KR20050096923A - 전력저장 어셈블리 와인딩용 장치 아키텍쳐 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력저장 어셈블리 제조용 장치에 관한 것이고, 장치는 시트 구조를 공급하기 위한 다수의 공급수단과, 상기 다수의 공급수단으로부터 받은 시트 구조를 적층시키는 수단, 결과적인 적층을 감기 위한 와인더수단, 그리고 상기 공급수단, 적층 수단 그리고 와인더수단을 연속적으로 동기 제어하는 제어수단을 구비한다.
Description
본 발명은 전력저장어셈블리 분야에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 특히 폴리머 재질에 기초하며 각각 캐소드 및 애노드를 형성하는 두 전극 사이에 배치된 전해질로 구성된 전기화학적 다층 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명은 전적으로 그렇지는 않지만, 특히 리듐에 기초한 애노드를 가지는 장치에 적용된다. 본 발명은 캐퍼시터, 수퍼캐퍼시터, 및 배터리 제조에 적용된다.
이러한 전기화학적 어셈블리 예시는 다음과 같은 문서에서 찾아볼 수 있다 : FR-A-2 737 339, FR-A-2 759 087, FR-A-2 759 211, FR-A-2 808 622.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 구성하는 주요 수단의 개략적 전체도이다 ;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와인딩 만드렐을 보여주는 부분 확대 끝단도(end view)이다 ;
도 3은 본 발명에 따른, 연결된(associated) 압착기 롤러와 결합되어 이러한 와인딩 만드렐로 이루어진 와인딩 수단의 개략도이다 ;
도 4, 5 및 6은 작동중 연속된 세 위치에서 와인딩 수단의 유사도들이다 ;
도 7은 라미네이팅 어셈블리로부터 상류에 배치된 본 발명에 따른 수단의 유사부분도이다 ;
도 8은 라미네이팅 어셈블리로부터 하류 및 와인딩 모듈로부터 상류에 배치된 본 발명에 따른 수단의 부분도이다 ;
도 9 내지 16은 아래 더욱 상세히 기술되며 본 발명에 따른 장치에 피딩되는 다른 단계들에서 주어지는 다층 구조체(structure)를 보여주는 개략적인 단면도들이다 ;
도 17 내지 20 또한 아래 더욱 상세히 기술되며 만드렐로 피딩하기 위하여 본 발명에 따라 사용되는 세가지 기본 다층 구조체 및 필름으로 커버되기 전 결과적인 다층구조체의 단면도들이고, 도 17 내지 20은 관여된 여러 층들의 수직면 에지의 상대적 위치를 더욱 정확하게 보여준다 ;
도 21은 본 발명에 따른 와인딩(winding)을 도시한 것이다(도 21은 간단한 예시를 위하여 실제와는 적은 감김(turn)회수를 보여준다) ;
도 22는 본 발명에 따른 와인딩 만드렐 및 연결된 압착기 롤러를 구동시키기 위한 수단을 도시한 것이다 ;
도 23은 전류콜렉터(current collector)를 국부적으로 커트하기 위한 수단을 도시한 것이다 ;
도 24는 국부 커트부(cuts)를 포함한 결과적인 전류콜렉터를 도시한 것이다 ;
도 25는 이러한 커트부를 포함한 와인딩(winding)을 도시한 것이다 ;
도 26은 커트부 전개에 따라 얻어진 전류콜렉터를 도시한 것이다 ;
도 27은 본 발명에 따른 와인딩 만드렐 및 연결 압착기 롤러 회전속도의 변위가 각 포지션(angular position) 함수로써, 와인딩 개시에서 360° 완전히 한번 회전하는 동안, 도시된 커브를 보여준다 ;
도 28은 와인딩 종점에서, 각 포지션(angular position) 함수로써 만드렐 및 압착기 롤러 회전속도의 변위를 보여준다 ;
도 29는 만드렐 각(angle) 함수로써 와인딩 반경의 변위 및 상기 각 함수로써 보정인자(correction factor) 변위 커브를 보여준다 ;
도 30은 와인딩 만드렐 회전속도 변위를 제어하기 위한 데이터 테이블이다 ;
도 31은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커터 블레이드(cutter blade)의 커팅에지(cutting edge)를 도시한 것이다 ;
도 32는 본 발명에 따른 필름-제거기(film remover)의 바람직한 실시예를 도시한 것이다 ;
도 33은 본 발명에 따른 장치의 전체 블록 다이어그램이다 ;
도 34는 도 8에서 참조부호 XXXIV-XXXIV 단면의 수평단면도이며, 만드렐 조우 제어용 수단을 보이는 도면이다 ;
도 35는 병렬위치에서 만드렐 조우의 상대적 전위(displacement)를 제어하기 위한 두개의 하프-샤프트(half-shaft)를 보이는 도면이다 ;
도 36은 도 38에서 참조부호 XXVI-XXXVI 단면의 두개의 하프-샤프트 중 하나의 세그먼트 단면도이다 ;
도 37은 상기 언급된 두개의 하프-샤프트의 축단면도(axial end view)이다 ;
도 38 및 39는 두개의 하프-샤프트의 각각의 측면도이다 ;
도 40은 도 38 및 39 도면에 직교 관찰한 하프-샤프트의 평면도이다 ;
도 41은 상호 상대적으로 두개의 만드렐 조우를 오리엔트하기 위한 (for orienting) 하프-샤프트의 기계적 제어수단 측면도이다 ;
도 42는 도 41 참조부호 XXXXII 방향에 따라 보여지는 동일수단의 도면이다 ;
도 43은 도 41에서 참조부호 XXXXIII 방향에 따라 보여지는 동일수단, 특히 제어 액추에이터의 부분도이다 ;
도 44A 내지 44F는 만드렐 폐쇄 시퀀스 동안 만드렐 조우의 여섯 위치들 각각을 도시한 것이다.
도 45는 와인딩 목적으로 만드렐을 최전시키기 위한 개시 위치에서의 만드렐 조우를 도시한 것이다 ;
도 46A 내지 도 46H는 이러한 회전 동안 만드렐 조우의 연속적인 여덟 위치를 도시한 것이다 ;
도 47A 내지 도47F는 마지막 턴을 와인딩하는 동안 만드렐 및 신축자재한 추가 압축기롤러의 연속적인 여덟 위치를 도시한 것이다 ;
도 48은 상기 추가적인 압축기롤러가 신축되는 단계의 다이어그램이다 ;
도 49는 만드렐 회전이 정지하고, 조우가 개방된 단계의 다이어그램이다 ;
도 50은 와인딩 요소를 추출하는 단계의 다이어그램이다 ;
도 51A 내지 51E는 연속적인 다섯 위치 및 만드렐 조우 캐리어(carrier)와 관련된 다이어그램이다 ;
도 52A 내지 52E는 도 51A 내지 51E에 해당되는 만드렐 조우의 다섯 위치를 도시한 것이다 ;
도 53A 내지 53E는 도 51A 내지 51E에 해당되는 기계적 제어수단의 다섯 위치를 도시한 것이다 ;
도 54는 만드렐의 변형 실시예를 도시한 것이다 ;
도 55A 및 55B는 각각 공기중에서 흡입하여 스트립을 잡는 위치 및 와인딩을 추출하는 위치에서의 만드렐 변형 실시예를 도시한 것이다 ;
도 56A, 56B 및 56C는 각각 와인딩 위치, 추출 위치 및 추출 위치에서의 만드렐 변형 실시예를 도시한 것이다 ;
도 57은 다른 변형 실시예에 따른 만드렐의 개략적 단면도(end view)이다 ;
도 58은 발명의 다른 변형 실시예에 따른 만드렐의 단면도(end view)이다 ;
도 59는 발명의 다른 변형 실시예에 따른 만드렐의 개략적 단면도(end view)이다 ;
도 60은 발명에 따른 시트 이동 구동제어장치의 예를 도시한 것이다 ;
도 61 및 62는 와인딩 꼬리단(tail end) 접착 결합(bonding) 방법의 단계를 도시한 것이다 ;
도 63은 커터수단 및 연결 액추에이터 수단을 도시한 것이다 ;
도 64는 발명의 실시예에 따른 히터장치를 도시한 것이다 ;
도 65는 발명의 다른 실시예에 따른 히터장치를 도시한 것이다 ;
도 66은 전력저장어셈블리 제조장치를 이루는 주요 수단의 전체적인 개략도이고, 본 발명에 따른 언와인더 및 어라이너 시스템을 보여준다 ;
도 67은 본 발명에 따른 언와인더 및 어라이너 시스템의 개략적 측면도이다 ;
도 68, 69 및 70은 다른 위치들에서의 커터몰드의 개략도이다 ;
도 71은 와인딩이 종료된 후, 라미네이트가 커트되도록 하는 커터수단을 도시한 것이다.
본 발명의 목적은 전력저장어셈블리를 자동으로 연속하여 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
더욱 정밀하게는, 본 발명은 전력저장기능을 가지며 선행의 것 보다 양질인 다층어셈블리를 조립하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 상기 목적은 시트구조체를 피딩하기 위한 복수의 피드수단, 여러 피드수단으로부터 수용되는 시트구조체를 라미네이팅하기 위한 수단, 결과적인 라미네이트를 와인딩하기 위한 와인더수단, 및 피드수단, 라미네이터수단 및 와인더수단과 연속적이고 제어된 동기성을 가지고 제어하는 제어수단으로 구성된 전력저장어셈블리 제조장치에 의하여 달성된다.
본 발명은 또한 구별된 피드수단으로부터 다층시트를 피딩하는 단계, 여러 피드수단으로부터 수용되는 필름구조체를 라미네이팅하는 단계, 결과적인 라미네이트를 와인디하는 단계, 및 연속적이고 동기성을 가지고 피드수단, 라미네이터수단 및 와인더수단을 제어하는 단계로 구성된 전력저장어셈블리 제조방법을 제공한다.
본 발명의 중요한 특징에 의하면, 라미네이트는 일반적으로 평면슬랩(slab)형태로 감겨져 다수의 어셈블리가 쉽게 스택되고 직렬 및/또는 평행하게 함께 연결될 수 있다.
발명자들은 이러한 전력저장어셈블리를 초기부터 일반적으로 평면인 다층 와인딩(winding) 형상으로 제조하면, 겹침(fold) 또는 이와 동등한 결손(defects)이 이러한 구조의 어셈블리에 개입되는 것을 막을 수 있어 특히 유리하다는 것을 알았다.
발명자들은 연속하여 펴져야 하는 원형상의 대칭적인 와인딩(winding) 형상의 어셈블리는 감길 때(in the turns) 발생되며 감길 때 마다 각각 달리 조성되는 응력으로 인하여 여러층들에서 겹칩 또는 보스(boss)와 같은 결손 및 이들간 불량 인터페이스를 빈번히 일으키고, 아마도 여러층들간 국부적 격리로 인하여, 저장능력의 저하를 가져온다는 것을 알았다.
발명자들은 또한 선행기술과 연관된 이러한 문제점들은 셀들이 저장 배터리로 사용될 때 셀들이 수용할 수 있는 충/방전 사이클 회수를 감소시켜 셀(cell)의 노화를 촉진시킬 수 있으며, 셀들의 자가방전(self-discharging)에 까지 이를 수 있다는 것을 알았다.
본 발명에서 제안된 수단은 만드렐 피딩시트 상에 일정한 견인력을 가지도록 하며, 따라서 와인딩이 완전히 규칙적 방식으로 수행되도록 할 수 있다.
본 발명은 또한 최소화된 내부 스트레스(internal stress)를 가지는 평평한 와인딩으로 이루어진 전력저장셀을 제공하며, 각 셀은 최소한 ; 전류콜렉터, 충진고분자에 기초된 캐소드, 충진고분자에 기초된 고형전해질, 및 예로써 리듐에 기초된 금속애노드로 구성된 시트의 적층어셈블리로 구성되며, 이들 여러 요소들은 라미네이트되는 얇은 시트형태로 제조되고, 감기고, 거의 평평하고 테이퍼링 시간-존(time-zone) 단면을 가지는 만드렐 상에서 예비형성되며, 셀은 낮은 트러스트 프레스(thrust-press) 상에서 압축되고 평평화된다.
기타 본 발명의 특징, 목정, 및 장점은 비제한적인 실시예로서 주어진 도면을 참조하여 하기 상세한 설명에 의하여 나타난다.
하기에서, “상류”(upstream) 및 “하류”(downstream) 용어는 장치를 통하여 라미네이트 이동 방향과 관련되어 사용되며, “상류” 용어는 주어진 기준 전에 배치된 요소를 지정하는 것이고, “하류” 용어는 이 후에 배치된 요소를 지정하여 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력저장어셈블리를 제조하기 위한 장치는 실질적으로 ;
-다층 구조체(multilayer structure)들을 피딩하기 이한 피드수단 A ; 및
-이들 구조체들을 감기위한 와인딩 수단 E 으로 구성된다.
피드수단 A는 초기에는 분리되어 있으나 라미네이트, 즉 적층되고 결합, 되는 다수의 단층 또는 다층 시트(90, 92, 94)를 이송하는 역할을 수행한다. 파드수단 A는 또한 최종 라미네이트(96)에 포함된 여러 층들의 경선에지(longitudinal edges)의 정확한 상대적 위치를 확보하는 역할을 수행한다.
본 발명에 따라 사용되는 여러 단층 또는 다층 시트 및 결과적인 라미네이트는 아래 더욱 상세하게 정의되는 기능의 프레임(900)에 평행하게 이동한다.
도 1에 도시된 장치의 특별한 실시예는 여섯층의 스택으로 이루어진 셀(cell) 어셈블리 제조를 위하여 설계된 것이다 : 콜렉터 (10) (예로서 알루미늄으로 제조됨) ; 캐소드 (20)(예로서 폴리옥시에틸렌(POE) 및 리듐염에 기초됨) ; 전해질층(30) ; 애노드(40), 예로서 리듐으로 제조됨 ; 전해질층(50)및 캐소드(60). 실시예에 따라, 전해질(30, 50) 은 POE 및 LiV3O8 또는 V2O5에 기초하고 있다. 알루미늄 콜렉터(10)은 바람직하게는 내식성 베리어(anticorrison barrier), 예로서 티타늄 나이트라이드 또는 다른 물질, 예로서 그라파이트,로 코팅된다.
그럼에도 본 발명은 이러한 특별한 실시예에 국한되지 않는다.
이에 따르면, 피드수단 A는 분리된 3개의 피드 매가진(magazine)(100, 200, 300)으로 구성된다.
피드수단(100)은 상기 언급된 캐소드(60) 및 전해질층(50)이 두 외면 보호필름들(80, 81)(도 9 참조)에 의해 삽입되어(sandwiched) 구성된 4층 라미네이트(90)를 피드하기 위한 것이다.
피드수단(200)은 애노드 시트(40)(도 11 참조)를 피드하기 위한 것이다.
피드수단(300)은 전해질(30), 캐소드(20) 및 콜렉터(10)이 두 외면 보호필름들(82,82)(도 13 참조)에 의해 삽입되어 구성된 5층 라미네이트(92)를 피드하기 위한 것이다.
바람직하게는, 각각의 피드수단들(100,200,300)은 적당한 수단에 의해 예비된 소망(desired) 라미네이트(90, 40, 92)의 릴들로 구성되며, 각각의 회전축(102, 202, 302)에 대하여 회전되도록 공통 프레임(300)에 셋팅된다.
피드매가진(100, 200, 300)을 형성하는 릴들은 프레임(900)에서 탈착가능하게 장착되어 빈 곳에 대체될 수 있음은 당연하다.
세 개의 피드수단들(100, 200, 300)에서 인출된 세 개의 시트들(90, 40, 92)는, 피드수단들(100, 200, 300) 출구 및 와인더 수단(E) 사이에 배치된 라미네이터 모듈(C)에서 라미네이트, 즉 일체로 스택된다.
도 1에서, 세 개의 피드수단들(100, 200, 300)에 놓인 라미네이트(90, 42, 92)를 이송하는 릴들은 각각 참조번호 104, 204, 304로 부여된다.
릴(104)에서 인출되는 4층 라미네이트(90)는 롤러들(110, 112, 114)에 의해 라미네이터 모듈(C)로 안내된다.
릴(104) 출구 하류측에, 모듈(100)은 필름-제거기 어셈블리(120)을 가지며, 이는 라미네이트되어야 하는 전해질(50) 면에 있는 필름(81)을 제거하기 위한 것이다. 상기 필름-제거기 어셈블리(120)는 두개의 디플렉터 롤러들(112, 114) 사이에 위치된다.
상기 필름-제거기 어셈블리(120) 출구에서 얻어진 3층 라미네이트 구조체(50, 60, 80)는 도 10에 도시된다.
또한, 피드수단(100)은 필름-제거기 어셈블리(120) 및 라미네이터 모듈(C) 사이에 히터 모듈(130)을 포함한다. 이들 구조 및 기능에 대하여는 아래에서 더욱 상세히 설명된다.
유사하게, 릴(304)에서 인출되는 5층 라미네이트(92)는 롤러들(310, 312, 314)에 의해 라미네이터 모듈(C)로 안내된다.
릴(304) 출구 하류측에, 모듈(300)은 필름-제거기 어셈블리(320)을 가지며, 이는 라미네이트되어야 하는 전해질(30) 면에 있는 필름(82)을 제거하기 위한 것이다. 상기 필름-제거기 어셈블리(320)는 두개의 디플렉터 롤러들(312, 314) 사이에 위치된다.
상기 필름-제거기 어셈블리(320) 출구에서 얻어진 4층 라미네이트 구조체(83, 10, 20, 30)는 도 14에 도시된다.
또한, 피드수단(300)은 필름-제거기 어셈블리(320) 및 라미네이터 모듈(C) 사이에 히터 모듈(330)을 포함한다. 이들 구조 및 기능에 대하여는 아래에서 더욱 상세히 설명된다.
피드수단(200)은 바람직하게는 리듐에 기초된 애노드 시트를 피드하기 위한 것이며, 필름들(84, 85)을 각각 피드하기 위한 두개의 피드롤러들(240, 250)을 포함한다.
필름들(84, 85) 및 애노드 시트(40)는 롤러들(210, 212)에 의해 프라이머리 어플리케이터 어셈블리(260)(primary applicator assembly)로 안내된다. 상기 어셈블리(260) 기능은 각각의 피드릴들(204, 240, 250)에서 인출되는 초기-분리된 시트들을 두개의 필름들(84, 85) 사이에 삽입된 애노드층(40)으로 이루어진 시트형상으로 일체화하는 것이다.
애노드(40) 각 면의 두개의 필름들(84, 85)로 구성된 샌드위치 구조체는 도 12에 도시된다.
어플리케이터 어셈블리(260)는 바람직하게는 각각의 평행축들에 대하여 회전하도록 장착된 두개의 핀치 롤러들(262, 264)(pinch rollers)로 이루어지며, 이들간 이동되는 상기 3개의 시트들(84, 40, 85)을 수용한다. 바람직하게는 롤러들중 제1롤러(262)는 고정된 위치에서 회전축을 가지며, 제2롤러(264)는 이와 대면되도록 위치하고 압축기 롤러로서 역할하며 제1롤러(262)에 대하여 제어된 힘, 예로서 스프링 블레이드(263)와 같은 탄성수단에 의하여 역으로 강제이동된다.
또한, 두 롤러들(262, 264)중 최소한 하나는 모터-구동된다. 이것은 샌드위치 구조체(84, 40, 85) 견인 구동 및 정지가 하류진행과 동시에 교대되도록 제어된다. 이런 측면에서, 롤러들(262, 264)은 서보-제어되며, 하류진행수단에 종속된다(slaved).
적당하게는, 두개의 롤러들(262, 264)중 최소한 하나의 롤러는, 예로서 액추에이터 제어되는, 신축자재한(retractable) 장비에 장착되어 두개의 롤러들(262, 264)이 분리되도록 하여 상기 샌드위치 구조체(84, 40, 84)가 이들 사이에 용이하게 놓이도록 할 수 있다.
어플리케이터 어셈블리(360) 하류측에, 피드수단(200)은 애노드층(40)을 횡으로 커트하기 위한 섹셔너 모듈(270)(sectioner module)을 포함한다.
이러한 목적으로, 상기 섹셔너 모듈(270)은 해머 및 모루(anvil) 시스템(272, 274)을 가지며, 이들은 샌드위치 구조체(84, 40, 85) 이동경로 한쪽에 각각 배치된다. 해머(272)는 보호필름들(84, 85)을 통과하여 횡으로 및 선형으로 타격되도록 작동된다. 해머(272) 및 모루(274) 중 최소한 하나는, 바람직하게는 해머(272)는 타격기 에지(striker edge)를 가진다.
해머(272)는 연속적으로 모루(274)에 대향하여 타격되도록 강제되어 소망하는 와인딩에 상응하는 초기 애노드 시트(40)에서의 하류길이(downsteam length)를 정의한다. 상기 해머(272)는 필름들(84, 85)사이의 애노드(40)로 이루어진 샌드위치 구조체에 작동됨을 주목하여야 한다. 그럼에도 불구하고, 필름들(84, 85)는 상기 해머(272)에 의한 타격에도 견디어 파손되지 않을 수 있는 재료로 제조된다.
두개의 필름들(84, 85)은 도 12에 도시된 상기 샌드위치 구조체로부터 필름-제거기 수단(220, 225)에 의해 섹셔너 모듈(270) 출구에서 제거된다. 적당하게는, 상기 필름-제거기 수단(220, 225)은 해머(272) 및 모루(274) 그 자체로 형성될 수 있다.
모듈(270)에 의해 정의되는 정지선(break line) 앞에 위치된 애노드 세그먼트(40)(segment)는 하류측에 배치된 구동수단에 의해 구동되며, 상기 애노드 세그먼트(40) 그 자체는 라미네이터 모듈(C)에서 일면은 시트(50, 60, 80) 및 타면은 시트(83, 10, 20, 30) 사이에 삽입된다(sandwiched).
상기 정지선 상류에 위치한 애노드 시트 세그먼트(40)은, 상기한 바와 같이 모듈(270)에서 커트되지 않으므로, 필름들(84, 85)에 의해 동반된다(entrained). 이점에서, 필름들(80, 81, 82, 83, 84, 85)는 라미네이트 외면을 외부환경으로부터의 오염을 방지하고 라미네이트가 여러 관련 롤러들에 부착되지 않도록 할 뿐 아니라, 관련 라미네이트를 구동함에도 기여한다는 것에 주목하여야 한다.
필름들(80, 81, 82, 83, 84, 85)은 유리하게는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등에 기초한다.
이들이 제거될 때, 경로에서 가능한 가장 멀리에서 제거되어 관련 시트가 드더난 채(bare) 롤러를 이동함에 따른 시트 오염 및 롤러 오염을 방지한다.
애노드 언와인더(204)와 연결된 두개의 필름 언와인더(unwinder)(240, 250)는 실질적으로 인접하고 상기 언와인더(240)에서 인출된 필름(84)는 애노드롤(204)로, 파손이 용이한 시트를 양호하게 보호하고 적당한 기계적 구동을 보장하기 위할 목적으로 큰(전형적으로 90°보다 크고, 바람직하게는 270°보다 작은) (장력을 위한) 와인딩 아크(winding arc)에서 감긴다(go round). 도 7에서 이러한 필름(84)의 애노드(204)에 대한 와인딩 아크는 β로 참조된다. 이것은 언와인더(240)에 있는 시트의 외부 턴 반경(radius of the outer turn)의 함수로써 변위된다.
