DE102022114555A1 - Method for producing a wound energy cell, an energy cell, a battery and a device for producing a wound energy cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gewickelten Energiezellen (15) aus mindestens zwei übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen (11, 12, 13, 14), mit einem um eine Längsachse der Energiezelle (15) gewickelten Materialbahnenwickel (16), wobei der Materialbahnenwickel (16) durch Wickeln der Materialbahnen (11, 12, 13, 14) um ein sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle (15) erstreckendes Wickelelement (17) erzeugt wird, wobei das Wickelelement (17) vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen (11, 12, 13, 14) in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche (18) der um das Wickelelement (17) zu wickelnden Materialbahnen (11, 12, 13, 14) gebracht wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Energiezelle (15), eine Batterie sowie eine entsprechende Vorrichtung (10) zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Energiezelle (15).The invention relates to a method for producing wound energy cells (15) from at least two material webs (11, 12, 13, 14) arranged one above the other, with a material web roll (16) wound around a longitudinal axis of the energy cell (15), the material web roll (16 ) is generated by winding the material webs (11, 12, 13, 14) around a winding element (17) which extends in the direction of the longitudinal axis of the energy cell (15), the winding element (17) before or with the winding of the material webs (11, 12, 13, 14) is brought into operative connection with at least one surface (18) of the material webs (11, 12, 13, 14) to be wound around the winding element (17). The invention further relates to an energy cell (15), a battery and a corresponding device (10) for producing an energy cell (15) according to the invention.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gewickelten Energiezellen, eine Energiezelle sowie eine Batterie.The invention relates to a method for producing wound energy cells, an energy cell and a battery.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von gewickelten Energiezellen aus mindestens zwei übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen, umfassend mindestens eine Zuführeinrichtung zum Zuführen der Materialbahnen, eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Materialbahnen in Transportrichtung durch die Vorrichtung, wobei die Transporteinrichtung mindestens ein Transportelement umfasst.Furthermore, the invention relates to a device for producing wound energy cells from at least two material webs arranged one above the other, comprising at least one feed device for feeding the material webs, a transport device for transporting the material webs in the transport direction through the device, the transport device comprising at least one transport element.
Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von gewickelten Energiezellen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Weiter sind entsprechende Energiezelle und Batterien hinlänglich bekannt. Energiezellen oder auch Energiespeicher im Sinne der Erfindung werden z.B. in Kraftfahrzeugen, sonstigen Landfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen oder auch in stationären Anlagen wie z.B. Photovoltaikanlagen in Form von Batteriezellen oder Brennstoffzellen verwendet, bei denen sehr große Energiemengen über größere Zeiträume gespeichert werden müssen. Dazu weisen solche Energiezellen regelmäßig eine Wickelung von Materialbahnen auf, die als Ausgangsmaterialien für derartige Energiezellen dienen. Beim Wickeln von Rundzellen ist typischerweise das Wickelmaterial aus vier unterschiedlich langen Anoden-, Kathoden- und Separatorbahnen ausgewählt, die beispielsweise als Folie bzw. allgemein als Materialbahn vorliegen. Bei den bekannten Verfahren oder Vorrichtungen zur Herstellung von Energiezellen werden die Materialbahnen in der Regel getrennt auf verschiedenen Pfaden einem Wickelkern zugeführt. Dazu werden die Materialbahnen regelmäßig in einem vorgelagerten Herstellungsprozess auf die gewünschte Breite und/oder Länge vorgeschnitten. Dabei werden die Materialbahnen mit den Anoden und Kathoden beispielsweise von einer Endlosbahn geschnitten und dann mit einer Endlosbahn eines Separatormaterials im finalen Wickelprozess aufgewickelt. Die Materialbahnen müssen dazu regelmäßig eine spezifische Breite und Länge aufweisen, damit eine akkurat gewickelte Energiezelle bildbar ist.Devices and methods for producing wound energy cells are known from the prior art. Corresponding energy cells and batteries are also well known. Energy cells or energy storage devices within the meaning of the invention are used, for example, in motor vehicles, other land vehicles, ships, aircraft or in stationary systems such as photovoltaic systems in the form of battery cells or fuel cells, in which very large amounts of energy have to be stored over long periods of time. For this purpose, such energy cells regularly have a winding of material webs, which serve as starting materials for such energy cells. When winding round cells, the winding material is typically selected from four anode, cathode and separator webs of different lengths, which are present, for example, as a film or generally as a material web. In the known methods or devices for producing energy cells, the material webs are usually fed separately to a winding core along different paths. For this purpose, the material webs are regularly pre-cut to the desired width and/or length in an upstream manufacturing process. The material webs with the anodes and cathodes are cut, for example, from an endless web and then wound up with an endless web of separator material in the final winding process. The material webs must regularly have a specific width and length so that an accurately wound energy cell can be formed.
Die Zufuhr von Materialbahnen zum Wickelkern kann bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren nicht kontinuierlich erfolgen, da die Materialbahnen einem quasi ortsfesten, zentralen Wickelkern zugeführt werden. Dieser Wickelkern ist in der Regel lediglich um seine Längsachse rotierbar bzw. wird um seine Längsachse rotiert, um die Materialbahnen dabei zu einer Energiezelle oder zu gewickelten Materialbahnen aufzuwickeln. Nach dem Wickelvorgang muss der Wickelkern wieder aus der Energiezelle oder den gewickelten Materialbahnen (Materialbahnenwickel) entfernt werden, bevor der Wickelvorgang der Energiezelle oder des Materialbahnenwickels in der Wickelstation beendet ist. Dadurch ist nur ein diskontinuierlicher Herstellungsprozess der Energiezellen gegeben und zudem besteht ein großer logistischer Aufwand bei der Bereitstellung und Rückführung der Wickelkerne. Weiter kann es bei dem Entfernen des Wickelkerns aus der Energiezelle oder dem Materialbahnenwickel zu Beschädigungen oder Qualitätseinbußen der Materialbahnen bzw. der Energiezelle oder dem Materialbahnenwickel kommen, was zu Sicherheitsrisiken oder Beschädigungen in dem verbauten Energiespeicher führen kann.The supply of material webs to the winding core cannot take place continuously in the known devices and methods, since the material webs are fed to a quasi-stationary, central winding core. This winding core can usually only be rotated about its longitudinal axis or is rotated about its longitudinal axis in order to wind up the material webs to form an energy cell or wound material webs. After the winding process, the winding core must be removed again from the energy cell or the wound material webs (material web winding) before the winding process of the energy cell or the material web winding in the winding station is completed. This means that there is only a discontinuous manufacturing process for the energy cells and there is also a lot of logistical effort in providing and returning the winding cores. Furthermore, when the winding core is removed from the energy cell or the material web roll, damage or loss of quality to the material webs or the energy cell or the material web roll can occur, which can lead to safety risks or damage to the installed energy storage device.
Mit der immer größer werdenden Nachfrage nach alternativen Antriebskonzepten rückt der Elektroantrieb mehr und mehr in den Mittelpunkt der Betrachtung. Eine große Herausforderung hierbei ist, effektive Vorgänge bei der Herstellung der Energiespeicher bereitzustellen. Bei der Wickelung von Materialbahnen zu Energiezellen gibt es das Problem, dass die Materialbahnen separat gehandhabt und nacheinander dem Wickelkern lose zugeführt werden. Alle Bahnen müssen geregelt werden und können nicht gemeinsam transportiert werden. Bei den bestehenden Vorrichtungen und Verfahren wird ein großer Platzbedarf beim Wickelvorgang benötigt, zudem dürfen die jeweiligen Materialbahnen nur geringfügig (mechanisch) beansprucht werden. Die Materialbahnen müssen zeitlich nacheinander dem zentralen, quasi ortsfesten Wickelkern zugeführt werden, wobei möglichst schnelle Herstellungsgeschwindigkeiten bereitgestellt werden sollen. Die Materialbahnen bestehen in der Regel aus sehr dünnen flächigen Bahnen, die insbesondere bei Stauchungen und Drehbeanspruchungen zu Qualitätseinbußen neigen, weshalb naturgegebene Begrenzungen bei Transportgeschwindigkeiten sowie Transportführungen gegeben sind. Darüber hinaus verrutschen die Materialbahnen während des Wickelprozesses regelmäßig, insbesondere beim Entfernen des Wickelkerns, was zu Ausschuss sowie Qualitätsverlusten bei den gewickelten Energiezellen führt.With the ever-increasing demand for alternative drive concepts, electric drives are becoming more and more the focus of attention. A major challenge here is to provide effective processes for producing the energy storage devices. When winding material webs to form energy cells, there is the problem that the material webs are handled separately and are fed loosely to the winding core one after the other. All railways must be regulated and cannot be transported together. With the existing devices and methods, a large amount of space is required during the winding process, and the respective material webs may only be subjected to minimal (mechanical) stress. The material webs must be fed one after the other to the central, quasi-stationary winding core, with the fastest possible production speeds being provided. The material webs usually consist of very thin, flat webs, which tend to lose quality, particularly in the event of compression and torsional stress, which is why there are natural limitations in transport speeds and transport guides. In addition, the material webs regularly slip during the winding process, especially when the winding core is removed, which leads to rejects and loss of quality in the wound energy cells.
Durch den diskontinuierlichen Prozess bei der Herstellung der Materialbahnenwickel sind die an die Wickelung nachfolgenden Prozesse nicht in den Herstellungsprozess der Energiezellen integrierbar, da durch die Entfernung des Wickelkerns zunächst eine erneute Bearbeitung des Materialbahnenwickels erfolgen muss. Dies reduziert die Herstellungsgeschwindigkeit und erhöht die Gefahr von Beschädigungen während des Herstellungsprozesses.Due to the discontinuous process in the production of the material web roll, the processes following the winding cannot be integrated into the manufacturing process of the energy cells, since the removal of the winding core first requires the material web roll to be processed again. This reduces manufacturing speed and increases the risk of damage during the manufacturing process.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von gewickelten Energiezellen aus Materialbahnen, Energiezellen, Batterien sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von gewickelten Energiezellen bereitzustellen, wodurch einerseits eine kontinuierliche Herstellung der Energiezellen gewährleistet werden soll und andererseits eine kosteneffiziente sowie eine Herstellung in möglichst hohen Fertigungsraten ermöglicht werden soll, ohne dass dies zu einem nachteiligen Einfluss auf die Qualitätseigenschaften bei der Herstellung von Energiezellen führt.It is therefore the object of the present invention to provide a method for producing wound To provide energy cells made of material webs, energy cells, batteries and a corresponding device for the production of wound energy cells, which on the one hand should ensure continuous production of the energy cells and on the other hand should enable cost-efficient production and production at the highest possible production rates without this having a detrimental influence on the quality properties in the production of energy cells.
