CN117677461A - 用于对用于能量电池生产业的材料幅面进行切割或打孔的设备 - Google Patents
用于对用于能量电池生产业的材料幅面进行切割或打孔的设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117677461A CN117677461A CN202280049683.2A CN202280049683A CN117677461A CN 117677461 A CN117677461 A CN 117677461A CN 202280049683 A CN202280049683 A CN 202280049683A CN 117677461 A CN117677461 A CN 117677461A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cutting
- laser
- laser beam
- material web
- axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 284
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 127
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 claims abstract description 98
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 13
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
- B23K26/0838—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction by using an endless conveyor belt
- B23K26/0846—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction by using an endless conveyor belt for moving elongated workpieces longitudinally, e.g. wire or strip material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
- B23K26/0821—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head using multifaceted mirrors, e.g. polygonal mirror
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/142—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
一种用于对用于能量电池生产业的材料幅面进行切割或打孔的设备(12),该设备包括:能旋转的切割体,特别是切割滚筒(10),材料幅面(60)沿运输方向(T)在该切割滚筒上被运输;以及激光切割装置(13),用于通过激光束(L)横向于运输方向(T)地切割材料幅面(60)以产生单个片段(61)。激光切割装置(13)以如下方式布置和设置,即,激光束(L)从切割体(10)的本体内部、特别是滚筒内部(67)出来,对准到切割体(10)的本体外壳、特别是滚筒外壳(14)上。本体外壳、特别是滚筒外壳(14)具有至少一个通孔(11),使得从本体内部、特别是滚筒内部(67)经由至少一个通孔(11)向外射出的激光束(L)射到待切割的材料幅面(60)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对用于能量电池生产业的材料幅面进行切割或打孔的设备,该设备包括:能旋转的切割体,特别是切割滚筒,材料幅面沿运输方向在该切割滚筒上被运输;以及激光切割装置,用于通过激光束横向于运输方向地切割材料幅面以产生单个片段。
背景技术
已知的是,通过激光束来切割用于能量电池生产业的材料幅面(例如电极幅面和隔板幅面),以便从材料幅面上生产出单个片段,例如电极和隔板。
未切割的材料幅面可以在带输送器上运输和切割。例如,这从WO 2016041713A1中已知。在对材料幅面进行切割时,运输带可能也会被剪断;于是不再能继续运输。此外,运输带也被设计成真空带,以便可靠地且位置精确地运输材料幅面和切割出的片段。然而,设计为真空带十分昂贵。
通过激光束在真空轮或负压辊上切割材料幅面也是已知的,例如参见DE102017216213 A1和WO 2020/192845 A1。如果要通过激光束以保持不变的切割质量对在滚筒或辊上引导的材料(该材料以幅面的形式提供)进行切割或打孔,则存在下述问题:要使所述材料在整个幅面宽度上都保持在加工的激光束的焦点内。此外,激光切割设备(所述激光切割设备从外部射到暴露的幅面材料上)具有通过烧焦产品提高对表面污染的风险并且使有针对性地吸走或吹走产生的颗粒变得困难。
发明内容
本发明的任务是提供一种切割材料幅面的设备,这种设备对表面友好,产生了均匀的切割,并且/或者在这种设备的情况下避免了或至少大大减少了表面污染以及与具有锋利边缘的切割产品相关的缺点。
本发明利用独立权利要求所述的特征解决了该任务。
根据本发明,激光切割装置以如下方式布置和设置,即,激光束从本体内部、特别是滚筒内部对准到切割体的外壳面上。切割体可以设计成切割滚筒。根据本发明,切割体具有通孔。从本体内部、特别是滚筒内部经由通孔向外射出的激光束射到待切割的材料幅面上。因此,根据本发明,从切割体的内部空间(即由切割体的外壳所包围的空间)出来地进行切割。根据本发明,通过这种方式,与现有技术中从外部进行切割相比,激光束与材料幅面平面在垂直于切割体的旋转轴线的平面中的法线之间的切割角α可以大大减小。
在本发明的范围内,对材料幅面的切割概念化地一般也包括对材料幅面的打孔,这可以理解为点状的或线状的切割。切割体的旋转轴线在下文中也称为本体轴线、特别是滚筒轴线。一般来说,本发明并不局限于对电极幅面的切割,而是例如也可应用于对隔板-电极-复合幅面的切割,并且更一般地也可应用于对单层幅面或多层幅面的切割。
本发明可以通过在切割滚筒的内部布置出口点或最后一个偏转点来实现。出口点是这样一个点,在该点处激光束从光学的光束引导系统离开。通常情况下,出口点是这样一个位置,在该位置处,在激光束射到待切割的材料幅面上之前必要时最后被光束偏转元件(例如扫描仪或反射镜)偏转(最后的偏转点或简称为偏转点)。在本发明的范围内,激光器(即激光束发生器)本身的位置一般并不重要;它可以根据结构空间要求布置在切割滚筒内部或外部,并且在后一种情况下,例如可以轴向地或平行于轴向地或共线地射入到切割体内。
特别有利的是,激光切割装置以如下方式布置和设置,即,激光束从切割体的旋转轴线开始射到材料幅面上。这可以通过在切割体的中心轴线或旋转轴线上,即在横截面中在切割体的本体中心点(特别是滚筒中心点)中,布置出口-或偏转点来实现。由此能够产生直角的切割面,因为在该实施方式中,在切割过程的任何时刻上述切割角α都等于零。换句话说,由于激光束来自本体轴线、特别是滚筒轴线,它总是在垂直于旋转轴线的平面中垂直地射到要切割的材料上。如果可忍受的切割角α偏离零值较小,则出口-或偏转点的偏离于切割体的旋转轴线的定位是可行的。
根据本发明,在幅面材料置于切割体(尤其是例如圆柱形的切割滚筒)上时对所述幅面材料进行切割。通过将待切割的材料幅面置放在本体表面、特别是滚筒表面上且激光束从内部射出,大部分的烧焦产品停留在狭窄的空间环境中,即本体内部、特别是滚筒内部,并且因此可以比较好地将其抽吸出来。因此,优选地设置一抽吸装置,该抽吸装置被布置和设置用于从本体内部(特别是滚筒内部)抽吸通过激光切割产生的颗粒。由此可以最大限度地避免表面污染。抽吸装置优选布置在本体外壳(尤其是滚筒外壳)和激光切割装置之间,并且要么环形地、位置固定式地布置,要么优选地按照新射出的激光束的方向来布置,这一点稍后会详细说明。抽吸装置能够可靠地实现:一方面使产生的烧焦材料或颗粒保持远离激光切割装置的光学元件,且另一方面尽可能完全地抽吸所述产生的烧焦材料或颗粒。抽吸装置可以设计成切割体的部件,或者设计成激光切割装置的部件。
