EP4494192A1 - Vorrichtung zur herstellung von elektrodenblättern für eine energiezelle aus einer elektrodenbahn und verfahren - Google Patents

Vorrichtung zur herstellung von elektrodenblättern für eine energiezelle aus einer elektrodenbahn und verfahren

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Publication number
EP4494192A1
EP4494192A1 EP23710352.8A EP23710352A EP4494192A1 EP 4494192 A1 EP4494192 A1 EP 4494192A1 EP 23710352 A EP23710352 A EP 23710352A EP 4494192 A1 EP4494192 A1 EP 4494192A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
sensor
cross
control unit
contour
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
EP23710352.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Gögel
Frank Grothaus
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 EP4494192A1 publication Critical patent/EP4494192A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture

Definitions

  • the present invention relates to a device for producing electrode sheets for an energy cell, in particular for a battery, from an electrode web according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a corresponding method according to the preamble of claim 13.
  • Energy cells or energy storage devices within the meaning of the invention are used, for example, in motor vehicles, other land vehicles, ships, aircraft or in stationary storage systems in the form of battery cells or fuel cells, in which very large amounts of energy have to be stored over long periods of time.
  • the object of the invention is to provide a device for producing electrode sheets for an energy cell, in particular for a battery, from an electrode web, which enables the highest possible production speed with sufficient quality and accuracy.
  • a device for producing electrode sheets for an energy cell, in particular for a battery, from an electrode track is proposed, with an electrode track being able to be fed to the device.
  • the device comprises a sensor device and a control unit, wherein the sensor device is set up to scan features of the contour on at least one edge of the electrode track and to generate a sensor signal.
  • the sensor signal can be received by the control unit and the control unit is set up to regulate at least the speed of a driven conveying element of the device and/or at least the deflection of a deflection element of the device based on the received sensor signal with a control signal.
  • the device has a cross-cutting device for producing cross-sections and separating the electrode web into electrode sheets, the cutting position of the cross-cutting device relative to the contour on at least one edge being determined by the speed of the at least one driven conveying element and/or the deflection of the at least one deflection element to a target position relative to one another is adjustable.
  • the electrode track is preferably a conductive electrode film made of metal, which is further preferably coated with an active anode or cathode material. Furthermore, the anode or cathode material is preferably on of the electrode foil is already calendered, so that the electrode sheets separated from the electrode sheet can then be fed to a process for forming an energy cell or battery.
  • the electrode web is conveyed in one conveying direction and is preferably endless.
  • a contour on an edge of the electrode track which preferably forms the longitudinal edge of the electrode track, has both longitudinal components, ie along the electrode track and the conveying direction, as well as transverse components, which accordingly run transversely to the conveying direction.
  • Features of the contour can therefore be various geometric features.
  • Such features of the contour which can also be referred to as a notch contour, can be, for example, an arrester lug (tab), a part of an arrester lug, for example a section running in a transverse direction, a rounding or shoulder, a recess and/or a tapering region between two be roundings.
  • arrester tabs and recesses alternate on one edge, while recesses repeat at regular intervals on the other edge.
  • the corners of electrode sheets that are still connected in this state can be rounded, so that a recess results in a tapered area at the later provided dividing line of the electrode sheets.
  • These tapered areas are preferably repeated on both edges of the electrode track at a distance of the intended width of the individual electrode sheets and are opposite each other.
  • a corresponding contour can result in particular from a contour cut, which is also known as notching.
  • the cross-cutting device separates the intended electrode sheets from the electrode track through the cross section. The position of the cross sections relative to the contours on the edges or their features is crucial in order to achieve the intended geometry of the electrode sheets produced.
  • the cross-cutting device can include, for example, a knife roller or a laser for cutting, which can be arranged, for example, inside or outside a roller.
  • the cross-cutting device preferably further comprises a suction roller or a suction belt for holding the electrode web and/or for the individual electrode sheets separated from the electrode web.
  • the sensor device preferably scans features of the contour in a contactless manner, more preferably optically.
  • the control unit can use the sensor signal of a detected feature of the contour to determine the position of the cutting position relative to the detected contour under current conditions and regulate this by controlling the speed of a driven conveying element of the device and/or at least the deflection of a deflection element to a target position.
  • the target position relative to one another is thereby corrected or even optimized, so that irregularities and possibly even geometric errors in the electrode track and/or in the device can be corrected, provided that the supplied electrode track does not have excessive deviations from the target dimension.
  • the control unit is in particular an electronic data processing device.
  • the driven conveying element can, for example, be driven at an over or under speed compared to the actual conveying speed of the electrode track in order to control the position of the cross section.
  • the driven conveyor element For this purpose, it is preferably arranged in the path of the electrode path between the sensor device and the cross-cutting device.
  • the deflection element whose deflection can be regulated accordingly by the control signal, can preferably extend the path length of the electrode path between the sensor device and the cutting position of the cross-cutting device.
  • the deflection element is therefore preferably actively controllable and further preferably arranged in the path of the electrode path between the sensor device of the cutting position of the cross-cutting device.
  • compensating elements or compensating members can generally be provided in the device in the course of the path, which are preferably passive.
  • a compensating element can preferably be provided in front of the sensor device and the driven conveying element, which can compensate for the fluctuations in the speed of the conveying element in accordance with the intended regulation in the supplied electrode web in the sense of a memory in order to avoid slippage of the electrode web on the driven conveying element and/or high mechanical tension in the electrode path.
  • the compensating element or passive deflection element can therefore in particular prevent the generation of particles by avoiding slip.
  • a compensation element can be, for example, a dancer unit, a scissor accumulator or an oscillator.
  • high geometric fidelity for the electrode blades for example in relation to the target width of the electrode blades or the arrester lugs.
  • the geometric deviations are preferably less than +/- 0.05 mm, which means that subsequent processes, for example when stacking to form a cell stack, have sufficient tolerance so that the later energy cell or battery cell lies within the permissible tolerances.
  • tolerances and fluctuations in the features of the contours of the supplied electrode track for example the distances between recesses, can be compensated for.
  • the conveying speed of the electrode track can be detected by the sensor device or by a sensor and transmitted to the control unit.
  • the control unit is set up to regulate at least the speed of a driven conveyor element based on the received sensor signal and the detected conveyor speed.
  • the scanning sensor can thus record the contour of the supplied electrode web, which can be combined with the conveying speed or material speed by the control unit.
  • the actual position and speed of features of the contour can thus be advantageously determined, whereby the cutting position of the cross-cutting device can be regulated to the target position.
  • the distance between the sensor device and the cutting position of the cross-cutting device is at least one, preferably at least twice, the desired distance of two successive cross sections on the electrode track.
  • a simple distance allows sufficient running time to be able to adjust the cutting position of the cross section through the cross cutting device by the control unit accordingly.
  • the target distance between two successive cross sections corresponds to the width of the target geometry of the electrode blades transverse to the conveying direction.
  • the distance is preferably less than ten times the desired distance, which means that the introduction of further inaccuracies, for example due to expansion, can be reduced.
  • the distance between the sensor device and the cutting position of the cross-cutting device is an integer multiple of the target distance of two successive cross sections on the electrode track.
