IT202100032009A1 - Macchina confezionatrice e metodo di confezionamento di una cella elettrochimica cilindrica - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
dell'invenzione industriale dal titolo:
"Macchina confezionatrice e metodo di confezionamento di una cella elettrochimica cilindrica."
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione ? relativa ad una macchina confezionatrice e ad un metodo di confezionamento di una cella elettrochimica cilindrica.
La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione alla produzione di una batteria cilindrica agli ioni di litio, cui la descrizione che segue far? esplicito riferimento senza per questo perdere di generalit?.
ARTE ANTERIORE
Le batterie agli ioni di litio commerciali vengono assemblate in tre geometrie differenti: cilindriche, prismatiche ed a sacchetto.
Le batterie cilindriche sono formate da un contenitore metallico di forma cilindrica, con all?interno una singola cella elettrochimica cilindrica formata da anodo, separatori e catodo arrotolati tra di loro.
In particolare, il contenitore cilindrico ? inizialmente aperto da un lato (ovvero ha la forma di una tazza che presenta una estremit? inferiore chiusa ed una estremit? superiore aperta) per permettere l?inserimento della cella elettrochimica avvolta e dell?elettrolita che impregna i separatori della cella elettrochimica avvolta; una volta che ? stata completata la formazione della batteria (ovvero una volta che dentro al contenitore cilindrico sono stati disposti tutti i componenti), l?estremit? aperta del contenitore cilindrico viene chiusa realizzando una chiusura sigillata.
La formazione di una cella elettrochimica cilindrica prevede di alimentare un materiale composito (comprendente almeno due nastri conduttori ed almeno due nastri separatori tra loro sovrapposti) ad una testa di avvolgimento provvista di un dispositivo di presa che ? configurato per afferrare una estremit? del materiale composito e per ruotare su s? stesso attorno ad un asse di rotazione centrale in modo da realizzare un avvolgimento a spirale del materiale composito.
Una macchina confezionatrice nota comprende una ruota disposta verticalmente che supporta una pluralit? di teste di avvolgimento ed ? montata girevole per ruotare attorno ad un asse di rotazione orizzontale in modo da avanzare le teste di avvolgimento lungo un percorso di lavorazione perfettamente circolare; inoltre, una macchina confezionatrice nota comprende una unit? di alimentazione configurata per alimentare il materiale composito verso le teste di avvolgimento. In particolare, in una macchina confezionatrice nota la ruota gira attorno al proprio asse di rotazione con una legge di moto intermittente (a passo) che prevede di alternare ciclicamente fasi di moto in cui la ruota gira e fasi di sosta in cui la ruota rimane ferma.
E? stato osservato che le macchine confezionatrici note non riescono a raggiungere elevate velocit? produttive (misurate come celle elettrochimiche cilindriche prodotte nell?unit? di tempo) se non a discapito della qualit? del prodotto finale; ovvero per garantire il rispetto di una elevata qualit? del prodotto finale le macchine confezionatrici note obbligatoriamente devono operare con modeste velocit? produttive (indicativamente dell?ordine di 15- 20 celle elettrochimiche cilindriche prodotte al minuto).
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione ? fornire una macchina confezionatrice ed un metodo di confezionamento di una cella elettrochimica cilindrica che permettano di operare ad una alta velocit? produttiva (misurata come celle elettrochimiche cilindriche prodotte nell?unit? di tempo) garantendo nel contempo il rispetto di una elevata qualit? del prodotto finale.
In accordo con la presente invenzione vengono forniti una macchina confezionatrice ed un metodo di confezionamento di una cella elettrochimica cilindrica, secondo quanto rivendicato nelle rivendicazioni allegate.
Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
? la figura 1 ? una vista schematica di una batteria cilindrica;
? la figura 2 ? una vista schematica di una cella elettrochimica cilindrica della batteria cilindrica della figura 1;
? la figura 3 ? una vista schematica e frontale di una macchina confezionatrice che realizza la cella elettrochimica cilindrica della figura 1;
? la figura 4 ? una vista schematica e frontale di una unit? di alimentazione della macchina confezionatrice della figura 3;
? le figure 5-8 sono quattro viste schematica e frontali di una ruota della macchina confezionatrice della figura 3 in diversi istanti di funzionamento;
? la figura 9 ? una vista in scala ingrandita di un particolare della figura 7; e ? la figura 10 ? vista schematica e prospettica di una variante della ruota delle figure 5-8.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL?INVENZIONE
Nella figura 1 con il numero 1 ? indicata nel suo complesso una batteria cilindrica per energia elettrica.
La batteria 1 cilindrica comprende una cella 2 elettrochimica di tipo ?jelly-roll? o ?swissroll? formata da pi? fogli tra loro avvolti per assumere una forma cilindrica ed un contenitore 3 cilindrico che racchiude al proprio interno la cella 2 elettrochimica.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, la cella 2 elettrochimica cilindrica ? costituita dall?avvolgimento a spirale di un insieme di quattro nastri: un nastro 4 conduttore di un materiale a base metallica (tipicamente alluminio) che costituisce il catodo, un nastro 5 separatore di un materiale poroso (che viene successivamente imbevuto di un elettrolita liquido), un nastro 6 conduttore di un materiale a base metallica (tipicamente rame) che costituisce l?anodo, ed un nastro 7 separatore di un materiale poroso (che viene successivamente imbevuto di un elettrolita liquido). In altre parole, i quattro nastri 4-7 sovrapposti formano un materiale 8 composito (ovvero un ?sandwich? dei quattro nastri 4-7) che viene avvolto a spirale su s? stesso per formare la cella 2 elettrochimica cilindrica.
