WO2024074301A1 - Vorrichtung und verfahren zum verbinden von materialbahnen für die herstellung von energiezellen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum verbinden von materialbahnen für die herstellung von energiezellen Download PDF

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Matthias Horn
Karl Richard Busch
Axel Henning
Frank Grothaus
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Körber Technologies Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a device for connecting material webs, in particular separator films, for the production of energy cells according to the preamble of claim 1 and a corresponding method according to the preamble of claim 14.
  • Energy cells or energy storage devices within the meaning of the invention are used, for example, in motor vehicles, other land vehicles, ships, aircraft or also in stationary systems, such as in the form of battery cells or fuel cells, in which very large amounts of energy must be stored over longer periods of time.
  • energy cells have a structure made of materials layered on top of one another, which generally consist of an anode material on a conductor foil and a cathode material on a conductor foil and a separator foil, with the separator foil being arranged between the anode material and the cathode material.
  • Such a material composite can be present in an energy cell in a stacked, rolled or folded arrangement.
  • the materials for the anode, cathode and separator are processed as material webs wherever possible.
  • the material webs which can be semi-finished products or intermediate products, are usually delivered as reels or coils or transported in this form between different systems. Reels have inevitably has a limited web length.
  • continuous production at high speed with an endless web is advantageous, so that each running material web is connected to new material webs.
  • process stores or buffer stores are known, which represent a buffer so that the connection of two material webs can be made to form an endless web, while the further production process is operated with the material web from the buffer store.
  • a device for joining material webs, in particular separator films, for the production of energy cells is presented. beaten, wherein a running off material web can be connected to a new material web.
  • the running off material web and the new material web can be guided at a distance from one another in a connecting section, preferably one above the other at a distance from one another.
  • Two pivotable or rotatable pressure elements with pressure surfaces are provided, which are designed to press the running off and the new material web against one another in the connecting section and to connect the running off material web and the new material web to one another.
  • the pressure elements are designed to connect the material webs during the movement in the conveying direction of the running off and the new material web, and the device is designed to produce a weakening line, preferably a perforation line, in each of the running off and the new material webs and to separate the material webs by applying an increased tensile stress in the material webs at the weakening lines, preferably the perforation lines.
  • the material webs are spaced apart from one another before the connection.
  • the new and the running material webs are preferably guided in parallel.
  • the respective edges of the new and the running material webs are preferably in a plane perpendicular to a plane of the surface of at least one of the material webs in the connecting section.
  • the material webs are preferably arranged with their planes or their bases one above the other, with the material webs being guided at a distance from one another.
  • one above the other refers to the alignment of the material webs with respect to one another in a connecting section of the device.
  • the material webs are guided before, during and/or after the connection.
  • the material webs are in the Connecting section preferably guided over two rollers each.
  • the device is preferably designed to convey the new and the running material webs at the same conveying speed at least immediately before and/or during the joining of the material webs by pressing them against each other using the pressure elements, so that there is no relative speed of the material webs to the process speed for the subsequent processes during the joining process.
  • the joining takes place in an overlapping area of the two material webs, on which the pressure elements act, so that a splice with an overlap is formed.
  • the pressure elements preferably shift the new and the running material webs towards each other, so that the distance between the material webs is eliminated and the material webs are pressed onto or against each other.
  • the rotatable pressure elements When shifting the course of at least one material web and when pressing both material webs together, the rotatable pressure elements preferably also have a speed that is adapted and synchronized to the speed of the new and running material webs.
  • a dynamic connection or a dynamic splice of the new material web with the running material web with an overlap can thus be produced during the ongoing conveying.
  • the pressure elements preferably have the process speed or conveying speed of the material webs at the moment of pressing against each other or connecting, in particular the running material web on the side in the conveying direction. Preferably, no slippage occurs between the pressure surfaces and Material webs.
  • the pressure elements are preferably arranged on both sides of the material webs in the connecting section.
  • the device is preferably designed to produce the weakening lines in the material webs before the material webs are pressed against each other to form a connection. Furthermore, the device can preferably be designed to produce the weakening line while the material webs are pressed against each other, in particular by the pressure elements themselves.
  • the weakening line in the outgoing material web is behind the connection or the subsequent connection of the material webs, opposite to the conveying direction, and the weakening line in the new material web is in front of the connection or the subsequent connection of the material webs, in the conveying direction.
  • the proposed device is particularly suitable for separator tracks or separator films of an energy cell, in particular a battery cell, since the separator films are comparatively thin and the absolute increase in the overlap area of the connection is small, for example compared to coated electrode tracks.
  • the pressure surfaces of the pressure elements are embossed surfaces, and the pressure elements are designed to produce an embossed connection when the running-off and the new material web are pressed against each other.
  • the embossed connection enables the material webs to be connected without additional joining elements and also without temperature changes.
  • An embossed connection is particularly suitable for separator films of an energy cell, in particular a battery cell, since the separator films are generally homogeneous material webs compared to coated electrode webs.
  • the embossed surfaces of the pressure elements have a corresponding surface design for this purpose, in particular the embossed surfaces of the pressure elements preferably have embossed surfaces that correspond to one another.
  • the pressure elements can also be referred to as embossed elements in possible embodiments.
  • the pressure elements for example with the embossing surfaces, are designed to produce a weakening line in the new and in the running material web.
  • a line of weakness can also be present at the transition of an embossed connecting section to an unembossed section of a material web.
  • the device has an adhesive sheet holder which is designed to hold a double-sided adhesive sheet between the running-off and the new material web, wherein the pressure elements are designed to produce an adhesive bond between the material webs together with the adhesive sheet when the running-off and the new material web are pressed against one another.
  • the adhesive bond can be produced with a high bond strength by the pressure elements, which first move the two material webs towards the adhesive sheet and then press the material webs onto the adhesive sheet from both sides.
  • a sealed connection of the material webs can also be created with the proposed device by a combination of an adhesive connection and an embossed connection.
  • the device is designed to increase the tensile stress in the new material web and/or in the running material web during the production of the embossed connection and/or the adhesive connection in order to separate the material web by means of the respectively increased tensile stress.
  • the conveying speed of the new material web can be increased in order to increase the tensile stress.
  • the conveying speed of the running material web can be reduced in order to increase the tensile stress.
  • the device is designed to build up an increased tensile stress in the running-off material web between the weakening line and a reel with the running-off material web in order to separate the running-off material web, and to build up an increased tensile stress in the new material web between the weakening line and a pre-tension winder with the new material web in order to separate the new material web.
  • the reel with the running material web can, for example, run at a lower peripheral speed than the process speed at the moment of pressing together or joining by the pressure elements, whereby the remaining part of the running material web or the trailer is separated.
  • the trailer winder can be operated at a higher speed than the process speed or than the conveying speed of the running material web in the conveying direction of the joint at the moment of pressing together or joining in order to achieve a corresponding increase in the tensile stress and a separation at the weakening line.
  • the pressure elements each have a curved, in particular simply curved, preferably circular-arc-shaped, pressure surface and/or embossing surface, which runs on one of the material webs during pressing and/or embossing. It is therefore possible to achieve slip-free contact between the pressure element and the material web with a uniform movement, which simplifies the control or regulation of the movement of the pressure element and avoids undesirable stress peaks in the material webs.
  • a weakening device preferably one weakening device in each case, is provided opposite to a conveying direction in front of the connecting section for the running-off material web and/or the new material web, which is designed to produce a weakening line in a material web.
  • the weakening device is preferably arranged between a reel of the running material web and a reel of the new material web and the connecting section.
  • the weakening device creates a weakening line, for example a perforated and/or a cut line and/or a squashed line in one or both material webs.
  • the creation of the weakening line in the new material web is preferably synchronized in time by the weakening device with the movement of the pressure elements in such a way that the weakening line of the new material web lies behind the pressure elements due to the continuous conveying when the material webs are pressed against each other, so that the leader of the new material web can be severed.
  • the creation of the weakening line is preferably synchronized in time by the weakening device with the movement of the pressure elements in such a way that the weakening line of the unwinding material web lies behind the pressure elements due to the continuous conveying when the material webs are pressed against each other. pressing the material webs together in front of the pressure elements so that the remaining part of the running material web can be separated.
  • the weakening device comprises a knife roller and a counter roller, wherein the counter roller is pivotable and is designed to come into contact with a material web when pivoting, to displace the material web and to press it against a knife roller.