  • the device for producing electrode sheets with different geometries of the electrode sheets is set up by regulating the control unit to different target positions of the position of the cross sections and the contour relative to one another.
  • the device can be flexibly adapted to different geometries of the electrode sheets, so that different types of electrode sheets can be produced on one device. Furthermore, it is proposed that the device for producing electrode sheets with different layers of arrester lugs of the electrode sheets can be set up by regulating the control unit to different target positions of the position of the cross sections and the contour relative to one another. With the device, electrode sheets with arrester tabs are therefore possible in different positions, for example in the middle or to one side, to the right or left. This makes it possible to react flexibly to changing requirements for the format of the electrode sheets.
  • the sensor device comprises an incident light sensor and/or a contrast light scanner and/or a transmitted light sensor.
  • the scanning of the contour on at least one edge of the electrode track can therefore preferably be carried out optically, with the scanning preferably taking place at a scanning rate >100 kHz.
  • a sampling rate of at least one measured value per 100 pm, preferably at least one measured value per 10 pm, of the electrode path traveled is advantageous.
  • a transmitted light sensor is particularly advantageous and, in possible embodiments, can optically scan the contour of the electrode track with a sampling rate >100 kHz.
  • the function of a transmitted light sensor may not be possible, so in this case a contrast light scanner or generally a sensor based on the reflected light principle can be used.
  • the at least one driven conveying element is a pull roller, preferably a pair of pull rollers, and/or a suction roller.
  • the driven conveyor element can be, for example, a conveyor belt system, in particular an upper and lower belt system.
  • the at least one deflection element is a dancer unit and/or a scissor memory and/or an oscillator.
  • the web length and/or the path of the electrode web can preferably be actively changed between the sensor device and the cross-cutting device, so that the cutting position of the cross-cutting device can be synchronized with the geometric features of the contour of the electrode web.
  • An oscillator can, for example, comprise ellipses or cams, through which the path length and/or the path of the electrode path can also be changed, preferably between the sensor device and the cross-cutting device.
  • a measuring device which has at least one optical sensor, which is arranged facing a base area of the electrode track or electrode sheets and for detecting an optical transition generated by a transverse edge of the electrode track or an electrode sheet, in particular in the form of a Signal edge is set up.
  • the measuring device can be part of the sensor device and/or separated from the cross-cutting device in the device in relation to the conveying direction Sensor device may be provided.
  • the measuring device can be used in particular for process and quality control.
  • the transition detected by the measuring device can be transmitted to the control unit as a sensor signal, which is possible both in an embodiment with the measuring device integrated in the sensor device and in an embodiment with a separate measuring device, which is provided in addition to the sensor device.
  • the measuring device preferably has a plurality of optical sensors arranged transversely to the conveying direction and spaced apart from one another for measuring a transverse edge of an electrode sheet.
  • This makes it possible to determine the angular orientation of the electrode sheets about an axis perpendicular to the conveying plane, usually about the vertical axis, and thus an undesirable angular offset.
  • the angular orientation of the flat element can be determined from a time delay in the measurement signals of two optical sensors, which are arranged along the transverse direction, taking into account the distance between the two optical sensors by means of trigonometric consideration, in particular arc tangent formation of the quotient of the delay length and sensor distance.
  • the distance between the two optical sensors is preferably smaller than the corresponding width of the flat element in the transverse direction in order to enable the detection of the transverse edges of the flat element.
  • the distance between the two optical sensors is preferably at least half as large as the corresponding width of the flat element in the transverse direction, which increases the measurement accuracy when determining the angular Offset can be increased.
  • the two optical sensors can each be arranged symmetrically to a center line of the conveyor device, but this is not necessarily the case. In the case of a plurality of optical sensors arranged transversely to the conveying direction and spaced apart from one another, the position of the transverse edge of the flat element can be determined as the average value of both sensors.
  • optical sensors described above can preferably be optical contrast sensors or optical contrast sensors.
  • Optical contrast scanners are set to an optical contrast threshold and deliver a digital output signal, i.e. the output signal can assume two states, depending on whether the measurement signal exceeds the optical contrast threshold or not.
  • An optical contrast sensor outputs an analog signal, namely the optical contrast value on a contrast scale.
  • imaging optical sensors such as cameras, is not excluded.
  • the measuring device be set up to record the geometry of the isolated electrode sheets.
  • the actual position of the arrester tab in relation to the respective electrode sheet can be checked after the electrode sheets have been manufactured, which can be used for quality control.
  • electrode sheets with deviations outside the specified tolerances can be ejected from the product stream by an ejection device of the device based on the measurement of the measuring device. It is further proposed that the device, the measuring device, be set up to measure the width of the electrode sheets.
  • the width of the electrode sheets is formed by two successive cross sections of the cross-cutting device and can be determined with the measuring device, which can also be used for quality control.
  • the proposed method enables the production of electrode sheets in a continuous process with very high production speed and high geometric fidelity.
  • FIG. 1 shows schematically a device for producing electrode sheets from an electrode web
  • Fig. 2 shows an electrode track and isolated electrode sheets
  • Fig. 3 shows a typical error pattern on an electrode sheet
  • FIG. 4 shows schematically a further device for producing electrode sheets from an electrode web
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a device 10 for the production of electrode sheets 11 from an electrode web 12 in a schematic representation.
  • the electrode track 12, which is fed to the device 10, is an endless conductor foil which is at least partially coated with an anode or cathode material.
  • the electrode track 12 and two already isolated and spaced apart electrode sheets 11 are shown schematically in Figure 2.
  • the two edges 19, 20 of the electrode track 12 are run parallel to the main extension and conveying direction.
  • the edges 19, 20 each have a cut contour 17, 18, the lower edge 19 in Figure 2 having a contour 17 (notch contour) which has regularly arranged recesses 28, which consist of two roundings 29, see also Figure 3 , are formed whose radii meet in a tapered area.
  • Such recesses 28 are a feature of a typical contour 17, 18, with the cross sections 24 for separating electrode sheets 11 from the electrode track 12 preferably running through the tapered region of the recess 28 in a target position towards one another.
  • the upper edge 18 in FIG. 2 has a contour 19 (notch contour), which additionally has arrester tabs 27 arranged between the recesses 28.
  • the arrester lugs 27 are preferably not coated with an active anode or cathode material.
  • Figure 3 shows a possible error pattern at the transition from a contour 17 on an edge 19 to a cross section 24, which can occur if the cross cutting device 23 is not optimally set and the cross section 24 as a result does not pass exactly through the intersection points of the radii of the roundings 29 Recess 28 runs.
  • the cross section 24 ideally runs through the tapered region.
  • Figure 3 on the right it can be seen after the two electrode sheets 11 have been spaced apart.
  • the device 10 is supplied with an electrode web 12 as an endless web.
  • the electrode track 12 has, for example, a contour 17, 18, as shown in Figure 2.
  • the device 10 includes a sensor device 13 which optically scans the features of at least one of the contours 17 or 18.
  • the sensor device 13 scans the contours 17, 18 with a transmitted light sensor with a sampling rate of >100 kHz.
  • a sensor signal 21 generated by the sensor device 13 is transmitted to an electronic control unit 14, which evaluates the sensor signal 21 and generates a control signal 22 for a driven conveyor element 15, in this exemplary embodiment in the form of a pull roller or in the form of a pair of pull rollers.