Diese Aufgabe wird durch das eingangs genannte Verfahren gelöst, indem die gewickelten Energiezellen aus mindestens zwei übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen, mit einem um eine Längsachse der Energiezelle gewickelten Materialbahnenwickel hergestellt werden, wobei der Materialbahnenwickel durch Wickeln der Materialbahnen um ein sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle erstreckendes Wickelelement erzeugt wird, wobei das Wickelelement vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen gebracht wird.This object is achieved by the method mentioned at the outset in that the wound energy cells are produced from at least two material webs arranged one above the other, with a material web roll wound around a longitudinal axis of the energy cell, the material web roll being made by winding the material webs around a material web that extends in the direction of the longitudinal axis of the energy cell Winding element is produced, the winding element being brought into operative connection with at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element before or with the winding of the material webs.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, dass die mindestens zwei Materialbahnen zuverlässig und einheitlich um das Wickelelement zu einem Materialbahnenwickel gewickelt werden. Durch die Erzeugung eines Materialbahnenwickels aus den mindestens zwei Materialbahnen ist es beispielsweise möglich, dass das Wickelelement in dem Materialbahnenwickel verbleibt, so dass die Energiezellen in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt werden können. Das Wickelelement wird schon vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen gebracht, wodurch die Materialbahnen nicht erst bei der Wickelung gemeinsam dem Wickelprozess zugeführt werden müssen, sondern das in Verbindung bringen des Wickelelements mit mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen und das anschließende Wickeln kann örtlich getrennt voneinander erfolgen. Anders ausgedrückt ist der Vorgang der Wickelung der Materialbahnen nicht an die Bereitstellung des Wickelelements gebunden. Die mit dem Wickelelement versehenen Materialbahnen können anschließend bevorzugt an geeigneter Stelle oder Einrichtung gewickelt werden. Dies eröffnet unterschiedliche Möglichkeiten der Einbringung oder Nutzung eines Wickelelements, das durch das bevorzugte Verbleiben in dem Materialbahnenwickel unterschiedliche Zusatzfunktionen in der Energiezelle ausbilden kann. Derartige Wickelelemente werden alternativ auch als Wickelkern, Hilfskern oder Hilfselement bezeichnet. Das Material des Wickelelements ist nicht erfindungsrelevant und es können grundsätzlich sämtliche Materialien vorgesehen sein, die eine Herstellung/Wickelung einer Energiezelle unter Berücksichtigung der eingesetzten Materialbahnen ermöglichen. Vorzugsweise können als Materialien für die Wickelelemente Kunststoffe, besonders bevorzugt PE oder PP, vorgesehen sein. Es ist allerdings jeder andere Werkstoff denkbar, wie z.B. Aluminium oder Kupfer, es muss nur kompatibel zu einer gegebenenfalls bevorzugt vorgesehen Zellchemie der Energiezelle sein. Das Wickelelement kann positive Aspekte für eine bevorzugt vorgesehene flüssige Zellchemie (z. B. Elektrolyt) aufweisen, indem das Wickelelement beispielsweise als Speichermedium hierfür ausgebildet und eingerichtet ist. Vorzugsweise ist das Wickelelement porös ausgebildet und eingerichtet. Weiter kann das Wickelelement eine Stützfunktion für die zu wickelnden Materialbahnen darstellen, wodurch bessere mechanische Eigenschaften der Energiezelle bereitgestellt werden können. Zudem kann es zweckdienlich sein, dass das Wickelelement nach der Wickelung nicht mehr von dem Materialbahnenwickel getrennt wird, wodurch die Gefahr von Beschädigungen oder Qualitätseinbußen an der Energiezelle minimiert wird. Vorzugsweise wird das Wickelelement auf der obersten Materialbahn der zu wickelnden Materialbahnen aufgebracht. Alternativ kann das Wickelelement beispielsweise auf zwei der Materialbahnen aufgebracht werden. Das in Wirkverbindungbringen des Wickelelements mit mindestens einer Oberfläche erfolgt weiter bevorzugt durch eine zumindest zeitweise Fixierung des Wickelelements auf oder mit mindestens einer der Materialbahnen. Die mit dem Wickelelement in Wirkverbindung gebrachten Materialbahnen können vorzugsweise gezogen und bewegt werden und gemeinsam „als eine Materialbahn“ dem nachgeordneten Wickelprozess zugeführt werden. Die entsprechenden Materialbahnen können zudem flexibler transportiert werden, wodurch eine vergrößerte Anzahl an Wickelungen und Geometrien der Energiezellen erzeugbar sind und gleichzeitig die Gefahr des Verrutschens oder des Bruchs der Materialbahnen verringert wird. In bevorzugten Ausführungsformen kann mehr als ein Wickelelement vorgesehen sein, um das die Materialbahnen zu dem Materialbahnenwickel wickelbar sind.The method according to the invention ensures that the at least two material webs are reliably and uniformly wound around the winding element to form a material web roll. By producing a material web roll from the at least two material webs, it is possible, for example, for the winding element to remain in the material web roll, so that the energy cells can be produced in a continuous process. The winding element is brought into operative connection with at least one surface of the material webs to be wound around the winding element before or with the winding of the material webs, whereby the material webs do not have to be fed together to the winding process during winding, but rather the connection of the winding element with at least a surface of the material webs and the subsequent winding can take place locally separately from one another. In other words, the process of winding the material webs is not tied to the provision of the winding element. The material webs provided with the winding element can then preferably be wound at a suitable location or device. This opens up different possibilities for introducing or using a winding element, which can form different additional functions in the energy cell by preferably remaining in the material web roll. Such winding elements are alternatively referred to as winding core, auxiliary core or auxiliary element. The material of the winding element is not relevant to the invention and in principle all materials can be provided that enable the production/winding of an energy cell taking into account the material webs used. Preferably, plastics, particularly preferably PE or PP, can be provided as materials for the winding elements. However, any other material is conceivable, such as aluminum or copper, it just has to be compatible with a cell chemistry of the energy cell that may be preferred. The winding element can have positive aspects for a preferably provided liquid cell chemistry (e.g. electrolyte), in that the winding element is designed and set up, for example, as a storage medium for this purpose. The winding element is preferably designed and designed to be porous. Furthermore, the winding element can provide a support function for the material webs to be wound, whereby better mechanical properties of the energy cell can be provided. In addition, it may be useful for the winding element to no longer be separated from the material web roll after winding, thereby minimizing the risk of damage or loss of quality to the energy cell. The winding element is preferably applied to the topmost material web of the material webs to be wound. Alternatively, the winding element can be applied, for example, to two of the material webs. The operative connection of the winding element with at least one surface is further preferably carried out by at least temporarily fixing the winding element on or with at least one of the material webs. The material webs brought into operative connection with the winding element can preferably be pulled and moved and fed together “as one material web” to the downstream winding process. The corresponding material webs can also be transported more flexibly, which means that an increased number of windings and geometries of the energy cells can be produced and at the same time the risk of the material webs slipping or breaking is reduced. In preferred embodiments, more than one winding element can be provided around which the material webs can be wound to form the material web roll.
Das in Wirkverbindungbringen des Wickelelements mit mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen ist vorzugsweise irreversibel, so dass das Wickelelement mit mindestens einer Materialbahn fest miteinander verbunden ist. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann es zweckdienlich sein, dass das Wickelelement reversibel mit mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen eingebracht ist. Eine Fixierung des Wickelelements kann beispielsweise für einen Transport der Materialbahnen innerhalb einer Vorrichtung, Maschine oder einem Anlagenkomplex vorteilhaft sein. Derartige Wickelprozessanlagen können vorzugsweise weitere Mittel und/oder Elemente umfassen, um eine Einbringung des Wickelelements und/oder eine anschließende Wickelung zu unterstützen und/oder auszubilden und einzurichten.The operative connection of the winding element to at least one surface of the material webs is preferably irreversible, so that the winding element is firmly connected to one another with at least one material web. In further preferred embodiments, it may be useful for the winding element to be reversibly inserted into at least one surface of the material webs to be wound around the winding element. Fixing the winding element can be advantageous, for example, for transporting the material webs within a device, machine or system complex. Such winding process systems can preferably contain additional means and/or Include elements to support and/or form and set up an introduction of the winding element and/or a subsequent winding.
Die Materialbahnen sind vorzugsweise Endlosbahnen und umfassen weiter bevorzugt mindestens eine Materialbahn eines Separatormaterials, das unter anderem auch als Separatorbahn, Separatormaterialbahn oder Separatorfolie bezeichnet wird. Weiter bevorzugt ist mindestens eine weitere Materialbahn aus einer Anodenbahn oder Kathodenbahn gebildet, die auch als Anodenmaterialbahn oder Kathodenmaterialbahn, Anodenfolie oder Kathodenfolie bezeichnet werden. Vorzugsweise umfassen die mindestens zwei Materialbahnen zwei Separatormaterialbahnen, wobei das Wickelelement vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen gebracht wird. Es ist im Sinne der Erfindung nicht erforderlich, dass nur zwei Materialbahnen zur Herstellung von gewickelten Energiezellen vorgesehen sind. Es kann weiter bevorzugt vorgesehen sein, dass die Materialbahnen, insbesondere zwei Separatormaterialbahnen und mindestens eine weitere Materialbahn, beispielsweise eine Anoden- und/oder Kathodenmaterialbahn umfassen. Die Anoden- oder Kathodenmaterialbahn ist bevorzugt zwischen zwei Separatormaterialbahnen angeordnet, um die entsprechenden Ausgangsmaterialien für eine Energiezelle bereitzustellen. Darüber hinaus können dem Materialbahnenwickel bevorzugt weitere Materialien oder Bearbeitungsschritte zugefügt werden, um die Energiezelle zu bilden.The material webs are preferably endless webs and more preferably comprise at least one material web of a separator material, which is also referred to, among other things, as a separator web, separator material web or separator film. More preferably, at least one further material web is formed from an anode web or cathode web, which are also referred to as anode material web or cathode material web, anode foil or cathode foil. Preferably, the at least two material webs comprise two separator material webs, the winding element being brought into operative connection with at least one surface of the material webs before or with the winding of the material webs. For the purposes of the invention, it is not necessary that only two material webs are provided for producing wound energy cells. It can further preferably be provided that the material webs comprise, in particular, two separator material webs and at least one further material web, for example an anode and/or cathode material web. The anode or cathode material web is preferably arranged between two separator material webs in order to provide the corresponding starting materials for an energy cell. In addition, further materials or processing steps can preferably be added to the material web roll in order to form the energy cell.
