KR20230025774A - 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 지지 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 지지 장치(50)는 공급 평면(feeding plane, FP)을 따라 선형으로 이동가능한 지지 요소(51), 간헐적인 방식으로 지지 요소(51)를 구동하도록 구성된 액추에이터 시스템, 가변 속도로 회전하도록 구성된 제1 롤러(54), 및 제1 롤러(54)와 대향하는 제2 롤러(55)를 포함한다. 추가 액추에이터 시스템은 제1 롤러(54)의 속도를 제어하여 지지 요소(51)의 간헐적인 이동을 보상하도록 구성된다.

Description

전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 지지 장치 및 방법

본 특허 출원은 2020년 4월 14일에 출원된 이탈리아 특허 출원 제102020000007840호, 및 2020년 4월 14일에 출원된 이탈리아 특허 출원 제102020000007849호로부터의 우선권을 주장하며, 그 전체 개시 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.

본 발명은 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 지지 장치, 기계 및 관련된 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 재충전가능한 배터리들의 제조에서 비배타적이지만 유리한 응용을 발견하며, 이에 대해 일반성을 잃지 않으면서 아래의 설명에서 이를 명시적으로 참조할 것이다.

재충전가능한 배터리들의 제조는 일반적으로, 가능한 단락을 피하도록 그리고 특히 전해질이 함침되도록 설계된 세퍼레이터 층에 의해 서로 이격된 전극들(양극 및 음극 - 캐소드 및 애노드)의 서로 상이한 층들의 중첩을 포함한다.

최근에 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 다양한 권선 장치들이 개발되었다. 이러한 장치들에서, 전극들과 세퍼레이터는 보통 직사각형의 비-원형 형상의 코어 주위에 감겨서, 일반적으로 코어의 원형도 부족으로 인해 유입 재료의 이동이 일정하지 않고 균일하지 않다.

권선 장치들에 공급되는 재료의 이동을 보다 일정하고 균일하게 하기 위해 다양한 보상 시스템들이 제안되었다.

문헌 제WO 2018146638호에는 크랭크 수단이 제공되고, 재료 밴드의 공급 및 권선을 균일한 방식으로 조절하도록 설계된 장치가 기술되어 있다.

권선될 재료 밴드는 전형적으로 전극들을 포함하며, 전극들은 권선 동안 전극들이 적층된 방식으로 올바르게 위치될 수 있도록, 즉, 전극들이 특히 엔드 탭(end tab)들이 정렬된 상태로, 이용가능한 가장 큰 표면을 따라 서로 대면하도록 미리 정의된 거리들(특히, 점진적 거리들)로 배열된다.

권선 동안 전극들의 위치를 확보하고 보존하기 위해, 즉 권선 중에 발생하는 충격으로 인한 적층될 전극들의 오정렬을 피하기 위해, 전극들과 적어도 하나의 연속적인 세퍼레이터 층은 이들이 세퍼레이터에 통합되도록, 따라서 안정적 접착을 보장하도록 압연(roll)된다.

그러나 압연 공정은 (보통 다공성인 세퍼레이터를 압축 및 가열함으로써) 세퍼레이터를 약화시키고, 따라서 금속(특히 리튬) 덴드라이트의 형성으로 인한 단락 가능성을 증가시키는데, 이 덴드라이트는 세퍼레이터를 통과하여 반대 극성을 갖는 2개의 전극들에서 전기 연결을 형성함으로써 배터리 내부에 단락을 발생시킨다.

또한, 공지된 권선 장치들에서는, 발생된 공기 흐름이 (예를 들어, 세퍼레이터의 탄성으로 인해) 권선될 재료의 가로 및 세로 방향의 양호한 정렬을 어렵게 할 수 있기 때문에 권선 속도를 크게 증가시키는 것이 종종 어렵다.

최근 제조업체에서는 코어의 비원형 형상을 수직 및 수평으로 보상하는 권선 장치들을 사용하여 재료 밴드 공급 속도를 실질적으로 일정하게 유지하려고 시도함으로써 이 문제를 해결하려고 노력했다. 그러나, 이러한 해결책은 권선 속도가 더 증가되게 하거나, 덴드라이트의 형성이 감소되게 하거나, 배터리의 안전성이 증가되게 하지 않는다.

또한, 권선 장치를 향하여 재료를 도입하는 공지된 지지 방법들은 많은 단점을 가지고 있는데, 그 이유는 권선 장치의 회전과 간섭되지 않기 위해, 재료가 일반적으로 장치에 가까워질 때까지 고정된 방식으로 지지되므로 전극들의 위치를 보존하기 위해 이전 압연을 이용하여 마지막 몇 센티미터 동안 재료를 매달아두기 때문이다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 적어도 부분적으로 극복하도록 설계되고 동시에 경제적이고 제조하기 쉬운 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 권선 장치, 기계 및 관련된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 본 명세서에 첨부된 독립항 및 바람직하게는 독립항에 직접적으로 또는 간접적으로 종속되는 종속항들 중 어느 하나에 청구된 바와 같은 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 지지 장치, 기계 및 방법이 제공된다.

첨부된 청구범위는 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하고 설명의 필수적인 부분을 형성한다.

본 발명은 이제 그의 일부 비제한적인 실시예들을 도시한 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 권선 장치 및 지지 장치의 제1 실시예를 포함하는 저장 디바이스들의 제조를 위한 자동 기계의 제1 부분의 사시도이다.
도 2는 도 1의 권선 장치의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 권선 장치의 개략적인 측면도이다.
도 4는 권선 장치의 제2 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 5는 한 쌍의 대향 권선 장치들을 포함하는 자동 기계의 제2 부분의 측면도이다.
도 6은 도 5의 제2 기계 부분의 상이한 실시예의 세부사항의 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 1의 지지 장치의 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 7의 지지 장치의 세부사항의 개략적인 사시도이다.
도 9는 저장 디바이스들의 제조를 위한 방법의 상이한 권선 및 지지 단계들의 개략적인 정면도이다.
도 10은 도 9의 단계들의 개략적인 평면도이다.

도 1에서, 숫자 1은 전체적으로 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 권선 장치를 나타낸다. 특히, 권선 장치(1)는 평면 형상(예를 들어, 밴드, 스트립, 시트, 필름 등)을 갖는 적어도 하나의 재료(2)를 권선하도록 구성된다. 보다 정확하게는, 장치(1)는, 특히 재충전가능한 배터리들(예를 들어, 리튬 이온 배터리들, 리튬 금속 배터리들 등)을 제조하도록 구성된 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 자동 기계의 부분이다. 도 1은 상기 자동 기계의 제1 부분을 도시한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 재료(2)는, 특히 적어도 하나의 전극(E) 및/또는 적어도 하나의 전극 세퍼레이터(S)(이는 공지되어 있으므로 더 이상 자세히 설명하지 않음)를 포함하는 다성분 재료이다. 보다 정확하게는, 재료(2)는 각각 이격된 적어도 2개의 전극 층(E)들 및 2개의 세퍼레이터 층(S)들을 포함한다.

일부 비제한적인 실시예들에서, 재료(2)는 복수의 (양 및/또는 음) 전극 블랭크(E)들이 그 위에(및/또는 그 사이에) 배열되는 하나 이상의 연속 세퍼레이터 스트립(S)들을 포함한다. 특히, 재료(2)는 동일한 제1(양 또는 음) 극성을 갖는 복수의 전극 블랭크(E)들이 그 사이에 배열되는 2개의 연속 세퍼레이터 스트립(S)들을 포함한다. 보다 정확하게는, 2개의 세퍼레이터 층(S)들의 (상부 또는 하부) 외측 부분들 중 하나에는 제1(음 또는 양) 극성과 반대인 동일한 제2 극성을 갖는 복수의 전극 블랭크(E)들이 있다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 전술한 자동 기계는 공급 평면(feeding plane, FP)을 따라 (보다 정확하게는, 이송 경로(conveying path, CP)(도 1, 도 3 및 도 7)를 따라) 권선될 재료(2)를 (특히, 적어도 부분적으로 일정한 속도로) 공급하도록 구성된 공급 시스템(예를 들어 공지된 유형의 시스템으로서, 본 명세서에 도시되지 않음)을 포함한다. 특히, 상기 공급 수단은 재료(2)에 포함된 각각의 연속 층(또는 공정 중에 절단되는 경우, 불연속 층)에 대한 권선해제 스풀(unwinding spool)(예를 들어, 전극 블랭크들에 의해 이격된 2개의 세퍼레이터들의 경우 2개의 권선해제 코일들, 또는 반대 극성을 갖는 2개의 연속 전극 층들에 의해 이격된 2개의 세퍼레이터 층들의 경우 4개의 권선해제 스풀들)을 포함하거나, 또한 중간 요소들이 사용되는 경우, 하나의 권선해제 스풀, 예컨대, 하프셀(halfcell)들(하나의 전극 층과 하나의 세퍼레이터 층의 중첩), 풀셀(fullcell)들(2개의 전극들과 그 사이에 하나의 세퍼레이터의 중첩), 모노셀(monocell)들(2개의 전극들과 2개의 세퍼레이터들의 교번적 방식의 중첩), 또는 바이셀(bicell)들(3개의 전극들과 2개의 세퍼레이터들의 교번적 방식의 중첩) 또는 이들의 조합을 포함한다.

