Pulvertrichter zum schwerkraftgetriebenen Zuführen von pulverförmigem Elektrodenvorläufermaterial in einen Walzenspalt eines Trockenelektrodenkalanders sowie entsprechende Anordnung und entsprechendes Verfahren
Die Erfindung geht aus von einem Pulvertrichter zum Zuführen von pulverförmigem Elektrodenvorläufermaterial in einen Walzenspalt eines Trockenelektrodenkalanders zum Herstellen einer Trockenelektrodenbahn.
Elektroden können in elektrischen Energiespeicherzellen eingesetzt werden, die weithin zur Stromversorgung von elektronischen, elektromechanischen, elektrochemischen und anderen nützlichen Geräten verwendet werden. Zu solchen Zellen gehören Batterien wie primäre chemische Zellen und sekundäre (wiederaufladbare) Zellen, Brennstoffzellen und verschiedene Arten von Kondensatoren, einschließlich Ultrakondensatoren. Elektroden können auch in Wasseraufbereitungsanlagen eingesetzt werden. Insbesondere die Elektromobilität gewinnt unübersehbar an Zuwachs. Der Energieträger im elektrisch angetriebenen Fahrzeug, die Batterie, macht dabei einen Großteil der Kosten aus. Dies hängt unmittelbar mit der Produktion dieser zusammen. Aufgrund dessen bedarf es einer effizienten und kostengünstigen Produktion mit einem gleichzeitigen Anstieg der Energiedichte. Entscheidend dazu ist der Prozess Kalandrieren innerhalb der Prozesskette zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriezellen.
Schlüsselkomponenten für das Speicherpotenzial eines Energiespeichers sind die Elektroden. Die elektrochemischen Fähigkeiten von Elektroden, z. B. die Kapazität und der Wirkungsgrad von Batterieelektroden, werden von verschiedenen Faktoren bestimmt. Dazu gehören die Verteilung des aktiven Materials, des Bindemittels und der Zusatzstoffe, die physikalischen Eigenschaften der darin enthaltenen Materialien, wie Partikelgröße und Oberfläche des aktiven Materials, die Oberflächeneigenschaften der aktiven Materialien und die physikalischen Eigenschaften des Elektrodenfilms, wie Dichte, Porosität, Kohäsion und Haftfähigkeit an einem leitenden Element. Bei Trockenverarbeitungssystemen und -verfahren wird traditionell ein Verarbeitungsschritt mit hoher Scherung und/oder hohem Druck verwendet, um die Elektrodenfilmmaterialien aufzubrechen und zu vermischen. Solche Systeme und Verfahren können zu strukturellen Vorteilen gegenüber nass hergestellten Elektrodenfilmen beitragen. Hohen Verarbeitungsdrücke und große
Anlagenabmessungen (und damit der große Platzbedarf), die für die Herstellung trockener, selbsttragender Elektrodenfilme und Trockenelektroden benötigt werden, lassen jedoch Raum für Verbesserungen.
Aus der US 2020/0072612 Ai ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Trockenelektrode bekannt, welche zum einen ein händisches Zuführen von pulverförmigem Elektrodenvorläufermaterial in einen Walzenspalt und zum anderen die Verwendung von Pulvertrichtern zur Zuführung des Materials beschreibt. Die beschriebenen Lösungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Zuführung des Materials auf diese Weise ungenau ist und zu einer inhomogen ausgebildeten Elektrodenbahn führen kann, welche Schwankungen in ihrer Dicke und in ihrer Breite aufweist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pulvertrichter zum Zuführen von pulverförmigen Elektrodenvorläufermaterial in einen Walzenspalt derart zu verbessern, dass die Zuführung des Materials besser dosierbar ist.
