EP4371174A1 - Maschine und verfahren für die energiezellen produzierende industrie - Google Patents

Maschine und verfahren für die energiezellen produzierende industrie

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Publication number
EP4371174A1
EP4371174A1 EP22747653.8A EP22747653A EP4371174A1 EP 4371174 A1 EP4371174 A1 EP 4371174A1 EP 22747653 A EP22747653 A EP 22747653A EP 4371174 A1 EP4371174 A1 EP 4371174A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drum
machine according
section
collecting
endless belt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22747653.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Kreysern
Marcus Wagner
Michael Kleine Wächter
Karsten Meinke
Nils Hofmann
Nils Klaper
Manfred Folger
Michael Haul
Thomas Meins
Michael Lüneburg
Marc Kessler
Daniel Diedrich
Mathias Kelm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koerber Technologies GmbH
Original Assignee
Koerber Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koerber Technologies GmbH filed Critical Koerber Technologies GmbH
Publication of EP4371174A1 publication Critical patent/EP4371174A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a machine and a method for the power cell manufacturing industry.
  • Energy cells or energy storage cells are used for galvanic accumulators, for example in motor vehicles, other land vehicles, ships and airplanes, in which a considerable amount of energy must be stored so that it can be called up over longer periods of time.
  • energy cells have a structure made up of a large number of segments stacked to form a stack. These segments are each alternating anode sheets and cathode sheets, which are also referred to as electrodes and are separated from one another by separator sheets, also made as segments.
  • Devices for producing battery cells are known, for example, from WO 2016/041713 A1 and DE 10 2017 216 213 A1.
  • Battery cells for example for electromobility, are now manufactured on production systems with an output of 100 to 240 mono cells per minute. These work partially or continuously with clocked, discontinuous movements, such as back and forth movements, and are therefore limited in terms of production output.
  • a large part of the known machines works in the single-sheet stacking process, e.g. "pick and place", with the part of a comparatively slow processing. The laminating of cell formations is not possible here.
  • Another known approach is a machine with continuously running webs of material and cycled and/or discontinuously working tools, such as separating knives, tools for changing the pitch.
  • the object of the invention is to provide a machine and a method that have a significant increase in performance compared to conventional machines and methods.
  • the machine accordingly has at least one feed section for feeding in at least one endless separator web and a continuous row of individual electrodes; a collecting and connecting section for superimposing the supplied materials, thereby forming a material formation of superimposed materials, with a connecting front means for joining the superimposed materials together, thereby creating a continuous composite separator-electrode web; and a cutting and stacking section having a cutter for cutting the separator-electrode composite sheet into individual composite units and a stacking station for stacking composite units to form a composite unit stack.
  • the sections of the machine are designed as essentially continuously driven transport devices, and/or the transport speed in the feeding, collecting and connecting section is constant or lies in a range of ⁇ 25% around an average transport speed, and/or the Transport speed in the feeding, collecting and connecting section is at least 300 segments per minute, preferably at least 400 segments per minute, more preferably at least 600 segments per minute.
  • the object of the invention is thus achieved by continuously operating devices and the use of continuously running pro cess steps, as a result of which the production speed can be increased significantly to at least 300 segments per minute compared to the prior art.
  • the invention goes hand in hand with reduced energy costs, fewer operating personnel required and a smaller machine footprint, as a result of which the production costs can be reduced overall.
  • the transport speed in the feeding, collecting and connecting section is constant or is in a range of ⁇ 25%, preferably ⁇ 10%, more preferably ⁇ 5% around an average transport speed, around a consistently high and constant te to achieve production output.
  • the cutting and stacking section is completely or at least predominantly made up of bodies driven in rotation, in particular drums and/or stamps driven in rotation.
  • a drum is mentioned in this application (collecting drum, laminating drum, cutting drum, pitch change drum, test drum, transport drum, etc.), a specific, advantageous embodiment of a rotating body or a rotationally drivable body is specified.
  • the terms rotating body or body that can be driven in rotation can be used generically in the places that specifically name a drum, in particular the drums listed above and/or the drums addressed below.
  • the materials can be placed on an endless belt device for processing and later picked up again by a rotatable body, in particular a drum.
  • a rotatable body in particular a drum
  • a further advantage is that there are no significant relative movements at the contact surfaces between material-carrying machine parts and the material. Disadvantageous slip and the resulting abrasion and contamination, which reduce the quality of the battery cell, can be largely avoided. The rejection rate can thus be reduced.
  • the collecting and connecting section has a particular rotatable collecting device, in particular a collecting drum, on which the supplied materials are brought together and superimposed on the who.
  • a collecting device can be provided in the form of an endless belt device or a section of an endless belt device.
  • the feed section preferably has at least one electrode production section with at least one cutting device for cutting an endlessly fed electrode web into individual electrodes. No pre-produced electrodes have to be fed to the machine and handled in a cumbersome manner, but the electrodes can be fed as an endless electrode web and only be cut in the machine. This contributes to an increased production speed.
  • the cutting apparatus advantageously has a knife shaft with knives around electrodes to be able to cut quickly and effectively continuously.
  • the cutting apparatus also includes a cutting drum having grooves for engaging the knives.
  • the electrode production section preferably has a pitch changing device, in particular a pitch changing current mel, for spacing the cut electrodes from one another in the conveying direction. This enables the manufacture of mono cells where the separator sheets are wider than the electrodes, which is a common requirement.
  • the connecting device preferably has one or more laminating rollers for the laminating connection of the material formation.
  • the collecting and connecting section therefore preferably has a heating device for heating the material formation before connecting.
  • the machine preferably has at least one cooling device arranged downstream of the heating device for cooling parts heated by the heating device, in particular the separator-electrode composite web and/or a heated endless belt.
  • the materials can also be joined by cold lamination.
  • the collecting and connecting section is designed as a conveyor path that is linear at least in sections.
  • the conveying path advantageously has at least one endless belt device with a continuously driven endless belt.
  • the collecting and laminating drum instead of the collecting and laminating drum, in this case there are therefore one or more Provided endless belt devices. In this version too, materials can be transported and processed without slipping.
  • the at least one endless belt is set up and arranged to transfer heat from a or the heating device through the endless belt to the material formation.
  • the heating device in the machine can be thermally encapsulated more easily than in the case of a laminating drum, a modular approach is easier to implement and the heating section defined by the heating device can be extended more easily.
  • At least one lower endless belt device arranged below the material formation and/or at least one upper endless belt device arranged above the material formation is advantageously provided in order to enable heating and/or lamination on both sides.
  • the one or more endless belts can additionally or alternatively be used to convey the material formation through the conveying path.
  • the conveying section preferably has at least one cooling device for cooling the endless belt heated by the heating device, in order to withdraw heat that is no longer required from the machine after lamination.
  • the cooling device is preferably arranged on the return side of the endless belt, which contributes to reducing the space required.
  • the endless band can advantageously be made of metal, for example stainless steel, which promotes heat transfer from the heating device to the material formation.
  • the endless belt can be coated to reduce friction, which is particularly favorable in the case of a contact between the material formation and the endless belt, in order to avoid a deterioration in the quality of the material formation due to friction.
  • the conveying path preferably has a further endless belt device or a section of an endless belt device for bringing together and superimposing the supplied materials and forming the material formation.
  • the wide re endless belt device or the corresponding section of an endless belt device is then provided instead of the collecting drum in the embodiment mentioned. In the case of downstream heat-transferring endless belt devices, this is less complex and overall cheaper than a collecting drum.
  • At least one testing device for testing properties of the separator-electrode composite web is preferably arranged downstream of the connecting device in the conveying direction.
  • At least one testing device for testing properties of the composite units in particular the position of the electrodes and/or electrical properties.
  • This is advantageous for important quality properties of the separator-electrode composite web and/or the composite units during production in the machine.
  • an ejector device driven in particular in a rotating manner in particular an ejector drum driven in rotation, can be arranged for ejection by the testing device and/or the testing device as composite units assessed as defective. In this way, a constant, flawless quality of the cells in the cell stack is ensured.
  • a further aspect of the invention relates to a method for the industry producing energy cells, in particular for operating a machine according to the invention.
  • the method has at least the following steps: feeding in at least one endless separator web and a continuous row of individual electrodes; merging and superimposing the supplied materials, thereby forming a material formation of superimposed materials, and bonding the superimposed materials together, thereby forming an endless composite separator-electrode web; Cutting the separator-electrode composite web into individual composite units and stacking composite units to form a composite unit stack.
  • the steps are carried out by means of essentially continuously driven transport devices, the transport speed is kept constant or within a range of ⁇ 25% around an average transport speed in the feeding, collecting and connecting section, and/or the transport speed is im Feeding, collecting and connecting section at least 300 segments per minute, preferably at least 400 segments per minute, more preferably at least 600 segments per minute, and/or the orientation of the composite units is changed several times in the cutting and stacking section.
  • the latter feature is achieved in particular by the advantageous use of rotating bodies, in particular drums and/or punches, in the cutting and stacking section.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a mono-cell stack for a battery cell
  • FIG. 2 is a perspective view of a machine for making monocell stacks
  • FIG. 3 shows a detailed view of the machine from FIG. 2 in the area of the feed section
  • FIG. 4 shows a detailed view of the machine from FIG. 2 in the area of the collecting and laminating section
  • Fig. 5 is a detailed view showing the feeding of a Separa torbahn to the collecting drum
  • FIG. 6 shows a detailed view of the machine from FIG. 2 in the area of the cutting and stacking section
  • FIG. 7 is a perspective view of a monocell stack manufacturing machine in another embodiment
  • FIG. FIG. 8 shows a detailed view of the machine from FIG. 7 in the area of the feeding, collecting and laminating section
  • FIG. 9 shows a detailed view of a machine in the area of the feeding, collecting and laminating section in a modified embodiment.
  • rotatable or rotationally driven bodies are in particular rotatable or rotationally driven drums 21, 2T, 22, 22', 25, 25', 26, 26', 27, 29, 31, 34, 35, 38 -51 executed.
  • a monocell 91 is a layered system consisting of layers placed one on top of the other, namely a separator 92, an anode 93, another separator 94 and a cathode 95 terminated with a 96 termination cell.
  • This closing cell 96 consists, for example, of a separator 92, an anode 93 and a further separator 94 and ensures that the cell stack 90 is closed to the outside with a separator 92, 94 in each case.
  • the cell stack 90 serves in particular to construct an electrochemical and/or galvanic accumulator (not shown), for example a lithium-ion accumulator.
  • the electrodes 93, 95 consist of typical electrode materials of an electrochemical and/or galvanic accumulator cell. In the case of a lithium ion cell, the electrodes contain lithium ions, for example.
  • the separators are used for electrical insulation of the troden from each other and consist, for example, of a plastic film, such as a thermoplastic material.
  • Cell stacks 90 of this type are produced by means of a machine 10 which is described below with reference to FIGS.
  • the machine or manufacturing machine 10 conveys and processes starting materials with the conveying direction from left to right to form cell stacks 90 and includes a feed section 11 for feeding starting materials, namely separator webs 80, 81 and electrodes 93, 95 which are supplied essentially endlessly, to a collection point arranged downstream - And connecting section 12, in which the materials 80, 81, 93, 95 are brought together and superimposed.
  • the collecting and connecting section 12 comprises a connecting device 14 which connects the materials 93 , 80 , 95 , 81 laid one on top of the other to form an endless separator-electrode composite web 84 .
  • a cutting and stacking section 13 follows behind the collecting and connecting section 12 in the conveying direction Stacking the compound units 85 to form cell stacks 90.