根据本发明的一个独立的且必要时可独立保护的方面,激光切割装置的至少一个部件以沿着或平行于切割体的旋转轴线能够线性移动的方式被安置。本发明的这一方面基于下述任务:与材料幅面的运输速度或生产速度(幅面速度)无关地,实现保持相同的高的切割质量。当在切割体上运输材料幅面时,有利地通过线性驱动单元和/或线性轴线来实现光束偏转元件的移动,并且优选以恒定的速度,以实现优选恒定的切割速度,并且因此实现与幅面速度无关的保持相同的切割质量。移动速度可在限度内选择,以达到最佳的切割效果。幅面速度的调整可通过围绕切割体的旋转轴线的摆转-或转动运动来实现,下文将对所述摆转-或转动运动进行详细介绍。将线性移动与摆转-或转动运动解耦,可实现与生产速度或幅面速度解耦的均匀或恒定的切割速度,并且由此能够实现保持相同的高的切割质量。
激光切割装置的可移动部件优选是用于使激光束偏转的光束偏转元件。不过,也可以设想,激光器本身或整个激光切割装置是可移动的。
为了在切割体上运输材料幅面时实现垂直于运输方向的直线切割,激光切割装置的至少一个部件优选安置成围绕切割体的旋转轴线能够转动或能够摆转。为此,该设备有利地具有转动-或摆转驱动器,用于在切割过程中使激光切割装置的能够转动或能够摆转的部件转动或摆转。激光切割装置的能够转动或能够摆转的部件优选是用于使激光束偏转的光束偏转元件。不过,也可以设想,激光器本身或整个激光切割装置都是能够转动或能够摆转的。
在上述实施方式中,材料幅面由于激光切割装置的一个部件或多个部件的线性移动和/或转动或摆转而被切割。
激光切割装置的可线性移动部件的前述方面可以概括如下:激光切割装置优选被设置用于线性地且平行于切割体的旋转轴线地使落到待切割的材料幅面上的激光束移动。
由此可以实现热的横向切割,该横向切割具有恒定的、相对较高的切割速度,和激光束在生产方向或运输方向上的取决于生产速度的相对较慢的跟踪。
在该方面的另一有利的实施方式中,激光切割装置具有能旋转的螺旋镜,通过该螺旋镜可以有利地实现落到待切割的材料幅面上的激光束在平行于本体轴线或滚筒轴线的移动方向上的线性移动。螺旋镜的螺旋-或盘绕面至少在一侧是镜面的。激光束落到螺旋镜的镜面的盘绕面上并被其偏转。由于螺旋镜围绕其中心轴线的旋转,在盘绕面处反射的激光束会在不同的轴向位置处从螺旋镜上射出。从螺旋镜中射出的激光束的这种线性移动可以直接或通过偏转元件而被用于利用激光束扫过待切割的材料幅面,并且因此被用于在横向方向上切割材料幅面。由于螺旋镜在运行中优选能够以恒定的转速运行,并且切割光束从切割结束到下一个切割开始的切换自动通过螺旋镜的转动运动来实现,因此可以毫无问题地实现高的切割速度。
为了补偿切割滚筒在切割过程中的旋转运动,激光切割装置有利地具有在光束路径中布置在螺旋镜前面的(例如单轴的)扫描元件。扫描元件可围绕至少一个摆转轴线摆转。扫描元件位置精确与切割滚筒的位置对齐,并且根据生产速度或旋转速度跟随切割滚筒。由于由扫描元件进行的调整,从扫描元件射出的激光束可以径向地在螺旋镜的盘绕面上延伸,从内向外或者反之。扫描元件优选可以是电磁可调的反射镜、例如振镜扫描仪。扫描元件的其他实施方案也是可行的,例如形式为压电致动器。
通过上述带有螺旋镜和布置在前面的位扫描元件的结构,可以实现所需的切割速度,并根据切割滚筒跟踪激光束。因此,通过使用用于较快轴线的螺旋镜和使用用于较慢轴线的扫描元件解决了所述基本任务。
激光束的聚焦例如可以通过至少一个透镜(特别是圆柱形透镜)来实现,该透镜在光束路径中布置在扫描元件和螺旋镜之间。螺旋镜在此优选如此布置,使得从(第一)焦点直至产品的光束路径长度与螺旋镜的旋转无关地始终保持不变。在一种实施方式中,另一圆柱形透镜沿光束方向布置在切割体的前面。
因此,可以在不使用传统的X-Y扫描仪或多边形器件的情况下,以及在不使用关于此所需要的更为昂贵的场透镜(特别是f-西塔-透镜)的情况下,实现具有恒定焦距的热切割装置和横向于材料运输的线性切割。
抽吸装置的至少一个部件优选被安置成能够随激光束或能够随激光切割装置的能运动的元件移动和/或转动或摆转。例如,抽吸装置的一个部件可以与激光切割装置的可运动的元件连接。这样就允许在颗粒形成的地方,即激光束射到材料幅面上的地方,目标精确地抽吸颗粒。优选地,设计随同摆转的抽吸单元和/或压缩空气单元,以保持污染区域尽可能小。抽吸和/或压缩空气的区域可以定位在产品附近,以便在那里有效地工作。
在有利的实施方式中,激光切割装置的能够移动的和/或能够转动或能够摆转的部件可以包括至少一个光束偏转元件,尤其是不能摆转的、单轴能摆转的或双轴能摆转的镜面元件、多边形镜面元件和/或多边形镜面辊。
根据以上所述,激光束在理想情况下与本体轴线(尤其是滚筒轴线)共线地延伸,并且有利地如此设计切割装置,使得切割装置的一个或多个部件一方面可以围绕本体轴线(尤其是滚筒轴线)以所需的程度摆转或转动,并且另一方面可以平行于本体轴线(尤其是滚筒轴线)移位或移动,其中在路径宽度上的移位速度优选尽可能保持恒定。此外,所描述的布置还提供了下述优点:材料幅面可以以与激光切割设备具有固定距离的方式运动。从中得到的优点是焦点直径小,这导致焦点中的能量密度高并且允许使用相对低功率或高能效的光束源。根据所选或所需的切割速度,可以独立于所使用的激光束源地(即cw或脉冲激发地)使用所述切割方法。因此,通过选择所期望的切割速度,得到了在选择光束源时的灵活性。此外,所描述的结构也可以比较容易地根据待切割的材料幅面的不同幅面宽度进行调整。
激光切割装置的一个或多个部件平行于本体轴线(尤其是滚筒轴线)的线性可移动性有利地结合了围绕本体轴线(尤其是滚筒轴线)的可转动性或可摆转性,可以有利地与权利要求1和2的主题相结合,即从切割体内部中出来地或从本体轴线(尤其是滚筒轴线)开始进行材料幅面的切割。不过,下述实施方式也是可行的,所述实施方式具有激光切割装置的一个或多个部件平行于本体轴线(尤其是滚筒轴线)的线性可移动性、有利地结合了围绕本体轴线(尤其是滚筒轴线)的可转动性或可摆转性,其中激光束从外部落到待切割的材料幅面上。在这些实施方式中,在切割体的外壳中的通孔不是必要的。
优选地,可以通过负压或真空,附加地或替代地也机械地(例如通过夹具)将幅面材料保持在切割体上。通过这种方式,切割的片段也能可靠地保持在切割体上。有利地避免了切割体和片段之间的相对速度或滑差。因此,切割体具有以下几种功能:首先,它保持和运输未切割的材料幅面;然后,它还保持和运输切割好的片段;而且它提供了通孔,激光束可以通过该通孔向外穿过本体外壳、特别是滚筒外壳,以便切割材料幅面。前两个提到的功能优选通过真空来实现,附加地或替代地可以通过机械元件(如夹具)来实现。
此外,切割体优选还具有至少一个通孔,激光束可以通过该至少一个通孔从内向外穿过本体外壳(特别是滚筒外壳),并且对保持在切割体上的材料幅面进行切割。优选地,至少一个通孔是在切割体的外壳面内的间隙,该间隙横向地在切割体的宽度上延伸。
优选地,切割体具有多个通孔,这些通孔彼此间分别具有相同的角间距。切割体的因此而均匀的分割有利地对应于片段在运输方向上的伸展情况。通过这种方式,可以连续不断地无偏移且无中断地通过切割体的通孔进行切割。
作为抽吸装置的附加或替代,优选还设置了压缩空气装置,用于特别是通过横向气流吹走由激光切割装置产生的颗粒。尤其是在从本体内部(特别是滚筒内部)出来地进行激光切割的情况下,可以将抽吸装置与由压缩空气装置产生的垂直于激光束的额外的横向空气集成在有限的结构空间内,即在本体内部(特别是滚筒内部)。
替代地或附加地,优选可以在切割体的外部上方布置固定的或随同运动的抽吸设备,用于抽吸通过激光切割产生的颗粒。在切割区域的上方和切割体的外部安装的光束捕集器(Strahlfalle)也可以设计成这种抽吸设备。此外,本体外壳(尤其是滚筒外壳)内的至少一个通孔优选可以用于抽吸切割粉尘和/或必要时用作工艺气体供应部(Prozessgaszufuhr)。