Die Erfindung wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Demgemäß ist ein Pulvertrichter zum schwerkraftgetriebenen Zuführen von pulverförmigen Elektrodenvorläufermaterial in einen Walzenspalt eines Trockenelektrodenkalanders vorgesehen, mit einer Pulverzuführöffnung zum Zuführen von pulverförmigem Elektrodenvorläufermaterial in den Pulvertrichter und einer Pulverauslassöffnung zum Dosieren des pulverförmigem Elektrodenvorläufermaterials aus dem Pulvertrichter in einen Walzenspalt, wobei sich der Querschnitt des Pulvertrichters zwischen der Pulverzuführöffnung und der Pulverauslassöffnung verjüngt, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulvertrichter eine Füllstandserfassungseinrichtung zur Ermittlung des Pulverfüllstands des Pulvertrichters aufweist. Der Pulvertrichter kann so ausgerichtet sein, dass sich die Pulverzuführöffnung oberhalb der Pulverauslassöffnung befindet, insbesondere vertikal oberhalb von dieser angeordnet ist. Die Pulverzuführöffnung und/oder die Pulverauslassöffnung können einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Die Erfindung weist gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung den Vorteil auf, dass der Füllstand des Pulvertrichters während des Prozesses kontinuierlich überwacht werden kann. Dadurch kann die Homogenität der erzeugten Elektrodenbahn verbessert werden, insbesondere eine homogene Dicke und/ oder eine homogene Bahnbreite hergestellt werden. Ferner ermöglicht die Füllstandsüberwachung das rechtzeitige Erkennen von Fehlern im Betriebsablauf, beispielsweise wenn sich zu wenig oder zur viel Pulver im Trichter befindet, so dass die Anlage gegebenenfalls rechtzeitig abgeschaltet werden kann, um schwerwiegende Schäden an der Anlage zu vermeiden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Pulvertrichter ferner eine Gewichtserfassungseinrichtung zur Ermittlung des im Pulvertrichter befindlichen Pulvergewichts aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass die Füllstandserfassungseinrichtung und die Gewichtserfassungseinrichtung mit einem Steuergerät der Anlage verbunden sind und die ermittelten Füllstands- und Gewichtsdaten an das Steuergerät senden. Im Steuergerät kann aus der Verrechnung der Füllstands- mit den Gewichtsdaten kontinuierlich die Dichte des im Trichter befindlichen Pulvers bestimmt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Pulverzuführung in den Trichter anhand der ermittelten Dichte geregelt werden kann und somit das in den Walzenspalt gegebene Pulver eine konstante Dichte aufweist. Dies ist insbesondere deswegen von Bedeutung, da bereits im Trichter eine Kompaktierung des pulverförmigen Elektrodenvorläufermaterials erfolgt, welche in Richtung der Pulverauslassöffnung aufgrund des von oben auf den unteren Pulverschichten lastenden Pulvermaterials kontinuierlich zunimmt. Die Kompaktierung wird ferner bereits durch das Zuführen des Pulvers in den Pulvertrichter erhöht, wobei das Pulver beispielsweise von einer Zuführeinrichtung in den Pulvertrichter fällt und der vertikale Abstand der Zuführeinrichtung vom Pulvertrichter bzw. von dem darin enthaltenen Pulver den Kompaktierungsgrad des im Trichter befindlichen Pulvers beeinflusst.
Es kann vorgesehen sein, dass die Gewichtserfassungseinrichtung zumindest eine Wägezelle umfasst, auf welcher der Pulvertrichter abgestützt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Pulvertrichter zumindest eine erste und zumindest eine zweite Wägezelle sowie zumindest zwei an gegenüberliegenden Seiten des Pulvertrichters seitlich auskragende Abstützlaschen aufweist, wobei der Pulvertrichter über eine der Laschen auf der zumindest einen ersten Wägezelle und über die gegenüberliegende andere Lasche auf der zumindest einen zweiten Wägezelle
abgestützt ist. Zum Erfassen des im Pulvertrichter befindlichen Pulvergewichts kann die zumindest eine Wägezelle die gemessene Gewichtskraft an das Steuergerät senden, in welchem dann das Eigengewicht des Pulvertrichters vom Messwert subtrahiert wird.
Es kann vorgesehen sein, dass der Pulvertrichter eine sich quer zum Walzenspalt erstreckende Breite und eine sich längs des Walzenspalts erstreckende Länge aufweist, wobei sich die Breite des Pulvertrichters zwischen der Pulverzuführöffnung und der Pulverauslassöffnung verringert und die Länge des Pulvertrichters zwischen der Pulverzuführöffnung und der Pulverauslassöffnung konstant ist. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Pulverzuführöffnung und die Pulverauslassöffnung vertikal voneinander beabstandet sind. Der Pulvertrichter kann zwei gegenüberliegende, die Länge des Trichters begrenzende, Seitenwände aufweisen, welche insbesondere senkrecht ausgerichtet sein können. Die Abstützlaschen können von den Seitenwänden abgekantet sein, insbesondere von der oberen Kante der Seitenwände. Der Pulvertrichter kann zwei gegenüberliegende, die Breite des Pulvertrichters begrenzende Seitenwände aufweisen, welche an die Pulverzuführöffnung angrenzen. Diese an die Pulverzuführöffnung grenzenden Wände können im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet sein. Unmittelbar an die Pulverauslassöffnung können zwei weitere gegenüberliegende, die Breite des Pulvertrichters begrenzende Wandabschnitte angrenzen, von denen einer im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet und der andere schräg und den Querschnitt in Richtung Pulveraustrittsöffnung verjüngend ausgerichtet sein kann.
