WO2023237332A2 - Verfahren zur herstellung einer gewickelten energiezelle, eine energiezelle, eine batterie sowie eine vorrichtung zur herstellung einer gewickelten energiezelle - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer gewickelten energiezelle, eine energiezelle, eine batterie sowie eine vorrichtung zur herstellung einer gewickelten energiezelle Download PDF

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WO2023237332A2
WO2023237332A2 PCT/EP2023/063818 EP2023063818W WO2023237332A2 WO 2023237332 A2 WO2023237332 A2 WO 2023237332A2 EP 2023063818 W EP2023063818 W EP 2023063818W WO 2023237332 A2 WO2023237332 A2 WO 2023237332A2
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winding
material webs
winding element
transport
webs
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Manfred Folger
Michael Kleine Wächter
Jan Kreysern
Daniel Diedrich
Marcus Wagner
Karsten Meinke
Nils Hofmann
Torsten Mörke
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Körber Technologies Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H19/00—Changing the web roll
    • B65H19/22—Changing the web roll in winding mechanisms or in connection with winding operations
    • B65H19/2238—The web roll being driven by a winding mechanism of the nip or tangential drive type
    • B65H19/2269—Cradle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G13/00—Apparatus specially adapted for manufacturing capacitors; Processes specially adapted for manufacturing capacitors not provided for in groups H01G4/00 - H01G11/00
    • H01G13/02—Machines for winding capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • H01M10/0409—Machines for assembling batteries for cells with wound electrodes
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    • B65H2301/50—Auxiliary process performed during handling process
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    • B65H2301/515—Cutting handled material
    • B65H2301/5151—Cutting handled material transversally to feeding direction
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    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2801/00—Application field
    • B65H2801/72—Fuel cell manufacture

Definitions

  • the invention relates to a method for producing wound energy cells, an energy cell and a battery.
  • the invention relates to a device for producing wound energy cells from at least two material webs arranged one above the other, comprising at least one feed device for feeding the material webs, a transport device for transporting the material webs in the transport direction through the device, the transport device comprising at least one transport element.
  • Energy cells or energy storage devices in the sense of the invention are used, for example, in motor vehicles, other land vehicles, ships, aircraft or in stationary systems such as photovoltaic systems in the form of battery cells or fuel cells, in which very large amounts of energy have to be stored over long periods of time.
  • energy cells regularly have a winding of material webs, which serve as starting materials for such energy cells.
  • the winding material is typically selected from four anode, cathode and separator webs of different lengths, which are present, for example, as a film or generally as a material web.
  • the material webs are usually fed separately to a winding core along different paths.
  • the material webs are regularly pre-cut to the desired width and/or length in an upstream manufacturing process.
  • the material webs with the anodes and cathodes are cut, for example, from an endless web and then wound up with an endless web of separator material in the final winding process.
  • the material strips must be regularly cleaned have a specific width and length so that an accurately wound energy cell can be formed.
  • the supply of material webs to the winding core cannot take place continuously in the known devices and methods, since the material webs are fed to a quasi-stationary, central winding core.
  • This winding core can usually only be rotated about its longitudinal axis or is rotated about its longitudinal axis in order to wind up the material webs to form an energy cell or wound material webs.
  • the winding core must be removed again from the energy cell or the wound material webs (material web winding) before the winding process of the energy cell or the material web winding in the winding station is completed.
  • damage or loss of quality to the material webs or the energy cell or the material web roll can occur, which can lead to safety risks or damage to the installed energy storage device.
  • the material webs usually consist of very thin, flat webs, which tend to lose quality, particularly in the event of compression and torsional stress, which is why there are natural limitations in transport speeds and transport guides.
  • the material sheets regularly slip during the winding process, especially during removal of the winding core, which leads to rejects and loss of quality in the wound energy cells.
  • the wound energy cells are produced from at least two material webs arranged one above the other, with a material web roll wound around a longitudinal axis of the energy cell, the material web roll being made by winding the material webs around a material web that extends in the direction of the longitudinal axis of the energy cell Winding element is produced, the winding element being brought into operative connection with at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element before or with the winding of the material webs.
  • the method according to the invention ensures that the at least two material webs are reliably and uniformly wound around the winding element to form a material web roll.
  • a material web roll from the at least two material webs, it is possible, for example, for the winding element to remain in the material web roll, so that the energy cells can be produced in a continuous process.
  • the winding element is brought into operative connection with at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element before or with the winding of the material webs, where- through the material webs do not have to be fed together to the winding process during winding, but rather the connection of the winding element to at least one surface of the material webs and the subsequent winding can take place locally separately from one another.
  • the process of winding the material webs is not tied to the provision of the winding element.
  • the material webs provided with the winding element can then preferably be wound at a suitable location or device.
  • Such winding elements are alternatively referred to as winding core, auxiliary core or auxiliary element.
  • the material of the winding element is not relevant to the invention and in principle all materials can be provided that enable the production/winding of an energy cell taking into account the material webs used.
  • plastics particularly preferably PE or PP, can be provided as materials for the winding elements.
  • the winding element can have positive aspects for a preferably provided liquid cell chemistry (e.g. electrolyte), in that the winding element is designed and set up, for example, as a storage medium for this purpose.
  • the winding element is preferably designed and designed to be porous.
  • the winding element can provide a support function for the material webs to be wound, whereby better mechanical properties of the energy cell can be provided.
  • the winding element is preferably applied to the topmost material web of the material webs to be wound.
  • the winding element can be applied, for example, to two of the material webs.
  • the operative connection of the winding element with at least one surface is further preferably carried out by at least temporarily fixing the winding element on or with at least one of the material webs.
  • the material webs brought into operative connection with the winding element can preferably be pulled and moved and fed together “as a material web” to the downstream winding process.
  • the corresponding material webs can also be transported more flexibly, which means that an increased number of windings and geometries of the energy cells can be created and at the same time The risk of the material sheets slipping or breaking is reduced in a timely manner.
  • more than one winding element can be provided around which the material webs can be wound to form the material web roll.
  • the operative connection of the winding element to at least one surface of the material webs is preferably irreversible, so that the winding element is firmly connected to one another with at least one material web.
  • Fixing the winding element can be advantageous, for example, for transporting the material webs within a device, machine or system complex.
  • Such winding process systems can preferably include further means and/or elements in order to support and/or design and set up an introduction of the winding element and/or a subsequent winding.
  • the material webs are preferably endless webs and more preferably comprise at least one material web of a separator material, which is also referred to, among other things, as a separator web, separator material web or separator film. More preferably, at least one further material web is formed from an anode web or cathode web, which are also referred to as anode material web or cathode material web, anode foil or cathode foil.
  • the at least two material webs comprise two separator material webs, the winding element being brought into operative connection with at least one surface of the material webs before or with the winding of the material webs. For the purposes of the invention, it is not necessary that only two material webs are provided for producing wound energy cells.
  • the material webs comprise, in particular, two separator material webs and at least one further material web, for example an anode and/or cathode material web.
  • the anode or cathode material web is preferably arranged between two separator material webs in order to provide the corresponding starting materials for an energy cell.
  • further materials or processing steps can preferably be added to the material web roll in order to form the energy cell.
  • lying one above the other can therefore mean that the material webs are arranged at a distance or essentially one above the other with no gap, with a substantially congruent arrangement of the material webs being further preferably provided. If the material webs are arranged at a distance, they can preferably be transported at least partially by means of independent means of transport; in the case of an arrangement without a distance, the material webs can preferably be transported using a single means of transport.
  • one of the material webs is arranged only for a certain section on another material web; it is preferably conceivable that an anode or cathode material web can each be arranged completely on a separator material web and/or is covered by a separator material web.
  • the inventive concept also includes methods with corresponding devices/systems/machines whose width is adjusted in such a way that a plurality or large number of material webs can be processed in parallel at the same time.
  • Such devices are preferably designed and set up to be variable, in particular in terms of the (machine) width, so that several material webs can be brought into operative connection next to one another or in parallel with a winding element.
  • the method equally includes the possibility of processing several material webs in parallel with a single device, so that one winding element is brought into operative connection with at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element on a plurality or plurality of at least two material webs.
  • a plurality of material webs are processed in parallel on a device by adjusting the width of the device components accordingly.
  • the intended facilities, stations and the respective means must be adapted accordingly in order to provide scalability across the board.
  • a preferred embodiment is characterized in that the at least two material webs are present as a material web composite that is at least partially connected or that the at least two material webs are connected at least partially to form a material web composite before winding.
  • the at least two material webs can create a “common” beginning through the material web composite, which serves as the starting point for the winding.
  • at least two of the material webs can be connected to one another at one end of the web.
  • the presence or creation of a material web composite at least in some areas provides an opportunity to further process the material webs lying one on top of the other in a convenient and bundled manner.
  • the connected material webs can be pulled and moved and fed together to the winding process “as one material web”.
  • the connected material webs can then be alternately fed to several rolling processes, with one material web resulting in n rolls. This reduces the number of feeds and/or transport devices required during the winding process, resulting in faster and more flexible production of energy cells.
  • the material webs connected in areas can also be transported more flexibly, which means that an increased number of windings and geometries of the energy cells can be produced and the risk of the material webs slipping or breaking is reduced.
  • the winding element is produced from a section of at least one of the material webs.
  • no external winding element is necessary, which is brought into operative connection with at least one surface of the material webs, but the operative connection with at least one surface of the material webs is created by forming the winding element from a section of at least one of the material webs.
  • a section or region of at least one material web is provided, which is generated into a winding element by a winding element generation process upstream of the winding process.
  • the winding element can be produced, for example, by rolling the section of at least one of the material webs.
  • additives and/or auxiliary materials can preferably be used in order to provide, if necessary, specific mechanical properties of the winding element, in particular strength, stiffness or durability properties.
  • Such additives and/or auxiliary materials can be, for example, adhesives.
  • the section of the material web comprises at least one separator web, preferably the section is at least at least partially formed from one or two separator webs.
  • Separators are usually made of thermally activated plastics such as PE or PP, which are well suited to forming desired, specific shapes or material compositions. Plastics are therefore well suited for the formation of the winding element in an energy cell from the section of at least one separator web, since on the one hand they have a high electrical insulating capacity and on the other hand they have a high resistance to corrosion. Thermoplastics are also easy to shape and process, making it easy to produce a durable winding element.
  • separator material webs made of thermoplastics such as PE or PP represent an ideal material for mass production with low raw material expenditure.
  • the material webs are present, for example, as multi-layer material webs made of two separator material webs, with at least one of the separator material webs being the section for producing the winding element which is preferably free of an anode or cathode material.
  • the section is created before or with the winding process to form a winding element around which the material webs are wound to form the material web roll.
  • An expedient embodiment of the invention is characterized in that the winding element is arranged transversely or longitudinally to the transport direction of the material webs on the surface of at least one of the material webs, preferably arranged in a fixed manner.
  • the arrangement of the winding element on the surface of at least one of the material webs is particularly dependent on the subsequent orientation of the winding.
  • the material webs are wound by winding the material webs around the winding element which extends in the direction of the longitudinal axis of the energy cell.
  • the winding elements are applied along the transport direction of the material webs, so that the winding then has to take place transversely to the original transport direction of the material webs.
  • the winding elements are arranged transversely to the transport direction on the surface of at least one of the material webs in order to directly form and set up the subsequent winding of the material webs in the course of the transport direction.
  • the fixed arrangement of the winding element on the surface of at least one of the material webs prevents the winding element from slipping and it can If necessary, reliable transport of the corresponding material webs can be provided.
  • the winding element remains stationary in the material web roll.
  • “Stationary” in the sense of the invention means that the winding element remains in operative connection with the arranged surface of the corresponding material web, at least during the production of the material web roll.
  • the winding element is arranged irreversibly during the winding of the material webs to form the material web roll.
  • auxiliary and/or additives can be provided in order to form and set up a fixation or stationary arrangement of the winding element.
  • a further expedient embodiment of the invention is characterized in that the material webs are endless webs for producing a plurality of wound energy cells.
  • the material webs can be provided as a wound endless web or as an endless web run for producing the energy cells.
  • the endless webs are preferably produced in an upstream manufacturing process.
  • the endless webs are further preferably provided continuously and can already be available in predetermined configurations of the arrangement one above the other.
  • a preferred development of the invention is characterized in that at least one of the material webs is cut transversely and/or longitudinally to the transport direction of the material webs by means of at least one cutting device, preferably before and/or after the winding element.
  • at least one cutting device By cutting the material webs using the at least one cutting device, it is possible to cut the material webs in accordance with predetermined requirements for the energy cell.
  • the requirements can in particular relate to the length and/or the width of the starting materials of the energy cell.
  • the cutting device provides a wider range of applications for the winding, in that, for example, wider material webs can be cut into narrower material webs with the desired dimensions, which can then be cut into the desired material lengths. be wrapped in web wrap.
  • winding elements preferably arranged on the material webs can be cut using the cutting device. More preferably, a different cutting pattern can alternatively or additionally be carried out by means of the cutting device, for example special recesses, conductor tracks or specific further cut images.
  • An expedient embodiment of the invention is characterized in that the material webs are transported by means of at least one transport element, the winding element being arranged by means of the transport element when the material webs are transported on at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element, transversely or longitudinally to the transport direction of the material webs, is preferably arranged fixed.
  • the transport element takes on a dual function, since on the one hand transport of the material webs is provided and on the other hand an arrangement of the winding element on at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element is provided.
  • the material webs are at least partially transported with the winding element arranged on the transport element, with contact being formed and established between the winding element and at least one surface of the material webs to be wound around the winding element.
  • the transport element is designed in a drum shape and is set up to transport the material webs at least partially along the circumference by means of the transport element, the material webs being arranged via a winding element arranged on the circumference of the transport element for arranging the winding element on the material webs be transported.
  • the drum-shaped transport element ensures, on the one hand, a continuous supply of the winding element and, on the other hand, a controlled and continuous transport of the material webs via the winding element.
  • the drum-shaped transport element continuously provides winding elements for arrangement on the material webs, thereby producing a continuous manufacturing process.
