DE102022128219A1

DE102022128219A1 - Laminiervorrichtung zum Laminieren von mehrlagigen Endlosbahnen zur Herstellung von Energiezellen

Info

Publication number: DE102022128219A1
Application number: DE102022128219.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Kleine Wächter; Manfred Folger; Dennis Springborn
Original assignee: Koerber Technologies GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2024-04-25
Also published as: WO2024088825A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laminierungsvorrichtung für eine mehrlagige Endlosbahn (3) aus wenigstens einer Separatorbahn (4,6) und wenigstens einer Elektrode (5) zur Herstellung von Energiezellen, mit einer Presseinrichtung, welche die mehrlagige Endlosbahn (3) unter Ausübung einer Druckkraft laminiert. Die Presseinrichtung weist eine Pressfläche mit wenigstens einer Ausnehmung auf, welche so angeordnet ist, dass sie bei der Ausübung der Druckkraft über die Pressfläche zur Überdeckung wenigstens einer der Kanten (14,15,16,17) der Elektroden (5,7) gelangt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laminierungsvorrichtung zum Laminieren von mehrlagigen Endlosbahnen zur Herstellung von Energiezellen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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 können solche Energiezellen eine Struktur aus einer Vielzahl von zu einem Stapel gestapelten Segmenten aufweisen. Diese Segmente sind jeweils aus sich abwechselnden Anodenblättern und Kathodenblättern, die durch ebenfalls als Segmente hergestellte Separatorblätter voneinander getrennt sind, gebildet. Die Segmente werden in dem Herstellungsprozess vorgeschnitten und dann zu den Stapeln in der vorbestimmten Reihenfolge aufeinandergelegt und durch Laminieren miteinander verbunden. Dabei werden die Anodenblätter und Kathodenblätter zuerst von einer Endlosbahn geschnitten und dann vereinzelt in Abständen auf jeweils eine Endlosbahn eines Separatormaterials aufgelegt. Diese anschließend gebildete „doppellagige“ Endlosbahn aus dem Separatormaterial mit den aufgelegten Anodenblättern oder Kathodenblättern wird dann in einem zweiten Schritt wieder mit einer Schneidvorrichtung in Segmente geschnitten, wobei die Segmente in diesem Fall doppellagig durch ein Separatorblatt mit einem darauf angeordneten Anodenblatt oder Kathodenblatt gebildet sind. Sofern dies fertigungstechnisch machbar oder erforderlich ist, können die Endlosbahnen des Separatormaterials mit den aufgelegten Anodenblättern und Kathodenblättern auch vor dem Schneiden aufeinandergelegt werden, so dass eine Endlosbahn mit einer ersten endlosen Schicht des Separatormaterials mit darauf aufgelegten Anodenblättern oder Kathodenblättern und einer zweiten endlosen Schicht des Separatormaterials mit wiederum darauf aufgelegten Anodenblättern oder Kathodenblättern gebildet wird. Diese „vierlagige“ Endlosbahn wird dann mittels einer Schneidvorrichtung in Segmente geschnitten, welche in diesem Fall vierlagig mit einem ersten Separatorblatt, einem Anodenblatt, einem zweiten Separatorblatt und einem darauf anliegenden Kathodenblatt gebildet sind. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass ein Schnitt gespart werden kann. Ferner können die geschnittenen Elektroden auch auf eine endlose Separatorbahn aufgelegt und durch eine weitere endlose Separatorbahn zu einer dreilagigen Endlosbahn aufeinandergelegt werden, von der dann dreilagige Segmente mit einem Separatorblatt, einem Elektrodenblatt und einem weiteren Separatorblatt geschnitten werden. Segmente im Sinne dieser Erfindung sind demnach einlagige Segmente eines Separatormaterials, Anodenmaterials oder Kathodenmaterials oder auch doppellagige, dreilagige oder vierlagige Segmente des oben beschriebenen Aufbaus.
Ferner können die oben beschrieben „doppellagigen“ oder „vierlagigen“ Endlosbahnen auch durch Auflegen einer weiteren Separatorbahn auf die Elektroden zu einer „dreilagigen“ oder „fünflagigen“ Endlosbahn ergänzt werden, welche dann auf beiden Seiten jeweils eine Separatorbahn aufweisen.
Alternativ können die Elektroden auch als Endlosbahnen also ungeschnitten in den „doppellagigen“, „dreilagigen“, „vierlagigen“ oder „fünflagigen“ Endlosbahnen vorliegen, welche dann zu erheblich größeren Längen geschnitten und dann z.B. aufgewickelt werden. Alternativ können die Endlosbahnen auch zuerst gewickelt und dann nach dem Beenden des Wickelns geschnitten werden. In diesem Fall liegen die Elektroden in den Endlosbahnen nicht als beabstandete Segmente vor, sondern stattdessen in einem einzigen Segment, welches sich ohne Unterbrechungen in dem Zwischenraum zwischen den Separatorbahnen erstreckt.
Ferner kann in der Endlosbahn auch eine Elektrode in Form einer Kupferbahn oder Kupferfolie oder einem vergleichbaren Trägermaterial mit einer intermittierenden Beschichtung vorgesehen sein, bei der die Beschichtungen jeweils sektionale beabstandete Erhöhungen in der Elektrode bilden.
Zum Laminieren der „doppellagigen“, „dreilagigen“, „vierlagigen“ oder „fünflagigen“ Endlosbahnen werden diese zwischen zwei Presseinrichtungen hindurchgeführt, welche eine Druckkraft auf die Endlosbahnen ausüben. Dabei werden in diesen Endlosbahnen die Elektroden mit den Separatorbahnen verpresst. Grundsätzlich werden die Elektroden mit den Separatorbahnen mittels einer Presseinrichtung durch die Ausübung der Druckkraft miteinander verbunden und laminiert. Zusätzlich kann das Laminieren durch eine druckkraftbedingte Erzeugung von Wärme unterstützt werden. Ferner können zusätzlich können weitere Heiz- oder auch Kühlzonen vorgesehen sein, welche die Endlosbahnen beim Laminieren temperieren. Zur Verwirklichung einer qualitativ hochwertigen Verbindung ist es dabei wünschenswert, dass die Endlosbahnen über ihre Längs- und Quererstreckung einer möglichst gleichen Druckkraft ausgesetzt sind.