可以通过多个激光切割装置交替地或并行地在多个位置(所述多个位置布置在切割体的不同的圆周位置处)处执行激光切割的工艺步骤。
在另一有利的实施方式中,激光切割的工艺步骤可以分布在多个切割体(特别是切割滚筒)上。在该实施方式中,根据本发明的设备有利地具有至少一个另外的切割体、特别是另外的切割滚筒和至少一个另外的激光切割装置。另外的切割体可以设计成另外的切割滚筒。另外的切割体优选具有前面所述的切割体的一个或多个特征。特别是,另外的切割体的本体外壳、尤其是滚筒外壳可以具有如前所述的一个或多个通孔。
另外的激光切割装置优选具有前面所述的激光切割装置的一个或多个特征。特别是,另外的激光切割装置可以以下述布置和设置:其激光束从另外的切割体的本体内部(特别是滚筒内部)出来,对准到另外的切割体的本体外壳(特别是滚筒外壳)上,并且从本体内部(特别是滚筒内部)、优选从旋转轴线开始通过本体外壳(特别是滚筒外壳)内的至少一个通孔向外射出的激光束射到待切割的材料幅面上。另外的激光切割装置的至少一个部件优选安置成可平行于另外的切割体的旋转轴线线性移动。
优选地,另外的激光切割装置的至少一个部件安置成能够围绕另外的切割体的旋转轴线、或者能够围绕与该旋转轴线平行的转动-或摆转轴线转动或摆转。如果另外的激光切割装置的一个部件可以转动完整的360°,则会是特别有利的,由此可以大大减少与来回摆转相关的停机时间。转动运动可以以非恒定的速度进行,即通过周期性的制动过程和加速过程进行。切割体和/或激光切割装置的至少一个部件优选被设置用于以非恒定的旋转速度,特别是通过周期性的制动过程和加速过程进行摆转或旋转。
激光切割装置可以是单独的装置,并且分别具有自己的激光器和光束引导系统。替代地,激光切割装置可以一起使用某些元件,例如激光器作为用于两个切割体的光束发生器。
在所述的实施方式中,材料幅面输送的节拍时间有利地与切割速度脱耦。通过将切割过程分配到多个切割体上,尽管可能存在预定的(反向)摆转或转动以及与此相关的停机时间,仍可实现较高的切割速率。通过选择切割体直径(尤其是滚筒直径)、旋转速度和用幅面材料缠绕切割体,切割速度能够如所期望的那样被设定并且必要时动态地被调整,更确切地说是在一定限度内,不受材料幅面输送的节拍时间的影响,即不受切割体的旋转速度的影响。
在一种简单的实施方式中,在每个切割体上每n个节拍切割一次,其中n对应于本体数量(特别是滚筒数量),并且然后再回转。节拍时间在此对应于待切割的连续幅面材料为了走过所述路径所需的时间,其是切割好的最终产品(片段)的宽。因此,不同的工艺步骤(特别是切割和/或回转到起始位置)可用的持续时间能够显著增加,更确切地说是以时间s=(n–1)·t增加,其中,s是节省时间,n是本体数(特别是滚筒数),且t是节拍时间。这意味着,通过每个本体都会收获一个节拍时间,特别是以便能够进行回转运动。工艺步骤、特别是切割和/或回转,可划分到总时间s+t上。
在提高幅面速度的情况下,节拍时间进一步缩短。在激光切割速度保持不变的情况下,用于回转运动的时间会保持较短(更高的激光切割速度导致在一个节拍处向前摆转的比重和线性单元移位的比重较小)。较慢的激光切割速度引起了相反的情况并且减小了用于向后摆转的剩余时间。通过增加切割体的数量在此可以延长工艺过程,从而使一个以上的节拍时间可以用于向前运动和线性驱动器的运动。因此,有利地使得明显更小的激光切割速度成为可能。这里的一个边界条件是在s+t的持续时间内完成切割和回转。
附图说明
下面将参照附图借助于优选的实施方式对本发明进行说明。在此:
图1示出了在激光切割设备的区域内沿运输方向T输送的材料幅面的视图;
图2示出了在激光切割设备的区域内在一平面中输送的材料幅面的侧视图;
图3示出了通过根据图1和图2所示的激光切割设备切割的材料幅面的透视图;
图4示出了切割滚筒的横截面视图,该切割滚筒带有在其上输送的材料幅面和从外部进行切割的激光切割设备;
图5示出了切割滚筒的横截面视图,该切割滚筒带有在其上输送的材料幅面和从滚筒内部出来地进行切割的激光切割设备;
图6示出了在一种优选实施方式中的切割设备的透视图;
图7示出了图6中的切割设备大致沿滚筒轴线的视图;
图8-13示出了在其他有利实施方式中的根据本发明的切割设备的透视图;
图14A-14G示出了在多个切割滚筒上的切割工艺的过程的示意图;
图15示出了在另一有利实施方式中的激光切割设备的透视图;以及
图16示出了根据图15的从内部进行切割的激光切割设备和切割滚筒的透视图。
具体实施方式
在下面描述的实施例中,切割体被设计成切割滚筒10,并且另外的切割体被设计成另外的切割滚筒38。
在图1中示出了例如以恒定的速度运动的例如由电极材料制成的材料幅面60,该材料幅面应当被切割成带矩形底面的部段或片段61,例如电极片。在图1中示出了待切割的片段61或待切割的电极的长度a和宽度b。每个电极在材料幅面60的一侧边缘66处都分别具有一个接触接片(Kontaktlasche)62,用于接触制好的蓄电池单格中的电极。材料幅面60沿运输方向T在沿旋转方向R旋转地被驱动的切割滚筒10(参见图4至图13)上被运输。
如果将激光器24(参见图6、8-13)如此定位,使得激光束的焦点固定地布置在切割滚筒10上的部位c处并因此布置在材料幅面60上,并且在切割滚筒10旋转时通过光束引导元件使激光束移过对角线d,则在材料幅面60上会得到直角切割,因为材料幅面60在切割过程中沿运输方向T运动。因此,激光束为了进行直角切割(横向切割)必须沿横向方向Q运动到材料幅面60上方,并且同时在运动的材料幅面60的运输方向T上被追踪。因此,按照前面的说法,切割沿着对角线d从在材料幅面60一侧边缘65处的起点63直至在材料幅面60另一侧边缘66处的终点64地进行。当然,切割也可以沿着另一方向进行,即在图1中从下到上地进行。
在激光器24的位置或更准确地说出口点34的位置固定时,其在图1中处于待切割的材料幅面60的垂直上方的一个点中。在图2至图5中,Li表示切割开始时(即在起点63中)的激光束,并且Le表示切割结束时(即在终点64中)的激光束。在图2至图5中,示出了两个激光束Li、Le。不过,可以理解的是,在任何时刻都只有一束激光束L射到材料幅面60上。
在图2中示例性地示出了在一平面中(例如通过带输送器)输送的材料幅面60。如果如在图2中那样地从侧面观察待切割的材料幅面60,那么在激光束L、Li、Le与材料幅面平面的法线之间产生的切割角α可以在垂直于切割滚筒10的旋转轴线的平面中看到。(在垂直于运输方向的平面中得到激光束Li、Le与材料幅面的法线之间的另一角度,该另一角度在此不予考虑)。这种切割过程的结果是形成螺旋状的或本身扭曲的切割面,参见图3。这种切割面可能导致切割产品的锋利边缘刺穿隔板箔并造成短路;涂层材料从切割边缘断裂并弄脏表面;单片或单室电解槽电池无法正确地彼此取向;和/或无法达到要求的堆叠精度。所有这些罗列的点都可能导致制造好的蓄电池单格功能降低或功能丧失。
比较起来,在图4中以横截面视图示出了在切割滚筒10上输送的材料幅面60。此外,在滚筒10上进行的切割比在如图2中那样的带输送器上或在所述平面中进行的切割更有优势,这是因为切割的电极或片段61的输送更简单。不过,如果在滚筒10上通过固定的激光器从外部并且例如通过反射镜使激光束L偏转来切割材料幅面,则切割角α与图2相比会变大,这一点从图4中可以看出。
因此,根据本发明的一个方面,从切割滚筒10的内部空间67出来地进行切割,如在图5中所示。因此,出口点34(即激光束从光学的激光束引导系统的出口点)或最后的偏转点位于滚筒内部67中,即在被滚筒外壳所包围的空间内。通过这种方式,与(如图4中那样)从外部进行切割相比,切割角α就大大减小了。激光束从内部(即从内部空间67开始)穿过切割滚筒10内的通孔11射向外部,并射到在切割滚筒10的外圆周处的材料幅面60上,以便如上所述地对所述材料幅面进行切割。在图5中示出了两个通孔11,但在此涉及在不同时刻的同一个通孔11,即在切割开始时(左侧)和切割结束时(右侧)。有利的是,通孔11是成对角线斜穿的缝隙,与图1中的切割对角线d相对应。在这方面,图5实际上示出了通过切割滚筒10的两个横截面,即在左半部中通过起点63的横截面和在右半部中通过终点64的横截面。