  • the feed section 11 shown in detail in FIG the endless feeding of the separator webs 80, 81 to the collecting device 17 of the collecting and laminating section 12, to be explained later.
  • the feeding section 11 includes electrode manufacturing sections 18, 19 for manufacturing electrodes 93, 95, namely an anode manufacturing section 18 for manufacturing individual anode sheets or anodes 93 and a cathode manufacturing section 19 for manufacturing individual cathode sheets or cathodes 95.
  • the electrode manufacturing sections 18, 19 are preferably constructed in the same way. If the anode production section 18 is described below by way of example, the description can be transferred to the cathode production section 19; corresponding parts of the cathode manufacturing section 19 are provided with primed reference numerals. It is conceivable that the machine 10 has only one electrode production section 18, 19 for one type of electrode (for example anodes) and the other type of electrode (for example cathodes) is already supplied to the machine 10 in isolated form.
  • the electrode production sections 18, 19 have web guiding elements 16, for example deflection elements such as deflection pins or rollers, and/or tensioning elements such as tension rollers, for the endless supply of electrode webs 82, 83 to a respective cutting apparatus 20, 20'.
  • deflection elements such as deflection pins or rollers
  • tensioning elements such as tension rollers
  • the rotating cutter 20 is used to cut the endlessly drawn electrode web, here the cathode web 83, into a Individual electrodes, here cathodes 95.
  • the cutting apparatus 20 comprises a knife shaft 21 and a cutting drum 22.
  • the knife shaft 21 is equipped with knives 23 along its circumference.
  • Corresponding grooves 24 are provided on the cutting drum 22 around its periphery.
  • the knife shaft 21 is arranged tangentially to the cutting drum 22 .
  • the rotary drives of the blade shaft 21 and the cutting drum 22 are coordinated in such a way that a blade 23 that comes into contact with the blade shaft 21 and the cutting drum 22 engages in a groove 24 of the cutting drum 22 in order to cut the electrode track 83.
  • the electrode web 83 is picked up by the cutting drum 22 at a first circumferential point, conveyed in the direction of rotation of the cutting drum 22, cut at a second circumferential point by a knife 23 of the knife shaft 21, so that individual electrodes 95 are formed, and conveyed further by the cutting drum 22 by means of a vacuum up to a third circumferential point, at which the electrodes 95 are delivered to a subsequent conveying element, here the transport drum 25.
  • the electrodes 95 are held on the transport drum 25 with a vacuum and are conveyed further by rotation.
  • the transport drum 25 can also be used for cleaning the cut edges of the electrodes 95 and in this case can be referred to as a transport/cleaning drum.
  • the pitch change drum 26 serves to space the electrodes 95 from each other in the longitudinal direction.
  • the change in division current mel 26 can also be arranged in the conveying direction in front of the transport drum 25 (reverse order).
  • a central element of the machine 10 is the particular rotating bare collecting device 17, which forms out here as a collecting drum 27 is.
  • the cut electrodes 93, 95 and the non-cut separator films 80, 81 are placed on the device 17 collecting device.
  • the structure of a monocell 91 shown in Figure 1 determines the order in which the blanks, i.e. the electrodes 93, 95, and the separator webs are laid down on the collecting device 17, here the collecting drum 27.
  • the cathode sheets or cathodes 95 are first deposited on the collecting drum 27 with the spacing generated by the pitch change drum 26 at a first circumferential position (tangential point between pitch change drum 26 and collecting drum 27). Immediate bar then at a second circumferential position (tangential point between's last deflection roller 16 and collecting drum 27), the Se paratorbahn 80 is placed over the cathode 95.
  • the distance d between the first circumferential position and the second circumferential position is advantageously less than the extent of the electrodes 95 in the conveying direction, so that the electrodes 95 are always held securely by the separator sheet 80 placed above them.
  • the cathode 95 is held by the transferring drum 26 until it is received and fixed between the collecting drum 27 and the separator film 80 subsequently supplied. This requires the application of a corresponding web tension in the separator film 80 .
  • the process described is then carried out in the same way with the anode 93 and the second separator film 81 .
  • the other electrodes here the anode sheets or anodes 93
  • the anode 93 is positioned relative to the cathode 95 in accordance with the geometric requirements of the monocell 91 .
  • the additional separator web 81 is laid over the anodes 93.
  • the distance d' between the third circumferential position and the fourth circumferential position is advantageously smaller than the extent of the electrodes 93 in the conveying direction, so that the electrodes 93 are always held securely by the separator sheet 81 placed above them.
  • a reverse feed sequence is possible, i.e. the anodes 93, separator foil 80 and then the cathodes 95 and separator foil 81 can be fed to the collecting device 17 first if a different structure of the cell stack 90 or the monocells 91 is desired.
  • An external electrode 93, 95 can also be realized, for example by supplying an additional auxiliary film.
  • the material formation consisting of separator webs 80, 81 and electrodes 93, 95 inserted between them are conveyed further by the rotatingly driven collection drum 27 and at a fifth circumferential position, which is at least 135°, more preferably at least 180° angular distance from the fourth circumferential position, by means of a connecting device 14, here a laminating device with laminating roller 29, connected to one another, whereby a uniform, endless separator-electrode composite web 84 is produced.
  • the laminating roller 29 works with a defined force on the laminating drum 27 in order to to perform the renal process.
  • the result is an endless web 84 of cut and positioned electrodes 93, 95, which are connected to the endless separator foils 80, 81 by connecting and/or laminating.
  • the lamination preferably takes place under pressure between the collecting drum 27 and the laminating roller 29 which tangentially contacts the collecting drum 27 or presses tangentially against the collecting drum 27 and laminates the materials 80, 81, 93, 95 conveyed therebetween.
  • the collecting drum 27 can thus also be referred to as a laminating drum or as a collecting and laminating drum. In its function as a laminating drum 27, this preferably has a smooth surface, which is favorable for the laminating process.
  • the laminator 14 may be a hot laminator or a cold laminator.
  • the laminating drum 27 can preferably be heated, for example electrically or by passing a liquid or gaseous heated medium through it.
  • an electrical heating device 30, for example is preferably provided on the outside of the circumference of the collecting/laminating drum 27 between the fourth circumferential position and the laminating roller 29, which extends, for example, in an arc around the collecting/laminating drum 27, as shown in Figure 4 .
  • Other ways of connecting the materials 80, 81, 93, 95 by the connecting device 14 are possible, for example by means of laser welding.
  • a cooling device 31 for the composite separator-electrode web 84 is preferably provided below.
  • This can be, for example, a rotatable cooling body, in particular a cooling drum 71 , to which the laminated composite web 84 is transferred from the laminating drum 27 .
  • the cooling device 31 can be cooled, for example electrically or by passing a cooling medium through it, in order to extract heat from the warm composite web 84 in a targeted manner.
  • An advantageously linear test section 32 can be provided between the connecting device 14 and the cutting device 15, which has one or more test devices 33, in particular for testing the positions of the anodes and cathodes in the composite web 84.
  • one or more optical test devices 33 such as one or more cameras, can be provided.
  • the subsequent cutting and stacking section 13 extends from the cutting device 15 to the stacking station 28 and is shown in FIG.
  • the composite web 84 is cut into individual separator-electrode composite units by means of the cutting device 15, for example in each case in the strip between two electrodes, as a result of which monocells 91 are formed, as shown in FIG. It is also conceivable to cut sheets with a plurality of monocells 91 which are cut into individual monocells 91 at a later point in time.
  • the cutting device 15 is advantageously constructed in the same way as the cutting apparatuses 20, 20' and preferably comprises a cutting drum 34 with grooves 36 over which the composite web 84 is guided, and a knife roller ze 35 with knives 37 which are tangential to the cutting drum 34 and by engagement the blade 37 cuts the composite web 84 into the grooves 36 as a result of the coordi ned rotation of both drums 34 , 35 .
  • the cutting and stacking section 13 preferably includes a subsequent rotatable test body in the form of a test drum 38, on which electrical properties of the individual composite units or monocells 91 are measured using a corresponding test device. For example, an examination of the geometric shape of the electrodes 93, 95 and/or the electrical resistance of the monocells 91 can be carried out.
  • a rotatable transport body in particular a transport drum 39
  • a further rotatable test body in particular a further test drum, can be provided, for example for the geometric ones Shape of the electrodes 93, 95 when the electrical resistance of the mono-cells 91 is checked on the test drum 38, or vice versa.
  • the cutting and stacking section 13 preferably comprises an ejection device in the form of an ejection drum 40 downstream of the at least one testing drum 38.
  • Composite units or monocells 91 which the testing device on the at least one testing drum 38 or one of the testing devices 33 evaluates as faulty or defective are, for example, in terms of their shape, or if the electrical resistance is not within a permissible tolerance range, can be discharged from the ejector drum 40 preferably downwards.
  • stacking station 28 comprises a rotatable removal body in the form of a removal drum 41, which conveys the composite units or monocells 91 on and down to at least one, preferably two rotatable segment bodies, in particular segment drums 42, 43 passes.
  • Each segment drum 42, 43 takes over a composite unit or mono cell 91 from the Ent acquisition drum 41 and places it in a magazine of a respective rotatable magazine body, in particular a Maga zintrommel 44, 45 from. In this way, a cell stack 90 is stacked in the magazine of the magazine drum 44, 45.
  • the magazine drum 44, 45 rotates, here for example by 90° or 180°, until the next empty magazine reaches the effective range of the corresponding segment drum 42, 43 and can be filled.
  • the finished cell stacks 90 are discharged from the magazine drum 44, 45, for example, downwards for further processing.
  • Stacking station 28 can have at least one further rotatable removal body, in particular a further removal drum 47 with corresponding rotatable segment bodies, in particular segment drums 48, 49 and rotatable magazine bodies, in particular magazine drums 50, 51, in order to increase the processing speed in stacking station 28.
  • Composite units or monocells can be transferred from the removal drum 41 to the further removal drum 47 by means of a rotatable transfer body, in particular a transfer drum 46 .
  • the number of transfer bodies, in particular transfer drums 46 between the removal bodies, in particular removal drums 41, 47, is advantageously odd, so that the orientation of the monocells 91 in all cell stacks 90 is the same.
  • each segmented body in particular each segmented drum 42, 43, 48, 49, advantageously has at least one removal plunger 63, 64, which is mounted such that it can rotate about the body axis, in particular the drum axis, and which is designed to accommodate a segment or a composite unit 85 or a monocell 91 is.
  • each segmented body, in particular each segmented drum 42, 43, 48, 49 has a plurality of, for example, two removal rams 63, 64 each rotatably mounted about the body axis, in particular the drum axis, as shown in FIG.
  • each pair consisting of segment bodies, in particular special segment drums 42, 43, 48, 49 and associated magazine bodies, in particular magazine drums 44, 45, 50, 51 has a machine-fixed stripping device in the form of a comb-like stripping part 77 with a plurality of parallel arranged assigned to net wiper webs.
  • Each removal plunger 63, 64 has parallel slots 78 on its outer circumference, into which the stripping part 77 engages with its stripping webs during the rotary movement of the removal plunger 63, 64, whereby the composite unit held on the outside of the removal plunger 63, 64 during the Circumferential movement of Entnah metemples 63, 64 in a magazine of the corresponding Magazinkör pers, in particular magazine drum 44, 45, 50, 51 is stripped.
  • the machine 10 is advantageously essentially designed as a rotating body machine, in particular a drum machine. Accordingly, at least a large majority of the conveying and functional units in the machine are in the form of bodies driven in rotation, in particular drums 21, 2T, 22, 22', 25, 25', 26, 26', 27, 29, 31, 34, 35 , 38-51 executed.