Secondo una preferita forma di attuazione, nella parte iniziale e nella parte finale (ovvero per un piccolo tratto in testa e per un piccolo tratto in coda), il materiale 8 composito ? formato solo dai due nastri 5 e 7 separatori sovrapposti; in altre parole, il materiale 8 composito non ? uniforme lungo tutta la sua lunghezza in quanto solo nella (ampia) parte centrale il materiale 8 composito ? formato dalla sovrapposizione di tutti e quattro i nastri 4-7 sovrapposti mentre nella parte iniziale e nella parte finale il materiale 8 composito ? formato solo dai due nastri 5 e 7 separatori sovrapposti. Questo accorgimento permette di aumentare l?isolamento elettrico all?inizio ed alla fine della cella 2 elettrochimica cilindrica riducendo il rischio di indesiderati cortocircuiti.
Nella figura 3 con il numero 9 ? indicata nel suo complesso una macchina confezionatrice che realizza la cella 2 elettrochimica cilindrica.
La macchina 9 confezionatrice comprende una unit? 10 di alimentazione che ? configurata per alimentare il materiale 8 composito (formato dai nastri 4-7 tra loro sovrapposti) lungo un percorso P1 di alimentazione rettilineo ed orientato verticalmente; preferibilmente l?unit? 10 di alimentazione ? configurata per avanzare il materiale 8 composito dall?alto verso il basso per sfruttare a proprio vantaggio la forza di gravit? (ovvero la forza di gravit? tende a spingere il materiale 8 composito lungo il percorso P1 di alimentazione senza fare deviare il materiale 8 composito dal percorso P1 di alimentazione).
In particolare, l?unit? 10 di alimentazione ? configurata per avanzare il materiale 8 composito lungo il percorso P1 di alimentazione ad una velocit? di avanzamento sempre costante e quindi senza alcuna sospensione del movimento del materiale 8 composito. In altre parole, il materiale 8 composito esce dalla unit? 10 di alimentazione con una legge di moto continua, ovvero con una legge di moto che prevede un movimento senza soste ad una velocit? di avanzamento costante (che ovviamente aumenta o diminuisce all?aumentare o diminuire della produttivit? oraria con cui opera la macchina 9 confezionatrice); ovvero il materiale 8 composito che esce dalla unit? 10 di alimentazione non alterna ciclicamente fasi di sosta e fasi di moto ma si muove con una velocit? sempre uguale.
La macchina 9 confezionatrice comprende una ruota 11 (orientata verticalmente) che ? montata girevole attorno ad un asse 12 di rotazione orizzontale (perpendicolare al piano del foglio) e supporta una pluralit? di teste 13 di avvolgimento. La ruota 11 gira attorno all?asse 12 di rotazione con una legge di moto continua, ovvero con una legge di moto che prevede un movimento senza soste ad una velocit? di avanzamento costante (che ovviamente aumenta o diminuisce all?aumentare o diminuire della produttivit? oraria con cui opera la macchina 9 confezionatrice); ovvero la ruota 11 non alterna ciclicamente fasi di sosta e fasi di moto ma gira attorno all?asse 12 di rotazione con una velocit? angolare sempre uguale.
La rotazione della ruota 11 attorno all?asse 12 di rotazione porta ciascuna testa 13 di avvolgimento ad avanzare lungo un percorso P2 di lavorazione di forma chiusa. Un tratto del percorso P2 di lavorazione ? sostanzialmente rettilineo e parallelo al percorso P1 di alimentazione (quindi ? disposto sostanzialmente verticalmente); ovvero un tratto rettilineo del percorso P2 di lavorazione sostanzialmente coincide con un corrispondente tratto del percorso P1 di alimentazione.
Ciascuna testa 13 di avvolgimento comprende un dispositivo 14 di presa (schematicamente illustrato nella figura 9) che ? configurato per afferrare una estremit? del materiale 8 composito e per ruotare su s? stesso attorno ad un asse 15 di rotazione (orizzontale e parallelo all?asse 12 di rotazione) in modo da realizzare un avvolgimento a spirale del materiale 8 composito (ovvero in modo da realizzare una corrispondente cella 2 elettrochimica cilindrica). Preferibilmente, ciascuna testa 13 di avvolgimento supporta un motore elettrico che realizza la rotazione del un dispositivo 14 di presa attorno all?asse 15 di rotazione.
Secondo una preferita forma di attuazione e come verr? meglio descritto in seguito, ciascun dispositivo 14 di presa ? configurato per afferrare una estremit? del materiale 8 composito e quindi iniziare l?avvolgimento a spirale del materiale 8 composito mentre la corrispondente testa 13 di avvolgimento avanza lungo il tratto sostanzialmente rettilineo del percorso P2 di lavorazione.