필름들(84, 85) 및 결과적으로 정지선 상류에 위치한 애노드 세그먼트 (40)에 전달되는 첫 번째 구동제어, 및 필름들(84, 85) 및 결과적으로 정지선 하류에 위치한 애노드 세그먼트에 전달되는 연속된 두 번째 구동제어를 통하여 정지 후에 바람직하게는 갭(gap), 예로서 상기 두 세그먼드간 약 20 mm의 갭이 정의된다. 더욱 정밀하게는, 툴(272)에 의한 타격은 브레이크로서 핀치 롤러들(262m 264)이 정지됨과 동시에 발생되어 리듐(40) 이동에 간섭을 일으키고, 한편 라미네이트는 계속하여 동일 속도로 하류 이동된다.
애노드 층(40)을 예비-파손(pre-breakage)함에 따라, 모든 층들을 서로 핀칭(pinching)하는 위험성이 있을 수 있어, 애노드(4), 캐소드(20,60), 및 콜렉터(10)간 쇼트회로(short circuit)로 유도될 수 있는, 하류에서의 최종 라미네이트 모든 층들의 동시 커트의 필요성이 없어진다.
인접한 필름들간, 특히 찢어짐(tearing)에 의한 인터페이스 손상을 막기 위하여, 필름들이, 바람직하게는 상기 스테이션(120, 220, 225, 320)에서 필름-제거기에 의해 제거되는 동안, 필름 제거는 도 32에 개략 도시된 스크래퍼 시스템(32)(scraper system)를 이용하여 수행되며, 이 시스템은 해당 필름에 접촉되게 배치되고, 가능한 필름을 자체로 소곡률반경(전형적으로 반경은 0.05mm)에 대하여 실질적으로 180° 배면에 겹치게 하여, 최소한 60° (도 32 참조)로 급격히 편향하여 필름을 제거하도록 하는 상당히 날카로운 광택 에치(232)와 함께 제공된다. 스크래퍼 (230)는 필름을 동반하는 시트의 상류 이동면과 인접한 무딘 에치(232)를 가지는 고정 블레이드로 구성된다. 에치 (232)는 시트이동방향에 상대적으로 하류측을 향하는 철(凸)면을 가진다. 발명자들은 이런 방식으로 제거하면 라미네이트 인접표면이 보호된다는 것을 알았으며, 한편 부주의하게 필름을 제거하면 통상 손상을 가져온다. 상기 스크래퍼(230)는 필름이 기능성 시트 및 보호필름 사이에서 전단효과에 의해 타격되지 않도록 할 수 있다. 보호필름을 상기 스크래퍼(230)의 에지(232) 주변에서 잡아당김으로써, 보호필름층의 외측곡률(outside curvature)이 신장되어, 필름의 마이크로-스트레칭(micro-stretching)과 함께 국부적으로 정접힘(tangential force) 과, 필름층 및 기능성 시트 사이에서 슬립효과(slip effect)을 발생시켜, 기능성 시트로부터 어떠한 입자들이 해체되지 않도록 할 수 있다.
바람직하게는, 장치는 또한 견인력(traction force)이 스크래퍼(230)의 무딘 에치(232)에 전가될 때, 보호필름에 전달되는 견인력을 조정하기 위한 수단을 포함한다.
도 1에서, 필름-제거기 어셈블리(120, 320)의 스크래퍼 시스템은 122 및 322로 참조된다. 스테이션(120, 320, 220, 225)에서 제거되는 필름들(81, 82, 84, 85)는 각각 롤러들(124, 324, 224, 229)로 향한다. 이러한 목적을 위하여, 필름(84)은 롤러들(221, 222)에 의해 안내되고, 필름(85)는 롤러 (226)에 의해 안내된다.
히터수단(130, 330)의 기능은, 전해질(50, 30)이 라미네이터 에셈블리(C)에서 애노드층(40)과 접촉하기 전에, 전해질 표면 외측의 인터페이스를 제어 온도까지 상승시켜, 전해질층(50, 30) 및 애노드(40) 사이에 연속적으로 양호한 접착을 확보하는 것이다. 이러한 히터수단(130, 330)은 바람직하게는 온도의 급격 상승 및 하강이 가능하며 고온공기를 상기 인터페이스에 대하여 조절된 고온공기 루프(loop)에서 강제순환에 의해 블로잉하기에 적합한 오븐으로 구성된다. 전형적으로는, 히터수단(130, 330)은 열정적하게 (thermostatically) 제어된 온도에서, 예로서 전해질(50, 30) 인터페이스에 대하여 ±1℃ 정확도로 60℃에서, 압축공기를 확산시키도록 설계된다.
더욱 정밀하게는, 전체적으로 발명에 따른 장치는 와인더 모듈(E) 상류 피드필름의 이동이 간섭되어 라미네이트가 커트되고, 제거되어 연속적으로 와인딩 작동으로 이루어지며, 연속된 라미테이트의 재처리(re-engagement)를 수행하는 단계들을 포함하며, 오븐들(130, 330)은 바람직하게 이와 같이 연속방식으로 제어된다. 다시 언급하면, 오븐들(130, 330) 내의 고온공기 확산은, 라미네이트가 이동을 정지할 때 마다 주기적으로 간섭되어, 오븐에 배치된 라미네이트의 이들에 과잉 온도상승을 방지하는 것이다.
더욱이, 정지 단계동안에 오븐에 정지된 시트 세그먼트의 불시 발생되는 온도상승을 방지하기 위하여, 히터수단들(130, 330)은 연속적으로 냉각 압축공기 제트를 시트에 블로잉하기에 적합한 수단을 포함할 수 있다. 이들 수단은 전형적으로 오븐 내부 온도를 약 40℃로 수용할 수 있다.
오븐들(130, 330)은 바람직하게는 순환회로(looped circuit)로써 형성된다. 도면에서 참조번호 132 및 332는 이들 오븐 세그먼트를 지정하는 것이고, 이를 통하여 다층시트(134, 334)이 이동되며, 팬이 구비되어 고온공기 및 냉각공기를 연속하여 불어넣을 수 있다. 히팅 목적으로, 히터 요소는 복수의 전기적 전도성 와이어가 바람직하게는 팬(134, 334) 출구에 대향되도록 구성된다.
도 1에서, 참조부호 Ⅸ, Ⅹ, XI, XII, ⅩIII, ⅩⅣ, XV, XVI는 도 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 각각에서 도시된 여러 라미네이트의 장치 이동경로에서의 위치를 지정한다.
바람직하지 않은 여러층들간의 전기적 접촉을 방지하기 위하여, 어셈블리(C)에 의해 이송되는 라미네이트를 구성하는 여러 층들(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 경선면에치(longitudinal side edges)의 상대적 위치를 제어하는 것이 중요하다.
도 17은 필름-제거기 스테이션(120) 하류의 필름(80), 캐소드(60) 및 전해질(50)의 경선에지의 상대적 위치를 도시한 것이다. 캐소드(60) 폭은 전해질(50)의 것보다 좁고, 전해질은 캐소드 양면을 덮고(overhang), 한편 필름(80)은 전해질(50)보다 넓고, 양면을 덮고 있음에 주목하여야 한다.
도 18은 필름(84, 85) 및 애노드(40)의 경선에지의 상대적 위치를 도시한 것이다. 애노드(40) 폭은 두 필름들(84, 85)의 것보다 좁고, 두 필름들은 폭이 동일할 수 있고, 필름들(84, 85)은 애노드(40) 양면을 덮고 있음을 알 수 있다.
도 19는 필름(83), 콜렉터(10), 캐소드(20) 및 전해질(30)의 상대적 위치를 도시한 것이다. 캐소드(20)는 콜렉터(10)보다 폭이 좁고, 캐소드(20)의 제1에지는 콜렉터(10)의 제1에지와 동일면이며, 전해질(30)은 캐소드(20)보다 폭이 넓고, 양면에 돌출되며, 전해질(30)은 캐소드(20)의 제1에지 및 콜렉터(10) 제1에지에 상대적으로 돌출되나, 전해질(30)의 제2에지는 콜렉터(10)로부터 후퇴되며, 필름(83)은 전해질(30)의 제1에지에 상대적으로 돌출되는 제1에지를 가지나, 제2에지는 전해질(30) 제2에지와 동일면이라는 것을 알 수 있다.
마지막으로, 도 20은 라미네이터 모듈(C) 출구에서의 필름(80), 캐소드(60), 전해질(50), 애노드(40), 전해질(30), 캐소드(20), 콜렉터(10), 필름(83)의 상대적 위치를 도시한 것이다.
전해질(50, 30) 에지는 적층되며, 애노드(40)는 콜렉터(10) 돌출면에서 전해질(50, 30)로부터 후퇴된 에지를 가지며, 한편 애노드(40)는 반대면에서는 전해질(30, 50)에 대하여 돌출된다는 것을 알 수 있다.
도 1에서 참조부호 XVII, XVIII, XIX 및 XX는 도 17, 18, 19, 및 20에서 각각 도시된 라미네이트의 위치를 지정한 것이다.
도 17 및 18에서 도시된 층들의 상대적 위치는 피드릴(104, 105)에서 얻어진다. 도 19에서 도시된 상대적 위치는 모듈(260)에서 필름 제거에 의하여 얻어진다. 도 20에서 도시된 상대적 위치는 라미네이터 모듈(C)에서 얻어진다.
애노드층(40) 및 도 17 및 19에서 도시된 두개의 서브어셈블리 사이에 요구되는 상대적 위치(또는 ‘상대적 배열’이라고 언급될 수 있음)를 정의하기 위하여, 라미네이터 어셈블리(C) 상류 각각의 라이네이트 경선에지의 위치를 검출하기에 적합한 수단이, 소망하는 상대적 위치를 얻기 위하여 라미네이터 모듈(C) 상류측에 공통 참조위치(common reference position)에 상대적으로 라미네이트를 이동시키기에 적합한 수단과 함께, 바람직하게는 제공된다. 이들 전위(displacement)수단은 바람직하게는 피드수단(100, 200, 300)에 작용된다. 이런 목적을 위하여, 각각의 피드수단(100, 200, 300)은 바람직하게는 장치 총 지지 프레임(900)에 상대적으로 제어된 방법으로 이동될 수 있는 개별적 플레이트상에 장착될 수 있다. 더욱 정밀하게는, 이들 각각의 플레이트는 바람직하게는 각각의 축(101, 201, 301)에 대하여 피봇(pivot)하도록 장착되며, 제어된 전위수단과 연결된다.
라미네이트 에지 위치 검출을 위한 수단은 바람직하게는 초음파수단 또는 적절한 적외선수단 또는 레이저수단의 광학적 수단에 의하여 형성되며, 이들은 라미네이트 이동경로 대향측에 각각 배치된 전송부(transmitter) 및 수용부(receiver)를 가지는 두개의 가지 포크(two-tine forks) 상에 배치된다.
도 1에서, 참조부호 140은 수단(100)에서 인출되는 라미네이트와 연관된 이러한 검출기수단을 지정하며, 280은 수단(260)에서 인출되는 라미네이트와 연관된 균등한 검출기수단을 지정하는 것이며, 340은 수단(300)에서 인출되는 라미네이트와 연관된 균등한 검출기수단을 지정하는 것이다.
검출기수단(140)은 롤러(114) 및 오븐(130) 사이에 배치된다. 검출기수단(340)은 롤러(314)와 오븐(330) 사이에 배치된다. 검출기수단(280)은 프라이머리 라미네이터 모듈(260) 과 라미네이터 모듈(C) 사이에 배치된다.
상기 전위수단은 공압 액추에이터 또는 균등 수단에 기초될 수 있다.
바람직하게는, 상기 플레이트 각각은 진동을 방지하기 위하여 상기 공통 프레임(900)에 대하여 정착하기에 적합한 댐퍼수단을 구비할 수 있다. 비제한적인 실시예에 따르면, 상기 댐퍼수단은 흡입컵(suction cups)에 의하여 형성될 수 있다.
상기 피봇축(101, 201, 301)은 바람직하게는 플레이트(900)에 평행하다. 이들은 언와인더(104, 204, 304) 중심을 관통하고 (회전축 102, 202, 302를 통하여) 언와인더에 놓인 릴 폭 중간면(midplane)에 놓여진다. 이들은 또한 롤러들(114, 262, 314)에 의해 결정되는 바와 같이, 라미네이터 어셈블리(C) 바로 상류에 위치하는 각각의 관련 다층시트 세그먼트들과도 평행하다.
이런 측면에서, 롤러(262)에 의해 안내되고 라미네이터 모듈(C) 상류에 위치된 애노드시트 세그먼트(40)는 롤러들(114, 314)에 의해 안내되면서 라미네이터 상류측에, 언와인더(104, 304)에서 각각 인출되는 라미네이트 세그먼트(90, 92)에 의해 형성되는 각도가 양분되는 위치에 실질적으로 배치된다는 것에 주목하여야 한다. 더욱 정밀하게는, 라미네이터 모듈 상류측에, 라미네이트(90, 92)는 이들간 약 150°를 이루고, 양분 각에 위치한 애노드 시트(40)는 두 라미네이트(90, 92) 각각에 대하여 실질적으로 75°에 위치한다.
유사하고도 바람직하게는, 라미네이터 모듈(C) 상류측 애노드(40)는 필름 제거기(220, 225) 하류측에 위치한 필름 세그먼트(84, 55)의 양분 각에 실질적으로 위치되며, 이들 필름 세그먼트(84, 85) 자체는 약 60° 각도를 만든다.
디플렉터 롤러(110, 112, 114, 221, 222, 226, 310, 312, 314)는 피더(104, 204, 304)가 상호 멀리 놓이게 하며 라미네이터 모듈(C) 상류측에 해당 라미네이트 세그먼트를 인접하게 하여, 라미네이터 모듈에서 이들간 형성되는 완전각(complete angle)은 180°보다 작도록 한다.
기본적인 라미네이트 상대적 배치를 위한 상기 수단은 최종제품에서 만족스러운 전기적 연결을 보장하고, 특히 돌출 전해질로 인하여 캐소드를 쇼트회로로부터 방지할 뿐 아니라, 가능한 좁은 라미네이트 폭에서 작동시 활성영역이 최적화될 수 있도록 역할한다는 점에 주목할 필요가 있다.
여러 필름-제거기 어셈블리(124, 224, 229, 324, 520, 522)의 수용기롤러들은 바람직하게는 모터-구동 와인더로 구성된다.
유사하게, 언와인더(104, 204, 304)는 바람직하게는 모터-구동되며, 견인력을 제어하여 관여되는 다층시트에서 일정하게 유지되도록 조절된다. 제조되는 셀들에서 재생도(reproducibility)를 달성하기 위하여 시트상에 일정한 견인력을 유지하는 것은 중요하다.
따라서 언와인더(104, 204, 304)와 연결된 모터들을 제어하여 선택적으로, 라미네이트를 감기 시작할 때 구동하고, 라미네이트 구동이 하류 수단에 의해 이전될 때, 정지하도록 한다.
이에 따르면, 여러 언와인더(104, 204, 304) 및 필름 제거기(124, 224, 229, 324, 520, 522)의 모터들은 프로그램된 중앙유닛에 의해 제어되어, 풀리는 시트의 직경 및 또한 감기는 필름의 직경의 변화를 감안할 때 요구되는 각각의 구동력 및 정지력를 적절히 변화시키도록 확보할 수 있다는 점에 특히 주목하여야 한다.
이들 직경들은 처리되는 라미네이트 및 필름의 각각의 길이에 기초하여 중앙유닛에서 계산되거나 또는 적절한 센서들, 예로서 초음파 센서를 각각의 언와인더 및 와인더(104, 204, 304, 124, 224, 229, 324, 520, 522)에 고정시켜 측정될 수 있다.
라미네이터 어셈블리(C)는 바람직하게는 두개의 핀치롤러(400, 410)가 평행축에 대하여 회전되도록 장착되며, 이들을 통과한 적층된 층들, 예로서 필름 (80), 캐소드(20), 전해질(50), 애노드(40), 전해질(30), 캐소드(20), 콜렉터(10) 및 필름(83),에 의해 형성된 스택을 가진다.
두개의 핀치롤러(400, 410)은 제어된 힘으로 상호 대향되도록 강제된다. 이들은 따라서 이들 롤러(400, 410) 사이에 이송되는 시트들에 제어된 압력을 전달한다. 이런 목적을 위하여, 롤러(400) 회전축은 바람직하게는 고정되며, 한편 롤러(410) 회전축은 상기 롤러(400)에 대향되도록, 제어된 힘, 예로서 스프링 블레이드(412)와 같은 탄성부재로 장비에 장착된다. 바람직하기로는, 롤러(410)는 또한 구동수단에 의해 제어되는 신축자재한 장비, 예로서 액추에이터에 장착되어 롤러(410) 탈착(disengage)을 일으켜 라미네이트가 위치를 잡는데 용이하게 할 수 있다.
따라서, 라미네이터 어셈블리(C) 출구에, 도 15 및 20에서 도시된 스택이 위치된다.
적절하게, 라미네이팅 롤러(400, 410)는 또한 히터롤러일 수 있다. 전형적으로 이들은 20mm 정도의 직경을 가진다.
본 발명에 따른 장치는, 라미네이터 모듈(C) 및 와인더 모듈(E) 사이에 복수 기능을 가지며 특히 다음과 같은 여러 기능을 가지는 어셈블리(500)로 더욱 구성된다. 1) 모듈(510)에서, 라미네이트 이송율 (길이로)을 제어하고 ; 2) 모듈(520)에서, 콜렉터(10)에서 국부적으로 경선 커트하며 ; 3) 모듈(530)에서, 라미네이트가 와인딩 개시에 구동되며 동일 라미네이트가 만드렐 (610)에 의해 견인된 후 정지되도록 하며 ; 4) 모듈(540)에서, 필름(80, 83)을 제거하며 ; 5) 모듈(550)에서, 소망된 와인딩에 해당하는 길이가 지난 후 기능성 스택 층들(10~60)을 커트(sectioning)하며 ; 및 6) 모듈(560)에서, 와인딩 동작 종료시 결과적인 스택의 외부면을 히팅하는 역할이다.
검출기장치(510)는 롤러(400,410)상 라미네이트의 미시적 슬립(microslippage)에 의하여 발생되는 동기성(synchronization) 결여의 보정을 제어하는 역할을 하여 와인더(E)가 일정속도로 진행되도록 보장한다.
비제한적 예시에 의하면, 이러한 검출기장치(510)은 동기롤러(synchronization roller) (512)에 의하여 형성되며, 이는 공압 액추에이터 또는 균등한 수단에 의해 이동 라미네이터에 대항 지탱되도록 강제된 피봇레버(514)에 장착되며, 절대 엔코더(absolute encoder)(516)에 연결된다.
라미네이트는 라미네이트 이동경로 상류에 위치된 롤러(518)에 의해, 롤러(512)에 대향되어 압축된다.
커더모듈(520)은 콜렉터(10) 에치를 경선방향으로 선형 및 연속적으로 스플릿(split)하기 위하여 설계된다. 도면에서, 결과적인 커트 세그먼트는 521로 참조된다. 각 세그먼트(521)는 실질적으로 동일 길이 L1이며, 만드렐(610)상 와인딩 원주의 반 보다 약간 작다. 이 장치(520)의 작동은 최종 감긴 셀에서 스플릿(521)이 모두 겹치도록 제어된다. 다시 말하면, 이들 스플릿(521)은 만드렐(610)상에서 이루어지는 각 턴(turn) 길이와 동일한 피치(P1)에서 실행된다. 이 길이가 만드렐(610)상에서의 누적 두께로 인하여 증가되어 변화되는 한, 스플릿(521)의 피치도 바람직하게 가변된다.
최종 형성 스테이션 700에서 도 26에 개략적으로 도시된 바와 같이, 횡측 세그먼트(522)는 상기 컷(521)의 축단부(axial end) 및 콜렉터(10)의 인접 프리에지(free edge) 사이에서 컷되고, 콜렉터(10)에서 이렇게 정의된 외측면 스트립(523)은 감긴 셀 외부로 전개되어 집전기(current concentrator)와의 컨넥터로 역할한다. 도 26에서 이런 방식으로 전개된 콜렉터 스트립(10) 부분은 525로 참조된다.
스플릿터 장비(splitter device)(520)는 바람직하게는 ‘에어 컷’(air-cut) 타입이다. 이는 라미네이트를 지지하는 두개의 롤러들(526, 528) 사이에 국부적이고 연속하게 콜렉터(10)를 커트하도록(section) 구비된 왕복 스플릿터 블레이드(524)로 구성된다. 도 23에서, 블레이드(524)의 피봇이동은 양방향 화살표(529)로 참조된다.
구동모듈(530)은 바람직하게는 두개의 핀치롤러(532, 534)로 구성되며, 이들 사이를 도 15 및 20에서 도시된 전체 라미네이트가 통과되어진다. 이들 두개의 롤러(532, 534)는 각각의 모터와 연결된다. 라미네이트 전단이 만드렐(610)로 유도되는 동안, 롤러들(532, 534)는 구동모드에서 작동되도록 제어된다. 반대로, 라미네이트 선단이 만드렐(610)에 의해 수용된 후, 만드렐이 구동을 제공하고 롤러(532, 534) 각각의 모터들은 정지되도록 제어된다. 이것은 라미네이트가 만드렐(610)에 대향되어 꽉 압축되도록 보장한다.
이들 두개의 핀치 롤러들(532, 534)는 와인딩 만드렐(610) 상류에 만들레에 인접하게 위치된다.
핀치롤러(400, 410) 구동은, 슬레이브 롤러로 작동하는 롤러(400, 410)에 대하여 상대적으로 마스터 롤러로 작동하는 핀치롤러(532, 534) 구동에 서보-제어된다.
롤러들(532, 534) 중 최소한 하나는 동력이송수단과 연결되어, 롤러(532, 534)는 이들 사이를 통과하는 라미네이트에 제어된 수준의 핀치력을 전달한다.
더욱이, 두개의 롤러들(532, 534) 중 최소한 하나의 롤러, 예로서 롤러(534)는, 예로서 액추에이터(536) 제어되는, 신축자재한(retractable) 장비(535)에 장착되어 두개의 롤러들(532, 534) 사이에 라미테이트 삽입을 용이하게 한다.
모듈(540)에서, 필름(80, 83)은 상기한 스크래퍼(122, 322)와 유사한 스크래퍼(541, 543)을 이용하여 제거된다. 제거 후, 필름(80, 83)은 롤러(542, 544)를 통하여 롤러(546, 548)로 상향된다. 이들 롤러는 상기 방식으로 모터-구동된다.
결과적인 6층(10, 20, 30, 40, 50, 60) 라미네이트 스택은 모듈(550)에서 필름-제거기 스크래퍼(541, 543) 하류에서 적절한 수단을 이용하여 횡으로 컷팅된다.
