DE1964016C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Wicklung für ein galvanisches Element mit gewickelten Elektroden und Separatoren - Google Patents

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.

■to In der FR-PS 13 72 047 und dem Zusatz hierzu, No 86 653, sind bestimmte, sich bei dur 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 Doms 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 Verfahrens gemäß der Erfindung veranschaulichen;

F i g. 3 vier in erwünschter Reihenfolge geschichtete Separator- und Elektrodenbänder auf einer Führung vordem erfindungsgemäßen Wickelvorgang;

Fig.4 eine Draufsicht der in Fig.3 gezeigten is Führung;

F i g. 5 einen Schnitt durch die Führung in Höhe der Linie V-V der F ig. 4;

F i g. 6 die wichtigsten Teile einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 7 bis 10 schematisch die aufeinanderfolgenden Schritte des mittels der in F i g. 6 schernatisch 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 Dorns 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

Wie durch die Pfeile Fangegeben, wird die Führung 21 während des Wickelvorgangs gegen die in jedem Augenblick gebildete Wicklung angedrückt, so daß die Elekttoden- und Separatorbänder stets im wesentlichen tangential ankommen.

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 ss 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 des 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 Fi g. 1, verschiebt sich die Auflage 31 der Elektrodenbänder 30 in einer zur Schichtungsebene senkrechten Translationsbewegung parallel iu 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 2. 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 Separatorband 44, ein Elektrodenband 45, z. B. positiv und mit einem gesinterten Nickelträger, ein neues Separatorband 46 und dann ein negatives Elektrodenband 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, welche 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 aui, 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 Wichildorns 56 der Elektroden- und Separatorbänder ist Die Führung 40 ist auf der Auflage 54 in Richtung des Pfeiles (, z.B. iwfgrund 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 wie 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 halbzyl'inderförmige 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 Gcbläse-Luftdüse darge- ί stellt.

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 566 (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 ^er Halbdorn 56b an seinen Platz zurück und der W ckelvorgang beginnt wie in ι·-> Fig.8 veranschaulicht, '/eiche 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 Schwenk lage um die Schwenkachse 55 2u einnimmt, damit die -ührung, auf die die Elektroden- und Separatorbände aufgelegt sind, im wesentlichen tangential zu der bier :its gebildeten Wicklung erscheint. Gleichzeitig gleitet die Führung 40 entsprechend dem Pfeil fauf der Auflage 54. Von Anfang an übt das Bauteil r, 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 I-'ig. 10 dargestellt ist, sind die Elektroden- und Separatorbän- in der vollständig um den Dorn 56 gewickelt und die gebildete Wicklung 61 fällt in die Auskehlung 52 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 r> 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 so 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 Fig. 11 sind die Teile, welche 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 In-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 ^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 (Fig. 7) am Anfang des Wickelvor^angs sicherstellt. Der Dorn nimmt den Platz 156 ein, er ist jedoch in dem in der Fig. 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 Separatorbänder, 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 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 Zeichnuneen

Claims (11)

Patentansprüche:

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, weiche 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 Dom (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 Translationsbeweguig senkrecht zur Schichtungsebene durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem vollständigen Aufwickeln der Bänder für einige Umdrehungen den Dom 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 be* steht, 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 Druckmittel (57) vorgesehen sind, um die Auflage in Richtung des Domes (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 (80), 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 Domes vorgesehen ist um bei Wickelbeginn die Separatorbänder um die Hälften (56a, 566J des gespaltenen Domes (56) zu legen.