도 1 내지 도 3의 비제한적인 실시예에서, 권선 장치(1)는 지지체(3) 및 액추에이터 디바이스(4)를 포함한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 지지체(3)는 내부에 일련의 가변축 기어들(미도시)을 포함한다. 따라서 기어들의 회전축의 위치를 변경하여 상이한 형식들의 권선이 허용된다.

유리하게는, 권선 장치(1)는 또한 액추에이터 디바이스(4)를 포함하며, 이는 전기 모터(5)(예를 들어, 브러시리스 모터) 및 운동 전달 요소(6)를 차례대로 포함한다(도 2 및 도 3). 보다 정확하게는, 운동 전달 요소(6)는 전동축이다.

도 1의 비제한적인 실시예에 따르면, 장치(1)는 복수의 전극(E)들(서로의 위에 적층됨)을 포함하는 권선(8)을 형성하는 (다성분) 재료(2)를 그 상에 권선하는 직사각형 형상의 코어(7)를 더 포함한다. 코어(7)는 지지체(3)에 회전 방식으로 온보드(on board)로 배열(기계적으로 장착)되고, 회전축(A1)을 중심으로 회전하도록 액추에이터 디바이스(4)에 의해(즉, 전달 요소(6)를 통해 모터(5)에 의해) 동작된다(동작되도록 구성된다).

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 운동 전달 요소(6)는 전기 모터(5)의 운동의 적어도 일부를 코어(7)에 전달하도록 구성된다.

일부 비제한적인 경우들에서, 코어(7)는 평평한 (금속) 핀으로 이루어진다. 특히, 상기 강성 핀은, 날카로운 모서리들로 인해 손상시키는 일 없이 재료(2)의 권선을 수반하기 위해 특히 둥근 모서리들을 갖는 평평한 프로파일을 갖는다.

다른 비제한적인 경우들에서, 코어(7)는 스트립, 즉 예를 들어 배터리의 제조를 위한 완성된 권선을 형성하는 데 필요한 재료(2)의 양의 (즉, 이송 경로(CP)를 따라 제1 전극 블랭크(E)를 포함하는 유닛의) 제1 셀로 이루어진다. 다음 셀들이 완성된 권선(8)을 형성하기 위해 제1 셀 주위에 권선된다. 이러한 방식으로, 제조 공정에서 금속 핀이 제거될 필요(이 작업은 일반적으로 최종 제품을 손상시킬 위험을 수반한다)가 없다.

명백하게, 코어(7)는 권선이 수행될 수 있도록 하는 임의의 형상(다면체, 타원형, 계란형, 다면체, 층 형상 등)을 가질 수 있다.

유리하게는, 장치(1)는 (적어도) 하나의 유지 요소(9, 9')를 포함하며, 이는, 권선 동안,

- 적어도, 유지 요소(9, 9')가 권선(8)과 접촉하는 재료(2)(특히, 세퍼레이터(S) - 또는 전극(E))의 적어도 일부분(10)을 유지하고, 따라서 재료(2)의 일부분(10)과 코어(7)의 측면(11)(하나가 도 1에서 상단에 도시되고, 반대쪽 표면(12)이 도 1에서 하단에 도시됨, 이들 표면들은 상호 교환 가능함) 사이의 상대적인 이동들을 피하는 폐쇄 구성(예를 들어, 도 1 내지 도 3의 비제한적인 실시예들에서 도시됨); 및

- 유지 요소(9)가 재료(2)가 코어(7)의 표면(11)(또는 표면(12))에 권선되도록 허용하는 개방 구성(예를 들어, 도 5, 도 6에, 그리고 도 9 및 도 10의 b, c 및 d 단계들에 도시됨)을 취하도록 구성된다.

다시 말해서, 폐쇄 구성 동안, 유지 요소(9, 9')는 권선(8)의 내부에서 (특히 전극(E)들이 세퍼레이터(S)에 압연되지 않은 경우) 전극(E)들의 원하지 않는 이동들을 피하기 위해 권선(8)의 외부 층과 접촉하고 그를 지지하는 반면, 개방 구성에서, 유지 요소(9, 9')는 권선(8)으로부터(특히, 회전축(A1)으로부터 반경방향으로 멀리) 이동되어(즉, 멀리 이동하도록 구성되어) 권선(8)을 완성하기 위해 코어(7) 주위에 재료(2)의 추가 층이 권선되도록 허용한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 폐쇄 구성에서, 유지 요소(9, 9')는 재료의 일부분(10)을 코어(7)의 측면(11, 12)을 향해(즉, 코어(7)를 향해) 밀도록 구성된다.

도 1 내지 도 3 및 도 7의 비제한적인 실시예에서, 권선 장치(1)는 또한 지지체(3)가 특히 회전축(A1)과 (상이한 그리고) 그에 대해 평행한 회전축(A2)을 중심으로 회전하도록 구성된 액추에이터 디바이스(13)를 포함한다. 특히, 지지체(3)는 액추에이터 디바이스(13)에 기계적으로 연결된다.

도 5의 비제한적인 실시예에서, 액추에이터 디바이스(13)는 전기 모터, 특히 토크 모터(다시 말해서, 운동의 전달을 위해 감속 기어를 필요로 하지 않는, 다수의 극을 갖는 모터)를 포함한다. 보다 정확하게는, 액추에이터 디바이스(13)는 관통 로터(즉, 좌우로 천공됨)를 갖는 토크 모터이다.

유리하게는, 전달 요소(6)는 액추에이터 디바이스(13)의 로터를 적어도 부분적으로(특히 좌우로) 통과한다. 이러한 방식으로, 액추에이터 디바이스(4)(즉, 모터(5)의)의 운동이 지지체(3), 특히 코어(7)로 전달될 수 있다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 전달 요소(6)와 액추에이터 디바이스(13)의 로터는 서로 동축이며, 특히 동심이다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 액추에이터 디바이스(4)와 제2 액추에이터 디바이스(13)는 서로 독립적으로 이동되도록 구성된다. 특히, 자동 기계(또는 장치(1))는 액추에이터 디바이스들(4, 13)을 서로 독립적으로 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어부를 포함한다. 보다 정확하게는, 제어부는 예를 들어 가상 마스터 축의 위치에 기초하여 전자 캠들에 의해 액추에이터 디바이스들(4, 13)을 제어한다.

도 1 내지 도 3의 비제한적인 실시예에서, 지지체(3)는 축(A2)을 중심으로 회전하도록 구성되고 코어(7)는 축(A1)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 특히, 축(A1)과 축(A2)은 서로 동축이 아니다. 보다 구체적으로, 축(A1)과 축(A2)은 서로 평행하다. 상세하게는, 축(A1) 및 축(A2)은 이송 경로(CP)에 수직이고 공급 평면(FP)에 평행하다.

유리하게는, 반드시 그런 것은 아니지만 도 1 내지 3의 비제한적인 실시예들에 따르면, 지지체(3)는 비대칭이다. 보다 정확하게는, 코어(7)의 지지를 위해, 즉 회전축(A1) 영역에서 더 큰 체적을 갖는다.

이러한 방식으로, 지지체(3)의 전체 질량이 감소될 수 있다. 특히, 지지체(3)는 축(A2)에 대해 축(A1)의 반대 위치에 배열되는 카운터-매스(counter-mass)를 포함한다. 카운터-매스는 지지체(7)의 관성의 균형을 맞추고 질량의 비대칭 분포에 의해 발생될 진동들을 피하는 기능을 갖는다(상기 진동들을 피하면 분명히 마모의 감소로 이어진다).