Bei der übereinanderliegenden Anordnung der Materialbahnen ist es nicht wesentlich, dass sämtliche Materialbahnen über den gesamten Zeitraum des Transports übereinanderliegen. Übereinanderliegend im Sinne der Erfindung bedeutet, dass die Materialbahnen zumindest abschnittsweise übereinanderliegend angeordnet sind. Übereinanderliegend im Sinne der Erfindung kann daher bedeuten, dass die Materialbahnen beabstandet oder im Wesentlichen abstandsfrei übereinanderliegend angeordnet sind, wobei weiter bevorzugt eine im Wesentlichen kongruente Anordnung der Materialbahnen vorgesehen ist. Bei einer beabstandeten Anordnung der Materialbahnen sind diese vorzugsweise zumindest teilweise mittels eigenständiger Transportmittel transportierbar, bei einer abstandsfreien Anordnung sind die Materialbahnen vorzugsweise mit einem einzigen Transportmittel transportierbar. Bei mehreren Materialbahnen ist es somit denkbar, dass eine der Materialbahnen nur für einen gewissen Abschnitt auf einer weiteren Materialbahn angeordnet ist, vorzugsweise ist denkbar, dass eine Anoden- oder Kathodenmaterialbahn jeweils vollständig auf einer Separatormaterialbahn anordenbar ist und/oder von einer Separatormaterialbahn bedeckt ist.When the material webs are arranged one above the other, it is not essential that all the material webs lie on top of one another over the entire period of transport. In the sense of the invention, lying one above the other means that the material webs are arranged one above the other at least in sections. For the purposes of the invention, lying one above the other can therefore mean that the material webs are arranged at a distance or essentially one above the other with no gap, with a substantially congruent arrangement of the material webs being further preferably provided. If the material webs are arranged at a distance, they can preferably be transported at least partially by means of independent means of transport; in the case of an arrangement without a distance, the material webs can preferably be transported using a single means of transport. In the case of several material webs, it is therefore conceivable that one of the material webs is arranged only for a certain section on another material web; it is preferably conceivable that an anode or cathode material web can each be arranged completely on a separator material web and/or is covered by a separator material web.
Unter den Erfindungsgedanken fallen gleichermaßen Verfahren mit entsprechenden Vorrichtungen/Anlagen/Maschinen, die derart in der Breite angepasst sind, dass gleichzeitig eine Mehr- oder Vielzahl an Materialbahnen parallel bearbeitbar sind. Vorzugsweise sind derartige Vorrichtungen insbesondere in der (Maschinen-)Breite variabel ausgebildet und eingerichtet sein, so dass jeweils mehrere Materialbahnen nebeneinander bzw. parallel jeweils mit einem Wickelelement in Wirkverbindung gebracht werden können. Das Verfahren umfasst gleichermaßen die Möglichkeit mit einer einzigen Vorrichtung mehrere Materialbahnen parallel zu verarbeiten, so dass jeweils ein Wickelelement auf eine Mehr- oder Vielzahl von mindestens zwei Materialbahnen in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen gebracht wird. Anders ausgedrückt werden auf einer Vorrichtung eine Mehr- oder Vielzahl an Materialbahnen parallel verarbeitet, indem die Vorrichtungsbestandteile in der Breite entsprechend angepasst sind. Hierzu sind die vorgesehenen Einrichtungen, Stationen und die jeweiligen Mittel korrespondierend anzupassen, um eine Skalierbarkeit in der Breite bereitzustellen.The inventive concept also includes methods with corresponding devices/systems/machines whose width is adjusted in such a way that a plurality or large number of material webs can be processed in parallel at the same time. Such devices are preferably designed and set up to be variable, in particular in terms of the (machine) width, so that several material webs can be brought into operative connection next to one another or in parallel with a winding element. The method equally includes the possibility of processing several material webs in parallel with a single device, so that one winding element is brought into operative connection with at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element on a plurality or plurality of at least two material webs. In other words, a plurality of material webs are processed in parallel on a device by adjusting the width of the device components accordingly. For this purpose, the intended facilities, stations and the respective means must be adapted accordingly in order to provide scalability across the board.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Materialbahnen als zumindest bereichsweise verbundener Materialbahnenverbund vorliegen oder dass die mindestens zwei Materialbahnen vor dem Wickeln zumindest bereichsweise zu einem Materialbahnenverbund verbunden werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass die mindestens zwei Materialbahnen durch den Materialbahnenverbund einen „gemeinsamen“ Anfang erzeugen, der als Ausgangspunkt für die Wickelung dient. Alternativ oder ergänzend können mindestens zwei der Materialbahnen an einem Bahnende miteinander verbunden werden. Durch das zumindest bereichsweise Vorliegen oder Erzeugen eines Materialbahnenverbund wird eine Möglichkeit bereitgestellt, die aufeinanderliegenden Materialbahnen komfortabel und gebündelt weiterzuverarbeiten. Die verbundenen Materialbahnen können gezogen und bewegt werden und gemeinsam „als eine Materialbahn“ dem Wickelprozess zugeführt werden. Die verbundenen Materialbahnen können dann auch im Wechsel mehreren Rollprozessen zugeführt werden, wobei eine Materialbahn n Rollungen ergibt. Dies verringert die Anzahl an benötigten Zuführungen und/oder Transporteinrichtungen während des Wickelprozesses, wodurch eine schnellere sowie flexiblere Herstellung von Energiezellen gegeben ist. Die bereichsweise verbundene Materialbahnen können zudem flexibler transportiert werden, wodurch eine vergrößerte Anzahl an Wickelungen und Geometrien der Energiezellen erzeugbar sind und die Gefahr des Verrutschens oder des Bruchs der Materialbahnen verringert wird.A preferred embodiment is characterized in that the at least two material webs are present as a material web composite that is at least partially connected or that the at least two material webs are connected at least partially to form a material web composite before winding. In this way, it is possible for the at least two material webs to create a “common” beginning through the material web composite, which serves as the starting point for the winding. Alternatively or additionally, at least two of the material webs can be connected to one another at one end of the web. The presence or creation of a material web composite at least in some areas provides an opportunity to further process the material webs lying one on top of the other in a convenient and bundled manner. The connected material webs can be pulled and moved and fed together to the winding process “as one material web”. The connected material webs can then be alternately fed to several rolling processes, with one material web resulting in n rolls. This reduces the number of feeds and/or transport devices required during the winding process, resulting in faster and more flexible production of energy cells. The material webs connected in certain areas can also be transported more flexibly, which means that an increased number of windings and geometries of the energy cells can be generated and the risk of the material sheets slipping or breaking is reduced.
Eine vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass das Wickelelement aus einem Abschnitt mindestens einer der Materialbahnen erzeugt wird. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist kein externes Wickelelement notwendig, das in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen gebracht wird, sondern die Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen wird durch die Bildung des Wickelelement aus einem Abschnitt mindestens einer der Materialbahnen erzeugt. Es ist insbesondere ein Abschnitt oder Bereich mindestens einer Materialbahn vorgesehen, der durch einen dem Wickelprozess vorgelagerten Wickelelementerzeugungsprozess zu einem Wickelelement erzeugt wird. Das Wickelelement kann beispielsweise durch eine Rollung des Abschnitts mindestens einer der Materialbahnen erzeugt werden. Zur Bildung des Wickelelements aus dem Abschnitt mindestens einer der Materialbahnen können vorzugsweise weitere Zusatz- und/oder Hilfsstoffe eingesetzt werden, um bedarfsweise spezifische mechanische Eigenschaften des Wickelelements bereitzustellen, insbesondere Festigkeits-, Steifigkeits- oder Dauerhaftigkeitseigenschaften. Derartige Zusatz- und/oder Hilfsstoffe können beispielsweise Klebstoffe sein.An advantageous development is characterized in that the winding element is produced from a section of at least one of the material webs. In this preferred embodiment, no external winding element is necessary, which is brought into operative connection with at least one surface of the material webs, but the operative connection with at least one surface of the material webs is created by forming the winding element from a section of at least one of the material webs. In particular, a section or region of at least one material web is provided, which is generated into a winding element by a winding element generation process upstream of the winding process. The winding element can be produced, for example, by rolling the section of at least one of the material webs. To form the winding element from the section of at least one of the material webs, further additives and/or auxiliary materials can preferably be used in order to provide, if necessary, specific mechanical properties of the winding element, in particular strength, stiffness or durability properties. Such additives and/or auxiliary materials can be, for example, adhesives.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Abschnitt der Materialbahn mindestens eine Separatorbahn, vorzugsweise wird der Abschnitt zumindest bereichsweise aus einer oder zwei Separatorbahn/en gebildet. Separatoren bestehen regelmäßig aus thermisch aktivierbaren Kunststoffen wie PE oder PP, die sich gut zur Bildung von gewünschten, spezifischen Formen oder Materialkompositionen eignen. Für die Bildung des Wickelelements in einer Energiezelle aus dem Abschnitt mindestens einer Separatorbahn sind Kunststoffe daher gut geeignet, da diese einerseits eine hohe elektrische Isolierfähigkeit aufweisen und andererseits eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion bereithalten. Thermoplaste weisen darüber hinaus eine leichte Formgebung und Verarbeitbarkeit auf, wodurch auf einfache Art und Weise ein beständiges Wickelelement herstellbar ist. Die Behandlung von Separatormaterialbahnen aus thermoplastischen Kunststoffen wie PE oder PP stellt einen idealen Werkstoff für die Massenfertigung bei niedrigen Rohstoffausgabe dar. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen die Materialbahnen beispielsweise als mehrlagige Materialbahnen aus zwei Separatormaterialbahnen vor, wobei mindestens eine der Separatormaterialbahnen den Abschnitt zur Erzeugung des Wickelelements umfasst, der vorzugsweise frei von einem Anoden- oder Kathodenmaterial ist. Der Abschnitt wird vor oder mit dem Wickelprozess zu einem Wickelelement erzeugt, um das die Materialbahnen zu dem Materialbahnenwickel gewickelt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the section of the material web comprises at least one separator web, preferably the section is formed at least in regions from one or two separator webs. Separators are usually made of thermally activated plastics such as PE or PP, which are well suited to forming desired, specific shapes or material compositions. Plastics are therefore well suited for the formation of the winding element in an energy cell from the section of at least one separator web, since on the one hand they have a high electrical insulating capacity and on the other hand they have a high resistance to corrosion. Thermoplastics are also easy to shape and process, making it easy to produce a durable winding element. The treatment of separator material webs made of thermoplastics such as PE or PP represents an ideal material for mass production with low raw material expenditure. In the method according to the invention, the material webs are present, for example, as multi-layer material webs made of two separator material webs, with at least one of the separator material webs being the section for producing the winding element which is preferably free of an anode or cathode material. The section is created before or with the winding process to form a winding element around which the material webs are wound to form the material web roll.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement quer oder längs zur Transportrichtung der Materialbahnen auf der Oberfläche mindestens einer der Materialbahnen angeordnet wird, vorzugsweise fixiert angeordnet wird. Die Anordnung des Wickelelements auf der Oberfläche mindestens einer der Materialbahnen ist insbesondere von der anschließenden Ausrichtung der Wickelung abhängig. Die Wickelung der Materialbahnen erfolgt durch Wickeln der Materialbahnen um das sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle erstreckende Wickelelement. Beim Aufbringen des Wickelelements auf der mindestens einen Materialbahn ist es jedoch noch nicht ausschlaggebend, wie die Materialbahnen transportiert werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Wickelelemente längs zur Transportrichtung der Materialbahnen aufgebracht werden, so dass die Wickelung anschließend quer zur ursprünglichen Transportrichtung der Materialbahnen zu erfolgen hat. Für einen kontinuierlichen Herstellungsprozess kann es allerdings zweckdienlich sein, wenn die Wickelelemente quer zur Transportrichtung auf der Oberfläche mindestens einer der Materialbahnen angeordnet werden, um direkt die anschließende Wickelung der Materialbahnen in Verlauf der Transportrichtung auszubilden und einzurichten. Durch die fixierte Anordnung des Wickelelements auf der Oberfläche mindestens einer der Materialbahnen wird ein Verrutschen des Wickelelements verhindert und es kann bedarfsweise ein zuverlässiger Transport der entsprechenden Materialbahnen bereitgestellt werden.An expedient embodiment of the invention is characterized in that the winding element is arranged transversely or longitudinally to the transport direction of the material webs on the surface of at least one of the material webs, preferably arranged in a fixed manner. The arrangement of the winding element on the surface of at least one of the material webs is particularly dependent on the subsequent orientation of the winding. The material webs are wound by winding the material webs around the winding element which extends in the direction of the longitudinal axis of the energy cell. When applying the winding element to the at least one material web, however, it is not yet crucial how the material webs are transported. It can be provided that the winding elements are applied along the transport direction of the material webs, so that the winding then has to take place transversely to the original transport direction of the material webs. For a continuous manufacturing process, however, it can be useful if the winding elements are arranged transversely to the transport direction on the surface of at least one of the material webs in order to directly form and set up the subsequent winding of the material webs in the course of the transport direction. The fixed arrangement of the winding element on the surface of at least one of the material webs prevents the winding element from slipping and, if necessary, reliable transport of the corresponding material webs can be provided.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verbleibt das Wickelelement in dem Materialbahnenwickel ortsfest. „Ortsfest“ im Sinne der Erfindung bedeutet, dass das Wickelelement zumindest während der Herstellung des Materialbahnenwickel in Wirkverbindung mit der angeordneten Oberfläche der entsprechenden Materialbahn verbleibt. Vorzugsweise wird das Wickelelement während der Wickelung der Materialbahnen zu dem Materialbahnenwickel irreversibel angeordnet. Zur Fixierung des Wickelelements auf mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen können Hilfs- und/oder Zusatzstoffe vorgesehen sein, um eine Fixierung bzw. ortsfeste Anordnung des Wickelelements auszubilden und einzurichten.According to a further preferred embodiment of the invention, the winding element remains stationary in the material web roll. “Stationary” in the sense of the invention means that the winding element remains in operative connection with the arranged surface of the corresponding material web, at least during the production of the material web roll. Preferably, the winding element is arranged irreversibly during the winding of the material webs to form the material web roll. To fix the winding element on at least one surface of the material webs to be wound around the winding element, auxiliary and/or additives can be provided in order to form and set up a fixation or stationary arrangement of the winding element.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahnen Endlosbahnen zur Herstellung einer Mehrzahl an gewickelten Energiezellen sind. Die Materialbahnen können als gewickelte Endlosbahn oder als Endlosbahnlauf zur Herstellung der Energiezellen bereitgestellt werden. Vorzugsweise werden die Endlosbahnen in einem vorgelagerten Herstellungsprozess hergestellt. Die Endlosbahnen werden weiter bevorzugt kontinuierlich bereitgestellt und können bereits in vorgegebenen Konfigurationen der übereinanderliegenden Anordnung bereitstehen.A further expedient embodiment of the invention is characterized in that the material webs are endless webs for producing a plurality of wound energy cells. The material webs can be used as a wound endless web or as an endless web run to produce the energy cells are provided. The endless webs are preferably produced in an upstream manufacturing process. The endless webs are further preferably provided continuously and can already be available in predetermined configurations of the arrangement one above the other.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine der Materialbahnen mittels mindestens einer Schneideeinrichtung quer und/ oder längs zur Transportrichtung der Materialbahnen geschnitten wird, vorzugsweise vor und/oder nach dem Wickelelement. Durch das Schneiden der Materialbahnen mittels der mindestens einen Schneideeinrichtung ist es möglich, die Materialbahnen entsprechend vorgegebener Anforderungen an die Energiezelle zu schneiden. Die Anforderungen können insbesondere die Länge und/oder die Breite der Ausgangsmaterialien der Energiezelle betreffen. Für den Schnitt mittels der Schneideeinrichtungen kann es zweckdienlich sein, die Materialbahnen von Endlosbahnen abzulängen. Weiter bevorzugt erfolgt ein Schneiden der Materialbahnen längs und/oder quer zur Transportrichtung der Materialbahn. Durch die Schneideeinrichtung wird ein breiteres Anwendungsspektrum für die Wickelung bereitgestellt, indem beispielsweise breitere Materialbahnen zu schmaleren Materialbahnen mit gewünschten Abmessungen zugeschnitten werden können, die anschließend zu den gewünschten Materialbahnenwickel gewickelt werden. Darüber hinaus können vorzugsweise auf den Materialbahnen angeordnete Wickelelemente mittels der Schneideeinrichtung geschnitten werden. Weiter bevorzugt ist mittels der Schneideeinrichtung alternativ oder ergänzend auch ein anderweitiges Schnittmuster ausführbar, beispielsweise spezielle Aussparungen, Leiterbahnen oder spezifische weitere Schnittbilder.A preferred development of the invention is characterized in that at least one of the material webs is cut transversely and/or longitudinally to the transport direction of the material webs by means of at least one cutting device, preferably before and/or after the winding element. By cutting the material webs using the at least one cutting device, it is possible to cut the material webs in accordance with predetermined requirements for the energy cell. The requirements can in particular relate to the length and/or the width of the starting materials of the energy cell. For cutting using the cutting devices, it may be useful to cut the material webs from endless webs to length. More preferably, the material webs are cut along and/or transversely to the transport direction of the material web. The cutting device provides a wider range of applications for the winding, in that, for example, wider material webs can be cut to narrower material webs with desired dimensions, which are then wound into the desired material web rolls. In addition, winding elements preferably arranged on the material webs can be cut using the cutting device. More preferably, a different cutting pattern can alternatively or additionally be carried out by means of the cutting device, for example special recesses, conductor tracks or specific further cut images.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahnen mittels mindestens einem Transportelement transportiert werden, wobei das Wickelelement mittels des Transportelements beim Transport der Materialbahnen auf mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen quer oder längs zur Transportrichtung der Materialbahnen angeordnet wird, vorzugsweise fixiert angeordnet wird. Das Transportelement übernimmt dabei eine Doppelfunktion, da einerseits ein Transport der Materialbahnen bereitgestellt wird und andererseits eine Anordnung des Wickelelements auf mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen bereitgestellt wird. Hierzu werden die Materialbahnen zumindest teilweise mit dem auf dem Transportelement angeordnete Wickelelement transportiert, wobei eine Kontaktaufnahme zwischen Wickelelement und mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen ausgebildet und eingerichtet wird. Dies ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Erzeugung einer Wirkverbindung zwischen Wickelelement und Materialbahn, wodurch eine zuverlässige Anordnung des Wickelelements auf den Materialbahnen gegeben ist.An expedient embodiment of the invention is characterized in that the material webs are transported by means of at least one transport element, the winding element being arranged by means of the transport element when the material webs are transported on at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element, transversely or longitudinally to the transport direction of the material webs, is preferably arranged fixed. The transport element takes on a dual function, since on the one hand transport of the material webs is provided and on the other hand an arrangement of the winding element on at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element is provided. For this purpose, the material webs are at least partially transported with the winding element arranged on the transport element, with contact being formed and established between the winding element and at least one surface of the material webs to be wound around the winding element. This makes it possible to easily create an active connection between the winding element and the material web, which ensures a reliable arrangement of the winding element on the material webs.