  • the rotational drive of the rotatable body, in particular the drums can be electric, for example.
  • Each rotatable body, in particular each drum can have its own electric rotary drive (individual drive), for example. All bodies, especially drums, rotate continuously or quasi-continuously, but not necessarily at a constant speed. speed.
  • the materials are preferably held on all or a partial number of bodies, in particular drums, with the possible exception of the collecting and laminating drum 27, by means of a vacuum.
  • mechanical holding elements are possible in addition to or as an alternative to vacuum. Holding the materials, in particular the electrode blanks 93, 95, on the collecting and laminating drum 27 with mechanical elements and/or with a vacuum is possible, although not mandatory, and must be carried out in such a way that unwanted impressions are avoided.
  • FIGS. 7-9 Preferred alternative embodiments of machine 10 are shown in Figures 7-9. These differ from the embodiment according to FIGS. 2 to 6 in that one or more essential functions are performed in the collecting and connecting section 12 by means of endless belt devices 55A, 55B, 57 (instead of rotary driven drums).
  • the gathering and connecting section 12 advantageously includes at least one, preferably at least two, endless belt devices 55A, 55B whose primary function is to transfer heat to the material formation 52 from a respective heater 30A, 30B, respectively. This is explained in more detail below.
  • Each endless belt device 55A, 55B has a corresponding endless belt 56A, 56B which is endlessly revolving.
  • Each of the endless belts 56A, 56B is deflected by means of deflection pins or rollers 59.
  • one of the deflection pins or rollers 59 is advantageously designed as a drive roller in order to be able to continuously drive the corresponding endless belt 56A, 56B.
  • the part of the endless belt 56A, 56B facing the material formation 52 is moved in its conveying direction and preferably at the same speed as the material formation 52, so that a relative movement, which may be subject to friction, does not occur between the endless belt 56A, 56B and the material formation 52.
  • a heating device 30A, 30B facing the material formation 52 is preferably arranged in the loop formed by the endless belt 56A, 56B.
  • the heating device 30A, 30B heats that part of the respective associated endless belt 56A, 56B which faces the material formation 52 .
  • the parts of the endless belt 56A, 56B facing the material formation 52 pass on the heat to the material formation 52 arranged in between.
  • the endless belt 56A, 56B consists of a sufficiently thermally conductive material.
  • it can be a band made of stainless steel.
  • the heaters 30A, 30B can be shaped and arranged linearly, which is easier to implement than the arcuate arrangement around a collecting and laminating drum 27 ( Figures 2 and 4).
  • the collecting and connecting section 12 has an endless belt device 55A, 55B and a heating device 30A, 30B on both sides of the material formation 52, namely a lower endless belt device 55A and a lower heating device 30A , which are arranged below the material formation 52, and an upper endless belt device 55B and upper heater 30B, which are arranged above the material formation 52.
  • the two endless belt devices 55A, 55B in combination with the two heating devices 30A, 30B, allow the material formation 52 to be advantageously heated on both sides before lamination.
  • the endless belts 56A, 56B can contact the formation of material 52 animals.
  • the material formation 52 can be placed on and guided through the lower endless belt 56A.
  • the corresponding endless belt 56A, 56B can have a friction-reducing coating or be particularly smooth. Non-contacting embodiments are possible.
  • Embodiments with a heat-transferring endless belt 56A or 56B on only one side of the material formation 52 are conceivable.
  • a laminating roller 29A, 29B is preferably provided on both sides of the material formation 52 in order to enable lamination on both sides and thus a firmer connection of the materials in the material formation 52 .
  • the laminating rollers 29A, 29B are preferably arranged at the same position in the conveying direction, as can be seen from FIGS . Embodiments with only one laminating roller 29A or 29B are possible.
  • the laminating rollers 29A, 29B can be arranged in the loop formed by the respective endless belt 56A, 56B, as shown in FIGS. 7 to 9.
  • the laminating rollers 29A, 29B each press on the section of the endless belt 56A, 56B facing the material formation 52 and this transfers the laminating pressure to the material web 52 arranged between them loop formed by the respective endless band 56A, 56B, and are arranged indirectly subsequent to the endless belt devices 55A, 55B.
  • the laminating rollers 29A, 29B each press directly onto the material formation 52 arranged between them.
  • the or each endless belt device 55A, 55B preferably has a cooling device 54A, 54B which removes the heat introduced from the machine 10 by the heating device or devices 30A, 30B.
  • the cooling device 54A, 54B can advantageously be provided and arranged for cooling an associated endless belt 56A, 56B and enclose the associated endless belt 56A, 56B for this purpose, as shown in FIGS. 7 to 9.
  • the cooling device 54A, 54B is advantageously arranged on the return side of the endless belt 56A, 56B facing away from the material formation 52, i.e. on the return run, as shown in FIGS.
  • the cooling devices 54A, 54B can advantageously be shaped and arranged linearly. This has advantages compared to the cooling drum 71 according to FIGS. 2 to 4 because the coolant or the cooling stream can be supplied more easily.
  • test section 32 with one or more test devices 33 advantageously follows in these embodiments as well.
  • the collecting and connecting section 12 has a further endless belt device 60 with a corresponding endless belt 57, which is arranged in the conveying direction in front of the previously described endless belt devices 55A, 55B.
  • the further endless belt device 60 serves as a collecting device for merging and superimposing the supplied from the feed section 11 and on the In this way, the material formation 52 on the endless belt 57 is formed at the rear end of the endless belt belt device 60 in the conveying direction.
  • the endless belt device 60 also has at least one deflection pin or a deflection roller 61 for belt deflection and at least one drive roller 62 for the continuous circulation of the endless belt 57 .
  • the lower continuous belt device 55A is extended forward, i.e. in the direction of the feed section 11, and thereby forms a continuous collecting web section 58.
  • a separate continuous collecting web device 60 as in FIGS. 7 and 8 is not necessary here; its function is also taken over here by the lower endless belt device 55A in the upstream collecting endless track section 58 .
  • the lower endless belt device 55A, 60 and/or 55A can either be split ( Figures 7, 8) or continuous ( Figure 9).

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Abstract

Eine Maschine (10) für die Energiezellen produzierende Industrie weist mindestens einen Zuführabschnitt (11) zum Zuführen von mindestens einer endlosen Separatorbahn (80, 81) und einer fortlaufenden Reihe einzelner Elektroden (93, 95); einen Sammel- und Verbindungsabschnitt (12) zum Übereinanderlegen der zugeführten Materialien, wodurch eine Materialformation (52) übereinandergelegter Materialien (95, 80, 93, 81) gebildet wird, mit einer Verbindungsvorrichtung (14) zum Verbinden der übereinandergelegten Materialien (95, 80, 93, 81) miteinander, wodurch eine endlose Separator-Elektroden-Verbundbahn (84) erzeugt wird; und einen Schneid- und Stapelabschnitt (13) mit einer Schneidvorrichtung (15) zum Zerschneiden der Separator-Elektroden-Verbundbahn (84) in einzelne Verbundeinheiten (85) und einer Stapelstation (28) zum Stapeln von Verbundeinheiten (85) zur Bildung eines Verbundeinheitenstapels (90) auf. Die Abschnitte (11-13) der Maschine (10) sind als im Wesentlichen kontinuierlich angetriebene Transportvorrichtungen ausgeführt, und/oder die Transportgeschwindigkeit im Zuführ-, Sammel- und Verbindungsabschnitt (11, 12) ist konstant oder liegt in einem Bereich von ± 25% um eine mittlere Transportgeschwindigkeit, und/oder die Transportgeschwindigkeit beträgt im Zuführ-, Sammel- und Verbindungsabschnitt (11, 12) mindestens 300 Segmente pro Minute.

Description

Maschine und Verfahren für die Energiezellen produzierende Industrie
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine und ein Verfahren für die Energiezellen produzierende Industrie.
Energiezellen oder Energiespeicherzellen, etwa Batteriezellen, wer- den für galvanische Akkumulatoren beispielsweise in Kraftfahrzeu gen, sonstigen Landfahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen verwen det, bei denen eine erhebliche Energiemenge über größere Zeiträu me abrufbar gespeichert werden muss. Dazu weisen solche Ener giezellen eine Struktur aus einer Vielzahl von zu einem Stapel ge- stapelter Segmente auf. Diese Segmente sind jeweils sich abwech selnde Anodenblätter und Kathodenblätter, die auch als Elektroden bezeichnet werden und durch ebenfalls als Segmente hergestellte Separatorblätter voneinander getrennt sind. Vorrichtungen zur Herstellung von Batteriezellen sind beispielsweise aus der WO 2016/041713 A1 und der DE 10 2017 216 213 A1 be kannt.
Die Herstellung von Batteriezellen beispielsweise für Elektromobilität erfolgt heute auf Produktionsanlagen mit einer Leistung von 100 bis 240 Monozellen pro Minute. Diese arbeiten in Teilbereichen oder durchgehend mit getakteten, diskontinuierlichen Bewegungen, etwa Hin- und Her-Bewegungen, und sind damit hinsichtlich der Produkti onsleistung limitiert. Ein Großteil der bekannten Maschinen arbeitet im Einzelblatt-Stapelverfahren, z.B. „Pick and Place“, mit dem Nach- teil einer vergleichsweise langsamen Verarbeitung. Das Laminieren von Zellformationen ist hier nicht möglich.
Ein weiterer bekannter Ansatz ist eine Maschine mit kontinuierlich laufenden Materialbahnen und getakteten und/oder diskontinuierlich arbeitenden Werkzeugen, wie beispielsweise Trennmesser, Werk zeuge zur Teilungsänderung.
Prinzipiell sind Maschinen mit getakteten und/oder diskontinuierli chen Bewegungen leistungsmäßig begrenzt. Die mit Masse behafte ten Teile, etwa Aufnahmen und Werkzeuge, müssen permanent be schleunigt und abgebremst werden. Die Prozesse bestimmen dabei die zeitlichen Abläufe und es wird dabei viel Energie verbraucht. Die Masse der bewegten Teile lässt sich nicht beliebig reduzieren. Häufig müssen schneller bewegte Teile höhere Belastungen ertragen und werden deshalb sogar aufwändiger und schwerer.
Um die Produktionskosten der Batterieherstellung zu senken, muss sich unter anderem die Produktionsleistung der Maschinen erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine und ein Verfahren bereitzustellen, die eine erhebliche Leistungssteigerung gegenüber herkömmlichen Maschinen und Verfahren aufweist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängi gen Patentansprüche. Die Maschine weist demnach mindestens ei nen Zuführabschnitt zum Zuführen von mindestens einer endlosen Separatorbahn und einer fortlaufenden Reihe einzelner Elektroden; einen Sammel- und Verbindungsabschnitt zum Übereinanderlegen der zugeführten Materialien, wodurch eine Materialformation überei- nandergelegter Materialien gebildet wird, mit einer Verbindungsvor- richtung zum Verbinden der übereinandergelegten Materialien mitei nander, wodurch eine endlose Separator-Elektroden-Verbundbahn erzeugt wird; und einen Schneid- und Stapelabschnitt mit einer Schneidvorrichtung zum Zerschneiden der Separator-Elektroden- Verbundbahn in einzelne Verbundeinheiten und einer Stapelstation zum Stapeln von Verbundeinheiten zur Bildung eines Verbundein heitenstapels auf. Erfindungsgemäß sind die Abschnitte der Maschi ne als im Wesentlichen kontinuierlich angetriebene Transportvor richtungen ausgeführt, und/oder die Transportgeschwindigkeit im Zuführ-, Sammel- und Verbindungsabschnitt ist konstant oder liegt in einem Bereich von ± 25% um eine mittlere Transportgeschwindig keit, und/oder die Transportgeschwindigkeit im Zuführ-, Sammel- und Verbindungsabschnitt beträgt mindestens 300 Segmente pro Minute, vorzugsweise mindestens 400 Segmente pro Minute, weiter vorzugsweise mindestens 600 Segmente pro Minute.