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 코어(7)는 그것이 궤도 권선 운동을 할 수 있는 방식으로 지지체(3)에 기계적으로 결합된다(그 위에 장착되거나, 그에 의해 지지 또는 유지된다). 특히, "궤도 운동"은 코어(7)가 회전(rotation) 운동 및 회전(revolution) 운동을 하도록 구성됨을 나타낸다. 도 1 내지 도 3 및 도 7의 비제한적인 실시예에서, 액추에이터 디바이스(13)는 축(A2)을 중심으로 (지지체(3)를, 그리고 따라서) 코어(7)를 이동시키고, 따라서 상기 축을 중심으로 하는 코어(7)의 회전 운동을 결정한다. 도 1 내지 도 3 및 도 7의 비제한적인 실시예에서, 액추에이터 디바이스(4)는 축(A1)을 중심으로 하여 코어(7)를 이동시키고, 따라서 상기 축을 중심으로 하는 코어(7)의 회전 운동을 결정한다.

따라서, 코어(7)가 이동하는 궤도 운동은 축(A1)을 중심으로 한 회전과 축(A2)을 중심으로 한 회전을 포함하며, 이들은 사용시 (항상) 서로 평행하다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 장치(1)는 또한 유지 요소 또는 요소들(9, 9')을 동작시키도록 구성된 액추에이터 디바이스(15)를 포함한다.

도 1 내지 도 6의 비제한적인 실시예들에서, 액추에이터 디바이스(15)는 적어도 하나의 기계적 캠(16)을 포함한다. 특히, 기계적 캠(16)은 회전축(A1)에 횡방향인(실질적으로 수직인) 평면을 따라 배열된 운동 프로파일(motion profile, MP)(이는 바람직하게는 폐쇄되고 연속적임)을 포함(즉, 결정)한다. 보다 정확하게는, 기계적 캠(16)은 특히 중심에서 회전축(A2)에 의해 횡방향으로 교차된다. 첨부된 도면들의 비제한적인 실시예들에서, 기계적 캠(16)은 내부 프로파일(17) 및 외부 프로파일(18)을 포함하며, 이는 운동 프로파일(MP)(기계적 캠 자체에 새겨짐)을 한정한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 액추에이터 디바이스(15)는 적어도 하나의 캠 팔로워(19) 및 운동 전달 시스템(20)을 더 포함하며, 운동 전달 시스템(20)은 캠 팔로워(19)의 운동(보다 정확하게는 회전축(A1)으로부터 반경방향 변위)을 상기 하나 이상의 유지 요소들(9, 9')로 적어도 부분적으로 전달하도록 구성된다. 사용시, 캠 팔로워(19)는 내부 프로파일(17)과 외부 프로파일(18) 사이에 포함된 공간에서 슬라이딩하며, 즉 캠 팔로워(19)는 운동 프로파일(MP)을 따라 이동한다.

본 명세서에 도시되지 않은 일부 비제한적인 경우들에서, 더 많은 조정 필요들을 충족시키기 위해, 액추에이터 디바이스(15)는 복수의 프로파일들에 뒤이어 적어도 하나의 각자의 캠 팔로워를 포함하는 적어도 하나의 캠(16)을 차례대로 포함한다.

유리하게, 반드시 그런 것은 아니지만, 운동 프로파일(MP)의 (반경방향) 변화는 각각의 유지 요소(9, 9')의 이동을 결정한다. 다시 말해서, 유지 요소(9, 9')의 개방 및 폐쇄는 원형 형상을 갖는 프로파일로부터의 운동 프로파일(MP)의 편차에 의해 결정된다.

본 명세서에 도시되지 않은 일부 실시예들에 따르면, 액추에이터 시스템(15)은 적어도 하나의 모터 및/또는 적어도 하나의 공압 유틸리티(pneumatic utility)를 포함한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 도 1 내지 도 3의 비제한적인 실시예에 따르면, 운동 전달 시스템(20)은 크랭크 메커니즘들(21)(아암들, 풀리들 등 - 또는 운동학적 메커니즘들)을 포함한다. 또한, 운동 전달 시스템(20)은 캠 팔로워(19)의 반경방향 선형 운동을 회전 운동으로 전환하도록 구성된 전달 요소(22)(예를 들어, 도 1 내지 도 4, 및 도 6에 도시된 것들과 같은 랙 및 피니언(rack and pinion) 시스템)를 포함한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 첨부 도면들의 비제한적인 실시예들에 따르면, 장치(1)는 코어(7)에 대해 대향 측면들에 배열되는 2개의 유지 요소들(9, 9')을 포함한다.

특히, 유지 요소(9)는 코어(7)의 측면(11)에 대면하는 반면, 유지 요소(9')는 코어(7)의 측면(12)에 대면한다.

도 4 및 도 6의 비제한적인 실시예들에서, 도 1의 실시예에서 대응하는 요소를 갖는 요소들은 각각 100 및 200이 추가된 동일한 번호로 표시된다. 다시 말해서, 캠(16)은 (다른 참조들에 따라) 도 4의 실시예에서 116으로 표시되고 도 6의 실시예에서 216으로 표시된다. 도 1 내지 도 3의 실시예에 대해 이루어진 모든 관찰들은 도 4 및 도 6의 실시예들에도 필요한 수정을 가하여 적용된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같은 일부 비제한적인 경우들에서, 유지 요소들(9, 9')은, 특히 더 정확하게는 각각의 유지 요소(9, 9')에 대해 기계적 캠 및 캠 팔로워(19, 19')(도 2)를 포함하는 액추에이터 디바이스(15)에 의해 서로 독립적으로 동작하도록 구성된다. 특히, 캠 팔로워들(19, 19')은 사용시에 캠(16)의 대향 측면들, 즉 회전축(A1)의 대향 측면들에 배열된다. 이러한 경우들에서, 각각의 유지 요소들(9, 9')은 각자의 크랭크 기구들(21) 및 각자의 전달 요소들(22)을 통해 각자의 캠 팔로워(19, 19')에 의해 이동된다.

도 4 및 도 6에 도시된 것들과 같은 다른 비제한적인 경우들에서, 유지 요소들(109, 209 및 109', 209')은 대향 방식으로 동작되도록 구성되며, 이는 유지 요소들 중 하나(예컨대, 요소(9))의 폐쇄 구성이 반대쪽 유지 요소(예컨대, 요소(9'))의 개방 구성에 대응하고 그 반대도 마찬가지가 되도록 구성됨을 의미한다. 특히, 요소들(109, 209 및 109', 209')은, 보다 정확하게는 양측 유지 요소들(109, 209 또는 109', 209’)에 대한 기계적 캠(116, 216), 및 하나의 단일 캠 팔로워(119, 219)(도 4 또는 도 6)를 포함하는 액추에이터 디바이스(115, 215)에 의해 동작될 수 있다. 특히, 각각의 장치(1)는 축(A1)에 대해 대향 측면들에 배열된 2개의 랙들 및 2개의 피니언들이 제공된 하나의 단일 전달 요소(131, 222)를 (요소들(22)의 대체물로서) 포함한다. 이러한 경우들에서, 유지 요소들의 각각의 쌍(109 및 109' 또는 209 및 209')은 각자의 운동학적 메커니즘들(121) 및/또는 각자의 전달 요소들(131, 222)을 통해 각자의 캠 팔로워(119, 219')에 의해 이동된다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 첨부 도면들의 비제한적인 실시예들에 따르면, 각각의 유지 요소(9, 9')는 적어도 하나의 원위(distal) 요소(23, 23')를 포함한다.

도 1 내지 도 3의 비제한적인 실시예들에서, 각각의 원위 요소(23, 23')는 적어도 원위 요소(23, 23')의 단부 부분, 즉 권선(8)의 영역에 배열되는 아암(arm)(24, 24') 및 접촉 구성요소(25, 25')를 차례대로 포함한다. 각각의 접촉 구성요소(25, 25')는 유지 요소(9, 9')의 폐쇄 구성에서 재료(2)의 일부분(10)을 코어(7)를 향해(특히, 측면(11 또는 12)을 향해) 밀도록 구성된다. 특히, 접촉 구성요소(25, 25')는 권선(8)의 외측 부분에 대응하는 재료(2)의 일부분(10) 상에서 롤링하도록 구성된 롤러(26)(도 1)이다. 이러한 방식으로, 특히 깨지기 쉽거나 얇은 재료(2)가 접촉 도중 높은 마찰도를 갖는 압력으로 인해 손상되는 것이 방지된다. 보다 구체적으로, 유지 요소(9, 9')는 접촉 구성요소(25, 25')가 재료의 일부분(10)을 미는 압력을 적어도 부분적으로 조정하고/하거나 재료(2)의 권선으로 인한 권선(8)의 두께 증가를 보상하도록 구성된 탄성 디바이스(27)(예를 들어, 스프링)를 더 포함한다.