Secondo quanto meglio illustrato nella figura 4, l?unit? 10 di alimentazione comprende quattro dispositivi 16 di svolgimento che svolgono il materiale 8 composito da corrispondenti bobine (non illustrate) ed avanzano il materiale 8 composito verso due rulli 17 compressori che schiacciano tra loro il materiale 8 composito in modo da ottenere una sovrapposizione ottimale del materiale 8 composito stessi. Ciascun dispositivo 16 di svolgimento comprende degli organi tensionatori che applicano e mantengo al corrispondente materiale 8 composito (formato dai nastri 4-7 sovrapposti) una tensione sempre costante e pari ad un valore desiderato. L?unit? 10 di alimentazione comprende due dispositivi 18 di taglio, ciascuno dei quali ? configurato per tagliare solo un corrispondente nastro 4 o 6 conduttore ed ? disposto a monte dei due rulli 17 di compressione; ovvero ciascun dispositivo 18 di taglio ? azionabile per tagliare solo un corrispondente nastro 4 o 6 conduttore prima che il nastro 4 o 6 conduttore raggiunga i due rulli 17 compressori.
Secondo quanto meglio illustrato nella figura 3, l?unit? 10 di alimentazione comprende delle guide 19 fisse (non illustrate per chiarezza nelle figure successive) che sono disposte a valle dei rulli 17 compressori rispetto al verso di avanzamento del materiale 8 composito e servono a guidare l?avanzamento del materiale 8 composito lungo il percorso P1 di alimentazione.
Secondo quanto illustrato nelle figure 5-9, ciascuna testa 13 di avvolgimento ? montata in modo girevole (incernierata) all?estremit? di un braccio 20 per ruotare rispetto al braccio 20 attorno ad un asse 21 di rotazione parallelo all?asse 12 di rotazione; in ciascuna testa 13 di avvolgimento l?asse 21 di rotazione ? parallelo all?asse 15 di rotazione del corrispondente dispositivo 14 di presa e pu? essere coassiale all?asse 15 di rotazione oppure (leggermente) distanziato dall?asse 15 di rotazione. Ciascun braccio 20 presenta una estremit? che supporta la corrispondente testa 13 di avvolgimento ed una estremit? opposta che ? montata in modo girevole (incernierata) all?estremit? di un braccio 22 per ruotare rispetto al braccio 22 attorno ad un asse 23 di rotazione parallelo all?asse 12 di rotazione. Ciascun braccio 22 presenta una estremit? che supporta il braccio 20 ed una estremit? opposta che ? montata in modo girevole (incernierata) alla ruota 11 per ruotare rispetto alla ruota 11 attorno ad un asse 24 di rotazione parallelo all?asse 12 di rotazione. La ruota 11 comprende un sistema 25 di attuazione (schematicamente illustrato nella figura 9) che controlla la posizione delle teste 13 di avvolgimento rispetto alla ruota 11, ovvero comanda le rotazioni attorno agli assi 21, 23 e 24 di rotazione; preferibilmente, il sistema 25 di attuazione utilizza delle camme fisse che sono disposte dentro alla ruota 11 e generano del movimento sfruttando la rotazione della ruota 11 attorno all?asse 12 di rotazione.
Secondo quanto meglio illustrato nella figura 9, ciascuna testa 13 di avvolgimento comprende, oltre al dispositivo 14 di presa, una sponda 26 ed una sponda 27 che sono disposte ai lati opposti del dispositivo 14 di presa; in particolare, la sponda 26 ? disposta a valle rispetto al verso di avanzamento lungo il percorso P2 di lavorazione mentre la sponda 27 ? disposta a monte rispetto al verso di avanzamento lungo il percorso P2 di lavorazione. Le sponde 26 e 27 sono conformate per aiutare a guidare l?avanzamento del materiale 8 composito lungo il percorso P1 di alimentazione e quindi presentano delle superfici piane che sono rivolte in uso verso il percorso P1 di alimentazione.
La macchina 9 confezionatrice comprende un dispositivo 28 di taglio che ? configurato per tagliare il materiale 8 composito ed ? montato mobile per spostarsi avanti ed indietro lungo un tratto del percorso P1 di alimentazione; di conseguenza, il dispositivo 28 di taglio ? disposto a valle dei due rulli 17 di compressione dell?unit? 10 di alimentazione. Il dispositivo 28 di taglio comprende una sponda 29 che ? conformata per aiutare a guidare l?avanzamento del materiale 8 composito lungo il percorso P1 di alimentazione e presenta una faccia parallela al percorso P1 di alimentazione. Inoltre, il dispositivo 28 di taglio comprende una lama 30 montata scorrevole rispetto alla sponda 29. In uso e come verr? meglio descritto in seguito, la sponda 29 del dispositivo 28 di taglio si dispone affacciata alla sponda 26 di una corrispondente testa 13 di avvolgimento lungo il tratto sostanzialmente rettilineo del percorso P2 di lavorazione (parallelo al percorso P1 di alimentazione) per definire con la sponda 26 un canale in cui si trova il materiale 8 composito.
Il dispositivo 28 di taglio comprende un dispositivo 31 attuatore (tipicamente provvisto di un proprio motore elettrico indipendente) che ? configurato per fare eseguire ciclicamente al dispositivo 28 di taglio una corsa di andata in cui il dispositivo 28 di taglio insegue in modo sincrono una testa 13 di avvolgimento lungo il tratto sostanzialmente rettilineo del percorso P2 di lavorazione (parallelo al percorso P1 di alimentazione) ed una corsa di ritorno in cui il dispositivo 28 di taglio torna ad una posizione di partenza per inseguire in modo sincrono una testa 13 di avvolgimento successiva.
Con riferimento alle figure 5-8, viene di seguito descritto il funzionamento della macchina 9 confezionatrice descrivendo la realizzazione di una cella 2 elettrochimica cilindrica avvolgendo una striscia di materiale 8 composito in una testa 13 di avvolgimento (illustrata in alto a sinistra nella figura 5).