Die Aufgabe der Erfindung wird also durch kontinuierlich arbeitende Vorrichtungen und die Anwendung kontinuierlich ablaufender Pro zessschritte gelöst, wodurch die Produktionsgeschwindigkeit gegen über dem Stand der Technik erheblich auf mindestens 300 Segmente pro Minute gesteigert werden kann. Mit der Erfindung gehen verrin gerte Energiekosten, weniger erforderliches Bedienpersonal und eine kleinere Maschinenstellfläche einher, wodurch die Produktionskosten insgesamt gesenkt werden können. Die Transportgeschwindigkeit im Zuführ-, Sammel- und Verbindungsabschnitt ist nach einem Aspekt der Erfindung konstant oder liegt in einem Bereich von ± 25%, vor zugsweise ± 10%, weiter vorzugsweise ± 5% um eine mittlere Transportgeschwindigkeit, um eine durchgehend hohe und konstan te Produktionsleistung zu erreichen. Vorzugsweise ist der Schneid- und Stapelabschnitt vollständig oder zumindest überwiegend mit rotierend angetriebenen Körpern, insbe sondere rotierend angetriebenen Trommeln und/oder Stempeln aus geführt. Die Herstellung der Verbundeinheiten oder Monozellen auf kontinuierlich drehenden Körpern, insbesondere kontinuierlich dre henden Trommeln und/oder Stempeln und die Verwendung von rotie renden Schneidapparaten ermöglicht durchgehend einen kontinuierli chen Prozess zur Herstellung von Monozellen oder ähnlichen Materi aleinheiten. Die eingangs genannten Nachteile werden damit über wunden. Die Aufnahme der Materialien auf rotierend angetriebenen Körpern, insbesondere Trommeln und/oder Stempeln bietet eine ho he Flexibilität. Weitere rotierend angetriebene Körper, insbesondere Trommeln zur Realisierung neuer Funktionen können je nach Bedarf eingefügt werden.
Wenn im Rahmen dieser Anmeldung von einer Trommel die Rede ist (Sammeltrommel, Laminiertrommel, Schneidtrommel, Teilungsände rungstrommel, Prüftrommel, Transporttrommel usw.), ist damit eine spezifische, vorteilhafte Ausführungsform eines rotierenden Körpers oder eines rotierend antreibbaren Körpers angegeben. Die Begriffe rotierender Körper oder rotierend antreibbarer Körper können gene risch im Sinne der Erfindung an die Stellen gesetzt werden, die spe zifisch eine Trommel, insbesondere die vorstehend aufgezählten und/oder die nachstehend angesprochenen Trommeln, nennen.
Wenn es für einzelne Prozessschritte vorteilhaft ist, können die Ma terialien auf eine Endlosbandvorrichtung zur Bearbeitung abgelegt und später wieder von einem rotierbaren Körper, insbesondere einer Trommel aufgenommen werden. Umgekehrt ist auch die Abgabe von einem rotierbaren Körper, insbesondere einer Trommel auf eine End losbandvorrichtung möglich. Damit kann für jeden Prozessschritt das optimale Verfahren und die optimale Vorrichtung (rotierend angetrie bener Körper, insbesondere Trommel oder fortlaufend angetriebene Endlosbandvorrichtung) vorgesehen werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass an Kontaktflächen zwischen materialfüh renden Maschinenteilen und dem Material keine nennenswerten Re lativbewegungen auftreten. Nachteiliger Schlupf und dadurch verur sachter Abrieb und Verschmutzungen, die die Qualität der Batterie zelle mindern, können weitestgehend vermieden werden. Die Aus schussrate kann somit reduziert werden.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Sammel- und Verbindungsabschnitt eine insbesondere rotierbare Sammelvor richtung, insbesondere eine Sammeltrommel auf, auf der die zuge führten Materialien zusammengeführt und übereinandergelegt wer den. Das Zusammenführen aller Materialien auf einer kontinuierlich drehenden Sammelvorrichtung, insbesondere Sammeltrommel ver spricht eine hohe Prozesssicherheit. In einer alternativen vorteilhaf ten Ausführungsform, die noch genauer erläutert wird, kann eine Sammelvorrichtung in Form einer Endlosbandvorrichtung oder eines Abschnitts einer Endlosbandvorrichtung vorgesehen sein.
Vorzugsweise weist der Zuführabschnitt mindestens einen Elektro- denherstellabschnitt mit mindestens einem Schneidapparat zum Zerschneiden einer endlos zugführten Elektrodenbahn in einzelne Elektroden auf. Es müssen also der Maschine keine vorproduzierten Elektroden umständlich zugeführt und darin gehandhabt werden, sondern die Elektroden können als endlose Elektrodenbahn zuge führt und erst in der Maschine geschnitten werden. Dies trägt zu einer erhöhten Produktionsgeschwindigkeit bei. Der Schneidapparat weist vorteilhaft eine Messerwelle mit Messern auf, um Elektroden schnell und effektiv fortlaufend schneiden zu können. Vorzugsweise weist der Schneidapparat auch eine Schneidtrommel mit Nuten zum Eingreifen der Messer auf.
Vorzugsweise weist der Elektrodenherstellabschnitt eine Teilungs änderungsvorrichtung, insbesondere eine Teilungsänderungstrom mel, zum Beabstanden der geschnittenen Elektroden voneinander in Förderrichtung auf. Dies ermöglicht die Fertigung von Monozellen, bei denen die Separatorblätter breiter sind als die Elektroden, was einer gängigen Anforderung entspricht.
Vorzugsweise weist die Verbindungsvorrichtung eine oder mehrere Laminierwalzen zur Laminierverbindung der Materialformation auf. Auf diese Weise kann das Verbinden der Materialien besonders schnell und materialschonend erfolgen. Vorteilhaft geschieht dies mittels Warmlaminieren. Der Sammel- und Verbindungsabschnitt weist daher vorzugsweise eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Materialformation vor dem Verbinden auf. Die Maschine weist vor zugsweise mindestens eine der Heizeinrichtung nachgeordnete Kühleinrichtung zum Kühlen von der Heizeinrichtung erwärmter Tei le, insbesondere der Separator-Elektroden-Verbundbahn und/oder eines erwärmten Endlosbandes, auf. Das Verbinden der Materialien kann auch mittels Kaltlaminieren erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sammel- und Verbindungsabschnitt als mindestens abschnittsweise lineare Förderstrecke ausgebildet. Insbesondere weist die Förder strecke vorteilhaft mindestens eine Endlosbandvorrichtung mit ei nem fortlaufend angetriebenen Endlosband auf. Im Vergleich zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind anstelle der Sammel- und Laminiertrommel in diesem Fall demnach eine oder mehrere Endlosbandvorrichtungen vorgesehen. Auch in dieser Ausführung sind Transport und Bearbeitung der Materialien ohne Schlupf mög lich.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Endlosband zur Übertragung von Wärme von einer oder der Heizeinrichtung durch das Endlos band auf die Materialformation eingerichtet und angeordnet. In die ser Ausführung lässt sich die Heizeinrichtung in der Maschine ther misch einfacher kapseln als im Falle einer Laminiertrommel, ein mo dularer Ansatz ist besser umsetzbar und die durch die Heizeinrich tung definierte Heizstrecke kann einfacher verlängert werden. Vor teilhaft ist dabei mindestens eine unterhalb der Materialformation angeordnete untere Endlosbandvorrichtung und/oder mindestens eine oberhalb der Materialformation angeordnete obere Endlos bandvorrichtung vorgesehen, um eine beidseitige Erwärmung und/oder beidseitiges Laminieren zu ermöglichen. Das oder die End losbänder können zusätzlich oder alternativ auch zum Fördern der Materialformation durch die Förderstrecke dienen.
Während der auf einer rotierbaren Sammel- und Laminiervorrichtung, insbesondere einer Sammel- und Laminiertrommel beruhende Pro zess eine bestimmte Ablegereihenfolge der Materialien favorisiert, können in der vorliegenden Ausführungsform mit Endlosbandvorrich- tung(en), insbesondere durch die Verwendung von beidseitigen Bandführungen, beliebige Ablegereihenfolgen von Elektroden und Separatorbahnen vorteilhaft umgesetzt werden.
Vorzugsweise weist die Förderstrecke mindestens eine Kühleinrich tung zum Kühlen des mittels der Heizeinrichtung erwärmten Endlos bandes auf, um der Maschine im Anschluss an das Laminieren nicht mehr benötigte Wärme wieder zu entziehen. Die Kühleinrichtung ist vorzugsweise auf der Rückführseite des Endlosbandes angeordnet, was zur Verringerung des benötigten Bauraums beiträgt.
Das Endlosband kann vorteilhaft metallisch sein, beispielsweise aus Edelstahl, was die Wärmeübertragung von der Heizeinrichtung auf die Materialformation begünstigt. Das Endlosband kann reibungs mindernd beschichtet sein, was insbesondere im Falle eines Kon takts der Materialformation mit dem Endlosband günstig ist, um eine Qualitätsbeeinträchtigung der Materialformation durch Reibung zu vermeiden.
Vorzugsweise weist die Förderstrecke eingangsseitig eine weitere Endlosbandvorrichtung oder einen Abschnitt einer Endlosbandvor richtung zum Zusammenführen und Übereinanderlegen der zuge führten Materialien und Bildung der Materialformation auf. Die weite re Endlosbandvorrichtung oder der entsprechende Abschnitt einer Endlosbandvorrichtung ist dann anstelle der Sammeltrommel in der eingangs genannten Ausführungsform vorgesehen. Dies ist im Falle von nachgelagerten wärmeübertragenden Endlosbandvorrichtungen weniger aufwändig und insgesamt günstiger als eine Sammeltrom mel.