  • a sensor 25 is symbolically shown, which detects the conveying speed or the path speed of the electrode path 12.
  • the sensor 25 can also be integrated into the sensor device 13 or, alternatively, the information about the conveying speed can be transmitted from a control of the device 10 to the control unit 14.
  • the driven conveying element 15 is operated in accordance with the control signal 22 at a speed that is variable around the basic conveying speed. In this way, it can be achieved that features of the contour 17, 18 on the edges 19, 20 of the electrode track 12 can be synchronized with the cutting position 26 of the cross-cutting device 23 in such a way that they lie relative to one another in accordance with a target position.
  • the cross section 24 is to be made on both sides, preferably in the tapered area of the respective recess 28, which can be achieved by regulating the control unit 14.
  • the control of the driven conveying element 15 thus shifts the cross section 24 at the cutting position 26 relative to the respective features of the contour 17, 18 of the electrode track 12. This enables a high production speed with high accuracy with regard to the geometry of the electrode sheets 11.
  • tolerances can be achieved the contours 17, 18, for example irregularities in the distances between repeating features of the contours 17, 18, can be compensated for by the active control of the cutting position 26 relative to the conveyed electrode web 12.
  • the sensor device 13 is arranged in the path of the electrode path 12 in front of the driven conveyor element 15 controlled by the control unit 14. Furthermore, a compensating element or compensating member, not shown, can be provided in front of the sensor device 13, which can compensate for the fluctuations in the speed of the conveying element 15 in accordance with the intended control in the supplied electrode track 12 in the sense of a memory.
  • the cross-cutting device 23 is only shown schematically and has, for example, a cutting drum 30 and a counter-drum 31, which are arranged in such a way that there is a gap between a lateral surface of the cutting drum 30 and a lateral surface of the counter-drum 31, in which the electrode track 12 is guided.
  • Radially projecting cutting blades are arranged on the cutting drum 30, with a recess being provided in the lateral surface of the cutting drum 30 in relation to the direction of rotation upstream of the respective cutting blades to form a one-sided free space on the cutting blade.
  • a counter knife is provided on the counter drum 31. Furthermore, in relation to the direction of rotation of the counter drum 31, a recess is provided in the contact surface 9 downstream of the counter knife, so that the counter knife has a free cutting edge on its downstream side.
  • a measuring device 32 can be provided, which serves to check the quality of the electrode sheets 11 cut from the electrode web 12.
  • FIG. 4 shows schematically a further exemplary embodiment of a device 10 for producing electrode sheets 11 from an electrode track 12, which, unlike the exemplary embodiment in FIG. 1, has a deflection element 16.
  • the deflection of the deflection element 16, which is shown schematically as a dancer unit, can be changed by means of the control signal 22, so that the path length of the electrode path 12 between the sensor device 12 and the cross-cutting device 23 changes accordingly.
  • the contours 17, 18 of the electrode track 12 can be regulated to the cross sections 24 to a respective target position relative to one another.
  • the cross sections 24 can be easily shifted in relation to certain features of the contours 17, 18 of the electrode track 12, for example the arrester tabs 27. Therefore, the different electrode sheets 11 shown in FIGS.
  • the conductor tab 27 is, for example, offset to the right, which in the case of an electrode track 12 can correspond to a shift in the conveying direction.
  • Figure 6 shows an exemplary embodiment of an electrode sheet 11 with an arrester lug 27 in a central arrangement
  • Figure 7 shows an arrangement with an arrester lug 27, which in the case of an electrode track 12 can correspond to a displacement against the conveying direction.
  • Control unit 14 conveyor element 15 deflection element 16 contour 17, 18

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Herstellung von Elektrodenblättern (11) fr eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn (12). Die Vorrichtung (10) umfasst eine Sensorvorrichtung (13) und eine Regelungseinheit (14), wobei die Sensorvorrichtung (13) zur Abtastung von Merkmalen der Kontur (17, 18) an mindestens einer Kante (19, 20) der Elektrodenbahn (12) und zur Erzeugung eines Sensorsignals (21) eingerichtet ist. Das Sensorsignal (21) ist von der Regelungseinheit (14) empfangbar und die Regelungseinheit (14) dazu eingerichtet, mindestens die Geschwindigkeit eines angetriebenen Förderelements (15) der Vorrichtung (10) und/oder mindestens die Auslenkung eines Auslenkelements (16) der Vorrichtung (10) auf Basis des empfangenen Sensorsignals (21) mit einem Steuersignal (22) zu regeln, wobei die Vorrichtung (10) eine Querschneidevorrichtung (23) zur Herstellung von Querschnitten (23) und Vereinzelung der Elektrodenbahn (12) zu Elektrodenblättern (11) aufweist. Die Schneidposition (26) der Querschneidevorrichtung (23) zu der Kontur (17, 18) an mindestens einer Kante (19, 20) ist durch die Geschwindigkeit des mindestens einen angetriebenen Förderelements (15) und/oder durch die Auslenkung des mindestens einen Auslenkelements (16) auf eine Ziellage zueinander regelbar. Die Erfindung betrifft weiterhin ein korrespondierendes Verfahren.

Description

Vorrichtung zur Herstellung von Elektrodenblättern für eine Energiezelle aus einer Elektrodenbahn und Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Elektrodenblättern für eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein korrespondierendes Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 13.
Energiezellen oder auch Energiespeicher im Sinne der Erfindung werden z.B. in Kraftfahrzeugen, sonstigen Landfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen oder auch in stationären Speicheranlagen in Form von Batteriezellen oder Brennstoffzellen verwendet, bei denen sehr große Energiemengen über größere Zeiträume gespeichert werden müssen.
Für die Bereitstellung einer ausreichenden Menge an Energiezellen, insbesondere Batteriezellen, sind massentaugliche Fertigungstechnologien mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten erforderlich. Dabei stellt unter anderem die Konfektionierung von Elektrodenbahnen zu fertigen Zellstapeln bzw. Energie- oder Batteriezellen eine Herausforderung dar. Bei der Herstellung von einzelnen Elektrodenblättern aus Elektrodenbahnen für eine gestapelte Anordnung gewinnen Trennprozesse eine besondere Bedeutung. An derartige Trennprozesse sind hohe Anforderungen gestellt, um die für eine Massenproduktion erforderliche Produktionsgeschwindigkeit bei möglichst hoher Produktqualität zu erreichen. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Herstellung von Elektrodenblättern für eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn anzugeben, welche eine möglichst hohe Produktionsgeschwindigkeit bei ausreichender Qualität und Genauigkeit ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Elektrodenblättern für eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn vorgeschlagen, wobei eine Elektrodenbahn der Vorrichtung zuführbar ist. Die Vorrichtung umfasst eine Sensorvorrichtung und eine Regelungseinheit, wobei die Sensorvorrichtung zur Abtastung von Merkmalen der Kontur an mindestens einer Kante der Elektrodenbahn und zur Erzeugung eines Sensorsignals eingerichtet ist. Das Sensorsignal ist von der Regelungseinheit empfangbar und die Regelungseinheit dazu eingerichtet, mindestens die Geschwindigkeit eines angetriebenen Förderelements der Vorrichtung und/oder mindestens die Auslenkung eines Auslenkelements der Vorrichtung auf Basis des empfangenen Sensorsignals mit einem Steuersignal zu regeln. Die Vorrichtung weist eine Querschneidevorrichtung zur Herstellung von Querschnitten und Vereinzelung der Elektrodenbahn zu Elektrodenblättern auf, wobei die Schneidposition der Querschneidevorrichtung zu der Kontur an mindestens einer Kante durch die Geschwindigkeit des mindestens einen angetriebenen Förderelements und/oder die Auslenkung des mindestens einen Auslenkelements auf eine Ziellage zueinander regelbar ist.