도 4의 실시예에 도시된 것과 같은 일부 비제한적인 경우들에서, 각각의 유지 요소(109, 109')는 특히 액추에이터 디바이스(15)에 의해 동시에 이동되도록 구성된 복수의 원위 요소들(123, 123')을 포함한다. 본 명세서에 도시되지 않은 다른 비제한적인 경우들에서, 동일한 유지 요소에 속하는 원위 요소들은, 특히 재료(2)가 코어(7)를 랩핑(wrap)할 때 권선(8)의 외부 층을 형성하는 재료(2)를 점진적으로 유지하기 위해 서로에 대해 적시에 상이한 방식으로 이동되도록 구성된다.

비제한적인 실시예에 따르면, 랩핑 장치(1)는 권선 동안 코어(7)를 파지하고 권선(8)이 완료되면 해제하도록 구성된 파지 디바이스(29)를 포함한다. 특히, 도 1 내지 도 3의 비제한적인 실시예에 따르면, 파지 디바이스(29)는 작은 치수, 바람직하게는 반드시는 그런 것은 아니지만, 감소하는 치수(더 정확하게는 5 밀리미터 미만, 특히 1 밀리미터 미만)를 갖는 단부(지지체(3)에 대향함)를 갖는 파지 요소들(30)을 포함한다. 이러한 방식으로, 파지 요소들(30)은 완성된 권선(8)으로부터 쉽게 추출될 수 있다.

명백하게, 파지 요소들은 상이한 형태들을 취할 수 있으며, 예를 들어 도 6의 실시예에 도시된 바와 같이 불연속성을 가질 수 있어 권선(8)이 완료되면 코어(7)의 해제 시 마찰을 감소시킨다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 장치(1)는 파지 요소들을 이동시키기 위한 적절한 액추에이터 시스템, 특히 공압 유틸리티를 포함한다. 보다 정확하게는, 파지 요소들(30)은 권선 공정의 단계에 따라 개방 및 폐쇄되도록 수직으로(즉, 공급 평면(FP)에 수직으로) 이동된다. 보다 정확하게는, 요소들(20)은 제품 공급 단계에서, 즉 권선(8)의 완료 시에 서로 이격, 즉 개방되어 완성된 권선(8)을 해제하고 새로운 코어(7)(예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 스트립의 제1 셀)를 수용하는 반면, 실제 권선 단계의 시작부터 종료까지(이 동안 코어(7)는 회전함) 폐쇄된다.

도 5의 비제한적인 실시예는 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 자동 기계의 제2 부분을 도시한다. 특히, 상기 부분은 한 쌍의 대향 권선 장치들(1)을 포함한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 재료(2)는 특히 스트립의 제1 셀인 경우, 코어(7)를 양 측면들로부터 안내하기 위해(특히, 파지 요소들로 파지하기 위해) 서로에 대해 거울과 같은 방식으로 배열된 2개의 장치들(1)에 의해 권취된다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 상기 장치들은 각각 각자의 액추에이터 디바이스(13)(즉, 토크 모터(14))를 지지하는 프레임(32)을 포함한다.

유리하게는, 반드시 그런 것은 아니지만 도 5의 비제한적인 실시예에 따르면, 장치(1)는 (각각, 또는 대향 장치와 쌍으로) 적어도, 특히 공급 평면(FP)(및 이송 경로(CP))에 대해 횡방향(수직)인 수직 방향(vertical direction, VD)을 따라 프레임(32)을 이동시키도록 구성된 액추에이터 디바이스(33)를 포함한다. 이러한 방식으로, 코어(7) 주위에 권선된 재료(2)의 축적은 권선 동안 보상될 수 있다. 다시 말해서, 권선 동안, 권선(8)의 두께는 코어(7)의 각각 반회전마다 지속적으로 증가(특히, 재료(2)의 두께만큼 증가)하고, 따라서 액추에이터 디바이스(22)는 유입되는 재료(2)를 공급 평면(FP)에 유지함으로써(특히, 공급 평면(FP) 상의 진입점(entry point, EP)을 유지함으로써) 이러한 증가를 보상한다. 보다 정확하게는, 액추에이터 디바이스(33)는 수직 방향(VD)으로 프레임(32)을 이동시키도록 구성된 리프팅 시스템(35)(예를 들어, 랙 및 피니언 시스템)을 포함한다.

유리하게는, 반드시 그런 것은 아니지만 도 5의 비제한적인 실시예에 따르면, 장치(1)는 (각각, 또는 대향 장치와 쌍으로) 특히 이송 경로(CP)에 수직이고 공급 평면(FP)에 실질적으로 평행한 적어도 가로 방향(TD)을 따라 프레임(32)을 이동시키도록 구성된 액추에이터 디바이스(36)를 포함한다. 예를 들어, 액추에이터 디바이스(36)는 전기 모터(M) 및 모터(M)의 회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 웜 나사를 포함한다. 이러한 방식으로, 권선(8)이 완료되면 파지 요소들이 추출될 수 있고, 따라서 또한 생성될 포맷의 폭의 변화에 대해 장치(1)가 조정될 수 있게 한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 도 1 및 도 9 및 도 10의 비제한적인 실시예에 따르면, 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 기계는 지지 장치(50)(도 7 및 도 8에 단독으로 상세히 도시됨)를 포함한다.

도 1, 도 7 및 도 8의 비제한적인 실시예에 따르면, 지지 장치(50)는 (권선될) 재료(2)가 (특히, 일정한 속도로) 공급되는 이송 경로(CP)를 따라(즉, 공급 평면(FP)을 따라) 선형으로 이동가능하고, 미리 정의된 스트로크(stroke, ST)(도 10)를 따라 간헐적인 방식으로 이동하여 연속적인 방식으로 재료(2)를 지지하도록 구성된 지지 요소(51)를 포함한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 지지 장치(50)는 특히 전기 모터(53), 예를 들어 브러시리스 모터를 포함하는 액추에이터 디바이스(52)를 더 포함한다. 특히, 도 7 및 도 8의 비제한적인 실시예에서, 전기 모터(53)는 지지 요소(51)에 온보드로 배열(장착)된다.

도 7 및 도 8의 비제한적인 실시예에서, 지지 장치(50)는 상기 지지 요소(51)에 온보드로 장착되고 액추에이터 시스템(52)(즉, 전기 모터(53))에 의해 가변 속도로 회전되도록 구성되는 롤러(54)를 포함한다.

장치(50)는 롤러(54)에 대향하고 재료(2)가 롤러(54)와 롤러(55) 사이를 통과하도록 하기 위해 이송 경로(CP)에 대해(그리고 공급 평면(FP)에 대해) 대향 측에 배열되는 롤러(55)를 더 포함한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 액추에이터 시스템(52)(즉, 전기 모터(53))은 적어도 롤러(54)의 속도를 변경하도록 구성되어 지지 요소(51)의 간헐적인 이동을 보상하고, 롤러(54)와 재료(2) 사이의 (순수) 압연 상태를 실질적으로 보존하는데, 다시 말해서, 롤러(54)와 재료(2) 사이의 미끄러짐을 피한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 지지 장치(50)는 미리 정의된 스트로크(ST)를 따라 간헐적인 방식으로 지지 요소(51)를 동작시키도록 구성된 액추에이터 디바이스(56)를 더 포함한다.

도 7에 도시된 것과 같은 일부 비제한적인 실시예들에 따르면, 액추에이터 시스템(56)은 미리 정의된 스트로크(ST)를 따라 지지 요소를 이동시키도록 구성된 선형 전기 모터(57)를 포함한다.

본 명세서에 도시되지 않은 다른 비제한적인 실시예들에 따르면, 액추에이터 시스템(56)은 유압 실린더, 공압 실린더, 전기 유압 실린더, 웜 나사 또는 다른 선형 이동 시스템들을 포함한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 롤러(54) 및 롤러(55)는 서로의 위에 수직으로 배열된다.

특히, 롤러(54) 및 롤러(55)는 지지 장치(50)의 나머지 부분으로부터 돌출하는 원위 위치에 있다. 이러한 방식으로, 재료는 심지어 권선 동안(코어(7)가 회전하는 동안)에도 코어(7)에 가깝게 지지될 수 있다.

도 7 및 도 8의 비제한적인 실시예에서, 지지 장치(50)는 또한 롤러(58), 및 롤러(58)에 대향하는 롤러(59)를 포함한다. 특히, 롤러(54) 및 롤러(58)는 (직사각형) 운동 전달 요소(60), 특히 벨트 또는 체인에 의해 서로 연결된다. 보다 구체적으로, 롤러(55) 및 롤러(59)는 (직사각형) 운동 전달 요소(61), 특히 벨트 또는 체인에 의해 서로 연결된다.