Ein Problem ist dabei, dass die Elektrode(n) schmaler als die Endlosbahn(en) des Separatormaterials sind, so dass das Separatormaterial die Elektrode(n) seitlich überragt. Damit weisen die Elektroden an ihren Randseiten freie Kanten auf, während das Separatormaterial die Elektroden seitlich überlappt.
Sofern die Elektroden in den Endlosbahnen bereits in Form von geschnittenen Segmenten in Abständen zueinander angeordnet sind, bilden die Elektroden aufgrund ihrer Beabstandung zusätzlich Zwischenräume in den Endlosbahnen aus , wobei die Elektroden die Separatorbahnen aufgrund ihrer Dicke in den Zwischenräumen zusätzlich in einem Abstand zueinander halten. Damit weisen die Elektroden an den die Zwischenräume begrenzenden Randseiten zusätzliche freie Kanten auf.
Da die Presskraft nur begrenzt erhöht werden kann, damit die Elektroden in ihrer Funktionsfähigkeit nicht durch eine zu hohe Verdichtung beeinträchtigt werden, und eine Beschädigung der Energiezellen in dem Bereich der Kanten der Elektroden in jedem Fall nachteilig für die Qualität der Energiezellen und damit möglichst zu vermeiden ist, ist das Laminieren der Endlosbahnen in den Randabschnitten und sofern vorhanden in den Bereichen der Zwischenräume zwischen den Elektroden aufgrund der dort vorhandenen freien Kanten der Elektroden problematisch.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Laminierungsvorrichtung zu schaffen, welche ein Laminieren der Endlosbahnen mit einer verringerten Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Elektroden im Bereich der Kanten ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird zur Lösung der Aufgabe eine Laminierungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Presseinrichtung eine Pressfläche mit wenigstens einer Ausnehmung aufweist, welche so angeordnet ist, dass sie bei der Ausübung der Druckkraft über die Pressfläche zur Überdeckung wenigstens einer der Kanten der Elektroden gelangt.
Durch die in der vorgeschlagenen Anordnung an der Pressfläche vorgesehene Ausnehmung wird eine Kontur der Pressfläche geschaffen, welche eine Entlastung der Elektroden im Bereich der Kanten ermöglicht. Die Pressfläche weist damit eine Kontur auf, welche durch die Ausnehmung gezielt so geformt ist, dass die Endlosbahn beim Laminieren im Bereich der Kanten keiner Druckkraft ausgesetzt wird. Damit kann im Umkehrschluss die Druckkraft zum Laminieren der Endlosbahnen erhöht werden, ohne dass hierdurch die Druckkraft im Bereich der Kanten der Elektroden erhöht und damit die Schadenswahrscheinlichkeit der Elektroden im Bereich ihrer Kanten erhöht wird. Aufgrund der ermöglichten Erhöhung der Druckkraft können die Separatorbahnen auch in dem Bereich zwischen den Elektroden verbessert miteinander verbunden werden, so dass die Elektroden anschließend in der fertig laminierten Endlosbahn verbessert zueinander fixiert sind und nicht verrutschen können. Gleiches gilt dann auch für die Elektroden in den aus der Endlosbahn geschnittenen Segmenten insbesondere während des nachfolgenden Betriebes der Energiezelle. Die vorgeschlagene Lösung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Elektrode schmaler als die Separatorbahn ausgebildet ist, und die Separatorbahn die Elektrode seitlich überragt.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Presseinrichtung die mehrlagige Endlosbahn in der Laminierungsvorrichtung unter Einbringung von Wärme laminiert. Das Laminieren also Verbinden der Endlosbahnen der Separatormaterials unter sich und mit den Elektroden erfolgt dadurch, indem Polymere von einer Schicht in die andere Schicht eindringen, was wiederum durch die in den Grenzflächen wirkenden Adhäsionskräfte bewirkt wird. Genau diese Adhäsionskräfte können durch das Einbringen von Wärme vereinfacht erreicht werden. Dabei muss jedoch darauf geachtet werden, dass das Material in den Grenzflächen unter Einbringung der Wärme und der wirkenden Druckkraft nicht soweit verdichtet wird, dass der für die Funktion der Energiezelle wichtige lonenaustausch unterbunden wird.
Weiter wird vorgeschlagen, dass an der Pressfläche wenigstens eine erste und eine zweite Ausnehmung vorgesehen sind, welche sich in Längsrichtung der Endlosbahn erstrecken und in einem Abstand zueinander angeordnet sind, welcher kleiner als der Abstand der sich in Längsrichtung der Endlosbahn sich erstreckenden Randseiten der Elektrode ist. Durch die erste und zweite Ausnehmung wird die Elektrode beim Laminieren auch in dem Bereich ihrer in Zuführrichtung vorderen und hinteren Kante entlastet. Dabei ist der Abstand der ersten Ausnehmung zu der zweiten Ausnehmung der Abstand der einander zugewandten Randseiten der Ausnehmungen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass in der Endlosbahn eine Vielzahl von in Abständen zueinander regelmäßig angeordneten Elektroden vorgesehen sind, und an der Pressfläche wenigstens eine dritte Ausnehmung und eine vierte Ausnehmung vorgesehen sind, und die vierte Ausnehmung einen kleineren Abstand zu der dritten Ausnehmung aufweist als die Länge der Elektroden in Längsrichtung der Endlosbahn. Die dritte und vierte Ausnehmung weisen dieselbe Funktion wie die erste und zweite Ausnehmung auf und sind so angeordnet, dass sie während des Laminieren die vordere und hintere Kante der Elektrode in Bezug zu der Längsrichtung der Endlosbahn abdecken. Dabei ist der Abstand zwischen der dritten Ausnehmung und der vierten Ausnehmung bewusst kleiner als die Länge der Elektroden gewählt, so dass die dritte Ausnehmung und die vierte Ausnehmung bei einer entsprechenden Synchronisation der Bewegung der Pressfläche zu der Endlosbahn in jedem Fall zur Überdeckung der Kanten gelangen. Der Abstand zwischen der dritten und der vierten Ausnehmung ist dabei der Abstand zwischen den einander zugewandten Randseiten der beiden Ausnehmungen. Sofern die Endlosbahn eine Endlosbahn mit einer intermittierenden Beschichtung aufweist, entsprechen die beschichteten Abschnitte den Elektroden und die Abstände zwischen den Beschichtungen den Abständen der Elektroden.