Secondo quanto illustrato nella figura 5, inizialmente una testa 13 di avvolgimento precedente (ovvero disposta a valle della nuova testa 13 di avvolgimento lungo il percorso P2 di lavorazione ed illustrata in basso a sinistra nella figura 5) sta avvolgendo una propria striscia di materiale 8 composito facendo ruotare su s? stesso il proprio dispositivo 14 di presa; in queste condiziona la nuova testa 13 di avvolgimento (illustrata in alto a sinistra nella figura 5) che non sta avvolgendo e non sta impegnando il materiale 8 composito con il proprio dispositivo 14 di presa arriva all?inizio del tratto sostanzialmente rettilineo (e verticale) del percorso P2 di lavorazione.
Quando la nuova testa 13 di avvolgimento (illustrata in alto a sinistra nella figura 5) che non sta avvolgendo e non sta impegnando il materiale 8 composito arriva all?inizio del tratto sostanzialmente rettilineo (e verticale) del percorso P2 di lavorazione si incontra con il dispositivo 28 di taglio che si dispone (all?inizio della sua corsa di andata) affacciato alla testa 13 di avvolgimento; in questo momento, ovvero all?inizio del tratto sostanzialmente rettilineo del percorso P2 di lavorazione, la sponda 29 del dispositivo 28 di taglio si dispone affacciata alla sponda 26 della testa 13 di avvolgimento per definire con la sponda 26 un canale in cui si trova il materiale 8 composito; ovvero le due sponde 26 e 29 racchiudono tra loro il materiale 8 composito.
A questo punto e come illustrato nella figura 6, la testa 13 di avvolgimento (illustrata in alto a sinistra nella figura 6) che non sta avvolgendo e non sta impegnando il materiale 8 composito prosegue il suo movimento lungo il tratto sostanzialmente rettilineo (e verticale) del percorso P2 di lavorazione (parallelo al percorso P1 di alimentazione) mentre il dispositivo 28 di taglio compie la sua corsa di andata in cui il dispositivo 28 di taglio insegue in modo sincrono la testa 13 di avvolgimento (ovvero rimane affacciato con la testa 13 di avvolgimento).
Verso la fine del tratto sostanzialmente rettilineo (e verticale) del percorso P2 di lavorazione e come illustrato nella figura 7, la testa 13 di avvolgimento (illustrata in alto a sinistra nella figura 7) che non sta avvolgendo e non sta impegnando il materiale 8 composito si prepara ad iniziare il proprio avvolgimento: il dispositivo 28 di taglio esegue il taglio del materiale 8 composito creando una nuova estremit? libera del materiale 8 composito mentre la testa 13 di avvolgimento che si trova davanti (illustrata in basso a sinistra nella figura 7) sta continuando ad eseguire l?avvolgimento del materiale 8 composito; la coda del materiale 8 composito a valle del taglio viene avvolta dalla testa 13 di avvolgimento che si trova davanti (illustrata in basso a sinistra nella figura 7) mentre la testa del materiale 8 composito a monte del taglio (ovvero la nuova estremit? libera del materiale 8 composito creata dal taglio) viene impegnata dal dispositivo 14 di presa della testa 13 di avvolgimento che si trova affacciata al dispositivo 28 di taglio (illustrata in alto a sinistra nella figura 7).
In altre parole, il dispositivo 28 di taglio ? configurato per tagliare il materiale 8 composito e quindi creare una nuova estremit? libera del materiale 8 composito mentre il materiale 8 composito viene ancora avvolto da una testa 13 di avvolgimento precedente (illustrata in basso a sinistra nella figura 7) ed una testa 13 di avvolgimento successiva (illustrata in alto a sinistra nella figura 7) che segue la testa 13 di avvolgimento precedente lungo il percorso P2 di lavorazione ? configurata per afferrare la nuova estremit? libera del materiale 8 composito ed iniziare l?avvolgimento del materiale 8 composito mentre la testa 13 di avvolgimento precedente sta ancora completando l?avvolgimento del proprio materiale 8 composito.
Secondo una preferita forma di attuazione, la ruota 11 ? configurata per disporre la testa 13 di avvolgimento precedente (illustrata in basso a sinistra nella figura 7) e la testa 13 di avvolgimento successiva (illustrata in alto a sinistra nella figura 7) alla distanza reciproca minima lungo il percorso P2 di lavorazione nell?istante in cui il dispositivo 28 di taglio taglia il materiale 8 composito; in questo modo, la coda del materiale 8 composito che si trova a valle del taglio e viene avvolta dalla testa 13 di avvolgimento precedente (illustrata in basso a sinistra nella figura 7) ? corta e quindi non assume posizioni indesiderate e potenzialmente dannose anche se non controllata nella sua posizione, ovvero anche se lasciata libera per pochi istanti.
Successivamente e come illustrato nella figura 8, la testa 13 di avvolgimento che si trova davanti (illustrata in basso a sinistra nella figura 8) ha lasciato il tratto sostanzialmente rettilineo (e verticale) del percorso P2 di lavorazione ed il dispositivo 28 di taglio ? ormai alla fine della propria corsa di andata e sta per iniziare la corsa di ritorno con cui abbandona la testa 13 di avvolgimento (illustrata in alto a sinistra nella figura 8) che ha da poco iniziato l?avvolgimento del proprio materiale 8 composito e va incontro ad una nuova testa 13 di avvolgimento (illustrata in alto a destra nella figura 8) che tra un po? inizier? a percorrere il tratto sostanzialmente rettilineo (e verticale) del percorso P2 di lavorazione.