Die Füllstandserfassungseinrichtung kann zumindest einen ersten Füllstandssensor im Bereich oberhalb der Pulverauslassöffnung aufweisen. Der erste Füllstandssensor kann beispielsweise in dem an die Pulverauslassöffnung angrenzenden senkrechten Wandabschnitt angeordnet sein. Der erste Füllstandssensor kann beispielsweise in einem Bereich von 2 cm - io cm oberhalb der Pulverauslassöffnung angeordnet sein.
Die Füllstandserfassungseinrichtung kann zumindest einen zweiten Füllstandssensor im Bereich unterhalb der Pulverzuführöffnung aufweisen. Der zweite Füllstandssensor kann beispielsweise in dem an die Pulverzuführöffnung angrenzenden senkrechten Wandabschnitt angeordnet sein. Der zweite Füllstandssensor kann beispielsweise in einem Bereich von 2 cm - io cm unterhalb der Pulverzuführöffnung angeordnet sein.
Beispielsweise kann die Füllstandserfassungseinrichtung zumindest einen kapazitiven Füllstandssensor umfassen. Das Prinzip der kapazitiven Füllstandsmessung basiert auf der Kapazitätsänderung eines Kondensators. Der kapazitive Sensor und die Pulvertricherwand bilden einen Kondensator, dessen Kapazität abhängig ist von der Menge des Pulvers im Trichter, wobei ein leerer Trichter eine niedrigere, ein gefüllter Trichter eine höhere Kapazität aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass der Füllstandssensor eine Mehrzahl über die Länge einer Seitenwand des Pulvertrichters verteilte und auf im Wesentlichen derselben Höhe angeordnete Sensoreinheiten aufweist. Die Sensoreinheiten können beispielsweise Lichtschranken sein oder kapazitive Sensoren. Durch Verteilung der Sensoren über die Länge des Pulvertrichters kann ermittelt werden, ob der Pulvertrichter über seine gesamte Länge gleichmäßig mit Pulver befüllt ist. Beispielsweise kann der Pulvertrichter mehrere Messebenen aufweisen, in welchen jeweils eine Mehrzahl Füllstandssensoren horizontal voneinander beabstandet, das heißt, auf gleicher Höhe, angeordnet sein kann. Beispielsweise können je Messebene vier oder mehr Füllstandssensoren vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die die Mehrzahl Sensoreinheiten aufweisende Seitenwand des Pulvertrichters im Wesentlichen senkrecht angeordnet ist. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass bei mehreren Messebenen die die Sensoren aufweisenden Seitenwandabschnitte jeweils senkrecht ausgerichtet sind und der Trichter somit mehrere vertikale Wandabschnitte aufweisen kann. Es kann vorgesehen sein, dass bei mehreren vorgesehenen Messebenen sich die Sensoren alle auf derselben Trichterseite befinden, so dass die den Sensoren gegenüberliegende Seite des Trichters nur einen einzigen schrägen Wandabschnitt aufweist.
Der erste Füllstandssensor kann somit eine erste Mehrzahl über die Länge einer ersten im Wesentlichen senkrechten Seitenwand des Pulvertrichters verteilte und auf im Wesentlichen derselben Höhe angeordnete Sensoreinheiten aufweisen, und der zweite Füllstandssensor kann eine zweite Mehrzahl über die Länge einer zweiten im Wesentlichen senkrechten Seitenwand des Pulvertrichters verteilte und auf im Wesentlichen derselben Höhe angeordnete Sensoreinheiten aufweisen, wobei zwischen der ersten und der zweiten Seitenwand eine die erste und die zweite Seitenwand verbindende schräge Seitenwand angeordnet sein kann, welche die Breite des Pulvertrichters in Richtung der Pulverauslassöffnung verjüngt.