커터수단(550)은 바람직하게는 두개의 대칭적 기울기(도 31 참조)를 가지고 철(凸)형 리지(ridge)로 형성된 날카로운 에지(554)를 가지는 블레이드(552)로 구성되며, 컷팅이 요구될 때마다 짧은 스트로크(stroke) 동안 신속히 이동하도록 구동된다.
커터블레이드(552) 전위는 바람직하게는 액추에이터로 구성된 수단(556)에 의해 제어된다. 더욱이, 커터블레이드(552)는 요청에 따라 후퇴될 수 있도록 바람직하게는 특정 전위수단, 예로서 제2 액추에이터(558)에 의해 제어되는 신축자재한 장비에 놓여서, 라미네이트가 용이하게 배치될 수 있고, 또한 요청될 수도 있는 기타 유지 관리를 용이하게 한다.
변형으로는, 이들 커터수단은 상기 참조번호 272 및 274로 상기된 것과 유사한 해머 및 모루 시스템에 의해 형성될 수도 있다.
선행기술과 대비되는 커터수단 500을 하기한다.
와인딩 제조용 자동장치에 따르면, 자동적이며 라미네이트 이동과 동기성을 가지는 커터수단을 이용한 필요가 있다.
이 목적을 위하여, “백킹”(backing) 및 “그루브“(groove) 타입 커터수단이 공지된다. 이들 수단은 일반적으로 날카로운 도구 및 라미네이트 이동경로의 반대측에 대향되는 상보적 도구(complementary tool)로 구성되며, 날카로운 도구는 블레이드 또는 휠형상이다. 블레이드 또는 휠은 연속적으로 백킹표면에 대향되거나 그루브 내에서 압축된 라미네이트를 관통한다. 두 경우에서, 라미네이트는 백킹표면 또는 그루브 양면과 접촉하게 된다.
라미네이트를 형성하는 어떤 층이 상보적 도구에 접촉될 위험성 때문에 전력저장어셈블리 제작에 있어서, 이러한 커팅기술의 문제점은 상보적 도구와 접촉하는 라미네이트에 존재한다.
이러한 접촉은 또한 상보적 도구로부터 라미네이트 외면으로 및 반대로의 오염을 일으킨다.
발명자는 단층 라미네이트를 형성하는 다층시트가 보호필름사이에 샌드위치(sandwich)를 형성하여 제조되는 것이 특히 유리하다는 것을 알았다.
이들 필름은 외부 환경에 의한 라미네이트 외면 오염을 방지하고 라미네이트가 관여된 여러 롤러에 부착되는 것을 방지한다.
이들 필름은 또한 라미네이트가 구동되도록 기여한다.
라미네이트 시트 외면을 보호하는 필름은 만드렐에 감기기 전에 제거되어야 한다. 이들 피름은 시트 경로에서 가능한 늦게 제거되어야, 시트가 경로에서 필름이 벗겨진 채(bare) 롤러를 통과하지 않으며, 언제나 필름을 매개하여 구동된다.
결과적으로, 이들 필름은 바람직하게는 최종 커터수단 바로 상류측에서 제거된다.
이는 상기 언급된 상보적 도구가 백킹표면 또는 일정공간을 차지하는 그루브를 가지는 “백킹” 또는 “그루브” 타입 커터수단, 즉 전력저장셀 제조용 자동기계에서 적합하지 않은 커터수단을 사용하지 않는다는 것을 의미한다. 기계는 작은 무수룸(anhydrous room)과 같은 무수 분위기에 배치될 필요가 있다. 기계 요소들은 가능한 컴팩트하게 될 필요가 있고 기계 최종사이즈를 최소화할 필요가 있다.
이러한 측면에서, 발명은 컴팩트하고, 와인딩 형상으로 자동으로 전력저장어셈블리를 제조하는 제한요소와 양립될 수 있는 커터장치를 제안한다.
이를 위하여, 발명은 전력저장어셈블리를 제조하고 라미네이트 시트를 구동하는 수단 및 라미네이트 시트를 와인딩하는 수단을 포함하는 장치에 있어서, 장치는 한 세그먼트에 거쳐 라미네이트 시크를 인장(tension)하기 위한 수단 및 인장된 세그먼트를 통하여 공중에서(in air) 라미네이트 시트를 연속적으로 커트하도록 작동되기에(actuated) 적합한 이동가능한 커터수단을 더욱 구성하는 것을 특징으로 한다.
이러한 장치에서, 커팅은 공중에서 일어나므로, 필름은 어떠한 표면에 대향되어 지탱되지 않는다. 따라서, 장치는 라미네이트의 어떠한 오염도 배제시킬 수 있다.
필름이 커터수단을 지나면서 필름이 인장된다는 것은 정확한 절단이 가능하다는 것을 의미한다.
유리하게는, 라미네이트 시트를 인장하기 위한 수단은, 시트 경로에서의 커터수단 및 라미네이트 시트를 와인딩하기 위한 수단 사이에 배치되며, 라미네이트가 대향 지탱되는 롤러로 구성된다.
바람직하게는, 커터수단은 두개의 대칭적 기울기를 가지고, 철(凸)형 리지(ridge)로 형성된 날카로운 에지를 가지는 블레이드로 구성된다.
두개의 기울기를 가지는 대칭적 리지 형상의 커터블레이드는 하나의 기울기를 가지는 종래 블레이드와 비교하여 장점이 있다. 블레이드 대칭성은 필름의 횡적 변형을 제한할 수 있다. 만일 커팅이 하나의 기울기를 가지는 블레이드에 의해 수행되면, 시트에서 횡적 스트레스가 발생될 위험성이 있고, 시트의 측면 조정이 일탈될 수 있다. 또한, 주어진 블레이드 각에 있어서, 두개의 기울기를 가지는 블레이드는 하나의 기울기를 가진 블레이드 보다 크지 않아서, 두개의 기울기 블레이드는 하나의 기울기 블레이드 보다 짧은 스트로크로 작동될 수 있다. 결국, 더욱 신속한 작동이 가능하다.
도 63은 커터수단(550) 및 연결 액추에이터 수단을 보이는 도이다. 커터수단(550)은 필름-제거기 수단(541, 543) 및 지지롤러(backing roller)(570) 사이의 라미네이트 이동 경로상에서 가능한 필름-제거기 수단에 인접되도록 배치된다.
이들 커터수단은 블레이드(552)(도 31 참조)로 구성된다. 블레이드(552)는 액추에이터(556)에 의해 이동된다. 이들 액추에이터 수단(556)은, 가압가스가 분사되는 챔버(5568)로 정의되는 실린더형 몸체와 동작되는 피스톤(5564)에 고정된 로드(5562)를 가지는 공압 액추에이터로 구성된다.
분사챔버(injection chamber)(5568)는 액추에이터(556)와 직접적으로 병렬되는 가압가스 디스펜서(5566)과 연결된다. 챔버(5568)는, 개방위치 또는 폐쇄위치로 제어될 수 있는 밸브(5567)를 통하여 가스 디스펜서(5566)와 연통된다.
밸브(5567)가 개방위치로 제어될 때, 가압가스는 디스펜서(5566)에서 거의 동시에 분사챔버(5568)로 분사된다. 가스분사는 피스톤(5568)을 이동시키고, 결국 도 63의 점선으로 표시된 커트라인을 다라 라미네이트를 커트(section)하는 블레이드를 이동시킨다.
이러한 커터수단에 따라, 커트는 0.2초 이내에서 이루어진다(예로써 커트명령 및 라미네이트의 충분한 커트간 시간간격). 장치의 신속한 촉발(triggering)은 디스펜서(5566)가 액추에이터와 직접적으로 병렬된다는 사실에서 가능하다. 분사챔버(5568)는 어떠한 중간 파이프작업(intrvening pipework)없이 디스펜서(5566)으로부터 직접 피드된다. 다라서, 디스펜서(5568) 및 분사챔버(5568) 사이의 공압회로는 극단적으로 짧아서 피스톤이 신속하게 속도를 높일 수 있다.
이러한 빠른 가속은 블레이드(552)의 날카로운 에지효과가 라미네이트 시트타격효과와 결합될 수 있어서, 오염되지 않은 커트가 보장된다.
도 63에 도시된 바와 같이, 액추에이터(556)는 “단일-작동”(single-acting) 타입의 액추에이터이고, 가압가스를 피스톤(5564) 다른 면, 측 로드(5562)를 지지하는 면으로 주입할 방법이 없다. 로드 지지면은 주변 분위기와 접촉된다. 다라서, 피스톤은 로드(5562)와 연결된 리턴 스프링(5561)에 의하여 복귀된다. 이 스프링(5561)은 블레이드(552) 및 피스톤(5564)이 작동된 후, 이들을 정지 위치(rest position)로 복귀시키는 역할을 한다.
커터장치(550)을 작동시키는 수단은 저장어셈블리를 제조하기 위한 장치의 롤러세트와 동기적으로(synchronously) 제어된다.
특히, 라미네이트 시트 및 만드렐(610)을 구동하기 위한 롤러들(532, 534)은 브레이크로 작동하도록 제어되어, 커터수단에 종속된 필름 세그먼트가 커팅(section)되는 동안 이동되는 것을 방지한다. 커터시스템이 작동할 때, 시트 세그먼트는 따라서 롤러들(532, 534) 및 지지롤로(570) 사이의 위치에서 인당되며, 정지되도록 고정된다.
변형에 있어서, 커터수단은 팽팽한 와이어(taut wire) 또는 다중포인트 블레이드(multipoint blade)(톱 타입의), 또는 레이저로 구성될 수 있다. 레이저를 사용하려면, 저장어셈블리 제조용 장치요소 오염을 방지하기 위하여 승화시트재료(sublimed sheet material)이 흡입될 필요가 있다. 이러한 환경에서, 커트는 공중에서 이루어지는 커트이다.
커터수단(552)에 의해 스트라이커 스테이션(572/574)에서 수행되는 컷팅은 실질적으로 리듐 애노드층(40)에 형성된 갭 중간부를 통하여 연장된다. 따라서, 도 21에서 보는 바와 같이, 와인딩 선단 및 끝단(trailing end) 양쪽에서 애노드층(40)은 와인딩을 구성하는 다른 층들로부터 후퇴된다.
또한, 도 21에서 볼 수 있는 바와 같이, 처리된 와인딩 En의 두개의 축단(axial end) Ei 및 Ee는 바람직하게는 적층되지 않는다. 즉, 와인딩 외측단 Ee는 내측단 Ei에 도달되기 전에 간섭되어 이 위치에서 추가적인 두꺼워짐을 방지한다. 따라서, 평평하게 처리된 와인딩은 전체 두께가 전 연장에 거쳐 동일하다.
모듈(560)에서 적절한 수단, 예로서 팬-구동에 의한 고온공기 블로잉 또는 히터롤러를 통과시키는 것에 의해 히팅된 스택 단면은 가열된다.
이러한 히팅은 라미네이트의 횡측 스트립을 가열하기 위하여 커터장치(550) 바로 하류측에 위치된 고온공기(562)를 블로잉하기 위한 신축자재한 바(bar)에 의해 수행되어, 와인딩 끝단에서 열-실링할 수 있도록 한다.
상기 언급된 히터수단은 다음과 같은 문제점을 해결한다.
다층 와인딩형 전력저장어셈블리 제조 기술은 공지된 것이다.
이러한 어셈블리는 일반적으로 원형상의 실린더형 만드렐에 적층 고분자물질층들을 와인딩하여 제조된다. 와인딩에서 턴수가 충분하면, 층들은 커터수단을 이용하여 횡으로 커트될 필요가 있다.
와인딩을 마루리하고 커트단(예로써 와인딩 테일(tail))이 느슨하게 나풀거리는 것을 막기 위해, 이러한 일단은 와인딩에 적절히 고정되어야 한다. 결과적인 와인딩은 그후 만드렐에서 분리된다.
그후 원형상의 실린더형 와인딩은 프레스수단에서 평평하게 처리되어 더욱 컴팩트한 평평한 형상이 된다. 이 평평한 형상은 저장어셈블 리가 용이하게 스택되고, 다수의 어셈블 리가 직렬 및/또는 평행하게 상호 연결될 수 있도록 한다.
와인딩 테일은 여러 다른 기술들로 고정될 수 있다.
가능한 하나의 기술은 접착성 아이템(예로써 테이프)을 최종 턴 외부표면에 대항되어 테일을 잡도록 와인딩에 배치하는 것이다.
이것의 문제점은 국부적 추가 두께를 유발하는 것이고, 이것은 이후 어셈블리를 압축하는 작업동안, 접착성 아이템 주변에서 국부적 압력 증가로 이어진다. 이러한 국부적 압력은 턴에서의 국부적 스트레스를 일으켜서 품질에서의 결점을 유발시킨다 : 특히 와인딩 균일성(uniformity) 결여, 급격한 노화, 및 이 위치에서 쇼트회로로 이어지는 전해질 크리프(creep).
또한, 접착성 아이템으로 이용되는 접착제는, 전기화학적으로 말하면, 결과적인 저장어셈블리에 매우 오염성이 있는 것으로 알려져 있다.
가능한 다른 기술로는, 접착제를 직접 와인딩에, 예로써 스프레이하여 적용하는 것이다.
그럼에도 불구하고, 이 기술은 상기 기술과 추가 두께 및 어셈블리 오염에 따른 결점들에 관하여 동일한 문제점을 보인다.
또한, 자동으로 어셈블리를 제조할 때, 접착제 사용은 세팅시간이 요구되어 전력저장어셈블 리가 조립되는 속도를 떨어뜨린다.
사실 시아노아크릴레이트 타입의 “빠른 세팅” 접착제가 존재한다. 그럼에도 불구하고, 이들 접착제는 무수분위기에서 역할하지 못한다는 것에 주목하여야 한다.
불행하게도, 전력저장어셈블리 제조용 자동기계에 의하면, 기계는 작은 사이즈의 무수룸과 같은 무수분위기에 배치될 필요가 있다.
이것은 상기 두 방법으로는, 특히 평평한 셀로 형성되는 다층 와인딩형 전력저장어셈블리를 자동으로 조립하기에 적합하지 않은 이유이다.
이런 측면에서, 발명의 보조적 목적은 적절한 와인딩 단(end-of-winding) 접착장치에 의하여 다층 전력저장어셈블 리가 자동으로 연속하여 조립되도록 하는 것이다.
이를 위하여 발명은, 라미네이트 시트를 구동하기 위한 구동수단, 라미테이트 시트를 와인딩하기 위한 와인더수단, 및 와인인 단에서 라미네이트 시트를 절단(section)하기 위한 커터수단으로 구성된 전력저장어셈블리 제조용 장치에 있어서, 라미네이트 시트를 히팅하기 위한 히터수단 및 시트 와인딩 단을 감긴 어셈블리 표면에 대향하여 와인딩 단이 표면에 부착되도록 압축하는 압축기 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.
이 장치는 오염 위험성 및 최종 전기화학적 어셈블리 X질 저하를 유발할 수 있는 추가적인 접착제 없이 히팅에 의하여 와인딩 테일을 간단한 방법으로 고정할 수 있다.
발명의 제1실시예에서, 히터수단이 전력저장어셈블리 제조용 장치를 포함하는 구역(compartment)에서 충분한(ambient) 온도를 유지하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
발명의 다른 실시예에서, 히터수단은 시트 일부분(portion)을 히팅하기 위한 국부적 히터수단으로 구성되며, 상기 히터수단은 라미네이트 시트 경로에서 와인더 수단 바로 상류측에 배치된다.
이 실시예에서, 히터수단은 필름의 절단단(section end)에 인접한 라미네이트 시트 일부를 히팅하도록 배치되어, 압축하는 동안 감긴 어셈블리에 절단단은 고정된다.
바람하게는, 히터수단은 시트 일부분을 과잉 히팅하지 않도록 계속적으로 또는 연속하여 활성되기에 적합하다.
이러한 특징은, 국부적 히터수단이 사용될 때, 히터수단은, 예를들면 고온 공기 블로워(blower)수단이다.
더욱 정밀하게 그리고 바람직하게는, 히터수단은 커터장치(550) 바로 하류측 및 만드렐(610) 바로 상류측에 롤러(570)와 대향되는 신축자재한 구리합금 바(bar)(562)로 구성된다. 이러한 신축자재한 바(562)는 솔레노이드 밸브와 연계된(fitted) 턱트를 통하여 가압공기를 분사하는 수단과 연결된 다수의 오리피스(orifice)를 가진다.
구리합금 바는 레규레이터(regulator)수단을 통하여 히팅온도로 유지된다. 예로써, 이 온도는 300℃이며, 히팅되는 고분자층들(10, 20, 30, 40, 50, 60) 특성에 의존된다. 히팅온도는 시트표면에서 약 120℃로 선택되어 층들간의 접착효과를 얻는다.
신축자재한 바(562)는 로드없는 공압 액추에이터(rod-less pneumatic actuator)에 의해 구동되는 텔레스코픽 장치(telescopic device)에 장착된다.
와인딩 단에서의 접착 결합(bonding) 단계가 하기된다.
와인딩 되는 동안, 텔레스코픽 장치는 후퇴되어, 라미네이트 시트표면에서 떨어진 거리에 있는 바(562)는 대기 상태이다.
와인딩 턴수가 충분할 때, 만드렐 회전은 정지되고 여러 구동롤러는 브레이크로 작동되도록 제어되고 필름스트립은 이동이 저지된다(도 61 참조). 신축자재한 압축기롤러(580)는 와인딩에 대향 지탱하도록 이동된다. 라미네이트 시트를 완전히 커트하는 커터모듈(550) 작동 바로 직전에, 텔레스코픽 장치는 전개되어, 바(562)는 라미네이트 시트표면에 인접하도록 배치된다.
이 순간, 솔레노이드 밸브가 개방되어 가압공기는 바의 오리피스(562)를 통하여 블로잉된다. 바의 오리피스로부터 나오는 공기 제트(air jet)는 바 몸체에 의해 가열된다. 공기 제트는 커팅존(cutting zone)에 기울어져, 라미네이트 시트표면에 상대적으로 약간 사선방향으로 지향된다.
이러한 특징은 유리하게는 리듐을 포함하는 라미네이트의 과잉 히팅을 방지하는 역할을 한다. 공기 제트는 절단되는, 예로써 리듐을 가지지 않는 라미네이트 일부분을 가열한다(도 21 참조).
히터수단은 라미네이트 층들 및 히터블럭 간의 기계적 접촉이 불필요하다.
블로잉 고온 공기 대류에 의하여 작동된다. 이것은 라미네이트가 융해되는 것을 및 히터블럭으로 옮겨가는 것을 방지한다.
소정 시간 종료시, 히팅작동이 종료된 후, 텔레스코픽 장치는 줄여들어 히터블록(562)은 후퇴되고, 동시에 커터모듈(550)은 라미네이트 스트립을 회측으로 절단한다(도 62 참조).
이후, 시트 단 와인딩이 계속되도록 만드렐(610)은 다시 회전된다. 만드렐에 대향 지탱되는 압축기롤러(580)는 이런 방식으로 감긴 어셈블리에 대향하여 와인딩 테일을 압축하여, 와인딩 테일의 열-실링을 용이하게 한다.
안내롤러(570)는 또한 히터롤러일 수 있다. 예를들면, 이것은 계속적으로 약 110℃로 유지될 수 있다. 라미네이트 스트립 이동에서 간섭되는 동안, 이 롤러와 접촉되는 라미네이트 일부분은 전 두께에 거쳐 110℃로 가열된다. 이 히팅은 와인딩 테일이 진정으로 결합되는 것을 보장하기에 충분하다.
이러한 환경에서, 안내롤러(570)는 라미네이트 스트립에 상대적으로 위치 조정되어야 한다. 특히, 돌출된 어떤 전해질층(30, 50)과 겹쳐서는 아니되며, 따라서 이 층들이 롤러와 부착되어 결국 파손(tear)되지 않도록 한다.
마지막으로, 히터블럭(562)은 히터모듈(130, 330)과 유사한 오븐, 또는 필라멘트 또는 적외선 히터자항기(resistances) 등과 같은 기타 히터요소로 대체될 수 있다.
만드렐(610)은 추가 턴을 통해서 회전을 계속하여, 보조(satellite)롤러는 마지막 감긴 턴을 압축하여 마무리한다. 마지막 턴 동안 약 100° 회전동안, 압축기롤러(580) 및 압축기롤러(620)은 모두 동시에 활성된다.
와인딩 테일이 와인딩에 대향되어 충분히 압축된 후, 만드렐이 약30° 정도 수평 위치 통과한 후, 신축자재한 압축기롤러(580)는 후퇴된다.
히터요소가 가열되는 온도는 층들이 멀티플렉스(multiplex)되는 온도 약40~80℃보다 상당히 높다. 이 온도는 산업적으로 신뢰할 수 있고 반복될 수 있는 결합(bonding)을 보장한다.
선택적으로 다소의 접착성을 부여하기 위하여 히터요소의 히팅 파라메터 : 블록온도, 분사 공기 흐름율, 라미네이트 스트립에 대하여 공기 블로잉되는 시간 등에 영향을 줄 수 있다.
선택적으로, 신축자재한 압축기롤러(580)는 또한 히터롤러일 수 있다. 이러한 특징은 히터블럭(562) 및 압축기롤러(580)에 다른 온도가 적용되어 라미네이트 시트 온도를 점차적으로 증가시킬 수 있다. 이것은 라미네이트에 과잉 스트레스 유발을 방지한다. 예를들면, 압축기롤러(580)는 200℃온도로 유지하면서, 히터블럭(562)은 200℃로 유지될 수 있어, 시트표면이 약 120℃로 가열되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 와인더 수단 E는 하기에 설명된다.
이들 수단은 축(611)에 대하여 회전하도록 장착된 만드렐(610)로 주 구성된다.
만드렐(610)은 회전축(611)에 교차되는 수직(right) 단면을 가지며 원형 대칭적이 아니다. 만드렐(610)은 실질적으로 평평하다. 이것은 시간존과 같이 어느 정도 테이퍼 단면을 가진다. 전형적으로는, 수직 단면에서의 주축(major axis) 및 부축(minor axis) 비율은 3보다 크고, 바람직하게는 5보다 크고, 가장 유리하게로는 10보다 크다. 유리하게로는, 수직 단면은 일반적으로 타원형이다.
더욱 정밀하게는, 만드렐(610) 외부 엔빌로프(envelope)는 바람직하게는 원형 실린더의 두개의 철(凸)형 섹터들로 정의되며, 이들 섹터는 동일 반경(도 2에서 R1)을 가지나, 평행축은 상당히 떨어져 있다 ; 또한, 만들렐의 수직단면을 정의하는 이들 외부 엔빌로프는 작은 반경의 곡단(rounded end)을 가진다.
만드렐(610)의 길이(회전축(611)에 평행하도록 취하면)는 와인딩할 라미네이트 폭보다 크다.
정밀하게는, 그리고 바람직하게는, 만드렐(610)은 두개의 대칭적이고 상보적인 조우(jaw)(612, 614)로 제조된다. 두 조우(612, 614)간의 인터페이스, 예로서 와인딩 위치에서 이들 상호 지탱면 및 도면에서 613으로 참조,는 바람직하게는 평면이며, 외부 엔빌로프의 타원 테이퍼 끝단에서부터 일정거리 만드렐의 두 만곡 외부 엔빌로프 표면을 상호 연결한다.