  • the winding elements can preferably be provided in troughs provided for this purpose on the drum-shaped transport element, which have at least a temporary arrangement on the Enable transport element.
  • the winding element is preferably continuously fed to the drum-shaped transport element in an upstream provision process in order to then be arranged on the material webs or to be picked up by the material webs.
  • a safe and gentle transport of the winding element or the material web roll can thus be provided.
  • the transport device can further preferably comprise at least one rotating body having at least one trough.
  • the winding element is arranged in a fixable manner on at least one surface of the material webs to be wound around the winding element.
  • the winding element and/or at least partially a surface of one of the material webs can be provided with an auxiliary and/or additive, for example an adhesive, preferably a glue, in order to provide a fixed arrangement of the winding element on the material webs.
  • a further preferred embodiment is characterized in that the winding element is fed to at least one of the material webs by means of a drum, preferably by means of a drum comprising a counter-position element.
  • the drum engages with the material webs in order to feed the winding element to at least one of the material webs.
  • the drum preferably has troughs for receiving the winding elements in order to feed them to at least one of the material webs if necessary.
  • the counter drum preferably has no trough and can more preferably be designed and set up to transport the material webs. In this way, the counter drum can also function as a transport element. More preferably, the counter drum has a rolling surface. The drum is designed and set up to feed the winding elements of the at least one material web in a clocked or continuous manner.
  • the counter drum, the winding counter and/or the rotating body has, at least in some areas, a "structured surface" and/or an engagement element in order to at least to create or develop specific mechanical and/or surface structural properties in certain areas.
  • a winding start for starting the winding can preferably be formed.
  • a winding element can be produced in this way by at least one of the material webs in order to form and set up the winding of the material web roll around it.
  • the counter drum, the winding counter and/or the rotary body has a coated surface at least in some areas, the coated surface being provided in particular for the formation of different sliding properties of at least one of the material webs on the counter drum, the winding counter and/or on the rotary body is.
  • the coated surface can in particular be designed and set up to improve the sliding of at least one of the material webs and/or the material web roll, that is to say to reduce the frictional force, or to reduce the sliding of at least one of the material webs and/or the material web roll, that is to say the to increase friction force.
  • An expedient embodiment of the invention is characterized in that the material web roll is wound by means of a winding drum, the material webs guided on the winding drum being wound around the winding element by means of a winding counter.
  • the material web roll is produced by winding the material webs around the winding element.
  • the material webs are thus wound around the winding element in the direction of the longitudinal axis of the energy cell, whereby, among other things, a corresponding material web roll is generated depending on a predetermined or intended length of the material webs.
  • the material webs can be cut before or during the winding process in order to produce a corresponding material web roll of a predetermined length of the material webs.
  • the winding drum and/or the winding counter can be controlled and/or regulated to form and set up a desired winding. In this way, in particular the duration, the force input and/or the speed of the winding can be adjusted. More preferably, other factors in the production of the material web rolls can be influenced by means of the winding drum and/or the winding counter, for example the temperature supply, (pressure) pressures, transport speeds, etc.
  • the object is also achieved by the energy cell according to the invention in a wound construction, in particular a cell of a lithium-ion battery, with a roll of material webs made of at least four material webs wound around a longitudinal axis of the energy cell, characterized in that the energy cell is produced according to a method according to the invention.
  • the material webs are preferably each an anode and a cathode web as well as two separator webs, which are present, for example, as a film.
  • the anode and cathode tracks are at least partially covered at least on one surface by a separator track, whereby an energy cell structure is provided.
  • the winding element preferably remains in the energy cell or in the material web roll, which, on the one hand, enables continuous, more cost-effective and rapid production of an energy cell and, on the other hand, specific properties of the energy cell can be formed and set up by the winding element remaining in the energy cell.
  • a corresponding battery in particular a lithium-ion battery, which is characterized in that it comprises energy cells according to the invention.
  • This also makes it possible to produce a battery according to the invention cost-effectively and reliably, which has the advantages of the energy cell due to the corresponding method according to the invention.
  • Such batteries can be intended for a wide range of applications and, thanks to the corresponding manufacturing process, have the positive aspects of the energy cell according to the invention.
  • a winding device for winding the material webs into a wound material web roll is provided, with at least one winding element insertion device being arranged upstream of the winding device, which is designed and set up in the direction of the longitudinal axis of the energy cell extending winding element before or with the winding of the material webs in operative connection with at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element.
  • the device according to the invention ensures that the at least two material webs can be converted into a wound material web roll by means of the winding device, with a winding element being operatively connected to at least one surface of the material webs to be wound around the winding element before or with the winding of the material webs by means of the winding element insertion device can be brought.
  • a winding element being operatively connected to at least one surface of the material webs to be wound around the winding element before or with the winding of the material webs by means of the winding element insertion device can be brought.
  • the at least two material webs to be wound simultaneously around the winding element, which serves as the starting point for the winding.
  • the introduction of the winding element by means of the winding element introduction device provides a possibility of making the winding element centrally available to the material webs before winding in order to wind the material webs lying one above the other together accordingly.
  • the correspondingly produced material web roll can then be further processed into a wound energy cell.
  • the winding element By introducing the winding element onto the at least one material web, the material web roll is built up around the winding element, which ensures continuous production of material web rolls and energy cells.
  • the material webs provided with the winding element can be wound up in the winding process together with the entire material webs to be wound.
  • the material webs provided with the winding element can preferably be pulled and moved and fed together “as one material web” to the downstream winding process.
  • the introduction of the winding element by means of the winding element introduction device reduces the number of feeds and/or transport devices required during the winding process, which results in faster and more flexible production of energy cells.
  • the material webs provided with the winding element can also be transported more flexibly, which means that an increased number of windings and geometries of the energy cells can be produced and the risk of the material webs slipping or breaking is reduced.
  • the dimensions, the materials and the dimensions of the winding device, the feeding device and/or the winding element introduction device are selected depending on the thickness or length of the roll of material web to be wound or the intended diameter or the intensity of the winding of the roll of material web.
  • the number of winding revolutions through the winding device is preferably known in advance from the length of the material web, which means that the last outer wrap of the material web winding can be specifically stopped and/or transferred to another unit with a defined seam position.
  • the inventive concept also includes devices whose width is adjusted in such a way that a plurality or plurality of material webs can be produced parallel to material web rolls at the same time.
  • Such devices according to the invention are preferably designed to be variable, particularly in terms of (machine) width. forms and set up so that several material webs can be transported next to each other or in parallel by means of the transport device.
  • winding elements can be introduced onto a plurality or plurality of at least two material webs by means of the winding element insertion device in order to then form and set up a material web roll by means of the winding device.
  • a plurality of material webs are processed in parallel on a device by adjusting the width of the device components accordingly in order to provide parallel introduction of winding elements and subsequent winding.
  • the intended facilities, stations and the respective means must be adapted accordingly in order to provide scalability across the board.
  • the winding element introduction device is designed and set up to form the winding element from a section of at least one of the material webs.
  • the winding element insertion device makes it possible for the section of at least one of the material webs to be formed into the winding element by forming.
  • the forming can be carried out, for example, by rolling the section into a winding element.
  • the winding element insertion device can comprise further means, for example at least one rolling element, in order to form and set up a rolling of the section into a winding element.
  • the winding element can be produced continuously from the section by means of the winding element introduction device, which means that the material webs can be transported continuously and that a winding element can be formed from the section while passing through the winding element introduction device.
  • the winding element introduction device which means that the material webs can be transported continuously and that a winding element can be formed from the section while passing through the winding element introduction device.
  • further additives and/or auxiliary materials can be provided, which can be added using suitable devices.
  • the winding element is transverse or longitudinal to the transport direction by means of the winding element insertion device
  • Material webs can be arranged on the surface of at least one of the material webs, preferably arranged in a fixed manner.
  • the device further comprises at least one cutting device, which is designed and set up to cut the material webs transversely or longitudinally to the transport direction, preferably arranged before and/or after the winding element introduction device.
  • the at least one cutting device makes it possible to cut at least one or each of the material webs and/or the winding element.
  • the cutting devices are preferably provided for cutting endless webs to length; alternatively or additionally, the cutting devices can be provided to cut the winding element in a predetermined length, width and/or shape.
  • the cutting device provides a wider range of applications for the device, for example by allowing wider material webs to be cut into narrower material webs with the desired dimensions.
  • material webs can be cut according to a specified cut.
  • a different cutting pattern can alternatively or additionally be carried out by means of the cutting device, for example special recesses, conductor tracks or specific further cut images.
  • the cutting devices can be designed and set up, for example, by a cutting means and a counter drum.
  • the cutting means cuts the material webs guided on the counter drum with the predetermined cutting sequence or length, which is defined by the cutting process and/or the corresponding cutting means.
  • the cutting device can preferably comprise a punching, laser, knife or thermal cutting device and can be designed and set up to carry out the cutting process.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that at least one of the transport elements is designed as the winding element insertion device and is set up to arrange the winding element when transporting the material webs on at least one surface of the material webs to be wrapped around the winding element transversely or longitudinally to the transport direction of the material webs , preferably fixed.
  • the transport element is preferably designed and set up as a rotating body, which further preferably comprises receiving points for receiving the winding elements.
  • a preferred development of the invention is characterized in that the transport element is designed in the shape of a drum and is set up to transport the material webs at least partially along the circumference by means of the transport element, the material webs being arranged via a winding element arranged in a trough on the circumference of the transport element of the winding element can be transported on the material webs.
  • a further expedient embodiment of the invention is characterized in that the winding element introduction device is designed as a drum having at least one trough and is set up to receive the winding element and/or to transfer it to the material webs.
  • the drum preferably has a plurality or number of troughs in order to accommodate a corresponding number of winding elements and to transfer them to the material webs.
  • further means and/or properties can preferably be provided, for example a negative pressure application, in order to hold the winding element at least if necessary.
  • the winding device is designed as a winding drum comprising a winding support and is set up to wind up the material webs transported on the winding device in operative connection with the winding support to form the material web roll.
  • the winding support can in principle be made of any suitable material and/or shape.
  • the winding counter can, for example, comprise a conveyor belt and/or one or more rollers or rotating bodies. In addition, it can be useful for the winding counter to be designed and set up to be drivable or rigid. Further preferably, the configuration of the material web roll to be wound is designed and set up to be adjustable, controllable and / or regulatable by means of the winding counter.
  • At least one dispensing device designed and set up to dispense the material web rolls is arranged downstream of the winding device.
  • the delivery facility takes care of this Material web winding from the winding device or the transport device to enable continuous production of energy cells.
  • the dispensing device is further preferably designed and set up in such a way that it receives a material web roll generated by the winding device or that a dispensed material web roll can be received by the dispensing device.
  • the delivery device is preferably arranged after the winding device or the transport device, in particular after the rotating body.
  • an adhesive agent can further preferably be applied to and/or on the roll of material web in order to secure the roll of material web in a substantially dimensionally stable manner at least temporarily.
  • the adhesive can be, for example, an adhesive strip.
  • An expedient embodiment of the invention is characterized in that the winding device, the rotating body and/or the winding support is/are designed to be able to withstand temperatures and/or pressure loads at least in some areas and are set up to apply a temperature and/or pressure to the material webs or the material web roll at least in some areas .
  • predetermined mechanical properties can be generated in the material webs and/or in the material web wrap.
  • laminating, compressing or hardening the material webs and/or the material web roll is possible, for example in order to connect them to one another at least in some areas or to influence the mechanical properties of the end product.
  • the winding counter or the rotating body is designed and set up to be heatable and/or coolable at least in some areas.
  • the rotating body can be designed and set up to be movable, for example with an adjustable pressure against the material webs and/or against the material web winding, in order to generate a predetermined pressure by resting against the winding counter.
  • a device for introducing auxiliary and/or additives can be provided, for example in order to form and set up a reversible or irreversible connection of the material webs and/or the material web roll.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further embodiment of a device according to the invention in cross section for carrying out a method according to the invention
  • 3 a and b each show a schematic representation of material webs that can be produced into an energy cell using the device according to the invention or by the method according to the invention.
  • the devices 10 shown in the drawings are designed and set up as an independent and separate device 10 as an example.
  • the invention relates in the same way to comparable devices 10, which are integrated in a more complex system with several assemblies or upstream and/or downstream further device or machine components.
  • Such devices 10 can be designed and set up to be variable, particularly in terms of (machine) width, so that several material webs 11, 12, 13, 14 can be processed in parallel using the device 10.
  • a plurality or number of material webs 11, 12, 13, 14 can be processed in parallel on a device 10 by adjusting the width of the device components accordingly.
  • the intended facilities and the respective means must be adapted accordingly in order to provide broad scalability.
  • the intended material webs 11, 12, 13, 14 are preferably produced in a manufacturing machine, which can include a device 10 according to the invention and/or which a device 10 according to the invention is arranged downstream.
  • a manufacturing machine which can include a device 10 according to the invention and/or which a device 10 according to the invention is arranged downstream.
  • Such a manufacturing machine - not shown in the figures - preferably includes different steps in order to produce the corresponding material webs 11, 12, 13, 14 with the intended properties for producing a wound energy cell generate.
  • the material webs 11, 12, 13, 14 are generally provided as endless webs and can already be pre-cut in the intended lengths and/or widths.
  • the material webs 11, 12, 13, 14 can also preferably be connectable to one another at least in some areas to form a material web composite 19.
  • FIG. 1 and 2 each show schematically a different embodiment of a device 10 according to the invention for carrying out the method according to the invention.
  • the method is used to produce wound energy cells 15 from at least two material webs 11, 12, 13, 14 arranged one above the other, with a material web roll 16 wound around a longitudinal axis of the energy cell 15, the material web roll 16 being formed by winding the material webs 11, 12, 13, 14 around a winding element 17 extending in the direction of the longitudinal axis of the energy cell 15.
  • the winding element 17 is brought into operative connection with at least one surface 18 of the material webs 11, 12, 13, 14 to be wound around the winding element 17 before or during the winding of the material webs 11, 12, 13, 14.