In Förderrichtung nach der Verbindungsvorrichtung ist vorzugsweise mindestens eine Prüfvorrichtung zur Prüfung von Eigenschaften der Separator-Elektroden-Verbundbahn, insbesondere der Position der Elektroden und/oder elektrischer Eigenschaften, angeordnet. In För derrichtung nach der Schneidvorrichtung ist vorzugsweise mindes tens eine Prüfeinrichtung zur Prüfung von Eigenschaften der Ver bundeinheiten, insbesondere der Position der Elektroden und/oder elektrischer Eigenschaften, angeordnet. Dies ist vorteilhaft, um wichtige Qualitätseigenschaften der Separator-Elektroden-Verbund- bahn und/oder der Verbundeinheiten bereits während der Herstel lung in der Maschine messen zu können. In Förderrichtung vor der Stapelstation kann vorteilhaft eine insbesondere rotierend angetrie bene Auswerfvorrichtung, insbesondere eine rotierend angetriebene Auswerftrommel, zum Auswerfen von der Prüfvorrichtung und/oder der Prüfeinrichtung als mangelhaft bewerteter Verbundeinheiten an geordnet sein. Auf diese Weise wird eine gleichbleibende einwand freie Qualität der Zellen in dem Zellenstapel sichergestellt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren für die Energiezellen produzierende Industrie, insbesondere zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Maschine. Das Verfahren weist mindes tens folgende Schritte auf: Zuführen von mindestens einer endlosen Separatorbahn und einer fortlaufenden Reihe einzelner Elektroden; Zusammenführen und Übereinanderlegen der zugeführten Materia lien, wodurch eine Materialformation übereinandergelegter Materia lien gebildet wird, und Verbinden der übereinandergelegten Materia lien miteinander, wodurch eine endlose Separator-Elektroden- Verbundbahn erzeugt wird; Zerschneiden der Separator-Elektroden- Verbundbahn in einzelne Verbundeinheiten und Stapeln von Ver bundeinheiten zur Bildung eines Verbundeinheitenstapels. Erfin dungsgemäß werden die Schritte mittels im Wesentlichen kontinuier lich angetriebener Transportvorrichtungen ausgeführt, die Trans portgeschwindigkeit wird im Zuführ-, Sammel- und Verbindungsab schnitt konstant oder in einem Bereich von ±25% um eine mittlere Transportgeschwindigkeit gehalten, und/oder die Transportge schwindigkeit beträgt im Zuführ-, Sammel- und Verbindungsab schnitt mindestens 300 Segmente pro Minute, vorzugsweise mindes tens 400 Segmente pro Minute, weiter vorzugsweise mindestens 600 Segmente pro Minute, und/oder die Orientierung der Verbund einheiten wird im Schneid- und Stapelabschnitt mehrfach geändert. Das letztere Merkmal wird insbesondere durch die vorteilhafte Ver wendung rotierender Körper, insbesondere Trommeln und/oder Stempel im Schneid- und Stapelabschnitt erreicht. Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungs formen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Monozellen- Stapels für eine Batteriezelle;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Maschine zur Herstel lung von Monozellen-Stapeln; Fig. 3 eine Detailansicht auf die Maschine aus Figur 2 im Be reich des Zuführabschnitts;
Fig. 4 eine Detailansicht auf die Maschine aus Figur 2 im Be reich des Sammel- und Laminierabschnitts;
Fig. 5 eine Detailansicht, welche die Zuführung einer Separa torbahn zu der Sammeltrommel zeigt;
Fig. 6 eine Detailansicht auf die Maschine aus Figur 2 im Be reich des Schneid- und Stapelabschnitts;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Maschine zur Herstel lung von Monozellen-Stapeln in einer weiteren Ausfüh rungsform; Fig. 8 eine Detailansicht auf die Maschine aus Figur 7 im Be reich des Zuführ-, Sammel- und Laminierabschnitts; und
Fig. 9 eine Detailansicht auf eine Maschine im Bereich des Zu führ-, Sammel- und Laminierabschnitts in einer abgewan delten Ausführungsform.
In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind ro tierbare oder rotierend angetriebene Körper insbesondere als rotier bare oder rotierend angetriebene Trommeln 21 , 2T, 22, 22‘, 25, 25‘, 26, 26‘, 27, 29, 31 , 34, 35, 38-51 ausgeführt.
Im Folgenden wird zunächst der Aufbau eines Zellenstapels 90 un ter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben. Eine Monozelle 91 ist ein Schichtsystem bestehend aus übereinander gelegten Schichten, nämlich einem Separator 92, einer Anode 93, einem weiteren Sepa rator 94 und einer Kathode 95. Zum Aufbau eines Monozellensta pels 90 wird eine Mehr- oder Vielzahl dieser Monozellen 91 überein ander gestapelt und mit einer Abschlusszelle 96 abgeschlossen. Diese Abschlusszelle 96 besteht beispielsweise aus einem Separa tor 92, einer Anode 93 und einem weiteren Separator 94 und stellt sicher, dass der Zellenstapel 90 jeweils mit einem Separator 92, 94 nach außen abgeschlossen wird.
Der Zellenstapel 90 dient insbesondere zum Aufbau eines nicht ge zeigten elektrochemischen und/oder galvanischen Akkumulators, beispielsweise eines Lithium-Ionen-Akkus. Die Elektroden 93, 95 bestehen aus typischen Elektrodenmaterialien einer elektrochemi schen und/oder galvanischen Akkumulatorzelle. Im Falle einer Lithi- um-lonen-Zelle enthalten die Elektroden beispielsweise Lithium- Ionen. Die Separatoren dienen zur elektrischen Isolierung der Elek- troden voneinander und bestehen beispielsweise aus einer Kunst stofffolie, etwa aus einem thermoplastischen Material.
Derartige Zellenstapel 90 werden mittels einer Maschine 10 herge stellt, die im Weiteren unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 9 beschrieben wird.
Die Maschine oder Herstellmaschine 10 fördert und verarbeitet Aus gangsmaterialien mit Förderrichtung von links nach rechts zu Zel lenstapeln 90 und umfasst einen Zuführabschnitt 11 zum Zuführen von Ausgangsmaterialien, nämlich im Wesentlichen endlos zuge führter Separatorbahnen 80, 81 und Elektroden 93, 95 zu einem nachfolgend angeordneten Sammel- und Verbindungsabschnitt 12, in dem die Materialien 80, 81 , 93, 95 zusammengeführt und überei- nandergelegt werden. Der Sammel- und Verbindungsabschnitt 12 umfasst eine Verbindungsvorrichtung 14, die die übereinander ge legten Materialien 93, 80, 95, 81 zur Bildung einer endlosen Separa- tor-Elektroden-Verbundbahn 84 miteinander verbindet. In Förder richtung hinter dem Sammel- und Verbindungsabschnitt 12 folgt ein Schneid- und Stapelabschnitt 13. Dieser umfasst eine Schneidvor richtung 15 zum Zerschneiden der Separator-Elektroden-Verbund- bahn 84 in einzelne Verbundeinheiten 85, beispielsweise Monozel len 91 , und eine Stapelstation 28 zum Stapeln der Verbundeinheiten 85 zur Bildung von Zellenstapeln 90.
Die einzelnen Abschnitte 11-13 der Maschine werden im Folgenden genauer unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 6 erläutert.
Der in Figur 3 im Detail gezeigte Zuführabschnitt 11 umfasst Bahn führungselemente 16, beispielsweise Umlenkelemente wie Umlenk zapfen oder -rollen, und/oder Spannelemente wie Spannrollen, für die endlose Zuführung der Separatorbahnen 80, 81 zu der später zu erläuternden Sammelvorrichtung 17 des Sammel- und Laminierab schnitts 12.
Der Zuführabschnitt 11 umfasst Elektrodenherstellabschnitte 18, 19 zum Herstellen von Elektroden 93, 95, nämlich einen Anodenher- stellabschnitt 18 zum Herstellen einzelner Anodenblätter oder Ano den 93 und einen Kathodenherstellabschnitt 19 zum Herstellen ein zelner Kathodenblätter oder Kathoden 95. Die Elektrodenherstellab schnitte 18, 19 sind vorzugsweise gleichartig aufgebaut. Wenn im Folgenden beispielhaft der Anodenherstellabschnitt 18 beschrieben wird, ist die Beschreibung auf den Kathodenherstellabschnitt 19 übertragbar; entsprechende Teile des Kathodenherstellabschnitts 19 werden mit apostrophierten Bezugszeichen versehen. Es ist denk bar, dass die Maschine 10 nur einen Elektrodenherstellabschnitt 18, 19 für eine Sorte Elektroden (beispielsweise Anoden) aufweist und die andere Sorte Elektroden (beispielsweise Kathoden) der Maschi ne 10 bereits in vereinzelter Form zugeführt werden.
Die Elektrodenherstellabschnitte 18, 19 weisen Bahnführungsele mente 16, beispielsweise Umlenkelemente wie Umlenkzapfen oder -rollen, und/oder Spannelemente wie Spannrollen, für die endlose Zuführung von Elektrodenbahnen 82, 83 zu jeweils einem Schneid apparat 20, 20‘ auf. Insgesamt werden also die Materialien Anode, Separator, Kathode, weiterer Separator, jeweils als Bahn 80-83 endlos, in den Figuren von links, zugeführt. Nicht gezeigte Elemente zur Regelung der Bahnkante oder der Bahnlage sind vorteilhaft vor gesehen.
Der rotierende Schneidapparat 20 dient zum Zerschneiden der end los zugführten Elektrodenbahn, hier der Kathodenbahn 83, in ein- zelne Elektroden, hier Kathoden 95. Der Schneidapparat 20 umfasst jeweils eine Messerwelle 21 und eine Schneidtrommel 22. Die Mes serwelle 21 ist entlang ihres Umfangs mit Messern 23 bestückt. An der Schneidtrommel 22 sind um ihren Umfang herum entsprechende Nuten 24 vorgesehen. Die Messerwelle 21 ist tangential zu der Schneidtrommel 22 angeordnet. Die Rotationsantriebe der Messer welle 21 und der Schneidtrommel 22 sind so koordiniert, dass ein Messer 23, das in den Berührungsbereich der Messerwelle 21 und der Schneidtrommel 22 gelangt, in eine Nut 24 der Schneidtrommel 22 eingreift, um die Elektrodenbahn 83 zu schneiden.
Die Elektrodenbahn 83 wird an einem ersten Umfangspunkt von der Schneidtrommel 22 aufgenommen, in Rotationsrichtung der Schneidtrommel 22 gefördert, an einem zweiten Umfangspunkt von einem Messer 23 der Messerwelle 21 geschnitten, so dass einzelne Elektroden 95 entstehen, und mittels Vakuum von der Schneidtrom mel 22 weitergefördert bis zu einem dritten Umfangspunkt, an dem die Elektroden 95 an ein nachfolgendes Förderelement, hier die Transporttrommel 25, abgegeben werden. Auf der Transporttrommel 25 werden die Elektroden 95 mit Vakuum gehalten und durch Rota tion weitergefördert. Die Transporttrommel 25 kann auch zum Reini gen der Schnittkanten der Elektroden 95 dienen und in diesem Fall als Transport-/Reinigungstrommel bezeichnet werden. Die Teilungs änderungstrommel 26 dient dazu, die Elektroden 95 mit einem Ab- stand zueinander in Längsrichtung zu versehen. Dies ist erforder lich, weil in der Monozelle 91 die Separatoren 92, 94 gewöhnlich breiter sind als die Elektroden 93, 95. Die Teilungsänderungstrom mel 26 kann auch in Förderrichtung vor der Transporttrommel 25 angeordnet sein (umgekehrte Reihenfolge). Ein zentrales Element der Maschine 10 ist die insbesondere rotier bare Sammelvorrichtung 17, die hier als Sammeltrommel 27 ausge bildet ist. Die geschnittenen Elektroden 93, 95 und die nicht ge schnittenen Separatorfolien 80, 81 werden auf die Sammelvorrich tung 17 aufgelegt. Dabei bestimmt der in Figur 1 gezeigte Aufbau einer Monozelle 91 die Ablagereihenfolge der Zuschnitte, d.h. der Elektroden 93, 95, und der Separatorbahnen auf der Sammelvorrich tung 17, hier der Sammeltrommel 27.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden zuerst die Kathoden blätter oder Kathoden 95 mit dem durch die Teilungsänderungs trommel 26 erzeugten Abstand bei einer ersten Umfangsposition (Tangentialpunkt zwischen Teilungsänderungstrommel 26 und Sammeltrommel 27) auf der Sammeltrommel 27 abgelegt. Unmittel bar danach an einer zweiten Umfangsposition (Tangentialpunkt zwi schen letzter Umlenkrolle 16 und Sammeltrommel 27) wird die Se paratorbahn 80 über die Kathoden 95 gelegt. Der Abstand d zwi schen der ersten Umfangsposition und der zweiten Umfangsposition (siehe Figur 5) ist vorteilhaft geringer als die Ausdehnung der Elek troden 95 in Förderrichtung, damit die Elektroden 95 jederzeit sicher von der darüber gelegten Separatorbahn 80 gehalten werden. Die Kathode 95 wird also solange von der übergebenden Trommel 26 gehalten, bis sie zwischen der Sammeltrommel 27 und der nachfol gend zugeführten Separatorfolie 80 aufgenommen und fixiert ist. Hierfür ist das Aufbringen einer entsprechenden Bahnspannung in der Separatorfolie 80 erforderlich.