비제한적인 예시에 의하면, 두개의 접촉 조우(612, 614)로 형성되는 만드렐(610) 주축은 약 12 cm이고, 두개의 접촉 조우(612, 614)로 형성되는 만드렐(610) 부축은 약 9 내지 10 mm이고, 두개의 조우(612, 614)간의 인터페이스(613)에 해당하는 사선면 및 시간존-형상의 주축간 형성 각도는 전형적으로는 약 2.5°이고, 약 0.15mm 반경을 가지는 원형 아크에 의해 주축 끝단(615, 616)에서 시간존-형상으로 끝나며, 주 실린더형 만드렐 표면의 중심간 거리는 이들 반경 R1보다 6배이상 크다.
두 조우(612, 614)는 구동수단, 예로서 수압 액추에이터 또는 동등한 것, 과 연결되며, 이것은, 첫 번째 위치, 여기에서는 두 조우(612, 614)가 멀리 공간 배치되어 와인딩되는 라미네이트 스택 (10~60) 선단이 삽입되고, 및 두 번째 위치, 여기에서는 두 조우(612, 614)가 접촉되어 상기 라미네이트 스택을 와인딩하며, 사이에서 두 조우를 서로에 대하여 이동시킨다.
두 상호-작동되는 조우(612, 614)로 형성된 만드렐(610)은 그 자체가 일정하지 않은 속도로 축(611)에 대하여 회전하며, 아래에 방법이 기술된다.
만드렐(610)은 압축기롤러(620)과 연결된다. 이 롤러는 로터리 암(624) 일단에서 축(622)에 대하여 자유 회전한다.
암(624)은 축(622)와 나란히 놓인 축(625)에 대하여 회전 구동되며, 이것은 만드렐(610) 보다 2배 속도로 구동되어, 롤러(620)은 만드렐(610) 표면에서 더욱 정밀하게는 와인딩되는 라미네이트 스택(10~60) 상에서 연속하여 구르고, 규칙적으로 압축하여 스택에 형성되는 겹침을 방지한다. 암(624)은 바람직하게는 만드렐(610) 회전에 의하여 기계적으로 구동되며, 속도비는 2이다.
만드렐(610) 및 암(624)는 동일 회전방향으로 회전한다.
만드렐(610) 및 롤러(620)의 전위(displacement) 다이나믹스는 도 3 내지 6에 개략적으로 도시된다.
비제한적 예시에 따라, 도 22에 도시된 바와 같이, 만드렐(610) 및 암(624)는, 공통벨트(640)와 체결된 스프로켓 휠(sprocket wheel)(618, 628)을 통하여 모터(642)와 연결된 공통벨트(640)에 의하여 구동될 수 있다. 암(624)을 2배 속도로 회전시키기 위하여, 이와 관련된 스프로켓 휠(628)은 만드렐(610)과 연관된 스프로켓 휠(618)의 절반인 구동비율를 가진다. 즉, 전형적으로 이 원주는 다른 롤러의 것의 절반이다.
장치는 바람직하게는 고온 공기 블로잉 노즐(562)에 대향하는 커터블레이드(552) 하류측에 롤러(570)를 더욱 구비하고 있음에 주목하여야 한다.
이 롤러(570)는 만드렐(610)상으로 와인딩되기 전에 라미네이트에 최종 안내를 제공한다.
라미네이트가 압축 대향되는 롤러(570)의 발생선(generator line)은 상류 롤러(534) 발생선 및 부축에 상응되는 만드렐(610) 발생선에 의하여 정의되는 평면에 위치된다 (발생선은 도 5에 도시된 바와 같이 만드렐이 상기 언급된 평면에 평행한 주축과 함께 배치될 때 이에 대향되어 라미네이트가 압축된다).
만드렐(610), 암(624) 및 압축기 롤러(622)가 결합되어 형성된 어셈블리는 슬라이더(630) 상에 장착되며, 이 자체는 결과적인 와인딩 제거를 용이하게 하기 위하여, 소망된 스택길이가 만드렐(610)에 감겨진 후, 도 1에 도시된 바와 같이, 모듈(500)에 인접된 와인딩 위치 및 모듈(500)에서 떨어진 방출(discharge) 위치 사이 간 이행(translation)에 있어서 이 어셈블리를 이동시키기에 적합한 구동수단과 연결된다.
상기 슬라이더(630)는 피드 핀치롤러(532, 534)에 인접된 추가적인 임시 개시 위치로 이동될 수 있으며, 한편 이들은 와인딩 개시에 라미네이트 선단을 잡기 위하여 구동롤러의 역할을 수행한다. 라미네이트가 잡힌 후, 바람직하게는, 슬라이더(630)는 와인딩을 적절히 수행하기 위하여 핀치롤러(532, 534)로부터 떨어져 이동된다.
와인딩을 마무리하고 감겨진 라미네이트 외부 끝단이 나풀거리지(flap) 않도록, 감긴 라미네이트가 절단(section)되고, 상기 라미네이트가 완전히 감져진 후, 만드렐(610)은 바람직하게는 360° 완전히 회전되며, 이때 압축기롤러(620)는 이러한 추가 회전시 와인딩에 대향되어 압축을 유지하여 수단(560)에 의해 수행되는 상기 예비히팅에 의하여 와인딩 최종턴(turn)의 결합(bond)이 마무리될 수 있도록 한다.
적절하게, 이런 히팅은 와인더 스테이션 E에 블로잉 되는 고온공기에 의하여 수행될 수 있다.
이에 따라 와인딩 꼬리(tail)는 추가 접착제를 제공할 필요없이 접착되어 결합될 수 있다.
도 8에서 도시된 바와 같이, 장치는 신축자재한 추가 압축기롤러(580)로 더욱 구성되며, 롤러(570) 및 만드렐(610) 사이에 배치될 수 있다. 라미네이트가 커트되고 스트립 일단이 만드렐(610)에서 압축되는 동안, 롤러(580) 기능은 라미네이트를 고정되도록 잡고 있는 것이다. 롤러(580)는 바람직하게는 스프링 블레이드(582)를 통하여 액추에이터(586)에 의하여 제어되는 오실레이팅(oscillating) 장비(584)와 연결된다.
라미네이트가 만드렐(610)에 감기는 동안, 롤러(580)는 도 8에 도시된 바와 같이, 이동 라미네이트 경로에서 벗어나고, 만드렐(610)에서 떨어진 위치에 배치된다. 와인딩 종료시, 라미네이트가 커트된 후, 상기 오실레이팅 장비 및 연결 롤러(580)는 이동되어 롤러(580)는, 반대로, 롤러(620) 대향 지탱면으로부터 반대쪽 롤러(610)면에 대하여 압축되어진다.
만드렐(610)의 타원형상에서 연유된 일반적으로 평평한 형상으로 얻어진 이런 와인딩은 연속하여 만드렐(610)에서 제거되고, 로봇 또는 적절한 수단으로 압축기 스테이션(700)으로 옮겨져, 더욱 평평한 와인딩을 제작한다.
이런 로봇은 만드렐(610)에 감져진 전력저장셀을 잡고 만드렐에서 셀을 꺼내고 회전 및 이행에서 여러 움직임을 수행하여 셀을 압축기 스테이션(700)에 놓기 위한 클램프를 가지는 수압 로봇(pneumatic robot)으로 구성된다.
특히, 압축기 스테이션은 셀을 마지막으로 평평하도록 수행하는, 예로서 압축기 액추에이터(710)에 형성되는 프레스로 구성된다. 이 프레스는 바람직하게는 다음 셀이 감김과 동시에 마무리된 셀에 작동된다.
결과적인 와인딩을 쉽게 제거하기 위하여, 장치는 와인딩 끝에서 제한된 시퀀스 동안, 인터페이스(613)와 평행한 방향으로 만드렐(610)을 구성하는 두 조우(jaw)(612, 614) 간의 이행에서 상대적 상호 왕복전위를 전달하기에 적합한 수단을 포함할 수 있으며, 만드렐 주축길이를 변경하고 따라서 만드렐(610)에 상대적으로 와인딩을 약간 “느슨”하게 하고, 첫 번째 턴이 부착되지 않고 선단에서 핀치를 배출(release)되도록 한다.
각 와인딩은 매가진으로 보내져 소망된 직렬 및/또는 병렬 배치(configuration)에서 연결(connections)을 제작하기 위한 연속단계가 수행된다. 요구되는 직렬 및/또는 병렬 연결을 제공하기 위하여 실행되는 이런 매가진 및 수단은 상세히 기술되지 않는다.
상기한 바와 같이, 발명의 유리한 특징에 의하면, 만드렐(610)은 일정하지 않은 각속도로 회전하며 제어되어, 만드렐(610)에 피딩되는 라미네이트 스택의 선형 이동속도는 일정하다는 것이다.
본 특징에 의하면, 발명에 의하여 라미네이트에 일정한 견인력, 결과적으로 만드렐(610)에서 엉김 및 이와같은 결점없이 양호한 와인딩이 보장된다.
또한, 라미네이트가 일정속도로 이동되므로, 스트랩의 가속 및 감속을 흡수하기 위하여 와인더 모듈(E) 상류측에 중간 매가진을 가질 필요가 없다는 것이다.
이것은 전 장치가 컴팩트한 형상으로 제조될 수 있어 일정 공간만을 차지한다는 것이다.
도 27에서, 굵은 선은 와인딩 개시에 만드렐(610) 속도변위 커브를 도시한 것이다. 도 27에서, 정밀(fine)선은 압축기롤러(620)를 가지는 암(624)의 속도변위 커브에 해당된다.
도 27에서 만드렐(610) 및 압축기롤러(620)의 상대적 위치는 횡좌표축 아래에 도시되어 있음에 주목하여야 한다.
더국 정밀하게는, 만드렐(610) 회전 각속도는 와인딩 동안 보정되어 만드렐(610)에서 누적되어 증가되는 라미네이트 두께 결과 생기는 와인딩의 반경 변위를 보상하고, 그 결과 일정한 선형속도에서의 라미네이트 이동이 보장된다.
그러므로, 도 28에서 굵은선은 두께가 5.5mm(열 아홉 와인딩 턴에 해당) 라미네이트를 이송할 때의 만드렐(610) 속도변위 커브를 도시한 것이고, 정밀선은 상응되는 롤러(620) 속도변위 커브를 도시한 것이다.
도 27 및 28에서, 횡좌표축 아래, 참조부호 PA는 압축기롤러(620)가 만드렐(610)에 대향되어 압축하는 각도범위를 지정한 것이다.
도 27 및 28을 관찰하면, 만드렐(610) 및 압축기롤러(620)를 가지는 장비(624) 회전속도는 라미네이트가 작은 반경에서 감길때 (예로서 만드렐(610) 부축정도의 와인딩 반경), 예로서 만드렐(610)이 실질적으로 이송된 라미네이트 세그먼트에 평행하게 연장될 때, 크다. 이 속도는 그후 와인딩 반경이 증가(그리고 만드렐(610) 주축에 가까울 때)할 때, 예로서 만드렐(610)이 실질적으로 라미네이트 피드 세그먼트에 수직할 때, 떨어진다.
따라서, 만드렐(61) 및 압축기롤러(620) 회전속도는 주기적으로 변한다 : 360° 회전에서 2개의 피크가 있다. 이 변위는 와인딩 반경과 반비례한다.
압축기롤러(620)는 낮은 속도로 회전되면서, 만드렐(610)에서 감긴 라미네이트와 접촉되고, 접촉이 유지된다는 것에 주목하여야 한다. 이러한 배치는 압축기롤러(620) 및 감긴 시트간, 결과적으로 여러 감긴 시트의 적층들간 양호한 접촉을 보장한다.
도 28은 와인딩 작동의 마지막에 해당되며, 더 작은 범위에서의 속도변위를 도시한 것이다.
만드렐(610)에 누적된 라미네이트 두께로 인하여, 와인딩 반경비(ratio)는 와인딩 개시에서 보다 더 작은 범위내에 있다.
따라서, 셀이 감기는 동안, 각각의 회전에서의 회전속도는 180° 주기로 변화된다. 또한, 일턴(a turn)을 감는데 요구되는 시간은, 만드렐(610)상에 와인딩 길이가 일턴에서 다음턴로 감에 따라 만드렐(610)에 추가된 두께만큼 증가되므로, 증가된다.
결과적으로, 속도 및 가속은 와인딩 진척에 따라 점차 감소된다.
또한, 그림 29에서, 만드렐 각 위치 함수로써 와인딩 반경 변위를 보여주는 제1 완만 커브V1가 있고, 상기 각 위치 함수로써 보정인자 변위를 보여주는 제2 완만 커브V2가 있다.
횡좌표측은 0~180° 각도 범위를 표시한다. 또한, 상기 커브는 180° 범위에서 주기성을 보이므로 180~360°를 포함한다.
또한, 좌측 종축은 와인딩 반경 크기, 및 우측종측은 보정인자 크기를 나타낸다.
발명자는 와인딩 두께 변화를 보상하기 위하여 만드렐 각 위치 함수로써 안감져진(bare) 와인딩 반경에서의 변위 만에 기초하여 각 속도변위에서의 기본변위 V1에 적용될 필요가 있는 보정인자는, 이미 만드렐에 감긴 턴 수와 무관하게 어떤 주어진 각도에서 변화되지 않으면서, 만드렐(610) 각 위치 함수로써 변위되는 완만 커브 V2 형태로 실현될 수 있다는 것을 알았다.
도 30은 본 발명에 따라 만드렐(610)을 구동하는 모터를 제어하기 위하여 사용된 데이터 예시를 보이는 표이다. 도 30에서 첫 두 컬럼은 만드렐 회전각을 나타낸다. 이들 두 컬럼은 1회 와인딩 턴에서 두 연속적인 절반 턴에 보이는 대칭으로 각각 0~180° 및 180~360° 범위의 각도에 해당된다. 완전한 턴은 360° 회전 후에서만 감긴다. 일턴이 감길 때, 두 연속적인 반주기, 0~180° 및 180~360° 동안, 만드렐 양면에 동일 두께가 형성된다.
도 30에서 셋째 컬럼은 감기지 않은(bare) 만드렐(610) 반경, 즉 와인딩 개시에서의 반경을 보인다.
도 30에서 넷째 컬럼은 도 29의 보정인자를 보여준다.
도 30에서 그 후의 컬럼쌍은 연속적 와인딩턴에 적용되며, 각 턴마다, 하나의 컬럼은 와인딩 반경, 다른 컬럼은 만드렐(610) 회전속도를 보인다.
더욱 정밀하게는, 도 30 표에서 보는 바와 같이, 각 턴에 있어서, 와인딩 반경 r은 다음 관계식에 기초하여 계산된다.
r=r0+(F.n.e)
여기서, r0는 감기지 않은 만드렐(610) 반경이고 ; F는 컬럼 4에서 주어진 보정인자이고 ; n은 현재 턴 수, 즉 만드렐(610)에 감긴 턴수이고 ; e는 만드렐(610)에 감긴 라미네이트 두께를 나타낸다.
만드렐(610) 회전속도는 다음 관계식에 기초하여 계산된다.
ω=V/(2.π.r)
여기서, V는 소망되는 라미네이트 일정 선형속도이고 ; r은 상기 계산된 와인딩 반경을 나타낸다.
실제로, 만드렐(610)을 구동하는 모터는, 예비적으로 계산되어 적당한 메모리에 저장된 데이터에 기초하거나 또는 먼저 만드렐(610) 형상 함수로써 와인딩 반경 변위 관계식 및 두 번째로 만드렐에 이미 감긴 두께 함수로써 반경이 변위되는 방식에 의존되는 보정관계식에 기초하여 중앙유닛(마이크로프로세서 또는 연결 메모리수단으로 구성)에 의해 직접 계산된 데이터에 기초하여 제어될 수 있다.
상기 주어진 데이터는 연속하여 만드렐(610) 회전 각부분(angular faction)에 적용되어 구동모터를 제어할 수 있다.
비제한적 예시에 의하면, 6m/분 선형속도에 대하여, 만드렐(610)은 약 180rpm, 즉 약1090°/초의 각속도에 도달하고, 약 1°/ms 샘플링 속도를 제공한다.
1도의 정확성을 가지고 작동하기 위하여 모터 참조속도(reference speed)는 매 밀리초(milisecond)마다 갱신되어야 한다는 것을 의미한다.
이런 의미에서, 모터는 디지털 속도 참조를 적용하여야, 아나로그/디지털 전환 처리를 피할 수 있다.
따라서, 제어모듈은 라미네이트 와인딩에 관여된 수단의 충분한 서보-제어를 제공한다.
상기 여러 축들, 및 특히 롤러(104, 204, 304)의 축들(102, 202, 302), 만드렐(610) 회전축(611), 압축기롤러(620) 회전축 및 오실레이팅 암(624) 피봇축, 필름과 관련된 롤러들(124, 224, 240, 250, 229, 320, 520, 522)의 축들, 디플렉터 롤러들(110, 112, 114, 221, 222, 210, 212, 226, 310, 312, 314)의 축들 및 압축기롤러들(262, 264, 400, 410)의 축들은 상호 평행하고 바람직하게는 수평이다.
발명의 기타 장점에 의하면, 장치는 수직 파티션(900)에 의해 분할된 두개의 방(compartmetnt)으로 나누어진 케이스로 구성된다.
제어된 건조분위기하에서 제1방은 상기 모든수단(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700)을 포함하고, 제2방은 관련 제어 및 모터 구동수단을 포함한다. 상기 수직 분할 파티션은 상기 여러 회전축을 위한 지지프레임으로 구성된다.
적절히, 건조공기의 추가적 흐름은 오퍼레이션 인클로져(operational enclosure)에서 제공될 수 있다.
본 발명은 전형적으로 라미네이트가 16~19 턴 감기고, 이것은 라미네이트 세그먼트가 약 4~5.5m 길이를 가지며, 약 5.5m 총 두께를 가지도록 되어있다. 전형적으로 라미네이트 이동속도는 2~10m/min 범위에 있다. 유리하게는 6m/min이다.
비제한적 예시에 의하면, 본 발명에 따른 장치는 50~150 mm 범위의 폭을 가진 라미네이트 스트립을 처리하도록 되어있다.
본 발명은 본 분야에서 제안된 수단과 대비하여 여러 장점들을 제공한다.
비제한적 방식으로 다음과 같이 언급될 수 있다.
-만드렐(610) 형상이 거의 평평하다는 사실은 선행기술에서 평평하게 처리할 때 발생된 스트레스의 발생을 방지한다 ;
- 오븐에서 라미네이트를 히팅하고, 리듐상에 캐소드 및 콜렉터를 형성하는 다층시트를 라미네이팅하여, 중간생산품을 취급함이 없이 고품질의 결합을 달성하고, 여러 층들간 표면접촉을 극대화하면서 최종제품에서의 작동시 여러층들간 이온교환을 개선시킨다 ;
-장치의 모든 기능들이 각 기능별로 정확한 셋팅 및 파라메터로 자동제어된다는 사실은 장치는 언제나 제어될 수 있어 양질의 재생산성(reproducibility)를 보장한다.
총체적으로, 발명의 장치에서 사용되는 모든 휠 및 와인딩 또는 언와인딩 롤러들은 와인딩 시퀀스에 따라 선택적으로 구동 및/또는 정지기능을 수행하여, 관련된 모든 시트, 라미네이트 및 필름에 일정한 견인을 보장한다.
상기 언급된 바, 도 33은 본 발명에 따른 장치의 주요 수단의 전 다이어그램이다.
상기 한 바와 같이, 본 발명에 의한 장치는 명령에 따라, 만드렐(610)의 수직단면을 변형하기에 적합한 기계적 수단을 가진다.
만드렐(610) 단면 변형은 와인딩 개시에 감기는 시트 단을 피칭하기 위하여 및/또는 일반적으로 와인딩을 느슨하게, 예로써 와인딩을 쉽게 제거하도록 와인딩 및 만드렐(610) 외면간 제거(clearance)를 설정하기 위하여 특히 사용된다. 이러한 기능은, 예를들면, 만드렐(610) 주축 길이의 제어된 단축으로 달성될 수 있다.
아래에는 만드렐(610)이 두개의 상보적 조우(612, 614)로 구성될 때, 명령에 따라, 만드렐(610) 수직 단면을 변형하기 위한 본 발명에서의 수단을 기술한다.
상기 언급된 수단은, 만드렐(610) 회전축(611)에 횡으로 연장되는 최소한 하나의 요소를 따라 두개의 조우(612, 614)의 상대적 전위(displacement)를 제어하도록 설계된다.
각 조우(612, 614)는 각각 조우 캐리어(652, 654)에 고정된다. 축(656, 657)에 대하여 만드렐 몸체(660) 상에서 회전되도록 장착되고 만드렐(610) 회전축(611)에 상대적으로 편심되나 평행되는 샤프트(653, 655)에 단단히 고정된다. 더욱 정밀하게는, 샤프트(653, 655)는 만드렐 몸체(660)에 속하는 플레이트(661)에 턴되도록 장착된다.
당업자는 만드렐 몸체(610)에 대하여 상대적으로 샤프트(653, 655) 및 연속적인 조우 캐리어(652, 654) 및 연결 조우(612, 614)를 턴닝(turning)하면 하나의 조우가 다른 조우에 대하여 이동될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이러한 목적으로, 각 샤프트(653, 655)는 나선형-커트 기어휠(658, 659)를 가진다. 비제한적 예시로써, 기어휠(658, 659)의 커트각도는 약 17°이다.
조우캐리어(652, 654)와 연결된 기어휠(658, 659)은 두개의 제어 하프-샤프트(670, 680)에 의해 각을 가지도록(angularly) 구동된다.
이것은 여러 다른 방법으로 구현될 수 있다.
이들은 바람직하게는 도 35 내지 40에 도시된다.
도면에서, 두개의 하프-샤프트(670, 680)은 만드렐(610) 회전축(611)과 일치하는 공통 회전축을 가진 수평 축 평면에 대하여 통상 대칭이다.
하프-샤프트(670, 680)는 병렬 배치되며, 만드렐(610)에 연결된 시트(sheath)(622) 내에 위치된다. 이들은 각 축에 평행하게 하기 언급된 수단에 의하여 이동에 있어서 움직인다.
시스(662)는 축(611)에 대하여 회전에 있어서 만드렐 몸체(660)을 안내하는 스핀들로 작용한다.
각 하프-샤프트(670, 680)는 일단에서 기어휠(658, 659)과 맞물리기에 적합한 나선형 기어(672, 680) 커트 세그먼트를 포함한다.
각각의 하프-샤프트(670, 680)는 또한 비-원형 단면 세그먼트(674, 684), 예로써 삼각 단면(두개의 하프-샤프트(670, 680)의 인접 삼각형(674, 684)는 사각형을 형성)이 시스(662)의 상보적 단면 세그먼트에 배치되도록 한다. 이런 방식에 의한 결착은 하프-샤프트(670, 680) 및 시스(662)간의 상대적인 회전을 방해하나, 이들간 상대적인 축 전위를 가능하게 안내한다.
이들의 제2단에서, 하프-샤프트(670, 680)는 확대된 헤드(676, 686) 각각을 반디스크 형상으로 가진다. 이들 각각의 헤드(676, 686)는 바람직하게는 하프-샤프트가 정지 위치에 지향되도록 하는 탄성부재를 조정하는 수단을 가진다(carry)는 것을 아래에서 알 수 있다.