  • FIGS. 1 and 2 The process of providing the winding element 17 to the material webs 11, 12, 13, 14 is shown as an example in FIGS. 1 and 2.
  • the material webs 11, 12, 13, 14 are each shown as material webs 11, 12, 13, 14 arranged one above the other.
  • the material webs 11, 12, 13, 14 can also be transported one above the other at a (slight) distance.
  • the at least two material webs 11, 12, 13, 14 can be present as a material web composite 19 that is connected at least in some areas.
  • the at least two material webs 11, 12, 13, 14 can be connected at least in some areas to form a material web composite 19 before winding.
  • the material web composite 19 is preferably produced before or with the introduction of the winding element 17 onto the at least one surface 18 of the material webs 11, 12, 13, 14.
  • the surface 18 of the material webs 11, 12, 13, 14 is not limited to the top side, but can also be arranged on the underside of the material webs 11, 12, 13, 14. Surface 18 is basically to be understood as meaning all free surfaces of the material webs 11, 12, 13, 14, which enable the winding element 17 to be arranged.
  • FIGS. 3a and 3b each show schematic material webs 11, 12, 13, 14, which are produced by means of the device 10 according to the invention or by the device 10 according to the invention. Processes according to the invention can be used to produce an energy cell 15. If the material webs 11, 12, 13, 14 arranged one above the other shown in FIG. 3 are connected to one another at least in some areas, one can speak of a material web composite 19, which is preferably intended for carrying out the method according to the invention. A schematic representation of a material web composite 19 is shown as an example in FIGS. 3a and 3b. 3a and 3b show a section of material webs 11, 12, 13, 14 arranged one above the other.
  • the material webs 11, 12, 13, 14, preferably two separator material webs 11, 13 and each an anode material web 12 and a cathode material web 14.
  • the material webs 11, 12, 13, 14 can preferably be arranged one on top of the other in a predetermined sequence, preferably the anode material web 12 or the cathode material web 14 can be arranged between two separator material webs 11, 13.
  • the winding element 17 is produced from a section 20 of at least one of the material webs 11, 12, 13, 14.
  • the section 20 of the material web 11, 12, 13, 14 preferably comprises at least one separator web 11, 13. More preferably, the section 20 is formed at least in some areas from one or two separator webs 11, 13.
  • a section 20 is shown in FIGS. 3a and 3b, which is formed from a separator web 11, 13.
  • this is processed, for example by rolling, forming, etc.
  • further auxiliaries and/or additives such as temperature, adhesives, embossing devices, etc., can be used.
  • the winding element 17 is arranged, preferably fixed, transversely or longitudinally to the transport direction T of the material webs 11, 12, 13, 14 on the surface 18 of at least one of the material webs 11, 12, 13, 14. 1 and 2, the winding element 17 is arranged transversely on the material webs 11, 12, 13, 14, so that the material webs 11, 12, 13, 14 are then in operative connection with at least one surface 18 around the winding element 17 material webs 11, 12, 13, 14 to be wound are brought. If the winding element 17 is arranged along the transport direction T on the material webs 11, 12, 13, 14, a change in the winding direction is preferably necessary, that is, the winding must then be produced in the direction of the longitudinal axis of the energy cell 15 to be wound. In such cases it can be provided that: the transport direction T of the material webs 11, 12, 13, 14 with the longitudinally applied winding element 17 is changed by essentially 90 °.
  • the winding element 17 remains stationary in the material web roll 16.
  • the winding element 17 is therefore part of the energy cell 15 and, in particular when the energy cell 15 is used as intended, remains in the material web roll 16.
  • the winding element 17 can be fixed on at least one surface 18 of the material webs 11, 12, 13, 14 to be wound around the winding element 17 arranged.
  • auxiliary and/or additives For the arrangement of the winding element 17 on the material webs 11, 12, 13, 14, it may be advantageous to use auxiliary and/or additives so that a fixed and/or stationary arrangement of the winding element 17 is provided.
  • the material webs 11, 12, 13, 14 are endless webs for producing a plurality of wound energy cells 15.
  • the devices 10 are each intended to provide endless webs in order to form wound energy cells 15 with the winding element 17 to train and set up.
  • At least one of the material webs 11, 12, 13, 14 can be cut transversely and/or longitudinally to the transport direction T of the material webs 11, 12, 13, 14 by means of at least one cutting device 21, preferably before and/or after the winding element 17.
  • a cutting device 21 is shown schematically in FIGS. 1 and 3, which is designed and set up for cutting the material webs 11, 12, 13, 14.
  • the material webs 11, 12, 13, 14 can preferably be cut in terms of their length and/or their width.
  • the winding elements 17 can also be cut and/or, more preferably, certain cutting patterns of the material webs 11, 12, 13, 14 can be carried out.
  • the material webs 11, 12, 13, 14 are cut to length in a predetermined length, which is defined by the subsequent winding, the cutting process and/or the corresponding cutting means.
  • the material webs 11, 12, 13, 14 are preferably transported by means of at least one transport element 22, with the winding element 17 being transported by means of the transport element 22 when transporting the material webs 11, 12, 13, 14 on at least one surface 18 which is to be wrapped around the winding element 17- the material webs 11, 12, 13, 14 is arranged transversely or longitudinally to the transport direction T of the material webs 11, 12, 13, 14, preferably arranged in a fixed manner.
  • the winding element 17 is on the one hand transported and provided by means of the transport element 22 and at the same time the material webs 11, 12, 13, 14 are transported by means of the transport element 22 and brought into operative connection with one another when contact is made with the winding element 17.
  • the winding element 17 is arranged on the surface 18 of the material webs 11, 12, 13, 14 and then wound into a material web roll 16.
  • the transport element 22 is preferably designed in the shape of a drum and is set up to transport the material webs 11, 12, 13, 14 at least partially along the circumference by means of the transport element 22, the material webs 11, 12, 13, 14 being arranged on the circumference of the transport element Winding element 17 for arranging the winding element 17 on the material webs 11, 12, 13, 14 are transported.
  • the winding element 17 is fed to at least one of the material webs 11, 12, 13, 14 by means of a drum 23, preferably by means of a drum 23 comprising a counter-position element 24.
  • the transport element 22 functions to transport the Material webs 11, 12, 13, 14 and as a counter-position element 24.
  • the drum 23 transfers the winding element 17 to the material webs 11, 12, 13, 14 before or with the start of the winding process.
  • the drum 23 is alternatively designed and set up as a general rotating body, in order to provide a clocked or continuous supply of the winding elements 17 to the material webs 11, 12, 13, 14.
  • the drum 23 is preferably provided with a plurality of winding elements 17 (not shown in the figures) continuously so that they can be fed to the material webs 11, 12, 13, 14.
  • the material web roll 16 is preferably wound by means of a winding drum 25, the material webs 11, 12, 13, 14 guided on the winding drum 25 being wound around the winding element 17 by means of a winding counter 26.
  • the material webs 11, 12, 13, 14 are guided on or by means of the winding drum 25 and brought into operative connection with the winding counter 26.
  • the winding counter 26 provides the contour for the winding of the material web roll 16 and this is formed in the course of transport along the winding counter 26.
  • FIG. 1 and 2 each show schematically a different embodiment of a device 10 for producing wound energy cells 15 from at least two material webs 11, 12, 13, 14 arranged one above the other, comprising at least one feed device 27 for feeding the material webs 11, 12, 13 , 14, a transport device 28 for transporting the material webs 11, 12, 13, 14 in the transport direction T through the device 10, the transport device 27 comprising at least one transport element 22.
  • the transport device 28 is designed and set up to transport the material webs 11, 12, 13, 14 one above the other at least in some areas by means of the at least one transport element 22.
  • the device 10 is characterized according to the invention in that a winding device 29 is provided for winding the material webs 11, 12, 13, 14 into a wound material web roll 16, with at least one winding element insertion device 30 being arranged upstream of the winding device 29, which is designed and set up a winding element 17 extending in the direction of the longitudinal axis of the energy cell 15 before or with the winding of the material webs 11, 12, 13, 14 in operative connection with at least one surface 18 of the material webs 11, 12, 13, 14 to be wound around the winding element 17 .
  • the winding element introduction device 30 is preferably designed and set up as a portion of the transport element 22, which on the one hand transports the material webs 11, 12, 13, 14 and, on the other hand, feeds the winding element during the transport of the material webs 11, 12, 13, 14 to be wound 17 provides.
  • the winding element introduction device 30 is designed as a separate drum 23, which feeds the winding element 17 to the material webs 11, 12, 13, 14 to be wound when contact is made. More preferably, the winding element introduction device 30 is designed and set up to form the winding element 17 from a section 20 of at least one of the material webs 11, 12, 13, 14. A winding element 17 can be produced from the section 20, for example by means of the drum 23, in order to then feed it to the winding device 29 for winding.
  • the winding element 17 is positioned transversely or longitudinally to the transport direction T of the material webs 11, 12, 13, 14 on the surface 18 of at least one of the material webs 11, 12 by means of the winding element introduction device 30.
  • 13, 14 can be arranged, preferably fixed.
  • the fixed arrangement can be formed, for example, by means of an adhesive, which can be applied to the winding element 17 and/or the surface 18 of one of the material webs 11, 12, 13, 14 by an adhesive application device (not shown in the figures).
  • the fixation of the winding element 17 on at least one surface 18 can particularly preferably be carried out using glue.
  • the device 10 preferably further comprises at least one cutting device 21, which is designed and set up to cut the material webs 11, 12, 13, 14 transversely or longitudinally to the transport direction, preferably arranged before and/or after the winding element introduction device 30.
  • the cutting device 21 is further preferably arranged in front of the winding device 29, whereby the endless web can be separated from the material web roll 16 before or after winding in order to ensure continuous production of the energy cells 15. If the winding element 17 is arranged longitudinally to the transport direction T, the winding element 17 is preferably arranged in alignment with the longitudinal direction of the web.
  • At least one of the transport elements 22 is preferably designed as the winding element introduction device 30 and is set up to transport the winding element 17 on at least one surface 18 of the material webs 11, 12, 13, 14 to be wrapped around the winding element 17 Arrange material webs 11, 12, 13, 14 transversely or longitudinally to the transport direction T of the material webs 11, 12, 13, M, preferably in a fixed manner.
  • the transport element 22 is designed in the shape of a drum and is set up to transport the material webs 11, 12, 13, 14 at least partially along the circumference by means of the transport element 22, the material webs 11, 12, 13, 14 being transported on the circumference of the transport element 22 arranged in a trough 31 winding element 17 for arranging the winding element 17 on the material webs 11, 12, 13, 14 can be transported.
  • the winding element introduction device 30 is designed as a drum 23 having at least one trough 31 and is set up to receive the winding element 17 and/or to transfer it to the material webs 11, 12, 13, 14.
  • the winding device 29 is designed and set up as a winding drum 25 comprising a winding support 26 in order to wind up the material webs 11, 12, 13, 14 transported on the winding device 29 in operative connection with the winding support 26 to form the material web roll 16.
  • the winding counter 26 in FIG. 1 has a conveyor belt 33, which is mounted on at least two guide elements 34, which are preferably designed and set up to be drivable.
  • the conveyor belt 33 forms a gap to the winding drum 25 in the course of the winding area, which is preferably designed and set up to be changeable in width, more preferably controllable and/or regulated during and/or before/after a winding process.
  • the winding counter 26 describes a predetermined winding area which has a gap which preferably increases in the course of the transport direction T and essentially corresponds to the size of the energy cell 15 to be wound.
  • the winding element 17 is positively guided during transport in the winding device 29, whereby the winding is generated continuously.
  • the device comprises a dispensing device - not shown in the figures, wherein the dispensing device further preferably has at least one fixing device which is designed and set up to fix the material web roll 16 at least in regions.
  • an adhesive for example an adhesive strip, a tape or the like, can be introduced/applied to at least one surface of the material webs 11, 12, 13, 14 and/or on a surface of the material web roll 16 in order to prevent undesirable opening/unfolding of the material web roll 16 to prevent after wrapping.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gewickelten Energiezellen (15) aus mindestens zwei übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen (11, 12, 13, 14), mit einem um eine Längsachse der Energiezelle (15) gewickelten Materialbahnen-5 wickel (16), wobei der Materialbahnenwickel (16) durch Wickeln der Materialbahnen (11, 12, 13, 14) um ein sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle (15) erstreckendes Wickelelement (17) erzeugt wird, wobei das Wickelelement (17) vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen (11, 12, 13, 14) in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche (18) der um das Wickelelement (17) zu wickelnden Materialbahnen 10 (11, 12, 13, 14) gebracht wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Energiezelle (15), eine Batterie sowie eine entsprechende Vorrichtung (10) zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Energiezelle (15).

Description

Verfahren zur Herstellung einer gewickelten Energiezelle, eine Energiezelle, eine Batterie sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer gewickelten Energiezelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gewickelten Energiezellen, eine Energiezelle sowie eine Batterie.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von gewickelten Energiezellen aus mindestens zwei übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen, umfassend mindestens eine Zuführeinrichtung zum Zuführen der Materialbahnen, eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Materialbahnen in Transportrichtung durch die Vorrichtung, wobei die Transporteinrichtung mindestens ein Transportelement umfasst.
Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von gewickelten Energiezellen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Weiter sind entsprechende Energiezelle und Batterien hinlänglich bekannt. Energiezellen oder auch Energiespeicher im Sinne der Erfindung werden z.B. in Kraftfahrzeugen, sonstigen Landfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen oder auch in stationären Anlagen wie z.B. Photovoltaikanlagen in Form von Batteriezellen oder Brennstoffzellen verwendet, bei denen sehr große Energiemengen über größere Zeiträume gespeichert werden müssen. Dazu weisen solche Energiezellen regelmäßig eine Wickelung von Materialbahnen auf, die als Ausgangsmaterialien für derartige Energiezellen dienen. Beim Wickeln von Rundzellen ist typischerweise das Wickelmaterial aus vier unterschiedlich langen Anoden-, Kathoden- und Separatorbahnen ausgewählt, die beispielsweise als Folie bzw. allgemein als Materialbahn vorliegen. Bei den bekannten Verfahren oder Vorrichtungen zur Herstellung von Energiezellen werden die Materialbahnen in der Regel getrennt auf verschiedenen Pfaden einem Wickelkern zugeführt. Dazu werden die Materialbahnen regelmäßig in einem vorgelagerten Herstellungsprozess auf die gewünschte Breite und/oder Länge vorgeschnitten. Dabei werden die Materialbahnen mit den Anoden und Kathoden beispielsweise von einer Endlosbahn geschnitten und dann mit einer Endlosbahn eines Separatormaterials im finalen Wickelprozess aufgewickelt. Die Materialbahnen müssen dazu regelmäßig eine spezifische Breite und Länge aufweisen, damit eine akkurat gewickelte Energiezelle bildbar ist.