Bei der Elektrodenbahn handelt es sich vorzugsweise um eine leitfähige Elektrodenfolie aus Metall, welche weiterhin vorzugsweise mit einem aktiven Anoden- oder Kathodenmaterial beschichtet ist. Weiterhin vorzugsweise ist das Anoden- oder Kathodenmaterial auf der Elektrodenfolie bereits kalandriert, so dass die aus der Elektrodenbahn vereinzelten Elektrodenblätter anschließend einem Prozess zur Bildung einer Energiezelle bzw. Batterie zugeführt werden können. Die Elektrodenbahn wird in einer Förderrichtung gefördert und ist vorzugsweise endlos.
Eine Kontur an einer Kante der Elektrodenbahn, welche vorzugsweise den Längsrand der Elektrodenbahn bildet, weist sowohl Längs- komponenten, d.h. entlang der Elektrodenbahn und der Förderrichtung, als auch Querkomponenten, welche dementsprechend quer zur Förderrichtung verlaufen, auf. Merkmale der Kontur können daher verschiedene geometrische Merkmale sein. Derartige Merkmale der Kontur, welche auch als Notchkontur bezeichnet werden kann, können beispielsweise eine Ableiterfahne (tab), ein Teil einer Ableiterfahne, beispielsweise ein in einer Querrichtung verlaufender Abschnitt, eine Verrundung bzw. Schulter, eine Ausnehmung und/oder ein spitzzulaufender Bereich zwischen zwei Verrundungen sein. Bei einer typischen Kontur wechseln sich beispielsweise an einer Kante Ableiterfahnen und Ausnehmungen ab, während sich an der anderen Kante Ausnehmungen in regelmäßigen Abständen wiederholen. Weiterhin können bei einer typischen Kontur die Ecken von in diesem Zustand noch zusammenhängenden Elektrodenblättern verrundet sein, so dass sich bei einer Ausnehmung ein spitzzulaufender Bereich an der später vorgesehenen Trennlinie der Elektrodenblätter ergibt. Diese spitzzulaufenden Bereiche wiederholen sich vorzugsweise an beiden Kanten der Elektrodenbahn im Abstand der vorgesehenen Breite der einzelnen Elektrodenblätter und liegen jeweils gegenüber. Insgesamt kann sich eine entsprechende Kontur insbesondere aus einem Konturschnitt, welches auch als notching bekannt ist, ergeben. Die Querschneidevorrichtung trennt die vorgesehenen Elektrodenblätter durch den Querschnitt von der Elektrodenbahn. Die Lage der Querschnitte zu den Konturen an den Kanten bzw. deren Merkmalen ist entscheidend, um eine vorgesehene Geometrie der hergestellten Elektrodenblätter zu erreichen. Die Querschneidevorrichtung kann beispielsweise eine Messerwalze oder einen Laser zum Schneiden, welcher beispielsweise innerhalb oder außerhalb einer Walze angeordnet sein kann, umfassen. Die Querschneidevorrichtung umfasst weiterhin vorzugsweise eine Saugwalze oder ein Saugband für die Halterung der Elektrodenbahn und/oder für die vereinzelten von der Elektrodenbahn getrennten Elektrodenblätter.
Die Sensorvorrichtung tastet vorzugsweise Merkmale der Kontur kontaktlos, weiter vorzugsweise optisch, ab. Die Regelungseinheit kann mittels des Sensorsignals eines erfassten Merkmals der Kontur die Lage der Schneidposition zu der erfassten Kontur unter aktuellen Bedingungen ermitteln und diese durch Steuerung der Geschwindigkeit eines angetriebenen Förderelements der Vorrichtung und/oder mindestens die Auslenkung eines Auslenkelements auf eine Ziellage regeln. Die Ziellage zueinander wird hierdurch korrigiert oder auch optimiert, so dass auch Unregelmäßigkeiten ggf. auch geometrische Fehler in der Elektrodenbahn und/oder in der Vorrichtung ausgeregelt werden können, sofern die zugeführte Elektrodenbahn nicht zu große Abweichungen vom Sollmaß aufweist. Bei der Regelungseinheit handelt es sich insbesondere um eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung.
Das angetriebene Förderelement kann beispielsweise mit einer Über- oder Untergeschwindigkeit im Vergleich zur eigentlichen Fördergeschwindigkeit der Elektrodenbahn zur Regelung der Lage des Querschnitts angetrieben werden. Das angetriebene Förderelement ist hierfür vorzugsweise im Bahnverlauf der Elektrodenbahn zwischen der Sensorvorrichtung und der Querschneidevorrichtung angeordnet.
Das Auslenkelement, dessen Auslenkung entsprechend durch das Steuersignal regelbar ist, kann vorzugsweise die Bahnlänge der Elektrodenbahn zwischen der Sensorvorrichtung und der Schneidposition der Querschneidevorrichtung verlängern. Das Auslenkelement ist daher vorzugsweise aktiv steuerbar und weiter vorzugsweise im Bahnverlauf der Elektrodenbahn zwischen der Sensorvorrichtung der Schneideposition der Querschneidevorrichtung angeordnet.
Neben dem vorgenannten Auslenkelement können grundsätzlich in der Vorrichtung weitere Ausgleichselemente oder Ausgleichsglieder im Bahnverlauf vorgesehen sein, welche vorzugsweise passiv sind. Ein Ausgleichselement kann vorzugsweise vor der Sensorvorrichtung und dem angetriebenen Förderelement vorgesehen sein, welches die Schwankungen der Geschwindigkeit des Förderelements entsprechend der vorgesehenen Regelung in der zugeführten Elektrodenbahn im Sinne eines Speichers ausgleichen kann, um Schlupf der Elektrodenbahn auf dem angetriebenen Förderelement und/oder hohe mechanische Spannung in der Elektrodenbahn zu vermeiden. Das Ausgleichselement oder auch passive Auslenkelement kann somit insbesondere die Generierung von Partikeln durch die Vermeidung von Schlupf verhindern. Ein Ausgleichselement kann beispielsweise eine Tänzereinheit, ein Scherenspeicher oder ein Oszillator sein.