Der beschriebene Vorgang wird anschließend mit der Anode 93 und der zweiten Separatorfolie 81 in gleicher Art ausgeführt. Analog werden daher an einer dritten Umfangsposition (Tangentialpunkt zwischen Teilungsänderungstrommel 26‘ und Sammeltrommel 27) die anderen Elektroden, hier die Anodenblätter oder Anoden 93, mit dem durch die Teilungsänderungstrommel 26‘ erzeugten Abstand auf der Sammeltrommel 27 abgelegt. Dabei wird die Anode 93 ent sprechend den geometrischen Anforderungen der Monozelle 91 re lativ zu der Kathode 95 positioniert. Unmittelbar danach an einer vierten Umfangsposition (Tangentialpunkt zwischen letzter Umlenk rolle 16‘ und Sammeltrommel 27) wird die weitere Separatorbahn 81 über die Anoden 93 gelegt. Der Abstand d‘ zwischen der dritten Um fangsposition und der vierten Umfangsposition (siehe Figur 3) ist vorteilhaft geringer als die Ausdehnung der Elektroden 93 in Förder richtung, damit die Elektroden 93 jederzeit sicher von der darüber gelegten Separatorbahn 81 gehalten werden.
Eine umgekehrte Zuführreihenfolge ist möglich, d.h. es können zu erst die Anoden 93, Separatorfolie 80 und danach die Kathoden 95 und Separatorfolie 81 der Sammelvorrichtung 17 zugeführt werden, wenn ein anderer Aufbau des Zellenstapels 90 oder der Monozellen 91 gewünscht ist. Auch eine außenliegende Elektrode 93, 95 ist rea lisierbar, beispielsweise unter Zuführung einer zusätzlichen Hilfsfo lie.
Die Materialformation bestehend aus Separatorbahnen 80, 81 und dazwischen eingelegten Elektroden 93, 95 werden von der rotierend angetriebenen Sammeltrommel 27 weitergefördert und an einer fünf ten Umfangsposition, die beispielsweise mindestens 135°, weiter vorzugsweise mindestens 180° Winkelabstand von der vierten Um fangsposition aufweist, mittels einer Verbindungsvorrichtung 14, hier einer Laminiervorrichtung mit Laminierwalze 29, miteinander ver bunden, wodurch eine einheitliche, endlose Separator-Elektroden- Verbundbahn 84 erzeugt wird. Die Laminierwalze 29 arbeitet mit einer definierten Kraft auf die Laminiertrommel 27, um den Lami- niervorgang auszuführen. Das Ergebnis ist demnach eine endlose Bahn 84 aus geschnittenen und positionierten Elektroden 93, 95, die durch das Verbinden und/oder Laminieren mit den endlosen Separa torfolien 80, 81 verbunden sind. Das Laminieren erfolgt vorzugswei se unter Druck zwischen der Sammeltrommel 27 und der Laminier walze 29, welche die Sammeltrommel 27 tangential kontaktiert oder tangential gegen die Sammeltrommel 27 drückt und die dazwischen geförderten Materialien 80, 81 , 93, 95 laminiert. Die Sammeltrommel 27 kann somit auch als Laminiertrommel oder als Sammel- und La miniertrommel bezeichnet werden. In ihrer Funktion als Laminier trommel 27 weist diese vorzugsweise eine glatte Oberfläche auf, was für den Laminierprozess günstig ist.
Es ist möglich, statt einer Sammel- und Laminiertrommel 27, die beide Funktionen des Zusammenführens der Materialien 80, 81 , 93, 95 und des Verbindens derselben miteinander wahrnimmt, zwei ge trennte Trommeln vorzusehen, nämlich eine Sammeltrommel 27 und eine nachfolgende Verbindungs- oder Laminiertrommel.
Die Laminiervorrichtung 14 kann eine Warmlaminiervorrichtung oder eine Kaltlaminiervorrichtung sein. Im Falle der Warmlaminierung, d.h. wenn die Materialien 80, 81 , 93, 95 warm laminiert werden, ist die Laminiertrommel 27 vorzugsweise beheizbar, etwa elektrisch oder mittels Durchleitung eines flüssigen oder gasförmigen erwärm ten Mediums. Zusätzlich oder alternativ ist vorzugsweise außen am Umfang der Sammel-/Laminiertrommel 27 zwischen der vierten Um fangsposition und der Laminierwalze 29 eine beispielsweise elektri sche Heizeinrichtung 30 vorgesehen, die sich beispielsweise bogen förmig um die Sammel-/Laminiertrommel 27 erstreckt, wie in Figur 4 gezeigt. Andere Arten der Verbindung der Materialien 80, 81 , 93, 95 durch die Verbindungsvorrichtung 14 sind möglich, beispielsweise mittels Laserschweißen. Aufgrund hoher Produktionsleistungen werden insbesondere im Fal le einer Warmlaminiervorrichtung 14 erhebliche Energiemengen der Materialformation 80, 81 , 93, 95 auf der Laminiertrommel 27 zuge führt. Um einen Teil dieser Wärme gezielt aus dem Prozess abzu führen, ist nachfolgend vorzugsweise eine Kühleinrichtung 31 für die Separator-Elektroden-Verbundbahn 84 vorgesehen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen rotierbaren Kühlkörper, insbesondere eine Kühltrommel 71 handeln, an welche die laminierte Verbundb ahn 84 von der Laminiertrommel 27 übergeben wird. Die Kühlein richtung 31 ist beispielsweise elektrisch oder mittels Durchleiten eines Kühlmediums kühlbar, um der warmen Verbundbahn 84 ge zielt Wärme zu entziehen. Zugleich bekommen die Materialien der Verbundbahn 84 schneller wieder ihre gewöhnlichen mechanischen Eigenschaften. Zwischen der Verbindungsvorrichtung 14 und der Schneideinrich tung 15 kann eine vorteilhaft lineare Prüfstrecke 32 vorgesehen sein, die eine oder mehrere Prüfeinrichtungen 33 insbesondere zur Prüfung der Positionen der Anoden und Kathoden in der Verbund bahn 84 aufweist. Es können beispielsweise eine oder mehrere opti- sehe Prüfeinrichtungen 33, etwa eine oder mehrere Kameras, vor gesehen sein. Möglich ist an dieser Stelle, d.h. im Bereich der Prüf strecke 32, auch eine Abfolge mehrerer rotierbarer Körper, insbe sondere Trommeln, auf denen bei Bedarf zusätzliche Funktionen realisiert sein können. Der nachfolgende Schneid- und Stapelabschnitt 13 erstreckt sich von der Schneidvorrichtung 15 bis zu der Stapelstation 28 und ist in Figur 6 gezeigt. Mittels der Schneidvorrichtung 15 wird die Ver bundbahn 84 in einzelne Separator-Elektroden-Verbundeinheiten geschnitten, und zwar beispielsweise jeweils in dem Streifen zwi schen zwei Elektroden, wodurch Monozellen 91 wie in Figur 1 ge zeigt entstehen. Es ist auch denkbar, Bögen mit einer Mehrzahl von Monozellen 91 zu schneiden, die zu einem späteren Zeitpunkt in einzelne Monozellen 91 geschnitten werden. Die Schneidvorrichtung 15 ist vorteilhaft gleichartig aufgebaut wie die Schneidapparate 20, 20‘ und umfasst vorzugsweise eine Schneidtrommel 34 mit Nuten 36, über die die Verbundbahn 84 geführt wird, und eine Messerwal ze 35 mit Messern 37, die tangential zu der Schneidtrommel 34 und durch Eingreifen der Messer 37 in die Nuten 36 infolge der koordi nierten Rotation beider Trommeln 34, 35 die Verbundbahn 84 schneidet.
Der Schneid- und Stapelabschnitt 13 umfasst vorzugsweise einen nachfolgenden rotierbaren Prüfkörper in Form einer Prüftrommel 38, an der mittels einer entsprechenden Prüfeinrichtung elektrische Ei genschaften der einzelnen Verbundeinheiten oder Monozellen 91 gemessen werden. Beispielsweisekann eine Prüfung der geometri schen Form der Elektroden 93, 95 und/oder des elektrischen Wider stands der Monozellen 91 durchgeführt werden.
Anschließend an die Prüftrommel 38 kann ein rotierbarer Transport körper, insbesondere eine Transporttrommel 39 vorgesehen sein. Anstelle oder zusätzlich zu der Transporttrommel 39 kann auch ein weiterer rotierbarer Prüfkörper, insbesondere eine weitere Prüf trommel vorgesehen sein, beispielsweise für die geometrischen Form der Elektroden 93, 95, wenn an der Prüftrommel 38 der elekt rische Widerstand der Monozellen 91 geprüft wird, oder umgekehrt.
Der Schneid- und Stapelabschnitt 13 umfasst vorzugsweise eine der mindestens einen Prüftrommel 38 nachfolgende Auswerfvorrichtung in Form einer Auswerftrommel 40. Verbundeinheiten oder Monozel len 91 , die von der Prüfeinrichtung an der mindestens einen Prüf trommel 38 oder einer der Prüfeinrichtungen 33 als fehler- oder mangelhaft bewertet werden, beispielsweise hinsichtlich ihrer Form, oder wenn der elektrische Widerstand nicht im Rahmen eines zuläs sigen Toleranzbereichs liegt, können von der Auswerftrommel 40 vorzugsweise nach unten ausgeschleust werden.
Das nachfolgende System rotierbarer Körper, insbesondere Trom melsystem der Stapelstation 28 dient zum Stapeln der Verbundein heiten oder Monozellen 91. Die Stapelstation 28 umfasst in der Aus führungsform gemäß Figur 6 einen rotierbaren Entnahmekörper in Form einer Entnahmetrommel 41 , welche die Verbundeinheiten oder Monozellen 91 weiterfördert und nach unten an mindestens einen, vorzugsweise zwei rotierbare Segmentkörper, insbesondere Seg menttrommeln 42, 43 übergibt. Jede Segmenttrommel 42, 43 über nimmt jeweils eine Verbundeinheit oder Monozelle 91 von der Ent nahmetrommel 41 und legt sie in einem Magazin eines jeweils zu geordneten rotierbaren Magazinkörpers, insbesondere einer Maga zintrommel 44, 45 ab. In dem Magazin der Magazintrommel 44, 45 wird auf diese Weise ein Zellenstapel 90 aufgestapelt. Sobald ein Magazin gefüllt und der Zellenstapel 90 vollständig ist, rotiert die Magazintrommel 44, 45, hier beispielsweise um 90° oder 180°, bis das nächste leere Magazin in den Wirkungsbereich der entspre chenden Segmenttrommel 42, 43 gelangt und gefüllt werden kann. Die fertigen Zellenstapel 90 werden von der Magazintrommel 44, 45 beispielsweise nach unten zur weiteren Verarbeitung abgegeben.