Die Zufuhr von Materialbahnen zum Wickelkern kann bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren nicht kontinuierlich erfolgen, da die Materialbahnen einem quasi ortsfesten, zentralen Wickelkern zugeführt werden. Dieser Wickelkern ist in der Regel lediglich um seine Längsachse rotierbar bzw. wird um seine Längsachse rotiert, um die Materialbahnen dabei zu einer Energiezelle oder zu gewickelten Materialbahnen aufzuwickeln. Nach dem Wickelvorgang muss der Wickelkern wieder aus der Energiezelle oder den gewickelten Materialbahnen (Materialbahnenwickel) entfernt werden, bevor der Wickelvorgang der Energiezelle oder des Materialbahnenwickels in der Wickelstation beendet ist. Dadurch ist nur ein diskontinuierlicher Herstellungsprozess der Energiezellen gegeben und zudem besteht ein großer logistischer Aufwand bei der Bereitstellung und Rückführung der Wickelkerne. Weiter kann es bei dem Entfernen des Wickelkerns aus der Energiezelle oder dem Materialbahnenwickel zu Beschädigungen oder Qualitätseinbußen der Materialbahnen bzw. der Energiezelle oder dem Materialbahnenwickel kommen, was zu Sicherheitsrisiken oder Beschädigungen in dem verbauten Energiespeicher führen kann.
Mit der immer größer werdenden Nachfrage nach alternativen Antriebskonzepten rückt der Elektroantrieb mehr und mehr in den Mittelpunkt der Betrachtung. Eine große Herausforderung hierbei ist, effektive Vorgänge bei der Herstellung der Energiespeicher bereitzustellen. Bei der Wickelung von Materialbahnen zu Energiezellen gibt es das Problem, dass die Materialbahnen separat gehandhabt und nacheinander dem Wickelkern lose zugeführt werden. Alle Bahnen müssen geregelt werden und können nicht gemeinsam transportiert werden. Bei den bestehenden Vorrichtungen und Verfahren wird ein großer Platzbedarf beim Wickelvorgang benötigt, zudem dürfen die jeweiligen Materialbahnen nur geringfügig (mechanisch) beansprucht werden. Die Materialbahnen müssen zeitlich nacheinander dem zentralen, quasi ortsfesten Wickelkern zugeführt werden, wobei möglichst schnelle Herstellungsgeschwindigkeiten bereitgestellt werden sollen. Die Materialbahnen bestehen in der Regel aus sehr dünnen flächigen Bahnen, die insbesondere bei Stauchungen und Drehbeanspruchungen zu Qualitätseinbußen neigen, weshalb naturgegebene Begrenzungen bei Transportgeschwindigkeiten sowie Transportführungen gegeben sind. Darüber hinaus verrutschen die Materialbahnen während des Wickelprozesses regelmäßig, insbesondere beim Entfernen des Wickelkerns, was zu Ausschuss sowie Qualitätsverlusten bei den gewickelten Energiezellen führt.
Durch den diskontinuierlichen Prozess bei der Herstellung der Materialbahnenwickel sind die an die Wickelung nachfolgenden Prozesse nicht in den Herstellungsprozess der Energiezellen integrierbar, da durch die Entfernung des Wickelkerns zunächst eine erneute Bearbeitung des Materialbahnenwickels erfolgen muss. Dies reduziert die Herstellungsgeschwindigkeit und erhöht die Gefahr von Beschädigungen während des Herstellungsprozesses.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von gewickelten Energiezellen aus Materialbahnen, Energiezellen, Batterien sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von gewickelten Energiezellen bereitzustellen, wodurch einerseits eine kontinuierliche Herstellung der Energiezellen gewährleistet werden soll und andererseits eine kosteneffiziente sowie eine Herstellung in möglichst hohen Fertigungsraten ermöglicht werden soll, ohne dass dies zu einem nachteiligen Einfluss auf die Qualitätseigenschaften bei der Herstellung von Energiezellen führt.
Diese Aufgabe wird durch das eingangs genannte Verfahren gelöst, indem die gewickelten Energiezellen aus mindestens zwei übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen, mit einem um eine Längsachse der Energiezelle gewickelten Materialbahnenwickel hergestellt werden, wobei der Materialbahnenwickel durch Wickeln der Materialbahnen um ein sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle erstreckendes Wickelelement erzeugt wird, wobei das Wickelelement vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen gebracht wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, dass die mindestens zwei Materialbahnen zuverlässig und einheitlich um das Wickelelement zu einem Materialbahnenwickel gewickelt werden. Durch die Erzeugung eines Materialbahnenwickels aus den mindestens zwei Materialbahnen ist es beispielsweise möglich, dass das Wickelelement in dem Materialbahnenwickel verbleibt, so dass die Energiezellen in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt werden können. Das Wickelelement wird schon vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen gebracht, wo- durch die Materialbahnen nicht erst bei der Wickelung gemeinsam dem Wickelprozess zugeführt werden müssen, sondern das in Verbindung bringen des Wickelelements mit mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen und das anschließende Wickeln kann örtlich getrennt voneinander erfolgen. Anders ausgedrückt ist der Vorgang der Wickelung der Materialbahnen nicht an die Bereitstellung des Wickelelements gebunden. Die mit dem Wickelelement versehenen Materialbahnen können anschließend bevorzugt an geeigneter Stelle oder Einrichtung gewickelt werden. Dies eröffnet unterschiedliche Möglichkeiten der Einbringung oder Nutzung eines Wickelelements, das durch das bevorzugte Verbleiben in dem Materialbahnenwickel unterschiedliche Zusatzfunktionen in der Energiezelle ausbilden kann. Derartige Wickelelemente werden alternativ auch als Wickelkern, Hilfskern oder Hilfselement bezeichnet. Das Material des Wickelelements ist nicht erfindungsrelevant und es können grundsätzlich sämtliche Materialien vorgesehen sein, die eine Herstellung/Wickelung einer Energiezelle unter Berücksichtigung der eingesetzten Materialbahnen ermöglichen. Vorzugsweise können als Materialien für die Wickelelemente Kunststoffe, besonders bevorzugt PE oder PP, vorgesehen sein. Es ist allerdings jeder andere Werkstoff denkbar, wie z.B. Aluminium oder Kupfer, es muss nur kompatibel zu einer gegebenenfalls bevorzugt vorgesehen Zellchemie der Energiezelle sein. Das Wickelelement kann positive Aspekte für eine bevorzugt vorgesehene flüssige Zellchemie (z. B. Elektrolyt) aufweisen, indem das Wickelelement beispielsweise als Speichermedium hierfür ausgebildet und eingerichtet ist. Vorzugsweise ist das Wickelelement porös ausgebildet und eingerichtet. Weiter kann das Wickelelement eine Stützfunktion für die zu wickelnden Materialbahnen darstellen, wodurch bessere mechanische Eigenschaften der Energiezelle bereitgestellt werden können. Zudem kann es zweckdienlich sein, dass das Wickelelement nach der Wickelung nicht mehr von dem Materialbahnenwickel getrennt wird, wodurch die Gefahr von Beschädigungen oder Qualitätseinbußen an der Energiezelle minimiert wird. Vorzugsweise wird das Wickelelement auf der obersten Materialbahn der zu wickelnden Materialbahnen aufgebracht. Alternativ kann das Wickelelement beispielsweise auf zwei der Materialbahnen aufgebracht werden. Das in Wirkverbindungbringen des Wickelelements mit mindestens einer Oberfläche erfolgt weiter bevorzugt durch eine zumindest zeitweise Fixierung des Wickelelements auf oder mit mindestens einer der Materialbahnen. Die mit dem Wickelelement in Wirkverbindung gebrachten Materialbahnen können vorzugsweise gezogen und bewegt werden und gemeinsam „als eine Materialbahn“ dem nachgeordneten Wickelprozess zugeführt werden. Die entsprechenden Materialbahnen können zudem flexibler transportiert werden, wodurch eine vergrößerte Anzahl an Wickelungen und Geometrien der Energiezellen erzeugbar sind und gleich- zeitig die Gefahr des Verrutschens oder des Bruchs der Materialbahnen verringert wird. In bevorzugten Ausführungsformen kann mehr als ein Wickelelement vorgesehen sein, um das die Materialbahnen zu dem Materialbahnenwickel wickelbar sind.
Das in Wirkverbindungbringen des Wickelelements mit mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen ist vorzugsweise irreversibel, so dass das Wickelelement mit mindestens einer Materialbahn fest miteinander verbunden ist. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann es zweckdienlich sein, dass das Wickelelement reversibel mit mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen eingebracht ist. Eine Fixierung des Wickelelements kann beispielsweise für einen Transport der Materialbahnen innerhalb einer Vorrichtung, Maschine oder einem Anlagenkomplex vorteilhaft sein. Derartige Wickelprozessanlagen können vorzugsweise weitere Mittel und/oder Elemente umfassen, um eine Einbringung des Wickelelements und/oder eine anschließende Wickelung zu unterstützen und/oder auszubilden und einzurichten.
Die Materialbahnen sind vorzugsweise Endlosbahnen und umfassen weiter bevorzugt mindestens eine Materialbahn eines Separatormaterials, das unter anderem auch als Separatorbahn, Separatormaterialbahn oder Separatorfolie bezeichnet wird. Weiter bevorzugt ist mindestens eine weitere Materialbahn aus einer Anodenbahn oder Ka- thodenbahn gebildet, die auch als Anodenmaterialbahn oder Kathodenmaterialbahn, Anodenfolie oder Kathodenfolie bezeichnet werden. Vorzugsweise umfassen die mindestens zwei Materialbahnen zwei Separatormaterialbahnen, wobei das Wickelelement vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen gebracht wird. Es ist im Sinne der Erfindung nicht erforderlich, dass nur zwei Materialbahnen zur Herstellung von gewickelten Energiezellen vorgesehen sind. Es kann weiter bevorzugt vorgesehen sein, dass die Materialbahnen, insbesondere zwei Separatormaterialbahnen und mindestens eine weitere Materialbahn, beispielsweise eine Anoden- und/oder Kathodenmaterialbahn umfassen. Die Anoden- oder Kathodenmaterialbahn ist bevorzugt zwischen zwei Separatormaterialbahnen angeordnet, um die entsprechenden Ausgangsmaterialien für eine Energiezelle bereitzustellen. Darüber hinaus können dem Materialbahnenwickel bevorzugt weitere Materialien oder Bearbeitungsschritte zugefügt werden, um die Energiezelle zu bilden. Bei der übereinanderliegenden Anordnung der Materialbahnen ist es nicht wesentlich, dass sämtliche Materialbahnen über den gesamten Zeitraum des Transports übereinanderliegen. Übereinanderliegend im Sinne der Erfindung bedeutet, dass die Materialbahnen zumindest abschnittsweise übereinanderliegend angeordnet sind. Übereinanderliegend im Sinne der Erfindung kann daher bedeuten, dass die Materialbahnen be- abstandet oder im Wesentlichen abstandsfrei übereinanderliegend angeordnet sind, wobei weiter bevorzugt eine im Wesentlichen kongruente Anordnung der Materialbahnen vorgesehen ist. Bei einer beabstandeten Anordnung der Materialbahnen sind diese vorzugsweise zumindest teilweise mittels eigenständiger Transportmittel transportierbar, bei einer abstandsfreien Anordnung sind die Materialbahnen vorzugsweise mit einem einzigen Transportmittel transportierbar. Bei mehreren Materialbahnen ist es somit denkbar, dass eine der Materialbahnen nur für einen gewissen Abschnitt auf einer weiteren Materialbahn angeordnet ist, vorzugsweise ist denkbar, dass eine Anoden- oder Kathodenmaterialbahn jeweils vollständig auf einer Separatormaterialbahn anordenbar ist und/oder von einer Separatormaterialbahn bedeckt ist.