Dabei können die erste Ausnehmung, die zweite Ausnehmung, die dritte Ausnehmung und die vierte Ausnehmung derart geformt und angeordnet sein, dass sie sich zu einer geschlossenen, ringförmigen Ausnehmung ergänzen, welche in ihrer Form der Form der äußeren Kante der Elektroden entspricht. Die Ringform der Ausnehmung kann dabei je nach der Formgebung der Elektroden rechteckig, ovalförmig oder auch beliebig anders geformt sein. Da die Ausnehmung eine geschlossene Ringform aufweist, wird die gesamte Kante der Elektrode an einer Oberfläche durch die Ausnehmung abgedeckt und damit beim Laminieren entlastet.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Presseinrichtung zwei Presswalzen mit einem kreisförmigen Querschnitt umfasst, welche so angeordnet sind, dass zwischen ihren Mantelflächen ein Spalt vorgesehen ist, durch welchen die Endlosbahn verläuft. Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass durch die Verwendung von Presswalzen in der vorgeschlagenen Anordnung das Laminieren bevorzugt in einem Trommellauf mit einer sehr hohen Produktionskapazität also Transportgeschwindigkeit der Endlosbahn verwirklicht werden kann.
Dabei wird weiter vorgeschlagen, dass der Spalt eine Spaltweite aufweist, welche kleiner als die Dicke der Endlosbahn ist. Durch die vorgeschlagene Bemessung des Spaltes kann die für das Laminieren erforderlich Druckkraft von den Presswalzen aufgebracht werden, indem die Endlosbahn durch den Spalt transportiert wird. Eine besondere Zustellbewegung der Presswalzen ist damit nicht mehr erforderlich.
Dabei kann die erste und/oder die zweite Ausnehmung und/oder die dritte Ausnehmung und/oder die vierte Ausnehmung bevorzugt in einem Abschnitt der Mantelfläche(n) einer oder beider Presswalzen angeordnet sein. Durch die Ausbildung der Ausnehmung(en) in der oder in den Mantelfläche(n) der Presswalze(n) bildet diese unmittelbar die an die Kontur der in der Endlosbahn angeordneten Elektroden angepasste Pressfläche.
Dabei wird weiter vorgeschlagen, dass die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung an den Randseiten der Mantelfläche angeordnet sind. Dadurch gelangen sie beim Abrollen der Presswalzen auf der Endlosbahn in den Randabschnitten der Endlosbahn zur Anlage. Dabei können die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung in Form von umlaufenden geschlossenen Ringen an der Mantelfläche verwirklicht sein, so dass die ersten und zweiten Ausnehmungen ununterbrochen an der Endlosbahn anliegen und im Bereich der seitlichen Kanten der Elektroden entlasten.
Dabei wird weiter vorgeschlagen, dass die dritte Ausnehmung und die vierte Ausnehmung parallel zu den Drehachsen der Presswalze angeordnet sind, und jeweils einen Abschnitt der Mantelfläche vertiefen, welche in der Abwicklung der Bogenlänge der Mantelfläche einen Abstand zueinander aufweisen, der kleiner als die Länge der Elektroden in Längsrichtung der Endlosbahn ist. Durch die vorgeschlagene Lösung gelangt die Presswalze bei einer entsprechenden Synchronisation der Drehbewegungen der Presswalzen und der Transportbewegung der Endlosbahn mit ihren dritten und vierten Ausnehmungen immer genau zur Überdeckung der in Zuführrichtung der Endlosbahn vorderen und hinteren Kante der Elektroden. Der Abstand der dritten zu der vierten Ausnehmung ist dabei die abgewickelte Länge der Mantelfläche zwischen den einander zugewandten Randseiten der Ausnehmungen.
Dabei sind die Presswalzen bevorzugt derart angeordnet, dass ihre Drehachsen parallel zueinander ausgerichtet sind. Durch die vorgeschlagene Anordnung der Presswalzen können diese besonders einfach durch ein einfach aufgebautes Getriebe gekoppelt und/oder synchronisiert werden. Ferner kann dadurch ein besonders kompakter Aufbau der Laminierungsvorrichtung verwirklicht werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Presseinrichtung wenigstens ein Pressband aufweist, welches so angeordnet ist, dass es an einer der Oberflächen der Endlosbahn zur Anlage gelangt. Durch das Pressband kann die auf die Endlosbahn wirkende Presskraft vergleichmäßigt werden. Dabei kann das Pressband bevorzugt eine identische oder größere Breite quer zu der Zuführrichtung der Endlosbahn aufweisen, damit die Endlosbahn über ihre gesamte Breite der Presskraft ausgesetzt und damit laminiert wird. Das Pressband kann dabei so ausgebildet sein, dass es selbst die Druckkraft erzeugt oder über eine gesonderte Druckerzeugungseinrichtung wie z.B. eine Presswalze mit einer Druckkraft beaufschlagt wird. In dem letzteren Fall wird die Druckkraft von dem Pressband auf die Endlosbahn weiter übertragen. Das Pressband selbst kann in Form eines flexiblen faserverstärkten Textilbandes, eines Stahlbandes oder einer sehr feingliedrigen Gliederkette oder dergleichen ausgebildet sein. Das Pressband kann dabei als angetriebenes Endlosband, oder als ortsfestes Pressband mit einer reibungsreduzierten Oberfläche ausgebildet sein. Sofern das Pressband als angetriebenes Endlosband ausgebildet ist, kann dieses zusätzlich zu einem Transport der Endlosbahn genutzt werden. Wenn das Pressband hingegen durch ein ortsfestes Pressband gebildet ist, ist zum Transport der Endlosbahn eine zusätzliche Einrichtung erforderlich. Die Endlosbahn wird in diesem Fall aktiv an dem Pressband vorbeigezogen.