  • the counter roller shifts the course of the material web towards the knife roller, whereby the counter roller preferably rolls passively on the material web.
  • the counter roller serves as a counterholder for the knife roller, which preferably rolls actively on the material web and uses a knife to create a weakening and/or perforation at a weakening line.
  • the pressure elements are designed to produce a weakening line in the running and in the new material web.
  • the weakening line can be created by the pressure elements, in particular by embossing or when creating an embossed connection, for example at the transition from an embossed to an unembossed section.
  • a knife or an edge can be provided on the pressure elements, which creates a weakening of the material in the respective material web at a weakening line.
  • a further weakening device can be dispensed with.
  • the device is designed to produce a weakening line in the new material web in the conveying direction in relation to the connection, for example the embossed connection and/or adhesive connection, and/or to produce a weakening line in the running material web against the conveying direction in relation to the embossed connection or adhesive connection.
  • a pivoting element is provided which is designed to grip the new material web from a new bobbin, guide it through the connecting section and transfer it to a pre-tension winder.
  • the pre-tension winder can be used to accelerate the new material web to process speed, so that the two material webs can be joined dynamically at a synchronized process speed.
  • the device has a feeding device which has two bobbin holders for bobbins of the material webs.
  • the bobbin holders for the bobbins for the outgoing and the new material web are preferably actively driven.
  • the material The aluminum webs are conveyed by the feed device through the connecting section.
  • the feed device has a turntable on which the reel holders are arranged.
  • the turntable allows the new bobbin holder with the bobbin of the new material web to rotate to the position of the bobbin of the outgoing material web after the material webs have been connected.
  • the device has a pre-tension winder with a diameter, wherein a part of the new material web is wound from a bobbin on a bobbin holder onto the pre-tension winder, wherein the revolutions of the pre-tension winder and the bobbin holder are recorded, and the diameter and/or the circumference of the bobbin is calculated from the recorded revolutions and from the diameter of the pre-tension winder.
  • the proposed diameter calculation can be used advantageously to adjust the conveying speed and/or the time for the next reel change or for the connection to the next material web.
  • the invention is explained below using preferred embodiments with reference to the attached figures.
  • Fig. 1 shows a device for connecting material webs with a running material web
  • Fig. 2 shows a device for connecting material webs with a new material web on a reel
  • Fig. 3 a device for connecting material webs when opening the new bobbin
  • Fig. 4 shows a device for connecting material webs with a threaded new material web
  • Fig. 5 shows a device for connecting material webs with the new material web on a pre-tension winder
  • Fig. 6 a device for connecting material webs with pivoted counter rollers
  • Fig. 7 shows a device for joining material webs while creating weakening lines in the material webs
  • Fig. 8 shows a device for connecting material webs with pressure elements when producing an embossed connection
  • Fig. 9 shows a device for connecting material webs with pressure elements when separating the material webs
  • Fig. 10 shows a device for connecting material webs with a material web connected by an embossed connection
  • Fig. 11 shows another device for connecting material webs with an adhesive sheet holder
  • Fig. 12 shows a device for connecting material webs with pressure elements when producing an adhesive connection
  • Fig. 13 a device for connecting material webs with an adhesive connection when separating the material webs
  • Fig. 14 shows a device for connecting material webs with a material web connected by an adhesive bond
  • Fig. 15 shows a further embodiment of a device for joining material webs without knife rollers
  • Fig. 16 shows a device for joining material webs when producing an embossed connection and a weakening line
  • Fig. 17 a device for connecting material webs when separating the material webs
  • Fig. 18 a device for connecting material webs without knife rollers with a connected material web
  • Fig. 19 a material web connected by an embossed connection
  • Fig. 20 a material web connected by an adhesive bond.
  • Figure 1 schematically shows an advantageous embodiment of a device 10 for connecting a running material web 11 to a new material web 12, which are separator webs for the production of battery cells, for example.
  • the running material web 11 runs from a reel 25 onto a reel holder 34.
  • the running material web 11 is guided on two rollers 37 through a connecting section 13 and a subsequent process is supplied with the running material web 11 at process speed.
  • the running material web 11 is connected to a new material web 12 with a dynamic splice in the device 10.
  • the device 10 is shown with a new reel 26 with the new material web 12, which is mounted on a reel holder 35 is arranged. Both bobbins 25, 26 are arranged with the bobbin holders 34, 35 in this advantageous embodiment on a turntable 36, whereby a feed device 33 is formed.
  • Figure 3 shows a further step for preparing the connection of the running material web 11 with the new material web 12, in which a pivoting element 32 has a bobbin opener with which the bobbin 26 is opened and the beginning of the material web 12 is gripped.
  • the new material web 12 is then threaded through the connecting section 13, in which the new material web 12 is guided parallel to the running material web 11 over two rollers 37, as shown in Figure 4.
  • the new material web 12 and the running material web 11 are therefore guided one above the other with their base surfaces aligned with one another in the connecting section 13.
  • the material webs 11, 12 are at a distance from one another which is defined by the guide with the rollers 37.
  • the running material web 11 can be conveyed at the process speed during this time, whereas the new material web 12 stands still or is moved at a comparatively low speed for threading into the connecting section 13.
  • the pivoting element 32 has transferred the new material web 12 to a pre-tension winder 27.
  • the pre-tension winder 27 rotates until the new material web 12 is securely wrapped around the pre-tension winder 27. Any packaging material and the pre-tension of the new material web 12 can be wound up accordingly by the pre-tension winder 27.
  • the device 10 has two weakening devices 28, 29, each of which creates a weakening line 19, 20 or a predetermined breaking line or point in the material webs 11, 12.
  • the weakening device 28, 29 has two pivotable counter rollers 31, which are pivoted to rest on the respective material web 11, 12, as can be seen in Figure 6.
  • the material webs 11, 12 are each displaced in such a way that they each come to rest on a knife roller 30.
  • the weakening devices 28, 29 can, for example, be moved out of the rear wall of the device 10.
  • Figures 7 to 10 show the joining process with the device 10 in a preferred embodiment.
  • the pre-tension winder 27 accelerates the new material web 12.
  • the weakening device 28 uses the knife roller 30 to create a perforation on a weakening line 19, which is shown in Figure 7.
  • Figure 8 shows a slightly later point in time, at which the weakening line 19 has already been conveyed past the pressure elements 15, 17 in the joining section 13.
  • the pre-tensioning unit 27 preferably accelerates the speed to slightly more than the process speed in order to enable separation at the weakening line 19 by means of increased tensile stress in the new material web 12.
  • the further weakening device 29 for the running material web 11 has, in the illustration in Figure 8, also produced a weakening line 20 by means of the knife roller 30, which has already been conveyed at the process speed into the connecting section 13 between the rollers 37.
  • the pressure elements 15, 17 rotate and accelerate to a speed that is coordinated with the process speed and press the two material webs 11, 12 against each other in the connecting section 13.
  • the pressure surfaces of the pressure elements 15, 17, which are in contact with the material webs 11, 12, have embossed surfaces that, at the time shown in Figure 8, produce an embossed connection 21 between the two material webs 11, 12 pressed against each other, see also Figure 19.
  • the pre-tension winder 27 is running at a higher speed than the process speed, which increases the tensile stress in the new material web 11 between the pre-tension winder 27 and the embossed connection 21 fixed between the pressure elements 15, 17 at this time at process speed. This leads to the separation of the new material web 12 at the weakening line 19 prepared for this purpose. The leader of the new material web 12 is thus severed before the connection point to the running material web 11.
  • Figure 10 shows how the material web 11, 12 connected to the embossed connection 21 is conveyed by the new reel 26 on the reel holder 35.
  • the running-off reel 25 with the rest of the material web 11 can be removed and the new reel 26 with the new material web 12 can then rotate to the position of the running-off reel 25 using the turntable 36 on which reel holders 34, 35 are arranged.
  • the new reel 26 with the new material web 12 can thus assume the position of the running-off reel 25 with the running-off web 11 after the connection.
  • FIGS 11 to 14 show a further advantageous embodiment, which follows the preparation steps illustrated in Figures 1 to 6.
  • the device 10 has an adhesive sheet holder 22 which is designed to place a double-sided adhesive sheet 23 in the connecting section 13.
  • the adhesive sheet holder 22 is arranged in the connecting section 13 between the rollers 37 on which the material webs 11, 12 are guided at a distance from one another.
  • the pre-tension winder 27 accelerates the new material web 12.