일부 비제한적인 경우들에서, 롤러(54) 및 롤러(55)는 운동 전달 시스템에 의해 연결될 때 동일한 속도로 이동하도록 구성된다. 특히, 롤러(54)와 롤러(55)는 재료가 걸림 없이 그리고 마찰을 최소화하며 그들 사이에서 슬라이딩하도록 허용하기 위해 반대 방향들로 이동한다.

도 8에 도시된 것과 같은 다른 비제한적인 경우들에서, 롤러(55), 즉 외부 층이 연속 세퍼레이터를 포함하는 재료(2)의 측면에 배열된 롤러는 아이들러(idler) 롤러이다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 롤러(54) 및 롤러(55)(롤러(58) 및 롤러(59)와 마찬가지로)는 동일한 크기, 특히 20 mm 미만, 보다 정확하게는 15 mm 미만, 보다 특히 8 mm 미만의 크기를 갖는다. 이러한 방식으로, 지지 장치는 회전하는 코어(7)에 가까워지며 상기 코어의 반바퀴마다 후퇴할 시간을 가지고, 특히 권선될 재료(2)를 계속해서 지지한다.

도 8의 비제한적인 실시예에서, 지지 장치(50)는 특히 롤러들(58, 59)에 연결된 추가적인 한 쌍의 롤러들(58', 59')을 포함한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 모든 롤러들(54, 55, 58, 59, 58' 및 59')은 동일한 크기를 갖는다. 이러한 방식으로, 이들은 예를 들어 체인 및 벨트와 같은 운동 전달 요소들(60, 61, 60', 61')를 통해 쉽게 연결될 수 있다. 롤러들(54, 55, 58, 59, 58' 및 59')은 풀리들(62)(특히 톱니형 풀리들)에 대한 운동 전달 요소들(60, 61, 60', 및 61')의 작용을 통해 이동되며, 이들은 재료(2)의 동일한 측면에 배열된 롤러들 또는 모든 롤러들의 동시 이동을 보장하도록 구성된다. 특히, 부싱들(62)은 롤러들(54, 55, 58, 59, 58', 및 59')의 중심축에 끼워진다.

도 8의 비제한적인 실시예에서, 지지 장치는 액추에이터 시스템(52)의 운동 전달 요소(63)(예컨대, 벨트)를 포함하며 - 즉 전기 모터(53)로부터 롤러(58)(롤러(59) 대향)까지 -, 이는 원위 위치에 배열된 롤러(54)에 대해 지지 장치(50)의 후퇴 위치에 배열된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술한 바와 같은 권선 장치(1) 및/또는 전술한 바와 같은 지지 장치(50)를 사용하여 전기 에너지 저장 디바이스들을 제조하는 방법이 제공된다.

일부 비제한적인 경우들에서, 방법은 공급 단계를 포함하며, 이 단계 동안 위에 개시된 바와 같은 공급 시스템이 재료(2)를 권선 장치(1)를 향해 공급한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 방법은 권선 단계를 포함하고, 이 단계 동안 서로의 위에 적층된 복수의 전극(E)들을 포함하는 권선(8)을 형성하기 위해 (다성분) 재료(2)가 직사각형 형상으로 코어(7) 상에 권선된다.

특히, 방법은 폐쇄 단계를 포함하며, 이 단계 동안 적어도 하나의 유지 요소(9, 9')는 폐쇄 구성에 있고 재료(2)의 적어도 일부분(10)을 나머지 권선(8)과 접촉된 상태로 유지하고, 따라서 재료의 일부분(10)과 코어(7)의 측면(11 또는 12) 사이의 상대적인 이동들을 피한다. 보다 정확하게는, 방법은 또한 개방 단계를 포함하며, 이 단계 동안 유지 요소(9, 9')는 개방 구성에 있고 재료(2)가 코어(7)의 제1 측면(11 또는 12) 상에 권선될 수 있게 한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 폐쇄 단계 및 개방 단계는 권선 단계와 적어도 부분적으로 동시적이다. 특히, 폐쇄 단계는 재료(2)가 이전에 압연되지 않았기 때문에 전극(E)들이 세퍼레이터(S)와 일체가 아니라는 점을 보상한다. 보다 정확하게는, 폐쇄 단계 동안, 요소(9, 9')는 권선(8)에 막 진입한 재료(2)를 지지하여 그 위에 놓인 전극이 원하지 않는 방식으로 이동하는 것을 방지한다.

도 9 및 도 10의 비제한적인 실시예는 코어(7)의 반회전 동안 권선 장치(1) 및 지지 장치(50)에 의해 취해지는 위치들의 시퀀스(a 내지 e)를 도시한다. 특히, 코어의 이러한 반회전 동안, 권선(8)이 공급 평면(FP)에 평행한 위치에 있을 때 이송 경로(CP)를 따른 권선(8)의 폭과 동일한 양의 재료(2)가 코어(7) 주위에 권선된다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 축(A1)을 중심으로 하는 코어(7)의 전체 회전 동안, 개방 단계 및 폐쇄 단계 둘 모두가 적어도 부분적으로(특히, 완전히) 수행된다. 특히, 도 9 및 도 10의 시퀀스들에 따르면, 축(A1)을 중심으로 하는 코어(7)의 반회전 동안, 개방 단계 및 폐쇄 단계 둘 모두가 적어도 부분적으로(특히, 완전히) 수행된다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 공급 단계 동안, 공급 시스템은 특히 속도(VM)에서 공급 평면(FP)을 따라 재료(2)를 공급한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 방법은, 차례대로, 동반 하위 단계(accompanying sub-step, AS)를 포함하는 지지 단계를 더 포함하며, 동반 하위 단계(AS) 동안 제2 속도(VS)로 액추에이터 시스템(56)에 의해 이동되는 지지 장치(50)는 재료를 코어(7)에 가까워질 때까지 공급 평면(FP)을 따라 지지한다. 특히 이 경우, "가까운"이란 말은 지지 장치(50)(특히, 롤러(54))와 코어(7) 사이의 거리가 80 mm 미만이고, 더 정확하게는 50 mm 미만이고, 더 상세하게는 20 mm 미만인 것을 의미한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 지지 장치(50)(특히, 롤러(54))와 코어(7) 사이의 거리는 가변적이며, 특히 코어(7)의 각도 위치에 의해 가변된다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 지지 단계는 또한 복귀 하위 단계(RS)를 포함하며, 이 단계 동안 지지 장치(50)는 (이송 경로(CP)를 따라) 후퇴하여 회전 코어(7)와의 충돌을 피한다. 보다 정확하게는, 지지 장치(50)는 각각의 전극(E) 또는 여러 전극(E)들을 포함하는 각각의 (모노-, 하프-, 풀-, 바이-) 셀을 지지하는 (선형) 모터(57)에 의해 간헐적인 방식으로 이동된다.

특히, 롤러들(54, 55)을 포함하는 지지 장치(50)의 원위 단부는 권선 내로 도입될 전극들을 지지하는 코어(7)의 작업 공간 안팎으로 이동하여 재료(2)에 대한(특히, 세퍼레이터(S)에 대한) 그들의 상대 위치를 유지한다. "작업 공간"이라는 용어는 물체, 이 경우에서는 코어(7)가 자신이 수행하는 동작들(예를 들어, 전술한 궤도 운동) 동안 점유하는 점들의 세트(예컨대, 체적)를 나타낸 것이다. 다시 말해서, "작업 공간"은 물체가 작업하는 공간 체적이다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 롤러(54)(전달 요소들(60, 60')에 의해 롤러(58, 58')와 함께)는 속도(VR)로 이동하도록 액추에이터 시스템(52)에 의해(즉, 전기 모터(53)에 의해) 동작된다.

일부 바람직한 비제한적 실시예들에 따르면, 속도(VS) 및 속도(VR)는 (적어도 부분적으로) 가변적인 반면, 특히 속도(VM)는 (적어도 부분적으로) 일정하다. 보다 정확하게는, 롤러(54) 및 그에 연결된 롤러들의 속도(VR)는 동반 하위 단계(AS)와 복귀 하위 단계(RS) 사이에서 변한다. 일부 비제한적인 실시예들에 따르면, 이러한 변화는 방향의 변화를 포함한다.