이 목적을 위하여, 각 헤드는 각을 가지고 균일하게 분포된 다수의 하우징(679, 689), 예로써 헤드 당 세 개를 가진다.
더욱 바람직하게는, 각 하프-샤프트(670, 680)는 첫 번째로 기어(672, 682)에 재향 대면하는 헤드(676, 686)측에 이동에 있어서 안내를 위한 원형상 실린더형 세그먼트(675, 685) 및 두 번째로 헤드(676, 686) 반대측에 헤드(676, 686)에 연장 돌출된 테일(677, 687)로 더욱 구성된다.
두개의 하프-샤프트(670, 680)는 이동에 있어서 상호 상대적으로 이동할 수 있어, 조우(612, 614)가 상호 상대적으로 경사되도록 한다. 이 목적을 위하여, 슬라이딩 슈(sliding shoes)는 하프-샤프트(670, 680) 사이의 인터페이스에 제공되는 슬롯(671, 673)에서 두개의 하프-샤프트(670, 680) 사이에 개재된다.
하프-샤프트(670, 680) 테일(tail, 677, 687)은 선택적으로 기계적 수단(800)에 의해 선택된, 하기 도면 41, 42, 43, 및 53을 참조하여 기술된 다수의 위치로 강제된다.
두개의 조우캐리어(652, 654)는 상호 독립적으로 각각 이동될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 따라서, 상호 독립적인 두개의 하프-샤프트(670, 680)에도 동일하게 적용되어 두개의 조우(612, 614) 사이에 비동기적으로 이동될 수 있다. 이러한 비동기성은 와인딩 개시에 스트립 일단을 핀치 또는 잡기 위하여 특히 필수적이다.
상기 시스(662)에 의해 구성된 스핀들은 슬라이더(630)와 연결되고, 두개의 볼베어링(635, 636)과 연계된 베어링(634)상에 회전자재하도록 장착된다. 만드렐(610) 대향 후단에서 스핀들(662)은 구동 코그벨트(cog belt)(640)와 연합되는(co-operated) 스프로켓 휠(618)(도 22 참조)을 가진다(carrier).
스프로켓 휠(618)은 하프-샤프트(670, 680)의 헤드(676, 686)에 하우징(679, 689)에 형성되어 있는 것과 같은 다수의 리세스(recess)(619)를 가진다.
비제한적 예시에 의하면, 여섯 개의 리세스(619)는 각각 하우징(679, 689)와 정렬되어 제공된다.
각 하우징(619)은 압축스프링(690)을 수용한다. 스프링(690)은 스프로켓 휠(618) 및 하프-샤프트(670, 680)의 헤드(676, 686) 사이에 산재된다(interspersed). 결국 스프링(690)은 하프-샤프트(670, 680)를 조우캐리어(652, 654)로부터 멀리 떨어지도록 강제한다. 즉, 스프링(690)은 자동으로 조우(612, 614)를 폐쇄위치로 강제한다. 도 41 내지 43 및 53을 참조하여 상세히 기술된 기계적 수단(800)은 하프-샤프트(670, 680)에 역동작을 전달한다. 활성화될 때, 이들 기계적 제어수단(800)은 하프-샤프트(670, 680)를 조우캐리어(652, 654)로 강제한다.
스프링(690)에 의해 발휘된 힘은 헤드(676, 686) 하우징(679, 689)에 결합된 스크류(692)에 의해 조절된다. 결과적으로, 스크류(692)를 조절하여 조우(612, 614)에 의해 가해지는 핀치력을 조절할 수 있다.
도 34는 내부 베어링을 통하여 암 또는 베이스(624) 상에서의 축(622)에 대하여 자유 회전하도록 장착된 압축기롤러(620)를 도시한 것이다. 바람직하게는, 도 34에 도시된 바와 같이, 압축기롤러(620)를 그 축(622)에 대하여 턴닝(truning)하는 수단은, 롤러(620)가 자동으로 위치되도록 하여 와인딩 외부표면에 긴밀히 압축되도록 적용되는 힌지 허브(a hinged hub)로 구성된다. 실제로, 힌지허브(623)는 롤러(620)이 어느 정도의 각도로 진동(rock)되도록 롤러(620)의 중심(수평방향에서 측정될 때)에 위치된 두개의 긴밀한(close) 베어링으로 구성된다.
암(624)은 그 자체가 상기 언급된 축(622)에 평행하고 이에 상대적으로 편심된 축(625‘)에 대하여 회전되도록 장착된다. 더욱 정밀하게는, 암(624)은 요소(693)상에서 축(625’)에 대하여 회전되도록 장착된다. 이는 슬라이더 또는 주 캐리지(630)에 대하여 이동가능한 약간의 캐리지(carriage)를 형성하여 첫 턴 및 최종 턴 간의 만드렐(610) 와인딩 두께 변화를 보상한다.
암(624)을 축(625‘)에 대하여 회전 구동하기 위하여 여러 수단이 제공될 수 있다. 암(624)은 바람직하게는 만드렐(610)의 것보다 2배 회전속도를 가지고 구동된다는 것을 상기하여야 한다.
도면들에 도시된 특별한 및 비제한적 예시에서, 축(625‘)에 중심된 샤프트(694)에 고정되고 상기 언급된 작은 캐리지(693) 상에 회전되도록 장착된다.
도 22에 도시된 구동벨트(640)와 연합되는 스프로켓 휠(628)을 가지는 제2샤프트(695)는 슬라이더(630)와 연결된 스페이서(spacer)상의 축(625)에 대하여 회전되도록 장착된다.
또한, 일정속도커플링(696)은 구동샤프트(695) 출구 및 그 자체가 암(624)과 연결된 피동샤프트(694) 입구사이에 개재된다.
일정속도커플링(696) 기능은 구동샤프트(695) 및 피동샤프트(driven shaft)(694) 사이에서의 회전에 있어서 정확한 연결을 유지하면서, 만드렐(610) 와인딩 두께가 증가될 때, 샤프트(694)가 샤프트(695)에 상대적으로 평행하게 이동되도록 하는 것이다.
주 슬라이더(630)에 상대적인 작은 캐리지(693) 전위(displacement)는 어떤 적절 수단, 바람직하게는 액추에이터(644)에 의해 제어된다. 액추에이터(644) 몸체는 슬라이더(630)에 645에서 힌지된다. 로드(646)는 벨-크랭크(bell-crank)(647)의 제1단에 힌지된다. 벨-크랭크(647) 제2단은 캐리지(693)에 힌지된다. 벨-크랭크(647) 중간은 슬라이더(630)에서 피봇하도록 장착되는 링크(648)에 힌지된다.
따라서, 압축기롤러(620)는 작은 캐리지(693) 및 액추에이터(644) 간의 연합(cooperation)에 의하여 만드렐(610)상 와인딩에 대향 압축된다. 비제한적 예시에 의하면, 감긴 시트상에서 롤러가 전위되는 동안, 슬라이더(630) 결과적으로 만드렐(610) 회전축(611)에 상대적인 작은캐리지(693) 이동 스트로크(travel stroke)는 첫 턴에서 약 3mm이고, 최종 와인딩에서 약 8.5mm 일 수 있다. 만드렐만의 초기 위치 및 최종 와인딩을 수행하는 위치 사이의 이러한 스트로크 차이는 따라서 액추에이터(6440 및 작은 캐리지(693)의 이송 스트로크에 의하여 보상된다.
전형적으로 그러나 비제한적 예시에 의하면, 일정속도커플링(696)은 샤프트(695, 694)의 평행축(625, 625‘) 사이 약 25mm 방사상 옵셋(radial offset)을 허용하여, 만드렐(610)으로의 보조압축기롤러(620) 방사 이동의 작업스크로크(working stroke)를 실행시킨다.
정리하면, 스프로켓 휠(628)은 일정속도커플링(696)을 통하여 피동샤프트(694)에 회전을 전달한다. 샤프트(694)는 회전을 암(264)에 전달하며, 암 자체는 보조롤러(620)의 중앙베어링을 가진다(carry). 이 롤러의 베어링은 축(622)에 대하여 로커시스템(roker system)과 연계되어(fitted), 와인딩 동안, 롤러(620) 자체가 자동으로 턴에 대향하여 얼라인 되도록 한다.
또한, 보조압축기롤러(620)는 만드렐 슬라이더(630) 보드상에서 작은 캐리지(693)에 의해 옮겨진다.
스프로켓 휠(628, 618) 사이의 1: 2 비율(ratio)로 인하여, 암(624) 및 동반 압축기롤러(620)는 만드렐(610)보다 2배 빠르게 회전되어, 압축기롤러(620)가 만드렐 절반 턴 마다 와인딩에 대향하여 압축되도록 한다.
보조롤러(620)의 만드렐(610)에 대한 상대적 왕복(back-and-forth) 이동은 벨-크랭크(647) 및 이중작용(double-acting) 공압 액추에이터(644)에 의해 달성된다.
정리하면,
-슬라이더(630)는 와인딩 선단을 잡기 위하여 롤러(570)에 인접된 위치 및 와인딩이 수행되도록 떨어진 위치 사이에서 기계 프레임 및 롤러에 상대적으로 수평 이동되도록 움직인다. 슬라이더는 만드렐 몸체(660), 만드렐(610), 하프-샤프트(670, 680), 압축기롤러(620) 및 이와 연결된 수단을 가진다.
-더욱 정밀하게는, 압축기롤러(620)는 로터리 암(624)을 통하여 그 자체가 슬라이더(630)에 상대적으로 이동될 수 있도록 움직일 수 있는 캐리지(693) 상에 장착된다.
-만드렐 몸체(660)는 만드렐 조우 캐리어(652, 654)를 가지고, 이것은 다시 조우(612, 614)를 가진다. 만드렐 몸체(660)는 슬라이더(630) 상의 축(611)에 대하여 회전되도록 장착되고 스프로켓 휠(618)에 의해 구동된다.
-조우캐리어(652, 654) 및 결과적으로 이와 연결된 조우 그 자체(612, 614)는 몸체(660)에서 각 축(656, 657)에 대하여 회전가능하게 장착된다.
-마지막으로, 하프-샤프트(670, 680) 이동에 있어서 움직임(movement in translation)은 기어휠(658, 659)상에 제공되는 나선형 스레드(thread) 및 기어(672, 682) 간에 정의된 연합(co-operation)을 통하여, 조우캐리어(652, 654), 결국 만드렐 몸체(660)에 상대적인 이와 연결된 조우(670, 680)의 턴닝 및 따라서 상호 상대적인 조우(612, 614) 이동으로 이어진다.
도 41, 42, 43 및 53에 도시도고, 하프-샤프트(670, 680)의 제어된 전위를 확보하기 위하여 설계된 기계적 제어수단 구조체 설명은 다음과 같다.
수단(800)의 기능은 하프-샤프트(670, 680) 및 결국 조우(612, 614)의 정확한 다수의 상대적 위치를 정의하는 것이다.
바람직하게는, 수단(800)은 정지위치와 더불어 조우(612, 614)의 4곳의 정확한 상대적 작업위치를 확보하도록 설계된다. 이들 여러 위치 및 이를 확보하기 위하여 수행되는 수단은, 도 51, 52, 53을 참조하여 하기된다.
더욱 정밀하게는, 기계적 제어수단(800)은 각 하프-샤프트(670, 680), 결국 각 조우(612, 614)를 개별적으로 제어하도록 설계된다.
기계적 수단(800)은 바람직하게는 와인딩용 스트립을 잡을 때 및 와인딩을 방출할 때 조우를 개방 및 폐쇄하기 위하여 두개의 조우(612, 614) 간 상대적 경사 또는 최종 와인딩 추출 시퀀스 동안 만드렐 주축 및 부축 길이 변화(벌어지도록)를 주도록 두개의 조우(612, 614) 간 팽형한 상대적 전위를 연속적으로 발생시키도록 적용된다.
두개의 조우(612, 614) 간 상대적 경사를 발생시키기 위하여, 제어수단(800)은 두개의 하프-샤프트(670, 680) 간의 이동에서 상대적 전위를 발생시키도록 설계된다.
이런 목적을 위하여 여러 수단이 제공될 수 있다.
발명의 바람직한 실시예에서, 도 35에 도시된 바와 같이, 두개의 하프-샤프트(670, 680)는 길이가 다르고, 더욱 정밀하게는, 헤드(676, 686) 뒤에 돌출된, 두개의 하프-샤프트(670, 680)의 각각의 테일(677, 687)의 길이가 다르다.
당업자는 하프-샤프트(680)에는 작동되지 않고, 하프-샤프트(680) 장 테일(677)을 작동시키면, 조우캐리어(650) 만을 턴닝시키고, 결국 몸체(660)에 상대적으로 조우(612)만을 턴팅시킨다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 하프-샤프트(670)에 대향되어 배치된 로드(812)를 가지는 액추에이터(810)을 이용하여 구동될 수 있다.
두개의 조우(612, 614)를 서로 팽형하게 유지시키면서 상대적 전위를 달성하기 위하여, 기계적 제어수단(800)은 양 하프-샤프트(670, 680)를 동일 스트로크에서 이동시켜야 한다.
이 목적을 위하여 여러 수단이 제공될 수 있다.
도면들에 도시된 실시예에서, 수단(800)은 이 목적을 위하여 축(822)에 대하여 슬라이더(630)상에서 피봇하도록 장착된 로커(820) 또는 힌지된 프셔(pusher)로 구성된다. 로커(820) 자체는 축(822)에 평행한, 바람직하게는 일치하는 축에 대하여 슬라이더(630)에 힌지된 세 개의 레버(830, 840, 850)로 구동된다. 각각의 레버(840, 850, 860) 자체는 각각의 크레비스-타입(clevis-type) 연결부(832, 842, 852)를 통하여 각각의 액추에이터(834, 844, 854) 로드에 의하여 구동된다.
스프링은 레버(830, 840, 850)를, 로커(820)가 하프-샤프트(870, 880)에 작동하지 않는 정지위치로 지향되도록 한다. 반대로, 액추에이터(834, 844, 854)는 레버(830, 840, 850)를, 로커(820)가 하프-샤프트(870, 880)로 이동되도록 하는 방향으로 강제한다.
로커(820)는 그 자체가 각 레버(830, 840, 850)에 상대적으로 이동할 수 있어, 로커(820) 작업위치는 세 개의 레버(830, 840, 850) 중 가장 큰 스트로크로 이동하는 하나에 의하여 정의된다.
더욱 정밀하게는, 도시된 바와 같이, 두개의 장면(long side) 레버(830, 840)는 바람직하게는 더 짧은 중앙레버(840) 한쪽 면에 제공된다.
로커(820)는 하프-샤프트(670, 680) 헤드(676, 686)에 대향 지탱된다. 그러나, 바람직하게는 로커(820) 및 헤드(676, 686) 후면 간에 개재된 링(860)(도 41 참조)을 제공하는 것이다. 링(860)은 테일(677, 687)을 둘러싼다(surround).
따라서, 하프-샤프트(670, 680)에 대하여 두개의 독립적 제어가 정의된다. : 하나는 그 자체로 하프-샤프트(670)에 관한 것이고, 액추에이터(810)에 의해 구동되며, 다른 것은 양 하프-샤프트(670, 680)에 관한 것이고 레버(830, 840, 850), 로커(820) 및 링(860)을 통하여 액추에이터(834, 844, 854)에 의해 구동되는 것이다.
만드렐 총 작동은 도 44 등을 참조하여 하기된다.
이러한 기재는 당연히 비제한적 예시로만 주어진다.
와인딩되는 스트립 선단은 상호 대향되도록 두개의 조우(612, 614)를 이동시켜 핀치된다. 이것은 상기 조우캐리어(652, 654) 자체를 피축 기어휠(658, 659)에 의해 각을 가지고 턴닝하여 수행되며, 피축 기어휠(658, 659) 자체는 층 이동에 있어서 이동되는 두개의 하프-샤프트(670, 680)에 의해 턴닝된다.
이러한 축이동(axial translation)은 상기 여섯 개의 스프링(690)의 적절한 로딩으로 유발된다.
더욱 정밀하게는, 스트립은 잡히고 조우(612, 614)는 도44A 내지 44F에 도시된 이동을 수행하여 폐쇄된다.
조우(612, 614)는, 초기에, 도 44A에 도시된 위치에서 스트립에 상대적으로 대칭되도록 인덱스된다. 만드렐을 가지는 슬라이더(630)는 안내롤러(570)에서 인출되는 스트립의 출구로 접근된다.
롤러(532, 534)는 스트립을 도 44B에 도시된 바와 같이, 약 40mm 거리를 거쳐 조우(612, 614)로 진행되도록 활성된다. 도44C에 도시된 바와 같이, 조우(612, 614)는 액추에이터(810) 로드를 후퇴시켜 평행위치로 복귀된다. 만드렐 각 위치(angular position)는 바람직하게는 도44A 및 44B en 단계동안 동일하게 유지되나, 만드렐은 도 44C에 도시된 단계로 진행하기 위하여 각을 가지고(angularly) 재배치된다는 것에 주목하여야 한다. 예로써, 각 위치는 도44A 및 44B에서 임의적 참조에 대하여 348°일 수 있고, 도 44C에서는 351°일 수 있다.
도 44D, E, F에 도시된 바와 같이, 조우(612, 614)는 액추에이터(844, 854, 864) 로드가 연속하여 후퇴함으로써 연속하여 서로를 향하여 점진적으로 이동된다. 이 경우 또한, 최적위치에서 조우(612, 614) 간 인터페이스 평면을 유지하기 위하여 연속적으로 각을 가지고 조우를 리셋하는 것이 바람직하다. 상기 참조에 상대적으로, 도44D에서의 위치는 356°일 수 있고, 도 44E에서의 위치는 368°, 도 44F에서는 0°일 수 있다.
그 후 만드렐은, 슬라이더(630)가 안내롤러(570)으로부터 떨어지게 이동된 후, 도 45에 도시된 위치에서 와인딩을 수행할 준비를 한다.
그 후 만드렐은 속도를 조절하기 위한 상기 개념에 따라 회전된다.
도 46에 도시된 이런 와인딩 동안, 상류롤러(532, 534)는 와인딩 동안 스트립을 잡고 견인을 적용하기 위하여 바람직하게는 정지된다.
만드렐 회전은 도47A에 도시된 바와 같이, 와인딩 최종턴의 제1부분가지 계속된다.
만드렐 와인딩 및 회전동안, 도 46에 도시된 바와 같이, 보조압축기롤러(620)는 만드렐이 위치 58°에 있을 때, 작동되어, 압축기가 와인딩과 접촉될 수 있도록 하며, 수평축에 대하여 위치 58°에 대칭위치, 예로써 64°까지 접촉이 유지되며 그 다음 절반 턴을 위하여, 동일 방식으로 재개시되기 위하여 이후 분리된다.
와인딩 동안, 조우(612, 614)는, 와인딩이 마무리될 때까지 클램프 위치(clamped position)에 유지된다. 이 위치에서 두개의 조우(612, 614) 세트는 전개된 주축과 함께 결합면을 구성한다.
도 47A는 압축기롤러(620)가 와인딩에서 분리되기 전, 와인딩 최종 완전한 턴 끝에서 만드렐(610) 상에 있는 압축기롤러(620) 위치를 도시한 것이다.
도 47에서 도시된 바와 같이, 최종 턴은 바람직하게는 만드렐(610) 및 두개의 핀치롤러(532, 534)가 인장된 스트립과 함께 결착된 정지에 해당하는 제1단계로 시작된다. 이 위치에서, 도 47B에 도시된 바와 같이, 압축기롤러(820)는 바람직하게는 와인딩과 접촉하는 낮은 위치 58°에 배치된다.
이 후, 신축자재한 롤러(580)는 액추에이터(586)를 작동시켜 하강되며, 도 47B, C, D와 비교하여 보여질 수 있다. 도47D에 도시된 위치에서, 신축자재한 롤러(580)는 만드렐(610)에 대향하여 감진시트를 가진다. 열-실링 바(562)는 활성되어, 고온 공기를 불어넣고, 와인딩 최종 단 온도를 상승시켜 연소하여 부착될 수 있도록 한다.
고온 공기는 바람직하게는 소정시간 동안 블로잉된다. 도 47E에 도시된 단계에서, 커터블레이드(552)는 액추에이터(556)에 의하여 이동되어 도47F에 도시된 바와 같이, 와인딩 끝단을 절단한다. 블레이드(552)는 그 후 후퇴된다.
이후, 롤러(580)이 압축되어진 상태에서 만드렐(610)은 계속 회전된다.
롤러(580)가 대향 압축되어지면서 만드렐(610) 회전은 도 48에 도시된 바와 같이, 주어진 각 위치, 예로써 9°까지 계속되며, 이후 압축기롤러(580)는 상승된다.
바람직하게는 만드렐은 완전히 한바퀴 회전을 계속하여 보조롤러(620)가 와인딩 최종턴을 평평하게 하는 작업을 만드렐이 참조 각도 356°에 도달될 때까지 계속한다. 그후 만드렐은 도49에 도시된 위치에 배치된다. 와인딩 첫 번째 턴을 만드렐 외부표면으로부터 분리하여, 그후 와인딩이 쉽게 추출되도록 하기 위하여, 연속적 개방 및 폐쇄 사이클이 조우(612, 614)에 의해 바람직하게 실행된다. 이 마지막 단계는 도 50에 개략적으로 도시된다.
이들 선택적인 개방 및 폐쇄사이클 동안 두개의 조우(612, 614)의 상대적 전위는 액추에이터(834, 854)를 제어하여 두개의 하프-샤프트(670, 680) 축 전위에 의해 구동된다. 하프-샤프트(670, 680)는 만드렐(610)로 이동될 때, 조우캐리어(652, 654)와 함께 피축 기어휠(658, 659) 따라서 조우(612, 614) 그 자체 회전을 구동시킨다.
도 51A, 52A, 53A는 정지위치에서의 조우캐리어(652, 654), 조우(612, 614), 로커(620) 및 레버(830, 840, 850)의 위치를 보여준다. 두개의 조우(612, 614)가 접촉하는 이 위치는 스트립을 와인딩하기 위하여 만드렐을 회전시키는 동안에서의 위치이다.
바람직하게는, 그리고 상기 언급된 바, 하프-샤프트(670, 680)는 네 개의 추가적인 특별한, 각각 도 51, 52, 53 부호 B, C, D, E와 연관되어 도시된 위치에 해당되는 작업위치를 차지하도록 슬라이드된다.
이들 두개의 추가적인 위치 각각은 네 개의 상기 액추에이터(810, 834, 844, 854)에 의하여 독립적으로 조절될 수 있다.
공압에너지(pneumatic energy)는 액추에이터의 추력(thrust force)을 제어하며, 따라서 조우를 이동시키는데 관여된 메카니즘을 보호하도록 역할한다.