理想情况下,出口-或偏转点34位于切割滚筒10的中心轴线或旋转轴线上,即在横截面中位于切割滚筒10的滚筒中心点M中,参见图5。通过本发明因此可以产生直角的切割面,因为在本实施方式中,在切割过程的任何时刻切割角α=0。激光器(即激光束发生器)本身的位置在此并不重要;它可以布置在切割滚筒10的内部或者有利地可以布置在切割滚筒10的外部,并且例如可以轴向地或平行于轴向地照射到切割滚筒10内。如在图1中所示,激光束从出口-或偏转点34沿对角线(例如通过反射镜或偏转元件)引导到待切割的材料幅面60上方。如果可以承受偏离零的小切割角α,则出口-或偏转点34的偏离滚筒轴线M的定位是可行的。
在图6和图7中示出了用于对材料幅面60进行切割或打孔的根据本发明的设备12的一种有利的实施方式。设备12包括切割滚筒10和激光切割装置13。切割滚筒10在此具有多个、例如20个以相同的角间距布置的通孔11,所述通孔横向地在切割滚筒10的宽度上延伸。在本实施方式中,设置了可摆转的单元19,该可摆转的单元绕切割滚筒的旋转轴线R可摆转地安置在该切割滚筒10中,并为此具有摆转驱动器20。可摆转的单元19的摆转运动用箭头S表示。在可摆转的单元19处设置了线性驱动单元17,该线性驱动单元有利地与可摆转的单元19一起摆转,所述线性驱动单元被设置和布置用于使光束偏转元件16沿着或平行于旋转轴线R进行线性移动。
光束偏转元件16用于将激光束L偏转到材料幅面60上,并且优选保持在例如管状的光学支架(Optikhalter)21中,该光学支架固定在线性驱动单元17处。光学支架21或光束偏转元件16的线性移动通过箭头V表示。在这里,光束偏转元件16是镜面元件29,它相对于旋转轴线R成45°地保持在光学支架21中。光学支架21具有通孔22,被光束偏转元件16反射的激光束L通过所述通孔径向地射向外部。
可摆转的单元19优选具有相应的、例如细长的通孔23,从通孔22出来的激光束L径向向外地穿过所述通孔23,以便穿过滚筒外壳14(参见图7)的相应通孔11,并且最后射到材料幅面60的面向切割滚筒10的那一侧上。
可摆转的单元19同时还用作抽吸装置18,其中通过激光切割产生的颗粒经由通孔23被吸入到可摆转的单元19内,并且例如被排出到外部的过滤单元处。此外,可摆转的单元19还可以具有压缩空气装置,该压缩空气装置被设置用于产生垂直于激光束的横向流,以吹走通过激光切割产生的颗粒。
激光切割装置13包括激光束发生器24,该激光束发生器也可称为激光束源或简称激光器。如此布置激光束发生器24,使得由其产生的激光束L沿旋转轴线R从一端面进入到切割滚筒10内,并且穿过光学支架21和必要时包含在其中的光学元件,直至所述激光束射到偏转元件21上并被该偏转元件偏转90°,从而激光束从旋转轴线R开始径向向外地射出,并且穿过通孔22、23最后射到待切割的材料幅面60上。
下面来看用于从材料幅面60上切割片段61的过程。开始时,光束偏转元件16定位在滚筒的端面的区域内,使得激光束L在材料幅面60的一侧边缘65处与材料幅面平面相交。这对应于图1中的起点63。然后,为了切割材料幅面60,线性驱动器17使光学支架21或光束偏转元件16沿着旋转轴线R移动,并且因此沿着从激光器24射入的激光束L的光轴移动。由于在该线性移动过程中切割滚筒10旋转,因此为了补偿这种幅面进给(Bahnvorschub),光束偏转元件随着可摆转的单元19一起摆转(在图7中沿着摆转方向S),其中如此地让光束偏转元件16的线性移动和摆转相互协调,使得激光束随时穿过切割滚筒10的切割间隙11,以便在垂直于运输方向T延伸的横向方向Q上对材料幅面进行简短的横向切割。
当光束偏转元件16到达材料幅面60的另一侧边缘66时(图1中的终点64),在不通过线性驱动器17产生线性移动的情况下,可摆转的单元19逆着运输方向T(逆着摆转方向S)回转,直到可摆转的单元19再次位于原始的旋转位置处(图1中的相反的起点69)。然后,进行光束偏转元件16的移动和摆转,但是,其中光束偏转元件16沿相反方向(在图1中与横向方向Q相反)线性移动,直到激光束到达图1中的相反的终点70处。因此,通过这种方式,最终可得到一矩形的片段61。随后,可摆转的单元19进一步回转到原始的起始位置63,并且切割过程重新开始。
在本实施方式中,可移动的光束偏转元件16是镜面元件29,该镜面元件可以线性移动并且可以单轴地摆转,即可以围绕滚筒轴线R摆转。
因此,线性驱动器17执行前后运动,而摆转驱动器20则根据材料幅面60的生产速度或运输速度执行光束偏转元件16的协调的前后摆转,从而能够产生对材料幅面进行优选垂直于或横向于幅面运行方向而延伸的切割。移动V和摆转S的协调由电子控制装置25控制,该电子控制装置示例性地在图6中示出。可以理解的是,在所有其他的实施方式中,也设置了这样的电子控制装置25,以用于协调激光切割装置的可运动地被安置的部件的移动和/或转动或摆转。数字电子控制装置25操控线性驱动器17和摆转驱动器20,并且也可用于操控激光器24。数字电子控制装置25可以是生产用机床的机器控制器的部件,在所述生产用机床中布置了所述设备12。由于激光束的切割应尽可能以恒定的速度沿着材料幅面进行,因此根据其来相应地选择和调整光束偏转元件16的摆转速度。
在图8中示出了根据本发明的设备12的另一实施方式。该另一实施方式与根据图6和图7的实施方式的区别在于:光束偏转元件16是多边形镜面元件30,而不是简单的镜面元件29。多边形镜面元件30具有多个扇形的镜面31,所述镜面分别与滚筒轴线R成45°倾斜。多边形镜面元件30被安置成可沿轴线32线性移动。同时,多边形镜面元件30被安置成可绕轴线32转动。为此例如轴线32可以设计成可转动的轴。在图8中仅示意性地示出了线性驱动器17和摆转驱动器20。在图8中也仅仅示意性地示出了抽吸装置18,该抽吸装置例如可以空间固定地被布置。
轴线32与滚筒轴线R平行错开,从而使得入射到滚筒轴线R上的激光束落到其中一个镜面31上,在那里偏转90°,并且通过滚筒外壳14中的通孔11垂直地落到待切割的材料幅面60上。因此,出口-或偏转点34(在这里激光束射到多边形镜面上并且在这里激光束发生最后一次偏转)位于滚筒轴线R上。每个镜面31恰好对应于材料幅面60宽度上的一个截面d(参见图1)。为了切割材料幅面60,多边形镜面元件30沿着线性轴线32来回移动,其中每次前进运动和每次后退运动分别正好对应于材料幅面60宽度上的一个截面d(参见图1)。为了补偿由滚筒旋转R所造成的幅面进给,多边形镜面元件30沿转动方向D与滚筒同步地一起转动。因此,多边形镜面元件30的转动方向D和切割滚筒10的旋转方向R相同,并且转动速度或角速度也相同。
根据图8的实施方式(以及还有根据图9和图10的实施方式)所具有的优点是,多边形镜面元件30可以以恒定的转动方向D连续转动,并且不需要像图6和图7中那样来回摆转。
在本实施方式中,可运动的光束偏转元件16是可线性移动的且可单轴转动的(即可绕与滚筒轴线R平行的轴线32转动的)多边形镜面元件31。
在根据图9的另一实施方式中,设置了两个可移动地安置的光束偏转元件16A、16B。第一光束偏转元件16A是通过线性驱动器可沿线性轴线32线性移动的镜面元件29,其与入射的激光束的光束轴线成45°倾斜的镜面在空间中具有固定的定向,并且因此不可转动或摆转。第二光束偏转元件16B是形式为多边形镜面辊33的多边形镜面元件。为了切割材料幅面60,镜面元件29沿着线性轴线32移动。由镜面元件29反射的激光束L落到多边形辊上,在那里再次被反射,然后穿过通孔11,并且最后垂直射到材料幅面60上,以便对其进行切割。由于镜面元件29的线性移动,每次切割时,激光束都沿多边形辊的纵向方向移过该多边形辊33一次。多边形辊33与图8类似地沿着转动方向绕转动轴线D转动,以补偿由切割滚筒10旋转造成的幅面进给。多边形辊33的转动方向D和角速度重新与切割滚筒10的旋转方向R和角速度相同。如此布置多边形辊33,使得出口-或偏转点34(在这里激光束射到多边形辊33上并且在这里激光束发生最后一次偏转)在任何时刻都位于旋转轴线R上,或在任何情况下都最小化地偏离所述旋转轴线。