Unter den Erfindungsgedanken fallen gleichermaßen Verfahren mit entsprechenden Vorrichtungen/Anlagen/Maschinen, die derart in der Breite angepasst sind, dass gleichzeitig eine Mehr- oder Vielzahl an Materialbahnen parallel bearbeitbar sind. Vorzugsweise sind derartige Vorrichtungen insbesondere in der (Maschinen-)Breite variabel ausgebildet und eingerichtet sein, so dass jeweils mehrere Materialbahnen nebeneinander bzw. parallel jeweils mit einem Wickelelement in Wirkverbindung gebracht werden können. Das Verfahren umfasst gleichermaßen die Möglichkeit mit einer einzigen Vorrichtung mehrere Materialbahnen parallel zu verarbeiten, so dass jeweils ein Wickelelement auf eine Mehr- oder Vielzahl von mindestens zwei Materialbahnen in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen gebracht wird. Anders ausgedrückt werden auf einer Vorrichtung eine Mehr- oder Vielzahl an Materialbahnen parallel verarbeitet, indem die Vorrichtungsbestandteile in der Breite entsprechend angepasst sind. Hierzu sind die vorgesehenen Einrichtungen, Stationen und die jeweiligen Mittel korrespondierend anzupassen, um eine Skalierbarkeit in der Breite bereitzustellen.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Materialbahnen als zumindest bereichsweise verbundener Materialbahnenverbund vorliegen oder dass die mindestens zwei Materialbahnen vor dem Wickeln zumindest bereichsweise zu einem Materialbahnenverbund verbunden werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass die mindestens zwei Materialbahnen durch den Materialbahnenverbund einen „gemeinsamen“ Anfang erzeugen, der als Ausgangspunkt für die Wickelung dient. Alternativ oder ergänzend können mindestens zwei der Materialbahnen an einem Bahnende miteinander verbunden werden. Durch das zumindest bereichsweise Vorliegen oder Erzeugen eines Materialbahnenverbund wird eine Möglichkeit bereitgestellt, die aufeinanderliegenden Materialbahnen komfortabel und gebündelt weiterzuverarbeiten. Die verbundenen Materialbahnen können gezogen und bewegt werden und gemeinsam „als eine Materialbahn“ dem Wickelprozess zugeführt werden. Die verbundenen Materialbahnen können dann auch im Wechsel mehreren Rollprozessen zugeführt werden, wobei eine Materialbahn n Rollungen ergibt. Dies verringert die Anzahl an benötigten Zuführungen und/oder Transporteinrichtungen während des Wickelprozesses, wodurch eine schnellere sowie flexiblere Herstellung von Energiezellen gegeben ist. Die bereichsweise verbundene Materialbahnen können zudem flexibler transportiert werden, wodurch eine vergrößerte Anzahl an Wickelungen und Geometrien der Energiezellen erzeugbar sind und die Gefahr des Verrutschens oder des Bruchs der Materialbahnen verringert wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass das Wickelelement aus einem Abschnitt mindestens einer der Materialbahnen erzeugt wird. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist kein externes Wickelelement notwendig, das in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen gebracht wird, sondern die Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen wird durch die Bildung des Wickelelement aus einem Abschnitt mindestens einer der Materialbahnen erzeugt. Es ist insbesondere ein Abschnitt oder Bereich mindestens einer Materialbahn vorgesehen, der durch einen dem Wickelprozess vorgelagerten Wickelelementerzeugungsprozess zu einem Wickelelement erzeugt wird. Das Wickelelement kann beispielsweise durch eine Rollung des Abschnitts mindestens einer der Materialbahnen erzeugt werden. Zur Bildung des Wickelelements aus dem Abschnitt mindestens einer der Materialbahnen können vorzugsweise weitere Zusatz- und/oder Hilfsstoffe eingesetzt werden, um bedarfsweise spezifische mechanische Eigenschaften des Wickelelements bereitzustellen, insbesondere Festigkeits-, Steifigkeits- oder Dauerhaftigkeitseigenschaften. Derartige Zusatz- und/oder Hilfsstoffe können beispielsweise Klebstoffe sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Abschnitt der Materialbahn mindestens eine Separatorbahn, vorzugsweise wird der Abschnitt zumin- dest bereichsweise aus einer oder zwei Separatorbahn/en gebildet. Separatoren bestehen regelmäßig aus thermisch aktivierbaren Kunststoffen wie PE oder PP, die sich gut zur Bildung von gewünschten, spezifischen Formen oder Materialkompositionen eignen. Für die Bildung des Wickelelements in einer Energiezelle aus dem Abschnitt mindestens einer Separatorbahn sind Kunststoffe daher gut geeignet, da diese einerseits eine hohe elektrische Isolierfähigkeit aufweisen und andererseits eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion bereithalten. Thermoplaste weisen darüber hinaus eine leichte Formgebung und Verarbeitbarkeit auf, wodurch auf einfache Art und Weise ein beständiges Wickelelement herstellbar ist. Die Behandlung von Separatormaterialbahnen aus thermoplastischen Kunststoffen wie PE oder PP stellt einen idealen Werkstoff für die Massenfertigung bei niedrigen Rohstoffausgabe dar. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen die Materialbahnen beispielsweise als mehrlagige Materialbahnen aus zwei Separatormaterialbahnen vor, wobei mindestens eine der Separatormaterialbahnen den Abschnitt zur Erzeugung des Wickelelements umfasst, der vorzugsweise frei von einem Anoden- oder Kathodenmaterial ist. Der Abschnitt wird vor oder mit dem Wickelprozess zu einem Wickelelement erzeugt, um das die Materialbahnen zu dem Materialbahnenwickel gewickelt werden.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement quer oder längs zur Transportrichtung der Materialbahnen auf der Oberfläche mindestens einer der Materialbahnen angeordnet wird, vorzugsweise fixiert angeordnet wird. Die Anordnung des Wickelelements auf der Oberfläche mindestens einer der Materialbahnen ist insbesondere von der anschließenden Ausrichtung der Wickelung abhängig. Die Wickelung der Materialbahnen erfolgt durch Wickeln der Materialbahnen um das sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle erstreckende Wickelelement. Beim Aufbringen des Wickelelements auf der mindestens einen Materialbahn ist es jedoch noch nicht ausschlaggebend, wie die Materialbahnen transportiert werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Wickelelemente längs zur Transportrichtung der Materialbahnen aufgebracht werden, so dass die Wickelung anschließend quer zur ursprünglichen Transportrichtung der Materialbahnen zu erfolgen hat. Für einen kontinuierlichen Herstellungsprozess kann es allerdings zweckdienlich sein, wenn die Wickelelemente quer zur Transportrichtung auf der Oberfläche mindestens einer der Materialbahnen angeordnet werden, um direkt die anschließende Wickelung der Materialbahnen in Verlauf der Transportrichtung auszubilden und einzurichten. Durch die fixierte Anordnung des Wickelelements auf der Oberfläche mindestens einer der Materialbahnen wird ein Verrutschen des Wickelelements verhindert und es kann bedarfsweise ein zuverlässiger Transport der entsprechenden Materialbahnen bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verbleibt das Wickelelement in dem Materialbahnenwickel ortsfest. „Ortsfest“ im Sinne der Erfindung bedeutet, dass das Wickelelement zumindest während der Herstellung des Materialbahnenwickel in Wirkverbindung mit der angeordneten Oberfläche der entsprechenden Materialbahn verbleibt. Vorzugsweise wird das Wickelelement während der Wickelung der Materialbahnen zu dem Materialbahnenwickel irreversibel angeordnet. Zur Fixierung des Wickelelements auf mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen können Hilfs- und/oder Zusatzstoffe vorgesehen sein, um eine Fixierung bzw. ortsfeste Anordnung des Wickelelements auszubilden und einzurichten.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahnen Endlosbahnen zur Herstellung einer Mehrzahl an gewickelten Energiezellen sind. Die Materialbahnen können als gewickelte Endlosbahn oder als Endlosbahnlauf zur Herstellung der Energiezellen bereitgestellt werden. Vorzugsweise werden die Endlosbahnen in einem vorgelagerten Herstellungsprozess hergestellt. Die Endlosbahnen werden weiter bevorzugt kontinuierlich bereitgestellt und können bereits in vorgegebenen Konfigurationen der übereinanderliegenden Anordnung bereitstehen.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine der Materialbahnen mittels mindestens einer Schneideeinrichtung quer und/ oder längs zur Transportrichtung der Materialbahnen geschnitten wird, vorzugsweise vor und/oder nach dem Wickelelement. Durch das Schneiden der Materialbahnen mittels der mindestens einen Schneideeinrichtung ist es möglich, die Materialbahnen entsprechend vorgegebener Anforderungen an die Energiezelle zu schneiden. Die Anforderungen können insbesondere die Länge und/oder die Breite der Ausgangsmaterialien der Energiezelle betreffen. Für den Schnitt mittels der Schneideeinrichtungen kann es zweckdienlich sein, die Materialbahnen von Endlosbahnen abzulängen. Weiter bevorzugt erfolgt ein Schneiden der Materialbahnen längs und/oder quer zur Transportrichtung der Materialbahn. Durch die Schneideeinrichtung wird ein breiteres Anwendungsspektrum für die Wickelung bereitgestellt, indem beispielsweise breitere Materialbahnen zu schmaleren Materialbahnen mit gewünschten Abmessungen zugeschnitten werden können, die anschließend zu den gewünschten Material- bahnenwickel gewickelt werden. Darüber hinaus können vorzugsweise auf den Materialbahnen angeordnete Wickelelemente mittels der Schneideeinrichtung geschnitten werden. Weiter bevorzugt ist mittels der Schneideeinrichtung alternativ oder ergänzend auch ein anderweitiges Schnittmuster ausführbar, beispielsweise spezielle Aussparungen, Leiterbahnen oder spezifische weitere Schnittbilder.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahnen mittels mindestens einem Transportelement transportiert werden, wobei das Wickelelement mittels des Transportelements beim Transport der Materialbahnen auf mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen quer oder längs zur Transportrichtung der Materialbahnen angeordnet wird, vorzugsweise fixiert angeordnet wird. Das Transportelement übernimmt dabei eine Doppelfunktion, da einerseits ein Transport der Materialbahnen bereitgestellt wird und andererseits eine Anordnung des Wickelelements auf mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen bereitgestellt wird. Hierzu werden die Materialbahnen zumindest teilweise mit dem auf dem Transportelement angeordnete Wickelelement transportiert, wobei eine Kontaktaufnahme zwischen Wickelelement und mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen ausgebildet und eingerichtet wird. Dies ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Erzeugung einer Wirkverbindung zwischen Wickelelement und Materialbahn, wodurch eine zuverlässige Anordnung des Wickelelements auf den Materialbahnen gegeben ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass das Transportelement trommelförmig ausgebildet und eingerichtet ist, um die Materialbahnen mittels des Transportelements zumindest bereichsweise entlang des Umfangs zu transportieren, wobei die Materialbahnen über ein auf dem Umfang des Transportelements angeordnetes Wickelelement zur Anordnung des Wickelelements auf den Materialbahnen transportiert werden. Durch das trommelförmige Transportelement ist einerseits eine kontinuierliche Bereitstellung des Wickelements gegeben und andererseits ist ein kontrollierter und kontinuierlicher Transport der Materialbahnen über das Wickelelement gegeben ist. Vorzugsweise werden durch das trommelförmige Transportelement kontinuierlich Wickelelemente zur Anordnung auf den Materialbahnen bereitgestellt, wodurch ein kontinuierlicher Herstellungsprozess erzeugt wird. Die Wickelelemente können vorzugsweise in dafür vorgesehenen Mulden auf dem trommelförmigen Transportelement bereitgestellt werden, die zumindest eine zeitweise Anordnung auf dem Transportelement ermöglichen. Das Wickelelement wird vorzugsweise in einem vorgelagerten Bereitstellungsvorgang dem trommelförmigen Transportelement kontinuierlich zugeführt, um anschließend auf den Materialbahnen angeordnet zu werden oder durch die Materialbahnen aufgenommen zu werden. In bevorzugten Weiterbildungen kann es zweckdienlich sein, dass ein Wickelelement oder ein Materialbahnenwickel von einer Mulde in eine weitere aufnehmende Mulde während des Wickelprozesses überführbar ist. Somit kann ein sicherer und schonender Transport des Wickelelements oder des Materialbahnenwickels bereitgestellt werden. Hierzu kann die Transporteinrichtung weiter bevorzugt mindestens einen mindestens eine Mulde aufweisenden Rotationskörper umfassen.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Wickelelement fixierbar auf mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen angeordnet. Vorzugsweise kann das Wickelelement und/oder zumindest bereichsweise eine Oberfläche einer der Materialbahnen mit einem Hilfs- und/oder Zusatzstoff versehen sein, beispielsweise einem Klebemittel vorzugsweise einer Beleimung, um eine fixierte Anordnung des Wickelelements auf den Materialbahnen bereitzustellen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Wickelelement mittels einer T rommel mindestens einer der Materialbahnen zugeführt wird, vorzugsweise mittels einer ein Gegenlageelement umfassenden Trommel. Die Trommel steht dazu in Eingriff mit den Materialbahnen, um das Wickelelement mindestens einer der Materialbahnen zuzuführen. Die Trommel weist vorzugsweise Mulden zur Aufnahme der Wickelelemente auf, um diese bedarfsweise mindestens einer der Materialbahnen zuzuführen. Die Gegentrommel weist vorzugsweise keine Mulde auf und kann weiter bevorzugt zum Transport der Materialbahnen ausgebildet und eingerichtet sein. Die Gegentrommel kann auf diese Weise gleichzeitig als Transportelement fungieren. Weiter bevorzugt weist die Gegentrommel eine Rollfläche auf. Die Trommel ist dafür ausgebildet und eingerichtet, die Wickelelemente der mindestens einen Materialbahn getaktet oder kontinuierlich zuzuführen.