Eine vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass das Transportelement trommelförmig ausgebildet und eingerichtet ist, um die Materialbahnen mittels des Transportelements zumindest bereichsweise entlang des Umfangs zu transportieren, wobei die Materialbahnen über ein auf dem Umfang des Transportelements angeordnetes Wickelelement zur Anordnung des Wickelelements auf den Materialbahnen transportiert werden. Durch das trommelförmige Transportelement ist einerseits eine kontinuierliche Bereitstellung des Wickelements gegeben und andererseits ist ein kontrollierter und kontinuierlicher Transport der Materialbahnen über das Wickelelement gegeben ist. Vorzugsweise werden durch das trommelförmige Transportelement kontinuierlich Wickelelemente zur Anordnung auf den Materialbahnen bereitgestellt, wodurch ein kontinuierlicher Herstellungsprozess erzeugt wird. Die Wickelelemente können vorzugsweise in dafür vorgesehenen Mulden auf dem trommelförmigen Transportelement bereitgestellt werden, die zumindest eine zeitweise Anordnung auf dem Transportelement ermöglichen. Das Wickelelement wird vorzugsweise in einem vorgelagerten Bereitstellungsvorgang dem trommelförmigen Transportelement kontinuierlich zugeführt, um anschließend auf den Materialbahnen angeordnet zu werden oder durch die Materialbahnen aufgenommen zu werden. In bevorzugten Weiterbildungen kann es zweckdienlich sein, dass ein Wickelelement oder ein Materialbahnenwickel von einer Mulde in eine weitere aufnehmende Mulde während des Wickelprozesses überführbar ist. Somit kann ein sicherer und schonender Transport des Wickelelements oder des Materialbahnenwickels bereitgestellt werden. Hierzu kann die Transporteinrichtung weiter bevorzugt mindestens einen mindestens eine Mulde aufweisenden Rotationskörper umfassen.An advantageous development is characterized in that the transport element is designed in a drum shape and is set up to transport the material webs at least partially along the circumference by means of the transport element, the material webs being arranged via a winding element arranged on the circumference of the transport element for arranging the winding element on the material webs be transported. The drum-shaped transport element ensures, on the one hand, a continuous supply of the winding element and, on the other hand, a controlled and continuous transport of the material webs via the winding element. Preferably, the drum-shaped transport element continuously provides winding elements for arrangement on the material webs, thereby producing a continuous manufacturing process. The winding elements can preferably be provided in troughs provided for this purpose on the drum-shaped transport element, which enable at least temporary arrangement on the transport element. The winding element is preferably continuously fed to the drum-shaped transport element in an upstream provision process in order to then be arranged on the material webs or to be picked up by the material webs. In preferred developments, it may be useful for a winding element or a roll of material web to be transferable from a trough into a further receiving trough during the winding process. A safe and gentle transport of the winding element or the material web roll can thus be provided. For this purpose, the transport device can further preferably comprise at least one rotating body having at least one trough.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Wickelelement fixierbar auf mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen angeordnet. Vorzugsweise kann das Wickelelement und/oder zumindest bereichsweise eine Oberfläche einer der Materialbahnen mit einem Hilfs- und/oder Zusatzstoff versehen sein, beispielsweise einem Klebemittel vorzugsweise einer Beleimung, um eine fixierte Anordnung des Wickelelements auf den Materialbahnen bereitzustellen.In a further preferred development of the invention, the winding element is arranged in a fixable manner on at least one surface of the material webs to be wound around the winding element. Preferably, the winding element and/or at least partially a surface of one of the material webs can be provided with an auxiliary and/or additive, for example an adhesive, preferably a glue, in order to provide a fixed arrangement of the winding element on the material webs.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Wickelelement mittels einer Trommel mindestens einer der Materialbahnen zugeführt wird, vorzugsweise mittels einer ein Gegenlageelement umfassenden Trommel. Die Trommel steht dazu in Eingriff mit den Materialbahnen, um das Wickelelement mindestens einer der Materialbahnen zuzuführen. Die Trommel weist vorzugsweise Mulden zur Aufnahme der Wickelelemente auf, um diese bedarfsweise mindestens einer der Materialbahnen zuzuführen. Die Gegentrommel weist vorzugsweise keine Mulde auf und kann weiter bevorzugt zum Transport der Materialbahnen ausgebildet und eingerichtet sein. Die Gegentrommel kann auf diese Weise gleichzeitig als Transportelement fungieren. Weiter bevorzugt weist die Gegentrommel eine Rollfläche auf. Die Trommel ist dafür ausgebildet und eingerichtet, die Wickelelemente der mindestens einen Materialbahn getaktet oder kontinuierlich zuzuführen.A further preferred embodiment is characterized in that the winding element uses a drum to hold at least one of the materials webs is fed, preferably by means of a drum comprising a counter-position element. For this purpose, the drum engages with the material webs in order to feed the winding element to at least one of the material webs. The drum preferably has troughs for receiving the winding elements in order to feed them to at least one of the material webs if necessary. The counter drum preferably has no trough and can more preferably be designed and set up to transport the material webs. In this way, the counter drum can also function as a transport element. More preferably, the counter drum has a rolling surface. The drum is designed and set up to feed the winding elements of the at least one material web in a clocked or continuous manner.
In einer alternativen Ausführungsform weist die Gegentrommel, die Wickelgegenlage und/oder der Rotationskörper zumindest bereichsweise eine „strukturierte Fläche“ und/ oder ein Eingriffselement auf, um bei mindestens einer der Materialbahnen zumindest bereichsweise spezifische mechanische und/oder oberflächenstrukturelle Eigenschaften zu erzeugen bzw. auszubilden. Auf diese Weise ist vorzugsweise ein Wickelanfang zum Beginnen des Wickelns ausbildbar. Besonders bevorzugt ist auf diese Weise ein Wickelelement durch mindestens eine der Materialbahnen erzeugbar, um die Wickelung des Materialbahnenwickels darum auszubilden und einzurichten. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Gegentrommel, die Wickelgegenlage und/oder der Rotationskörper zumindest bereichsweise eine beschichtete Oberfläche auf, wobei die beschichtete Oberfläche insbesondere zur Ausbildung unterschiedlicher Gleiteigenschaften mindestens einer der Materialbahnen auf der Gegentrommel, der Wickelgegenlage und/oder auf dem Rotationskörper vorgesehen ist. Die beschichtete Oberfläche kann insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet sein, das Gleiten mindestens einer der Materialbahnen und/oder des Materialbahnenwickels zu verbessern, das heißt die Reibungskraft zu verringern, oder das Gleiten mindestens einer der Materialbahnen und/oder des Materialbahnenwickels zu reduzieren, das heißt die Reibungskraft zu vergrößern.In an alternative embodiment, the counter drum, the winding counter and/or the rotating body has, at least in some areas, a “structured surface” and/or an engagement element in order to produce or form specific mechanical and/or surface structural properties in at least one of the material webs, at least in some areas. In this way, a winding start for starting the winding can preferably be formed. Particularly preferably, a winding element can be produced in this way by at least one of the material webs in order to form and set up the winding of the material web roll around it. In a preferred development of the invention, the counter drum, the winding counter and/or the rotary body has a coated surface at least in some areas, the coated surface being provided in particular for the formation of different sliding properties of at least one of the material webs on the counter drum, the winding counter and/or on the rotary body is. The coated surface can in particular be designed and set up to improve the sliding of at least one of the material webs and/or the material web roll, that is to say to reduce the frictional force, or to reduce the sliding of at least one of the material webs and/or the material web roll, that is to say the to increase friction force.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Materialbahnenwickel mittels einer Wickeltrommel gewickelt wird, wobei die auf der Wickeltrommel geführten Materialbahnen um das Wickelelement mittels einer Wickelgegenlage aufgewickelt werden. Mittels der Wickeltrommel in Verbindung mit der Wickelgegenlage wird der Materialbahnenwickel durch Wickeln der Materialbahnen um das Wickelelement erzeugt. Die Materialbahnen werden damit in Richtung der Längsachse der Energiezelle um das Wickelelement aufgewickelt, wodurch unter anderem in Abhängigkeit einer vorgegebenen oder vorgesehenen Länge der Materialbahnen ein entsprechender Materialbahnenwickel erzeugt wird. Die Materialbahnen können vor oder während des Wickelprozesses zugeschnitten werden, um einen entsprechenden Materialbahnenwickel einer vorgegebenen Länge der Materialbahnen zu erzeugen. Die Wickeltrommel und/oder die Wickelgegenlage können gesteuert und/oder geregelt werden, um eine gewünschte Wickelung auszubilden und einzurichten. Auf diese Weise ist insbesondere die Dauer, der Krafteintrag und/oder die Geschwindigkeit der Wickelung einstellbar. Weiter bevorzugt können mittels der Wickeltrommel und/oder der Wickelgegenlage weitere Faktoren bei der Herstellung der Materialbahnenwickel beeinflusst werden, beispielsweise die Temperaturzufuhr, (Anpress-)Drücke, Transportgeschwindigkeiten etc.An expedient embodiment of the invention is characterized in that the material web roll is wound by means of a winding drum, the material webs guided on the winding drum being wound around the winding element by means of a winding counter. By means of the winding drum in conjunction with the winding counter support, the material web roll is produced by winding the material webs around the winding element. The material webs are thus wound around the winding element in the direction of the longitudinal axis of the energy cell, whereby, among other things, a corresponding material web roll is generated depending on a predetermined or intended length of the material webs. The material webs can be cut before or during the winding process in order to produce a corresponding material web roll of a predetermined length of the material webs. The winding drum and/or the winding counter can be controlled and/or regulated to form and set up a desired winding. In this way, in particular the duration, the force input and/or the speed of the winding can be adjusted. More preferably, other factors in the production of the material web rolls can be influenced by means of the winding drum and/or the winding counter, for example the temperature supply, (pressure) pressures, transport speeds, etc.
Die Aufgabe wird auch durch die erfindungsgemäße Energiezelle in Wickelbauweise gelöst, insbesondere eine Zelle einer Lithium-Ionen-Batterie, mit einem um eine Längsachse der Energiezelle gewickelten Materialbahnenwickel aus mindestens vier Materialbahnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezelle nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Die Materialbahnen sind vorzugsweise jeweils eine Anoden- und eine Kathodenbahn sowie zwei Separatorbahnen, die beispielsweise als Folie vorliegen. Die Anoden- und die Kathodenbahn sind zumindest auf einer Oberfläche zumindest bereichsweise durch jeweils eine Separatorbahn bedeckt, wodurch eine Energiezellstruktur bereitgestellt wird. Bei der erfindungsgemäßen Energiezelle verbleibt das Wickelelement vorzugsweise in der Energiezelle bzw. in dem Materialbahnenwickel, wodurch einerseits eine kontinuierliche, kostengünstigere und schnelle Herstellung einer Energiezelle bereitstellbar ist und andererseits können spezifische Eigenschaften der Energiezelle durch den Verbleib des Wickelelements in der Energiezelle ausgebildet und eingerichtet werden.The object is also achieved by the energy cell according to the invention in a wound construction, in particular a cell of a lithium-ion battery, with a roll of material webs made of at least four material webs wound around a longitudinal axis of the energy cell, characterized in that the energy cell is produced according to a method according to the invention. The material webs are preferably each an anode and a cathode web as well as two separator webs, which are present, for example, as a film. The anode and cathode tracks are at least partially covered at least on one surface by a separator track, whereby an energy cell structure is provided. In the energy cell according to the invention, the winding element preferably remains in the energy cell or in the material web roll, which, on the one hand, enables continuous, more cost-effective and rapid production of an energy cell and, on the other hand, specific properties of the energy cell can be formed and set up by the winding element remaining in the energy cell.