더욱 정밀하게는 :
-도 51B, 52B 및 53B에 도시된 위치는 만드렐(610) 외부표면에서 와인딩 내부턴을 분리하기 위한 것이다 (이 위치에서, 두개의 조우(612, 614) 내부면은 평행하고, 최대공간에 위치한다) ;
-도 51C, 52C 및 53C에 도시된 위치는 와인딩을 회수하기 위한 것이다 (이 위치에서, 두개의 조우(612, 614) 내부 면은 평행하고, 격리되어 위치하여 스트립 스타트(start)가 회수될 수 있도록 할 수 있으나, 공간은 B보다 작아 와인딩의 가장 안쪽 턴이 만드렐(610) 외부표면에 부착되는 것을 막아준다) ;
-도 51D, 52D 및 53D에 도시된 위치는 새로운 와인딩을 시작하기 이하여 스트립 스타트를 잡기 위한 개방에 예비적인 중간 단계이다 (조우(612, 614) 내부면은 분리되고, 조우는 앞 도면에서 차지된 위치와 상대적으로 경사진다) ; 및
-도 51E, 52E 및 53E에 도시된 위치는 스트립 스타트를 잡기 위한 것이다 (조우(612, 614) 내부 표면은 서로 분리되고 경사지도록 배치되고 ; 이들은 테이퍼링 슬롯을 피드롤러(570)로 개방되게 형성한다).
도 51B, 52B 및 53B에 도시된 위치는 조우(612, 614) 주축이 상당히 단축되어지도록 할 수 있다. 이것은 따라서 와인딩이 팽창(bulge)되어지게 한다. 이 위치는 리지(860)를 예로써 7.5mm 푸싱하는 액추에이터(854)에 의해 이루어지고, 조우 및 조우캐리어 각각이 소정 각도, 예로써 7.5°이동되도록 한다.
도 51C, 52C 및 53C에 도시된 위치는 액추에이터(834)에 의한 작동으로 예로써, 축 스트로크 4.5mm 거쳐 얻어지며, 제어된 각도, 예로서 4.5°로 조우 및 조우캐리어를 이동되도록 한다.
도 50에 언급된 시퀀스 동안, 조우(612, 614) 및 와인딩 첫 번째 턴 사이의 어떠한 접착도 파손할 수 있도록 도 51B, 52B, 53B에 도시된 위치에서 도 51C, 52C, 53C에 도시된 위치까지 여러번 연속적으로 통과하는 것이 가능하다.
로봇(700)에 의해 추출되어질 와인딩을 대기하며, 만드렐(610) 최종 위치는 바람직하게는 도 51C, 52C, 53C에 도시된 바와 같다.
그럼에도 불구하고, 와인딩 추출전에 만드렐은 조우 개방에 의해 유발된 각도옵셋(angular offset)을 보상하기 위하여 각 보정을 수행하는 것이 바람직하다는 것에 주목하여야 한다. 로봇(700)은 바람직하게는 수평위치에서 와인딩을 수취하도록 적용되며, 이것은 만드렐을 구성하는 평평한 형태의 팁(tips)이 상기 수평위치에 배치되어야 한다는 것을 의미한다.
와인딩 추출후, 만드렐은 자연스럽게 조우의 비대칭적 완전 개방 위치로 이동되어 새로운 와인딩 제조용 스트립 스타트를 수취한다.
이러한 예비적 시퀀스는 도 51D, 52D, 53D에 도시된 위치, 그 후 도 51E, 52E, 53E에 도시된 위치를 연속적으로 지나면서 수행된다.
도 51D, 52D, 53D에 도시된 위치는, 전형적으로 약 길이 13mm에 거쳐 스러스트링(thrust ring, 860)을 압축하고, 그후 각 조우(612, 614)를 약 13°에 거쳐 회전시키는 액추에이터(844) 작동에 의한 것이다.
액추에이터(834) 그 자체는 작동이 유지된 상태에서, 액추에이터(810)을 작동하여 도 51E, 52E, 53E에 도시된 위치에 만드렐이 지난다.
이것은 조우(612, 614)가 최대한 개방되도록 하여, 도 52E에 도시된 바와 같다. 이 위치는 만드렐 방향을 제어하여 예로써, 위치 348°까지 올려서, 인덱스되어야, 도 44A 참조로 원래 언급된 바와 같이, 두개의 조우(612, 614)에 의해 형성된 클램프는 수평축에 대하여 대칭되어 스트립을 대칭적으로 잡을 수 있다.
상기 언급된 수단의 상대적 전위는 적절한 수단으로 제어될 수 있다.
도 34는 슬라이더(630)에 상대적으로 만드렐 몸체(660)의 회전 이동을 제어하기 위하여, 만드렐 몸체(660)에 수반되는 검출요소(663)에 의해 이동되는 경로와 대향되는 캐리지(630)에 의해 수반되는 센서(632)를 도시한다.
조우(612, 614)의 상대적 전위를 제어하는 수단은 상기 언급된 구역(compartment)를 분할하는 프레임의 수직 위치에 형성된 개구(opening)를 통하여, 캐리지(630)와의 동반 이동을 가능하게 한다.
본 발명은 상기 특별한 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 정신에 따른 여러 변형에 까지 확장된다.
상기한 바와 같이, 공정 환경에 화학물질 도입이 방지되므로, 필름을 블레이드를 이용하여 기계적으로 제거하는 것이 바람직하지만, 변형에 있어서는, 라미네이트 외면 및 해당 필름 사이의 인터페이스에 솔벤트 제트를 이용하여 필름을 라미네이트에서 제거할 수도 있다.
본 발명은, 바람직하게는 냉각공기 제트를 필름 및 필름이 제거되는 라미네이트 간 일탈(divergence) 존에 적용하는 수단을 또한 포함할 수 있다. 유사하게, 고온 공기 순환 오븐은 히터롤러로 대체될 수 있다.
첨부 도면들은 최종 6층 라미네이트, 각각 처음에는 분리되고 예비적으로 제조된 1층, 2층 및 3층인 3개의 기본 라미네이트를 적층하여 얻어지는 실시예에 관한 것이다.
그러나, 변형에 있어서는, 본 발명에 의하면, 만드렐(610)에 적절한 기계로 미리 제조된 이러한 6층 라미네이트를 직접 피딩할 수도 있는 것이다.
이러한 환경에서는, 리듐 애노드에서의 갭(gap)들은 바람직하게 일체화(integrated)된다. 다른 변형에서, 본 발명에 따르면, 여러 기본 라미네이트는 그 자체가 단일층 시트를 이용하여 발명의 장치에서 제조될 수 있다.
상기된 여러 커터 메카니즘은 균등 수단, 예로서 레이저에 기초한 수단으로 대체가능하다.
적절히, 왕복블레이드(524)는 만드렐(610) 회전에 의해 기계적 또는 전기적으로 구동될 수 있어 블레이드(524)에 의한 연속 컷(cut)의 피치(pitch)는 모든 와인딩에서 정확하지는 않지만, 만드렐(610) 각 위치 함수이고, 따라서, 각 커트 개시 및 종료를 유인한다. 이는 커트들이 와인딩 공통섹터(common sector)에 거쳐 적층되며, 최소한 근사적으로 방사배열(radial alignment)되도록 한다.
만드렐(610)은 다양한 방식으로 실행될 수 있다.
도 54는 만드렐이 단일부(single piece)로 구성된 변형 실시예를 도시한 것이다. 단일부(610)는 상기된 두개의 조우(612, 614) 결합에 의하여 정의되는 것과 유사한 형상의 수직단면을 가진다. 그러나, 도 54를 보면, 감길 스트립 단을 수용하기 위한 직선의(rectilinear) 슬롯(619)이 상기 단일부 내에 있다. 전형적으로, 이 슬롯(619)은 만드렐(610) 길이 일부분에 거쳐 만드렐 테이퍼링 에지와 평행하고 만드렐을 실질적으로 반분되도록 연장된다.
연속적으로 슬롯(619)을 개방히기 위한 적절한 수단은 이러한 만드렐과 연결될 수 있어, 스트립 단을 물리게 하고, 그후 슬롯을 닫아서 와인딩이 개시 및/또는 진전되도록(‘aired)할 수 있다.
비제한적 예시에 의하면, 와인딩이 진전되고 추출될 수 있도록, 슬롯(619) 어느 한쪽에 배치된 두개의 만드렐 부분(portion)의 각 대향 이동은 로봇(700) 그 자체로 수행될 수 있다.
도 55A 및 55B는 만드렐의 다른 변형 실시예를 도시한다.
이 변형에서, 만드렐은 회전축(611)에 팽형하게 상호 상대적으로 이동될 수 있고, 도 55A 작업위치에서, 테이퍼링 수직 단면을 나타내는 상기 만드렐과 동일한 엔빌로프를 형성하는 다수의 파트(parts)로 구성된다.
특히 도55에 도시된 비제한적 예시에서, 만드렐은 따라서 세 개의 파트로 구성된다 : 두개의 측면(lateral part, 1612, 1614) 사이의 중앙파트(1610). 변형에서, 만드렐은 단지 두개의 이러한 파트로 구성될 수 있다. 도한, 파트(1610, 1612, 1614) 각각은 회전축(611)에 횡으로 측정되며, 회전축에 평행하게 축길이를 따라 변화되는 “라디얼”(raidal) 치수를 보인다는 것에 주목하여야 한다.
더욱 정밀하게는 중앙파트(1610) 라디얼 치수는 측면파트(1612, 1614) 역방향에서 변화된다.
당업자는 도55A, 55B와 비교하여, 파트(1610)는 파트(1612, 1614)에 대하여, 축(611)에 평행하게 적절한 수단에 의하여 전위될 때, 만드렐 단면 사이즈 또는 주축은 변위된다는 것을 이해할 것이다.
도 55A, 55B에 도시된 만드렐은 다른 특징을 보인다 : 최소한 하나의 부분, 예를 들면 중앙부분(1610)은 오리피스(1613) 그리드(grid)를 통하여 외부표면에 개방된 캐비티를 가진다. 따라서, 파트(1610) 내부로 캐비티를 흡입수단과 연결하면 흡입에 의해 만드렐(610)에 대향되도록 와인딩용 테이프 단을 압축하는 것이 가능하다.
도 55는 파트(1610, 1612, 1614) 간에 이동에 있어서 이동을 안내하기 위한 도브테일-타입(dovetail-type) 수단이 도시된다.
도 56은 만드렐이 다수의 파트, 예를들면 중앙파트(1610) 및 상호 상대적으로 이동될 수 있고, 최소한 하나의 요소가 회전축(1610)에 평행한 두개의 측면파트(1612, 1614)의 결합으로 형성될 수 있다. 더욱 정밀하게, 도 56에 도시된 실시예에서, 측면파트(1612, 1614)는 공통지지체(1615)에 힌지되고, 회전축(611)에 평행하게 공통축에 상대적으로 이동가능한 중앙파트(1610)는 이들간 공간을 변형시키기 위한 웨징효과(wedging effect)를 가진다.
도 57은 상기와 동일한 단면을 가지는 만드렐이 유지되면서, 특히 도 2를 참조하면, 조우(612, 614)의 상대적 전위 제어는 조우(612, 614)의 이동에 있어서의 이동을 상호 평행하게 하고, 인터페이스(613) 평면에 평행하지 않은 방향, 즉 도57에서 T로 참조된 조우 인터페이스 평면(613)에 상대적으로 경사진 궤도로 유지하여 단순화 할 수 있다.
당연히, 발명은 도 2에 도시된 만드렐의 특별한 시간존에 제한되지 않는다.
예를들면, 도58에서, 두개의 조우(612, 614)로 형성된 만드렐이 도시되고, 이들은 함께 일반적으로 만곡코너부를 가지는 사각형상인 수직단면의 만드렐을 정의한다.
도 55는 수직단면이 회전축(611)에 평행한 파트(1610, 1612, 1614)의 상대적 전위로 변경될 수 있는 만드렐을 도시한다.
도한, 두개의 측면파트(1612, 1614)를 방사적으로 축(611) 및 중앙파트(1610)를 향하여 및 이로부터 분리되도록 이동함으로써, 만드렐(610) 수직단면 특히, 만드렐 수직단면 주축 변형을 예상할 수 있다.
상기 여러 만드렐 실시예는 연속 와인딩 표면을 정의하는 파트들로 구성된다.
변형에서, 도 59와 같이, 만드렐을 에지(615, 616)가 구현된 두개의 격리 파트(612, 614) 및 만드렐 중앙부가 빈 형태로 제조하는 것을 예상할 수 있다. 이 파트들(1612, 1614)은 바람직하게는 회전축(611)에 상대적으로 방사상으로 이동되어, 만드렐 주축을 단축시켜 와인딩 제거를 용이하게 할 수 있다.
도 60을 참조하여, 본 발명에 따른 구동 서보-제어수단이 하기된다.
이러한 측면에서, 라미네이트 시트 구동용 수단 및 라미네이트 와인딩 수단으로 구성된 전력저장셀 제조용 장치에 있어서, 장치는 라미네이트 시트 이동경로에서 마스터 구동수단이 슬레이브 구동수단 하류측에 배치되며, 각각 마스터 쌍 및 슬레이브 쌍으로 구성된 최소한 한 쌍의 구동수단, 및 마스터 구동수단에 슬레이브 구동수단을 서보-제어하는 제어수단으로 구성된 것을 특징으로 한다. 이러한 배치는, 일반적으로 구동수단이, 상류에 배치된 피드수단에서 인출된 서보-제어 신호로 제어되는 선행기술보다 상황을 개선시킬 수 있다.
도 60은 만드렐(610), 한쌍의 롤러(532, 534), 검출 및 동기롤러(512), 한쌍의 라미네이터 롤러(400, 410), 피드릴들(104, 204, 304)(전형적으로는, 반드시는 아니지만, 릴(204)은 리듐시트를 이송하고, 릴(104, 304)은 각각 3층 라미네이트 및 2층 라미네이트를 이송), 및 한쌍의 핀치롤러(262, 264)를 보여준다.
만드렐(610)은 릴셋트의 제어부이다. 이것은 제어모듈(601)에서 참조속도(reference speed)를 받는다. 시트가 라미네이트로 제조되기 위한 모든 이동 파라메터는 만드렐(610)에서 나오는 요청에 기초되어 조정된다.
모터-구동되는 롤러쌍(532, 534)는 와인딩 개시에 구동모드에서 제어되어 선단에치를 만드렐(610)로 옮겨준다.
그러나, 만드렐(610)에서 라미네이트 시트가 적당히 감기고 있는 동안, 이 롤러쌍(532, 534)은 브레이크로서 작동되도록 제어된다. 따라서, 이것은 참조값에 상응되도록 라미네이트 시트에 선택된 일정한 견인을 전달한다.
롤러쌍(532, 534)은 제어모듈(533)에서 브레이킹 토크 참조값을 받는다.
롤러쌍(532, 534)은 구동모터 및 기어박스 유닛상에 장착된 증분엔코더(incremental encoder)(535)와 연계되어(fitted), 이 롤러쌍이 마스터 기능을 수행하도록 되어 있다.
상류측에 구비된 라미네이팅 롤러쌍(400, 410) 역시 엔코더(411)와 연계된다. 이 롤러쌍(400, 410)은 상기 롤러들(532, 534)에 대하여 슬레이브로서 제어된다. 이것은 구동모드에서 작동된다.
더욱 정밀하게는, 롤러쌍(532, 534)와 연결된 엔코드(535)는 상기 롤러(532, 534)간 이동되는 스트립 길이를 측정한다.
해당 길이 정보는 모듈(1010)을 통하여 한쌍의 라미네이팅 롤러(400, 410)로 적용되어, 관련 엔코더(411) 제어하에 동일 길이 스트립을 전달한다.
선택적인 동기롤러(512)는 롤러쌍(532, 534) 및 (400, 410) 사이에 배치된다. 이것은 단거리를 이동하며, 조절되는 힘에 따라 상기 롤러쌍(532, 534) 및 (400, 410) 사이 스트립과의 양호한 접촉을 보장한다. 이것의 역할은 두쌍의 롤러들(532, 534) 및 (400, 410) 사이에서의 이동 동기성이 상실되도록 할 수 있는 마이크로슬립(microslippage) 또는 장애(disturbances)를 모니터하는 것이다.
이를 위하여 롤러(512)의 엔코더(513)는 롤러(512) 피봇축상에 배치된다. 이것은 롤러(512)의 각도 전위(displacement)를 감지하는 역할을 수행한다.
엔코더(513)는, 두쌍의 롤러(532, 534) 및 (400, 410) 사이의 동기성이 완전하게 유지되는 한, 관여되지 않는다. 그러나, 동기성을 잃게할 수 있는 마이크로슬립 또는 장애의 경우, 롤러(512)는 피봇되고, 엔코더(513)는 관여된다.
엔코더(513)는 모듈(1010)에 연결된다. 따라서, 동기롤러(512)는 엔코더(513)를 통하여 슬레이브 롤러쌍(400, 410)의 선형 이송율에 보정, 예로서 ±10%을 전달한다.
라미네이팅 롤러쌍(400, 410) 이송율 보정을 위한 ±10% 범위는 특히 개시때(on starting), 새로운 릴(104, 204, 304)이 기계에 로딩된 후, 유리하다. 릴을 로딩하는 작업자는 롤러(512) 초기 위치를 모르고 무관하게 시트를 투입한다.
일정한(steady) 조정하에서, 이것이 제공하는 보정은 거의 제로이고, 단지 마이크로슬립만을 처리할 뿐이다.
스트립 이동속도에 기초하기 보다는 이송된 스트립 길이에 기초한 제어를 조직함에 따라, 시스템은 롤러쌍(532, 534) 및 (400, 410)에 의해 나타나는 전기적 축들(electrical axis) 사이에서 정확하고 연속적인 선형 보간(interpolation)을 수행할 수 있다( “전기적 축” 용어는 엔코더와 연결된 모터 및 기어박스유닛 및 롤러쌍(532, 534) 및 (400, 410)을 구성하기 위하여 사용되는 가변속도 제어기의 결합을 의미하는 것으로 사용). 이것은 여러 및 동기성 드리프트(drifts)가 누적됨을 방지한다.
따라서, 이들 롤러가 공통 기계적 축에 쌍으로 배치되어 각 단에 동일 각 위치를 가진 것처럼, 슬레이브 롤러쌍(400, 410)은 마스터 롤러쌍(532, 534) 이동을 따라간다(tract).
상기한 바와 같이, 롤러(512)에 적용되는 힘 F은 바람직하게는 공압 액추에이터에 의해 발생된다. 이것은 참조(reference)에서 인출되는 전기적 신호에 의해, 이와 비례되는 압력을 전달하는 압력컨버터(pressure converter)로 부여된다.
이 참조를 조절하여 관여된 라미네이트상에 미치는 힘을 수용할 수 있도록 한다.
롤러(512)에 적용되는 힘은 기타 적절한 수단, 예로서 반드시는 아니나, 공압 액추에이터, 예로서 스프링, 카운터웨이터(counterweight), 탄성부재, 전자석 등을 이용하여 변경될 수 있다.
핀치 롤러쌍(262, 264)은 자체가 슬레이브 모터-구동 롤러쌍이며, 하류측에 배치된 모터-구동 핀치롤러들(400, 410)에 종속된다. 이것은 센서(265)와 연계되다.
롤러쌍(262, 264)은, 릴(104, 304)에서 나오는 두개의 라미네이트, 예로서 2층 라미네이트 및 3층 라미네이트 사이에 라미네이트되는 릴(204) 인출 리듐 스트립을 수취하는 역할을 한다는 것을 상기할 수 있다.
따라서, 롤러쌍(532, 534)은, 상류 롤러쌍(262, 264)에 대한 마스터쌍인 상류 롤러쌍(400, 410)에 대한 마스터쌍이다.
결국, 발명은 직렬로(in cascade) 최소한 두개의 서보-제어 시스템을 이용하는 것이다.
롤러쌍(262, 264)은 또한 서보-제어 모듈(1012)을 통하여 롤러쌍(400, 410)과 연결된 센서(411)에서 나오는 길이 정보와 관련된 참조(reference)로부터 제어된다.
그러나, 쌍(400, 410)에 적용되는 것보다 약간 작은 길이 참조가 롤러쌍(264, 262)에 적용되는 것이 리듐 스트립을 마이크로-스트레치(micro-stretch)시키고 이로 인한 기하적 불완전성을 제거하기 위하여 바람직하다.
전형적으로, 하류측 롤러쌍(263, 264)은 쌍(400, 410)의 선형 이송율과 99.5% 동일한 길이 참조에 의해 제어된다.
쌍(262, 264)에 적용되는 참조 및 쌍(400, 410)에 적용되는 참조간 차이는 유리하게는, 특히 스트립 변형(deformation) 함수 및 두께 함수로써 조절가능하다.
기타 기능중에서, 롤러(262, 264)는 리듐 스트립을 공중에서(on the fly) 커팅하는 동작중, 매우 단시간에, 전형적으로는 1ms, 리듐 스트립 이동을 정지시키는 기능을 가진다는 것이 상기될 수 있다.
본 발명에 의해 이용되는 센서들을 여러 방법으로 구현할 수 있다. 이들은 보정 범위 중간에 ‘0’을 표시하는 증분엔코더 또는 아나로그 전위엔코더(길이함수로써 비례 유도, 저항 변수(proportional inductive, resistance variable as a function of length), 자기장의 마그네트-저항 센서) 일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 본 발명에 의하면, 엔코더(513)는 절대 엔코더 타입(absolute encoder type)이다. 따라서, 각각의 각 위치는 절대 위치를 위한 비휘발성 바이너리 코드를 가지고, 롤러(512)의 각 위치가 기계가 완전히 정지한 이후에도 중간범위에서 ‘0’으로 재시작함이 없이 배치될 수 있도록 한다.
본 발명에 따르면 더욱 정밀하게는, 길이센서는 바람직하게는 1mm~4um, 바람직하게는 500~8 um, 더욱 바람직하게는 100~40 um에 있는 길이 증가를 측정하기에 적합하다. 본 발명의 다른 유리한 특징에 의하면, 길이센서는 와인딩 총길이의 1/1000배 보다, 바람직하게는 1/4000배, 더욱 바람직하게는 1/40,000배 보다 작은 길이 증가를 측정하기에 적합하다.
마스터쌍(532, 534)에 상대적인 슬레이브쌍(400, 410)을 제어하기 위한 다른 수단은 스트레인 게이지(strain gauge)에 장착된 아이들링 고정롤러(idling stationary roller)로 왕복롤러(512)를 대치하는 것이다.
이런 환경에서는, 스트레인 게이지는 아이들러 롤러에 의해 인식되는 스트립에서의 장력에 민감하다. 쌍(400, 410)은 쌍(532, 534)에 종속적으로 유지된다. 쌍(400, 410) 속도는 쌍(532, 534)에 상대적으로 아이들러 롤러상의 스트레인 게이지에 의해 독취된 스트립 장력의 함수로 보정되어 소망된 견인수준이 스트립에서 얻어진다. 이런 변형은, 그럼에도 불구하고, 상기된 바와 같은 길이에 대한 서보-제어와 동일한 장점을 제공하지 않는다. 이것은 참조점(reference point)에 대한 속도 오실레이팅, 따라서 스트립 장력변경을 유발할 수 있다.