In einer alternativen Ausführungsform weist die Gegentrommel, die Wickelgegenlage und/oder der Rotationskörper zumindest bereichsweise eine "strukturierte Fläche“ und/ oder ein Eingriffselement auf, um bei mindestens einer der Materialbahnen zumindest bereichsweise spezifische mechanische und/oder oberflächenstrukturelle Eigenschaften zu erzeugen bzw. auszubilden. Auf diese Weise ist vorzugsweise ein Wickelanfang zum Beginnen des Wickelns ausbildbar. Besonders bevorzugt ist auf diese Weise ein Wickelelement durch mindestens eine der Materialbahnen erzeugbar, um die Wickelung des Materialbahnenwickels darum auszubilden und einzurichten. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Gegentrommel, die Wickelgegenlage und/oder der Rotationskörper zumindest bereichsweise eine beschichtete Oberfläche auf, wobei die beschichtete Oberfläche insbesondere zur Ausbildung unterschiedlicher Gleiteigenschaften mindestens einer der Materialbahnen auf der Gegentrommel, der Wickelgegenlage und/oder auf dem Rotationskörper vorgesehen ist. Die beschichtete Oberfläche kann insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet sein, das Gleiten mindestens einer der Materialbahnen und/oder des Materialbahnenwickels zu verbessern, das heißt die Reibungskraft zu verringern, oder das Gleiten mindestens einer der Materialbahnen und/oder des Materialbahnenwickels zu reduzieren, das heißt die Reibungskraft zu vergrößern.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Materialbahnenwickel mittels einer Wickeltrommel gewickelt wird, wobei die auf der Wickeltrommel geführten Materialbahnen um das Wickelelement mittels einer Wickelgegenlage aufgewickelt werden. Mittels der Wickeltrommel in Verbindung mit der Wickelgegenlage wird der Materialbahnenwickel durch Wickeln der Materialbahnen um das Wickelelement erzeugt. Die Materialbahnen werden damit in Richtung der Längsachse der Energiezelle um das Wickelelement aufgewickelt, wodurch unter anderem in Abhängigkeit einer vorgegebenen oder vorgesehenen Länge der Materialbahnen ein entsprechender Materialbahnenwickel erzeugt wird. Die Materialbahnen können vor oder während des Wickelprozesses zugeschnitten werden, um einen entsprechenden Materialbahnenwickel einer vorgegebenen Länge der Materialbahnen zu erzeugen. Die Wickeltrommel und/oder die Wickelgegenlage können gesteuert und/oder geregelt werden, um eine gewünschte Wickelung auszubilden und einzurichten. Auf diese Weise ist insbesondere die Dauer, der Krafteintrag und/oder die Geschwindigkeit der Wickelung einstellbar. Weiter bevorzugt können mittels der Wickeltrommel und/oder der Wickelgegenlage weitere Faktoren bei der Herstellung der Materialbahnenwickel beeinflusst werden, beispielsweise die Temperaturzufuhr, (Anpress-)Drücke, Transportgeschwindigkeiten etc. Die Aufgabe wird auch durch die erfindungsgemäße Energiezelle in Wickelbauweise gelöst, insbesondere eine Zelle einer Lithium-Ionen-Batterie, mit einem um eine Längsachse der Energiezelle gewickelten Materialbahnenwickel aus mindestens vier Materialbahnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezelle nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Die Materialbahnen sind vorzugsweise jeweils eine Anoden- und eine Kathodenbahn sowie zwei Separatorbahnen, die beispielsweise als Folie vorliegen. Die Anoden- und die Kathodenbahn sind zumindest auf einer Oberfläche zumindest bereichsweise durch jeweils eine Separatorbahn bedeckt, wodurch eine Energiezellstruktur bereitgestellt wird. Bei der erfindungsgemäßen Energiezelle verbleibt das Wickelelement vorzugsweise in der Energiezelle bzw. in dem Materialbahnenwickel, wodurch einerseits eine kontinuierliche, kostengünstigere und schnelle Herstellung einer Energiezelle bereitstellbar ist und andererseits können spezifische Eigenschaften der Energiezelle durch den Verbleib des Wickelelements in der Energiezelle ausgebildet und eingerichtet werden.
Weiter wird die Aufgabe durch eine entsprechende Batterie, insbesondere Lithium- Ionen-Batterie, gelöst, die sich dadurch auszeichnet, dass sie erfindungsgemäße Energiezellen umfasst. Dadurch ist ebenfalls eine kostengünstige und zuverlässige Herstellung einer erfindungsgemäßen Batterie möglich, die durch das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren die Vorteile der Energiezelle aufweist. Derartige Batterien können in einem breiten Anwendungsspektrum vorgesehen sein und weisen durch das entsprechende Herstellungsverfahren die positiven Aspekte der erfindungsgemäßen Energiezelle auf.
Die Aufgabe wird zudem durch die eingangs genannte Vorrichtung dadurch gelöst, dass eine Wickeleinrichtung zum Wickeln der Materialbahnen zu einem gewickelten Materialbahnenwickel vorgesehen ist, wobei der Wickeleinrichtung vorgelagert mindestens eine Wickelelementeinbringeinrichtung angeordnet ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, ein sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle erstreckendes Wickelelement vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen zu bringen. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird sichergestellt, dass die mindestens zwei Materialbahnen mittels der Wickeleinrichtung zu einem gewickelten Materialbahnenwickel überführbar sind, wobei mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung ein Wickelelement vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen in Wirkverbindung mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen bringbar ist. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, dass die mindestens zwei Materialbahnen gleichzeitig um das Wickelelement wickelbar sind, das als Ausgangspunkt für die Wickelung dient. Durch die Einbringung des Wickelelements mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung wird eine Möglichkeit bereitgestellt, das Wickelelement den Materialbahnen vor der Wickelung zentral zur Verfügung zu stellen, um die übereinanderliegenden Materialbahnen entsprechend gemeinsam zu wickeln. Vorzugsweise ist der entsprechend erzeugte Materialbahnenwickel anschließend zu einer gewickelten Energiezelle weiterverarbeitbar. Durch die Einbringung des Wickelelements auf die mindestens eine Materialbahn wird der Materialbahnenwickel um das Wickelelement aufgebaut, wodurch eine kontinuierliche Herstellung von Materialbahnenwickel sowie Energiezellen gegeben ist. Die mit dem Wickelelement versehenen Materialbahnen können in dem Wickelprozess gemeinsam mit den gesamten zu wickelnden Materialbahnen aufgewickelt werden. Die mit dem Wickelelement versehenen Materialbahnen können bevorzugt gezogen und bewegt werden und gemeinsam „als eine Materialbahn“ dem nachgeordneten Wickelprozess zugeführt werden. Die Einbringung des Wickelelements mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung verringert die Anzahl an benötigten Zuführungen und/oder Transporteinrichtungen während des Wickelprozesses, wodurch eine schnellere sowie flexiblere Herstellung von Energiezellen gegeben ist. Die mit dem Wickelelement versehenen Materialbahnen können zudem flexibler transportiert werden, wodurch eine vergrößerte Anzahl an Wickelungen und Geometrien der Energiezellen erzeugbar sind und die Gefahr des Verrutschens oder des Bruchs der Materialbahnen verringert wird. Vorzugsweise sind die Dimensionen, die Materialien sowie die Abmessungen der Wickeleinrichtung, der Zuführeinrichtung und/oder der Wickelelementeinbringeinrichtung je nach Dicke oder Länge der zu wickelnden Materialbahnenwickel bzw. dem vorgesehenen Durchmesser oder der Intensität der Wickelung des Materialbahnenwickels ausgewählt. Die Anzahl der Wickelumdrehungen durch die Wickeleinrichtung ist vorzugsweise aus der Materialbahnenlänge vorbekannt, wodurch ein gezieltes Anhalten und/oder Übergeben an eine weitere Einheit mit einer definierten Nahtlage der letzten äußeren Umwicklung des Materialbahnenwickels gegeben ist.
Unter den Erfindungsgedanken fallen gleichermaßen Vorrichtungen, die derart in der Breite angepasst sind, dass gleichzeitig eine Mehr- oder Vielzahl an Materialbahnen parallel zu Materialbahnenwickel herstellbar sind. Vorzugsweise sind derartige erfindungsgemäße Vorrichtungen insbesondere in der (Maschinen-)Breite variabel ausge- bildet und eingerichtet, so dass jeweils mehrere Materialbahnen nebeneinander bzw. parallel mittels der Transporteinrichtung transportierbar sind. Mit einer einzigen Vorrichtung sind somit auf einer Mehr- oder Vielzahl von mindestens zwei Materialbahnen Wickelelemente mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung einbringbar, um anschließend einen Materialbahnenwickel mittels der Wickeleinrichtung auszubilden und einzurichten. Anders ausgedrückt werden auf einer Vorrichtung eine Mehr- oder Vielzahl an Materialbahnen parallel verarbeitet, indem die Vorrichtungsbestandteile in der Breite entsprechend angepasst sind, um eine parallele Einbringung an Wickelelementen und anschließende Wickelung bereitzustellen. Hierzu sind die vorgesehenen Einrichtungen, Stationen und die jeweiligen Mittel korrespondierend anzupassen, um eine Skalierbarkeit in der Breite bereitzustellen.
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere auch auf die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Detail geschilderten Vorzüge verwiesen. Diese gelten in analoger Weise auch für die im Folgenden angegebene erfindungsgemäße Vorrichtung.
Eine Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelelementeinbringeinrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, das Wickelelement aus einem Abschnitt mindestens einer der Materialbahnen zu bilden. Durch die Wickelelementeinbringeinrichtung ist es in einer möglichen Ausführungsform möglich, dass der Abschnitt mindestens einer der Materialbahnen durch Umformung zu dem Wickelelement bildbar ist. Die Umformung kann beispielsweise durch Rollung des Abschnitts zu einem Wickelelement erfolgen. Hierzu kann die Wickelelementeinbringeinrichtung weitere Mittel, beispielsweise mindestens ein Rollelement umfassen, um eine Rollung des Abschnitts zu einem Wickelelement auszubilden und einzurichten. Vorzugsweise ist das Wickelelement mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung kontinuierlich aus dem Abschnitt herstellbar, was bedeutet, dass die Materialbahnen kontinuierlich transportierbar sind, und dass jeweils während des Durchlaufens der Wickelelementeinbringeinrichtung ein Wickelelement aus dem Abschnitt bildbar ist. Für die Bildung des Wickelelements aus dem Abschnitt können weitere Zusatz- und/oder Hilfsstoffe vorgesehen sein, die mittels geeigneter Einrichtungen zufügbar sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Wickelelement mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung quer oder längs zur Transportrichtung der Materialbahnen auf der Oberfläche mindestens einer der Materialbahnen anordenbar ist, vorzugsweise fixiert anordenbar.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter mindestens eine Schneideeinrichtung umfasst, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Materialbahnen quer oder längs zur Transportrichtung zu schneiden, vorzugsweise vor und/oder nach der Wickelelementeinbringeinrichtung angeordnet. Die mindestens eine Schneideeinrichtung ermöglicht es, mindestens eine oder jede der Materialbahnen und/oder das Wickelelement zu schneiden. Die Schneideeinrichtungen sind vorzugsweise zum Ablängen von Endlosbahnen vorgesehen, alternativ oder ergänzend können die Schneideeinrichtung vorgesehen sein, das Wickelelement in einer vorgegebenen Länge, Breite und/oder Form zu schneiden. Durch die Schneideeinrichtung ist ein breiteres Anwendungsspektrum für die Vorrichtung gegeben, indem beispielsweise breitere Materialbahnen zu schmaleren Materialbahnen mit gewünschten Abmessungen zugeschnitten werden können. Darüber hinaus können Materialbahnen entsprechend eines vorgegebenen Zuschnitts geschnitten werden. Weiter bevorzugt ist mittels der Schneideeinrichtung alternativ oder ergänzend auch ein anderweitiges Schnittmuster ausführbar, beispielsweise spezielle Aussparungen, Leiterbahnen oder spezifische weitere Schnittbilder. Die Schneideeinrichtungen können beispielsweise durch ein Schneidmittel und eine Gegentrommel ausgebildet und eingerichtet sein. Das Schneidmittel schneidet hierzu die auf der Gegentrommel geführten Materialbahnen mit der vorgegeben Schnittfolge oder Länge, welche durch den Schneidvorgang und/oder das entsprechende Schneidmittel definiert ist. Die Schneideeinrichtung kann vorzugsweise eine Stanz-, Laser-, Messer- oder Thermoschneideeinrichtung umfassen und zur Ausführung des Schneidevorgangs ausgebildet und eingerichtet sein.
Eine weitere bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eines der Transportelemente als die Wickelelementeinbringeinrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, um das Wickelelement beim Transport der Materialbahnen auf mindestens einer Oberfläche der um das Wickelelement zu wickelnden Materialbahnen quer oder längs zur Transportrichtung der Materialbahnen anzuordnen, vorzugsweise fixiert anzuordnen. Damit ist eine Doppelfunktion der Transportelemente bereitstellbar, um einen kompakten und effizienten Transport der Materialbahnen zu ermöglichen und gleichzeitig eine Bereitstellung der Wickelelemente auszuführen. Im Sinne der Erfindung ist es allerdings nicht erforderlich, dass die Doppelfunktion durch das mindestens eine Transportelement bereitgestellt wird. Das Transportelement ist bevorzugt als Rotationskörper ausgebildet und eingerichtet, der weiter bevorzugt Aufnahmestellen zur Aufnahme der Wickelelemente umfasst.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Transportelement trommelförmig ausgebildet und eingerichtet ist, um die Materialbahnen mittels des Transportelements zumindest bereichsweise entlang des Umfangs zu transportieren, wobei die Materialbahnen über ein auf dem Umfang des Transportelements in einer Mulde angeordnetes Wickelelement zur Anordnung des Wickelelements auf den Materialbahnen transportierbar sind.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelelementeinbringeinrichtung als eine mindestens eine Mulde aufweisende Trommel ausgebildet und eingerichtet ist, um das Wickelelement aufzunehmen und/oder an die Materialbahnen zu übergeben. Vorzugsweise weist die Trommel eine Mehr- oder Vielzahl an Mulden auf, um eine entsprechende Anzahl an Wickelelementen aufzunehmen und an die Materialbahnen zu übergeben. Zur Sicherung der Wickelelemente auf der Wickelelementeinbringeinrichtung können bevorzugt weitere Mittel und oder Eigenschaften vorgesehen sein, beispielsweise eine Unterdruckbeaufschlagung, um das Wickelelement zumindest bedarfsweise zu halten.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Wickeleinrichtung als eine eine Wickelgegenlage umfassende Wickeltrommel ausgebildet und eingerichtet ist, um die auf der Wickeleinrichtung transportierten Materialbahnen in Wirkverbindung mit der Wickelgegenlage zu dem Materialbahnenwickel aufzuwickeln. Die Wickelgegenlage kann grundsätzlich aus jedem geeigneten Material und/oder Form gebildet sein. Die Wickelgegenlage kann beispielsweise ein Transportband und/ oder eine oder mehrere Rollen oder Rotationskörper umfassen. Darüber hinaus kann es zweckdienlich sein, dass die Wickelgegenlage antreibbar oder starr ausgebildet und eingerichtet ist. Weiter bevorzugt ist mittels der Wickelgegenlage die Konfiguration des zu wickelnden Materialbahnenwickels einstellbar, steuerbar und/oder regelbar ausgebildet und eingerichtet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Wickeleinrichtung nachgelagert mindestens eine zur Abgabe der Materialbahnenwickel ausgebildete und eingerichtete Abgabeeinrichtung angeordnet. Die Abgabeeinrichtung übernimmt die Materialbahnenwickel von der Wickeleinrichtung oder der Transporteinrichtung, um eine kontinuierliche Herstellung von Energiezellen zu ermöglichen. Die Abgabeeinrichtung ist weiter bevorzugt derart ausgebildet und eingerichtet, dass diese ein von der Wickeleinrichtung erzeugten Materialbahnenwickel übergeben bekommt oder das ein abgegebener Materialbahnenwickel durch die Abgabeeinrichtung aufnehmbar ist. Die Abgabeeinrichtung ist bevorzugt nach der Wickeleinrichtung oder der Transporteinrichtung, insbesondere nach dem Rotationskörper, angeordnet. Mittels der Abgabeeinrichtung ist weiter bevorzugt ein Haftmittel an und/oder auf dem Materialbahnenwickel aufbringbar, um den Materialbahnenwickel zumindest zeitweise im Wesentlichen formstabil zu sichern. Das Haftmittel kann beispielsweise ein Klebestreifen sein.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wickeleinrichtung, der Rotationskörper und/oder die Wickelgegenlage zumindest bereichsweise temperierbar und/oder druckbelastbar ausgebildet und eingerichtet ist/ sind, um zumindest bereichsweise eine Temperatur und/oder Druck auf die Materialbahnen oder den Materialbahnenwickel einzutragen. Durch das Einträgen von Druck können vorgegebene mechanische Eigenschaften bei den Materialbahnen und/oder bei dem Materialbahnenwickel erzeugt werden. Auf diese Weise ist beispielsweise ein Laminieren, ein Komprimieren oder ein Härten der Materialbahnen und/oder des Materialbahnenwickels möglich, um diese beispielsweise zumindest bereichsweise miteinander zu verbinden oder um die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts zu beeinflussen. Vorzugsweise ist die Wickelgegenlage oder der Rotationskörper zumindest bereichsweise beheizbar und/oder kühlbar ausgebildet und eingerichtet. Alternativ oder ergänzend kann der Rotationskörper beispielsweise mit einem einstellbaren Druck gegen die Materialbahnen und/oder gegen den Materialbahnenwickel verfahrbar ausgebildet und eingerichtet sein, um einen vorgegebenen Druck durch Anlage gegen die Wickelgegenlage zu erzeugen. Alternativ oder ergänzend kann eine Einrichtung zum Eintrag von Hilfs- und/oder Zusatzstoffen vorgesehen sein, um beispielsweise ein reversibles oder irreversibles Verbinden der Materialbahnen und/oder des Materialbahnenwickels auszubilden und einzurichten.