Weiter wird die Aufgabe durch eine entsprechende Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, gelöst, die sich dadurch auszeichnet, dass sie erfindungsgemäße Energiezellen umfasst. Dadurch ist ebenfalls eine kostengünstige und zuverlässige Herstellung einer erfindungsgemäßen Batterie möglich, die durch das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren die Vorteile der Energiezelle aufweist. Derartige Batterien können in einem breiten Anwendungsspektrum vorgesehen sein und weisen durch das entsprechende Herstellungsverfahren die positiven Aspekte der erfindungsgemäßen Energiezelle auf.The object is further achieved by a corresponding battery, in particular a lithium-ion battery, which is characterized in that it comprises energy cells according to the invention. This also makes it possible to produce a battery according to the invention cost-effectively and reliably, which has the advantages of the energy cell due to the corresponding method according to the invention. Such batteries can be intended for a wide range of applications and, thanks to the corresponding manufacturing process, have the positive aspects of the energy cell according to the invention.
Die Aufgabe wird zudem durch die eingangs genannte Vorrichtung dadurch gelöst, dass eine Wickeleinrichtung zum Wickeln der Materialbahnen zu einem gewickelten Materialbahnenwickel vorgesehen ist, wobei der Wickeleinrichtung vorgelagert mindestens eine Wickelelementeinbringeinrichtung angeordnet ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, ein sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle erstreckendes Wickelelement vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen zu bringen. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird sichergestellt, dass die mindestens zwei Materialbahnen mittels der Wickeleinrichtung zu einem gewickelten Materialbahnenwickel überführbar sind, wobei mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung ein Wickelelement vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen in Wirkverbindung mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen bringbar ist. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, dass die mindestens zwei Materialbahnen gleichzeitig um das Wickelelement wickelbar sind, das als Ausgangspunkt für die Wickelung dient. Durch die Einbringung des Wickelelements mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung wird eine Möglichkeit bereitgestellt, das Wickelelement den Materialbahnen vor der Wickelung zentral zur Verfügung zu stellen, um die übereinanderliegenden Materialbahnen entsprechend gemeinsam zu wickeln. Vorzugsweise ist der entsprechend erzeugte Materialbahnenwickel anschließend zu einer gewickelten Energiezelle weiterverarbeitbar. Durch die Einbringung des Wickelelements auf die mindestens eine Materialbahn wird der Materialbahnenwickel um das Wickelelement aufgebaut, wodurch eine kontinuierliche Herstellung von Materialbahnenwickel sowie Energiezellen gegeben ist. Die mit dem Wickelelement versehenen Materialbahnen können in dem Wickelprozess gemeinsam mit den gesamten zu wickelnden Materialbahnen aufgewickelt werden. Die mit dem Wickelelement versehenen Materialbahnen können bevorzugt gezogen und bewegt werden und gemeinsam „als eine Materialbahn“ dem nachgeordneten Wickelprozess zugeführt werden. Die Einbringung des Wickelelements mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung verringert die Anzahl an benötigten Zuführungen und/oder Transporteinrichtungen während des Wickelprozesses, wodurch eine schnellere sowie flexiblere Herstellung von Energiezellen gegeben ist. Die mit dem Wickelelement versehenen Materialbahnen können zudem flexibler transportiert werden, wodurch eine vergrößerte Anzahl an Wickelungen und Geometrien der Energiezellen erzeugbar sind und die Gefahr des Verrutschens oder des Bruchs der Materialbahnen verringert wird. Vorzugsweise sind die Dimensionen, die Materialien sowie die Abmessungen der Wickeleinrichtung, der Zuführeinrichtung und/oder der Wickelelementeinbringeinrichtung je nach Dicke oder Länge der zu wickelnden Materialbahnenwickel bzw. dem vorgesehenen Durchmesser oder der Intensität der Wickelung des Materialbahnenwickels ausgewählt. Die Anzahl der Wickelumdrehungen durch die Wickeleinrichtung ist vorzugsweise aus der Materialbahnenlänge vorbekannt, wodurch ein gezieltes Anhalten und/oder Übergeben an eine weitere Einheit mit einer definierten Nahtlage der letzten äußeren Umwicklung des Materialbahnenwickels gegeben ist.The task is also achieved by the device mentioned at the beginning in that a winding device for winding the material webs to a wound material web roll is provided, with at least one winding element introduction device being arranged upstream of the winding device, which is designed and set up to have a winding element extending in the direction of the longitudinal axis of the energy cell before or with the winding of the material webs in operative connection with at least one surface around the winding element to be brought to winding material webs. The device according to the invention ensures that the at least two material webs can be converted into a wound material web roll by means of the winding device, with a winding element being able to be brought into operative connection with at least one surface of the material webs to be wound around the winding element before or with the winding of the material webs. In this way, it is possible, for example, for the at least two material webs to be wound simultaneously around the winding element, which serves as the starting point for the winding. The introduction of the winding element by means of the winding element introduction device provides a possibility of making the winding element centrally available to the material webs before winding in order to wind the material webs lying one above the other together accordingly. Preferably, the correspondingly produced material web roll can then be further processed into a wound energy cell. By introducing the winding element onto the at least one material web, the material web roll is built up around the winding element, which ensures continuous production of material web rolls and energy cells. The material webs provided with the winding element can be wound up in the winding process together with the entire material webs to be wound. The material webs provided with the winding element can preferably be pulled and moved and fed together “as one material web” to the downstream winding process. The introduction of the winding element by means of the winding element introduction device reduces the number of feeds and/or transport devices required during the winding process, which results in faster and more flexible production of energy cells. The material webs provided with the winding element can also be transported more flexibly, which means that an increased number of windings and geometries of the energy cells can be produced and the risk of the material webs slipping or breaking is reduced. Preferably, the dimensions, the materials and the dimensions of the winding device, the feeding device and/or the winding element introduction device are selected depending on the thickness or length of the roll of material web to be wound or the intended diameter or the intensity of the winding of the roll of material web. The number of winding revolutions through the winding device is preferably known in advance from the length of the material web, which means that the last outer wrap of the material web winding can be specifically stopped and/or transferred to another unit with a defined seam position.
Unter den Erfindungsgedanken fallen gleichermaßen Vorrichtungen, die derart in der Breite angepasst sind, dass gleichzeitig eine Mehr- oder Vielzahl an Materialbahnen parallel zu Materialbahnenwickel herstellbar sind. Vorzugsweise sind derartige erfindungsgemäße Vorrichtungen insbesondere in der (Maschinen-)Breite variabel ausgebildet und eingerichtet, so dass jeweils mehrere Materialbahnen nebeneinander bzw. parallel mittels der Transporteinrichtung transportierbar sind. Mit einer einzigen Vorrichtung sind somit auf einer Mehr- oder Vielzahl von mindestens zwei Materialbahnen Wickelelemente mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung einbringbar, um anschließend einen Materialbahnenwickel mittels der Wickeleinrichtung auszubilden und einzurichten. Anders ausgedrückt werden auf einer Vorrichtung eine Mehr- oder Vielzahl an Materialbahnen parallel verarbeitet, indem die Vorrichtungsbestandteile in der Breite entsprechend angepasst sind, um eine parallele Einbringung an Wickelelementen und anschließende Wickelung bereitzustellen. Hierzu sind die vorgesehenen Einrichtungen, Stationen und die jeweiligen Mittel korrespondierend anzupassen, um eine Skalierbarkeit in der Breite bereitzustellen.The inventive concept also includes devices whose width is adjusted in such a way that a plurality or plurality of material webs can be produced parallel to material web rolls at the same time. Such devices according to the invention are preferably designed and set up to be variable, in particular in terms of the (machine) width, so that several material webs can be transported next to one another or in parallel by means of the transport device. With a single device, winding elements can be introduced onto a plurality or plurality of at least two material webs by means of the winding element insertion device in order to then form and set up a material web roll by means of the winding device. In other words, a plurality of material webs are processed in parallel on a device by adjusting the width of the device components accordingly in order to provide parallel introduction of winding elements and subsequent winding. For this purpose, the intended facilities, stations and the respective means must be adapted accordingly in order to provide scalability across the board.
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere auch auf die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Detail geschilderten Vorzüge verwiesen. Diese gelten in analoger Weise auch für die im Folgenden angegebene erfindungsgemäße Vorrichtung.To avoid repetition, in connection with the device according to the invention, reference is made in particular to the advantages already described in detail in connection with the method according to the invention. These also apply in an analogous manner to the device according to the invention specified below.