Die Füllstandserfassungseinrichtung kann ferner zusätzlich oder alternativ zum kapazitiven Füllstandssensor einen optischen Füllstandssensor umfassen. Der optische Füllstandssensor kann vom Pulvertrichter beabstandet durch die Pulverzuführöffnung auf den Innenraum des Pulvertrichters gerichtet sein. Dabei kann der optische Füllstandssensor oberhalb des Pulvertrichters angeordnet sein. Der Erfassungsbereich des optischen Füllstandssensors kann zumindest die gesamte Länge und die gesamte Breite des Pulvertrichters umfassen. Der optische Füllstandssensor kann dazu eingerichtet sein, das Befüllvolumen des Pulvertrichters mit pulverförmigem Elektrodenvorläufermaterial zu erfassen. Dazu kann der optische Füllstandssensor eine Kamera aufweisen, welche das Oberflächenrelief des im Trichter befindlichen Pulvers erfasst und mit einem im Steuergerät hinterlegten Wert des Gesamtvolumens des Pulvertrichters vergleicht. Der optische Füllstandssensor kann somit ferner entsprechend dazu eingerichtet sein, über die Länge des Pulvertrichters ungleich verteilte Pulverfüllstände zu detektieren.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung aus einem Pulvertrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche und einer ersten und einer zweiten, einen Walzenspalt ausbildenden, Walze, wobei die Pulverauslassöffnung des Pulvertrichters oberhalb und längs des Walzenspalts angeordnet ist, sodass das pulverförmige Elektrodenvorläufermaterial über dies gesamte Länge der Pulverauslassöffnung in den Walzenspalt dosierbar ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Anordnung ferner einen oberhalb des Pulvertrichters angeordneten Zufuhrförderer aufweist, mittels welchem pulverförmiges Elektrodenvorläufermaterial in den Walzenspalt gefördert werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass der Zuführförderer höhenverstellbar ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Zuführförderer ein Bandförderer ist. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die vertikale Verstellvorrichtung zum Verstellen der Höhe des Zuführförderers mit dem Steuergerät gekoppelt ist, und das Steuergerät in Abhängigkeit vom ermittelten Pulverfüllstand im Pulvertrichter die vertikale Position des Zuführförderer so regelt, dass der Abstand von Zuführförderer und der Pulveroberfläche im Trichter stets konstant bleibt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät die vertikale Verstellvorrichtung so ansteuert, dass die im Pulvertrichter ermittelte Dichte stets konstant bleibt, so dass der Abstand des Zuführförderers zum Trichter bei Unterschreiten einer Solldichte erhöht wird und bei Überschreiten der Solldichte verringert wird. Dadurch kann der Effekt des durch das Zuführen des Pulvers
Kompaktierens im Trichter ausgenutzt werden, um an der Pulverauslassöffnung eine konstante Materialdichte zu erreichen.
Die Fördergeschwindigkeit des Zufuhrförderers kann in Abhängigkeit der im Pulvertrichter ermittelten Pulverdichte geregelt sein, wobei die Pulverdichte anhand der über den Füllstandssensor ermittelten Pulverfüllhöhe und der über die Gewichtserfassungseinrichtung ermittelten Pulvermasse berechnet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Fördergeschwindigkeit erhöht wird, wenn die berechnete Pulverdichte einen ersten Schwellwert eines Sollbereichs überschreitet, und wobei die Fördergeschwindigkeit verlangsamt wird, wenn die berechnete Pulverdichte einen zweiten Schwellwert des Sollbereichs unterschreitet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Pulvertrichters, mit den Schritten:
Ermitteln eines Füllstands des Pulvertrichters mit pulverförmigem Elektrodenvorläufermaterial;
Ermitteln des Gewichts des im Pulvertrichter befindlichen pulverförmigen Elektrodenvorläufermaterials;
Berechnen der Dichte des im Pulvertrichter befindlichen pulverförmigen Elektrodenvorläufermaterials aus dem ermittelten Füllstand und dem ermittelten Gewicht;
Regulieren eines in den Pulvertrichter geförderten Stroms pulverförmigen Elektrodenmaterials.