비제한적이지만 일부 바람직한 실시예들에 따르면, 롤러(54)(및 그에 연결된 롤러들)가 액추에이터 시스템(52)에 의해 제어되는 속도(VR)는 이송 경로(CP)를 따른 지지 장치(50)의 속도(VS)와 재료(2)의 속도(VM) 간의 차이에 대응한다. 특히, 이러한 실시예에 따르면, 롤러(54)의 속도(VR)는 롤러(54)의 접선 속도, 즉 상기 롤러(54)의 각속도(w)에 롤러(54)의 반경(R)을 곱한 것이다.

보다 정확하게는, 상기 속도는 하기의 수학식 1로 표현될 수 있다:

여기에서,

이다.

이러한 방식으로, 재료(2) 자체를 손상시키지 않고 재료(2)와 접촉하는 롤러들(54, 55)(및 이에 연결된 롤러들)을 유지하는 이송 경로를 따라 지지 장치(50)의 간헐적인 이동을 보상하는 것이 가능하다. 다시 말해서, 관성 기준 시스템에 대해 롤러(54)의 접선 속도(VR)는 항상 재료(2)의 속도(VM)와 실질적으로 동일하다. 이러한 방식으로, 특히 전극(E)들과 접촉하게 되는 롤러(54)와 재료 사이의 실질적인 순수 압연 상태를 보존하는 것이 가능하다. 따라서, 롤러(54)가 재료(2) 상에서 미끄러져, 예를 들어, 전극(E)들(일반적으로 압축된 분말을 포함함)의 코팅에 홈을 발생시키는 것과 같이, 이를 손상시킬 위험이 방지된다.

일부 비제한적인 경우들에서, 동반 하위 단계(AS)의 적어도 일부 동안, 롤러(54) 및 이에 연결된 롤러들은 정지한다. 특히, 위에서 기술된 수학식들을 고려하면, 이는 지지 장치(50)와 재료(2)가 동일한 속도를 가질 때 발생한다.

유리하게는, 반드시 그런 것은 아니지만 도 9 및 도 10에 따르면, 권선 단계는, 제1 하위 단계(도 9 및 도 10의 순서의 단계(a, b 및 c)에 도시됨)를 포함하며, 이 단계 동안 코어(7)는 공급 평면(FP)에 평행한 수평 위치(단계 a)로부터 특히 공급 평면(FP)에 실질적으로 수직인 수직 위치(단계 c)로 이동된다.

특히, 권선 단계는 제2 하위 단계(도 9 및 도 10의 단계들(c, d 및 e)에 도시됨)를 포함하며, 이 단계 동안, 코어(7)는 수직 위치(단계 c)로부터 특히 공급 평면(FP) 상에 실질적으로 수직인 수평 위치(단계 e)로 이동된다. 보다 정확하게는, 제1 및 제2 단계는 권선 단계 동안 코어(7)의 2회의 반회전으로 분할된다.

일부 비제한적인 경우들에서, 동반 단계(AS)는 제1 하위 단계와 적어도 부분적으로, 특히 전체적으로 동시적이다. 이러한 방식으로, 지지 장치(50)는 재료(2)를 지지하여, 재료가 권선(8)에 진입하는 진입점(EP)의 이동에도 불구하고 전극(E)들을 제 위치에 유지한다.

일부 비제한적인 실시예들에 따르면, 복귀 단계(RS)는 제2 하위 단계와 적어도 부분적으로, 특히 전체적으로 동시적이다. 이러한 방식으로, 지지 장치(50)는 뒤로 이동하기 전에 가능한 한 오랫동안 전극(E)들을 보유한 재료(2)를 제 위치에 지지하여 권선(8)을 손상시킬 위험이 있는 잠재적인 접촉을 피한다.

특히, 권선 단계의 적어도 일부 동안, 지지 장치는 코어(7)를 때릴 위험이 있는 공급 평면 상의 위치에 있다.

유리하게는, 반드시 그런 것은 아니지만 도 10의 비제한적인 실시예에 따르면, 유지 요소(9, 9')는 개방 단계 동안 도 10의 단계들(b, c 및 d)에 명확하게 도시된 바와 같이 지지 장치(50)와 부딪치는 것을 피하기 위해 권선(8)으로부터 멀리 이동한다.

유리하게는, 반드시 그런 것은 아니지만 도 9 및 도 10의 비제한적인 실시예에 따르면, 회전 운동의 완성된 주기(즉, 축(A1)을 중심으로 하는 코어(7)의 완성된 회전)는 회전 운동의 2개의 반주기(즉, 축(A2)을 중심으로 하는 지지체(3)의 완전한 회전)에 대응한다. 이러한 방식으로, 코어(7) 주위의 재료(2)의 진입점(EP)은 도 9에 도시된 바와 같이 일정한 높이, 즉 공급 평면(FP)에서 유지될 수 있다.

특히, 코어의 회전운동의 완전한 주기는 2개의 동반 단계들과 2개의 복귀 단계들에 대응한다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 제어부(공지된 유형이고 본 명세서에 도시되지 않음)는 결합된 방식으로 권선 장치(1) 및 지지 장치(50)를 제어하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 재료(2)는 권선시 세퍼레이터(S) 상에 전극(E)들을 놓는 과정의 최대 부분 동안 지지될 수 있고(따라서 원하는 위치들 이외의 위치들을 피함), 그 후, 전극(E)들은 일반적으로 권선(8)을 형성하기 위해 코어(7) 주위에 재료가 감겨지는 장력으로 인해 세퍼레이터에 꾸준히 고정된다.

특히, 방법은 적어도 하나의 전극 및/또는 적어도 하나의 세퍼레이터의 권선에 관한 것이다. 보다 정확하게는, 방법은 2개의 세퍼레이터 층들에 의해 이격된 상이한 극성(애노드 및 캐소드)을 갖는 2개의 전극 층들(또는 일련의 셀들)의 권선에 관한 것이다.

반드시 그런 것은 아니지만, 유리하게는, 권선(8)에 도입된 전극(E)이 거치는 유지 요소(9, 9')의 폐쇄 단계는 전극(E) 자체가 거치는 동반 단계(AS)와 적어도 부분적으로 동시적이다. 다시 말해서, 도 9의 단계 (e)에 따르면, (하부) 유지 요소(9')는, 기본적으로 전극(E)이 지지 장치(50)에 의해 완전히 해제되는 동안(또는 그 전에), 즉, 원위 부분의 롤러들(54, 55) 밖으로 나오는 동안(또는 그 전에) 폐쇄되며, 즉 권선(8)과 접촉하게 된다.

사용시, 재료(2)는 밴드 형태로 장치(1)에 공급되며, 이는 코어(7) 주위에 권선되도록 구성된 원하는 길이의 스트립들로 분할된다. 특히, 코어(7)는 축(A1)을 중심으로, 그리고 축(A2)을 중심으로 회전하여 전술한 궤도 운동을 한다. 액추에이터 디바이스들(4, 13)에 의해 발생된 상기 궤도 운동 동안, 재료(2)는 바람직하게는 진입점(EP)에서 일정한 속도 및 장력으로 당겨진다. 특히, 진입점(EP)이 공급 평면(FP) 상에 유지되게 할 수 있도록, 축(A1)을 중심으로 하는 코어의 각각의 반회전은 축(A2)을 중심으로 하는 지지체(9)의 전체 회전에 대응한다.

이러한 회전들 동안, 액추에이터 디바이스(33)는 방향(VD)을 따라, 특히 코어(7)의 반회전마다 재료(2)의 두께와 동일한 거리만큼 프레임(3)을 이동시킨다. 권선이 완료되면, 즉 코어(7)의 주어진 수의 반회전들 후에, 액추에이터 디바이스들(4, 13)이 정지하고, 재료(2)가 절단되고, 권선(8)이 바람직하게는 접착 테이프 또는 접착제에 의해 폐쇄되고, (특히, 파지 요소들을 개방하고 권선(8)을 해제한 후) 본 명세서에 도시되지 않은 공지된 배출 장치로 운반된다.

전술한 회전들 동안, 지지 장치(50)는 권선 장치(1)와 협력 방식으로 동작하며, 권선(8)에 진입하는 각각의 전극(E)을 지지하기 위해 간헐적인 방식으로 이동하여 상기 전극(E)의 바람직하지 않은 이동들을 피한다. 특히, 지지 장치(50)는 롤러(54)와 코어(7) 사이의 거리를 일정한 값, 또는 여하튼 25 mm 미만으로 유지하려고 시도한다. 동시에, 액추에이터 시스템(52)은 롤러(54) 및 이에 연결된 롤러들(58, 58')이 상대적 슬라이딩으로 인해 전극(E)들 또는 재료(2)를 손상시키는 것을 방지하고, 스트로크(ST)를 따라 지지 요소의 간헐적인 이동을 보상하기 위해 속도(VR)를 변경한다.