  • the weakening device 28 generates with the knife roller 30 a perforation at a weakening line 19, which has already moved past the pressure elements 15, 17 in the connecting section 13 when the material webs 11, 12 are pressed against each other.
  • the weakening line 20, which was created in the running material web 11 by the weakening device 29 with the knife roller 30 and the counter roller 31, is located in the illustration in Figure 12 between the connecting section 13 and the weakening device 28.
  • the pressure elements 15, 17 rotate and accelerate to a speed coordinated with the process speed and press the two material webs 11, 12 against each other in the connecting section 13, wherein the material webs 11, 12 are displaced relative to each other so that the adhesive sheet 23 between the material webs 11, 12 pressed against each other is pressed against the material webs 11, 12 and these are connected by an adhesive connection 24 via the adhesive sheet 23.
  • Figure 13 illustrates a state of the device 10 in which an increased speed compared to the process speed of the pre-tension winder 27 increases the tensile stress in the new material web 11 between the pre-tension winder 27 and the adhesive connection 24 fixed between the pressure elements 15, 17 at this point in time at process speed.
  • the increased tensile stress in the new material web 12 leads to a separation at the weakening line 19.
  • the bobbin 25 with the running material web 11 is slowed down to a speed below the process speed, which leads to an increase in the tensile stress in the running material web 11 between the reel 25 and the adhesive connection 24 fixed between the pressure elements 15, 17 at this point in time at process speed.
  • the running material web 11 is accordingly severed at the weakening line 20.
  • Figure 14 shows the conveyance of the material web 11, 12 connected with the adhesive connection 24 from the new reel 26 onto the reel holder 35.
  • the new reel 26 with the new material web 12 can then be rotated with the turntable 36 to the position of the running reel 25.
  • the new reel 26 with the new material web 12 can thus assume the position of the running reel 25 with the running web 11 after the connection.
  • Figures 15 to 18 show a further advantageous embodiment of a device 10 for connecting material webs 11, 12, which, in contrast to the previous embodiments, dispenses with weakening devices 28, 29.
  • Figure 15 shows the device 10 for connecting the material webs 11, 12, in which the new material web 12 has already been transferred to the pre-tension winder 27.
  • the outgoing and the new material web 11, 12 are accordingly guided in the guide section 13, lying one above the other at a distance from one another.
  • the pressure elements 15, 17 arranged on both sides of the material webs 11, 12 rotate, as in the previous embodiments, so that they come into contact with the respective material web 11, 12.
  • the pressure elements 15, 17 rotate at a speed matched to the process speed and press the two material webs 11, 12 against each other in the connecting section 13.
  • the pressure surfaces of the pressure elements 15, 17, which are in contact with the material webs 11, 12, have embossed surfaces in this advantageous embodiment, whereby an embossed connection 21 is produced.
  • the embossing process introduces weakening lines 19, 20 into the material webs 11, 12.
  • the weakening lines 19, 20 are preferably located at the transition of the embossed connection to the unaffected section of the material webs 11, 12.
  • Figure 17 illustrates the separation of the material webs 11, 12 during the connection by the pressure elements 15, 17, which fix the conveyed material webs 11, 12 at this moment.
  • the pre-tension winder 27 is operated at a higher speed than the process speed during the connection process, whereby the tensile stress in the new material web 11 between the pre-tension winder 27 and the embossed connection 21 fixed between the pressure elements 15, 17 at this time at process speed is increased. This leads to the separation of the new material web 12 at the weakening line 19.
  • the reel 25 of the running material web 11 on the reel holder 34 is braked at this time so that the running material web 11 is conveyed at a speed below the process speed. This reduces the tension tension in the running material web 11 between the reel 25 and the embossed connection 21 fixed between the pressure elements 15, 17 at this time at process speed is increased to such an extent that the running material web 11 tears at the weakening line 20. The rest of the running material web 11 can then be wound up.
  • the material web 11, 12 connected to the embossed connection 21 is then conveyed by the new reel 26 on the reel holder 35, as shown in Figure 18.
  • the new bobbin 26 with the new material web 12 can then be rotated with the turntable 36 to the position of the unwinding bobbin 25.
  • the new bobbin 26 with the new material web 12 can thus assume the position of the unwinding bobbin 25 with the unwinding web 11 after the connection.
  • Figure 19 shows a connection of a running material web 11 with a new material web 12 with an embossed connection 21 in a top view.
  • Figure 20 shows a connection of a running material web 11 with a new material web 12 with an adhesive connection 24.

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  • Replacement Of Web Rolls (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) und ein Verfahren zum Verbinden von Materialbahnen (11, 12) für die Herstellung von Energiezellen, wobei eine ablaufende Materialbahn (11) mit einer neuen Materialbahn (12) verbindbar ist. Die ablaufende Material- bahn (11) und die neue Materialbahn (12) sind in einem Verbindungsabschnitt (13) mit einem Abstand zueinander führbar, wobei zwei schwenkbare oder rotierbare Andruckelemente (14, 15) mit Andruckflächen (16, 17) vorgesehen sind, welche dazu eingerichtet sind, die ablaufende und die neue Materialbahn (11, 12) im Verbindungsabschnitt (13) gegeneinander zu drücken und die ablaufende Materialbahn (11) und die neue Materialbahn (12) miteinander zu verbinden. Die Andruckelemente (14, 15) sind dazu eingerichtet, die Materialbahnen (11, 12) während der Bewegung in Förderrichtung (18) der ablaufenden und der neuen Materialbahn (11, 12) zu verbinden. Die Vorrichtung (10) ist dazu eingerichtet, jeweils eine Schwächungslinie (19, 20) in der ablaufenden und in der neuen Materialbahn (11, 12) zu erzeugen und die Materialbahnen (11, 12) jeweils durch Aufbringung einer erhöhten Zugspannung in den Materialbahnen (11, 12) an den Schwächungslinien (19, 20), vorzugsweise den Perforationslinien, zu trennen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden von Materialbahnen für die Herstellung von Energiezellen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen, insbesondere Separatorfolien, für die Herstellung von Energiezellen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein korrespondierendes Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 14.
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. in Form von Batteriezellen oder Brennstoffzellen verwendet, bei denen sehr große Energiemengen über größere Zeiträume gespeichert werden müssen. Dazu weisen solche Energiezellen eine Struktur aus übereinander geschichteten Materialien auf, welche in der Regel aus einem Anodenmaterial auf einer Leiterfolie und einem Kathodenma- terial auf einer Leiterfolie und einer Separatorfolie bestehen, wobei die Separatorfolie zwischen dem Anodenmaterial und dem Katho- denmaterial angeordnet ist. Ein solcher Materialverbund kann in einer Energiezelle in einer gestapelten, gerollten oder gefalteten Anordnung vorliegen.
Für eine hohe Produktionsgeschwindigkeit werden die Materialien für Anode, Kathode und Separator soweit möglich als Materialbahnen verarbeitet. Hierbei werden die Materialbahnen, welche beispielsweise Halbzeuge oder auch Zwischenprodukte sein können, in der Regel als Bobine oder Coil geliefert oder in dieser Form zwischen unterschiedlichen Anlagen transportiert. Bobinen weisen zwangsläufig eine begrenzte Bahnlänge auf. Für eine möglichst hohe Produktionsrate und somit auch für geringe Produktionskosten ist eine kontinuierliche Produktion mit hoher Geschwindigkeit mit einer Endlosbahn vorteilhaft, so dass jeweils ablaufende Materialbahnen mit neuen Materialbahnen verbunden werden. Für die Sicherstellung einer kontinuierlichen Produktion sind Prozessspeicher oder auch Pufferspeicher bekannt, welche einen Puffer darstellen, so dass die Verbindung von zwei Materialbahnen zum Erreichen einer Endlosbahn hergestellt werden kann, während der weitere Produktionsprozess mit der Materialbahn aus dem Pufferspeicher betrieben wird. Steigende Produktionsgeschwindigkeiten bei der Herstellung von Energiezellen, beispielsweise Li-Ionen Batterien, können jedoch nicht durch immer größere Pufferspeicher kompensiert werden, so dass der Verbindungsprozess möglichst dynamisch während der Förderung, beispielsweise mit Produktionsgeschwindigkeit, ausgeführt werden soll, um den Pufferspeicher möglichst klein auslegen oder vollständig auf einen Pufferspeicher verzichten zu können. Das Verzichten auf einen Pufferspeicher reduziert den Raumbedarf einer Anlage und bietet zudem auch Potential für Kostenvorteile.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche eine möglichst schnelle und effiziente Verbindung von Materialbahnen ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der dazugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Es wird eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen, insbesondere Separatorfolien, für die Herstellung von Energiezellen vor- geschlagen, wobei eine ablaufende Materialbahn mit einer neuen Materialbahn verbindbar ist. Die ablaufende Materialbahn und die neue Materialbahn sind in einem Verbindungsabschnitt, mit einem Abstand zueinander führbar, vorzugsweise übereinander mit einem Abstand zueinander führbar. Es sind zwei schwenkbare oder rotierbare Andruckelemente mit Andruckflächen vorgesehen, welche dazu eingerichtet sind, die ablaufende und die neue Materialbahn im Verbindungsabschnitt gegeneinander zu drücken und die ablaufende Materialbahn und die neue Materialbahn miteinander zu verbinden. Die Andruckelemente sind dazu eingerichtet, die Materialbahnen während der Bewegung in Förderrichtung der ablaufenden und der neuen Materialbahn zu verbinden, und die Vorrichtung ist dazu eingerichtet ist, jeweils eine Schwächungslinie, vorzugsweise eine Perforationslinie, in der ablaufenden und in der neuen Materialbahn zu erzeugen und die Materialbahnen jeweils durch Aufbringung einer erhöhten Zugspannung in den Materialbahnen an den Schwächungslinien, vorzugsweise den Perforationslinien, zu trennen.