Es kann vorgesehen sein, dass das Regulieren des in den Pulvertrichter geförderten Stroms pulverförmigen Elektrodenmaterials das Regulieren einer Fördergeschwindigkeit eines dem Pulvertrichter vorgeschalteten Zufuhrförderers umfasst. Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Regulieren des in den Pulvertrichter geförderten Stroms pulverförmigen Elektrodenmaterials das Regulieren eines vertikalen Abstands zwischen einer Zuführeinrichtung und dem Pulvertrichter umfasst.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln des Füllstands des Pulvertrichters das Ermitteln mit einem kapazitivem und/oder optischen Sensor umfasst. Dabei kann das Ermitteln des Füllstands des Pulvertrichters das Ermitteln der Anwesenheit von pulverförmigem Elektrodenvorläufermaterial auf einer ersten Pulvertrichterebene und das Ermitteln der Anwesenheit von pulverförmigem Elektrodenvorläufermaterial auf
einer zweiten Pulvertrichterebene umfassen, wobei sich die Höhe der ersten Pulvertrichterebene von der Höhe der zweiten Pulvertrichterebene unterscheiden kann.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln des Gewichts des im Pulvertrichter befindlichen pulverförmigen Elektrodenvorläufermaterials das Wiegen des Pulvertrichters abzüglich des Pulvertrichtergewichts umfasst.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden Figuren erläutert. Dabei zeigt:
Fig. i eine schematische Seitenansicht eines über einem Walzenspalt eines Trockenelektrodenkalanders angeordneten Pulvertrichters;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Pulvertrichters mit zwei kapazitiven Füllstandssensoren und einer Gewichtserfassungseinrichtung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Pulvertrichters mit einem optischen Füllstandssensor;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Anordnung aus einem Zuführförderer, einem Pulvertrichter und einem Trockenelektrodenkalander;
Fig. 5 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines auf einen Trockenelektrodenkalander montierten Pulvertrichter;
Fig. 6 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Trockenelektrodenkalanders zur Herstellung eines Elektrodenfilms aus einem pulverförmigen Elektrodenvorläufermaterial; und
Fig. 7 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Trockenelektrodenkalanders zur Herstellung eines Elektrodenfilms aus einem pulverförmigen Elektrodenvorläufermaterial.
Die in Fig. i gezeigte Darstellung zeigte eine beispielhafte Anordnung eines
Pulvertrichters 101, welcher über einem Walzenspalt 220 eines
Trockenelektrodenkalanders 2 angeordnet ist. Der Pulvertrichter 101 weist an seiner Oberseite eine Pulverzuführöffnung 105 und an seiner Unterseite eine auf den Walzenspalt 220 ausgerichtete Pulverauslassöffnung 106 auf. Dadurch wird in die Pulverzuführöffnung 105 gefördertes pulverförmiges Elektrodenvorläufermaterial 102 über die Pulverauslassöffnung 106 in den Walzenspalt 220 gefördert und in diesem zu einem Elektrodenfilm 601 definierter Breite und Dicke gewalzt. Der Trockenelektrodenkalander 2 weist im Bereich der Pulverzuführung zwei Walzen 201 mit geringem Durchmesser auf, welche über die Länge des Walzenspalts 220 eine hohe Flächenpressung auf das Pulver ausüben. Die Walzen 201 werden jeweils seitlich durch angrenzende Stützwalzen 210 abgestützt, welche ein Verbiegen der Walzen 201 aufgrund großer im Walzenspalt wirkender Kräfte verhindern, welche insbesondere in der Walzenmitte auftreten. Der erzeugte Elektrodenfilm 601 wird an der Unterseite des Walzenspalts 220 aus diesem heraus und um die rechte Walze 201 herumgeführt und anschließend durch den Walzenspalt zwischen der rechten Walze 201 und der rechten Stützwalze 210 gefördert, um den Elektrodenfilm 601 zu homogenisieren. Somit ist auch diesen Walzen ein Walzenspalt ausgebildet, so dass die Abstützung der Walze 201 über den durch den Walzenspalt geführten Elektrodenfilm 601 erfolgt. Zwischen der linken Stützwalze 210 und der linken Walze 201 ist demgegenüber kein Walzenspalt ausgebildet. Daher rollen diese beiden Walzen aufeinander ab, so dass eine unmittelbare Abstützung der Walze 201 durch die Stützwalze 210 erfolgt.