본 발명에서 추천된 길이 서보-제어는 여러 장점을 제공한다 :
-정확하고 규칙적인 와인딩 총 길이를 보장하며, 제조된 모든 셀에서의 균일성(uniform)을 보장하고, 와인딩 끝단에서의 균일한 위치를 보장하고, 또한 두께 과잉을 방지한다 ; 및
-이것은 라미네이트 최종 커팅이 정확하게 애노드(40)에서의 세그먼트쌍 간 갭과 동기화 되도록 한다.
히터모듈(330)에 대하여 아래에서 상세하게 설명한다. (시트(X)를 가열하기 위한 히터모듈(130)은 히터모듈(330)과 유사하여야 하며, 시트(XIV)를 가열하기 위한 히터모듈(330)과 완전하게 대칭이어야 한다, 이것이 아래에서 히터모듈(130)에 대하여 자세하게 설명하지 않는 이유이다.)
이 모듈의 목적은 다음의 문제를 해결하는 것이다.
발명자는 시트들을 접착시키는 방법으로 시트들을 적층으로 조합하기 전에 어떤 중합체 시트의 표면을 가열하는 것이 가능하다는 것을 알았다.
이때 시트의 여러 층들은 어느 정도의 전체적인 강도를 가지는 하나의 적층된 테이프를 이룬다. 이 특성은 그 자체로 양호하게 배터리 와인딩이 되는 결과적인 적층 가공성을 부여한다.
이에 더하여, 상기 층들 사이의 양호한 접착은 최종 배터리 셀에서 여러 층 사이에 전류가 균일하게 흐르는 것을 보증한다. 이것은 상기 셀의 더 양호한 성능 과 장수명을 보장한다.
에너지 저장 셀을 만드는 자동 기계와 관련해서, 상기 히터 수단은 단층 또는 다층 중합체 시트의 이동 경로를 따라서 위치할 수 있다.
그러나 자동 기계를 이러한 기술에 적용하는 어려움은 상기 적층이 절단될 수 있도록 하기 위하여, 각 계속적인 마무리된 와인딩이 방출될 수 있도록 하기 위하여 그리고 다음 와인딩을 재장전할 수 있도록 하기 위하여 규칙적으로 중단되어야 하는 데 있다. 이를 위하여, 시트가 정지되었을 때 상기 히터 수단에 노출된 시트 부분의 과도한 온도 상승을 피하기 위하여 시트 가열은 연속해서 중단되어야 한다.
마찬가지로, 중합체 시트의 이송이 다시 시작되었을 때, 히터 수단은 가능한 한 빠르게 다시 효력이 있어야만 한다.
그러므로 가열과 냉각기간에 있어서 매우 짧은 응답을 나타내는 히터 수단을 가지는 것이 바람직하다(일반적으로 수초).
히터 수단으로 적외선 방출기를 사용하는 것은 충분하지 않은 것으로 나타난다. 상기 방출기는 탄소를 함유하는 재료(어떤 음극으로 작용)나 중합체를 가열하는데 부적합하다. 이에 더하여, 상기 방출기는 원하는 응답 시간과 양립할 수 없게 하는 열 관성을 가지고 있다.
본 발명의 두 번째 목적은 가능한 한 빨리 온도를 높이거나 낮출 수 있는 가열 기구를 제공하는 것이다.
본 발명과 관련해서, 이 목적은 시트를 포함하는 적층을 만들기 위하여 단층 또는 다층 시트를 가열하기 위한 가열기구에 의해서 이루어지며, 상기 기구는 시트가 연장되는 한 부분의 덕트(duct)와, 상기 부분으로 교대로 찬 공기와 더운 공기를 불어 주는 수단을 포함하는데 특징이 있다.
공기 흐름에 의한 가열은 특히 탄소를 함유하는 시트나 중합체 시트에 잘 적응된다.
이 기구는 또한 순환되는 공기 흐름의 온도를 정확하게 제어하는 것을 가능하게 한다. 이 기구는 결과적으로 가열 냉각 변이 제어를 가능하게 한다.
상기 부분에서 교대로 더운 공기의 흐름 또는 찬 공기의 흐름을 순환시킴으로써, 상기 기구에 대하여 특히 짧은 응답 시간을 이루는 것이 가능하다. 더운 공기는 찬 공기를 밖으로 밀어내고, 반대로 찬 공기가 더운 공기를 밀어내어 상기 부분에서의 공기의 온도는 거의 순간적으로 변한다.
본 발명은 또한 상기 시트를 함유하는 적층을 형성하기 위하여 단층 또는 다층 시트를 가열하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 다음의 단계를 포함하는 점에서 특징이 있다:
- 상기 시트를 공기 흐름 덕트의 한 부분으로 연장시키는 단계;
- 상기 부분으로 더운 공기와 찬 공기를 교대로 순환시키는 단계:
더욱더 상세하게 설명하면, 상기 방법은 시트가 구동되어 덕트의 상기 부분을 따라 이동할 때 찬 공기 흐름을 순환시키는 것을 가능하게 하며, 시트의 이동이 중단되었을 때 찬 공기 흐름을 순환시키는 것을 가능하게 한다.
도64 에서, 상기 히터모듈(330)은 일반적으로 직각 삼각형 형태인 폐쇄 형상 관체 공기 순환 덕트(331)를 포함한다. 이 덕트(331)는 다층 시트(XIV)가 이송하는 삼각형의 밑변에 의하여 형성되는 부분(332)을 갖는다(도14에 도시된 구성). 상기 부분(332)은 창(window)을 통하여 양쪽 끝이 열려져 있어 시트가 통과되도록 한다. 이들 창은 창 높이가 조정 가능한 위치에 조정 가능하도록 설치되는 스트립(3321, 3323, strip)에 의하여 정의된다.
덕트(331)의 다른 두 분기를 형성하는 두 부분(333, 335)은 각각 주입부분과 흡입부분으로 된다.
팬(334)의 형태로 공기를 추진하는 수단은 상기 주입부분(333)과 흡입부분(335) 사이에 제공된다. 상기 팬(334)은 실선으로 표시되는 화살표로 나타낸 방향으로 덕트(331) 안에서 루프(loop)를 도는 공기 흐름 순환을 설정하도록 제어되는데 적당하다. 상기 부분(332)에서 공기는 시트(XIV)의 이동 방향과 반대 방향으로 순환한다.
상기 히터모듈(330)은 이에 더하여 주입부분(333)에서 팬(334)으로부터 다운스트림에 위치하는 노출 와이어 저항 형태의 가열요소(336)와, 상기 가열요소를 떠나는 공기 흐름의 온도를 측정할 수 있도록 하는 온도 탐침(337)을 포함한다.
시트(XIV)가 구동되는 동안, 가열요소(336)가 작동하여 상기 시트(XIV)는 더운 공기 흐름의 영향을 받는다. 이 더운 공기 흐름은 상기 시트(XIV)의 표면 온도를 조정된 온도까지 상승시킨다. 이를 위하여, 상기 공기 흐름 온도는 탐침(337)으로 측정하고 상기 가열요소는 상기 측정된 온도의 함수로서 조정 수단(3300)에 의하여 동적으로 조절된다.
더운 공기 흐름이 루프를 돌아 순환하기 때문에, 가열기구의 온도가 상승율은 특히 빠르다.
상기 시트(XIV)의 이동이 정지하면, 가열은 중단되어야 한다. 정지 후에도 상기 시트가 계속 가열되면 상기 덕트(332) 안에 위치하여 과도하게 노출된 시트 부분은 예를 들면 과도하게 부드러워지는 것과 같이 그 특성이 손상될 것이며, 크랙이 나타날 것이며, 상기 시트는 더 이상 평면이 아닐 것이다. 이것은 결과적인 적층의 층들 사이에 불량한 접착으로 될 것이며, 또한 최종적인 전기화학 셀에서 전기 화학적 결함으로 나타날 것이다.
이러한 결점을 피하기 위하여, 상기 가열기구(330)는 압축된 찬 공기를 불어주는 수단을 포함한다. 이들 수단은 흡입부분(335) 안에서 팬(334)의 업스트림에서 열린 측면 불기 덕트(339, side blow-in duct)에 연결되는 압축기(338)를 포함한다.
시트(XIV)의 이동이 중단되는 즉시, 가열요소(336)의 스위치는 꺼지고, 압축기(338)의 스위치는 켜진다. 압축기는 찬 공기를 흡입부분(335)으로 불어 넣는다. 불어 넣어진 찬 공기는 팬(334)에 의하여 순환하도록 된다. 상기 찬 공기는 공기 순환 덕트(331)로부터 더운 공기를 불어 낸다. 상기 더운 공기는 상기 부분(332)의 창을 통하여 배출된다. 공기 흐름의 온도는 탐침(337)에 의하여 측정되고, 압축기로부터의 흐름 률은 상기 측정된 온도의 함수로서 조절 수단(3300)에 의하여 동적으로 조절된다.
상기 시트(XIV)가 이동하는 동안, 가열기구(330)에 의하여 발생하는 공기 흐름의 온도는 시트의 본질에 따라 대략 60도에서 80도의 범위이다. 이동이 멈추는 동안에는, 상기 가열기구(330)에 의하여 발생하는 공기 흐름은 상기 가열 온도 아래로 약 10˚ 이다.
상기 시트(XIV)의 정지 시간은 약 10초이다. 상기 공기 흐름 율은 약 2초의 냉각 응답 시간을 제공하도록 채택된다.
이를 위하여, 상기 기구의 가열 또는 냉각 응답이 가능한 한 짧게 되도록 하기 위하여 주입덕트(333)는 가능한 한 짧아야 한다.
상기 가열기구는 안전을 위하여 측정값들을 확실하게 하기 위하여 그리고 조절 탐침이 더 이상 동작하지 않는 경우 이어받기 위하여 부가적인 탐침을 가질 수 있다.
스트립(3322, 3323)은 시트가 통과하는 창틈의 높이를 조정한다. 창 높이를 조정하는 것은 히트기구(330) 안으로의 새로운 공기 흐름 율을 조정 가능하게 한다.
저장 장치를 만드는 전체 기구를 과열시키는 열 손실을 제한하기 위한 방법으로 전체 가열기구(330)는 열적 보온재(예를 들면, 누빈 단열 실리콘 유리 직물)로 덮는다. 가열기구의 보온재는 만들어진 와인딩(windings)이 재생 가능하고, 그리고 결과적으로 생산된 와인딩의 품질을 일정하게 하는 것을 보증한다.
상기 부분(332) 안에 시트를 위치시키기 위하여, 상기 부분(332)으로 접근할 수 있도록 하기 위하여 열린 측면 패널(panel)이 제공될 수 있다.
도65 는 또 다른 가능한 히터모듈(330)의 실시 예를 도시하고 있다.
도65 에서, 히터모듈(330)은 일반적으로 사각형 형상이고 닫힌 관체 공기 순환 덕트(331)를 포함한다. 이 덕트(331)는 다층 시트(XIV)가 이동하는 사각형의 긴 변에 의하여 형성되는 부분(332)을 갖는다. 이 부분(332)은 스트립(3321, 3323)에 의하여 조정 가능한 높이의 창에 의하여 양끝이 열려 있어, 시트가 통할 수 있게 한다.
사각형의 짧은 변에 의하여 형성되는 두 부분(333, 335)은 각각 주입부분과 흡입부분을 구성한다.
팬(334) 형태의 공기 구동 수단은 상기 주입부분(333)과 흡입부분(335) 사이 사각형 다른 긴 변에 위치한다. 상기 팬(334)은 실선 화살표로 나타낸 방향으로 덕트(331) 내에서 루프를 따라 순환하는 공기 흐름을 확립하도록 제어하는데 적당하다.
도64 의 모듈같이, 도65 의 히터모듈(330)은 노출된 와이어 저항 형태의 가열요소(336)를 가지며, 상기 가열요소(336)는 가열요소(336)를 떠나는 공기 흐름의 온도를 측정할 수 있도록 하는 온도 탐침(337)과 함께 팬(334)으로부터 다운스트림에 위치한다.
히터모듈(330)은 이에 더하여 밸브(3313, 3315)를 통하여 한 끝단은 상기 주입덕트(333)에 연결되고 다른 끝단은 흡입덕트(335)에 연결되는 분기 덕트(3310)를 포함한다. 이 덕트는 상기 시트(XIV)가 이동하는 덕트(332)와 평행하게 연장된다.
상기 히터모듈(330)은 찬 공기를 불어 넣는 수단을 포함한다. 이들 수단은 시트(XIV)가 이동하는 흡입부분(335) 바로 안으로 열린 가로 방향 불기 덕트(339, lateral blow-in duct)에 연결되는 압축기(338)를 포함한다.
시트(XIV)가 구동되는 동안, 상기 밸브(3313, 3315)는 실선 화살표로 표시되는 경로를 따라 덕트(331)에서 루프를 따라 공기 흐름이 순환하도록 제어된다. 상기 가열요소(336)는 상기 시트(XIV)가 더운 공기 흐름에 영향을 받도록 작동한다. 공기 흐름의 온도는 탐침(337)에 의하여 측정되며, 상기 가열요소는 측정된 온도를 함수로 하여 조절 수단에 의하여 동적으로 조정된다.
시트(XIV)의 이동이 정지하는 즉시, 가열요소(36)는 꺼질 수 있고 압축기(338)는 동작한다. 상기 압축기(338)는 상기 시트(XIV)가 정지하고 있는 부분(332) 안으로 찬 공기를 불어 넣는다.
밸브(3313)는 팬에 의하여 주입된 공기 흐름이 우회 덕트(3310)를 향하도록 제어된다. 밸브(3315)는 우회 덕트(3310)에서 순환하는 공기가 히터모듈(330) 밖으로 분출될 수 있도록 제어된다. 그래서 팬(334)에 의하여 구동되는 공기는 더 이상 시트(XIV)로 보내지지 않는다. 우회 덕트(3310) 안에서 팬(334)에 의하여 구동되는 공기 흐름의 순환은 점선 화살표로 표시된 바와 같이 밖을 향하여 찬 공기 흐름을 흡입하는 흡입을 만든다.
히터모듈(330)은 더운 공기 흐름을 전환시킬 수 있도록 하며, 결과적으로 찬 공기 흐름의 효율을 증가시킨다. 이것은 가열요소(336)의 정지를 피할 수 있게 한다. 그래서 더운 공기 흐름이 부분(332)으로 다시 인도될 때, 상기 더운 공기는 이미 원하는 가열 온도이다.
이하에서 도17 내지 20 에 도시한 방법으로 또 다른 시트에 대하여 시트가 가로 방향으로 위치하는 것을 가능하게 하는 언와인더 및 정렬 수단을 상세하게 설명한다.
이러한 수단들은 다음 문제를 해결하려는 것이다.
와인딩 형태의 에너지 저장 장치 영역의 관심은 상기 장치 사이에 만들어지는 직렬 및 병렬 연결을 가능하게 하는 전기적 연결을 만들고 있다. 이들 연결은 여러 층 사이의 단락을 방지하는 반면, 와인딩의 어떤 얇은 층으로 만들어지는 연결을 가능하게 하여야 한다.
그러한 연결을 용이하게 만들기 위하여, 와인딩 동안 사용될 수 있는 하나의 해법은 감겨진 시트의 또 다른 시트에 대한 가로 방향 위치를 제어하는 데 있다. 그래서 최종 와인딩에서, 어떤 층은 다른 층의 가장자리에 대하여 어느 정도 가장자리가 돌출되도록 위치한다.
예에 의하면, 이러한 기술은 와인딩의 측면에 금속을 위치시키는 것을 가능하게 하며, 상기 금속은 하나 또는 몇몇 층의 나선으로 감긴 길이 방향 가장자리에만 위치한다. 상기 층들 사이의 가로 방향 오프셋(offset)은 연결을 만들 때 층들을 또 다른 층으로부터 구별할 수 있게 한다.
에너지 저장 셀을 만드는 자동 기계에 관련해서, 또 다른 시트에 대한 시트의 이러한 위치는 특정 위치 시스템을 사용하여 가능하게 된다. 어떤 시트의 길이 방향 가장자리의 하나를 확인하는 위치 센서는 시트들의 이동 경로에 위치한다. 언와인더 및 정렬 시스템은 상기 센서에 의하여 제공된 정보의 함수로서 시트 가장자리의 위치를 동적으로 조정하게 된다.
그러나 상기 언와인더 및 정렬 시스템들의 적용에 있어서 고려되는 결점은 부피가 크다는 것이다. 이러한 결점은 에너지 저장 셀을 만드는 자동 기계에서 특히 불편하다. 상기 기계는 크기가 작은 무수(anhydrous)실과 같은 무수 환경에 설치될 필요가 있다. 결과적으로 상기 부분들은 기계의 최종적인 전체 크기를 최소화하기 위하여 가능한 한 작게 할 필요가 있다.
더구나, 에너지 저장 셀을 만들기 위하여 자동 기계에 사용되는 상기 언와인더 및 정렬 시스템은 가능한 한 짧은 길이의 시트와 작용할 필요가 있다. 상기 기계에서 사용되는 시트는 자체로 강성이 없기 때문에, 시트의 길이가 길어질수록 비틀림이나 주름과 같은 손상을 받을 가능성도 높아진다.
본 발명의 목적은 컴팩트하고, 와인딩의 형태로 자동적으로 에너지 저장 장치를 만들기 위한 제약과 양립할 수 정렬 기구를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이러한 관계에 있어서, 상기 목적은 적층된 시트 구조를 만들기 위한 기구에 의하여 이루어지며,
상기 기구는 단층 또는 다층 시트들을 공급하기 위한 공급수단과, 상기 시트들을 구동하기 위한 구동수단과, 적층을 형성하기 위하여 다수의 공급 수단으로부터 공급되는 시트를 중첩시키기 위한 수단으로 이루어지며,
상기 기구는 최소 하나의 시트를 위한 최소 하나의 공급수단을 장치하는 이동지지부를 구비하며, 상기 이동지지부는 적층되는 시트의 다른 시트에 대한 가로 방향 위치를 수정하기 위하여 축에 대하여 진동하는데 적합하다는 것에 특징이 있다.
상기 기구는 유리하게도 언와인더와 정렬 기능을 통합하는 것을 가능하게 한다. 상기 공급수단은 이동지지부와 함께 언와인더 시스템과 정렬 시스템을 형성한다.
결과로서, 본 발명의 상기 기구는 종래 기술에 의한 시스템보다 컴팩트하다.
더욱 상세하게 설명하면, 이동지지부의 진동축은 다음과 같이 정의된다:
- 상기 진동축은 이동지지부에 설치되는 구성으로부터 나오는 필름의 이동 방향에 평행하게 연장한다;
- 상기 진동축은 상기 시트의 중심을 포함하는 평면에서 연장된다; 그리고
- 상기 이동지지판 위에 고정된 공급수단은 상기 시트가 풀리는 공급 릴을 포함하고, 상기 지지부의 진동축은 공급 릴의 회전축과 교차한다.
본 발명은 또한 다층 와인딩의 형태로 전기 에너지 저장 장치를 제조용 장치를 제공하며, 상기 기구는 결과적인 적층을 감는 수단과 함께 적층된 시트 구조를 만드는 상기 기구를 포함하는데 특징이 있다.
상기 언와인더 및 정렬 기구는 특히 상기 공급수단(100, 200, 300)이 설치되는 지지부를 구비하며, 상기 지지부는 이동플레이트 형태이다.
도66 에 도시된 바와 같이, 저장 장치를 제조용 장치는 공급수단(100, 200, 300)이 설치되는 세 개의 이동플레이트(190, 290, 390)을 가진다.
상기 플레이트(190)는 적층(90)의 언와인더(104), 롤러(110, 112) 그리고 또한 스크래퍼 시스템(122)과 필름 와인더(124)를 포함하는 필름제거장치(120)를 지지한다.
상기 플레이트(290)는 리튬언와인더(204), 롤러(210, 212), 필름 공급롤러(240, 250) 그리고 또한 가압롤러(262, 264)를 지지한다.
상기 플레이트(390)는 적층(92)이 풀리는 언와인더(304), 롤러(310, 312) 그리고 또한 스크래퍼시스템(322)과 필름 와인더(324)를 포함하는 필름제거장치(320)를 지지한다.
상기 플레이트(190, 290, 390)는 각 축(101, 201, 301)에 대하여 진동하도록 설치된다. 각 축(101, 201, 301)은 필름의 중앙을 포함하는 평면에서 연장된다. 이에 더하여, 각 축(101, 201, 301)은 언와인더(104, 204, 304)의 회전축(102, 202, 302)과 교차한다.
결과로서, 상기 축(101, 201, 301)은 상기 플레이트(190, 290, 390)와 평행하며, 언와인더(104, 204, 304) 중심을 관통한다.
도67 에서, 도시된 언와인더 및 정렬은 적층(90)의 언와인더로 역할을 하는 적층(90) 릴(104)을 지지하는 플레이트(190)와, 필름제거롤러(124)(점선으로 표시한)와, 플레이트(190)에 대하여 회전하도록 설치되는 롤러(114)를 포함한다. 플레이트(190)에 설치되는 구성들을 떠나는 시트의 이동 방향은 화살표로 표시한 바와 같다. 플레이트(190)는 축(101)에 대하여 프레임에 상대적으로 진동하는데 적당하다. 도67 에서 볼 수 있는 바와 같이, 축(101)은 언와인더(104)의 회전 축(102)과 0점에서 교차하며, 필름의 가운데를 포함하는 평면에서 필름의 이송 방향에 평행하게 연장한다.
도66 에 도시된 바와 같이, 축(101, 201, 301)은 공급수단(100, 200, 300)으로부터 오는 시트 편의 이송 방향과 평행하며,
이것은 진동 축(101)이 출구의 롤러(114)와 핀치롤러(400, 410) 사이에서 연장하는 시트 편(적층 50, 60, 80)의 방향과 평행하다는 것과;
진동 축(201)이 출구의 롤러(262, 264)와 핀치롤러(400, 410) 사이에서 연장하는 시트 편(리튬 40)의 방향과 평행하다는 것과;
진동 축(301)이 출구의 롤러(314)와 핀치롤러(400, 410) 사이에서 연장하는 시트 편(적층 83, 10, 20, 30)의 방향과 평행하다는 것을 의미한다.
각 공급수단(100, 200, 300)으로부터 각각 오는 시트들의 이동 경로에 위치한 감지수단(140, 280, 340)은 계속 이들 필름의 길이 방향 가장자리의 가로 방향 위치를 측정한다. 상기 플레이트(190, 290, 390)들은 상기 감지수단(140, 280, 340)에 의해서 제공되는 측정값의 함수로서 서보-제어되는 구동 수단에 의하여 축(101, 201, 301)에 대하여 회전한다. 상기 구동 수단은 0.005초의 응답 시간을 보일 필요가 있다. 예를 위하여, 이러한 구동 수단은 전기, 유압, 공압 액추에이터, 전자석, 또는 다른 형태의 특정 응답 시간에 적합한 액추에이터로 이루어질 수 있다.
결과로서, 시트들이 가압롤러(400, 410)에서 적층으로 조합되는 동안 다른 시트들에 대한 시트들의 가로 방향 위치는 정확하게 조정될 수 있다.
이러한 기구에 의하여, 여러 시트들에 적용되는 응력은 종래의 프레임 정렬에 의해서 발생하는 응력과 유사하다. 특히 이러한 기구 시트 편에 변형을 발생시키는 가로 방향 하중을 발생시키지 않는다. 상기 시트들은 그들의 중립 파이버(fiber)들에 대하여 소량의 비틀림을 받으며, 그럼으로써 상기 플레이트를 떠나는 시트에 발생하는 응력은 최소화된다.