Es wird somit eine Vorrichtung mit kontinuierlichen Prozessen zur Herstellung von Elektrodenblättern aus einer Elektrodenbahn ermöglicht, die sehr hohe Produktionsgeschwindigkeiten bei gleichzei- tig hoher Geometrietreue für die Elektrodenblätter beispielsweise in Bezug auf die Sollbreite der Elektrodenblätter oder der Ableiterfahnen ermöglicht. Die geometrischen Abweichungen sind vorzugsweise geringer als +/- 0,05 mm, wodurch nachfolgende Prozesse, beispielsweise bei der Stapelung zu einem Zellstapel, über ausreichend Toleranz verfügen, so dass die spätere Energiezelle bzw. die Batteriezelle im Rahmen der zulässigen Toleranzen liegt. Es können ferner Toleranzen und Schwankungen bei den Merkmalen der Konturen der zugeführten Elektrodenbahn, beispielsweise die Abstände von Ausnehmungen, kompensiert werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Fördergeschwindigkeit der Elektrodenbahn von der Sensorvorrichtung oder von einem Sensor erfassbar und an die Regelungseinheit übertragbar ist. Die Regelungseinheit ist dazu eingerichtet, mindestens die Geschwindigkeit eines angetriebenen Förderelements auf Basis des empfangenen Sensorsignals und der erfassten Fördergeschwindigkeit zu regeln.
Dies ermöglicht eine verbesserte Ermittlung der Lage der vorgesehenen Schnittposition für den Querschnitt zu der Kontur oder zu Merkmalen der Kontur und dementsprechend auch eine verbesserte Regelung auf eine Ziellage zueinander. Der abtastende Sensor kann somit die Kontur der zugeführten Elektrodenbahn aufnehmen, welche durch die Regelungseinheit mit der Fördergeschwindigkeit bzw. Materialgeschwindigkeit kombiniert werden kann. Die Ist-Lage und Geschwindigkeit von Merkmalen der Kontur kann somit vorteilhaft ermittelt werden, wodurch die Schneidposition der Querschneidevorrichtung auf die Ziellage geregelt werden kann. Ferner wird vorgeschlagen, dass der Abstand zwischen der Sensorvorrichtung und der Schneidposition der Querschneidevorrichtung mindestens den einfachen, vorzugsweise mindestens den zweifachen, Sollabstand von zwei aufeinander folgenden Querschnitten auf der Elektrodenbahn beträgt.
Ein einfacher Abstand erlaubt eine ausreichende Laufzeit, um die Schneidposition des Querschnitts durch die Querschneidevorrichtung durch die Regelungseinheit entsprechend einstellen zu können. Der Sollabstand von zwei aufeinander folgenden Querschnitten entspricht der Breite der Zielgeometrie der Elektrodenblätter quer zur Förderrichtung. Vorzugweise ist der Abstand weniger als der zehnfache Sollabstand, wodurch das Einbringen von weiteren Ungenauigkeiten beispielsweise durch Dehnungen verringert werden kann.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Abstand zwischen der Sensorvorrichtung und der Schneidposition der Querschneidevorrichtung ein ganzzahliges Vielfaches des Sollabstands von zwei aufeinander folgenden Querschnitten auf der Elektrodenbahn beträgt.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zur Herstellung von Elektrodenblättern mit verschiedenen Geometrien der Elektrodenblätter durch eine Regelung der Regelungseinheit auf verschiedene Ziellagen der Position der Querschnitte und der Kontur zueinander eingerichtet ist.
Auf diese Weise kann die Vorrichtung flexibel an unterschiedliche Geometrien der Elektrodenblätter angepasst werden, so dass verschiedene Arten von Elektrodenblättern auf einer Vorrichtung herstellbar sind. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zur Herstellung von Elektrodenblättern mit verschiedenen Lagen von Ableiterfahnen der Elektrodenblätter durch eine Regelung der Regelungseinheit auf verschiedene Ziellagen der Position der Querschnitte und der Kontur zueinander einrichtbar ist. Mit der Vorrichtung sind daher Elektrodenblätter mit Ableiterfahnen an unterschiedlichen Positionen möglich, z.B. mittig oder zu einer Seite, rechts oder links, verlagert. Es kann damit flexibel auf geänderte Anforderungen an das Format der Elektrodenblätter reagiert werden.
In vorteilhaften Ausführungsformen umfasst die Sensorvorrichtung einen Auflichtsensor und/oder einen Kontrastlichttaster und/oder einen Durchlichtsensor. Die Abtastung der Kontur an mindestens einer Kante der Elektrodenbahn kann daher vorzugsweise optisch erfolgen, wobei die Abtastung vorzugsweise mit einer Abtastrate >100 kHz erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Abtastrate von mindestens einem Messwert pro 100 pm, vorzugsweise mindestens einen Messwert pro 10 pm, zurückgelegtem Weg der Elektrodenbahn vorteilhaft. Ein Durchlichtsensor ist besonders vorteilhaft und kann in möglichen Ausführungsformen mit einer Abtastrate >100 kHz die Kontur der Elektrodenbahn optisch abtasten. Je nach Einbausituation kann die Funktion eines Durchlichtsensor nicht möglich sein, so dass in diesem Fall Kontrastlichttaster oder generell ein Sensor nach dem Auflichtprinzip eingesetzt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine angetriebene Förderelement eine Zugwalze, vorzugsweise ein Zugwalzenpaar, und/oder eine Saugwalze. Hierdurch kann besonders schnell und präzise die Lage des Querschnitts auf eine Ziellage geregelt bzw. synchronisiert werden. Weiterhin können beispielsweise auch Unregelmäßigkeiten einzelner Merkmale in der Kontur hierdurch ausgeregelt werden. In weiteren Ausführungsformen kann das angetriebene Förderelement beispielsweise ein Förderbandsystem, insbesondere eine Ober- und Unterbandsystem sein.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass das mindestens eine Auslenkelement eine Tänzereinheit und/oder ein Scherenspeicher und/oder ein Oszillator ist.
Hierdurch ist die Bahnlänge und/oder der Pfad der Elektrodenbahn vorzugsweise zwischen der Sensorvorrichtung und der Querschneidevorrichtung aktiv veränderbar, so dass die Schneidposition der Querschneidevorrichtung mit den geometrischen Merkmalen der Kontur der Elektrodenbahn synchronisierbar ist.
Ein Oszillator kann beispielsweise Ellipsen oder Nocken umfassen, durch welche ebenfalls die Bahnlänge und/oder der Pfad der Elektrodenbahn vorzugsweise zwischen der Sensorvorrichtung und der Querschneidevorrichtung veränderbar ist.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass eine Messvorrichtung vorgesehen ist, welche mindestens einen optischen Sensor aufweist, der mit Blickrichtung auf eine Grundfläche der Elektrodenbahn oder Elektrodenblätter angeordnet und zur Erfassung eines von einer Querkante der Elektrodenbahn oder eines Elektrodenblatts erzeugten optischen Übergangs, insbesondere in Form einer Signalflanke, eingerichtet ist.
Die Messvorrichtung kann in vorteilhaften Ausführungsformen Teil der Sensorvorrichtung sein und/oder bezogen auf die Förderrichtung nach der Querschneidevorrichtung in der Vorrichtung getrennt von Sensorvorrichtung vorgesehen sein. Die Messvorrichtung kann bei einer getrennten Anordnung insbesondere für eine Prozess- und Qualitätskontrolle eingesetzt werden. In möglichen Ausführungsformen kann der von der Messvorrichtung erfasste Übergang als Sensorsignal an die Regelungseinheit übermittelt werden, was sowohl in einer Ausführungsform mit der Messvorrichtung integriert in der Sensorvorrichtung als auch in einer Ausführungsform mit einer separaten Messvorrichtung, welche zusätzlich zur Sensorvorrichtung vorgesehen sind, möglich ist.