Weitere zweckmäßige und/oder vorteilhafte Merkmale und Weiterbildungen sowie bevorzugte Vorrichtungsgegenstände ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 3 a und b jeweils eine schematische Darstellung von Materialbahnen, die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. durch das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Energiezelle herstellbar sind.
Anhand der vorgenannten Figuren wird die erfindungsgemäße Vorrichtung näher beschrieben.
Die in den Zeichnungen dargestellten Vorrichtungen 10 sind exemplarisch als eigenständige und separate Vorrichtung 10 ausgebildet und eingerichtet. Die Erfindung bezieht sich jedoch in gleicher Weise auf vergleichbare Vorrichtungen 10, die in einer komplexeren Anlage mit mehreren Baugruppen oder vor- und/oder nachgelagerten weiteren Vorrichtungs- oder Maschinenbestandteilen integriert ist. Derartige Vorrichtungen 10 können insbesondere in der (Maschinen-)Breite variabel ausgebildet und eingerichtet sein, so dass mehrere Materialbahnen 11, 12, 13, 14 parallel mittels der Vorrichtung 10 bearbeitet werden können. Anders ausgedrückt können auf einer Vorrichtung 10 eine Mehr- oder Vielzahl an Materialbahnen 11, 12, 13, 14 parallel verarbeitet werden, indem die Vorrichtungsbestandteile in der Breite entsprechend angepasst sind. Hierzu sind die vorgesehenen Einrichtungen und die jeweiligen Mittel korrespondierend anzupassen, um eine Skalierbarkeit in der Breite bereitzustellen.
Die vorgesehenen Materialbahnen 11, 12, 13, 14 werden vorzugsweise in einer Herstellmaschine erzeugt, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfassen kann und/oder der eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 nachgelagert angeordnet ist. Eine derartige - in den Figuren nicht dargestellte - Herstellmaschine umfasst vorzugsweise unterschiedliche Schritte, um die entsprechenden Materialbahnen 11, 12, 13, 14 mit den vorgesehenen Eigenschaften zum Herstellen einer gewickelten Energiezelle zu erzeugen. Die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 werden in der Regel als Endlosbahnen bereitgestellt und können bereits in vorgesehenen Längen und/oder Breiten vorgeschnitten vorliegen. In einer vorgelagerten Vorrichtung bzw. in vorgelagerten Verarbeitungsschritten können die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 darüber hinaus vorzugsweise zumindest bereichsweise miteinander zu einem Materialbahnenverbund 19 verbindbar sein.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen jeweils schematisch eine unterschiedliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren dient zur Herstellung von gewickelten Energiezellen 15 aus mindestens zwei übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen 11 , 12, 13, 14, mit einem um eine Längsachse der Energiezelle 15 gewickelten Materialbahnenwickel 16, wobei der Materialbahnenwickel 16 durch Wickeln der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 um ein sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle 15 erstreckendes Wickelelement 17 erzeugt wird. Das Wickelelement 17 wird vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche 18 der um das Wickelelement 17 zu wickelnden Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 gebracht. In den Fig. 1 und Fig. 2 ist der Vorgang der Bereitstellung des Wickelelements 17 zu den Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 exemplarisch dargestellt. In den Fig. 1 und Fig. 2 sind die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 jeweils als übereinanderliegend angeordnete Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 gezeigt. Im Sinne der Erfindung können die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 auch mit einem (geringfügigen) Abstand übereinanderliegend transportiert werden. Vorzugsweise können die mindestens zwei Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 als zumindest bereichsweise verbundener Materialbahnenverbund 19 vorliegen.
Alternativ können die mindestens zwei Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 vor dem Wickeln zumindest bereichsweise zu einem Materialbahnenverbund 19 verbunden werden. Die Herstellung des Materialbahnenverbundes 19 erfolgt bevorzugt vor oder mit dem Einbringen des Wickelelements 17 auf die mindestens eine Oberfläche 18 der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14. Die Oberfläche 18 der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 ist nicht auf die Oberseite beschränkt, sondern kann auch auf der Unterseite der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 angeordnet sein. Unter Oberfläche 18 ist im Grunde sämtliche freie Fläche der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 zu verstehen, die eine Anordnung des Wickelelements 17 ermöglichen.
In den Fig. 3a und Fig. 3b sind jeweils schematische Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 dargestellt, die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 bzw. durch das erfin- dungsgemäße Verfahren zu einer Energiezelle 15 herstellbar sind. Sofern die in den Fig. 3 dargestellten übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 zumindest bereichsweise miteinander verbunden sind, kann man von einem Materialbahnenverbund 19 sprechen, der bevorzugt zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist. In den Fig. 3a und Fig. 3b ist exemplarisch eine schematische Darstellung eines Materialbahnenverbundes 19 gezeigt. Fig. 3a und Fig. 3b zeigen einen Ausschnitt von übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen 11, 12, 13,14. Weiter bevorzugt sind die Materialbahnen 11, 12, 13, 14 vorzugsweise zwei Separatormaterialbahnen 11, 13 und jeweils eine Anodenmaterialbahn 12 und eine Kathodenmaterialbahn 14 Die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 sind bevorzugt in einer vorgegebenen Sequenz aufeinanderliegend anordenbar, wobei vorzugsweise die Anodenmaterialbahn 12 oder die Kathodenmaterialbahn 14 zwischen zwei Separatormaterialbahnen 11 , 13 anordenbar ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Wickelelement 17 aus einem Abschnitt 20 mindestens einer der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 erzeugt. Vorzugsweise umfasst der Abschnitt 20 der Materialbahn 11 , 12, 13, 14 mindestens eine Separatorbahn 11, 13. Weiter bevorzugt wird der Abschnitt 20 zumindest bereichsweise aus einer oder zwei Separatorbahn/en 11, 13 gebildet. In den Fig. 3a und Fig. 3b ist jeweils ein Abschnitt 20 dargestellt, der aus einer Separatorbahn 11 , 13 gebildet wird. Für die vorgesehene Erzeugung eines Wickelelements 17 aus dem Abschnitt 20 wird dieser, beispielsweise durch Rollung, Umformung etc., bearbeitet. Hierzu können weitere Hilfs- und/oder Zusatzstoffe, wie beispielsweise Temperatur, Klebestoffe, Prägeeinrichtungen etc., eingesetzt werden.
Das Wickelelement 17 wird in einer bevorzugten Ausführungsform quer oder längs zur Transportrichtung T der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 auf der Oberfläche 18 mindestens einer der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 angeordnet, vorzugsweise fixiert angeordnet. In den Fig. 1 und Fig. 2 ist das Wickelelement 17 jeweils quer auf den Materialbahnen 11, 12, 13, 14 angeordnet, damit anschließend die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche 18 der um das Wickelelement 17 zu wickelnden Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 gebracht werden. Sofern das Wickelelement 17 längs zur Transportrichtung T auf den Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 angeordnet wird, ist vorzugsweise eine Veränderung der Wickelrichtung notwendig, d. h., die Wickelung muss anschließend in Richtung der Längsachse der zu wickelnden Energiezelle 15 erzeugt werden. In derartigen Fällen kann es vorgesehen sein, dass die Transportrichtung T der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 mit dem längs aufgebrachten Wickelelement 17 um im Wesentlichen 90° geändert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform verbleibt das Wickelelement 17 in dem Materialbahnenwickel 16 ortsfest. Das Wickelelement 17 ist somit Bestandteil der Energiezelle 15 und verbleibt insbesondere im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Energiezelle 15 in dem Materialbahnenwickel 16. Weiter bevorzugt wird das Wickelelement 17 fixierbar auf mindestens einer Oberfläche 18 der um das Wickelelement 17 zu wickelnden Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 angeordnet. Für die Anordnung des Wickelelements 17 auf den Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 kann es vorteilhaft sein Hilfs- und/oder Zusatzstoffe zu verwenden, damit eine fixierte und/oder ortsfeste Anordnung des Wickelelements 17 bereitgestellt wird.
Vorzugsweise sind die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 Endlosbahnen zur Herstellung einer Mehrzahl an gewickelten Energiezellen 15. In den Fig. 1 und Fig. 2 sind die Vorrichtungen 10 jeweils dafür vorgesehen, Endlosbahnen bereitzustellen, um diese zu gewickelten Energiezellen 15 mit dem Wickelelement 17 auszubilden und einzurichten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann mindestens eine der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 mittels mindestens einer Schneideeinrichtung 21 quer und/oder längs zur Transportrichtung T der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 geschnitten werden, vorzugsweise vor und/oder nach dem Wickelelement 17. In den Fig. 1 und Fig. 3 ist schematisch eine Schneideeinrichtung 21 dargestellt, die zum Schneiden der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 ausgebildet und eingerichtet ist. Mittels der Schneideinrichtungen 21 sind die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 vorzugsweise hinsichtlich ihrer Länge und/oder in ihrer Breite schneidbar. Alternativ oder ergänzend können zudem die Wickelelemente 17 geschnitten werden und/oder es sind weiter bevorzugt bestimmte Schnittmuster der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 ausführbar. Vorzugsweise werden die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 in einer vorbestimmten Länge, welche durch die anschließende Wickelung, den Schneidvorgang und/oder das entsprechende Schneidmittel definiert ist, abgelängt.
Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, werden die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 vorzugsweise mittels mindestens einem Transportelement 22 transportiert, wobei das Wickelelement 17 mittels des Transportelements 22 beim Transport der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 auf mindestens einer Oberfläche 18 der um das Wickelelement 17 zu wickeln- den Materialbahnen 11, 12, 13, 14 quer oder längs zur Transportrichtung T der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 angeordnet wird, vorzugsweise fixiert angeordnet wird. In der Vorrichtung 10 der Fig. 1 wird das Wickelelement 17 einerseits mittels des Transportelements 22 transportiert sowie bereitgestellt und gleichzeitig werden die Materialbahnen 11, 12, 13, 14 mittels des Transportelements 22 transportiert und bei Kontaktaufnahme mit dem Wickelelement 17 in Wirkverbindung zueinander gebracht. Das Wickelelement 17 wird auf der Oberfläche 18 der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 angeordnet und anschließend zu einem Materialbahnenwickel 16 gewickelt. Vorzugsweise ist das Transportelement 22 trommelförmig ausgebildet und eingerichtet, um die Materialbahnen 11, 12, 13, 14 mittels des Transportelements 22 zumindest bereichsweise entlang des Umfangs zu transportieren, wobei die Materialbahnen 11, 12, 13, 14 über ein auf dem Umfang des Transportelement angeordnetes Wickelelement 17 zur Anordnung des Wickelelements 17 auf den Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 transportiert werden.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform wird das Wickelelement 17 mittels einer Trommel 23 mindestens einer der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 zugeführt, vorzugsweise mittels einer ein Gegenlageelement 24 umfassenden Trommel 23. In der Ausführungsform der Fig. 2 fungiert das Transportelement 22 zum Transport der Materialbahnen 11, 12, 13, 14 sowie als Gegenlageelement 24. Die Trommel 23 übergibt das Wickelelement 17 vor oder mit dem Start des Wickelprozesses an die Materialbahnen 11, 12, 13, 14. Die Trommel 23 ist alternativ als allgemeiner Rotationskörper ausgebildet und eingerichtet, um eine getaktete oder kontinuierliche Zufuhr der Wickelelemente 17 an die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 bereitzustellen. Der Trommel 23 werden bevorzugt eine - in den Figuren nicht gezeigte - Mehr- oder Vielzahl an Wickelelementen 17 kontinuierlich bereitgestellt, damit diese der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 zugeführt werden können.