위에서 기술된 발명이 정확한 응용의 예를 특별히 참조하였다 하더라도, 그것이 상기 응용예에 제한되는 것으로 간주되어서는 안 되는데, 왜냐하면 그의 보호 범위는 또한, 예를 들어, 코어(7)의 다른 기하학적 구조 또는 구성, 다른 유형의 액추에이터 디바이스들(4 및 13, 15, 33, 52, 56) 또는 다른 유형의 전달 요소들, 다른 유형의 유지 요소들 등과 같은 첨부된 청구 범위에 포함되는 모든 변형들, 변경들 또는 단순화를 포함하기 때문이다.

위에서 기술된 장치들, 기계 및 방법은 많은 장점들을 갖는다.

우선, 권선 코어가 원형이 아닌 형태를 가지고 있음에도 불구하고 권선될 재료가 (단층 또는 다층 재료 여부에 관계없이) 규칙적이고 균일한 방식으로 공급될 수 있게 하여 평평한 코어를 가진 장치들에서 일반적으로 발생하는 진동을 감소시킨다.

또한, 이들은 유지 요소들(9, 9')에 의하여, 권선 장치(1)로의 도입 동안과 실제 권선 동안에도 전극들을 지지하는 압연되지 않은 재료(2)의 권선을 허용한다.

또한, 위에서 기술된 속도(VR)의 변화는 재료(2)가 보호될 수 있게 하여 지지 장치의 롤러들이 재료, 특히 전극(E)들에 대해 긁히는 것을 방지한다.

본 발명의 또 다른 장점은 압연된 재료의 경우에도 공정이 강화되어 권선 동안 재료에 대한 더 큰 제어를 허용한다는 사실에 있다.

최종적으로, 원위 부분의 존재와 유지 요소들의 개폐 운동의 유형 및 지지 장치의 간헐적인 이동은 2대의 장치들(1, 50) 사이의 충돌을 피하며, 장치들(1, 50)은 이들이 공유하는 작업 공간을 교번적 방식으로 점유한다.

비제한적인 실시예 1은 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 권선 장치(1)에 관한 것으로, 장치는, 지지체(3); 제1 액추에이터 디바이스(4); 및 복수의 전극(E)들을 포함하는 권선(8)을 형성하는 재료(2)를 권선하기 위한 직사각형 형상의 코어(7)를 포함하며, 상기 코어(7)는 상기 지지체(3) 상에 회전 방식으로 배치되고 제1 액추에이터 디바이스(4)에 의해 제1 회전축(A1)을 중심으로 회전하도록 구성되고;

장치는 권선의 일부 동안 하기의 구성을 취하도록 구성된 적어도 하나의 유지 요소(9, 9')를 포함하는 것을 특징으로 한다:

- 적어도, 폐쇄 구성, 여기서 유지 요소(9, 9')는 재료(2)의 적어도 일부분(10)을 권선(8)과 접촉하도록 유지하여 재료(2)의 일부분(10)과 코어(7)의 제1 측면(11, 12) 사이의 상대적인 이동들을 피함; 및

- 개방 구성, 여기서 유지 요소(9, 9')는 재료(2)가 코어(7)의 제1 측면(11, 12) 상에 권선될 수 있게 함.

실시예 1에 따른 실시예 2에 있어서, 폐쇄 구성에서, 유지 요소(9, 9')는 재료(2)의 일부분(10)을 코어(7)의 측면(11, 12)을 향해 밀도록 구성된다.

상기 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 실시예 3에 있어서, 상기 지지체는, 특히 제1 회전축(A1)에 평행한 제2 회전축(A2)을 중심으로 회전하게 하도록 구성된 제2 액추에이터 디바이스(13)를 포함한다.

상기 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 실시예 4에 있어서, 상기 적어도 하나의 유지 요소(9, 9')를 동작시키도록 구성된 적어도 하나의 제3 액추에이터 디바이스(15)를 포함한다.

청구항 4에 따른 실시예 5에 있어서, 제3 액추에이터 디바이스(15)는 적어도 하나의 기계적 캠(16)을 포함하며, 특히 제1 회전축(A1)에 횡방향인 평면을 따라 배열된 운동 프로파일(MP)을 포함하고, 제3 액추에이터 디바이스(15)는 적어도 하나의 캠 팔로워(19) 및 캠 팔로워(19)의 운동을 상기 적어도 하나의 유지 요소(9, 9’)에 적어도 부분적으로 전달하는 운동 전달 시스템을 더 포함한다.

상기 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 실시예 6에 있어서, 적어도 제1 유지 요소(9, 9') 및 제2 유지 요소(9, 9')를 포함하며, 제1 유지 요소(9, 9') 및 제2 유지 요소(9, 9')는 코어(7)에 대해 서로 대향한다.

실시예 6에 따른 실시예 7에 있어서, 제1 유지 요소(9, 9') 및 제2 유지 요소(9, 9')는, 특히 각각의 유지 요소(9, 9')에 대한 기계적 캠(16) 및 캠 팔로워(19)를 포함하는 제3 액추에이터 디바이스(15)에 의해 서로 독립적으로 동작하도록 구성된다.

실시예 6에 따른 실시예 8에 있어서, 제1 유지 요소(9, 9') 및 제2 유지 요소(9, 9')는 대향 방식으로 동작되도록 구성되어, 즉 유지 요소들(9, 9') 중 하나의 폐쇄 구성이 대향 유지 요소(9, 9')의 개방 구성에 대응하도록 구성된다.

상기 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 실시예 9에 있어서, 각각의 유지 요소(9, 9')는 적어도 하나의 원위 요소(23)를 포함하며, 적어도 하나의 원위 요소(23)는 권선(8)의 영역에서 원위 요소(23)의 단부 부분에 배열된 접촉 구성요소(25, 25')를 차례대로 포함하고, 유지 요소(9, 9')의 폐쇄 구성에서 코어(7)를 향해 재료(2)의 일부분(10)을 밀도록 구성되고; 특히, 접촉 구성요소는 권선(8)의 외측 부분에 대응하는 재료(2)의 일부분(10) 상에서 압연되도록 구성된 롤러(26)이고, 특히, 유지 요소(9, 9')는 접촉 구성요소(25, 25')가 재료(2)의 일부분(10)을 미는 압력을 적어도 부분적으로 조정하도록 구성된 탄성 디바이스(27)를 더 포함한다.

실시예 9에 따른 실시예 10에 있어서, 각각의 유지 요소(9, 9')는 특히 제3 액추에이터 디바이스(15)에 의해 동시에 이동되거나 서로에 대해 적시에 상이한 방식으로 이동되도록 구성된 복수의 원위 요소들을 포함한다.

비제한적인 실시예 11에 있어서, 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 기계가 제공되며, 기계는, 실시예 1 내지 실시예 10에 따른 장치, 권선될 재료(2)를 이송 경로(CP)를 따라 공급하도록 구성된 공급 시스템; 및 지지 장치(50)를 포함하며, 지지 장치(50)는, 권선될 재료(2)가 공급되는 이송 경로(CP)를 따라 선형으로 이동 가능하고 미리 정의된 스트로크(ST)를 따라 간헐적인 방식으로 이동하도록 구성된 지지 요소(51); 전기 모터(53); 상기 지지 요소(51) 상에 장착되고 제1 전기 모터에 의해 가변 속도로 회전하도록 구성된 제1 롤러(54); 제2 롤러(55)를 포함하며, 제2 롤러(55)는 제1 롤러(54)와 대향하고 이송 경로(CP)에 대해 대향측에 배치되어 재료(2)가 제1 및 제2 롤러(55) 사이에서 이동하고; 전기 모터(53)는 적어도 제1 롤러(54)의 속도를 변경하여 지지 요소(51)의 간헐적인 이동을 보상하고, 제1 롤러(54)와 재료(2) 사이의 미끄러짐을 적어도 부분적으로 피하도록 구성된다.

비제한적인 실시예 12에 있어서, 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조 방법이 제공되며, 방법은, 재료(2)가 직사각형 형상을 갖는 코어(7) 상에 권선(8)되어 복수의 전극(E)들을 포함하는 권선(8)을 형성하는 권선 단계; 유지 요소(9, 9')가 폐쇄 구성에 있고 재료(2)의 적어도 일부분(10)을 권선(8)의 나머지 부분과 접촉된 상태로 유지하고, 따라서 재료(2)의 일부분(10)과 코어(7)의 제1 측면(11, 12) 사이의 상대적인 이동들을 피하는 폐쇄 단계; 유지 요소(9, 9')가 개방 구성에 있고 재료(2)가 코어(7)의 제1 측면(11, 12)에 권선될 수 있게 하는 개방 단계를 포함한다.