Vorzugsweise weist die Messvorrichtung eine Mehrzahl von quer zu der Förderrichtung angeordneten und voneinander beabstandeten optischen Sensoren zur Messung einer Querkante eines Elektrodenblattes auf. Dies ermöglicht die Bestimmung der Winkelorientierung der Elektrodenblätter um eine Achse senkrecht zu der Förderebene, in der Regel um die vertikale Achse, und somit eines unerwünschten Winkelversatzes. Insbesondere kann aus einem Zeitverzug in den Messsignalen zweier optischer Sensoren, die entlang der Querrichtung angeordnet sind, unter Berücksichtigung des Abstandes der beiden optischen Sensoren mittels trigonometrischer Betrachtung, insbesondere Arcustangens-Bildung des Quotienten aus Verzugslänge und Sensorabstand, die Winkelorientierung des flächigen Elements bestimmt werden.
Der Abstand der beiden optischen Sensoren voneinander ist vorzugsweise kleiner als die entsprechende Breite des flächigen Elements in Querrichtung, um die Erfassung der Querkanten des flächigen Elements zu ermöglichen. Der Abstand der beiden optischen Sensoren voneinander ist vorzugsweise mindestens halb so groß wie die entsprechende Breite des flächigen Elements in Querrichtung, wodurch die Messgenauigkeit bei der Bestimmung des Winkel- Versatzes erhöht werden kann. Die beiden optischen Sensoren können jeweils symmetrisch zu einer Mittellinie der Fördervorrichtung angeordnet sein, dies ist aber nicht zwingend der Fall. Im Falle einer Mehrzahl von quer zu der Förderrichtung angeordneten und voneinander beabstandeten optischen Sensoren kann die Position der Querkante des flächigen Elements als Mittelwert beider Sensoren bestimmt werden.
Die zuvor beschriebenen optischen Sensoren können vorzugsweise optische Kontrastsensoren oder optische Kontrasttaster sein. Optische Kontrasttaster sind auf eine optische Kontrastschwelle eingestellt und liefern ein digitales Ausgangssignal, d.h. das Ausgangssignal kann zwei Zustände einnehmen, je nachdem ob das Messig- nal die optische Kontrastschwelle überschreitet oder nicht. Ein optischer Kontrastsensor gibt ein analoges Signal aus, nämlichen den optischen Kontrastwert auf einer Kontrastskala. Die Verwendung von bildgebenden optischen Sensoren, beispielsweise Kameras, ist nicht ausgeschlossen.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Messvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Geometrie der vereinzelten Elektrodenblätter zu erfassen.
Hierdurch kann beispielsweise die tatsächliche Lage der Ableiterfahne in Bezug auf das jeweilige Elektrodenblatt nach der Herstellung der Elektrodenblätter kontrolliert werden, was zur Qualitätskontrolle eingesetzt werden kann. Ferner können Elektrodenblätter mit Abweichungen außerhalb der vorgegebenen Toleranzen von einer Auswurfvorrichtung der Vorrichtung aus dem Produktstrom auf der Basis der Messung der Messvorrichtung ausgeworfen werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung die Messvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Breite der Elektrodenblätter zu messen.
Die Breite der Elektrodenblätter wird durch zwei aufeinander folgende Querschnitte der Querschneidevorrichtung gebildet und kann mit der Messvorrichtung ermittelt werden, was ebenfalls zur Qualitätskontrolle eingesetzt werden kann.
Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenblättern für eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:
- Zuführen einer Elektrodenbahn zu der Vorrichtung;
- Abtasten von Merkmalen der Kontur an mindestens einer Kante der Elektrodenbahn und Erzeugung eines Sensorsignals;
- Empfangen des Sensorsignals von der Regelungseinheit und Regeln der Geschwindigkeit mindestens eines angetriebenen Förderelements der Vorrichtung und/oder der Auslenkung mindestens eines Auslenkelements der Vorrichtung durch die Regelungseinheit oder auf Basis des empfangenen Sensorsignals mit einem Steuersignal;
- Regeln der Schneidposition der Querschneidevorrichtung zu der Kontur an mindestens einer Kante durch die Geschwindigkeit des mindestens einen angetriebenen Förderelements und/oder durch die Auslenkung eines Auslenkelements auf eine Ziellage zueinander; und
- Herstellung von Querschnitten und Vereinzelung der Elektrodenbahn zu Elektrodenblättern durch die Querschneidevorrichtung. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die Herstellung von Elektrodenblättern in einem kontinuierlichen Prozess mit sehr hoher Produktionsgeschwindigkeit und hoher Geometrietreue.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung von Elektrodenblättern aus einer Elektrodenbahn;
Fig. 2 eine Elektrodenbahn und vereinzelte Elektrodenblätter;
Fig. 3 ein typisches Fehlerbild an einem Elektrodenblatt;
Fig. 4 schematisch eine weitere Vorrichtung zur Herstellung von Elektrodenblättern aus einer Elektrodenbahn; und
Fig. 5 bis 7 mehrere Elektrodenblätter mit Ableiterfahnen an unter- schiedlichen Positionen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 für die Herstellung von Elektrodenblättern 11 aus einer Elektrodenbahn 12 in einer schematischen Darstellung. Bei der Elektrodenbahn 12, welche der Vorrichtung 10 zugeführt wird, handelt es sich um eine endlose Leiterfolie, welche mit einem Anoden- oder Kathodenmate- rial zumindest teilweise beschichtet ist.
Die Elektrodenbahn 12 und zwei bereits vereinzelte und voneinander beabstandete Elektrodenblätter 11 sind schematisch in der Figur 2 dargestellt. Die beiden Kanten 19, 20 der Elektrodenbahn 12 ver- laufen parallel zur Haupterstreckung und Förderrichtung. Die Kanten 19, 20 weisen jeweils eine geschnittene Kontur 17, 18 auf, wobei die in der Figur 2 untere Kante 19 eine Kontur 17 (notch contour) aufweist, die regelmäßig angeordnete Ausnehmungen 28 aufweist, welche aus zwei Verrundungen 29, siehe auch Figur 3, gebildet sind, deren Radien sich in einem spitzzulaufenden Bereich treffen. Derartige Ausnehmungen 28 sind ein Merkmal einer typischen Kontur 17, 18, wobei die Querschnitte 24 zur Vereinzelung von Elektrodenblättern 11 aus der Elektrodenbahn 12 vorzugsweise durch den spitzzulaufenden Bereich der Ausnehmung 28 in einer Ziellage zueinander verlaufen. Die in der Figur 2 obere Kante 18 hat eine Kontur 19 (notch contour), welche zusätzlich jeweils zwischen den Ausnehmungen 28 angeordnete Ableiterfahnen 27 aufweist. Die Ableiterfahnen 27 sind vorzugsweise nicht mit einem aktiven Anoden- oder Kathodenmaterial beschichtet.