Come detto in precedenza, il dispositivo 31 attuatore ? configurato per fare eseguire ciclicamente al dispositivo 28 di taglio una corsa di andata in cui il dispositivo 28 di taglio insegue in modo sincrono una testa 13 di avvolgimento lungo il tratto sostanzialmente rettilineo del percorso P2 di lavorazione (parallelo al percorso P1 di alimentazione) ed una corsa di ritorno in cui il dispositivo 28 di taglio torna ad una posizione di partenza per inseguire in modo sincrono una testa 13 di avvolgimento successiva; preferibilmente, il dispositivo 28 di taglio ? configurato per eseguire il taglio del materiale 8 composito al termine della corsa di andata.
Inoltre, come descritto in precedenza, il dispositivo 14 di presa di ciascuna testa 13 di avvolgimento ? configurato per afferrare una estremit? del materiale 8 composito e quindi iniziare a realizzare l?avvolgimento a spirale immediatamente dopo il taglio del materiale 8 composito eseguito dal dispositivo 28 di taglio. In particolare, il dispositivo 14 di presa della testa 13 di avvolgimento disposta pi? vicina al dispositivo 28 di taglio afferra una estremit? del materiale 8 composito e quindi inizia a realizzare l?avvolgimento a spirale immediatamente dopo il taglio del materiale 8 composito eseguito dal dispositivo 28 di taglio.
Secondo una preferita forma di attuazione, al momento del taglio del materiale 8 composito eseguito dal dispositivo 28 di taglio, la testa 13 di avvolgimento disposta pi? vicina al dispositivo 28 di taglio si trova a monte del dispositivo 28 di taglio rispetto al verso di avanzamento del materiale 8 composito.
Come detto in precedenza, il percorso P1 di alimentazione seguito dal materiale 8 composito ? rettilineo e (preferibilmente) verticale, mentre un tratto del percorso P2 di lavorazione seguito da ciascuna testa 13 di avvolgimento ? sostanzialmente rettilineo e parallelo al percorso P1 di alimentazione: in effetti un tratto del percorso P2 di lavorazione seguito da ciascuna testa 13 di avvolgimento ? perfettamente rettilineo e parallelo al percorso P1 di alimentazione seguito dal materiale 8 composito fino al punto in cui la testa 13 di avvolgimento inizia l?avvolgimento mentre dal punto in cui la testa 13 di avvolgimento inizia l?avvolgimento il percorso P2 di lavorazione seguito dalla testa 13 di avvolgimento deve deviare leggermente (ovvero in modo non sostanziale) dal percorso P1 di alimentazione per tenere conto dello spessore (via via crescente) dell?avvolgimento del materiale 8 composito (cio? la testa 13 di avvolgimento deve allontanarsi leggermente dal percorso P1 di alimentazione mano a mano che lo spessore dell?avvolgimento in corso di formazione cresce per mantenere il punto di inizio dell?avvolgimento sul percorso P1 di alimentazione).
Da un altro punto di vista, si pu? sostenere che il tratto (perfettamente) rettilineo e (perfettamente) parallelo al percorso P1 di alimentazione del percorso P2 di lavorazione seguito da ciascuna testa 13 di avvolgimento termina nel punto in cui la testa 13 di avvolgimento inizia l?avvolgimento, in quanto da questo punto in poi la testa 13 di avvolgimento deve progressivamente allontanarsi (anche se in modo non sostanziale) dal percorso P1 di alimentazione seguito dal materiale 8 composito per compensare l?aumento di spessore (via via crescente) dell?avvolgimento del materiale 8 composito. Come detto in precedenza, preferibilmente nella parte iniziale e nella parte finale (ovvero per un piccolo tratto in testa e per un piccolo tratto in coda), il materiale 8 composito ? formato solo dai due nastri 5 e 7 separatori sovrapposti per aumentare l?isolamento elettrico all?inizio ed alla fine della cella 2 elettrochimica cilindrica. Per raggiungere questo risultato, ciclicamente i dispositivi 18 di taglio eseguono un taglio dei corrispondenti nastri 4 e 6 conduttori che vengono arrestati per qualche istante rispetto ai nastri 5 e 7 separatori che invece continuano a correre in modo tale da creare lungo il materiale 8 composito delle (piccole) zone prive dei nastri 4 e 6 conduttori (ovvero presentanti i soli nastri 5 e 7 separatori) disposte a cavallo della fine di un avvolgimento e dell?inizio dell?avvolgimento successivo.
Nella preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, l?unit? 10 di alimentazione ? fissa e solo il dispositivo 28 di taglio ? montato mobile per spostarsi lungo un tratto del percorso P2 di lavorazione seguito dalle teste 13 di avvolgimento. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, l?intera unit? 10 di alimentazione ? montata mobile per spostarsi avanti ed indietro lungo un tratto del percorso P2 di lavorazione seguito dalle teste 13 di avvolgimento; in questa forma di attuazione, il percorso P2 di lavorazione potrebbe presentare un tratto rettilineo e quindi l?unit? 10 di alimentazione trasla linearmente avanti ed indietro oppure il percorso P2 di lavorazione potrebbe non presentare un tratto rettilineo e quindi l?unit? 10 di alimentazione ? montata girevole per ruotare avanti ed indietro attorno all?asse 12 di rotazione attorno a cui ruota anche la ruota 11. In altre parole, ? previsto un dispositivo attuatore che ? configurato per fare eseguire ciclicamente alla unit? 10 di alimentazione una corsa di andata in cui l?unit? 10 di alimentazione insegue in modo sincrono una testa 13 di avvolgimento lungo un tratto del percorso P2 di lavorazione ed una corsa di ritorno in cui l?unit? 10 di alimentazione torna ad una posizione di partenza per inseguire in modo sincrono una testa 13 di avvolgimento successiva.