Die Materialbahnen weisen vor der Verbindung einen Abstand zueinander auf. Die neue und die ablaufende Materialbahn werden vorzugsweise parallel geführt. Weiterhin liegen vorzugsweise die jeweiligen Kanten der neuen und der ablaufenden Materialbahnen in einer Ebene senkrecht zu einer Ebene der Fläche mindestens einer der Materialbahnen in dem Verbindungsabschnitt. Weiterhin liegen die Materialbahnen vorzugsweise mit ihren Ebenen oder ihren Grundflächen übereinander, wobei die Materialbahnen mit einem Abstand zueinander geführt werden. Übereinander bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Ausrichtung der Materialbahnen zueinander in einem Verbindungsabschnitt der Vorrichtung. In dem Verbindungsabschnitt werden die Materialbahnen vor, während und/oder nach der Verbindung geführt. Die Materialbahnen sind im Verbindungsabschnitt vorzugsweise jeweils über zwei Rollen geführt.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die neue und die ablaufenden Materialbahn zumindest unmittelbar vor und/oder während der Verbindung der Materialbahnen durch das Gegeneinanderdrücken mittels der Andruckelemente mit der gleichen Fördergeschwindigkeit zu fördern, so dass keine Relativgeschwindigkeit der Materialbahnen zu der Prozessgeschwindigkeit für die nachfolgenden Prozesse beim Verbindungsprozess vorliegt. Die Verbindung erfolgt in einem Überlappungsbereich der beiden Materialbahnen, auf den die Andruckelemente einwirken, so dass ein Spleiß mit Überlappung gebildet wird. Die Andruckelemente verlagern vorzugsweise die neue und die ablaufende Materialbahn zueinander, so dass der Abstand der Materialbahnen aufgehoben wird und die Materialbahnen aufeinander oder gegeneinander gedrückt werden. Bei der Verlagerung des Verlaufs wenigstens einer Materialbahn und beim Andrücken beider Materialbahnen weisen die rotierbaren Andruckelemente vorzugsweise ebenfalls eine an die Geschwindigkeit der neuen und ablaufenden Materialbahn angepasste und synchronisierte Geschwindigkeit auf. Es kann somit eine dynamische Verbindung oder auch ein dynamischer Spleiß der neuen Materialbahn mit der ablaufenden Materialbahn mit einer Überlappung während der laufenden Förderung hergestellt werden.
Die Andruckelemente weisen vorzugsweise im Moment des Gegeneinanderdrückens oder Verbindens die Prozessgeschwindigkeit oder Fördergeschwindigkeit der Materialbahnen auf, insbesondere der ablaufenden Materialbahn auf der Seite in Förderrichtung Es entsteht vorzugsweise kein Schlupf zwischen den Andruckflächen und Materialbahnen. Die Andruckelemente sind vorzugsweise beidseitig der Materialbahnen im Verbindungsabschnitt angeordnet.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Schwächungslinien in den Materialbahnen zeitlich vor dem Gegeneinanderdrücken der Materialbahnen zur Verbindung zu erzeugen. Weiterhin kann die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet sein, die Schwächungslinie während des Gegeneinanderdrückens der Materialbahnen zu erzeugen, insbesondere durch die Andruckelemente selbst.
Die Schwächungslinie in der ablaufenden Materialbahn ist entgegen der Förderrichtung hinter der Verbindung oder der späteren Verbindung der Materialbahnen, und die Schwächungslinie in der neuen Materialbahn ist in Förderrichtung vor der Verbindung oder der späteren Verbindung der Materialbahnen.
Die vorgeschlagene Vorrichtung eignet sich insbesondere für Separatorbahnen oder Separatorfolien einer Energiezelle, insbesondere einer Batteriezelle, da die Separatorfolien vergleichsweise dünn sind und die absolute Erhöhung im Überlappungsbereich der Verbindung beispielsweise im Vergleich zu beschichteten Elektrodenbahnen gering ist.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Andruckflächen der Andruckelemente Prägeflächen sind, und die Andruckelemente dazu eingerichtet sind, beim Gegeneinanderdrücken der ablaufenden und der neuen Materialbahn eine Prägeverbindung herzustellen. Die Prägeverbindung ermöglicht eine Verbindung der Materialbahnen ohne weitere Fügeelemente sowie auch ohne Temperaturänderungen. Eine Prägeverbindung eignet sich insbesondere für Separatorfolien einer Energiezelle, insbesondere einer Batteriezelle, da die Separatorfolien im Vergleich zu beschichteten Elektrodenbahnen in der Regel homogene Materialbahnen sind. Die Prägeflächen der Andruckelemente weisen hierzu eine entsprechende Oberflächengestaltung auf, insbesondere weisen die Prägeflächen der Andruckelemente vorzugsweise zueinander korrespondierende Prägeflächen auf. Die Andruckelemente können in möglichen Ausführungsformen auch als Prägeelemente bezeichnet werden.
In vorteilhaften Ausführungsformen sind die Andruckelemente, beispielsweise mit den Prägeflächen, dazu eingerichtet, in der neuen und in der ablaufenden Materialbahn jeweils eine Schwächungslinie zu erzeugen.
In möglichen Ausführungsformen kann eine Schwächungslinie auch am Übergang eines geprägten Verbindungsabschnitts zu einem ungeprägten Abschnitt einer Materialbahn vorliegen.
In einer alternativen Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung einen Klebeblatthalter aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, ein beidseitig klebendes Klebeblatt zwischen der ablaufenden und der neuen Materialbahn zu halten, wobei die Andruckelemente dazu eingerichtet sind, beim Gegeneinanderdrücken der ablaufenden und der neuen Materialbahn die Materialbahnen zusammen mit dem Klebeblatt eine Klebeverbindung herzustellen.
Hierdurch kann ebenfalls eine dynamische Verbindung oder ein dynamischer Spleiß der neuen Materialbahn mit der ablaufenden Ma- terialbahn hergestellt werden. Die Klebeverbindung kann durch die Andruckelemente, welche die beiden Materialbahnen zunächst zu dem Klebeblatt hin verlagern und anschließend die Materialbahnen von beiden Seiten auf das Klebeblatt pressen mit hoher Verbindungsfestigkeit hergestellt werden.
In möglichen weiteren Ausführungsformen kann auch durch eine Kombination einer Klebeverbindung und einer Prägeverbindung eine Siegelverbindung der Materialbahnen mit der vorgeschlagenen Vorrichtung erzeugt werden.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Zugspannung in der neuen Materialbahn und/oder in der ablaufenden Materialbahn während der Herstellung der Prägeverbindung und/oder der Klebeverbindung zu erhöhen, um durch die jeweils erhöhte Zugspannung die Materialbahn zu trennen.