Figur 3 zeigt ein mögliches Fehlerbild am Übergang von einer Kontur 17 an einer Kante 19 zu einem Querschnitt 24, welches auftreten kann, wenn die Querschneidevorrichtung 23 nicht optimal eingestellt ist und der Querschnitt 24 als Folge nicht exakt durch die Schnittpunkte der Radien der Verrundungen 29 einer Ausnehmung 28 verläuft. Der Querschnitt 24 verläuft idealerweise bei dieser beispielhaften Geometrie der Elektrodenblätter 11 durch den spitzzulaufenden Bereich. Wie in der Figur 3 links schematisch dargestellt, liegt der Querschnitt 24 nicht auf der vorgesehenen Trennlinie, welche die spitzzulaufenden Bereiche der beiden sich gegenüberliegenden Ausnehmungen 28 in diesem Ausführungsbeispiel verbindet und verläuft somit nicht durch die zwei spitzzulaufenden Ausnehmungen 28, welche generell ein mögliches und optisch gut abtastbares Merkmal einer Kontur 17, 18 darstellen. In der Figur 3 rechts ist nach einer Beabstandung der beiden Elektrodenblätter 11 zu erken- nen, dass durch die fehlerhafte Schneidposition 26 des Querschnitts 24 ein scharfkantiger Streifen entsteht, welcher bei der Verwendung in einer Energiezelle oder auch Batteriezelle, beispielsweise die Separatorfolie beschädigen, und die gesamte Zelle unbrauchbar machen kann. Derartige Fehlerbilder, wie in Figur 3, können insbesondere durch die vorgeschlagene Vorrichtung 10, wie beispielsweise im Ausführungsbeispiel der Figur 1 schematisch gezeigt, und das vorgeschlagene Verfahren vermieden werden.
Der Vorrichtung 10, siehe Figur 1 , wird eine Elektrodenbahn 12 als Endlosbahn zugeführt. An den Längsrändern im Sinne der seitlichen Kanten 19, 20 weist die Elektrodenbahn 12 beispielsweise jeweils eine Kontur 17, 18 auf, wie in Figur 2 dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Sensorvorrichtung 13, die die Merkmale mindestens einer der Konturen 17 oder 18 optisch abtastet. Die Sensorvorrichtung 13 tastet die Konturen 17, 18 in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Durchlichtsensor mit einer Abtastrate von >100 kHz ab. Ein von der Sensorvorrichtung 13 erzeugtes Sensorsignal 21 wird an eine elektronische Regelungseinheit 14 übertragen, die das Sensorsignal 21 auswertet und ein Steuersignal 22 für ein angetriebenes Förderelement 15, in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer Zugwalze bzw. in Form eines Zugwalzenpaares, erzeugt. Weiterhin ist symbolisch ein Sensor 25 gezeigt, welcher die Fördergeschwindigkeit oder die Bahngeschwindigkeit der Elektrodenbahn 12 erfasst. In alternativen Ausführungsbeispielen kann der Sensor 25 auch in die Sensorvorrichtung 13 integriert sein oder weiterhin alternativ kann die Information der Fördergeschwindigkeit aus einer Steuerung der Vorrichtung 10 an die Regelungseinheit 14 übermittelt werden. Das angetriebene Förderelement 15 wird entsprechend des Steuersignals 22 mit einer um die Basis-Fördergeschwindigkeit variablen Geschwindigkeit betrieben. Hierdurch kann erreicht werden, dass Merkmale der Kontur 17, 18 an den Kanten 19, 20 der Elektrodenbahn 12 mit der Schneidposition 26 der Querschneidevorrichtung 23 in der Art synchronisiert werden können, dass diese entsprechend einer Ziellage zueinander liegen. Entsprechend zum typischen Fehlerbild der Figur 3 ist der Querschnitt 24 beidseitig vorzugsweise im spitzzulaufenden Bereich der jeweiligen Ausnehmung 28 vorzunehmen, was durch die Regelung der Regelungseinheit 14 erreicht werden kann. Die Regelung des angetriebenen Förderelements 15 verschiebt somit den Querschnitt 24 an der Schneidposition 26 relativ zu den jeweiligen Merkmalen der Kontur 17, 18 der Elektrodenbahn 12. Dies ermöglicht eine hohe Produktionsgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit in Bezug auf die Geometrie der Elektrodenblätter 11. Gleichzeitig können Toleranzen in den Konturen 17, 18, beispielsweise Unregelmäßigkeiten der Abstände von sich wiederholenden Merkmalen der Konturen 17, 18, durch die aktive Regelung der Schneidposition 26 relativ zur geförderten Elektrodenbahn 12 ausgeglichen werden.
Die Sensorvorrichtung 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Bahnverlauf der Elektrodenbahn 12 vor dem angetriebenen und von der Regelungseinheit 14 angesteuerten Förderelement 15 angeordnet. Weiterhin kann vor der Sensorvorrichtung 13 ein Ausgleichselement oder Ausgleichsglied, nicht dargestellt, vorgesehen sein, welches die Schwankungen der Geschwindigkeit des Förderelements 15 entsprechend der vorgesehenen Regelung in der zugeführten Elektrodenbahn 12 im Sinne eines Speichers ausgleichen kann. Die Querschneidevorrichtung 23 ist lediglich schematisch dargestellt und weist beispielsweise eine Schneidtrommel 30 und eine Gegentrommel 31 auf, welche derart angeordnet sind, dass zwischen einer Mantelfläche der Schneidtrommel 30 und einer Mantelfläche der Gegentrommel 31 ein Zwischenraum vorhanden ist, in welchem die Elektrodenbahn 12 geführt wird. An der Schneidtrommel 30 sind radial vorstehende Schneidmesser angeordnet, wobei in Bezug zu der Drehrichtung stromaufwärts zu den jeweiligen Schneidmessern eine Vertiefung in der Mantelfläche der Schneidtrommel 30 zur Bildung eines einseitigen Freiraumes an dem Schneidmesser vorgesehen ist. An der Gegentrommel 31 ist ein Gegenmesser vorgesehen. Ferner ist in Bezug zu der Drehrichtung der Gegentrommel 31 stromabwärts zu dem Gegenmesser eine Vertiefung in der Anlagefläche 9 vorgesehen, so dass das Gegenmesser an seiner stromabwärts angeordneten Seite eine freie Schneide aufweist.
Weiterhin kann eine Messvorrichtung 32 vorgesehen sein, welche zur Qualitätskontrolle der aus der Elektrodenbahn 12 geschnittenen Elektrodenblätter 11 dient.