Nella figura 10 ? illustrata una variante della ruota 11 che si differenzia dalla ruota 11 illustrata nelle figure 3-9 nel cinematismo che collega le teste 13 di avvolgimento alla ruota 11: ciascuna testa 13 di avvolgimento presenta rispetto alla ruota 11 sempre tre gradi di libert?, ma nella forma di attuazione illustrata nelle figure 3-9 questi tre gradi di libert? sono ottenuti mediante tre diverse rotazioni (attorno agli assi 21, 23 e 24 di rotazione) mentre nella forma di attuazione illustrata nella figura 10 questi tre gradi di libert? sono ottenuti mediante due diverse rotazioni (attorno agli assi 21 e 24 di rotazione) combinate con una traslazione lineare (ovvero i due bracci 20 e 22 non sono tra loro incernierati, ma sono collegati tra loro in modo telescopico per traslare linearmente uno rispetto all?altro). Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.
La macchina 9 confezionatrice sopra descritta presenta numerosi vantaggi.
In primo luogo, la macchina 9 confezionatrice sopra descritta permette di operare ad una elevata velocit? produttiva (misurata come celle 2 elettrochimiche cilindriche prodotte nell?unit? di tempo) garantendo nel contempo il rispetto di una elevata qualit? del prodotto finale. In particolare, la macchina 9 confezionatrice sopra descritta permette di operare ad almeno 30-40 celle elettrochimiche cilindriche prodotte al minuto garantendo nel contempo il rispetto di una elevata qualit? del prodotto finale.
Questo risultato viene ottenuto grazie alla possibilit? di controllare in modo ottimale (ovvero con altissima precisione) la tensione del materiale 8 composito: la tensione del materiale 8 composito rimane sempre costante e pari ad un valore desiderato in tutte le fasi di realizzazione degli avvolgimenti e quindi gli avvolgimenti vengono costruiti in modo perfetto anche operando ad una elevata velocit? produttiva. In altre parole, ? stato notato che variazioni della tensione del materiale 8 composito anche piccole hanno una influenza negativa rilevante sulla qualit? dell?avvolgimento soprattutto quando l?avvolgimento viene eseguito in velocit? e nella macchina 9 confezionatrice sopra descritta ? possibile mantenere sempre una tensione del materiale 8 composito perfettamente costante.
Nella macchina 9 confezionatrice sopra descritta ? possibile mantenere sempre una tensione del materiale 8 composito perfettamente costante soprattutto perch? l?unit? 10 di alimentazione ? configurata per avanzare il materiale 8 composito ad una velocit? di avanzamento sempre costante e quindi senza alcuna sospensione del movimento del materiale 8 composito; infatti, se la velocit? di avanzamento del materiale 8 composito non cambia ? molto pi? semplice controllare con precisione la tensione del materiale 8 composito e quindi mantenere costante la tensione del materiale 8 composito. Per riuscire a mantenere sempre costante la velocit? di avanzamento del materiale 8 composito contribuisce in modo importante il fatto che la ruota 11 gira attorno all?asse 12 di rotazione con una legge di moto continua.
La macchina 9 confezionatrice sopra descritta ? particolarmente compatta e presenta una accessibilit? ottimale a tutte le sue componenti per gli interventi di regolazione, cambio formato, manutenzione e riparazione.
La macchina 9 confezionatrice sopra descritta permette di cambiare il formato delle celle 2 elettrochimiche cilindriche in modo relativamente semplice e veloce.
Infine, la macchina 9 confezionatrice sopra descritta presenta anche una complicazione costruttiva ed un costo di produzione ridotti.
ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE
1 batteria cilindrica
2 cella elettrochimica
3 contenitore cilindrico
4 nastro conduttore
5 nastro separatore
6 nastro conduttore
7 nastro separatore
8 materiale composito
9 macchina confezionatrice
10 unit? di alimentazione 11 ruota
12 asse di rotazione
13 teste di avvolgimento 14 dispositivo di presa
15 asse di rotazione
16 dispositivi di svolgimento 17 rulli di compressione 18 dispositivo di taglio
19 guide fisse
20 braccio
21 asse di rotazione
22 braccio
23 asse di rotazione
24 asse di rotazione
25 sistema di attuazione 26 sponda
27 sponda
28 dispositivo di taglio
29 sponda
30 lama
31 dispositivo attuatore P1 percorso di alimentazione P2 percorso di lavorazione
Claims (30)
1) Macchina (9) confezionatrice di una cella (2) elettrochimica cilindrica costituita da un avvolgimento a spirale di un materiale (8) composito comprendente almeno due nastri (4, 6) conduttori ed almeno due nastri (5, 7) separatori tra loro sovrapposti; la macchina (9) confezionatrice comprende:
una pluralit? di teste (13) di avvolgimento, ciascuna delle quali supporta un dispositivo (14) di presa che ? configurato per afferrare una estremit? del materiale (8) composito e per ruotare su s? stesso attorno ad un primo asse (15) di rotazione in modo da realizzare un avvolgimento a spirale del materiale (8) composito;
una ruota (11) che supporta le teste (13) di avvolgimento ed ? montata girevole per ruotare attorno ad un secondo asse (12) di rotazione in modo da avanzare le teste (13) di avvolgimento lungo un percorso (P2) di lavorazione; ed
una unit? (10) di alimentazione configurata per alimentare il materiale (8) composito verso le teste (13) di avvolgimento;
la macchina (9) confezionatrice ? caratterizzata dal fatto che la ruota (11) gira attorno al secondo asse (12) di rotazione con una legge di moto continua.
2) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 1, in cui l?unit? (10) di alimentazione ? configurata per avanzare il materiale (8) composito ad una velocit? di avanzamento sostanzialmente costante e quindi senza alcuna sospensione del movimento del materiale (8) composito.
3) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l?unit? (10) di alimentazione ? configurata per avanzare il materiale (8) composito lungo un percorso (P1) di alimentazione rettilineo.
4) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 3, in cui il percorso (P1) di alimentazione rettilineo ? disposto verticalmente e l?unit? (10) di alimentazione ? configurata per avanzare il materiale (8) composito dall?alto verso il basso.
5) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui un tratto del percorso (P2) di lavorazione ? sostanzialmente rettilineo e parallelo al percorso (P1) di alimentazione.
6) Macchina (9) confezionatrice secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui: un tratto del percorso (P2) di lavorazione ? sostanzialmente rettilineo; e
ciascun dispositivo (14) di presa ? configurato per afferrare una estremit? del materiale (8) composito e quindi iniziare l?avvolgimento a spirale del materiale (8) composito mentre la corrispondente testa (13) di avvolgimento avanza lungo il tratto sostanzialmente rettilineo del percorso (P2) di lavorazione.
7) Macchina (9) confezionatrice secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6 e comprendente un primo dispositivo (28) di taglio che ? configurato per tagliare il materiale (8) composito.
8) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 7, in cui:
il primo dispositivo (28) di taglio ? configurato per tagliare il materiale (8) composito e quindi creare una nuova estremit? libera del materiale (8) composito mentre il materiale (8) composito viene ancora avvolto da un prima testa (13) di avvolgimento; ed una seconda testa (13) di avvolgimento che segue la prima testa (13) di avvolgimento lungo il percorso (P2) di lavorazione ? configurata per afferrare la nuova estremit? libera del materiale (8) composito ed iniziare l?avvolgimento del materiale (8) composito mentre la prima testa (13) di avvolgimento sta ancora completando l?avvolgimento del proprio materiale (8) composito.
9) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 8, in cui la ruota (11) ? configurata per disporre la prima testa (13) di avvolgimento e la seconda testa (13) di avvolgimento alla distanza reciproca minima lungo il percorso (P2) di lavorazione nell?istante in cui il primo dispositivo (28) di taglio taglia il materiale (8) composito.
10) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 7, 8 o 9, in cui:
l?unit? (10) di alimentazione comprende due rulli (17) di compressione contrapposti tra i quali viene fatto passare il materiale (8) composito; ed
il primo dispositivo (28) di taglio ? disposto a valle dei due rulli (17) di compressione.
11) Macchina (9) confezionatrice secondo una delle rivendicazioni da 7 a 10, in cui il primo dispositivo (28) di taglio ? montato mobile per spostarsi avanti ed indietro lungo un tratto del percorso (P1) di alimentazione.
12) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 11 e comprendente un dispositivo (31) attuatore che ? configurato per fare eseguire ciclicamente al primo dispositivo (28) di taglio una corsa di andata in cui il primo dispositivo (28) di taglio insegue in modo sincrono una testa (13) di avvolgimento lungo un tratto del percorso (P2) di lavorazione ed una corsa di ritorno in cui il primo dispositivo (28) di taglio torna ad una posizione di partenza per inseguire in modo sincrono una testa (13) di avvolgimento successiva.
13) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 12, in cui il primo dispositivo (28) di taglio ? configurato per eseguire il taglio del materiale (8) composito al termine della corsa di andata.
14) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 12 o 13, in cui il dispositivo (14) di presa di ciascuna testa (13) di avvolgimento ? configurato per afferrare una estremit? del materiale (8) composito e quindi iniziare a realizzare l?avvolgimento a spirale immediatamente dopo il taglio del materiale (8) composito eseguito dal primo dispositivo (28) di taglio.
15) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 12, 13 o 14, in cui il dispositivo (14) di presa della testa (13) di avvolgimento disposta pi? vicina al primo dispositivo (28) di taglio ? configurato per afferrare una estremit? del materiale (8) composito e quindi iniziare a realizzare l?avvolgimento a spirale immediatamente dopo il taglio del materiale (8) composito eseguito dal primo dispositivo (28) di taglio.
16) Macchina (9) confezionatrice secondo una delle rivendicazioni da 12 a 15, in cui, al momento del taglio del materiale (8) composito eseguito dal primo dispositivo (28) di taglio, la testa (13) di avvolgimento disposta pi? vicina al primo dispositivo (28) di taglio si trova a monte del primo dispositivo (28) di taglio rispetto al verso di avanzamento del materiale (8) composito.