Dabei kann die erste Ausnehmung und/oder zweite Ausnehmung und/oder die dritte Ausnehmung und/oder die vierte Ausnehmung in diesem Fall auch in der Oberfläche des Pressbandes angeordnet sein, was insofern von Vorteil ist, da das Pressband an der Oberfläche der Endlosbahn anliegt und damit unmittelbar die Presskraft ausübt oder überträgt. Damit wird das Pressband durch die Anordnung der Ausnehmung darin selbst in seiner Kontur an die Form und Geometrie der Endlosbahn und der daran angeordneten Elektrode(n) angepasst.
Dabei wird weiter vorgeschlagen, dass zwei Pressbänder vorgesehen sind, welche so angeordnet sind, dass zwischen ihren gegenüberliegenden, der Endlosbahn zugewandten Oberflächen ein Spalt vorgesehen ist, durch den die Endlosbahn verläuft. Die Endlosbahn kann dadurch von beiden Seiten einer Druckkraft ausgesetzt und gepresst werden.
Dabei ist die Spaltweite des Spaltes bevorzugt geringfügig kleiner als die Dicke der Endlosbahn, so dass die Endlosbahn beim Durchlaufen und einer entsprechenden Unterstützung der Pressbändern automatisch der Presskraft zum Laminieren ausgesetzt wird.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Presseinrichtung zwei gegenüberliegend angeordnete Pressflächen aufweist, mit denen sie an unterschiedlichen Seiten der Endlosbahn zur Anlage gelangt, und an den Pressflächen erste Ausnehmungen und/oder zweite Ausnehmungen und/oder dritte Ausnehmungen und/oder vierte Ausnehmungen vorgesehen sind, und die ersten Ausnehmungen, zweiten Ausnehmungen, dritten Ausnehmungen und/oder vierten Ausnehmungen der Pressflächen unterschiedliche Abstände zueinander und/oder unterschiedliche Tiefen und/oder Formen aufweisen.
Durch die unterschiedlichen Abstände der Ausnehmungen können die Pressflächen in der Form individuell in Bezug auf die Kontur der beiden Seiten der Endlosbahn ausgebildet werden. Sofern die Endlosbahn z.B. eine vierlagige Endlosbahn oder fünflagige Endlosbahn mit darin angeordneten Kathoden und Anoden nach dem eingangs beschriebenen Aufbau gebildet ist, kann dadurch der Umstand berücksichtigt werden, dass die Anoden grundsätzlich größer als die Kathoden sind und damit die zu schützenden Kanten der Anoden größere Abstände aufweisen als die Kanten der Kathoden. Ferner können die Ausnehmungen unterschiedliche Tiefen aufweisen, so dass dadurch die ausgeübten Druckkräfte in ihrer Verteilung und Größe unterschiedlich an die Oberflächen der Endlosbahnen angepasst werden können. Ferner können durch die unterschiedlichen Formen der Ausnehmungen unterschiedliche Verläufe der Kanten der Elektroden berücksichtigt werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Pressfläche in der Breite verstellbar ist. Durch die Breitenverstellbarkeit der Pressfläche kann die Laminierungsvorrichtung zur Laminierung von Endlosbahnen unterschiedlicher Breite eingestellt werden. Die Breite der Pressfläche ist dabei die senkrechte Richtung zu der Längsrichtung der Endlosbahn in der Ebene der Endlosbahn.
Ferner kann die Pressfläche bevorzugt eine Breite aufweisen, welche der Breite der Endlosbahn oder einem Vielfachen davon entspricht. Durch die vorgeschlagene Lösung ist die Laminierungsvorrichtung speziell zur Laminierung einer Endlosbahn bestimmter Breite ausgebildet, oder es können auch eine Mehrzahl von Endlosbahnen einer bestimmten Breite in einer parallelen Anordnung laminiert werden. Sofern die Pressfläche verstellbar ist, können hierzu auch vorbestimmte Stellungen der Breiten der Pressfläche vorgesehen sein, so dass die Pressfläche mit geringem Aufwand aus einer Stellung zur Laminierung einer einzigen Endlosbahn in eine Stellung von zwei oder mehr parallel angeordneten Endlosbahnen verstellt werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt

1: einen Ausschnitt einer Laminierungsvorrichtung mit einer dreilagigen Endlosbahn und einer Pressvorrichtung mit zwei Presswalzen; und
2: einen Ausschnitt einer Laminierungsvorrichtung mit einer dreilagigen Endlosbahn und einer Pressvorrichtung mit zwei Presswalzen und zwei Pressbändern.
3: einen Ausschnitt einer Laminierungsvorrichtung mit einer vierlagigen Endlosbahn und einer Pressvorrichtung mit zwei Presswalzen.