청구항 12에 따른 실시예 13에 있어서, 폐쇄 단계 및 개방 단계는 권선 단계와 적어도 부분적으로 동시적이고, 특히 폐쇄 단계는 재료(2)가 이전에 압연되지 않았다는 사실을 보상한다.

실시예 12 또는 13에 따른 실시예 14에 있어서, 코어(7)의 전체 회전 동안, 개방 단계 및 폐쇄 단계 둘 모두가 적어도 부분적으로 수행되고; 특히, 개방 단계 동안, 유지 요소(9, 9')는 권선(8)으로부터 멀어지게 이동하여 지지 장치(50)와의 간섭이 발생하는 것을 피한다.

실시예 12 내지 실시예 14 중 어느 한 실시예에 따른 실시예 15에 있어서, 공급 단계를 포함하며, 공급 단계 동안 적어도 하나의 공급 시스템이 재료(2)를 공급한다.

실시예 12 내지 실시예 15 중 어느 한 실시예에 따른 실시예 16에 있어서, 동반 단계(AS) - 이 단계 동안 지지 장치(50)는 재료(2)를 코어(7)에 가까워질 때까지 공급 평면(FP)을 따라 지지함 -; 및 복귀 단계(RS) - 지지 장치(50)는 회전 코어(7)와의 충돌을 피하기 위해 뒤로 물러남 -를 포함한다.

Claims (15)

1. 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 지지 장치(1)로서,
   재료(2)가 공급되는 공급 평면(feeding plane, FP)을 따라 선형으로 이동 가능하고, 미리 정의된 스트로크(stroke)를 따라 간헐적인 방식으로 이동하여 연속적인 방식으로 상기 재료(2)를 지지하도록 구성된 지지 요소(51);
   제1 액추에이터 시스템(52);
   간헐적인 방식으로 상기 미리 정의된 스트로크(ST)를 따라 상기 지지 요소(51)를 구동하도록 구성된 제2 액추에이터 시스템(56);
   상기 지지 요소(51) 상에 온보드(on board)로 장착되고 상기 제1 액추에이터 시스템(52)에 의해 가변 속도로 회전하도록 구동되도록 구성된 제1 롤러(54); 및
   제2 롤러(55)를 포함하며,
   상기 제2 롤러(55)는 상기 제1 롤러(54)와 대향하고 상기 공급 평면(FP)에 대하여 대향측에 배치되어 상기 재료(2)가 상기 제1 및 제2 롤러(55) 사이에서 이동하고;
   상기 제1 액추에이터 시스템(52)은 적어도 상기 제1 롤러(54)의 속도를 제어하여 상기 지지 요소(51)의 상기 간헐적인 이동을 보상하고 상기 제1 롤러(54)와 상기 재료(2) 사이의 압연 상태를 실질적으로 보존하도록 구성되는, 지지 장치(1).
   
2. 제1항에 있어서, 적어도 제3 롤러(58) 및 상기 제3 롤러에 대향하는 제4 롤러(59)를 포함하며, 상기 제1 롤러(54) 및 상기 제3 롤러(58)는 제1 직사각형 운동 전달 요소(60), 특히 벨트 또는 체인에 의해 서로 연결되고, 상기 제2 롤러(55) 및 상기 제4 롤러(59)는 제2 직사각형 운동 전달 요소(61), 특히 벨트 또는 체인에 의해 서로 연결되는, 지지 장치(1).
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 액추에이터 시스템(56)은 상기 미리 정의된 스트로크(ST)를 따라 상기 지지 요소(51)를 이동시키도록 구성된 선형 전기 모터(57)인, 지지 장치(1).
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 액추에이터 시스템(52)은 상기 지지 요소(51) 상에 배치된 전기 모터, 특히 브러시리스 모터인, 지지 장치(1).
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 롤러(54) 및 상기 제2 롤러(55)는 운동 전달 시스템에 의해 연결됨에 따라 동일한 속도로 이동하도록 구성되는, 지지 장치(1).
   
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 롤러(55)는 아이들러(idler) 롤러인, 지지 장치(1).
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 롤러(54) 및 상기 제2 롤러(55)는 동일한 크기, 특히 20 mm 미만인, 지지 장치(1).
   
8. 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 기계로서, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 장치, 특히 일정한 속도로 권선될 재료(2)를 공급 평면(FP)을 따라 공급하도록 구성된 공급 시스템, 및 권선 장치(1)를 포함하며, 상기 권선 장치(1)는,
   지지체(3);
   제3 액추에이터 디바이스; 및
   복수의 전극(E)들을 포함하는 권선(8)을 형성하는 재료(2)를 권선하기 위한 직사각형 형상의 코어(7)를 포함하고;
   상기 코어(7)는 상기 지지체 상에 회전 방식으로 배열되고, 상기 제3 액추에이터 디바이스에 의해 제1 회전축(A1)을 중심으로 회전되고;
   상기 장치는 적어도 하나의 유지 요소(9, 9')를 포함하며, 상기 적어도 하나의 유지 요소(9, 9')는, 상기 권선의 일부 동안,
   적어도, 상기 유지 요소(9, 9')가 재료(2)의 적어도 일부분(10)을 권선(8)과 접촉하도록 유지하여 상기 재료(2)의 일부분(10)과 상기 코어(7)의 제1 측면(11, 12) 사이의 상대적인 이동들을 피하는 폐쇄 구성; 및
   상기 유지 요소(9, 9')가 상기 재료(2)가 상기 코어(7)의 상기 제1 측면(11, 12) 상에 권선될 수 있게 하는 개방 구성을 취하도록 구성되는, 기계.
   
9. 전기 에너지 저장 디바이스들의 제조를 위한 방법으로서,
   공급 시스템이 공급 평면(FP)을 따라 제1 속도로 재료(2)를 공급하는 공급 단계;
   차례대로, 적어도, 지지 장치(50)가 제1 액추에이터 시스템(52)에 의해 제2 속도로 이동되고, 상기 재료(2)를 코어(7)에 가까워질 때까지 상기 공급 평면(FP)을 따라 지지하는 동반 하위 단계(accompanying sub-step, AS); 및
   지지 장치(50)가 회전 코어(7)와의 충돌을 피하기 위해 후퇴하는 복귀 하위 단계(RS)를 포함하며,
   상기 지지 장치(50)는 적어도 제1 롤러(54) 및 제2 롤러(55)를 포함하며, 상기 제1 롤러(54) 및 상기 제2 롤러(55)는 서로 대향하고 그 사이에서 상기 재료(2)가 이동하는, 방법.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 롤러(54)는 제2 액추에이터 시스템(56)에 의해 제3 속도로 구동되고; 상기 제2 속도 및 상기 제3 속도는 적어도 부분적으로 가변적이며; 특히, 상기 제1 속도는 실질적으로 일정한, 방법.
    
11. 제10항에 있어서, 상기 제3 속도는 상기 동반 하위 단계로부터 상기 복귀 하위 단계(RS)까지 변경되는, 방법.
    
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 롤러(54)가 구동되는 상기 제3 속도는 상기 재료(2)가 상기 공급 평면(FP)을 따라 공급되는 상기 제1 속도와 상기 공급 평면(FP)을 따른 상기 지지 장치(50)의 제2 속도와의 차이에 대응하는, 방법.
    
13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 권선 단계를 포함하고, 상기 권선 단계 동안 상기 재료(2)는 직사각형 형상을 갖는 코어(7) 상에 권선(8)되어 복수의 전극(E)들을 포함하는 권선(8)을 형성하는, 방법.
    
14. 제13항에 있어서, 상기 권선 단계는 제1 하위 단계 - 상기 제1 하위 단계 동안 상기 코어(7)는 상기 공급 평면(FP)에 평행한 수평 위치로부터, 특히 상기 공급 평면(FP)에 실질적으로 수직인 수직 위치로 이동됨 -; 및 제2 하위 단계 - 상기 제2 하위 단계 동안 상기 코어(7)는 상기 수직 위치로부터 상기 수평 위치로 이동됨 -를 포함하는, 방법.
    
15. 제14항에 있어서, 상기 동반 하위 단계(AS)는 상기 제1 하위 단계와 적어도 부분적으로, 특히 전체적으로 동시에 수행되고; 상기 복귀 하위 단계(RS)는 상기 제2 하위 단계와 적어도 부분적으로, 특히 전체적으로 동시에 수행되는, 방법.

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