Dies ermöglicht eine gezielte Trennung an der Schwächungslinie oder Perforationslinie, welche zudem zeitlich im Ablauf durch die Steuerung der Zugspannung beim Gegeneinanderdrücken der Materialbahnen erreicht werden kann. Durch die temporäre Erhöhung der Zugspannung reißt die jeweilige Materialbahn an der Schwächungslinie. Das reißen der Materialbahn erfolgt vorzugsweise beim Gegeneinanderdrücken, was die Materialbahn relativ bei der aktuellen Fördergeschwindigkeit festlegt, so dass ein besonders gezielter Aufbau der Zugspannung in einem Abschnitt mit der Schwächungslinie erfolgen kann. In Förderrichtung von der Verbindungsstelle aus kann beispielsweise die Fördergeschwindigkeit der neuen Materialbahn erhöht werden, um die Zugspannung zu erhöhen. Entgegen der Förderrichtung von der Verbindungsstelle aus kann beispiels- weise die Fördergeschwindigkeit der ablaufenden Materialbahn verringert werden, um die Zugspannung zu erhöhen.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, zum Trennen der ablaufenden Materialbahn eine erhöhte Zugspannung in der ablaufenden Materialbahn zwischen der Schwächungslinie und einer Bobine mit der ablaufenden Materialbahn aufzubauen, und zum Trennen der neuen Materialbahn eine erhöhte Zugspannung in der neuen Materialbahn zwischen der Schwächungslinie und einem Vorspannwickler mit der neuen Materialbahn aufzubauen.
Die Bobine mit der ablaufenden Materialbahn kann beispielsweise im Moment des Gegeneinanderdrückens oder Verbindens durch die Andruckelemente mit einer niedrigeren Umfangsgeschwindigkeit als die Prozessgeschwindigkeit laufen, wodurch der restliche Teil der ablaufenden Materialbahn oder auch der Nachspann abgetrennt wird. Der Vorspannwickler kann mit einer höheren Geschwindigkeit als die Prozessgeschwindigkeit oder als die Fördergeschwindigkeit der ablaufenden Materialbahn in Förderrichtung der Verbindung im Moment des Gegeneinanderdrückens oder Verbindens betrieben werden, um eine entsprechende Erhöhung der Zugspannung und eine Trennung an der Schwächungslinie zu erreichen.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Andruckelemente jeweils eine gekrümmte, insbesondere einfach gekrümmte, vorzugsweise kreisbogenförmige, Andruckfläche und/oder Prägefläche aufweisen, welche beim Andrücken und/oder Prägen auf einer der Materialbahnen abläuft. Es kann daher ein schlupffreier Kontakt zwischen Andruckelement und Materialbahn mit einer gleichförmigen Bewegung ermöglicht werden, wodurch die Steuerung oder Regelung der Bewegung der Andruckelement vereinfacht und unerwünschte Spannungsspitzen in den Materialbahnen vermieden werden können.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass entgegen einer Förderrichtung vor dem Verbindungsabschnitt für die ablaufende Materialbahn und/oder die neue Materialbahn eine Schwächungsvorrichtung, vorzugsweise jeweils eine Schwächungsvorrichtung, vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, eine Schwächungslinie in einer Materialbahn zu erzeugen.
Die Schwächungsvorrichtung ist vorzugsweise jeweils zwischen einer Bobine der ablaufenden Materialbahn und einer Bobine der neuen Materialbahn und dem Verbindungsabschnitt angeordnet.
Die Schwächungsvorrichtung erzeugt eine Schwächungslinie, beispielsweise eine perforierte und/oder eine angeschnittene Linie und/oder gequetschte Linie in einer oder beiden Materialbahnen. Die Erzeugung der Schwächungslinie in der neuen Materialbahn wird vorzugsweise von der Schwächungsvorrichtung zeitlich derart mit der Bewegung der Andruckelemente synchronisiert, dass die Schwächungslinie der neuen Materialbahn durch die fortlaufende Förderung beim Gegeneinanderdrücken der Materialbahnen hinter den Andruckelementen liegt, so dass der Vorspann der neuen Materialbahn abgetrennt werden kann. Bei der ablaufenden Materialbahn wird die Erzeugung der Schwächungslinie vorzugsweise von der Schwächungsvorrichtung zeitlich derart mit der Bewegung der Andruckelemente synchronisiert, dass die Schwächungslinie der ablaufenden Materialbahn durch die fortlaufende Förderung beim Gegen- einanderdrücken der Materialbahnen vor den Andruckelementen liegt, so dass der restliche Teil der ablaufenden Materialbahn abgetrennt werden kann.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Schwächungsvorrichtung eine Messerwalze und eine Gegenrolle aufweist, wobei die Gegenrolle verschwenkbar und dazu eingerichtet ist, beim Verschwenken in Kontakt mit einer Materialbahn zu gelangen, die Materialbahn zu verlagern und gegen eine Messerwalze zu drücken.
Dies ermöglicht die Erzeugung der Schwächungslinie als Sollbruchstelle in den Materialbahnen während der Bewegung der Materialbahn mit der Fördergeschwindigkeit. Die Gegenrolle verlagert den Verlauf der Materialbahn zur Messerwalze hin, wobei die Gegenrolle vorzugsweise passiv auf der Materialbahn rollt. Die Gegenrolle dient als Gegenhalter für die Messerwalze, welche vorzugsweise aktive angetrieben auf der Materialbahn rollt, und mit einem Messer eine Schwächung und/oder Perforation an einer Schwächungslinie erzeugt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Andruckelemente zur Erzeugung jeweils einer Schwächungslinie in der ablaufenden und in der neuen Materialbahn eingerichtet.
Die Schwächungslinie kann durch die Andruckelemente insbesondere durch eine Prägung oder bei der Herstellung einer Prägeverbindung, beispielsweise am Übergang vom einen geprägten zu einem ungeprägten Abschnitt, erzeugt werden. Weiterhin kann an den Andruckelementen ein Messer oder eine Kante vorgesehen sein, welche in der jeweiligen Materialbahn eine Schwächung des Materials an einer Schwächungslinie erzeugt. Es kann in dieser möglichen Ausführungsform beispielsweise auf eine weitere Schwächungsvorrichtung verzichtet werden.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Schwächungslinie in der neuen Materialbahn in Förderrichtung in Bezug zu der Verbindung, beispielsweise der Prägeverbindung und/oder Klebeverbindung, zu erzeugen und/oder eine Schwächungsline in der ablaufenden Materialbahn entgegen der Förderrichtung in Bezug zu der Prägeverbindung oder Klebeverbindung zu erzeugen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass ein Schwenkelement vorgesehen ist, welches dazu eingerichtet ist, die neue Materialbahn von einer neuen Bobine zu greifen, durch den Verbindungsabschnitt zu führen und an ein Vorspannwickler zu übergeben.
Hierdurch kann ein vollautomatischer Verbindungsprozess von zwei Materialbahnen erreicht werden. Weiterhin kann mittels des Vorspannwicklers die neue Materialbahn auf Prozessgeschwindigkeit beschleunigt werden, so dass die Verbindung der beiden Materialbahn dynamisch bei synchronisierter Prozessgeschwindigkeit möglich ist.
Es wird in einer weiteren Weiterentwicklung vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Zuführeinrichtung aufweist, welche zwei Bobinenaufnahmen für Bobinen der Materialbahnen aufweist.
Die Bobinenaufnahmen für die Bobinen für die ablaufende und die neue Materialbahn sind vorzugsweise aktiv angetrieben. Die Materi- albahnen werden von der Zuführungseinrichtung durch den Verbindungsabschnitt gefördert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Zuführeinrichtung einen Drehteller auf, auf dem die Bobinenaufnahmen angeordnet sind.
Durch den Drehteller kann die neue Bobinenaufnahme mit der Bobine der neuen Materialbahn nach einer erfolgten Verbindung der Materialbahnen auf die Position der Bobine der ablaufenden Materialbahn drehen.
Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zum Verbinden von Materialbahnen für die Energiezellen produzierende Industrie mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 vorgeschlagen.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung einen Vorspannwickler mit einem Durchmesser aufweist, wobei ein Teil der neuen Materialbahn von einer Bobine auf einer Bobinenaufnahme auf den Vorspannwickler aufgewickelt wird, wobei die Umdrehungen des Vorspannwicklers und der Bobinenaufnahme erfasst werden, und der Durchmesser und/oder der Umfang der Bobine aus den erfassten Umdrehungen und aus dem Durchmesser des Vorspannwicklers berechnet wird.
