständig signifikant in Bewegung wäre, müsste man das gesamte Thema der "nachgiebigen Polverbinder" mit den lustigen, aber komplett wirkungslosen Nut überdenken. Besonders die berüchtigten langen selbstgebastelten Verbinder bei Parallelschaltung müssten die Akkus reihenweise sterben lassen.

Zusammengefasst, ich sehe das Thema Pressen etwas gelassen. Imho komt Es nicht auf die genaue Kraft an, aber es ist günstig bei hohen Strömen und guten wirklich weichen Polverbindern.
Und wenn, dann wäre Gewindestange mit zusätzlichen Tellerfedern zur Verlängerung des Federweges meine Wahl. Und dann ist eine Kopfplatte aus Holz auch problemlos.

Ich überlege auch gerade wie ich die Verspannung am besten lösen kann, leider ist nicht mein Spezialgebiet, was bedeuten denn die 300kgf?
Ich lege die Zelle auf die Seite und stelle ein Gewicht mit 300Kg drauf?Wenn ich 16 Zellen übereinander staple stelle ich dann trotzdem nur die 300Kg drauf, weil die Kraft ja auf alle Zellen wirkt.
Ist nur ein Beispiel ich werde die Zellen natürlich nicht liegend aufeinander stapeln 😀
Das mit den Federn habe ich mir auch schon überlegt, ich denke das wäre die sauberste Lösung. Leider hab ich überhaupt keinen Plan wie man das berechnet welche Federn man da verwenden müsste.

Ja, wenn du das Eigengewicht der Zellen vernachlässigst.

Wenn man die Kraft genau einstellen und überwachen will wäre vllt eine Kraftmesszelle interessant. Die kosten für 100kg ca 20€ + Elektronik 7€. Leider sind die relativ Temperaturempfindlich und daher für Dauermessungen in nicht klimatisierter Umgebung nicht geeignet.

Ich weiß auch nicht ob Siebdruckplatten ein geeignetes Material sind. Holz dehnt sich doch bei Feuchtigkeit aus. Außerdem haben die Siebdruckplatten kein besonders hohes Widerstandsmoment. Gerade im Zentrum werden die Zellen doch dick oder?

Also, die Spannkraft ist genügend nebulös gefordert und beschrieben, dass man die Kraft wirklich nicht überwachen muss.

Ich weiß auch nicht ob Siebdruckplatten ein geeignetes Material sind. Holz dehnt sich doch bei Feuchtigkeit aus.

Und welche Rolle spielt diese Ausdehnung im Vergleich zur prognostizierbaren Ausdehnung der Zellen?

Außerdem haben die Siebdruckplatten kein besonders hohes Widerstandsmoment.

Von welchem Widerstandsmoment redest du, Biegesteifigkeit ?
Und warum hast du ein Problem mit Holz? Widerstandsmomente sind zwar materialabhängig, aber auch von der Form.

Gerade im Zentrum werden die Zellen doch dick oder?

Warum fragst du das, Hast du schonmal Zellen in der Hand gehabt ?

Also, wenn Zellen Spannungmäßig überladen werden, dann werden diese heiß, das habe ich mit " kochen" gemeint.
Und, sicher werde Zellen bauchig und zwar so brauchen, dass man glaubt das sie gleich platzen. Wenn du das nicht glaubst stelle ich gerne Fotos ein von deutlich zu hoch geladenen Zellen.

Habe mal deine 0,5% Dehnung gerechnet.
Bei M6 liegt man da bei etwa 19000N
Bei M4 liegt man da bei etwa 8500N
Aber immer noch wesentlich mehr als die 750N
Ich hoffe, dass ich das richtig gerechnet habe... ist schon eine
kleine Ewigkeit her.

Bei M6 war eine 0 zuviel ;-). Ist korrigiert. Sorry, Smartphone und nicht ganz die richtige Brille...

Ach ja, noch was.
Die Zellenpackete die ich mal Ferig gekauft habe und auch die in meinem Tazzari waren mit 4 Stahlbänder fest eingespannt und zwar ohne Federpacket. Offenbar gibt es da unterschiedliche Auslegungen.

Mir raucht gerade der Kopf. Grob habe ich verstanden was ihr alle gemeint habt. Allerdings bin ich Informatiker und hatte mit Mechanik nie viel am Hut.
Ich glaube ich mache es wie geplant, nutze meine 24er Siebdruckplatten und meine 10 M8 Gewindestangen und ziehe die Muttern so an, dass sie alle bei liegen und drehe dann noch eine viertel oder halbe Umdrehung nach. Sprich ich mach das dann nach Gefühl.

Will man eine Feder oder ein Federpacket einsetzen dann kann man das berechnen.
Jede technisch verwendete Feder hat eine sogenannte
Federkonstante. Die wird angegeben in N/ mm ( wenn ich mich richig erinnere)
Bedeutet: wenn die Federkontante 5N/mm beträgt ist die Kraftzunahme 5N je mm die ich die Feder weiter " zusammen drücke".
Jede Längenänderung hat demnach eine Kraftänderung zur Folge.
Wie kann man ohne aufwendige Messtechnik die Kraft bestimmen.
Ich schraube die Mutter der Gewindestange gegen das Federpacket und messe den Abstand zur Platte. Dann berechne ich die Vorspannlänge der Feder und drehe die Mutter auf diesen errechneten Abstand.
Beispiel:
Ich habe eine Federkonstante von 5N/mm und ich brauche eine
Kraft von 30N dann sind das 30N / 5N/mm = 6mm
Ich muss also die Feder um 6mm vorspannen um 30N ( 3Kg) zu erreichen.
Daraus ergibt sich aber auch, wenn die Zellen sich ausdehnen, wird die Kraft die auf die Zellen wirkt größer... ist aber wohl zu vernachlässigen .