In der 1 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Laminierungsvorrichtung zu erkennen. Die Laminierungsvorrichtung umfasst eine Presseinrichtung mit zwei Presswalzen 1 und 2, welche als zylindrische Trommeln mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet sind. Die Presswalzen 1 und 2 sind mit ihren Drehachsen parallel zueinander ausgerichtet und so angeordnet, so dass zwischen ihren Mantelflächen 12 und 13 ein Spalt S mit einer in Richtung der Drehachsen also senkrecht zu der Darstellungsebene konstanten Spaltweite SW vorhanden ist.
Ferner ist eine zu laminierende Endlosbahn 3 vorgesehen, welche durch den Spalt S verläuft und eine Dicke D aufweist. Die Endlosbahn 3 ist durch eine „dreilagige“ Endlosbahn 3 mit einer Separatorbahn 4 an der Oberseite und einer Separatorbahn 6 an der Unterseite und dazwischen angeordneten Elektroden 5 gebildet. Die Elektroden 5 sind mit Zwischenräumen 8 in identischen Abständen A zueinander angeordnet und weisen eine geringere Breite als die Separatorbahnen 4 und 6 auf, so dass die Separatorbahnen 4 und 6 die Elektroden 5 seitlich überragen.
Die Spaltweite SW des Spaltes S ist kleiner als die Dicke D der Endlosbahn 3 bemessen, so dass die Endlosbahn 3 beim Durchlaufen durch den Spalt S leicht zusammengepresst und laminiert wird. Die Dicke D2 der Separatorbahnen 4 und 6 beträgt jeweils 15 bis 25 µm, während die Elektroden 5 eine Dicke D1 von 150 bis 400 µm aufweisen. Damit ergibt sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Dicke D der Elektrodenbahn 3 von ca. 180 µm bis 450 µm. Die Spaltweite SW ist um 20 bis 100 µm bevorzugt 40 bis 60 µm kleiner als die Dicke D der Endlosbahn bemessen, so dass die Endlosbahn 3 beim Durchlaufen durch den Spalt S leicht komprimiert wird. Die Zwischenräume 8 werden durch die Beabstandung der Elektroden 5 gebildet und weisen eine Höhe auf, welche der Dicke D1 der Elektroden 5 also 180 bis 400 µm entspricht. Ferner weisen die Zwischenräume 8 eine Länge in Zuführrichtung entsprechend dem Abstand A der Elektroden 5 von 3 mm zwischen den Anoden und 6 mm zwischen den Kathoden auf, wobei es erstrebenswert ist, die Abstände A zwischen den Elektroden 5 möglichst klein zu bemessen, um den Materialausnutzungsgrad der Endlosbahn 3 und die Anzahl der Elektroden 5 in einer vorbestimmten Länge der Endlosbahn 3 zu erhöhen.
Die Endlosbahn 3 wird in Zuführrichtung T transportiert und dabei durch den Spalt S gezogen. Die Presswalzen 1 und 2 können selbst aktiv z.B. durch Einzelantriebe in Form von Servomotoren zu den in die Pfeilrichtungen P gerichteten gegensinnigen Drehbewegungen angetrieben werden, so dass sie die Endlosbahn 3 zusätzlich durch den Reibschluss aktiv transportieren. Alternativ können die Presswalzen 1 und 2 aber auch nur drehbar gelagert sein, so dass sie selbst von der Endlosbahn 3 durch den Reibschluss zu den Drehbewegungen angetrieben werden. Die Presswalzen 1 und 2 rollen in diesem Fall nur passiv an den Oberflächen der Endlosbahn 3 ab.
An den beiden Presswalzen 1 und 2 sind dritte Ausnehmungen 10 und vierte Ausnehmungen 11 in Form von radial nach innen gerichteten Vertiefungen in den Mantelflächen 12 und 13 vorgesehen, welche so angeordnet sind, dass sie bei der Drehbewegung der Presswalzen 1 und 2 wenigstens eine der Kanten 14,15,16 oder 17 der Elektroden 5 überdecken. Ferner sind die dritten Ausnehmungen 10 und die vierten Ausnehmungen 11 in der Abwicklung des Umfangsabschnittes bezogen auf die Drehachsen der Presswalzen 1 und 2 länger als die Abstände A der Elektroden 5, so dass sie jeweils zwei Kanten 14 und 16 und 15 und 17 von zwei gegenüberliegenden Elektroden 5 an einer Seite abdecken. Die dritten Ausnehmungen 10 und die vierten Ausnehmungen 11 sind derart an den Presswalzen 1 und 2 angeordnet, dass sie während der Transportbewegung der Endlosbahn 3 und der Drehbewegungen der Presswalzen 1 und 2 an der Endlosbahn 3 im Bereich der Kanten 14,15,16 und 17 positioniert sind und die Elektroden 5 damit im Bereich der Kanten 14,15,16 und 17 entlasten.
Ferner können zusätzlich zu den dritten Ausnehmungen 10 und den vierten Ausnehmungen 11 an den Presswalzen 1 und 2 weitere nicht dargestellte Ausnehmungen vorgesehen sein, welche so an den Mantelflächen 12 und 13 angeordnet sind, dass die Länge der Abwicklung des Bogensegmente in Drehrichtung der Presswalzen zwischen den dritten Ausnehmungen 10 und den vierten Ausnehmungen 11 und den weiteren Ausnehmungen jeweils maximal der Länge der Elektroden 5 entspricht. Damit decken die dritten Ausnehmungen 10, die vierten Ausnehmungen 11 und die weiteren Ausnehmungen immer die Kanten 14,15,16 und 17 der Elektroden 5 an einem Zwischenraum 8 ab. Soweit die Erfindung in Bezug zu den dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11 sowie nachfolgend in Bezug zu den ersten und zweiten Ausnehmungen beschrieben wird, bedeutet die Bezeichnung erste, zweite, dritte und vierte keine Reihenfolge oder Hierarchie. Somit setzt die Bezeichnung „dritte“ und „vierte“ nicht notwendigerweise die Existenz einer ersten und zweiten Ausnehmung und umgekehrt voraus. Die Bezeichnungen dienen lediglich der Unterscheidung der Ausnehmungen, wobei die Ausnehmungen jeweils durch ihre Ausrichtung und Anordnung zueinander definiert sind.