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Unterseite eines Pulvertrichters 101. Dieser weist an seiner Oberseite eine Pulverzuführöffnung 105 und an seiner Unterseite eine Pulverauslassöffnung 106 auf, so dass das pulverförmige Elektrodenvorläufermaterial 102 schwerkraftgetrieben von der Pulverzuführöffnung 105 zur Pulverauslassöffnung 106 gefördert wird. Die Breite B des Pulvertrichters 101 verjüngt sich dabei in Richtung der Pulverauslassöffnung 106. An seinen beiden Längsenden weist der Pulvertrichter jeweils eine senkrechte Begrenzungswand 114 auf, an deren Oberseiten jeweils eine Abstützlasche 108 von der Pulverzuführöffnung 105 wegweisend abgekantet ist. Unterhalb der Abstützlaschen 108 sind jeweils Wägezellen 107 angeordnet, welche das Gewicht des Pulvertrichters 101 mitsamt dem darin befindlichen pulverförmigen Elektrodenvorläufermaterial 102 messen, wobei für die Bestimmung des tatsächlichen Pulvergewichts in einer übergeordneten Steuereinheit das Gewicht des Pulvertrichters 101 subtrahiert wird. In einem oberen Bereich des Pulvertrichters 101 weist dieser in Längsrichtung zwei gegenüberliegende senkrechte Wandabschnitte 110, 117 auf, welche an die Pulverzuführöffnung 105 angrenzen. An den davon in der Darstellung hinteren
Wandabschnitt 117 schließt sich in einem unteren Bereich des Pulvertrichters 101 eine schräg angeordnete Wand 113 an, welche unmittelbar an die Pulverauslassöffnung 106 angrenzt und die Breite des Trichters 101 in Richtung der Pulverauslassöffnung 106 verjüngt. Gegenüber der schrägen Wand 113 weist der Pulvertrichter 101 im unteren Bereich zum einen eine schräg angeordnete Wand 111 und zum anderen eine an die schräge Wand 111 angrenzende senkrechte Wand 112 auf, welche wiederum an die Pulverauslassöffnung 106 angrenzt. Dabei ist der Schrägungswinkel der Wand 111 flacher als der der gegenüberliegenden Wand 113. Der gezeigte Pulvertrichter 101 weist ferner eine Füllstandserfassungseinrichtung 104 auf, welche zwei Füllstandssensoren
109 umfasst. Davon ist ein erster Füllstandssensor 109 an der an die Pulverauslassöffnung grenzende senkrechten Wand 112 angeordnet und ein zweiter Füllstandssensor 109 an der an die Pulverzuführöffnung grenzende senkrechten Wand
110 angeordnet. Somit kann mittels Füllstandssensoren 109 auf unterschiedlichen Ebenen des Trichters 101 gemessen werden, ob der Pulverfüllstand die jeweiligen Füllstände erreicht. Jeder der Füllstandssensoren 109 weist dabei vier horizontal nebeneinander angeordnete kapazitive Sensoreinheiten 115 auf, welche über die Länge L des Trichters 101 voneinander beabstandet sind. Dadurch kann auch eine längs des Trichters 101 ungleiche Befüllung erkannt werden, wenn beispielsweise nur eine der Sensoreinheiten 115 die Anwesenheit von Pulver detektiert, die anderen drei auf gleicher Höhe befindlichen Sensoreinheiten 115 hingegen nicht. Diese Informationen können von einer übergeordneten Steuereinheit ausgewertet werden. Die Steuereinheit kann abhängig von den erhaltenen Informationen entsprechende Befehle an die Anlage ausgeben. Beispielsweise kann ein Nothalt der Anlage initiiert werden, wenn der Füllstand des Trichters 101 zu niedrig, zu hoch, oder wie oben beschrieben in Längsrichtung ungleich ist. Ferner kann bei zu niedrigem Füllstand ein dem Trichter 101 vorgeschalteter Zuführförderer 120 veranlasst werden, die Zuführgeschwindigkeit von pulverförmigem Elektrodenvorläufermaterial 102 zu erhöhen oder bei zu hohem Füllstand veranlasst werden, die Zuführgeschwindigkeit zu senken oder zu stoppen. Der Pulvertrichter 101 weist ferner Wägezellen 107 auf, über welche der Trichter 101 auf dem Maschinenrahmen 500 abgestützt ist. Dadurch erhält die übergeordnete Steuereinheit ferner Informationen über die Entwicklung der Pulvermasse, die sich zurzeit im Pulvertrichter 101 befindet. Zur Sicherstellung, dass dem Walzenspalt 220 ein Pulverstrom konstanter Dichte zugeführt wird, ermittelt die Steuereinheit aus der Information über den Pulverfüllstand und der Information über die Pulvermasse des im Trichter 101 befindlichen Pulvers ständig die Dichte des im Trichter 101 befindlichen Pulvers. Entsprechend kann beispielsweise die Zuführgeschwindigkeit des
Pulvers in den Trichter 101 oder sogar die die Drehzahl der Walzen 201 nachgeregelt werden.
Fig. 3 zeigt den Pulvertrichter 101 der Fig. 2 mit einem alternativen oder zusätzlichen optischen Füllstandssensor 116 als Füllstandserfassungseinrichtung 104. Dieser ist vom Pulvertrichter 101 beabstandet angeordnet und durch die Pulverzuführöffnung 105 auf den Innenraum des Pulvertrichters 101 gerichtet. Dabei umfasst der Erfassungsbereich 118 des optischen Füllstandssensors 116 die gesamte Länge L und die gesamte Breite B des Pulvertrichters 101. Dadurch kann noch genauer das im Pulvertrichter 101 befindliche Pulvervolumen und in Verbindung mit der Pulvermasseinformation auch die Pulverdichte bestimmt werden.