Wie in den Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, wird der Materialbahnenwickel 16 bevorzugt mittels einer Wickeltrommel 25 gewickelt, wobei die auf der Wickeltrommel 25 geführten Materialbahnen 11, 12, 13, 14 um das Wickelelement 17 mittels einer Wickelgegenlage 26 aufgewickelt werden. Die Materialbahnen 11, 12, 13, 14 werden dazu auf oder mittels der Wickeltrommel 25 geführt und in Wirkverbindung mit der Wickelgegenlage 26 gebracht. Die Wickelgegenlage 26 stellt dabei die Kontur für die Wickelung des Materialbahnenwickels 16 bereit und dieser wird in Verlauf des Transport entlang der Wickelgegenlage 26 gebildet. Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 und Fig. 2 zeigen jeweils schematisch eine unterschiedliche Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Herstellung von gewickelten Energiezellen 15 aus mindestens zwei übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen 11 , 12, 13, 14, umfassend mindestens eine Zuführeinrichtung 27 zum Zuführen der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14, eine Transporteinrichtung 28 zum Transportieren der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 in Transportrichtung T durch die Vorrichtung 10, wobei die Transporteinrichtung 27 mindestens ein Transportelement 22 umfasst. Die Transporteinrichtung 28 ist ausgebildet und eingerichtet, die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 mittels des mindestens einen Transportelements 22 zumindest bereichsweise übereinander zu transportieren.
Die Vorrichtung 10 zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass eine Wickeleinrichtung 29 zum Wickeln der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 zu einem gewickelten Materialbahnenwickel 16 vorgesehen ist, wobei der Wickeleinrichtung 29 vorgelagert mindestens eine Wickelelementeinbringeinrichtung 30 angeordnet ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, ein sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle 15 erstreckendes Wickelelement 17 vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche 18 der um das Wickelelement 17 zu wickelnden Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 zu bringen. In der Fig. 1 ist die Wickelelementeinbringeinrichtung 30 bevorzugt als Teilbereich des Transportelements 22 ausgebildet und eingerichtet, der einerseits die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 transportiert und beim Transport der zu wickelnden Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 andererseits eine Zuführung des Wickelelements 17 bereitstellt. In der Fig. 2 ist die die Wickelelementeinbringeinrichtung 30 als separate Trommel 23 ausgebildet, die das Wickelelement 17 den zu wickelnden Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 bei Kontaktaufnahme zuführt. Weiter bevorzugt ist die Wickelelementeinbringeinrichtung 30 ausgebildet und eingerichtet ist, das Wickelelement 17 aus einem Abschnitt 20 mindestens einer der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 zu bilden. Aus dem Abschnitt 20 kann beispielsweise mittels der Trommel 23 ein Wickelelement 17 erzeugbar sein, um dieses anschließend der Wickeleinrichtung 29 zur Wickelung zuzuführen.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Wickelelement 17 mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung 30 quer oder längs zur Transportrichtung T der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 auf der Oberfläche 18 mindestens einer der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 anordenbar, vorzugsweise fixiert anordenbar ist. Die fixierte Anordnung ist beispielsweise mittels eines Klebestoffes ausbildbar, was durch eine - in den Figuren nicht gezeigte - Klebstoffauftrageeinrichtung auf dem Wickelelement 17 und/oder der Oberfläche 18 einer der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 aufbringbar ist. Die Fixierung des Wickelelements 17 auf mindestens einer Oberfläche 18 kann besonders bevorzugt mittels Beleimung erfolgen. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung 10 weiter mindestens eine Schneideeinrichtung 21 , die ausgebildet und eingerichtet ist, die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 quer oder längs zur Transportrichtung zu schneiden, vorzugsweise vor und/oder nach der Wickelelementeinbringeinrichtung 30 angeordnet. In der Fig. 1 ist die Schneideeinrichtung 21 weiter bevorzugt vor der Wickeleinrichtung 29 angeordnet, wodurch vor oder nach der Wickelung die Endlosbahn von der Materialbahnenwickel 16 trennbar ist, um eine kontinuierliche Herstellung der Energiezellen 15 bereitzustellen. Bei einer längs zur Transportrichtung T vorgesehenen Anordnung des Wickelelements 17, ist bevorzugt das Wickelelement 17 fluchtend zur Bahnlängsrichtung angeordnet.
Wie in der Fig. 1 gezeigt, ist vorzugsweise mindestens eines der Transportelemente 22 als die Wickelelementeinbringeinrichtung 30 ausgebildet und eingerichtet, um das Wickelelement 17 beim Transport der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 auf mindestens einer Oberfläche 18 der um das Wickelelement 17 zu wickelnden Materialbahnen 11, 12, 13, 14 quer oder längs zur Transportrichtung T der Materialbahnen 11 , 12, 13, M anzuordnen, vorzugsweise fixiert anzuordnen. Weiter bevorzugt ist das Transportelement 22 trommelförmig ausgebildet und eingerichtet, um die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 mittels des Transportelements 22 zumindest bereichsweise entlang des Umfangs zu transportieren, wobei die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 über ein auf dem Umfang des Transportelement 22 in einer Mulde 31 angeordnetes Wickelelement 17 zur Anordnung des Wickelelements 17 auf den Materialbahnen 11, 12, 13, 14 transportierbar ist. Weiter bevorzugt ist die Wickelelementeinbringeinrichtung 30 als eine mindestens eine Mulde 31 aufweisende Trommel 23 ausgebildet und eingerichtet, um das Wickelelement 17 aufzunehmen und/oder an die Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 zu übergeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Wickeleinrichtung 29 als eine eine Wickelgegenlage 26 umfassende Wickeltrommel 25 ausgebildet und eingerichtet, um die auf der Wickeleinrichtung 29 transportierten Materialbahnen 11, 12, 13, 14 in Wirkverbindung mit der Wickelgegenlage 26 zu dem Materialbahnenwickel 16 aufzuwickeln. Die Wickelgegenlage 26 in der Fig. 1 weist ein Transportband 33 auf, welches auf mindestens zwei Führungselementen 34 gelagert ist, die vorzugsweise antreibbar ausgebildet und eingerichtet sind. Das Transportband 33 bildet zu der Wickeltrommel 25 in Verlauf des Wickelbereichs einen Spalt aus, der bevorzugt in der Breite veränderbar ausgebildet und eingerichtet ist, weiter bevorzugt steuer- und/oder regelbar während und/oder vor/nach einem Wickelprozess. In der Fig. 2 beschreibt die Wickelgegenlage 26 einen vorgegebenen Wickelbereich, der einen Spalt aufweist, der sich bevorzugt in Verlauf der Transportrichtung T vergrößert und im Wesentlichen der Größe der zu wickelnden Energiezelle 15 entspricht. Vorzugsweise wird das Wickelelement 17 bei dem Transport in der Wickeleinrichtung 29 zwangsgeführt wodurch die Wickelung kontinuierlich erzeugt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine - in den Figuren nicht dargestellte - Abgabeeinrichtung, wobei die Abgabeeinrichtung weiter bevorzugt mindestens eine Fixiereinrichtung, die zum zumindest bereichsweisen Fixieren des Materialbahnenwickels 16 ausgebildet und eingerichtet ist, aufweist. Hierzu kann beispielsweise ein Klebemittel, beispielsweise ein Klebestreifen, ein Tape oder dergleichen, auf mindestens einer Oberfläche der Materialbahnen 11 , 12, 13, 14 und/oder auf einer Oberfläche des Materialbahnenwickels 16 eingebracht/aufgebracht werden, um ein unerwünschtes Öffnen/Entwickeln des Materialbahnenwickels 16 nach dem Wickeln zu verhindern.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von gewickelten Energiezellen (15) aus mindestens zwei übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen (11 , 12, 13, 14), mit einem um eine Längsachse der Energiezelle (15) gewickelten Materialbahnenwickel (16), wobei der Materialbahnenwickel (16) durch Wickeln der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) um ein sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle (15) erstreckendes Wickelelement (17) erzeugt wird, wobei das Wickelelement (17) vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche (18) der um das Wickelelement (17) zu wickelnden Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) mittels mindestens einem Transportelement (22) transportiert werden, wobei das Wickelelement (17) mittels des Transportelements (22) beim Transport der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) auf mindestens einer Oberfläche (18) der um das Wickelelement (17) zu wickelnden Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) quer oder längs zur Transportrichtung (T) der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) angeordnet wird, vorzugsweise fixiert angeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) als zumindest bereichsweise verbundener Materialbahnenverbund (19) vorliegen oder dass die mindestens zwei Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) vor dem Wickeln zumindest bereichsweise zu einem Materialbahnenverbund (19) verbunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement (17) aus einem Abschnitt (20) mindestens einer der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (20) der Materialbahn (11 , 12, 13, 14) mindestens eine Separatorbahn (11 , 13) umfasst, vorzugsweise zumindest bereichsweise aus einer oder zwei Separatorbahn/en (11 , 13) gebildet wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement (17) quer oder längs zur Transportrichtung (T) der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) auf der Oberfläche (18) mindestens einer der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) angeordnet wird, vorzugsweise fixiert angeordnet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement (17) in dem Materialbahnenwickel (16) ortsfest verbleibt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) Endlosbahnen zur Herstellung einer Mehrzahl an gewickelten Energiezellen (15) sind.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) mittels mindestens einer Schneideeinrichtung (21) quer und/oder längs zur Transportrichtung (T) der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) geschnitten wird, vorzugsweise vor und/oder nach dem Wickelelement (17).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportelement (22) trommelförmig ausgebildet und eingerichtet ist, um die Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) mittels des Transportelements (22) zumindest bereichsweise entlang des Umfangs zu transportieren, wobei die Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) über ein auf dem Umfang des Transportelements (22) angeordnetes Wickelelement (17) zur Anordnung des Wickelelements (17) auf den Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) transportiert werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement (17) fixierbar auf mindestens einer Oberfläche (18) der um das Wickelelement (17) zu wickelnden Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) angeordnet wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement (17) mittels einer Trommel (23) mindestens einer der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) zugeführt wird, vorzugsweise mittels einer ein Gegenlageelement (24) umfassenden Trommel (23). Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialbahnenwickel (16) mittels einer Wickeltrommel (25) gewickelt wird, wobei die auf der Wickeltrommel (25) geführten Materialbahnen (11 ,
12, 13, 14) um das Wickelelement (17) mittels einer Wickelgegenlage (26) aufgewickelt werden. Energiezelle (15) in Wickelbauweise, insbesondere eine Zelle einer Lithium-Ionen- Batterie, mit einem um eine Längsachse der Energiezelle (15) gewickelten Materialbahnenwickel (16) aus mindestens vier Materialbahnen (11 , 12, 13, 14), dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezelle (15) nach einem Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche hergestellt ist. Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass sie Energiezellen (15) nach Anspruch 13 umfasst. Vorrichtung (10) zur Herstellung von gewickelten Energiezellen (15) aus mindestens zwei übereinanderliegend angeordneten Materialbahnen (11 , 12, 13, 14), umfassend mindestens eine Zuführeinrichtung (27) zum Zuführen der Materialbahnen (11 , 12,
13, 14), eine Transporteinrichtung (28) zum Transportieren der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) in Transportrichtung (T) durch die Vorrichtung (10), wobei die Transporteinrichtung (28) mindestens ein Transportelement (22) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wickeleinrichtung (29) zum Wickeln der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) zu einem gewickelten Materialbahnenwickel (16) vorgesehen ist, wobei der Wickeleinrichtung (29) vorgelagert mindestens eine Wickelelementeinbringeinrichtung (30) angeordnet ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, ein sich in Richtung der Längsachse der Energiezelle (15) erstreckendes Wickelelement (17) vor oder mit dem Wickeln der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) in Wirkverbindung mit mindestens einer Oberfläche (18) der um das Wickelelement (17) zu wickelnden Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) zu bringen. Vorrichtung (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelelementeinbringeinrichtung (30) ausgebildet und eingerichtet ist, das Wickelelement (17) aus einem Abschnitt (20) mindestens einer der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) zu bilden. Vorrichtung (10) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement (17) mittels der Wickelelementeinbringeinrichtung (30) quer oder längs zur Transportrichtung (T) der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) auf der Oberfläche (18) mindestens einer der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) anordenbar ist, vorzugsweise fixiert anordenbar ist. Vorrichtung (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) weiter mindestens eine Schneideeinrichtung (21) umfasst, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) quer oder längs zur Transportrichtung (T) zu schneiden, vorzugsweise vor und/oder nach der Wickelelementeinbringeinrichtung (30) angeordnet. Vorrichtung (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Transportelemente (22) als die Wickelelementeinbringeinrichtung (30) ausgebildet und eingerichtet ist, um das Wickelelement (17) beim Transport der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) auf mindestens einer Oberfläche (18) der um das Wickelelement (17) zu wickelnden Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) quer oder längs zur Transportrichtung (T) der Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) anzuordnen, vorzugsweise fixiert anzuordnen. Vorrichtung (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportelement (22) trommelförmig ausgebildet und eingerichtet ist, um die Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) mittels des Transportelements (22) zumindest bereichsweise entlang des Umfangs zu transportieren, wobei die Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) über ein auf dem Umfang des Transportelements (22) in einer Mulde (31) angeordnetes Wickelelement (17) zur Anordnung des Wickelelements (17) auf den Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) transportierbar ist. Vorrichtung (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelelementeinbringeinrichtung (30) als eine mindestens eine Mulde (31) aufweisende Trommel (23) ausgebildet und eingerichtet ist, um das Wickelelement (17) aufzunehmen und/oder an die Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) zu übergeben. Vorrichtung (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch ge- kennzeichnet, dass die Wickeleinrichtung (29) als eine eine Wickelgegenlage (26) umfassende Wickeltrommel (25) ausgebildet und eingerichtet ist, um die auf der Wickeleinrichtung (29) transportierten Materialbahnen (11 , 12, 13, 14) in Wirkverbindung mit der Wickelgegenlage (26) zu dem Materialbahnenwickel (16) aufzuwickeln.
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