Die Stapelstation 28 kann mindestens einen weiteren rotierbaren Entnahmekörper, insbesondere eine weiteren Entnahmetrommel 47 mit entsprechenden rotierbaren Segmentkörpern, insbesondere Segmenttrommeln 48, 49 und rotierbaren Magazinkörpern, insbe sondere Magazintrommeln 50, 51 aufweisen, um die Verarbeitungs geschwindigkeit in der Stapelstation 28 zu erhöhen. Verbundeinhei ten oder Monozellen können mittels eines rotierbaren Übergabekör pers, insbesondere einer Übergabetrommel 46 von der Entnahme trommel 41 an die weitere Entnahmetrommel 47 übergeben werden. Die Anzahl der Übergabekörper, insbesondere Übergabetrommeln 46 zwischen den Entnahmekörpern, insbesondere Entnahmetrom meln 41 , 47 ist vorteilhaft ungerade, damit die Orientierung der Mo nozellen 91 in sämtlichen Zellenstapeln 90 gleich ist.
Jeder Segmentkörper, insbesondere jede Segmenttrommel 42, 43, 48, 49 weist vorteilhaft mindestens einen um die Körperachse, ins besondere Trommelachse drehbar gelagerten Entnahmestempel 63, 64 auf, der jeweils zur Aufnahme eines Segments bzw. einer Ver bundeinheit 85 bzw. einer Monozelle 91 eingerichtet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist jeder Segmentkörper, insbe sondere jede Segmenttrommel 42, 43, 48, 49 eine Mehrzahl von beispielsweise zwei jeweils um die Körperachse, insbesondere Trommelachse drehbar gelagerte Entnahmestempel 63, 64 auf, wie in Figur 6 gezeigt. Diese werden koordiniert von einer elektroni schen Steuerungseinrichtung angesteuert und sind vorzugsweise unabhängig voneinander um die Körperachse, insbesondere Trom melachse drehbar. Der Vorteil einer Mehrzahl von Entnahmestem peln 63, 64 pro Segmentkörper, insbesondere Segmenttrommel 42, 43, 48, 49 besteht in einer erhöhten Verarbeitungsgeschwindigkeit, weil beispielsweise ein Entnahmestempel 63 ein Segment aufnimmt, während der andere Entnahmestempel 64 parallel ein anderes Seg ment abgibt.
Vorzugsweise ist jedem Paar bestehend aus Segmentkörper, insbe sondere Segmenttrommel 42, 43, 48, 49 und zugeordnetem Maga zinkörper, insbesondere Magazintrommel 44, 45, 50, 51 eine ma schinenfeste Abstreifeinrichtung in Form eines kammartigen Ab streifteiles 77 mit einer Mehrzahl von parallel zueinander angeord neten Abstreifstegen zugeordnet. Jeder Entnahmestempel 63, 64 weist an seinem Außenumfang parallele Schlitze 78 auf, in welche das Abstreifteil 77 während der Umlaufbewegung des Entnahme stempels 63, 64 mit seinen Abstreifstegen in Eingriff gelangt, wodurch die an der Außenseite des Entnahmestempels 63, 64 ge haltene Verbundeinheit während der Umlaufbewegung des Entnah mestempels 63, 64 in ein Magazin des entsprechenden Magazinkör pers, insbesondere Magazintrommel 44, 45, 50, 51 abgestreift wird.
Wie aus dem oben beschriebenen ersichtlich ist, ist die Maschine 10 vorteilhaft im Wesentlichen als Rotationskörpermaschine, insbeson dere Trommelmaschine ausgeführt. Demnach ist mindestens eine überwiegende Mehrzahl der Förder- und Funktionseinheiten in der Maschine als rotierend angetriebene Körper, insbesondere Trom meln 21 , 2T, 22, 22‘, 25, 25‘, 26, 26‘, 27, 29, 31, 34, 35, 38-51 ausgeführt. Der Rotationsantrieb der rotierbaren Körper, insbeson dere Trommeln kann beispielsweise elektrisch sein. Jeder rotierbare Körper, insbesondere jede Trommel kann beispielsweise einen ei genen elektrischen Rotationsantrieb (Einzelantrieb) aufweisen. Sämtliche Körper, insbesondere Trommeln rotieren kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich, aber nicht zwingend mit konstanter Ge- schwindigkeit. Auf sämtlichen oder einer Teilanzahl von Körpern, insbesondere Trommeln, mit möglicher Ausnahme der Sammel- und Laminiertrommel 27, werden die Materialien vorzugsweise mittels Vakuum gehalten. Unter bestimmten Bedingungen sind zusätzlich oder alternativ zu Vakuum mechanische Haltelemente möglich. Das Halten der Materialien, insbesondere der Elektrodenzuschnitte 93, 95, auf der Sammel- und Laminiertrommel 27, mit mechanischen Elementen und/oder mit Vakuum ist möglich, wenn auch nicht zwin gend, und so auszuführen, dass ungewollte Abdrücke vermieden werden.
Bevorzugte alternative Ausführungsformen der Maschine 10 sind in den Figuren 7 bis 9 gezeigt. Diese unterscheiden sich von der Aus führungsform gemäß den Figuren 2 bis 6 darin, dass eine oder meh rere wesentliche Funktionen in dem Sammel- und Verbindungsab schnitt 12 mittels Endlosbandvorrichtungen 55A, 55B, 57 (anstelle von rotierend angetriebenen Trommeln) ausgeführt sind.
Der Sammel- und Verbindungsabschnitt 12 weist vorteilhaft mindes tens eine, vorzugsweise mindestens zwei Endlosbandvorrichtungen 55A, 55B auf, deren Hauptfunktion darin besteht, Wärme von jeweils einer entsprechenden Heizeinrichtung 30A, 30B auf die Materialfor mation 52 zu übertragen. Dies wird im Folgenden genauer erläutert.
Jede Endlosbandvorrichtung 55A, 55B weist ein entsprechendes, endlos umlaufendes Endlosband 56A, 56B auf. Jedes der Endlos bänder 56A, 56B wird mittels Umlenkzapfen oder -rollen 59 umge lenkt. Jeweils einer der Umlenkzapfen oder -rollen 59 ist vorteilhaft als Antriebswalze ausgebildet, um das entsprechende Endlosband 56A, 56B kontinuierlich fortlaufend antreiben zu können. Der der Materialformation 52 zugewandte Teil des Endlosbandes 56A, 56B wird in dessen Förderrichtung und vorzugsweise mit gleicher Ge schwindigkeit wie die Materialformation 52 bewegt, damit es zwi schen dem Endlosband 56A, 56B und der Materialformation 52 nicht zu einer ggf. reibungsbehafteten Relativbewegung kommt.
Vorzugsweise in der durch das Endlosband 56A, 56B gebildeten Schlaufe ist jeweils eine der Materialformation 52 zugewandte Heiz einrichtung 30A, 30B angeordnet. Die Heizeinrichtung 30A, 30B er wärmt den der Materialformation 52 zugewandten Teil des jeweils zugeordneten Endlosbandes 56A, 56B. Die der Materialformation 52 zugewandten Teile des Endlosbandes 56A, 56B geben die Wärme an die dazwischen angeordnete Materialformation 52 weiter. Das Endlosband 56A, 56B besteht aus einem hinreichend wärmeleiten den Material. Beispielsweise kann es sich um ein Band aus Edel stahl handeln. Die Heizeinrichtungen 30A, 30B können in dieser Ausführungsform linear geformt und angeordnet sein, was einfacher zu realisieren ist als die bogenförmige Anordnung um eine Sammel- und Laminiertrommel 27 (Figuren 2 und 4).
In den Ausführungsformen gemäß Figuren 7 bis 9 weist der Sam- mel- und Verbindungsabschnitt 12 auf beiden Seiten der Material formation 52 jeweils eine Endlosbandvorrichtung 55A, 55B und je weils eine Heizeinrichtung 30A, 30B auf, nämlich eine untere End losbandvorrichtung 55A und untere Heizeinrichtung 30A, die unter halb der Materialformation 52 angeordnet sind, und eine obere End losbandvorrichtung 55B und obere Heizeinrichtung 30B, die ober halb der Materialformation 52 angeordnet sind. Die beiden Endlos bandvorrichtungen 55A, 55B ermöglichen in Kombination mit den beiden Heizeinrichtungen 30A, 30B eine vorteilhafte beidseitige Er wärmung der Materialformation 52 vor dem Laminieren. Die Endlosbänder 56A, 56B können die Materialformation 52 kontak tieren. Beispielsweise kann die Materialformation 52 auf das untere Endlosband 56A aufgelegt und durch dieses geführt sein. Im Falle der Kontaktierung kann das entsprechende Endlosband 56A, 56B eine reibungsmindernde Beschichtung aufweisen oder besonders glatt ausgeführt sein. Nicht-kontaktierende Ausführungsformen sind möglich.
Ausführungsformen mit einem wärmeübertragendem Endlosband 56A oder 56B auf nur einer Seite der Materialformation 52 sind denkbar.
Vorzugsweise ist auf beiden Seiten der Materialformation 52 jeweils eine Laminierwalze 29A, 29B vorgesehen, um eine beidseitige La- minierung und somit eine festere Verbindung der Materialien in der Materialformation 52 zu ermöglichen. Die Laminierwalzen 29A, 29B sind vorzugsweise an der gleichen Position in Förderrichtung ange ordnet, wie aus Figuren 7 bis 9 ersichtlich, damit jede Laminierwalze 29A (29B) jeweils die von der anderen Laminierwalze 29B (29A) ausgeübten Kräfte in der Art eines Gegenlagers aufnehmen kann. Ausführungsformen mit nur einer Laminierwalze 29A, oder 29B sind möglich.
Die Laminierwalzen 29A, 29B können in der von dem jeweiligen Endlosband 56A, 56B gebildeten Schlaufe angeordnet sein, wie in Figuren 7 bis 9 gezeigt. In diesem Fall drücken die Laminierwalzen 29A, 29B jeweils auf den der Materialformation 52 zugewandten Ab schnitt des Endlosbandes 56A, 56B und dieses überträgt den Lami nierdruck auf die dazwischen angeordnete Materialbahn 52. Alterna tiv ist es möglich, dass die Laminierwalzen 29A, 29B außerhalb der von dem jeweiligen Endlosband 56A, 56B gebildeten Schlaufe, un- mittelbar anschließend an die Endlosbandvorrichtungen 55A, 55B angeordnet sind. In diesem Fall drücken die Laminierwalzen 29A, 29B jeweils direkt auf die dazwischen angeordnete Materialformati on 52.
Die oder jede Endlosbandvorrichtung 55A, 55B weist vorzugsweise eine Kühleinrichtung 54A, 54B auf, welche der Maschine 10 die von der oder den Heizeinrichtungen 30A, 30B eingetragene Wärme ent zieht. Die Kühleinrichtung 54A, 54B kann vorteilhaft zum Kühlen eines zugeordneten Endlosbandes 56A, 56B vorgesehen und ange ordnet sein und das zugeordnete Endlosband 56A, 56B zu diesem Zweck umschließen, wie in den Figuren 7 bis 9 gezeigt. Die Kühlein richtung 54A, 54B ist vorteilhaft auf der der Materialformation 52 abgewandten Rückführseite des Endlosebandes 56A, 56B, d.h. an dem Rücktrum, angeordnet, wie in den Figuren 7 bis 9 gezeigt. Die Kühleinrichtungen 54A, 54B können vorteilhaft linear geformt und angeordnet sein. Dies hat Vorteile im Vergleich zu der Kühltrommel 71 gemäß Figuren 2 bis 4, weil das Kühlmittel oder der Kühlstrom einfacher zugeführt werden kann.