Wie in Fig. 4 dargestellt, ist der Pulvertrichter 101 während des Betriebs mit einer möglichst konstanten Menge pulverförmigen Elektrodenvorläufermaterials 102 befüllt. Der Pulvertrichter 101 kann einen oder mehrere Sensoren, wie 103 und 104, aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie eine Eigenschaft des Pulvers 102 und/ oder des Pulvertrichters 101 erfassen. Die Gewichtserfassungseinrichtung 103 ist so konfiguriert, dass über diese ein Gewicht des Pulvers 102 im Pulvertrichter 101 bestimmbar ist. Die Gewichtserfassungseinrichtung 103 ist so konfiguriert, dass diese ein Gesamtgewicht des Pulvertrichters 101 bestimmt und das im Pulvertrichter 101 enthaltene Pulver durch Abzug des bekannten Trichtergewichts vom gemessenen Gesamtgewicht bestimmt. Die Gewichtserfassung des Pulvertrichters 101 kann kontinuierlich, in periodischen in oder aperiodischen Intervallen erfolgen. Eine Füllstandserfassungseinrichtung 104 ist so konfiguriert, dass diese einen Füllstand des Pulvers 102 innerhalb des Trichters 101 bestimmt. Zum Beispiel kann die Füllstandserfassungseinrichtung 104 feststellen, ob das Pulver 102 im Trichter 101 einen oder unterschiedliche Höhenschwellenwerte überschreitet, wobei auf unterschiedlichen Trichterebenen Füllstandserfassungssensoren angeordnet sein können. Oberhalb des Pulvertrichters 101 ist ein Zuführförderer 120 in Form eines Bandförderers angeordnet, mittels welchem pulverförmiges Elektrodenvorläufermaterial 102 in die Pulverzuführöffnung 105 des Trichters 101 gefördert wird. Aus der Pulverauslassöffnung 106 strömt Pulver in den darunter angeordneten Walzenspalt 220, welcher aus den Walzen 201 gebildet ist. Über die Wägezellen 107 und die Füllstandssensoren 109 wird die Dichte des im Trichter 101 befindlichen Pulvers 102 überwacht und bei Erkennen einer Dichteabweichung von einem Sollbereich die Zuführgeschwindigkeit des Pulvers und/ oder der vertikale
Abstand des Zuführförderers vom Pulvertrichter 101 variiert. Wenn der Pulverfüllstand beispielsweise zu niedrig ist oder die Dichte zu gering, kann die Zuführgeschwindigkeit des Zuführförderers erhöht und/oder dessen Abstand zum Trichter 101 erhöht werden, um eine höhere Pulverkomprimierung zu erzeugen. Wenn der Pulverfüllstand hingegen beispielsweise zu hoch ist oder die Dichte zu hoch, kann die Zuführgeschwindigkeit des Zuführförderers verlangsamt und/oder dessen Abstand zum Trichter 101 verringert werden, um eine geringere Pulverkomprimierung zu erzeugen.
Fig. 5 zeigt eine Pulvermühle eines Trockenelektrodenkalanders 2 in einer Seitenansicht. Dieser weist einen Kalanderrahmen 500 auf, in welchem zum einen die Walzen 201 und die diese seitlich stützenden Stützwalzen 210 gelagert sind und zum anderen ein Pulvertrichter 101 oberhalb des Walzenspalts 202 montiert ist. Der Pulvertrichter 101 ist längs des Walzenspalts 220 angeordnet und weist eine nach oben gerichtete Pulverzuführöffnung 105 sowie eine zum Walzenspalt 220 gerichtete Pulverauslassöffnung 106 auf. Über die von der Oberkante der Seitenwände 114 abgekanteten Abstützlaschen 108 ist der Pulvertrichter 101 über Wägezellen 107 auf dem Kalanderrahmen 500 abgestützt. Deutlich zu erkennen sind der obere Bereich und der untere Bereich des Pulvertrichters 101, wobei der Trichter im oberen Bereich eine konstante Breite mit zwei gegenüberliegenden Wänden 110, 117 aufweist, und im unteren Bereich eine sich verjüngende Breite mit einerseits einem schrägen Wandabschnitt 113 und gegenüberliegend einem schrägen 111 und daran anschließenden senkrechten Wandabschnitt 112 aufweist. Ferner ist zu erkennen, dass an den senkrechten Wänden 110 und 112 im Bild rechts auf unterschiedlichen Trichterebenen jeweils ein kapazitiver Füllstandssensor 109 angeordnet ist.