Eine Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelelementeinbringeinrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, das Wickelelement aus einem Abschnitt mindestens einer der Materialbahnen zu bilden. Durch die Wickelelementeinbringeinrichtung ist es in einer möglichen Ausführungsform möglich, dass der Abschnitt mindestens einer der Materialbahnen durch Umformung zu dem Wickelelement bildbar ist. Die Umformung kann beispielsweise durch Rollung des Abschnitts zu einem Wickelelement erfolgen. Hierzu kann die Wickelelementeinbringeinrichtung weitere Mittel, beispielsweise mindestens ein Rollelement umfassen, um eine Rollung des Abschnitts zu einem Wickelelement auszubilden und einzurichten. Vorzugsweise ist das Wickelelement mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung kontinuierlich aus dem Abschnitt herstellbar, was bedeutet, dass die Materialbahnen kontinuierlich transportierbar sind, und dass jeweils während des Durchlaufens der Wickelelementeinbringeinrichtung ein Wickelelement aus dem Abschnitt bildbar ist. Für die Bildung des Wickelelements aus dem Abschnitt können weitere Zusatz- und/oder Hilfsstoffe vorgesehen sein, die mittels geeigneter Einrichtungen zufügbar sind.A further development is characterized in that the winding element introduction device is designed and set up to form the winding element from a section of at least one of the material webs. In one possible embodiment, the winding element insertion device makes it possible for the section of at least one of the material webs to be formed into the winding element by forming. The forming can be carried out, for example, by rolling the section into a winding element. For this purpose, the winding element insertion device can comprise further means, for example at least one rolling element, in order to form and set up a rolling of the section into a winding element. Preferably, the winding element is continuously removed from the section by means of the winding element introduction device adjustable, which means that the material webs can be transported continuously, and that a winding element can be formed from the section while passing through the winding element introduction device. For the formation of the winding element from the section, further additives and/or auxiliary materials can be provided, which can be added using suitable devices.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Wickelelement mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung quer oder längs zur Transportrichtung der Materialbahnen auf der Oberfläche mindestens einer der Materialbahnen anordenbar ist, vorzugsweise fixiert anordenbar.In a further advantageous embodiment of the invention, the winding element can be arranged, preferably fixed, on the surface of at least one of the material webs by means of the winding element introduction device transversely or longitudinally to the transport direction of the material webs.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter mindestens eine Schneideeinrichtung umfasst, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Materialbahnen quer oder längs zur Transportrichtung zu schneiden, vorzugsweise vor und/oder nach der Wickelelementeinbringeinrichtung angeordnet. Die mindestens eine Schneideeinrichtung ermöglicht es, mindestens eine oder jede der Materialbahnen und/oder das Wickelelement zu schneiden. Die Schneideeinrichtungen sind vorzugsweise zum Ablängen von Endlosbahnen vorgesehen, alternativ oder ergänzend können die Schneideeinrichtung vorgesehen sein, das Wickelelement in einer vorgegebenen Länge, Breite und/oder Form zu schneiden. Durch die Schneideeinrichtung ist ein breiteres Anwendungsspektrum für die Vorrichtung gegeben, indem beispielsweise breitere Materialbahnen zu schmaleren Materialbahnen mit gewünschten Abmessungen zugeschnitten werden können. Darüber hinaus können Materialbahnen entsprechend eines vorgegebenen Zuschnitts geschnitten werden. Weiter bevorzugt ist mittels der Schneideeinrichtung alternativ oder ergänzend auch ein anderweitiges Schnittmuster ausführbar, beispielsweise spezielle Aussparungen, Leiterbahnen oder spezifische weitere Schnittbilder. Die Schneideeinrichtungen können beispielsweise durch ein Schneidmittel und eine Gegentrommel ausgebildet und eingerichtet sein. Das Schneidmittel schneidet hierzu die auf der Gegentrommel geführten Materialbahnen mit der vorgegeben Schnittfolge oder Länge, welche durch den Schneidvorgang und/oder das entsprechende Schneidmittel definiert ist. Die Schneideeinrichtung kann vorzugsweise eine Stanz-, Laser-, Messer- oder Thermoschneideeinrichtung umfassen und zur Ausführung des Schneidevorgangs ausgebildet und eingerichtet sein.An expedient embodiment of the invention is characterized in that the device further comprises at least one cutting device, which is designed and set up to cut the material webs transversely or longitudinally to the transport direction, preferably arranged before and/or after the winding element introduction device. The at least one cutting device makes it possible to cut at least one or each of the material webs and/or the winding element. The cutting devices are preferably provided for cutting endless webs to length; alternatively or additionally, the cutting devices can be provided to cut the winding element in a predetermined length, width and/or shape. The cutting device provides a wider range of applications for the device, for example by allowing wider material webs to be cut into narrower material webs with the desired dimensions. In addition, material webs can be cut according to a specified cut. More preferably, a different cutting pattern can alternatively or additionally be carried out by means of the cutting device, for example special recesses, conductor tracks or specific further cut images. The cutting devices can be designed and set up, for example, by a cutting means and a counter drum. For this purpose, the cutting means cuts the material webs guided on the counter drum with the predetermined cutting sequence or length, which is defined by the cutting process and/or the corresponding cutting means. The cutting device can preferably comprise a punching, laser, knife or thermal cutting device and can be designed and set up to carry out the cutting process.
Eine weitere bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eines der Transportelemente als die Wickelelementeinbringeinrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, um das Wickelelement beim Transport der Materialbahnen auf mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen quer oder längs zur Transportrichtung der Materialbahnen anzuordnen, vorzugsweise fixiert anzuordnen. Damit ist eine Doppelfunktion der Transportelemente bereitstellbar, um einen kompakten und effizienten Transport der Materialbahnen zu ermöglichen und gleichzeitig eine Bereitstellung der Wickelelemente auszuführen. Im Sinne der Erfindung ist es allerdings nicht erforderlich, dass die Doppelfunktion durch das mindestens eine Transportelement bereitgestellt wird. Das Transportelement ist bevorzugt als Rotationskörper ausgebildet und eingerichtet, der weiter bevorzugt Aufnahmestellen zur Aufnahme der Wickelelemente umfasst.A further preferred embodiment of the invention is characterized in that at least one of the transport elements is designed as the winding element insertion device and is set up to arrange the winding element when transporting the material webs on at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element transversely or longitudinally to the transport direction of the material webs , preferably fixed. This makes it possible for the transport elements to have a dual function in order to enable compact and efficient transport of the material webs and at the same time to provide the winding elements. In the sense of the invention, however, it is not necessary that the dual function is provided by the at least one transport element. The transport element is preferably designed and set up as a rotating body, which further preferably comprises receiving points for receiving the winding elements.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Transportelement trommelförmig ausgebildet und eingerichtet ist, um die Materialbahnen mittels des Transportelements zumindest bereichsweise entlang des Umfangs zu transportieren, wobei die Materialbahnen über ein auf dem Umfang des Transportelements in einer Mulde angeordnetes Wickelelement zur Anordnung des Wickelelements auf den Materialbahnen transportierbar sind.A preferred development of the invention is characterized in that the transport element is designed in the shape of a drum and is set up to transport the material webs at least partially along the circumference by means of the transport element, the material webs being arranged via a winding element arranged in a trough on the circumference of the transport element of the winding element can be transported on the material webs.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelelementeinbringeinrichtung als eine mindestens eine Mulde aufweisende Trommel ausgebildet und eingerichtet ist, um das Wickelelement aufzunehmen und/oder an die Materialbahnen zu übergeben. Vorzugsweise weist die Trommel eine Mehr- oder Vielzahl an Mulden auf, um eine entsprechende Anzahl an Wickelelementen aufzunehmen und an die Materialbahnen zu übergeben. Zur Sicherung der Wickelelemente auf der Wickelelementeinbringeinrichtung können bevorzugt weitere Mittel und oder Eigenschaften vorgesehen sein, beispielsweise eine Unterdruckbeaufschlagung, um das Wickelelement zumindest bedarfsweise zu halten.A further expedient embodiment of the invention is characterized in that the winding element introduction device is designed as a drum having at least one trough and is set up to receive the winding element and/or to transfer it to the material webs. The drum preferably has a plurality or number of troughs in order to accommodate a corresponding number of winding elements and to transfer them to the material webs. To secure the winding elements on the winding element insertion device, further means and/or properties can preferably be provided, for example a negative pressure application, in order to hold the winding element at least if necessary.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Wickeleinrichtung als eine eine Wickelgegenlage umfassende Wickeltrommel ausgebildet und eingerichtet ist, um die auf der Wickeleinrichtung transportierten Materialbahnen in Wirkverbindung mit der Wickelgegenlage zu dem Materialbahnenwickel aufzuwickeln. Die Wickelgegenlage kann grundsätzlich aus jedem geeigneten Material und/oder Form gebildet sein. Die Wickelgegenlage kann beispielsweise ein Transportband und/ oder eine oder mehrere Rollen oder Rotationskörper umfassen. Darüber hinaus kann es zweckdienlich sein, dass die Wickelgegenlage antreibbar oder starr ausgebildet und eingerichtet ist. Weiter bevorzugt ist mittels der Wickelgegenlage die Konfiguration des zu wickelnden Materialbahnenwickels einstellbar, steuerbar und/oder regelbar ausgebildet und eingerichtet.A preferred development of the invention is characterized in that the winding device is designed as a winding drum comprising a winding support and is set up to wind up the material webs transported on the winding device in operative connection with the winding support to form the material web roll. The winding support can in principle be made of any suitable material and/or shape. The winding counter can, for example, comprise a conveyor belt and/or one or more rollers or rotating bodies. In addition, it can be useful for the winding counter to be designed and set up to be drivable or rigid. Further preferred is the configuration of the material webs to be wound by means of the winding counter Winding adjustable, controllable and / or adjustable designed and set up.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Wickeleinrichtung nachgelagert mindestens eine zur Abgabe der Materialbahnenwickel ausgebildete und eingerichtete Abgabeeinrichtung angeordnet. Die Abgabeeinrichtung übernimmt die Materialbahnenwickel von der Wickeleinrichtung oder der Transporteinrichtung, um eine kontinuierliche Herstellung von Energiezellen zu ermöglichen. Die Abgabeeinrichtung ist weiter bevorzugt derart ausgebildet und eingerichtet, dass diese ein von der Wickeleinrichtung erzeugten Materialbahnenwickel übergeben bekommt oder das ein abgegebener Materialbahnenwickel durch die Abgabeeinrichtung aufnehmbar ist. Die Abgabeeinrichtung ist bevorzugt nach der Wickeleinrichtung oder der Transporteinrichtung, insbesondere nach dem Rotationskörper, angeordnet. Mittels der Abgabeeinrichtung ist weiter bevorzugt ein Haftmittel an und/oder auf dem Materialbahnenwickel aufbringbar, um den Materialbahnenwickel zumindest zeitweise im Wesentlichen formstabil zu sichern. Das Haftmittel kann beispielsweise ein Klebestreifen sein.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one dispensing device designed and set up to dispense the material web rolls is arranged downstream of the winding device. The delivery device takes over the rolls of material webs from the winding device or the transport device in order to enable continuous production of energy cells. The dispensing device is further preferably designed and set up in such a way that it receives a material web roll generated by the winding device or that a dispensed material web roll can be received by the dispensing device. The delivery device is preferably arranged after the winding device or the transport device, in particular after the rotating body. By means of the dispensing device, an adhesive agent can further preferably be applied to and/or on the roll of material web in order to secure the roll of material web in a substantially dimensionally stable manner at least temporarily. The adhesive can be, for example, an adhesive strip.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wickeleinrichtung, der Rotationskörper und/oder die Wickelgegenlage zumindest bereichsweise temperierbar und/oder druckbelastbar ausgebildet und eingerichtet ist/ sind, um zumindest bereichsweise eine Temperatur und/oder Druck auf die Materialbahnen oder den Materialbahnenwickel einzutragen. Durch das Eintragen von Druck können vorgegebene mechanische Eigenschaften bei den Materialbahnen und/oder bei dem Materialbahnenwickel erzeugt werden. Auf diese Weise ist beispielsweise ein Laminieren, ein Komprimieren oder ein Härten der Materialbahnen und/oder des Materialbahnenwickels möglich, um diese beispielsweise zumindest bereichsweise miteinander zu verbinden oder um die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts zu beeinflussen. Vorzugsweise ist die Wickelgegenlage oder der Rotationskörper zumindest bereichsweise beheizbar und/oder kühlbar ausgebildet und eingerichtet. Alternativ oder ergänzend kann der Rotationskörper beispielsweise mit einem einstellbaren Druck gegen die Materialbahnen und/oder gegen den Materialbahnenwickel verfahrbar ausgebildet und eingerichtet sein, um einen vorgegebenen Druck durch Anlage gegen die Wickelgegenlage zu erzeugen. Alternativ oder ergänzend kann eine Einrichtung zum Eintrag von Hilfs- und/oder Zusatzstoffen vorgesehen sein, um beispielsweise ein reversibles oder irreversibles Verbinden der Materialbahnen und/oder des Materialbahnenwickels auszubilden und einzurichten.An expedient embodiment of the invention is characterized in that the winding device, the rotating body and/or the winding support is/are designed to be able to withstand temperatures and/or pressure loads at least in some areas and are set up to apply a temperature and/or pressure to the material webs or the material web roll at least in some areas . By applying pressure, predetermined mechanical properties can be generated in the material webs and/or in the material web wrap. In this way, for example, laminating, compressing or hardening the material webs and/or the material web roll is possible, for example in order to connect them to one another at least in some areas or to influence the mechanical properties of the end product. Preferably, the winding counter or the rotating body is designed and set up to be heatable and/or coolable at least in some areas. Alternatively or additionally, the rotating body can be designed and set up to be movable, for example with an adjustable pressure against the material webs and/or against the material web winding, in order to generate a predetermined pressure by resting against the winding counter. Alternatively or additionally, a device for introducing auxiliary and/or additives can be provided, for example in order to form and set up a reversible or irreversible connection of the material webs and/or the material web roll.