Die vorgeschlagene Durchmesserberechnung kann vorteilhaft genutzt werden, um die Fördergeschwindigkeit und/oder den Zeitpunkt für den nächsten Bobinenwechsel oder für die Verbindung mit der nächsten Materialbahn einzustellen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit einer ablaufenden Materialbahn;
Fig. 2 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit einer neuen Materialbahn auf einer Bobine;
Fig. 3 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen beim Öffnen der neuen Bobine;
Fig. 4 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit einer eingefädelten neuen Materialbahn;
Fig. 5 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit der neuen Materialbahn auf einem Vorspannwickler;
Fig. 6 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit verschwenkten Gegenrollen;
Fig. 7 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen beim Erzeugen von Schwächungslinien in den Materialbahnen;
Fig. 8 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit Andruckelementen beim Herstellen einer Prägeverbindung; Fig. 9 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit Andruckelementen beim Trennen der Materialbahnen;
Fig. 10 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit einer durch eine Prägeverbindung verbundenen Materialbahn;
Fig. 11 eine weitere Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit einem Klebeblatthalter;
Fig. 12 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit Andruckelementen beim Herstellen einer Klebeverbindung;
Fig. 13 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit einer Klebeverbindung beim Trennen der Materialbahnen;
Fig. 14 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen mit einer durch eine Klebeverbindung verbundenen Materialbahn;
Fig. 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen ohne Messerwalzen;
Fig. 16 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen beim Erzeugen einer Prägeverbindung und einer Schwächungslinie; Fig. 17 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen beim Trennen der Materialbahnen;
Fig. 18 eine Vorrichtung zum Verbinden von Materialbahnen ohne Messerwalzen mit einer verbundenen Materialbahn;
Fig. 19 eine durch eine Prägeverbindung verbundene Materialbahn; und
Fig. 20 eine durch eine Klebeverbindung verbundene Materialbahn.
In Figur 1 ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zum Verbinden einer ablaufenden Materialbahn 11 mit einer neuen Materialbahn 12, welche beispielsweise Separatorbahnen für die Herstellung von Batteriezellen sind, schematisch dargestellt. Die ablaufende Materialbahn 11 läuft von einer Bobine 25 auf einer Bobinenaufnahme 34 ab. Die ablaufende Materialbahn 11 wird auf zwei Rollen 37 durch einen Verbindungsabschnitt 13 geführt und ein nachfolgender Prozess mit der ablaufenden Materialbahn 11 mit Prozessgeschwindigkeit versorgt.
Für eine endlose Förderung einer Materialbahn 11 , 12 an nachfolgende Prozesse zur Herstellung einer Energiezelle, insbesondere einer Batteriezelle, wird die ablaufenden Materialbahn 11 mit einer neuen Materialbahn 12 mit einem dynamischen Spleiß in der Vorrichtung 10 verbunden.
In Figur 2 ist die Vorrichtung 10 mit einer neuen Bobine 26 mit der neuen Materialbahn 12 gezeigt, welche auf einer Bobinenaufnahme 35 angeordnet ist. Beide Bobinen 25, 26 sind mit den Bobinenaufnahmen 34, 35 in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel auf einem Drehteller 36 angeordnet, wodurch eine Zuführeinrichtung 33 gebildet wird.
Figur 3 zeigt einen weiteren Schritt zur Vorbereitung der Verbindung der ablaufenden Materialbahn 11 mit der neuen Materialbahn 12, bei dem ein Schwenkelement 32 einen Bobinenöffner aufweist, mit dem die Bobine 26 geöffnet und der Anfang der Materialbahn 12 gegriffen wird. Die neue Materialbahn 12 wird anschließend durch den Verbindungsabschnitt 13 gefädelt, in dem die neue Materialbahn 12 parallel zur ablaufenden Materialbahn 11 über zwei Rollen 37 geführt wird, was in Figur 4 dargestellt ist. Die neue Materialbahn 12 und die ablaufende Materialbahn 11 sind daher übereinander mit ihren Grundflächen zueinander ausgerichtet in dem Verbindungsabschnitt 13 geführt. Die Materialbahnen 11 , 12 weisen in diesem Zustand einen Abstand zueinander auf, welcher durch die Führung mit den Rollen 37 definiert wird. Die ablaufende Materialbahn 11 kann während dieser Zeit mit der Prozessgeschwindigkeit gefördert werden, wohingegen die neue Materialbahn 12 stillsteht oder mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit zum Einfädeln in den Verbindungsabschnitt 13 bewegt wird.
In Figur 5 hat das Schwenkelement 32 die neue Materialbahn 12 an einen Vorspannwickler 27 übergeben. Der Vorspannwickler 27 dreht sich soweit, dass die neue Materialbahn 12 sicher umschlungen am Vorspannwickler 27 fixiert ist. Etwaiges Verpackungsmaterial sowie der Vorspann der neuen Materialbahn 12 können dementsprechend von dem Vorspannwickler 27 aufgewickelt werden. Die Vorbereitungen für den eigentlichen Verbindungsprozess sind soweit abgeschlossen. In diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 10 zwei Schwächungsvorrichtungen 28, 29 auf, welche jeweils eine Schwächungslinie 19, 20 oder auch eine Sollbruchlinie oder -stelle in den Materialbahnen 11 , 12 erzeugen. Hierfür weist die Schwächungsvorrichtung 28, 29 zwei verschwenkbare Gegenrollen 31 auf, die zur Anlage an die jeweils eine Materialbahn 11 , 12 verschwenkt werden, wie in Figur 6 zu erkennen ist. Hierdurch die werden die Materialbahnen 11 , 12 jeweils derart verlagert, dass sie zur Anlage an jeweils eine Messerwalze 30 gelangen. Die Schwächungsvorrichtungen 28, 29 können beispielsweise aus der Rückwand der Vorrichtung 10 herausbewegt sein.
Die Figuren 7 bis 10 zeigen den Verbindungsprozess mit der Vorrichtung 10 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Der Vorspannwickler 27 beschleunigt die neue Materialbahn 12. Die Schwächungsvorrichtung 28 erzeugt mit der Messerwalze 30 eine Perforation an einer Schwächungslinie 19, was in Figur 7 dargestellt ist. Figur 8 zeigt einen etwas späteren Zeitpunkt, bei dem die Schwächungslinie 19 bereits an den Andruckelementen 15, 17 vorbei im Verbindungsabschnitt 13 gefördert wurde. Die Vorspanneinheit 27 beschleunigt die Geschwindigkeit vorzugsweise auf etwas mehr als Prozessgeschwindigkeit, um die Trennung an der Schwächungsline 19 durch eine erhöhte Zugspannung in der neuen Materialbahn 12 zu ermöglichen.
Die weitere Schwächungsvorrichtung 29 für die ablaufende Materialbahn 11 hat in der Darstellung der Figur 8 ebenfalls eine Schwächungslinie 20 mittels der Messerwalze 30 erzeugt, die bereits mit der Prozessgeschwindigkeit in den Verbindungsabschnitt 13 zwischen den Rollen 37 gefördert wurde. Die Andruckelemente 15, 17 rotieren und beschleunigen auf eine mit der Prozessgeschwindigkeit abgestimmte Geschwindigkeit und drücken die beiden Materialbahnen 11 , 12 im Verbindungsabschnitt 13 gegeneinander. Die Andruckflächen der Andruckelemente 15, 17, welche in Kontakt mit den Materialbahnen 11 , 12 stehen, weisen in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel Prägeflächen auf, welche in dem in Figur 8 dargestellten Zeitpunkt zwischen den beiden gegeneinander gedrückten Materialbahnen 11 , 12 eine Prägeverbindung 21 herstellen, siehe auch Figur 19.
Der Vorspannwickler 27 läuft in diesem Moment mit einer höheren Geschwindigkeit als die Prozessgeschwindigkeit, wodurch die Zugspannung in der neuen Materialbahn 11 zwischen dem Vorspannwickler 27 und der zwischen den Andruckelementen 15, 17 in diesem Zeitpunkt mit Prozessgeschwindigkeit fixierten Prägeverbindung 21 erhöht wird. Dies führt zum Trennen der neuen Materialbahn 12 an der hierfür präparierten Schwächungslinie 19. Der Vorspann der neuen Materialbahn 12 ist somit vor der Verbindungsstelle zur ablaufenden Materialbahn 11 abgetrennt.