In Förderrichtung nach den Laminierwalzen 29A, 29B schließt sich auch in diesen Ausführungsformen vorteilhaft eine Prüfstrecke 32 mit einer oder mehreren Prüfeinrichtungen 33 an.
Der Sammel- und Verbindungsabschnitt 12 weist in der Ausfüh rungsform gemäß den Figuren 7 und 8 eine weitere Endlosbandvor richtung 60 mit einem entsprechenden Endlosband 57 auf, die in Förderrichtung vor den zuvor beschriebenen Endlosbandvorrichtun gen 55A, 55B angeordnet ist. Die weitere Endlosbandvorrichtung 60 dient als Sammelvorrichtung zum Zusammenführen und Übereinan- derlegen der von dem Zuführabschnitt 11 zugeführten und auf dem Endlosband 57 in der entsprechenden Reihenfolge abgelegten Ma terialien 93, 80, 95, 81. Auf diese Weise wird an dem in Förderrich tung hinteren Ende der Endlosbandbandvorrichtung 60 die Material formation 52 auf dem Endlosband 57 gebildet. Die Endlosbandvor- richtung 60 weist ebenfalls mindestens einen Umlenkzapfen oder eine Umlenkrolle 61 zur Bandumlenkung und mindestens eine An triebswalze 62 zum fortlaufenden Umlauf des Endlosbandes 57 auf.
In der bevorzugten Ausführungsform gemäß Figur 9 ist anstelle ei- ner separaten Sammel-Endlosbahnvorrichtung 60 die untere End losbandvorrichtung 55A nach vorne, d.h. in Richtung zu dem Zu führabschnitt 11 hin verlängert und bildet dadurch einen Sammel- Endlosbahnabschnitt 58. Eine separate Sammel-Endlosbahn vorrichtung 60 wie in den Figuren 7 und 8 ist hier entbehrlich, deren Funktion wird hier von der untere Endlosbandvorrichtung 55A in dem vorgelagerten Sammel-Endlosbahnabschnitt 58 mit übernom men.
Nach dem zuvor Gesagten kann die untere Endlosbandvorrichtung 55A, 60 und/oder 55A entweder geteilt (Figuren 7, 8) oder durchge hend (Figur 9) ausgeführt sein. Die weitere Endlosbandvorrichtung 60 gemäß Figuren 7 und 8 und der vorgelagerte Endlosbandabschnitt 58 gemäß Figur 9 bilden in diesen Ausführungsformen die Sammelvor richtung 17, die hier demnach mit einem Endlosband 57 und/oder 55A und nicht in Form einer rotierenden Trommel ausgeführt ist.

Claims

Ansprüche:
1. Maschine (10) für die Energiezellen produzierende Industrie, wobei die Maschine mindestens aufweist:
- einen Zuführabschnitt (11) zum Zuführen von mindestens ei ner endlosen Separatorbahn (80, 81) und einer fortlaufenden Reihe einzelner Elektroden (93, 95);
- einen Sammel- und Verbindungsabschnitt (12) zum Zusam menführen und Übereinanderlegen der zugeführten Materia lien, wodurch eine Materialformation (52) übereinandergelegter Materialien (95, 80, 93, 81) gebildet wird, mit einer Verbin dungsvorrichtung (14) zum Verbinden der übereinandergeleg- ten Materialien (95, 80, 93, 81) miteinander, wodurch eine end lose Separator-Elektroden-Verbundbahn (84) erzeugt wird;
- einen Schneid- und Stapelabschnitt (13) mit einer Schneid vorrichtung (15) zum Zerschneiden der Separator-Elektroden- Verbundbahn (84) in einzelne Verbundeinheiten (85) und einer Stapelstation (28) zum Stapeln von Verbundeinheiten (85) zur Bildung eines Verbundeinheitenstapels (90); wobei die Abschnitte (11-13) der Maschine (10) als im We sentlichen kontinuierlich angetriebene Transportvorrichtungen ausgeführt sind, und/oder die Transportgeschwindigkeit im Zuführ-, Sammel- und Verbin dungsabschnitt (11, 12) konstant ist oder in einem Bereich von ± 25% um eine mittlere Transportgeschwindigkeit liegt, und/oder die Transportgeschwindigkeit im Zuführ-, Sammel- und Verbin dungsabschnitt (11 , 12) mindestens 300 Segmente pro Minute beträgt.
2. Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (13) der Maschine (10) zumindest überwiegend mit rotierend angetriebenen Körpern, insbesondere rotierend ange triebenen Trommeln (21 , 21‘, 22, 22‘, 25, 25‘, 26, 26‘, 27, 29, 31 , 34, 35, 38-51) und/oder Stempeln ausgeführt ist.
3. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammel- und Verbindungsabschnitt (12) eine insbesondere rotierbare Sammelvorrichtung (17), insbesondere eine Sammeltrommel (27) aufweist, auf der die zugeführten Materialien (93, 80, 95, 81) zusammengeführt und übereinandergelegt werden.
4. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführabschnitt (11) mindestens ei nen Elektrodenherstellabschnitt (18, 19) mit mindestens einem Schneidapparat (20, 20‘) zum Zerschneiden einer endlos zug führten Elektrodenbahn (22, 22‘) in einzelne Elektroden (93,
95) aufweist.
5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidapparat (20, 20‘) eine Messerwelle (21 , 2T) mit Mes sern (23, 23‘) aufweist.
6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Schneidapparat (20, 20‘) eine Schneidtrommel (22, 22‘) mit Nuten (24, 24‘) zum Eingreifen der Messer (23, 23‘) aufweist.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Elektrodenherstellabschnitt (18, 19) eine
Teilungsänderungsvorrichtung, insbesondere eine Teilungsän- derungstrommel (26, 26‘), zum Beabstanden der geschnittenen Elektroden (93, 95) voneinander in Förderrichtung aufweist.
8. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung (14) eine oder mehrere Laminierwalzen (29; 29A, 29B) zur Laminierver bindung der Materialformation (52) aufweist.
9. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammel- und Verbindungsabschnitt (12) eine Heizeinrichtung (30) zum Erwärmen der Materialfor mation (52) vor dem Verbinden aufweist.
10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (10) mindestens eine Kühleinrichtung (31, 54) zum Kühlen von der Heizeinrichtung erwärmter Teile (56A, 56B, 84) aufweist.
11 . Maschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der Sammel- und Verbindungsabschnitt (12) mindestens abschnittsweise als lineare Förderstrecke (53) ausgebildet ist.
12. Maschine nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke (53) mindestens eine Endlosbandvorrichtung (55A, 55B) mit einem fortlaufend angetriebenen Endlosband (56A, 56B) aufweist.
13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Endlosband (56A, 56B) zur Übertragung von Wärme von einer Heizeinrichtung (30A, 30B) durch das Endlosband (56A, 56B) auf die Materialformation (52) eingerichtet und angeord net ist.
14. Maschine nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch ge kennzeichnet, dass die Förderstrecke (53) mindestens eine un terhalb der Materialformation (52) angeordnete untere Endlos bandvorrichtung (55A) und/oder mindestens eine oberhalb der Materialformation (52) angeordnete obere Endlosbandvorrich tung (55B) aufweist.
15. Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass die Förderstrecke (53) eine Kühleinrichtung (54A, 54B) zum Kühlen des Endlosbandes (55A, 55B) aufweist.
16. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (54A, 54B) auf der Rückführseite des End losbandes (56A, 56B) angeordnet ist.
17. Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, dass das Endlosband (56A, 56B) metallisch und/oder beschichtet ist.
18. Maschine nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, dass die Förderstrecke (53) eingangsseitig eine weitere Endlosbandvorrichtung (57) oder einen Abschnitt (58) einer Endlosbandvorrichtung (55A) zum Zusammenführen und Übereinanderlegen der zugeführten Materialien (95, 80, 93, 81) aufweist.
19. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung nach der Verbindungs- Vorrichtung (14) mindestens eine Prüfvorrichtung (33) zur Prü fung von Eigenschaften der Separator-Elektroden-Verbund- bahn (84), insbesondere der Position der Elektroden (93, 95) und/oder elektrischer Eigenschaften, angeordnet ist.
20. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung nach der Schneidvor richtung (15) mindestens eine Prüfeinrichtung (38) zur Prüfung von Eigenschaften der Verbundeinheiten (85), insbesondere der Position der Elektroden (93, 95) und/oder elektrischer Ei genschaften, angeordnet ist.
21. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung vor der Stapelstation (28) eine insbesondere rotierend angetriebene Auswerfvorrich tung, insbesondere eine rotierend angetriebene Auswerftrom mel (40), zum Auswerfen von der Prüfvorrichtung (33) und/oder der Prüfeinrichtung (38) als mangelhaft bewerteter Verbund einheiten (85) angeordnet ist.
22. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelstation (28) mindestens einen jeweils zwischen einem rotierbaren Entnahmekörper, insbe sondere einer Entnahmetrommel (41 , 47), und einem rotierba- ren Magazinkörper, insbesondere einer Magazintrommel (44,
45), angeordneten rotierbaren Segmentkörper, insbesondere eine Segmenttrommel (42, 43, 48, 49) aufweist.
23. Maschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Segmentkörper, insbesondere jede Segmenttrommel (42, 43, 48, 49) mindestens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl, um die Körperachse, insbesondere Trommelachse drehbar gela gerten Entnahmestempel (63, 64) aufweist, der jeweils zur Aufnahme einer Verbundeinheit (85) eingerichtet ist.
24. Maschine nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Segmentkörper, insbesondere jeder Segmenttrommel (42, 43, 48, 49) und zugeordnetem Magazin körper, insbesondere zugeordneter Magazintrommel (44, 45, 50, 51) eine maschinenfeste Abstreifeinrichtung in Form eines kammartigen Abstreifteiles (77) angeordnet ist.
25. Verfahren für die Energiezellen produzierende Industrie, ins besondere zum Betreiben einer Maschine nach einem der vo rangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren mindestens fol gende Schritte aufweist:
- Zuführen von mindestens einer endlosen Separatorbahn (80, 81) und einer fortlaufenden Reihe einzelner Elektroden (93, 95);
- Zusammenführen und Übereinanderlegen der zugeführten Materialien, wodurch eine Materialformation (52) übereinan- dergelegter Materialien (95, 80, 93, 81) gebildet wird, und Ver binden der übereinandergelegten Materialien (95, 80, 93, 81) miteinander, wodurch eine endlose Separator-Elektroden- Verbundbahn (84) erzeugt wird;
- Zerschneiden der Separator-Elektroden-Verbundbahn (84) in einzelne Verbundeinheiten (85) und Stapeln von Verbundein heiten (85) zur Bildung eines Verbundeinheitenstapels (90); wobei die Schritte mittels im Wesentlichen kontinuierlich ange triebener Transportvorrichtungen ausgeführt werden, und/oder die Transportgeschwindigkeit im Zuführ-, Sammel- und Verbin dungsabschnitt (11 , 12) konstant oder in einem Bereich von ± 25% um eine mittlere Transportgeschwindigkeit gehalten wird, und/oder die Transportgeschwindigkeit im Zuführ-, Sammel- und Verbin dungsabschnitt (11 , 12) mindestens 300 Segmente pro Minute beträgt, und/oder die Orientierung der Verbundeinheiten (85) im Schneid- und Stapelabschnitt (13) mehrfach geändert wird.
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