Figur 4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur Herstellung von Elektrodenblättern 11 aus einer Elektrodenbahn 12, welche abweichend vom Ausführungsbeispiel der Figur 1 ein Auslenkelement 16 aufweist. Die Auslenkung des Auslenkelements 16, welches schematisch als Tänzereinheit dargestellt ist, ist mittels des Steuersignals 22 veränderbar, so dass sich die Bahnlänge der Elektrodenbahn 12 zwischen der Sensorvorrichtung 12 und der Querschneidevorrichtung 23 dementsprechend ändert. Hierdurch können die Konturen 17, 18 der Elektrodenbahn 12 zu den Querschnitten 24 auf eine jeweilige Ziellage zueinander geregelt werden. Mit der Vorrichtung 10 können die Querschnitte 24 in Bezug zu bestimmten Merkmalen der Konturen 17, 18 der Elektrodenbahn 12, beispielsweise den Ableiterfahnen 27 in einfacher Weise verscho- ben werden. Daher sind die in den Figuren 5 bis 7 gezeigten unterschiedlichen Elektrodenblätter 11 mit der gleichen Vorrichtung 10 herstellbar. In Figur 5 ist die Ableiterfahne 27 beispielsweise nach rechts versetzt, was bei einer Elektrodenbahn 12 einer Verlagerung in Förderrichtung entsprechen kann. Figur 6 zeigt ein Ausführungs- beispiel eines Elektrodenblatts 11 mit einer Ableiterfahne 27 in einer mittigen Anordnung, und Figur 7 zeigt eine Anordnung mit einer Ableiterfahne 27, was bei einer Elektrodenbahn 12 einer Verlagerung entgegen der Förderrichtung entsprechen kann.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung 10 Elektrodenblatt 11 Elektrodenbahn 12
Sensorvorrichtung 13
Regelungseinheit 14 Förderelement 15 Auslenkelement 16 Kontur 17 , 18
Kante 19 , 20
Sensorsignal 21
Steuersignal 22
Querschneidevorrichtung 23 Querschnitt 24
Sensor 25
Schneidposition 26 Ableiterfahne 27 Ausnehmung 28 Verrundung 29
Schneidtrommel 30
Gegentrommel 31 Messvorrichtung 32

Claims

Ansprüche:
1. Vorrichtung (10) zur Herstellung von Elektrodenblättern (11) für eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn (12), dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Elektrodenbahn (12) der Vorrichtung (10) zuführbar ist, wobei
- die Vorrichtung (10) eine Sensorvorrichtung (13) und eine Regelungseinheit (14) umfasst, wobei
- die Sensorvorrichtung (13) zur Abtastung von Merkmalen der Kontur (17, 18) an mindestens einer Kante (19, 20) der Elektrodenbahn (12) und zur Erzeugung eines Sensorsignals (21) eingerichtet ist, wobei
- das Sensorsignal (21) von der Regelungseinheit (14) empfangbar und die Regelungseinheit (14) dazu eingerichtet ist, mindestens die Geschwindigkeit eines angetriebenen Förderelements (15) der Vorrichtung (10) und/oder mindestens die Auslenkung eines Auslenkelements (16) der Vorrichtung (10) auf Basis des empfangenen Sensorsignals (21) mit einem Steuersignal (22) zu regeln, wobei
- die Vorrichtung (10) eine Querschneidevorrichtung (23) zur Herstellung von Querschnitten (23) und Vereinzelung der Elektrodenbahn (12) zu Elektrodenblättern (11) aufweist, wobei
- die Schneidposition (26) der Querschneidevorrichtung (23) zu der Kontur (17, 18) an mindestens einer Kante (19, 20) durch die Geschwindigkeit des mindestens einen angetriebenen Förderelements (15) und/oder durch die Auslenkung des mindestens einen Auslenkelements (16) auf eine Ziellage zueinander regelbar ist. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Fördergeschwindigkeit der Elektrodenbahn (12) von der Sensorvorrichtung (13) oder von einem Sensor (25) erfassbar und an die Regelungseinheit (14) übertragbar ist, wobei die Regelungseinheit (14) dazu eingerichtet ist, mindestens die Geschwindigkeit eines angetriebenen Förderelements (15) auf Basis des empfangenen Sensorsignals (21) und der erfassten Fördergeschwindigkeit zu regeln. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Abstand zwischen der Sensorvorrichtung (13) und der Schneidposition (26) der Querschneidevorrichtung (23) mindestens den einfachen, vorzugsweise mindestens den zweifachen, Sollabstand von zwei aufeinander folgenden Querschnitten (24) auf der Elektrodenbahn (12) beträgt. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Abstand zwischen der Sensorvorrichtung (13) und Schneidposition (26) der Querschneidevorrichtung (23) ein ganzzahliges Vielfaches des Sollabstands von zwei aufeinander folgenden Querschnitten (24) auf der Elektrodenbahn (12) beträgt. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Vorrichtung (10) zur Herstellung von Elektrodenblättern (11) mit verschiedenen Geometrien der Elektrodenblätter (11) durch eine Regelung der Regelungseinheit (14) auf verschie- dene Ziellagen der Position der Querschnitte (24) und der Kontur (17, 18) zueinander eingerichtet ist. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Vorrichtung (10) zur Herstellung von Elektrodenblättern (11) mit verschiedenen Lagen von Ableiterfahnen (27) der Elektrodenblätter (11) durch eine Regelung der Regelungseinheit (14) auf verschiedene Ziellagen der Position der Querschnitte (24) und der Kontur (17, 18) zueinander einrichtbar ist. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Sensorvorrichtung (13) einen Auflichtsensor und/oder einen Kontrastlichttaster und/oder einen Durchlichtsensor umfasst. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- das mindestens eine angetriebene Förderelement (15) eine Zugwalze, vorzugsweise ein Zugwalzenpaar, und/oder eine Saugwalze ist. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- das mindestens eine Auslenkelement (16) eine Tänzereinheit und/oder ein Scherenspeicher und/oder ein Oszillator ist. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Messvorrichtung (32) vorgesehen ist, welche mindestens einen optischen Sensor aufweist, der mit Blickrichtung auf eine Grundfläche der Elektrodenbahn oder Elektrodenblätter angeordnet und zur Erfassung eines von einer Querkante der Elektrodenbahn oder eines Elektrodenblatts erzeugten optischen Übergangs, insbesondere in Form einer Signalflanke, eingerichtet ist. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Messvorrichtung (32) dazu eingerichtet ist, die Geometrie der vereinzelten Elektrodenblätter (11) zu erfassen. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Messvorrichtung (32) dazu eingerichtet ist, die Breite der Elektrodenblätter (11) zu messen. Verfahren zur Herstellung von Elektrodenblättern (11) für eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn (12) mit einer Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Zuführen einer Elektrodenbahn (12) zu der Vorrichtung (10);
- Abtasten von Merkmalen der Kontur (17, 18) an mindestens einer Kante (19, 20) der Elektrodenbahn (12) und Erzeugung eines Sensorsignals (21);
- Empfangen des Sensorsignals (21) von der Regelungseinheit (14) und Regeln der Geschwindigkeit mindestens eines angetriebenen Förderelements (15) der Vorrichtung (10) und/oder der Auslenkung mindestens eines Auslenkelements (16) der Vorrichtung (10) durch die Regelungseinheit (14) oder auf Basis des empfangenen Sensorsignals (21) mit einem Steuersig- nal (22);
- Regeln der Schneidposition (26) der Querschneidevorrichtung (23) zu der Kontur (17, 18) an mindestens einer Kante (19, 20) durch die Geschwindigkeit des mindestens einen angetriebe- nen Förderelements (15) und/oder durch die Auslenkung eines Auslenkelements (16) auf eine Ziellage zueinander; und
- Herstellung von Querschnitten (24) und Vereinzelung der Elektrodenbahn (12) zu Elektrodenblättern (11) durch die Querschneidevorrichtung (23).
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