Weitere zweckmäßige und/oder vorteilhafte Merkmale und Weiterbildungen sowie bevorzugte Vorrichtungsgegenstände ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, -
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und -
3 a und b jeweils eine schematische Darstellung von Materialbahnen, die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. durch das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Energiezelle herstellbar sind.
-
1 a schematic representation of a device according to the invention in cross section for carrying out a method according to the invention, -
2 a schematic representation of a further embodiment of a device according to the invention in cross section for carrying out a method according to the invention and -
3 a and b each shows a schematic representation of material webs that can be produced into an energy cell using the device according to the invention or by the method according to the invention.
Anhand der vorgenannten Figuren wird die erfindungsgemäße Vorrichtung näher beschrieben.The device according to the invention is described in more detail using the aforementioned figures.
Die in den Zeichnungen dargestellten Vorrichtungen 10 sind exemplarisch als eigenständige und separate Vorrichtung 10 ausgebildet und eingerichtet. Die Erfindung bezieht sich jedoch in gleicher Weise auf vergleichbare Vorrichtungen 10, die in einer komplexeren Anlage mit mehreren Baugruppen oder vor- und/oder nachgelagerten weiteren Vorrichtungs- oder Maschinenbestandteilen integriert ist. Derartige Vorrichtungen 10 können insbesondere in der (Maschinen-)Breite variabel ausgebildet und eingerichtet sein, so dass mehrere Materialbahnen 11, 12, 13, 14 parallel mittels der Vorrichtung 10 bearbeitet werden können. Anders ausgedrückt können auf einer Vorrichtung 10 eine Mehr- oder Vielzahl an Materialbahnen 11, 12, 13, 14 parallel verarbeitet werden, indem die Vorrichtungsbestandteile in der Breite entsprechend angepasst sind. Hierzu sind die vorgesehenen Einrichtungen und die jeweiligen Mittel korrespondierend anzupassen, um eine Skalierbarkeit in der Breite bereitzustellen.The
Die vorgesehenen Materialbahnen 11, 12, 13, 14 werden vorzugsweise in einer Herstellmaschine erzeugt, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfassen kann und/oder der eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 nachgelagert angeordnet ist. Eine derartige - in den Figuren nicht dargestellte - Herstellmaschine umfasst vorzugsweise unterschiedliche Schritte, um die entsprechenden Materialbahnen 11, 12, 13, 14 mit den vorgesehenen Eigenschaften zum Herstellen einer gewickelten Energiezelle zu erzeugen. Die Materialbahnen 11, 12, 13, 14 werden in der Regel als Endlosbahnen bereitgestellt und können bereits in vorgesehenen Längen und/oder Breiten vorgeschnitten vorliegen. In einer vorgelagerten Vorrichtung bzw. in vorgelagerten Verarbeitungsschritten können die Materialbahnen 11, 12, 13, 14 darüber hinaus vorzugsweise zumindest bereichsweise miteinander zu einem Materialbahnenverbund 19 verbindbar sein.The intended
In den
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Wickelelement 17 aus einem Abschnitt 20 mindestens einer der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 erzeugt. Vorzugsweise umfasst der Abschnitt 20 der Materialbahn 11, 12, 13, 14 mindestens eine Separatorbahn 11, 13. Weiter bevorzugt wird der Abschnitt 20 zumindest bereichsweise aus einer oder zwei Separatorbahn/en 11, 13 gebildet. In den
Das Wickelelement 17 wird in einer bevorzugten Ausführungsform quer oder längs zur Transportrichtung T der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 auf der Oberfläche 18 mindestens einer der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 angeordnet, vorzugsweise fixiert angeordnet. In den
In einer bevorzugten Ausführungsform verbleibt das Wickelelement 17 in dem Materialbahnenwickel 16 ortsfest. Das Wickelelement 17 ist somit Bestandteil der Energiezelle 15 und verbleibt insbesondere im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Energiezelle 15 in dem Materialbahnenwickel 16. Weiter bevorzugt wird das Wickelelement 17 fixierbar auf mindestens einer Oberfläche 18 der um das Wickelelement 17 zu wickelnden Materialbahnen 11, 12, 13, 14 angeordnet. Für die Anordnung des Wickelelements 17 auf den Materialbahnen 11, 12, 13, 14 kann es vorteilhaft sein Hilfs- und/oder Zusatzstoffe zu verwenden, damit eine fixierte und/oder ortsfeste Anordnung des Wickelelements 17 bereitgestellt wird.In a preferred embodiment, the winding
Vorzugsweise sind die Materialbahnen 11, 12, 13, 14 Endlosbahnen zur Herstellung einer Mehrzahl an gewickelten Energiezellen 15. In den
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann mindestens eine der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 mittels mindestens einer Schneideeinrichtung 21 quer und/oder längs zur Transportrichtung T der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 geschnitten werden, vorzugsweise vor und/oder nach dem Wickelelement 17. In den
Wie in der
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform wird das Wickelelement 17 mittels einer Trommel 23 mindestens einer der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 zugeführt, vorzugsweise mittels einer ein Gegenlageelement 24 umfassenden Trommel 23. In der Ausführungsform der
Wie in den
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Vorrichtung 10 zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass eine Wickeleinrichtung 29 zum Wickeln der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 zu einem gewickelten Materialbahnenwickel 16 vorgesehen ist, wobei der Wickeleinrichtung 29 vorgelagert mindestens eine Wickelelementeinbringeinrichtung 30 angeordnet ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, ein sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle 15 erstreckendes Wickelelement 17 vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche 18 der um das Wickelelement 17 zu wickelnden Materialbahnen 11, 12, 13, 14 zu bringen. In der
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Wickelelement 17 mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung 30 quer oder längs zur Transportrichtung T der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 auf der Oberfläche 18 mindestens einer der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 anordenbar, vorzugsweise fixiert anordenbar ist. Die fixierte Anordnung ist beispielsweise mittels eines Klebestoffes ausbildbar, was durch eine - in den Figuren nicht gezeigte - Klebstoffauftrageeinrichtung auf dem Wickelelement 17 und/oder der Oberfläche 18 einer der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 aufbringbar ist. Die Fixierung des Wickelelements 17 auf mindestens einer Oberfläche 18 kann besonders bevorzugt mittels Beleimung erfolgen. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung 10 weiter mindestens eine Schneideeinrichtung 21, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Materialbahnen 11, 12, 13, 14 quer oder längs zur Transportrichtung zu schneiden, vorzugsweise vor und/oder nach der Wickelelementeinbringeinrichtung 30 angeordnet. In der
Wie in der
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Wickeleinrichtung 29 als eine eine Wickelgegenlage 26 umfassende Wickeltrommel 25 ausgebildet und eingerichtet, um die auf der Wickeleinrichtung 29 transportierten Materialbahnen 11, 12, 13, 14 in Wirkverbindung mit der Wickelgegenlage 26 zu dem Materialbahnenwickel 16 aufzuwickeln. Die Wickelgegenlage 26 in der
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine - in den Figuren nicht dargestellte - Abgabeeinrichtung, wobei die Abgabeeinrichtung weiter bevorzugt mindestens eine Fixiereinrichtung, die zum zumindest bereichsweisen Fixieren des Materialbahnenwickels 16 ausgebildet und eingerichtet ist, aufweist. Hierzu kann beispielsweise ein Klebemittel, beispielsweise ein Klebestreifen, ein Tape oder dergleichen, auf mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 und/oder auf einer Oberfläche des Materialbahnenwickels 16 eingebracht/aufgebracht werden, um ein unerwünschtes Öffnen/Entwickeln des Materialbahnenwickels 16 nach dem Wickeln zu verhindern.In a further advantageous embodiment, the device comprises a dispensing device - not shown in the figures, wherein the dispensing device further preferably has at least one fixing device which is designed and set up to fix the
Claims (23)
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
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