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht auf eine weitere Ausführungsform eines Mehrwalzenkalanders 3. Dieser weist zwei Trockenelektrodenkalander 2 auf, welche entgegengesetzte Förderrichtungen Yi, Y2 von Elektrodenfilmen 601, 602 aufweisen. Die in einem Kalanderrahmen 500 gelagerten Walzenanordnungen weisen eingangsseitig jeweils eine Pulvermühle aufweisen, welche aus zwei Walzen 201 zum Quetschen des pulverförmigen Elektrodenmaterials 102 zu Elektrodenfilmen 601, 602 sowie diese jeweils benachbart abstützende Stützwalzen 210 besteht. Wie oben beschrieben wird das Pulver 102 in die Pulverzuführöffnungen 105 der Pulvertrichter 101 gefördert und jeweils durch die Pulverauslassöffnungen 106 in die Walzenspalte 220 gefördert. Die Elektrodenfilme 601, 602 laufen danach entlang ihrer jeweiligen Förderrichtungen Yi, Y2 schlangenförmig zunächst um die dem Endwalzenspalt
zugewandte Stützwalze 210 und danach um die zwei hintereinander angeordneten Förderwalzen 310 bis zum Endwalzenspalt 13, welcher endseitig beider Trockenelektrodenkalander 2 zwischen den jeweils letzten Walzen 310 ausgebildet ist. Von oben durch diesen Spalt 13 wird eine Separatorfolie 603 geführt, welche beidseitig mit den Elektrodenfilmen 601, 602 beschichtet wird. Die Separatorfolie 603 wird dabei zunächst parallel zur Richtung Yi entlang einer Richtung X in Richtung des Endwalzenspalts 13 gefördert.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Mehrwalzenkalanders 3, welcher die Anordnung der Walzen 201 in Bezug auf die Stützrollen 210 in einem integrierten Walzsystem zeigt. Wie oben beschrieben dient der Mehrwalzenkalander 2 zum Herstellen einer beidseitig mit Elektrodenfilmen 601, 602 beschichteten Separatorfolie 603 (nicht dargestellt). Die Anordnung weist ebenfalls zwei stirnseitig aneinanderpositionierte Kalanderanordnungen 2 auf, welche gegenläufige Hauptförderrichtungen Yi, Y2 aufweisen. Die Kalanderanordnungen 2 weisen jeweils acht in einem Maschinenrahmen 500 gelagerte Walzen 201, 210, 310 auf. Eingangsseitig weist die Anordnung jeweils zwei seitlich durch Stützwalzen 210 gestützte Walzen 201 auf, welche als Pulvermühle zum Erzeugen der Elektrodenfilme 601, 602 aus einem pulverförmigen Elektrodenvorläufermaterial dienen. An die Stützwalzen schließen sich nachfolgend jeweils noch vier Förderwalzen 310 an, welche den Elektrodenfilm auf die gewünschte Breite und Dicke bringen und diesen homogenisieren. Die eingangsseitige Endwalze 301 ist dabei als unmittelbar auf der ersten Walze 201 abrollende Stützwalze 301 ausgebildet. Die ausgangsseitigen Förderwalzen 310 bilden einen gemeinsamen Endwalzenspalt 13, in welchem die Elektrodenfilme 601, 602 auf die Separatorfolie aufgebracht werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
2 Trockenelektrodenkalander
5 Anordnung
13 Endwalzenspalt
101 Pulvertrichter
102 pulverförmiges Elektrodenvorläufermaterial
103 Gewichtserfassungseinrichtung
104 Füllstandserfassungseinrichtung
105 Pulverzuführöffnung
106 Pulverauslassöffnung
107 Wägezelle
108 Abstützlasche
109 Füllstandssensor
110 an Pulverzuführöffnung grenzender senkrechter Seitenwandabschnitt
111 schräger Seitenwandabschnitt
112 an Pulverauslassöffnung grenzender senkrechter Seitenwandabschnitt
113 an Pulverauslassöffnung grenzender schräger Seitenwandabschnitt
114 senkrechte die Länge begrenzende Seitenwand
115 Sensoreinheiten
116 optischer Füllstandssensor
117 an Pulverzufuhröffnung grenzender senkrechter Seitenwandabschnitt
118 Erfassungsbereich
120 Zuführförderer
201 Walze
210 Stützwalze
220 Walzenspalt
310 Förderwalzen
500 Kalanderrahmen
601 erster Elektrodenfilm
602 zweiter Elektrodenfilm
603 Separatorfilm
B Breite des Pulvertrichters
L Länge des Pulvertrichters
H Höhe des Pulvertrichters
X Förderrichtung Separatorfolie
Yi Förderrichtung des ersten Elektrodenfilms
Y2 Förderrichtung des zweiten Elektrodenfilms