根据图9的实施方式说明了:光束偏转元件16A的线性移动功能和光束偏转元件16A围绕平行于滚筒轴线R的转动轴线的转动功能或摆转功能不一定由如图6至图8中那样的单个光束偏转元件16来实现,而是可以针对这些功能中的每一个设置单独的光束偏转元件16A、16B。
根据图10的另一实施方式说明了:本发明并不一定需要设置如图6至图9中那样的可线性移动的光束偏转元件16、16A。在本实施方式中,设置了第一光束偏转元件16A(即可单轴地在摆转方向S上来回摆转的镜面元件29)以及形式为多边形镜辊33的第二光束偏转元件16B,所述多边形镜辊被设置和布置成与图9中的多边形镜辊33正好相同。多边形镜辊33与激光束L在纵向方向上的移出在此通过镜面元件29围绕垂直于滚筒轴线R的横向轴线的摆转来实现。
在根据图11的实施方式中,也没有设置如图6至图9中那样的可线性移动的光束偏转元件16、16A。取而代之地,在此设置了可绕两个轴线摆转的镜面元件35,该镜面元件也可称为两轴线扫描元件。激光束L在滚筒轴线R上进入,在位于滚筒轴线R上的出口-或偏转点34中射到镜面元件35上,并在该处偏转,穿过通孔,并且然后射到待切割的材料幅面60上。摆转驱动器20被设置用于使镜面元件35围绕入射的激光束的光束轴线摆转,并用于使镜面元件35围绕与所述光束轴线垂直的横向轴线摆转。通过镜面元件35围绕横向轴线摆转并同时(为了补偿由滚筒轴线R旋转造成的幅面进给)通过围绕光束轴线摆转,实现在材料幅面60宽度上的切割。
根据图12的另一实施方式说明了:激光束L不一定需要从内部落到待切割的材料幅面60上,而是也可以从切割滚筒10的外部进行激光切割。激光器24通过线性驱动器17可线性移动地安置在平行于滚筒轴线R延伸的线性轴线32上。此外,通过摆转驱动器20,线性轴线32并且因此激光器24可以绕滚筒轴线R摆转。激光器24、线性轴线32和摆转驱动器20沿径向布置在滚筒外壳14的外部。通过激光器24横向地在材料幅面60上沿着线性轴线32来回线性移动,并且同时(为了补偿由切割滚筒10旋转造成的幅面进给)通过围绕滚筒轴线R在摆转方向S上摆转,实现在材料幅面60宽度上的切割。在这种实施方式中,在进行切割后,需要将线性轴线32或激光器24逆着切割摆转方向S摆转回到起始位置,然后才能进行下一次切割,这与图6和图7所描述的情况类似。因此,在本实施方式中,激光器24既要来回运动,又要前后摆转。
此外,根据图12的实施方式还说明了:激光切割装置13不一定需要具有光束偏转元件16、16A、16B。
根据图13的实施方式具有的优点是,多边形镜辊33可以以恒定的转动方向D连续转动,并且不需要像图12中那样来回摆转。在本实施方式中,激光器24(替代地,第一光束偏转元件16A)被安置成可通过线性驱动器17沿线性轴线32线性移动。通过激光器24横向地在材料幅面60上沿着线性轴线32来回线性移动,并且同时(为了补偿由切割滚筒10旋转造成的幅面进给)通过多边形辊33围绕滚筒轴线R在转动方向D上转动,实现在材料幅面60宽度上的切割。
在根据图12和图13的实施方式中有利的是:在切割滚筒10的外部布置了用于抽吸由激光切割产生的颗粒的抽吸设备36。在从内部进行切割的实施方式中(图6至图11),也可以附加地设置这样的抽吸设备。
在根据图14A至14G的实施方式中,根据本发明的设备12具有多个(在此为两个)优选一个接一个地连接的切割滚筒12。为每个切割滚筒10、38设置一个相应的仅示意性地示出的激光切割装置13、39,该激光切割装置被布置和设置用于将相应的激光束L、L’从切割滚筒10、38各自的内部通过未示出的通孔11(参见图5)对准到材料幅面60上,以便将其切割成片段61。激光切割装置13、39可以是独立的装置,并且各自具有自己的激光器24和光束引导系统。替代地,激光切割装置13、39可以具有共同的元件(例如激光器24)以及至少部分分开的光束引导系统(例如分开的偏转元件16、16’)。激光切割装置13、39的出口-或偏转点34、34’优选分别位于各自切割滚筒10、38的旋转轴线R、R’上。
在图14A中用箭头示出了切割滚筒10、38的此处相反的转动方向D、D’。材料幅面60被输送给切割滚筒10,并且在经过优选至少90°、进一步优选至少135°、且例如180°的缠绕后,材料幅面60或用激光切割装置13或激光束L从中切割出的片段61被转移给另外的切割滚筒38。在本示例中,设定切割滚筒10、38的尺寸以容纳八个片段61,当然也可以采用其他距离和尺寸来容纳多于或少于八个片段。
下面,在一种有利的实施方式中借助于根据图14A至图14G的时间顺序,介绍将材料幅面60切割成片段61a、61b、61c...的过程。
在图14A中,材料幅面60与幅面部段68a、68b、...一起被供应,其中每个幅面部段68a、68b、...都对应于待切割的片段61a、61b、...。切割滚筒10的激光束L在切割滚筒10上例如对准到材料幅面60的转移点上。切割滚筒38的激光束L’则在另一切割滚筒38上例如对准到从切割滚筒10处转移材料幅面60的转移点上。
在图14A中,利用切割滚筒10上的激光束L开始对材料幅面60进行激光切割。切割过程通过偏转元件16的线性移动和同时的摆转来实现(为清晰起见,仅在图14A中示出了所述偏转元件),如参照图6-9所描述的那样。
在图14B中,图14A中开始的切割已经完成。例如,激光束L可以保持在该位置中(不再进一步移动和摆转),直到达到切割滚筒10、38的在图14C中示出的旋转位置,在该旋转位置中,激光束L已到达对应于第一幅面部段68a的端部的下一个通孔11。替代地,激光束可以以降低的速度进一步摆转、回转或进行其他适当的运动。在每种情况下,激光束都会在切割开始前进入到所需的起始位置并且在其运动中与待切割的材料幅面的速度同步。
可以想象,在图14B和图14C之间的时间内,激光束L扫过切割滚筒10的滚筒外壳的内侧并在那里被吸收。不过,替代地,在此期间关闭激光器24也是有利的。也可以想象,在此期间中断(例如通过快门)或吸收激光束L。
在图14C中,与之前一样,利用切割滚筒10上的激光束L通过偏转元件16的线性移动和同时的摆转再次开始对材料幅面60的激光切割。在图14D中,图14C中开始的切割已经完成,从而使得幅面部段68a被完全切割,并且因此产生了幅面段61a。激光束L可以在该位置中再次关闭,直至到达切割滚筒10、38的一个旋转位置,在该旋转位置中激光束L已到达对应于下一幅面部段68b的端部的下一个通孔11,以便之后通过进一步切割来完全切割幅面部段68b,并且因此产生另一幅面段61b。
在完全切割幅面部段68b之后,激光束L再次关闭,直至已到达对应于下一幅面部段68c的端部的下一个通孔11。这个位置在图14E中示出。在该位置中,片段61a从切割滚筒10转移到另一切割滚筒38上。在图14F中完成了这种转移,其中也完成了幅面部段68c的切割,并产生了片段61c。
在切割片段61c之后,第一切割过程被切断,并且激光束L通过光束偏转元件16的摆转而回转到在图14A中示出的起始位置。摆转运动完成后的状态在图14G中示出。在该时刻,激光束L开始切割幅面部段68j,并且激光束L’完成对幅面部段68d的切割。随后,激光束L完成对幅面部段68j的切割,并且继续切割幅面部段68k和68l,激光束L’继续切割幅面部段68e、68f和68g。然后,完成第二切割过程,且激光束L、L’重新回转到在图14A、14G中示出的起始位置。
在根据图14A-14G的实施方式中,在每个切割滚筒10、38上都进行了如所描述那样的多次连续的切割。激光切割装置的摆转驱动器在每次切割后停止,并且等待一个节拍,直到激光切割装置再次开始进行切割。在此可以按顺序地在切割滚筒10上进行例如四次(一般为m次)切割。四(m)次切割后,摆转单元可以回转到其起点上。布置在后面的切割滚筒38进行紧接着的四(m)次切割,从而使得切割滚筒10、38始终交替工作。
激光束L、L’的切割和/或回转可以同步地如在图14A-14G中所示出的那样地进行,或者也可以在时间上错开地进行。