Die Mantelflächen 12 und 13 bilden hier die Pressflächen der Presseinrichtung, welche durch die Ausbildung der dritten Ausnehmungen 10 und der vierten Ausnehmungen 11 und sofern vorhanden durch die weiteren Ausnehmungen individuell für die zu laminierende Endlosbahn 3 konturiert sind. Dabei sind die ersten Ausnehmungen 10 und die vierten Ausnehmungen 11 und die Zwischenräume 8 der Anschaulichkeit halber übertrieben dargestellt.
In der 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung zu erkennen. Die Presseinrichtung umfasst hier neben den beiden Presswalzen 1 und 2 zusätzlich zwei Pressbänder 20 und 21, welche an der Oberseite und der Unterseite der Endlosbahn 3 anliegen. Die Presswalzen 1 und 2 sind hier identisch zu den Presswalzen 1 und 2 der 1 ausgebildet und angeordnet und unterscheiden sich lediglich dadurch, dass sie als zylindrische Trommeln mit einer Mantelfläche 12 und 13 mit einem identischen Radius also ohne Ausnehmungen über den Umfang ausgebildet sind. Die Presswalzen 1 und 2 liegen an den freien Oberflächen der beiden Pressbänder 20 und 21 an. Die Pressbänder 20 und 21 sind hier an ihren der Endlosbahn 3 zugewandten Oberflächen mit den dritten Ausnehmungen 10 und vierten Ausnehmungen 11 versehen und bilden damit die auf die Endlosbahn 3 wirkende Pressfläche der Presseinrichtung. Die Presswalzen 1 und 2 können aber auch unterschiedliche Durchmesser und Radien aufweisen, sofern die für das Laminieren von Vorteil ist.
Die dritten Ausnehmungen 10 und die vierten Ausnehmungen 11 der Pressbänder 20 und 21 sind entsprechend der dritten Ausnehmungen 10 und der vierten Ausnehmungen 11 an den Presswalzen 1 und 2 des ersten Ausführungsbeispiels bemessen und angeordnet. Der maßgebliche Spalt S und die Spaltweite SW zum Laminieren der Endlosbahn 3 ist in diesem Fall durch den Abstand der Pressbänder 20 und 21 definiert, so dass die Presswalzen 1 und 2 mit ihren Mantelflächen 12 und 13 einen um die Summe der Dicken der Pressbänder 20 und 21 vergrößerten Abstand aufweisen. Die dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11 weisen einen Abstand U der einander zugewandten Randseiten auf, welcher kleiner als die Länge der Elektroden 5 in Transportrichtung T ist. Ferner können an den Pressbändern 20 und 21 weitere Ausnehmungen angeordnet sein, welche zueinander ebenfalls einen Abstand aufweisen, der kleiner als die Länge der Elektroden 5 in Zuführrichtung T der Endlosbahn 3 ist. Dabei ist der Abstand der Ausnehmungen der Abstand der zugewandten Randseiten der Ausnehmungen.
Alternativ oder zusätzlich können zu den dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11 an den Randseiten der Pressbänder 20 und 21 oder der Presswalzen 1 und 2 in dem Ausführungsbeispiel der 1 weitere erste und zweite Ausnehmungen vorgesehen sein, welche so angeordnet sind, dass sie die in Zuführrichtung T der Endlosbahn 3 gerichteten seitlichen Kanten der Elektroden 5 abdecken. Damit werden beim Laminieren auch diese seitlichen Kanten der Elektroden 5 in der Endlosbahn 2 entlastet.
Sofern sowohl dritte und vierte Ausnehmungen 10 und 11 als auch erste und zweite Ausnehmungen vorgesehen sind, können sich die dritten Ausnehmungen 10 und vierten Ausnehmungen 11 und die ersten und zweiten Ausnehmungen zu einer Ausnehmung mit einer geschlossenen Ringform ergänzen, wobei die Ringform dem Kantenverlauf der Elektroden 5 entspricht. Sofern die Elektroden 5 z.B. rechteckförmig ausgebildet sind, ist die Ausnehmung bevorzugt in Form eines geschlossenen rechteckförmigen Ringes ausgebildet und deckt die Kante der Elektrode 5 an einer Seite vollständig ab.
Die dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11 können an den Presswalzen 1 und 2 oder an den Pressbändern 20 und 21 in einer sich wiederholenden regelmäßigen Anordnung vorgesehen sein, welche in der Abwicklung dem Muster der Kanten der Elektroden 5 in der Endlosbahn 3 entspricht.
In der 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erkennen, bei dem die Endlosbahn 3 durch eine „vierlagige“ Endlosbahn 3 mit einer Separatorbahn 4 an der Oberseite und einer Separatorbahn 6 in der Mitte, einer Vielzahl zwischen den Separatorbahnen 4 und 6 angeordneten Anoden 18, und einer Vielzahl von unter der mittigen Separatorbahn 6 angeordneten Kathoden 7 gebildet ist. Die Anoden 18 sind größer als die Kathoden 7 ausgebildet, so dass die Anoden 18 bei einer paarweisen Anordnung zu den Kathoden 7 einen kleineren stirnseitigen Abstand A zueinander aufweisen als die Kathoden 7. Damit weisen die dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11 in der unteren Presswalze 1, welche an der Kathodenseite der Endlosbahn 3 zur Anlage gelangt, in der Abwicklung in Umfangsrichtung der Presswalze 1 eine größere Länge auf als die dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11 in der oberen Presswalze 2, welche an der Anodenseite der Endlosbahn 3 zu Anlage gelangt. Die dritte und vierte Ausnehmung 10 und 11 an der oberen Presswalze 2 weisen in der Abwicklung der vertieften Mantelfläche 12 in Drehrichtung P der Presswalze 2 eine Länge auf, welche so bemessen ist, dass sie in der Anlage an der oberen Separatorbahn 4 den Zwischenraum 8 zwischen den Anoden 18 und die Kanten 14 und 16 der beiden aneinander angrenzenden Anoden 18 abdecken. Die dritte und vierte Ausnehmung 10 und 11 an der unteren Presswalze 1 weisen in der Abwicklung der vertieften Mantelfläche 13 in Drehrichtung P der Presswalze 1 eine Länge auf, welche so bemessen ist, dass sie beim Passieren der Endlosbahn 3 den Zwischenraum 8 zwischen den Kathoden 7 und die Kanten 15 und 17 der beiden aneinander angrenzenden Kathoden 7 abdecken.