Die Bobine 25 der ablaufenden Materialbahn 11 auf der Bobinenaufnahme 34 wird in diesem Zeitpunkt abgebremst, so dass die ablaufende Materialbahn 11 mit weniger als der Prozessgeschwindigkeit gefördert wird. Hierdurch wird die Zugspannung in der ablaufenden Materialbahn 11 zwischen der Bobine 25 und den zwischen den Andruckelementen 15, 17 in diesem Zeitpunkt mit Prozessgeschwindigkeit fixierten Prägeverbindung 21 soweit erhöht, dass die ablaufenden Materialbahn 11 an der Schwächungslinie 20 reißt. Der Rest der ablaufenden Materialbahn 11 kann anschließend aufgewi- ekelt werden. Dieser Zustand der Vorrichtung 10 zum Verbinden von Materialbahnen 11 , 12 ist in Figur 9 dargestellt.
In Figur 10 ist dargestellt, wie die mit der Prägeverbindung 21 verbundene Materialbahn 11 , 12 von den neuen Bobine 26 auf der Bobinenaufnahme 35 gefördert wird. Die ablaufende Bobine 25 mit dem Rest der Materialbahn 11 kann entfernt und die neue Bobine 26 mit der neuen Materialbahn 12 kann anschließend mit dem Drehteller 36, auf dem Bobinenaufnahmen 34, 35 angeordnet sind, auf die Position der ablaufenden Bobine 25 rotieren. Die neue Bobine 26 mit der neuen Materialbahn 12 kann somit nach der Verbindung die Position der ablaufenden Bobine 25 mit der ablaufenden Bahn 11 einnehmen. Auf diese Weise ist eine Bereitstellung einer endlosen Materialbahn 11 , 12, insbesondere einer Separatorbahn, für die Herstellung von Batteriezellen mit der Vorrichtung 10 ohne Unterbrechung der Förderung und weiterhin vorzugsweise ohne die Verwendung eines Prozesspuffer für die Materialbahn 11 , 12 möglich.
Die Figuren 11 bis 14 zeigen ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, welches sich an die Vorbereitungsschritte, die in den Figuren 1 bis 6 illustriert sind, anschließt.
Wie in Figur 11 dargestellt, weist die Vorrichtung 10 einen Klebeblatthalter 22 auf, welcher dazu eingerichtet ist, ein beidseitig klebendes Klebeblatt 23 in dem Verbindungsabschnitt 13 zu platzieren. Der Klebeblattblatthalter 22 ist im Verbindungsabschnitt 13 zwischen den Rollen 37 angeordnet, auf denen die Materialbahnen 11 , 12 mit einem Abstand zueinander geführt sind.
In der Darstellung der Figur 12 beschleunigt der Vorspannwickler 27 die neue Materialbahn 12. Die Schwächungsvorrichtung 28 erzeugt mit der Messerwalze 30 eine Perforation an einer Schwächungslinie 19, welche beim Gegeneinanderdrücken der Materialbahnen 11 , 12 bereits an den Andruckelementen 15, 17 vorbei im Verbindungsabschnitt 13 bewegt ist.
Die Schwächungslinie 20, welche durch die Schwächungsvorrichtung 29 mit der Messerwalze 30 und der Gegenrolle 31 in der ablaufenden Materialbahn 11 erzeugt wurde, befindet sich in der Darstellung der Figur 12 zwischen dem Verbindungsabschnitt 13 und der Schwächungsvorrichtung 28.
Die Andruckelemente 15, 17 rotieren und beschleunigen auf eine mit der Prozessgeschwindigkeit abgestimmte Geschwindigkeit und drücken die beiden Materialbahnen 11 , 12 im Verbindungsabschnitt 13 gegeneinander, wobei die Materialbahnen 11 , 12 zueinander verlagert werden, so dass das Klebeblatt 23 zwischen den gegeneinander gedrückten Materialbahnen 11 , 12 an die Materialbahnen 11 , 12 gepresst wird und diese durch eine Klebeverbindung 24 über das Klebeblatt 23 verbunden werden.
In Figur 13 ist ein Zustand der Vorrichtung 10 illustriert, bei dem eine erhöhte Geschwindigkeit im Vergleich zur Prozessgeschwindigkeit des Vorspannwicklers 27 die Zugspannung in der neuen Materialbahn 11 zwischen dem Vorspannwickler 27 und der zwischen den Andruckelementen 15, 17 in diesem Zeitpunkt mit Prozessgeschwindigkeit fixierten Klebeverbindung 24 erhöht. Die erhöhte Zugspannung in der neuen Materialbahn 12 führt zu einer Trennung an der Schwächungslinie 19.
Die Bobine 25 mit der ablaufenden Materialbahn 11 wird auf eine Geschwindigkeit unterhalb der Prozessgeschwindigkeit abgebremst, was zu einer Erhöhung der Zugspannung in der ablaufenden Materialbahn 11 zwischen der Bobine 25 und den zwischen den Andruckelementen 15, 17 in diesem Zeitpunkt mit Prozessgeschwindigkeit fixierten Klebeverbindung 24 führt. Die ablaufende Materialbahn 11 wird dementsprechend an der Schwächungslinie 20 getrennt.
Figur 14 zeigt die Förderung der mit der Klebeverbindung 24 verbundene Materialbahn 11 , 12 von den neuen Bobine 26 auf der Bobinenaufnahme 35. Die neue Bobine 26 mit der neuen Materialbahn 12 kann anschließend mit dem Drehteller 36 auf die Position der ablaufenden Bobine 25 gedreht werden. Die neue Bobine 26 mit der neuen Materialbahn 12 kann somit nach der Verbindung die Position der ablaufenden Bobine 25 mit der ablaufenden Bahn 11 einnehmen. Mit diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 ist eine Bereitstellung einer endlosen Materialbahn 11 , 12, insbesondere einer Separatorbahn, für die Herstellung von Batteriezellen ohne Unterbrechung der Förderung und weiterhin vorzugsweise ohne die Verwendung eines Prozesspuffers für die Materialbahn 11 , 12 möglich.
In den Figuren 15 bis 18 ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zum Verbinden von Materialbahnen 11 , 12 gezeigt, welches im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen auf Schwächungsvorrichtungen 28, 29 verzichtet.
Figur 15 zeigt die Vorrichtung 10 zum Verbinden der Materialbahnen 11 , 12, bei der die neue Materialbahn 12 bereits an den Vorspannwickler 27 übergeben wurde. Die ablaufende und die neue Materialbahn 11 , 12 sind dementsprechend in dem Führungsabschnitt 13 übereinanderliegend mit einem Abstand zueinander geführt. In Figur 16 rotieren die beidseitig der Materialbahnen 11 , 12 angeordneten Andruckelemente 15, 17, wie auch bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, so dass diese in Kontakt mit der jeweiligen Materialbahn 11 , 12 gelangen. Die Andruckelemente 15, 17 rotieren mit einer auf die Prozessgeschwindigkeit abgestimmten Geschwindigkeit und drücken die beiden Materialbahnen 11 , 12 im Verbindungsabschnitt 13 gegeneinander. Die Andruckflächen der Andruckelemente 15, 17, welche in Kontakt mit den Materialbahnen 11 , 12 stehen, weisen in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel Prägeflächen auf, wodurch eine Prägeverbindung 21 hergestellt wird.
Durch den Prägevorgang werden Schwächungslinien 19, 20 in die Materialbahnen 11 , 12 eingebracht. Die Schwächungslinien 19, 20 liegen vorzugsweise am Übergang der Prägeverbindung zu dem unbeeinflussten Abschnitt der Materialbahnen 11 , 12.
Figur 17 illustriert das Trennen der Materialbahnen 11 , 12 während der Verbindung durch die Andruckelemente 15, 17, die die geförderten Materialbahnen 11 , 12 in diesem Moment fixieren. Der Vorspannwickler 27 wird während des Verbindungsvorgangs mit einer höheren Geschwindigkeit als die Prozessgeschwindigkeit betrieben, wodurch die Zugspannung in der neuen Materialbahn 11 zwischen dem Vorspannwickler 27 und der zwischen den Andruckelementen 15, 17 in diesem Zeitpunkt mit Prozessgeschwindigkeit fixierten Prägeverbindung 21 erhöht wird. Dies führt zum Trennen der neuen Materialbahn 12 an der Schwächungslinie 19.