在根据图14A-14G的实施方式中,激光束L、L’的工作范围例如各为90°(参见图14A和14F)。其他的工作范围也是可行的。在一种特别有利的实施方式中,激光束的工作范围大于180°,优选至少为225°,进一步优选至少为270°。在这种情况下,激光束L、L’不需要费时地回转,而是可以设计成完整的360°旋转,这有助于提高生产速度。
于是,在此在切割滚筒10、38上进行如此多的切割,使得激光终点(参见图14F)与激光起点(参见图14A)的距离大大超过180°,例如为270°。摆转现在不再逆着切割滚筒的转动方向进行,而是顺着转动方向进行(向前摆转)。通过减少摆转可以实现节省大量时间。为此,也需要至少两个切割滚筒,其中在一个切割滚筒上进行例如十次切割,以实现所述的270°。
在根据图14A-14G的实施方式中,设置了两个切割滚筒10、38。切割滚筒的数量不限于两个,也可以设置两个以上的切割滚筒,所述切割滚筒分别带有一激光切割装置。
在上述的实施方式中,可以使用根据EP 3415265 B1的图4的激光设备。在此,如在那里所示出的那样,激光设备可以设计成从外部将激光束射到滚筒体上。不过,这种激光设备也可以设计成从内部引导激光束穿过滚筒体;然后,相应地调整在那里示出的组件400、402、404、406、408、410的布置、取向和/或转动轴线。
在图15和图16中示出了激光切割装置13的另一有利的实施方式。在这里,激光切割装置13具有可旋转的螺旋镜80,通过该螺旋镜,落到待切割的材料幅面上的激光束L可以在平行于滚筒轴线R的移动方向V”上有利地实现线性移动。螺旋镜80的螺旋-或盘绕面82至少在一侧是镜面的。激光束L落到螺旋镜80的镜面的盘绕面82上并被其偏转。由于螺旋镜80围绕其中心轴线能驱动地旋转R’,在盘绕面82处反射的激光束L会在不同的轴向位置处从螺旋镜80上射出。从螺旋镜中射出的激光束L的这种线性移动V’可以例如通过空间固定的偏转元件83而被用于利用激光束L扫过待切割的材料幅面60,并且因此被用于在横向方向上切割材料幅面60。在螺旋镜的于图15中示出的转动方向R’的情况下,激光束L线性地从右向左沿着滚筒轴线R运动,所述滚筒轴线平行于所示的移动方向V”。
偏转元件83优选是细长的,并在切割滚筒10的宽度上延伸(参见图16),从而使得激光束L由于螺旋镜80的转动而沿着偏转元件83被引导。偏转元件83有利地相对于切割滚筒10的滚筒轴线R倾斜布置,以便为落到材料幅面60上的激光束设定合适的切割角,优选接近90°。
如果例如将螺旋镜80布置成利用其旋转轴线与切割滚筒10的滚筒轴线R大致平行,则没有偏转元件83的实施方式是可行的。
为了补偿切割滚筒10在切割过程中的旋转运动,激光切割装置13有利地具有在光束路径中布置在螺旋镜80前面的(例如单轴的)扫描元件81。扫描元件81可围绕至少一个摆转轴线S摆转。扫描元件81位置精确与切割滚筒10的位置对齐,并且根据生产速度或旋转速度跟随切割滚筒10。由于由扫描元件81进行的调整,从扫描元件81射出的激光束L可以径向地在螺旋镜80的盘绕面82上延伸,从内向外或者反之。扫描元件81优选可以是电磁可调的反射镜、例如振镜扫描仪。扫描元件81的其他实施方案也是可行的,例如形式为压电致动器。
由于螺旋镜80在运行中优选能够以恒定的转速运行,并且切割光束L从切割结束到下一个切割开始的切换自动通过螺旋镜80的转动运动来实现,因此可以毫无问题地实现高的切割速度。因此,当螺旋镜80优选持久地以恒定的速度旋转时,正确的切割位置通过扫描元件81进行跟踪。
通过上述带有螺旋镜80和布置在前面的扫描元件81的结构,可以实现所需的切割速度,并根据切割滚筒10跟踪激光束L。因此,通过使用用于较快轴线的螺旋镜80和使用用于较慢轴线的扫描元件81解决了所述基本任务。
激光束L的聚焦例如可以通过至少一个透镜84(特别是圆柱形透镜)来实现,该透镜在光束路径中布置在扫描元件81和螺旋镜80之间。螺旋镜80优选如此布置,使得从(第一)焦点直至产品的光束路径长度与螺旋镜80的旋转无关地始终保持不变。因此,第一透镜84与待切割的材料幅面60之间的光束路径在所有位置处都同样长。
在根据图15和图16的实施方式中,沿着光束方向在螺旋镜80后面且在切割滚筒10前面布置了第二圆柱形透镜85。激光束L的聚焦通过两个具有适当选择焦距的圆柱形透镜84、85来描述,但也可以通过单个透镜84来聚焦光束,该透镜定位在扫描元件81和螺旋镜80之间。
图16示出了激光切割装置13在切割滚筒10内部的一种优选的布置,以便从滚筒内部出来地进行切割。将激光切割装置13布置在切割滚筒10外部也是可行的。材料幅面60在切割滚筒10上延伸,同时激光束L以与材料幅面60的外边缘成90°角的方式运动,以完成切割。
激光束L既可以单次通过,也可以多次通过,以引起切割。在螺旋镜80旋转一整圈后,光束L会自动弹回到起始位置,必要时具有期望的偏移量,以通过扫描元件81进行切割位置跟踪。
Claims (23)
1.一种用于对用于能量电池生产业的材料幅面进行切割或打孔的设备(12),该设备包括:能旋转的切割体,特别是切割滚筒(10),材料幅面(60)沿运输方向(T)在该切割滚筒上被运输;以及激光切割装置(13),用于通过激光束(L)横向于运输方向(T)地切割材料幅面(60)以产生单个片段(61),其特征在于,激光切割装置(13)以如下方式布置和设置,即,激光束(L)从切割体(10)的本体内部、特别是滚筒内部(67)出来,对准到切割体(10)的本体外壳、特别是滚筒外壳(14)上,其中本体外壳、特别是滚筒外壳(14)具有至少一个通孔(11),使得从本体内部、特别是滚筒内部(67)经由至少一个通孔(11)向外射出的激光束(L)射到待切割的材料幅面(60)上。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,激光切割装置(13)以如下方式布置和设置,即,激光束(L)从切割体(10)的旋转轴线(R)开始射到材料幅面(60)上。
3.根据权利要求1的前序部分或根据权利要求1或2所述的设备,其特征在于,激光切割装置(13)的至少一个部件(16;24;29;30)以平行于切割体(10)的旋转轴线(R)能够线性移动的方式被安置。
4.根据权利要求3所述的设备,其特征在于,该设备具有线性驱动器(17)和/或线性轴线(32),用于在切割过程中使能够移动的部件(16;24;29;30)线性移动。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,激光切割装置(13)的至少一个部件(16;24;30;33;35)以围绕切割体(10)的旋转轴线(R)或围绕与该旋转轴线平行的转动-或摆转轴线(D)能够转动或能够摆转的方式被安置。
6.根据权利要求5所述的设备,其特征在于,该设备具有转动-或摆转驱动器(20),用于在切割过程中使能够转动或能够摆转的部件(16;24;29;30;33;35)转动或摆转。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备,其特征在于,激光切割装置(13)的能够移动的和/或能够转动或能够摆转的部件(16;24;29;30;33;35)包括至少一个光束偏转元件(16;16A,16B)。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的设备,其特征在于,激光切割装置(13)的能够移动的和/或能够转动或能够摆转的部件包括不能摆转的、单轴能摆转的或双轴能摆转的镜面元件(29;35)。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的设备,其特征在于,激光切割装置(13)的能够移动的和/或能够转动或能够摆转的部件包括多边形镜面元件(30)和/或多边形镜面辊(33)。
10.根据权利要求1的前序部分或前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,激光切割装置(13,39)被设置用于使落到待切割的材料幅面(60)上的激光束线性地且平行于切割体(10,38)的旋转轴线(R)地移动。