Die Presswalzen 1 und 2 bilden hier eine Druckerzeugungseinrichtung, welche hier eine Druckkraft auf die Pressbänder 20 und 21 ausübt. Als Druckerzeugungseinrichtung können aber auch ein Stangenteppich, eine Stempeleinheit mit entsprechende Druckzylindern, pneumatische Druckerzeugungseinrichtungen mit z.B. aufblasbaren Kissen oder dergleichen verwendet werden, soweit sie geeignet sind, den nötigen Druck gleichmäßig auf die Pressbänder 20 und 21 aufzubringen.
In den Ausführungsbeispielen wurde das Laminieren einer Endlosbahn 3 mit geschnittenen Elektroden 5 beschrieben, welche in Abständen A zueinander angeordnet sind. Es ist aber auch denkbar mit der Laminierungsvorrichtung eine Endlosbahn 3 mit einer endlosen Elektrodenbahn zu laminieren. In diesem Fall entfallen die dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11 und es sind lediglich die ersten und zweiten Ausnehmungen im Bereich der Randseiten der Pressflächen vorgesehen. Die ersten und zweiten Ausnehmungen sind entsprechend dem Verlauf der beiden Längskanten der Elektrodenbahn angeordnet und überdecken diese beim Laminieren mit dem gewünschten Entlastungseffekt.
Die ersten und zweiten Ausnehmungen verlaufen in Längsrichtung der Pressflächen und der zu laminierenden Endlosbahn 3 und der Zuführrichtung T und können damit auch als Längsnuten in den Pressflächen angesehen werden, welche parallel zueinander angeordnet sind und einen Abstand zueinander aufweisen, der kleiner als die Breite der Elektrodenbahn ist, wobei der Abstand der ersten und zweiten Ausnehmungen der Abstand der zueinander zugewandten Randseiten der Ausnehmungen ist.
Die dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11 verlaufen quer zu den Pressflächen und der zu laminierenden Endlosbahn 3 und der Zuführrichtung T und können damit auch als Quernuten angesehen werden, welche jeweils einen Abstand (U) zueinander aufweisen, der kleiner als die Länge der Elektroden 5 in Längsrichtung der Endlosbahn 3 ist. Sofern die dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11 an den Presswalzen 1 und 2 entsprechend der 1 und 3 ausgebildet sin, entsprecht der Abstand U der Länge der abgewickelten Bogenlänge der Mantelflächen 12 und 13 zwischen den einander zugewandten Randseiten der dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11.
Aufgrund der kleineren Abmaßen der Kathoden und der dadurch bedingten größeren Abstände A der Elektroden 5 auf der in der Darstellung der 3 unteren Kathodenseite im Vergleich zu den Elektroden auf der in der Darstellung der 3 oberen Anodenseite weisen die dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11 der Presswalze auf der Kathodenseite kleinere Abstände U zueinander auf und sind selbst zur Abdeckung der größeren Zwischenräume 8 größer ausgebildet als die dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11 an der Presswalze 2, welche an der Anodenseite der Endlosbahn 3 zur Anlage gelangt.
Sofern die Elektroden 5 ungeschnitten in der Endlosbahn 3 angeordnet sind, also in einem einzigen Stück angeordnet sind, entfallen die Zwischenräume 8 und damit auch die dritten und vierten Ausnehmungen 10 und 11, und es sind nur die erste und zweite Ausnehmung vorgesehen. Ferner können auch die ersten und zweiten Ausnehmungen in den Randseiten der Pressflächen einzeln oder beide entfallen, sofern eine entsprechende Entlastung der Kanten hier nicht erforderlich ist, so dass in diesem Fall auch nur die dritten und/oder die vierten Ausnehmungen 10 und 11 vorgesehen sein können. Sofern in der Endlosbahn 3 eine intermittierende beschichtete Endlosbahn vorgesehen ist, sind die Zwischenräume 8 zwischen den beschichteten Abschnitten angeordnet, und die ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Ausnehmungen 10,11 dienen in diesem Fall dazu, die Endlosbahn 3 beim Laminieren im Bereich der seitlichen Kanten der beschichteten Abschnitte zu entlasten.
Im Allgemeinen wird die Belastung der Endlosbahn 3 beim Laminieren in Bereich der Kanten der Elektroden 5 reduziert, indem die Pressflächen die Elektroden 5 im Bereich der Kanten durch die Ausnehmungen nicht berühren.
Ferner können die Tiefen, Formen und Anordnungen der Ausnehmungen zur Verwirklichung einer optimierten Druckkraftverteilung unterschiedlich gewählt und individuell ausgelegt werden.
Die Bezeichnung der Ausnehmungen als erste, zweite, dritte und vierte Ausnehmung dient lediglich der Unterscheidung der Ausnehmungen. Es ist zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens nicht erforderlich, dass wenn die dritten und die vierten Ausnehmungen 10 und 11 verwirklicht sind, notwendigerweise auch die ersten und die zweiten Erhebungen verwirklicht sein müssen. In diesem Fall wäre die ersten Erhebung nach dem Anspruch 1 durch die dritte oder vierte Erhebung 10 oder 11 verwirklicht. Gleiches gilt für den umgekehrten Fall, wenn keine dritten und vierten Erhebungen 10 und 11 sondern stattdessen nur die ersten und zweiten Erhebungen an den Randseiten der Pressflächen vorgesehen sind.

Claims

Laminierungsvorrichtung für eine mehrlagige Endlosbahn (3) aus wenigstens einer Separatorbahn (4,6) und wenigstens einer Elektrode (5) zur Herstellung von Energiezellen, mit -einer Presseinrichtung, welche die mehrlagige Endlosbahn (3) unter Ausübung einer Druckkraft laminiert, dadurch gekennzeichnet, dass -die Presseinrichtung eine Pressfläche mit wenigstens einer Ausnehmung aufweist, welche so angeordnet ist, dass sie bei der Ausübung der Druckkraft über die Pressfläche zur Überdeckung wenigstens einer der Kanten (14,15,16,17) der Elektroden (5,7) gelangt.
Laminierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass -die Presseinrichtung die mehrlagige Endlosbahn (3) unter Einbringung von Wärme laminiert.
Laminierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass -an der Pressfläche wenigstens eine erste und eine zweite Ausnehmung vorgesehen sind, welche sich in Längsrichtung der Endlosbahn (3) erstrecken und in einem Abstand zueinander angeordnet sind, welcher kleiner als der Abstand der sich in Längsrichtung der Endlosbahn (3) erstreckenden Randseiten der Elektrode (5) ist
Laminierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass -in der Endlosbahn (3) eine Vielzahl von in Abständen zueinander regelmäßig angeordneten Elektroden (5) vorgesehen ist, und -an der Pressfläche wenigstens eine dritte Ausnehmung (10) und eine vierte Ausnehmung (11) vorgesehen sind, und -die vierte Ausnehmung (11) einen kleineren Abstand (U) zu der dritten Ausnehmung (10) aufweist als die Länge der Elektroden (5) in Längsrichtung der Endlosbahn (3).
Laminierungsvorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass -die erste Ausnehmung, die zweite Ausnehmung, die dritte Ausnehmung (10) und die vierte Ausnehmung (11) derart geformt und angeordnet sind, dass sie sich zu einer Ausnehmung ergänzen, welche in ihrer Form der Form der äußeren Kante der Elektroden (5) entspricht.
Laminierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass -die Presseinrichtung zwei Presswalzen (1,2) mit einem kreisförmigen Querschnitt umfasst, welche so angeordnet sind, dass zwischen ihren Mantelflächen (12,13) ein Spalt (S) vorgesehen ist, durch welchen die Endlosbahn (3) verläuft.
Laminierungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass -der Spalt (S) eine Spaltweite (SW) aufweist, welche kleiner als die Dicke (D) der Endlosbahn (3) ist.
Laminierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 und nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass -die erste Ausnehmung und/oder die zweite Ausnehmung und/oder die dritte Ausnehmung (10) und/oder die vierte Ausnehmung (11) an einem Abschnitt der Mantelfläche(n) (12,13) einer oder beider Presswalzen (1,2) angeordnet sind.
Laminierungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass -die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung an den Randseiten der Mantelfläche (12,13) angeordnet sind.
Laminierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass -die dritte Ausnehmung (10) und die vierte Ausnehmung (11) parallel zu den Drehachsen der Presswalzen (1,2) angeordnet sind, und -die dritte Ausnehmung (10) und die vierte Ausnehmung (11) in der Abwicklung der Bogenlänge der Mantelfläche (12,13) einen Abstand (U) zueinander aufweisen, der kleiner als die Länge der Elektroden (5) in Längsrichtung der Endlosbahn (3) ist.
Laminierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass -die Presswalzen (1,2) derart angeordnet sind, dass ihre Drehachsen parallel zueinander ausgerichtet sind.
Laminierungsvorrichtung einem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass -die Presseinrichtung wenigstens ein Pressband (20,21) aufweist, welches so angeordnet ist, dass es an einer der Oberflächen der Endlosbahn (3) zur Anlage gelangt.
Laminierungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass -die Ausnehmung(en) an der Oberfläche (18,19) des Pressbandes (20,21) angeordnet ist oder sind.
Laminierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass -zwei Pressbänder (20,21) vorgesehen sind, welche so angeordnet sind, dass zwischen ihren gegenüberliegenden, der Endlosbahn (3) zugewandten Oberflächen (18,19) ein Spalt (S) vorgesehen ist, durch den die Endlosbahn (3) verläuft.
Laminierungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass -die Spaltweite (SW) des Spaltes (S) geringfügig kleiner als die Dicke (D) der Endlosbahn (3) ist.
Laminierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass -die Presseinrichtung zwei gegenüberliegend angeordnete Pressflächen aufweist, mit denen sie an unterschiedlichen Seiten der Endlosbahn (3) zur Anlage gelangt, und -an den Pressflächen erste Ausnehmungen und/oder zweite Ausnehmungen und/oder dritte Ausnehmungen (10) und/oder vierte Ausnehmungen (11) vorgesehen sind, und -die ersten Ausnehmungen, zweiten Ausnehmungen, dritten Ausnehmungen (10) und/oder vierten Ausnehmungen (11) der Pressflächen unterschiedliche Abstände zueinander und/oder unterschiedliche Tiefen und/oder unterschiedliche Formen aufweisen.
Laminierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass -die Pressfläche in der Breite verstellbar ist.
Laminierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass -die Pressfläche eine Breite aufweist, welche der Breite der Endlosbahn (3) oder einem Vielfachen davon entspricht