볼 수 있는 바와 같이, 상기 필름제거장치(120, 320)는 공급 릴(104, 304)과 함께 각각의 플레이트(190, 390)에 설치된다. 상기 롤러(114, 314)는 모두 언와인더 및 정렬 시스템으로부터 출구 롤러로 작용하며, 상기 시트가 끝까지 상기 필름제거 스크래퍼(122, 322)와 동일 평면을 유지하도록 위치시키는 롤러로 작용한다.
리튬 릴(204)은 상기 필름 공급롤러(240, 250)와 함께 플레이트(290)에 설치된다는 것을 알 수 있다. 상기 가압롤러(262, 264)는 두 필름(84, 85) 사이에 끼인 애노드(40) 리튬 시트를 구동시킨다.
상기 플레이트(290)는 또한 시트의 느슨해 짐을 들어올리는 슬랙테이크업(slack take-up)수단을 포함한다. 상기 수단은 리튬 언와인더(204)에 설치되는 회전 암(292)을 포함하며, 상기 플레이트(290)와 암(292) 사이에 위치하는 롤러(210)와 슬랙테이크업 스프링(294)을 가진다.
리튬 시트 위에서 당기는 가압롤러(262, 264)는 암(292)을 상기 언와인더(204)의 풀림 방향으로 회전하게 한다. 느슨해진 시트가 있으면, 시트 구동력과 스프링(294)의 복원력이 평형을 이루어 시트가 장력을 유지하도록 상기 슬랙테이크업 스프링(294)은 암(292)을 반대 방향으로 구동시킨다.
플레이트(190, 390)는 상기 릴(104, 304)과 결합하는 동동한 슬랙테이크업 수단을 가질 수 있다.
이하에서는 도68 내지 71 에 도시된 바와 같은 절개모듈(270)에 대하여 상세하게 설명한다.
이 모듈은 다음과 같은 문제를 해결하기 위한 것이다.
평탄한 형상은 저장 장치를 쌓는 것과 다수의 장치를 직렬 및/또는 병렬로 연결하는 것을 용이하게 한다.
그러나 종래의 절단 기구로 최종 적층을 절단하는 단계는 일반적으로 적층에 끼이게 하며, 이것은 최종 저장 셀에 특히 유해하다.
이러한 끼임은 여러 층이 서로 접촉하게 하여 단락을 발생시킨다. 이러한 현상은 와인딩을 마무리하고 와인딩 끝단이 나풀거리는 것을 방지하기 위하여 절단 끝 면을 가열하고 가압할 때 악화된다.
본 발명의 두 번째 목적은 절단 단계 동안 단락이 생기는 것을 막으면서 다층 전기 에너지 저장 장치가 자동으로 그리고 연속적으로 생산될 수 있게 하는 것이다.
본 발명의 관계에 있어서, 이러한 목적은 단층 또는 다층 시트들을 공급하기 위한 수단과, 상기 시트들을 이송하기 위한 구동수단과, 적층으로 상기 시트들을 일체화하기 위한 수단 그리고 상기 시트들을 다층 와인딩으로 감기 위하여 채택된 만드렐을 포함하는 에너지 저장 장치를 만들기 위한 기구에 의해서 이루어지며,
상기 기구는 제1 절단수단에 의하여 절개된 층(들)이 적층 와인딩의 말단에서 다른 층에 비하여 후퇴하도록 적층을 이루는 한층 이상의 층을 그 이송 방향에 대하여 가로로 절개하기 위한 제1 절단수단과, 적층의 이송 방향에 대하여 가로로 다른 층을 절개하기 위한 제2 절단수단을 포함하는데 특징이 있다.
적층에서 미리 어떤 층들을 절개함으로써, 본 발명의 방법은 최종 적층을 이루는 모든 층을 동시에 절단하는 것을 방지한다. 이러한 방법은 모든 층이 함께 끼이는 것을 방지한다.
도68 내지 71 에서, 상기 절개모듈(270)은 두 보호필름(84, 85) 사이에 끼인 중앙 리튬 애노드(40) 층에 의해서 형성된 적층의 이동 경로 양측에 위치하는 이동 해머(272)와 정지 받침(274)을 포함한다.
상기 해머(272)는 그 말단에 더 두꺼운 타격부(2725)를 나타내는 암으로 이루어진다. 상기 더 두꺼운 타격부는 또한 필름제거 마루(ridge)로도 작용한다.
상기 받침(274)은 일반적으로 적층(84, 40, 85)의 이동 방향에 대하여 가로 방향으로 연장되며 상기 해머(272)의 더 두꺼운 타격부(2725)와 일치하는 타격 가장자리(2740)를 가진다.
상기 타격 가장자리(2740)는 접촉하여 오는 적층을 베지 않도록 하기 위하여 예리하지 않으며 오히려 무디다. 상기 받침(274)은 필름제거 마루(2744)에 의하여 연장된다.
도68 에서, 적층(84, 40, 85)은 일정 속도로 이동하며, 절개모듈(270)은 정지하고 있다. 상기 해머(272)와 받침(274)은 적층(84, 40, 85)과 평행하게 연장된다. 적층(84, 40, 85)이 이동하면서, 상기 필름(84, 85)은 필름제거 마루(2744, 2725)의 표면을 따라 각각 안내되어 끌려간다. 필름이 벗겨지는 동안 뒤로 접히도록 하기 위하여 이러한 표면은 적층(84, 40, 85)에 대하여 90˚이상의 각을 형성한다.
도69 에서, 상기 해머(272)가 작동된다. 상기 해머는 아래로 움직이며, 해머의 더 두꺼운 부분은 받침(272)의 타격 가장자리(2740)에 부딪치면서 적층(84, 40, 85)을 타격한다. 상기 더 약한 리튬층은 가장자리(2740)를 따라 파손되는 반면, 상기 필름(84, 84)은 해머(274)의 타격을 견디는데 적당한 재료로 만들어진다. 절개모듈(270)이 작동하는 것과 동시에, 상기 모듈(270)로부터의 업스트림에서 적층(84, 40, 85)의 이동은 핀치롤러(262, 264)에 의하여 멈춘다(도7 참조). 상기 절개모듈로부터 다운스트림에서 상기 리튬은 적층 수단에 끌려 계속 이동한다.
도70 에서, 리튬층에서 일단 원하는 간격(l)이 얻어지면, 상기 해머(272)는 상승하고, 상기 적층(84, 40, 85)은 구동 모드에서 작동하는 상기 롤러(262, 264)에 의하여 다시 구동된다.
상기 절개모듈(270)은 적층(10, 20, 30, 40, 50, 60)에서 리튬이 없는 길이(l)의 간격을 얻는 것을 가능하게 한다.
도71 에 도식적으로 도시된 바와 같이, 상기 절단수단(550)은 상기 리튬 층(40)에 형성된 길이(l) 간격의 실질적으로 중간에서 계속해서 전체 적층을 절개한다(도에서 음영 층).
결과로서, 상기 애노드(40) 층은 와인딩의 선단 및 말단에서 최종 와인딩을 이루는 다른 층들로부터 후퇴한다(도21 참조).
위에 기술한 절개모듈은 타격 가장자리를 가지는 받침과 해머를 구비한다. 본래, 상기 가장자리는 상기 해머 또는 받침에 동등하게 구비될 수 있다.
본 발명은 캐퍼시터, 수퍼캐퍼시터, 및 배터리 제조에 적용된다.
Claims (77)
- 전력저장어셈블리(En) 제조용 장치에 있어서, 시트 구조를 공급하기 위한 다수의 공급수단(100, 200, 300)과, 상기 다수의 공급수단으로부터 받은 시트 구조를 적층시키는 수단(400, 410), 결과적인 적층을 감기 위한 와인더수단(610), 그리고 상기 공급수단, 적층 수단 그리고 와인더수단을 연속적으로 동기 제어하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제1 항에 있어서, 상기 장치는 한 쌍의 가압롤러(400, 410)에 의하여 형성되는 적층수단(C, 400, 410)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 일반적으로 시각대 형태의 단면을 가지는 만드렐을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 만드렐(610)은 감기는 적층의 넓이보다 길이가 긴 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 원형으로 대칭이 아닌 만드렐(610)과, 공급되는 상기 시트의 선속도를 일정하게 하기 위하여 일정하지 않은 제어된 각속도로 상기 만드렐(610)을 회전시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와인더 만드렐(610)의 회전 각속도는 각 회전 당 두 개의 최고 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, r0는 만드렐(610) 만의 반지름을, F는 수정 계수를, n은 현재의 감김 회수를, 그리고 e는 만드렐(610)에 감기는 적층의 두께를 나타내고, 와인딩 반지름 r은 식 r=r0+(F·n·e)에 의해서 결정되며, V는 원하는 적층의 일정한 선속도를 나타낼 때,상기 만드렐(610)의 회전 속도는 식 ω=V/(2·π·r)에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가압롤러(620)는 상기 와인더 만드렐(610)과 결합하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가압롤러(620)는 상기 가압롤러(620)의 회전 축에 대한 편심된 축(625)에 대하여 회전하도록 설치되는 회전장치(624)에 구비되는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가압롤러(620)를 구비하는 회전장치(624)는 만드렐(610) 각속도의 두 배의 각속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제10 항에 있어서, 상기 회전장치(624)는 속도비 2로 상기 만드렐(610)의 회전에 의하여 기계적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 만드렐(610)은 두 개의 인접한 조우(612, 614)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제12 항에 있어서, 상기 두 개의 조우(612, 614)은 대칭이며, 상기 대칭면은 만드렐(610)의 회전축(611)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제12 항 또는 제13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 만드렐(610)을 이루는 두 개의 조우(612, 614)을 상대적인 열린 위치로 이동시키는데 적합한 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제12 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 만드렐(610)을 이루는 두 개의 조우(612, 614)을 그들의 접촉면에 대하여 각각 평행하게 이동시키는데 접합한 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 와인딩이 만드렐로부터 분리된 위치로 추출된 후 만드렐(610)에서 형성된 상기 와인딩을 평탄화하기에 적합한 프레스(710)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 세 개의 공급수단으로부터 오는 시트를 적층시키기 위하여 적층수단(C, 400, 410)과 세 개의 시트 공급수단(104, 204, 304)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 캐소드(60)과 전해질(50)을 구비하는 조합체(90); 애노드(40) 시트를 구비하는 조합체(40); 그리고 콜렉터(10), 캐소드(20) 그리고 전해질(30)을 구비하는 조합체(92)를 각각 공급하는 세 개의 공급수단(104, 204, 304)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 적층수단(C, 400, 410)으로부터 업스트림에 위치하는 가열수단(130, 330)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열수단(130, 330)은 오븐을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제19 항에 있어서, 상기 가열수단은 가열롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제19 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열수단은 처리된 시트를 계속 냉각시키는데 적당한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 적어도 하나의 보호필름으로 덮인 적어도 하나 이상의 시트를 구비하는 적어도 하나 이상의 조합체(90, 92)를 공급하는데 적합한 수단(104, 304)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 조합체에 위치한 최소한 하나의 필름을 제거하는데 적합한 필름제거수단(122, 322, 220, 225, 541, 543)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름제거수단은 필름을 구비하는 상기 조합체에 대하여 갑자기 적어도 60˚로 보호필름을 전환시키는데 적합한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제24 항 또는 제25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름제거수단은 제거되는 필름의 변위 면에 가까이 그리고 제거 지점으로부터 업스트림에 변위 방향의 다운스트림으로 향하는 가장자리의 볼록한 측부를 가지는 무딘 가장자리(232)를 구비하며, 상기 가장자리는 가장자리 위로 당겨져 필름이 변형될 때 상기 시트를 덮는 보호필름을 미소 긴장시키는데 적합한 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제24 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 필름에 작용하는 인력을 조정하는데 적합한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제24 항에 있어서, 상기 필름제거수단은 용제 분사를 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제24 항에 있어서, 상기 필름제거수단은 필름과 필름이 제거된 조합체가 분기하는 영역에 공기를 분사하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 애노드(40) 시트의 적어도 어느 한 외측 면에 적어도 하나의 보호필름을 적용하는데 적합한 어플리케이터수단(262, 264)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드(40) 시트는 리튬 시트인 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 적어도 90˚ 이상의 감김호에서 애노드(40) 릴의 주위로 필름(84)을 적용하는데 적합한 수단(240)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 적층 위치(400, 410)로부터 업스트림에서 적어도 하나의 필름(84, 85)을 제거하는데 적합한 수단(220, 225)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 감김 위치(610)로부터 업스트림에서 적어도 하나의 필름(80, 83)을 제거하는데 적합한 수단(541, 543)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 관련된 적어도 몇몇 시트에 보호필름(84, 85)을 위치시키는데 적합한 수단(240, 250)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 구동 기능을 형성하며 관련된 적어도 몇몇의 시트를 덮는 필름(80, 81, 82, 83, 84, 85)을 사용하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 시트 경로의 롤러에 대하여 시트의 반 접착 보호 기능을 수행하고, 관련된 최소 몇몇 시트를 덮는 필름(80, 81, 82, 83, 84, 85)을 사용하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 관련된 시트의 길이 방향 가장자리의 상대적인 위치를 조정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 수단은 공급 언와인더를 움직이는 변위 수단과 위치 센서(140, 280, 340)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변위 수단은 공급 언와인더를 가지는 지지플레이트를 피벗 하도록 하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제39 항 또는 제40 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변위 수단은 공급 언와인더를 가지는 지지플레이트를 적층수단(400, 410)으로부터 업스트림으로 운반된 시트 편에 평행한 축(102, 202, 302)에 대하여 피벗 하도록 하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제39 항 내지 제41 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변위 수단은 공급 언와인더를 지지하는 지지플레이트를 공급 언와인더(104, 204, 304)의 회전 축과 교차하며, 공급 릴의 폭의 반을 지나는 평면에 포함되는 축(102, 202, 302)에 대하여 피벗 하도록 하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 관련된 시트를 절개하기 위한 절개수단(272, 274, 552)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 애노드(40) 시트를 절개하기 위한 절개수단(272, 274)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 필름들을 파손하지 않고 두 필름(84, 85) 사이의 애노드(40) 시트를 절개하기 위한 절개 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제43 항 내지 제45 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 애노드(40) 시트를 절개하기 위한 절개수단(272, 274)을 포함하며, 상기 절개수단은 해머(272)와 받침(274)에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 해머(272)와 받침(274)은 적어도 하나의 타격 가장자리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 시트를 절개하기 위한 절개수단(272, 274)과, 시트에 간격을 생성하기 위한 파손으로부터 다운스트림에 위치한 편을 구동하기 위한 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절개된 시트는 애노드(40) 시트인 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 적층을 완전하게 절개하기 위한 절개수단(552)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 볼록 마루를 형성하는 두 경사부의 예리한 모서리를 가지는 날에 의하여 형성되는 절개수단(552)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 모터 구동 언와인더(104, 204, 304)와 와인더(124, 324, 524, 548)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 구동 언와인더(104, 204, 304)는 제동 모드에서 계속 제어되는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제52 항 또는 제53 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와인더(124, 229, 324, 542, 546)는 모터 구동되며 토크가 제어되는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제52 항 내지 제54 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 언와인더(104, 204, 304)와 와인더(124, 324, 542, 546)는 와인딩 직경을 고려한 신호에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 적층의 운반 길이를 측정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 전류 콜렉터 시트(10)에 국부적인 중단 절단을 만들기 위한 절단수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 콜렉터 시트를 국부적으로 절단하기 위한 상기 절단수단은 콜렉터의 제1 면을 향하도록 위치하며, 다른 면을 향하여 위치하는 두 롤러(526, 528)와 결합하는 진동날(524)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 제57 항 또는 제58 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 국부적인 절단수단(524)의 변위는 만드렐(610)의 변위에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 가열적층롤러(400, 410)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 직경이 최소 약20㎜인 적층롤러(400, 410)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 칸막기(900)에 의하여 나누어지는 두 부분을 구비하며, 첫 번째 부분은 관련된 시트와 적층을 움직이는 모든 수단을 수용하며, 두 번째 부분은 모든 제어수단을 수용하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트의 변위를 보증하기 위한 수단을 수용하는 부분은 제어된 압력 하에 위치하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 시트를 용이하게 위치시키기 위하여 명령으로 시트 처리 수단을 후퇴시키는데 적합한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 다층 시트 조합체의 형태로 시트를 중첩시켜 감기 위한 만드렐(610)을 포함하며 상기 항에 따르는 에너지 저장 장치를 만들기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 명령으로 만드렐(610)의 수직 단면을 변경시키는데 적합한 수단(670, 680, 800)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 적층된 시트를 감기 위한 수단과 적층된 시트를 구동하기 위한 구동수단을 포함하며 상기 항에 따르는 에너지 저장 장치를 만들기 위한 장치에 있어서; 상기 구동수단은 각각 매스터 쌍과 종속 쌍(532와 534 그리고 400과 410; 400과 410 그리고 262와 264)으로 이루어지는 적어도 한 쌍의 구동수단과, 매스터 구동수단(532와 534; 400과 410)과 종속 구동수단(400과 410; 262와 264)을 서보제어하기 위한 제어수단을 구비하고; 상기 매스터 구동수단(532와 534; 400과 410)은 적층된 시트의 이동 경로 위에서 종속 구동수단(400과 410; 262와 264)으로부터 다운스트림에 위치하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장어셈블리 제조용 장치.
- 적층된 시트를 구동하기 위한 구동수단(532, 534, 610)과, 적층된 시트를 감기 위한 와인더수단(610)과, 와인딩의 끝에서 적층된 시트를 절개하기 위한 절단수단(550)을 구비하며 상기 항에 따르는 에너지 저장어셈블리 제조용 장치에 있어서; 상기 장치는 적층된 시트를 가열하기 위한 가열수단(562)과, 와인딩 말단이 와인딩 조합체의 표면에 부착하도록 와인딩 조합체의 표면에 대하여 시트의 와인딩 말단을 가압하기 위한 프레스 수단(580)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장어셈블리 제조용 장치.
- 적층된 시트를 구동하기 위한 구동수단과, 적층된 시트(10, 20, 30, 40, 50, 60)를 감기 위한 와인더수단(610)을 구비하며 상기 항에 따르는 전력저장어셈블리 제조용 장치에 있어서; 상기 장치는 편 위로 적층된 시트를 긴장시키기 위한 긴장수단(532, 534, 570, 610)과, 긴장된 편을 통하여 공기에서 상기 적층된 시트(10, 20, 30, 40, 50, 60)를 연속으로 절단하도록 작동되는데 적합한 이동 절단수단(550)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 상기 항에 따르는 전력저장어셈블리 제조용 장치에 있어서; 상기 장치는 상기 시트(XIVXIV연장되는 덕트(331) 부분(332)과, 상기 부분(332)으로 찬 공기 흐름과 더운 공기 흐름을 교대로 순환시키도록 하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리 제조용 장치.
- 단층 또는 다층 시트를 공급하기 위한 다수의 공급수단(100, 200, 300)과, 상기 시트를 구동하기 위한 구동수단과, 적층을 형성하기 위하여 상기 다수의 공급수단으로부터 오는 시트를 중첩시키기 위한 수단(400, 410)을 구비하며, 상기 항에 따르는 적층된 시트 구조를 만들기 위한 장치에 있어서; 상기 장치는 적어도 하나의 시트를 위한 최소한 하나의 공급수단(100, 200, 300)이 설치되는 이동지지부(190, 290, 390)를 포함하며, 상기 이동지지부(190, 290, 390)는 적층의 상기 시트가 다른 시트에 대하여 가로 방향으로 위치를 변경하기 위하여 축(101, 201, 301)에 대하여 진동하도록 하는데 적당한 것을 특징으로 하는 적층된 시트 구조를 만들기 위한 장치.
- 단층 또는 다층 시트(90, 40, 92)를 공급하기 위한 공급수단(100, 200, 300)과, 상기 시트를 이동하도록 하는 구동수단(510)과, 상기 시트를 적층(96)으로 일체화하는 수단(C)과, 다층 와인딩(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 형태로 시트를 감기 위한 만드렐(610)을 구비하며, 상기 항에 따르는 에너지 저장 장치를 만들기 위한 장치에 있어서; 상기 장치는 적층 이동 방향에 대하여 가로로 상기 적층(96)을 이루는 하나 이상의 층(40)을 절개하기 위한 제1 절단수단(270)과, 제1 수단(270)에 의하여 절개된 층(들)(40)이 적층(96) 와인딩의 말단에서 다른 층들(10, 20, 30, 50, 60)에 대하여 후퇴하도록 적층 이동 방향에 대하여 가로로 다른 층들(10, 20, 30, 50, 60)을 절개하는 제2 절단수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층된 시트 구조를 만들기 위한 장치.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 공급수단과, 적층수단과, 그리고 와인더수단에 의하여 이루어지는 적어도 세 개의 수단은 각각의 구동수단과 결합하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 전력저장어셈블리를 만드는 방법에 있어서, 상기 방법은 각각의 공급수단(104, 204, 304)으로부터 다수의 시트 구조를 공급하는, 상기 다수의 공급수단(104, 204, 304)으로부터 받은 필름 구조(90, 40, 92)를 적층하는(400, 410), 결과적인 적층을 감는(610) 단계들로 이루어지며, 계속적으로 상기 공급수단(104, 204, 304), 적층수단(400, 410) 및 와인더수단(610)을 동기제어하는 것을 특징으로 하는 전력저장어셈블리를 만드는 방법.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적층하는 단계와 와인딩하는 단계는 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 만드는 방법.
- 제73 항 또는 제74 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급수단의 최소 어느 하나는 본래의 위치에서 초기에 최소 두 개의 분리된 시트의 적층을 위한 수단에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제73 항 내지 제75 항 중 어느 한 항에 따르는 최소 하나의 전류 콜렉터(10)와, 채워진 중합체를 기초로 하는 캐소드(20)과, 채워진 중합체를 기초로 하는 고체 전해질(30)과, 바람직하게는 리튬을 기초로 하는 금속 애노드(40)이 얇은 판의 형태로 만들어지는 시트 중첩 조합체에 형성된 내부 응력을 최소화하는 평탄 와인딩으로 이루어지는 에너지 저장 셀을 제조용 장치에 있어서;상기 방법은 상기 시트를 함께 적층시키는, 시각대 형태의 단면을 가지는 거의 평탄 만드렐(610)에 상기 시트를 감는, 그리고 마지막으로 저추력 압으로 상기 와인딩을 평탄하게 가압하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제76 항에 따르는 방법을 실행하여 얻어지는 내부 응력이 최소화된 평탄 와인딩으로 이루어지는 에너지 저장 셀에 있어서, 상기 셀은 적어도 하나의 전류 콜렉터(10)와, 채워진 중합체를 기초로 하는 고체 전해질(30)과, 바람직하게는 리튬을 기초로 하는 금속 애노드(40)이 함께 적층되며, 시각대 형태의 단면을 가지는 거의 평탄 만드렐(610)에 감기며, 최종적으로 저추력 압으로 평탄하게 가압되어 얇은 판의 형태로 만들어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 셀.
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