11.根据权利要求10所述的设备,其特征在于,激光切割装置(13)具有能旋转的螺旋镜(80)。
12.根据权利要求11所述的设备,其特征在于,激光切割装置(13)具有在光束路径中布置在螺旋镜(80)前面的扫描元件(81)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,所述设备(12)具有抽吸装置(18),该抽吸装置被布置和设置用于从本体内部、特别是滚筒内部(67)抽吸通过激光切割产生的颗粒。
14.根据权利要求13所述的设备,其特征在于,抽吸装置(18)的至少一个部件被安置成能够随激光束(L)或能够随激光切割装置(13)的能运动的部件移动和/或转动或摆转。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,所述设备(12)具有压缩空气装置(37),用于特别是通过垂直于激光束的横向气流吹走由激光切割装置产生的颗粒。
16.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,在切割体(10)的外部上方布置了用于抽吸通过激光切割产生的颗粒的抽吸预清洁装置(36)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,在本体外壳、特别是滚筒外壳(14)内的至少一个通孔(11)用于抽吸切割粉尘和/或必要时用作工艺气体供应部。
18.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,至少一个通孔(11)是本体外壳、特别是滚筒外壳(14)中的间隙,该间隙横向地在切割体(10)的宽度上延伸。
19.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,本体外壳、特别是滚筒外壳(14)具有多个通孔(11),这些通孔彼此间分别具有相同的角间距。
20.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,所述设备(12)具有至少一个另外的切割体、特别是另外的切割滚筒(38)和至少一个另外的激光切割装置(39)。
21.根据权利要求20所述的设备,其特征在于,所述另外的切割体(38)具有根据权利要求1至16中任一项所述的切割体(10)的一个或多个特征,和/或所述另外的激光切割装置(39)具有根据权利要求1至16中任一项所述的激光切割装置(13)的一个或多个特征。
22.根据权利要求20或21所述的设备,其特征在于,所述另外的激光切割装置(39)的至少一个部件(16’)被安置成能够围绕所述另外的切割体(38)的旋转轴线(R’)、或者能够围绕与该旋转轴线平行的转动-或摆转轴线(D’)转动或摆转,优选能够转动完整的360°。
23.根据权利要求22所述的设备,其特征在于,切割体(10,38)和/或激光切割装置(13,39)的至少一个部件(16,16’)被设置用于以非恒定的旋转速度,特别是通过周期性的制动过程和加速过程进行摆转或旋转。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021207353.0 | 2021-07-12 | ||
DE102021207353.0A DE102021207353A1 (de) | 2021-07-12 | 2021-07-12 | Vorrichtung zum Schneiden oder Perforieren einer Materialbahn für die Energiezellen produzierende Industrie |
PCT/EP2022/068880 WO2023285273A2 (de) | 2021-07-12 | 2022-07-07 | Vorrichtung zum schneiden oder perforieren einer materialbahn für die energiezellen produzierende industrie |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117677461A true CN117677461A (zh) | 2024-03-08 |
Family
ID=82702858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202280049683.2A Pending CN117677461A (zh) | 2021-07-12 | 2022-07-07 | 用于对用于能量电池生产业的材料幅面进行切割或打孔的设备 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4370276A2 (zh) |
CN (1) | CN117677461A (zh) |
DE (1) | DE102021207353A1 (zh) |
WO (1) | WO2023285273A2 (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118338983A (zh) | 2022-11-10 | 2024-07-12 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 加工设备、极片加工设备、电池加工设备及片材加工方法 |
CN117369251B (zh) * | 2023-12-07 | 2024-02-13 | 深圳市阿尔斯自动化科技有限公司 | 一种锂电池的切叠一体机的控制方法及其相关设备 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3523160A (en) * | 1967-08-03 | 1970-08-04 | United Aircraft Corp | Optical scanning device having a constant optical path length |
US4302654A (en) | 1979-06-11 | 1981-11-24 | Bennett William T | Microperforation of cigarette tipping paper by use of laser beam |
JPS63188486A (ja) * | 1987-01-30 | 1988-08-04 | Japan Tobacco Inc | 帯状シ−ト材料の穿孔方法及び装置 |
GB8803560D0 (en) * | 1988-02-16 | 1988-03-16 | Wiggins Teape Group Ltd | Laser apparatus for repetitively marking moving sheet |
US6423932B1 (en) | 2001-02-16 | 2002-07-23 | William E. Lawson | Apparatus and method for high speed laser perforation of webs |
JP3956200B2 (ja) * | 2002-05-17 | 2007-08-08 | 富士電機ホールディングス株式会社 | 薄膜のレーザ加工方法および装置 |
US20140353295A1 (en) | 2013-05-29 | 2014-12-04 | Regent Technologies Limited | System, method and apparatus for removing a burr from a slotted pipe |
JP6228814B2 (ja) | 2013-06-28 | 2017-11-08 | 花王株式会社 | シート融着体の製造装置及び製造方法 |