17) Macchina (9) confezionatrice secondo una delle rivendicazioni da 7 a 16, in cui il primo dispositivo (28) di taglio comprende:
una prima sponda (29) che ha una faccia parallela ad un percorso (P1) di alimentazione seguito dal materiale (8) composito; ed
una lama (30) montata scorrevole rispetto alla seconda sponda (26).
18) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 17, in cui ciascuna testa (13) di avvolgimento comprende una seconda sponda (26) che, lungo un tratto del percorso (P2) di lavorazione, si dispone affacciata alla prima sponda (29) per definire con la prima sponda (29) un canale in cui si trova il materiale (8) composito.
19) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 18, in cui ciascuna testa (13) di avvolgimento comprende una terza sponda (27) che ? disposta di fianco al dispositivo (14) di presa dal lato opposto rispetto alla seconda sponda (26).
20) Macchina (9) confezionatrice secondo una delle rivendicazioni da 1 a 19, in cui l?unit? (10) di alimentazione comprende due secondi dispositivi (18) di taglio, ciascuno dei quali ? configurato per tagliare solo un corrispondente nastro (4, 6) conduttore.
21) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 20, in cui:
l?unit? (10) di alimentazione comprende due rulli (17) di compressione contrapposti tra i quali viene fatto passare il materiale (8) composito; e
ciascun secondo dispositivo (18) di taglio ? disposto a monte dei due rulli (17) di compressione.
22) Macchina (9) confezionatrice secondo una delle rivendicazioni da 1 a 21, in cui ciascuna testa (13) di avvolgimento ? montata girevole sulla ruota (11) per ruotare, rispetto alla ruota (11) stessa, attorno ad un terzo asse (21) di rotazione parallelo al secondo asse (12) di rotazione.
23) Macchina (9) confezionatrice secondo una delle rivendicazioni da 1 a 21, in cui ciascuna testa (13) di avvolgimento ? montata girevole sulla ruota (11) per ruotare, rispetto alla ruota (11) stessa, attorno ad un terzo asse (21) di rotazione parallelo al secondo asse (12) di rotazione ed attorno ad un quarto asse (23) di rotazione parallelo al secondo asse (12) di rotazione.
24) Macchina (9) confezionatrice secondo una delle rivendicazioni da 1 a 21, in cui ciascuna testa (13) di avvolgimento ? montata girevole sulla ruota (11) per ruotare, rispetto alla ruota (11) stessa, attorno ad un terzo asse (21) di rotazione parallelo al secondo asse (12) di rotazione, attorno ad un quarto asse (23) di rotazione parallelo al secondo asse (12) di rotazione, ed attorno ad un quinto asse (24) di rotazione parallelo al secondo asse (12) di rotazione.
25) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 24, in cui:
ciascuna testa (13) di avvolgimento ? incernierata ad una estremit? di un primo braccio (20) per ruotare rispetto al primo braccio (20) attorno al quinto asse (24) di rotazione; una estremit? del primo braccio (20) opposta alla testa (13) di avvolgimento ? incernierata ad una estremit? di un secondo braccio (22) per ruotare rispetto al secondo braccio (22) attorno al quarto asse (23) di rotazione; ed
una estremit? del secondo braccio (22) opposta al primo braccio (20) ? incernierata alla ruota (11) per ruotare rispetto alla ruota (11) attorno al terzo asse (21) di rotazione.
26) Macchina (9) confezionatrice secondo una delle rivendicazioni da 1 a 25, in cui l?unit? (10) di alimentazione ? montata mobile per spostarsi avanti ed indietro lungo un tratto del percorso (P2) di lavorazione.
27) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 26, in cui l?unit? (10) di alimentazione ? montata girevole per ruotare attorno al secondo asse (12) di rotazione.
28) Macchina (9) confezionatrice secondo la rivendicazione 26 o 27 e comprendente un dispositivo attuatore che ? configurato per fare eseguire ciclicamente alla unit? (10) di alimentazione una corsa di andata in cui l?unit? (10) di alimentazione insegue in modo sincrono una testa (13) di avvolgimento lungo un tratto del percorso (P2) di lavorazione ed una corsa di ritorno in cui l?unit? (10) di alimentazione torna ad una posizione di partenza per inseguire in modo sincrono una testa (13) di avvolgimento successiva.
29) Metodo di confezionamento di una cella (2) elettrochimica costituita da un avvolgimento a spirale di un materiale (8) composito comprendente almeno due nastri (4, 6) conduttori ed almeno due nastri (5, 7) separatori tra loro sovrapposti; il metodo di confezionamento comprende le fasi di:
fare ruotare su s? stesso attorno ad un primo asse (15) di rotazione, in modo da realizzare un avvolgimento a spirale del materiale (8) composito, un dispositivo (14) di presa che ? configurato per afferrare una estremit? del materiale (8) composito ed ? supportato da una testa (13) di avvolgimento;
avanzare una pluralit? di teste (13) di avvolgimento lungo un percorso (P2) di lavorazione mediante una ruota (11) che supporta le teste (13) di avvolgimento ed ? montata girevole per ruotare attorno ad un secondo asse (12) di rotazione; ed
alimentare il materiale (8) composito verso le teste (13) di avvolgimento mediante una unit? (10) di alimentazione;
il metodo di confezionamento ? caratterizzato dal fatto che la ruota (11) gira attorno al secondo asse (12) di rotazione con una legge di moto continua.
30) Batteria (1) comprendente una cella (2) elettrochimica realizzata secondo il metodo della rivendicazione 29.
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