Die Bobine 25 der ablaufenden Materialbahn 11 auf der Bobinenaufnahme 34 wird in diesem Zeitpunkt abgebremst, so dass die ablaufende Materialbahn 11 mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Prozessgeschwindigkeit gefördert wird. Hierdurch wird die Zugspan- nung in der ablaufenden Materialbahn 11 zwischen der Bobine 25 und den zwischen den Andruckelementen 15, 17 in diesem Zeitpunkt mit Prozessgeschwindigkeit fixierten Prägeverbindung 21 soweit erhöht, dass die ablaufenden Materialbahn 11 an der Schwächungslinie 20 reißt. Der Rest der ablaufenden Materialbahn 11 kann anschließend aufgewickelt werden.
Die mit der Prägeverbindung 21 verbundene Materialbahn 11 , 12 wird anschließend, wie in Figur 18 gezeigt, von der neuen Bobine 26 auf der Bobinenaufnahme 35 gefördert.
Die neue Bobine 26 mit der neuen Materialbahn 12 kann anschließend mit dem Drehteller 36 auf die Position der ablaufenden Bobine 25 gedreht werden. Die neue Bobine 26 mit der neuen Materialbahn 12 kann somit nach der Verbindung die Position der ablaufenden Bobine 25 mit der ablaufenden Bahn 11 einnehmen.
Figur 19 zeigt eine Verbindung einer ablaufenden Materialbahn 11 mit einer neuen Materialbahn 12 mit einer Prägeverbindung 21 in einer Aufsicht.
In Figur 20 ist eine Verbindung einer ablaufenden Materialbahn 11 mit einer neuen Materialbahn 12 mit einer Klebeverbindung 24 gezeigt.
Bezugszeichenliste:
10 Vorrichtung
11 ablaufende Materialbahn
12 neue Materialbahn
13 Verbindungsabschnitt
14 Andruckelement
15 Andruckelement
16 Andruckfläche
17 Andruckfläche
18 Förderrichtung
19 Schwächungslinie
20 Schwächungslinie
21 Prägeverbindung
22 Klebeblatthalter
23 Klebeblatt
24 Klebeverbindung
25 Bobine
26 Bobine
27 Vorspannwickler
28 Schwächungsvorrichtung
29 Schwächungsvorrichtung
30 Messerwalze
31 Gegenrolle
32 Schwenkelement
33 Zuführeinrichtung
34 Bobinenaufnahme
35 Bobinenaufnahme
36 Drehteller
37 Rolle

Claims

Ansprüche:
1. Vorrichtung (10) zum Verbinden von Materialbahnen (11 , 12), insbesondere Separatorfolien, für die Herstellung von Energiezellen, wobei eine ablaufende Materialbahn (11) mit einer neuen Materialbahn (12) verbindbar ist, wobei
- die ablaufende Materialbahn (11) und die neue Materialbahn (12) in einem Verbindungsabschnitt (13) mit einem Abstand zueinander führbar sind, wobei
- zwei schwenkbare oder rotierbare Andruckelemente (14, 15) mit Andruckflächen (16, 17) vorgesehen sind, welche dazu eingerichtet sind, die ablaufende und die neue Materialbahn (11 , 12) im Verbindungsabschnitt (13) gegeneinander zu drücken und die ablaufende Materialbahn (11) und die neue Materialbahn (12) miteinander zu verbinden, wobei
- die Andruckelemente (14, 15) dazu eingerichtet sind, die Materialbahnen (11 , 12) während der Bewegung in Förderrichtung (18) der ablaufenden und der neuen Materialbahn (11 , 12) zu verbinden, und wobei
- die Vorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, jeweils eine Schwächungslinie (19, 20), vorzugsweise eine Perforationslinie, in der ablaufenden und in der neuen Materialbahn (11 , 12) zu erzeugen und die Materialbahnen (11 , 12) jeweils durch Aufbringung einer erhöhten Zugspannung in den Materialbahnen (11 , 12) an den Schwächungslinien (19, 20), vorzugsweise den Perforationslinien, zu trennen.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Andruckflächen (16, 17) der Andruckelemente (14, 15) Prägeflächen sind, und die Andruckelemente (14, 15) dazu eingerichtet sind, beim Gegeneinanderdrücken der ablaufende und der neuen Materialbahn (11 , 12) eine Prägeverbindung (21) herzustellen.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Vorrichtung (10) einen Klebeblatthalter (22) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, ein beidseitig klebendes Klebeblatt (23) zwischen der ablaufenden und der neuen Materialbahn (11 , 12) zu halten, wobei
- die Andruckelemente (14, 15) dazu eingerichtet sind, beim Gegeneinanderdrücken der ablaufenden und der neuen Materialbahn (11 , 12) die Materialbahnen (11 , 12) zusammen mit dem Klebeblatt (23) eine Klebeverbindung (24) herzustellen.
4. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Vorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, die Zugspannung in der neuen Materialbahn (12) und/oder in der ablaufenden Materialbahn (11) während der Herstellung der Prägeverbindung (21) und/oder der Klebeverbindung (24) zu erhöhen, um durch die jeweils erhöhte Zugspannung die Materialbahn (11 , 12) zu trennen.
5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) dazu eingerichtet ist,
- zum Trennen der ablaufenden Materialbahn (11) eine erhöhte Zugspannung in der ablaufenden Materialbahn (11) zwischen der Schwächungslinie (19) und einer Bobine (25) mit der ablaufenden Materialbahn (11) aufzubauen, und
- zum Trennen der neuen Materialbahn (3) eine erhöhte Zug- Spannung in der neuen Materialbahn (12) zwischen der Schwächungslinie (20) und einem Vorspannwickler (27) mit der neuen Materialbahn (12) aufzubauen.
6. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Andruckelemente (14, 15) jeweils eine gekrümmte Andruckfläche oder Prägefläche, aufweisen, welche beim Andrücken oder Prägen auf einer Materialbahn (11 , 12) abläuft.
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entgegen einer Förderrichtung (18) vor dem Verbindungsabschnitt (13) für die ablaufende Materialbahn (11) und/oder die neue Materialbahn (12) mindestens eine Schwächungsvorrichtung (28, 29) vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, eine Schwächungslinie (19, 20) in einer Materialbahn (11 , 12) zu erzeugen.
8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Schwächungsvorrichtung (28, 29) eine Messerwalze (30) und eine Gegenrolle (31) aufweist, wobei die Gegenrolle (31) verschwenkbar und dazu eingerichtet ist, beim Verschwenken in Kontakt mit einer Materialbahn (11 , 12) zu gelangen, die Materialbahn (11 , 12) zu verlagern und gegen eine Messerwalze (30) zu drücken.
9. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckelemente (14, 15) zur Erzeugung jeweils einer Schwächungslinie (19, 20) in der ablaufenden und in der neuen Materialbahn (11 , 12) eingerichtet sind.
10. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, eine Schwächungslinie (20) in der neuen Materialbahn (12) in Förderrichtung (18) in Bezug zu der Verbindung, insbesondere Prägeverbindung (21) und/oder Klebeverbindung (24), zu erzeugen und/oder eine Schwächungsline (19) in der ablaufenden Materialbahn (11) entgegen der Förderrichtung (18) in Bezug zu der Prägeverbindung (21) oder Klebeverbindung (4) zu erzeugen.
11 . Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwenkelement (32) vorgesehen ist, welches dazu eingerichtet ist, die neue Materialbahn (12) von einer neuen Bobine (26) zu greifen, durch den Verbindungsabschnitt (13) zu führen und an ein Vorspannwickler (27) zu übergeben.
12. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Vorrichtung (10) eine Zuführeinrichtung (33) aufweist, welche zwei Bobinenaufnahmen (34, 35) für Bobinen (25, 26) der Materialbahnen (11 , 12) aufweist.
13. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Zuführeinrichtung (33) einen Drehteller (36) aufweist, auf dem die Bobinenaufnahmen (34, 35) angeordnet sind.
14. Verfahren zum Verbinden von Materialbahnen (11 , 12) für die Energiezellen produzierende Industrie, dadurch gekennzeichnet, dass - das Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche erfolgt. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) einen Vorspannwickler (27) mit einem Durchmesser aufweist, wobei ein Teil der neuen Materialbahn (12) von einer Bobine (26) auf einer Bobinenaufnahme (35) auf den Vorspannwickler (27) aufgewickelt wird, wobei die Umdrehungen des Vorspannwicklers (27) und der Bobinenaufnahme (35) erfasst werden, und der Durchmesser und/oder der Umfang der Bobine (26) aus den erfassten Umdrehungen berechnet wird.
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