DE102014104476A1 (de) * | 2014-03-31 | 2015-10-01 | Ernst-Abbe-Fachhochschule Jena | Vorrichtung zur Führung eines von einem Sender ausgehenden elektromagnetischen Strahls entlang einer Linie und in Umkehrung des Strahlweges zur Führung von entlang einer Linie abgestrahlten Strahlen auf einen Empfänger |
JP6649897B2 (ja) | 2014-04-18 | 2020-02-19 | ジーディーエム エス.ピー.エー.Gdm S.P.A. | 材料ウェブを切断する装置 |
DE102014113588A1 (de) | 2014-09-19 | 2016-03-24 | Manz Ag | Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle |
EP3415265B1 (en) | 2017-06-12 | 2020-12-30 | Robert Bosch GmbH | Method and device for high-throughput cutting of a ribbon-type substrate, particularly for an electrode of a battery, into separated pieces |
JP6607649B2 (ja) * | 2017-09-01 | 2019-11-20 | 株式会社ワイヤード | レーザ加工装置、レーザ加工方法およびこれを用いて加工された薄板 |
DE102017216213A1 (de) | 2017-09-13 | 2019-03-14 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels |
TWI731301B (zh) * | 2019-01-31 | 2021-06-21 | 長豐光學科技股份有限公司 | 雷射切割方法 |
WO2020192845A1 (de) | 2019-03-27 | 2020-10-01 | Grob-Werke Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung und verfahren zum bereitstellen von elektrodensträngen und zum herstellen von elektrodenanordnungen |
DE102020118973A1 (de) | 2020-07-17 | 2022-01-20 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Bearbeitungsvorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten eines Materials |
-
2021
- 2021-07-12 DE DE102021207353.0A patent/DE102021207353A1/de active Pending
-
2022
- 2022-07-07 CN CN202280049683.2A patent/CN117677461A/zh active Pending
- 2022-07-07 WO PCT/EP2022/068880 patent/WO2023285273A2/de active Application Filing
- 2022-07-07 EP EP22747652.0A patent/EP4370276A2/de active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023285273A3 (de) | 2023-04-20 |
WO2023285273A2 (de) | 2023-01-19 |
EP4370276A2 (de) | 2024-05-22 |
DE102021207353A1 (de) | 2023-01-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN117677461A (zh) | 用于对用于能量电池生产业的材料幅面进行切割或打孔的设备 | |
USRE44886E1 (en) | Method and apparatus for improving laser hole resolution | |
CN110181170B (zh) | 激光加工装置 | |
AU699003B2 (en) | Laser processing of discrete sheets of material | |
US9314873B2 (en) | Apparatus for laser working of flat elements | |
JP2011098390A (ja) | 半完成品の表面形成用レーザ加工装置及び方法 | |
EP4299235A1 (en) | Laser notching apparatus | |
KR20150126603A (ko) | 테이퍼 제어를 위한 빔 각도 및 작업물 이동의 공조 | |
US20110253245A1 (en) | Method and apparatus for producing pipe sections using a laser beam movable by a scanning device, and corresponding pipe section | |
CN112133881A (zh) | 用于制造电池电极的方法 | |
US20060144826A1 (en) | Process for laser welding coated plates | |
US20220016744A1 (en) | Processing device and method for processing a material | |
EP0882541B1 (en) | Cross direction web processor | |
US20100314364A1 (en) | Optical scanner and its applications | |
WO2012074638A1 (en) | Orthogonal integrated cleaving apparatus | |
JP2013116488A (ja) | ビーム加工装置及びそれを用いた基板の加工方法 | |
US7560661B2 (en) | Laser beam machine | |
US5278386A (en) | System and method for selectively machining a D.C. motor | |
EP4349522A1 (en) | Laser irradiation device, laser irradiation method, and surface treated by laser irradiation | |
CN112203796A (zh) | 用于加工纸板的装置和方法 | |
JP2000005888A (ja) | レーザ突合せ溶接方法 | |
KR102667004B1 (ko) | 2차 전지용 전극 생산 시스템 | |
JP4312922B2 (ja) | レーザによるミシン目加工方法及び加工装置 | |
KR20230053396A (ko) | 2차 전지용 전극 생산 시스템 | |
JP2000280083A (ja) | レーザによるミシン目加工方法及び装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |