DE1964016B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Wicklung für ein galvanisches Element mit gewickelten Elektroden und Separatoren - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Wicklung für ein galvanisches Element mit gewickelten Elektroden und SeparatorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Wicklung für ein
galvanisches Element mit gewickelten Elektroden und Separatoren, wobei derartige Elemente insbesondere
durch alkalische Akkumulatoren mit Elektroden auf einem dünnen, gesinterten Träger gebildet werden.
In der FR-PS 13 72 047 und dem Zusatz hierzu, No 86 653, sind bestimmte, sich bei der Herstellung von
Akkumulatoren mit gewickelten Elektroden ergebende Schwierigkeiten dargelegt und es ist dabei auch eine
Lösung angegeben. Es handelte sich insbesondere darum, die Zerstörung von Elektrodenbändern an dem
Ende, mit dem die Wicklung beginnt, zu verhindern, das nach dem Einführen in den Dorn am Rande des
Schlitzes im rechten Winkel umgelegt wird. Ein biegsames Klebe-Schutzband dient dabei zur Verstärkung
der Elektrode an diesem Ende.
Das empfohlene Verfahren eignet sich, obwohl es wirksam ist, nur schlecht für eine Automatisierung des
Wickeins, und dies hat zur Folge, daß der Zusammenbau eines Akkumulators eine verhältnismäßig lange Zeit in
Anspruch nimmt. Außerdem gleiten die Separator- und Elektrodenbänder, die auf die feststehenden Führungen
gelegt und durch die Drehung des Dorns bewegt werden, auf diesen Führungen, so daß die Bänder, wenn
die Spirale einen bestimmten Durchmesser erreicht, von der Auflage abheben, die nicht mehr tangential zur
Spirale ist Die Zugkräfte, denen die Bänder unterworfen sind, bleiben also nicht konstant. Daraus ergeben
sich Gefahren der Fehlausrichtung der Bänder und der Verwerfung der Wicklung. Gleichzeitig bringt das
Gleiten der Bänder auf den Führungen bedeutende Reibungskräfte mit sich, die den Wickelarbeitsgang
verlangsamen und die Gefahr der Zerstörung der Bänder mit sich bringen.
Durch die Erfindung gemäß Hauptanspruch wird dagegen ein Verfahren geschaffen, das diese Nachteile
vermeidet
Bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie bevorzugter
Ausführungsformen von Verfahren und Vorrichtung wird auf die weiteren Ansprüche verwiesen.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand von elf Figuren erläutert. Es zeigt
F i g. 1 und 2 Prinzipschemas, die zwei Varianten eines ι ο
Verfahrens gemäß der Erfindung veranschaulichen;
F i g. 3 vier in erwünschter Reihenfolge geschichtete
Separator- und Elektrodenbänder auf einer Führung vor dem erfindungsgemäßen Wickelvorgang;
Fig.4 eine Draufsicht der in Fig.3 gezeigten
Führung;
F i g. 5 einen Schnitt durch die Führung in Höhe der Linie \ -V der F i g. 4;
F i g. 6 die wichtigsten Teile einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 7 bis 10 schematisch die aufeinanderfolgenden Schritte des mittels der in F i g. 6 schematisch dargestellten
Vorrichtung durchgeführten Wickelverfahren und
F i g. 11 die Vorrichtung gemäß F i g. 6 in detaillierterer
Darstellung.
Gemäß F i g. 1 werden die passend geschichteten Elektroden- und Separatorbänder 20 auf einer Führung
21 so herangeführt, daß das Ende 20a der Schichtung um einen Dorn 22 gewickelt werden kann. Die Bänder 20
kommen an der Wicklungsoberfläche des Doms 22 tangential an.
In dem Maße, wie das Wickeln fortschreitet, d. h. wie sich der Dorn in Richtung des Pfeils t dreht, schwenkt
das Band 20 auf seiner Führung 21 um eine zur Achse 23 des Doms parallele Achse 26, so daß die geschichteten
Bänder immer tangential an der gebildeten Wicklung ankommen. Gleichzeitig wird die Führung in der
Schichtungsebene derart verschoben, daß kein relatives Gleiten zwischen den Bändern und ihrer Führung
auftritt
Mit 20', 21' und 20", 21" sind die Stellungen dargestellt, die durch das Band 20 und die Führung 21
eingenommen werden, wenn die Wicklung aufeinanderfolgend den Umfang 24 und dann den Umfang 25
erreicht
V/ie durch die Pfeile Fangegeben, wird die Führung 21 während des Wickelvorgangs gegen die in jedem
Augenblick gebildete Wicklung angedrückt, so daß die Elektroden- und Separatorbänder stets im wesentlichen
tangential ankommen. so
Die Kraft F kann durch einen Hydraulikzylinder ausgeübt werden, der um eine zu den Achsen 26 und 23
parallele Achse 27 schwenkbar ist.
Wie später anhand der F i g. 11 erläutert wird, sind die
Elektroden- und Separatorbänder auf einer steifen Führung angeordnet, die z. B. durch freies Rollen auf
einer um eine Achse 26 schwenkbare Auflage gleiten kann und gegen den Wickeldorn durch einen Hydraulikzylinder,
der um eine feste Achse 27 schwenkbar ist, angedrückt wird. Man erhält auf diese Weise sehr
einfach die Doppelbewegung des Schwenkens des Auflagers der Elektroden- und Separatorbänder und de:s
Mitgehens dieser Bänder während des Fortschreitens des Wickeins.
Gemäß der Variante, die in F i g. 2 veranschaulicht ist und bei der die gleichen, nur um zehn erhöhte
Bezugszahlen verwendet werden, um die gleichen Teile zu markieren wie in F i g. 1, verschiebt sich die Auflage
31 der Elektrodenbänder 30 in einer zur Schichtungsebene senkrechten Translationsbewegung parallel zu
sich selbst Zugleich mit dieser Translationsbewegung verschiebt sich die Führung der Elektroden- und
Separatorbänder durch eine Translationsbewegung in ihrer eigenen Ebene, so daß wie vorher kein relatives
Gleiten zwischen den Bändern und ihrer Führungsauflage stattfindet Die Verschiebung der Führung 31 erfolgt
zugleich in Richtung des Pfeils / und in Richtung des Pfeils z. Die Pfeile ρ zeigen schematisch die auf die
Führung 21 einwirkenden Druckmittel, womit die Bänder 20 gegen die sich formende Wicklung gepreßt
gehalten werden.
In den Fig.3 bis 5 ist eine Führung schematisch dargestellt, die im wesentlichen quaderförmig und
länglich ist und eine zwischen zwei Rändern 42, 43 gebildete obere Rinne 41 besitzt, auf der man
aufeinanderfolgend ein Separaterband 44, ein Elektrodenband
45, z. B. positiv und mit einem gesinterten Nickelträger, ein neues Separatorband 46 und dann ein
negatives EJektrodenband 47 stapelt. In den Rändern 42, 43 sind Ausschnitte 48 und 49 vorgesehen, damit
gegebenenfalls Verbindungslaschen, die mit den Elektrodenbändern bereits fest verbunden sind, eingeführt
werden können.
Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ragen die Separatorbänder 44, 46 an dem einen ihrer Enden bei 44a, 46a der
Schichtung vor, während die negative Elektrode 47 vorteilhafterweise auf dem entgegengesetzten Ende der
Schichtung vorsteht, wie es bei 47a gezeigt wird.
Um das Halten verschiedener Separator- und Elektrodenbänder auf der Führung 40 zu erleichtern,
sind vorteilhafterweise Saugkanäle 50 in dem Boden der Rinne 41 vorgesehen, weiche die Separatorbänder dem
Innern dieser Rinne zuführen. Weiter können Permanentmagnete 51 vorgesehen sein, die den Aufbau der
Schichtung zusammengedrückt halten, indem sie auf die Eisen- oder Nickelbestandteile der Elektroden einwirken.
Am hinteren Ende (bezüglich der Fortschreitrichtung der Führung, die durch den Pfeil /angegeben ist) weist
die Führung 40 eine halbzylinderförmige Auskehlung 52 auf, deren Achse 53 ungefähr in der oberen Ebene der
Führung gelegen und senkrecht zur Achse x'x der Führung gerichtet ist, wobei diese Richtung der
Verschiebungsrichtung der Elektroden- und Separatorbänder entspricht.
Wie F i g. 6 zeigt, in der Bezug auf die erstgenannte
Variante genommen ist die gemäß dem Prinzip der F i g. 1 arbeitet, ist die Führung 40 mit ihren nicht
gezeigten, geschichteten Elektroden- und Separatorbändern auf einer Auflage 54 angeordnet, die um eine
Achse 55 schwenkbar ist (sie dient dem gleichen Zweck wie die Achse 26 der Fig. 1), die parallel zur Achse des
Wickeldorns 56 der Elektroden- und Separatorbänder ist. Die Führung 40 ist auf der Auflage 54 in Richtung des
Pfeiles f, z. B. aufgrund von für diesen Zweck vorgesehenen Rollen, gleitbar. Eine Vorrichtung wie
z. B. ein durch den Pfeil 57 schematisch dargestellter Hubzylinder wirkt auf die Auflage 54 in Richtung des
Pfeils Fein, wenn diese um die Achse 55 schwenkt, und hält so die Führung 40 tangential gegen die um den
Dorn gebildete Wicklung. Ein Bauteil 58, das v/ie später beschrieben zum Führen des Wickelvorgangs dient,
wirkt mit dem Dorn 56 zusammen. Am Ende des Wickeins, wie in Fig. 10 dargestellt, kommt die in dem
Bauteil 58 gebildete halbzylinderförmige Auskehlung 59 gegenüber der halbzylinderförmigen Auskehlung 52 der
Führung 40 zu liegen und formt einen Zylinder, der den Enddurchmesser der Wicklung bestimmt. Während des
Wickelvorgangs nähert sich das Bauteil 58 der Achse des Dorns an.
Bei 60 ist schließlich eine Gebläse-Luftdüse dargestellt.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Vorrichtung besonders bezüglich der F i g. 7 bis 10 beschrieben.
F i g. 7 zeigt, wie das Vorderende 40a der Führung 40
unter dem Dorn ankommt, wobei eine Hälfte 56b (Fig.6) durch axiales Verschieben zurückgezogen ist.
Die Gebläse-Luftdüse 60 legt die Enden 44a, 46a, die aus
der Wicklung vorne herausstehen, um den Halbdorn 56a Kurz danach kehrt der Halbdorn 56b an seinen
Platz zurück und der Wickelvorgang beginnt wie in F i g. 8 veranschaulicht, welche die Stellung der Wicklung
nach einer halben Umdrehung des Dorns zeigt
Das Wickeln schreitet weiter fort, während durch den
Zylinder 57 die Auflage 54 in jedem Augenblick die notwendige Schwenklage um die Schwenkachse 55
einnimmt, damit die Führung, auf die die Elektroden- und Separatorbänder aufgelegt sind, im wesentlichen
tangential zu der bereits gebildeten Wicklung erscheint Gleichzeitig gleitet die Führung 40 entsprechend dem
Pfeil /auf der Auflage 54. Von Anfang an übt das Bauteil 58 mit Hilfe wenigstens eines Teils der Kontur 59 auf die
gebildete Wicklung einen geeigneten Druck aus, damit eine regelmäßige Wicklung entsteht
Am Ende des Arbeitsgangs, wie es in Fig. 10 dargestellt ist sind die Elektroden- und Separatorbänder
vollständig um den Dorn 56 gewickelt und die gebildete Wicklung 61 fällt in die Auskehlung 57. der
Führung 40, während sie durch das Bauteil 58 zusammengehalten bleibt das nun auf den Dorn 56
zentriert ist, dessen Achse feststehend bleibt. Der Dorn dreht sich z. B. mit drei oder vier Umdrehungen weiter,
und die Wicklung 61 ist in den Zylinderraum der Auskehlungen 59 und 52 des Teils 58 und der Führung 40
zusammengepreßt Die über ihr hinteres Ende 47a vorstehende negative Elektrode bildet dabei die äußere
Windung der Wicklung, die auf diese Weise in Kontakt mit dem Metallbecher gebracht wird, in den die
Wicklung eingeführt wird. Im Gegensatz dazu verbleibt die positive Elektrode 45 isoliert zwischen den
Separatoren 44 und 46.
Nach Einengen auf den erforderlichen Durchmesser der Wicklung 61 kann diese automatisch in Metallbecher
eingeführt werden, welche die Seitenwand des Gehäuses des galvanischen Elements bilden. Für diesen
Zweck sind die Stifte 56a und 56b des Dorns wegnehmbar, und die Führung 40 und das Bauteil 58
sind verschiebbar, damit sie in die Stellung, die zum Einsetzen in nicht gezeigte Becher dient, gelangen
können.
Es wird nun auf die F i g. 11 Bezug genommen, in der
im einzelnen eine Vorrichtung des in den Fig.3 bis 10
schematisch dargestellten Typs gezeigt ist. In F i g. 11
sind die Teile, weiche die gleiche Aufgabe haben wie bei der Vorrichtung, die in den Fig.3 bis 10 schematisch
dargestellt ist, durch die gleichen Bezugszahlen, nur jeweils um 100 erhöht gekennzeichnet. Diese Figur
zeigt die Vorrichtung im Augenblick des ln-den-Bechersetzens der beendeten Elektroden- und Separatorwicklung.
Die Führung 140 ist frei verschiebbar, indem sie auf Rollen 62 längs einer Auflage 154 rollt, die schwenkbar
um eine Welle 155 befestigt ist, wobei die Auflage 154 der Wirkung des Hubzylinders 157 entsprechend der
Richtung des Pfeils F unterworfen ist. Der Zylinder 157 ist um eine Achse 127 schwenkbar. Mit 160 ist die
Gebläse-Luftdüse bezeichnet die das Umklappen der Enden der Separatorbänder auf dem Halbdorn 56a
(F i g. 7) am Anfang des Wickelvorgangs sicherstellt.
Der Dorn nimmt den Platz 156 ein, er ist jedoch in dem in der F i g. 11 dargestellten Herstellungsschritt entfernt.
Eine Vorrichtung mit Rollen 63, 64, die geeignete Dämpfungsorgane aufweist gewährleistet die Verschiebung
der Führung 140 durch Reibung. Mit 158 ist das Bauteil zur Ausformung der Wicklung gezeigt, und mit
158' ist die durch unterbrochene Linien dargestellte Stellung gezeigt welche das Teil 158 einnehmen muß,
wenn die Wicklung in ihren Becher gesetzt wurde und eine folgende Wicklung gebildet wird.
Das Vorrücken der Führung 140 auf ihrer Auflage 154 erfolgt entsprechend der Wickelgeschwindigkeit der
Elektroden- und Separr'orbänder, die sie in Richtung
des Pfeils /ziehen.
Zur Herstellung einer Wicklung aus geschichteten Elektroden- und Separatorbändern für galvanische
Elemente mit gewickelten Elektroden gemäß der Erfindung bringt man auf der Führung 140 die
geschichteten Elektroden und Separatoren in der geeigneten Reihenfolge an, dann läßt man auf der
Auflage 154 die Führung rollen, die die Schichtung in die Nähe des Wickeldorns 156 bringt weiter bringt man den
Dorn, den man drehen läßt, in Eingriff mit den vorstehenden äußeren Teilen der Separatorbänder,
indem man gleichzeitig in einer Translationsbewegung die Führung verschiebt, so daß sie mit den Bändern bei
ihrem Aufwickeln mitgeht ohne daß eine relative Translationsbewegung der Schichtung in bezug auf die
Führung hervorgerufen wird, und gleichzeitig unterzieht man die Auflage 154 einer Schwenkbewegung um
so eine zur Dornachse parallele Achse 155, so daß die Elektroden- und Separatorbänder in jedem Augenblick
im wesentlichen tangential zu der sich aufwickelnden Spirale gelangen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung einer Wicklung für ein galvanisches Element mit gewickelten Elektroden
und Separatoren, dadurch gekennzeichnet,
daß auf einer länglich geformten Führung (21, 31) die geschichteten Elektroden und
Separatoren (20, 30) in geeigneter Reihenfolge angebracht werden, wobei wenigstens an einem
Ende (20a, 3OaJ der Schichtung die Separatorbänder vorstehen, daß dann die Führung, welche die
Schichtung in die Nähe eines Wickeldorns (22, 32) bringt, verschoben wird, so daß der Dorn, der
drehbar ist, die vorstehenden Separatorbänder ergreift und dann die Wicklung herstellt, daß
gleichzeitig die Führung in ihrer Translationsbewegung (f) weiter verschoben wird, so daß sie mit den
Elektroden- und Separatorbändern bei ihrer Wicklung um den Dorn (22, 32) mitgeht, ohne daß eine
relative Translationsbewegung der Schichtung bezüglich der Führung auftritt, und daß die Führung
einer Schwenkbewegung um eine zur Achse (23) des Doms (22) parallele Achse (26), die auch im
Unendlichen liegen kann, unterworfen wird, wobei die Schwenkbewegung der Führung so gesteuert
wird, daß die Ebene der die Elektroden- und Separatorbänder tragenden Führung immer im
wesentlichen tangential zu der sich bildenden Elektroden- und Separatorspirale gelangt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung als Translationsbewegung
senkrecht zur Schichtungsebene durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch ί oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem vollständigen
Aufwickeln der Bänder für einige Umdrehungen den Dorn in einem Zylinderraum (52) weiterdrehen läßt,
der als Durchmesser die endgültigen Abmessungen der Wicklung aufweist, und daß man dann die
Wicklung direkt von dem Raum in den Becher führt, der den Behälter des Elements bildet.
4. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung
einer Wicklung von geschichteten Elektroden- und Separatorbändern für galvanische Elemente mit
gewickelten Elektroden- und Separatorbändern mit einem Wickeldorn, dadurch gekennzeichnet, daß sie
eine länglich geformte Führung (40) aufweist, die eine Oberfläche (41) besitzt, auf der die geschichteten
Elektroden- (45, 47) und Separatorbänder (44, 46) auflegbar sind, daß Mittel zum Heranführen und
Pressen der Oberfläche der Führung (40) im wesentlichen tangential gegen den Dorn (56) oder
die auf ihm gebildete Wicklung und daß Mittel zum Verschieben der Führung entsprechend einer
Translationsbewegung vorhanden sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (40) aus einem im
wesentlichen quaderförmigen, länglichen Teil besteht, dessen obere Fläche die Auflagefläche (41) der
geschichteten, ausgelegten Elektroden- und Separatorbänder bildet, daß sie von einer Bank (54) oder
Auflage getragen ist, die um eine zur Dornachse (56) parallele Schwenkachse (55) angelenkt ist, und daß
Druckmitte! (57) vorgesehen sind, um die Auflage in Richtung des Dornes (56) zu pressen, indem sie diese
um die Schwenkachse schwenken.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schwenkachse im
Unendlichen befindet
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Führung
und die Auflage Rollen gesetzt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (62) lose auf der Auflage
angebracht sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fläche der
Führung, welche die Elektroden- und Separatorbänder aufnimmt an ihrem bezüglich der Verschiebungseinrichtung
der Führung hinteren Teil eine halbzylinderförmige Auskehlung (52) aufweist die im wesentlichen die halbe gebildete Wicklung
aufnehmen kann und bezüglich der ein Führungsteil (58) angepreßt wird, das eine komplementäre
halbzylinderförmige Auskehlung (59) aufweist
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Halten des Bandes auf der Führung, wie z. B. Mittel zum Saugen
(60), zur magnetischen Anziehung (51) vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis
10, dadurch gekennzeichnet daß eine Gebläse-Luftdüse (60) im Bereich des Dornes vorgesehen ist, um
bei Wickelbeginn die Separatorbänder um die Hälften (56a, 56b) des gespaltenen Dornes (56) zu
legen.
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