卷绕装置及方法与流程

本发明涉及一种卷绕装置及方法，尤其用于卷绕诸如带状、或条状、或片状材料。

具体但非排他地，本发明可以用于制造电能储存装置。

背景技术：

现有技术包括用于制造电能储存装置的各种卷绕装置。在这些装置中，卷绕芯体通常为椭圆形而不是圆形，导致待卷绕的材料的运动会不规则并且不均匀。已经提出了许多补偿系统，以使供应到卷绕芯体的材料的运动更规则且均匀。

专利公开文献ep2595233a2描述了一种装置，该装置具有卷绕芯体、沿轴线y的补偿单元以补偿进入的带的竖直运动、以及沿轴线x的补偿单元以补偿由于卷绕而导致的带速度的变化，以维持带本身保持均匀拉伸。

专利公开文献kr20140015994a描述了一种卷绕装置，该卷绕装置具有椭圆形的旋转芯体，以及通过交替线性运动来补偿由卷绕芯体的形状所导致的拉伸变化的拉伸调节系统，并且该卷绕装置具有辅助调节单元，该辅助调节单元配备有其上固定有拉伸辊的摆动臂。

专利公开文献jp6168736a描述了一种用于通过沿着圆形轨迹移动板材的旋转中心来制造电极装置的卷绕装置和方法。

专利公开文献us2006/0123622a1描述了一种用于制造电能储存元件的装置，该装置具有对片材进行层压的层压辊，其中，通过包括具有成某种形状的轮廓的心轴和与该心轴接触的压辊的卷绕装置包绕层压产品。

专利公开文献jp2001243971a描述了一种避免片材的卷绕速度振荡的卷绕装置，该卷绕装置具有带有非圆形截面的卷绕芯体、围绕旋转轴线旋转的辊、以及用于根据卷绕芯体的旋转移动辊中心的位置的装置。

专利公开文献jp2001233511a描述了一种卷绕机器，该卷绕机器设置有围绕卷绕轴线z旋转的卷绕构件、被布置为移动卷绕轴线z的滚动装置、用于调节卷绕部件的角速度的机构、以及用于调节滚动装置的角速度的机构，以根据均匀线性运动来移动卷绕构件，从而保持均匀拉伸并避免卷绕速度振荡。

专利公开文献jp2003146538a描述了一种方法和一种卷绕装置，其中，卷绕平坦芯体由可移动板材在水平方向和竖直方向支撑在垂直于卷绕芯体的旋转轴线的平坦表面上。

专利公开文献jp2012051725a描述了一种卷绕装置，该卷绕装置具有用于包绕材料的非圆形芯体、驱动芯体旋转的电机以及用于将运动从电机传递到芯体的机构，该机构包括齿轮，这些齿轮被配置成使得由其传递的旋转运动的速度根据芯体角度而变化。

专利公开文献us5312064a公开了一种根据权利要求1的前序部分所述的卷绕装置。

技术实现要素：

本发明的范围是提供一种卷绕装置以使得待卷绕的材料规则并均匀地前进。

优点是实现一种具有补偿系统的卷绕装置，以均匀地对材料进行卷绕，即使材料绕其卷绕的可旋转芯体为非圆形。

优点是实现一种能够减少被加工材料的振荡和/或加速的卷绕装置。

优点是保证供应到卷绕装置的材料恒定且均匀的拉伸。

优点是可获得一种适用于制造电能储存装置的卷绕装置。

优点是提供一种用于制造用于储存高性能及高质量的电能的装置的方法。

优点是提供一种构造简单且经济并且易于适应样式变化、尤其易于适应卷绕芯体的大小和/或形状变化的卷绕装置。

优点是在具有非圆形截面的卷绕芯体上精确且可靠地包绕材料。

优点是使得能够在非圆形芯体上并且如果需要的话在圆形芯体上包绕材料。

这些范围和优点以及其它是通过根据以下相关权利要求中的一项或多项权利要求的装置和/或方法实现的。

在一个示例中，一种用于卷绕材料的装置包括具有非圆形截面的芯体，该芯体围绕轴线进行卷绕运动，该轴线又设置有具有轨道轨迹的补偿运动，其中，该卷绕运动和该补偿运动通过两个不同的电动凸轮被独立地驱动，一个凸轮控制卷绕运动而另一个凸轮控制补偿运动。

这两个电动凸轮由两个运动定律进行程控，一个定律用于卷绕运动而另一个定律用于补偿运动，被配置成抵销(或者在任何情况极大地减少)芯体入口处的材料的位置变化以及抵销(或者在任何情况极大地减少)芯体入口处的材料的速度变化。

附图说明

可以参照附图更好地理解并实施本发明，这些附图非限制地示出一个示例性实施方式。

图1是根据本发明实施的卷绕装置的立体图。

图2是图1的装置的前视图。

图3是图2的截面iii-iii。

图4是图2的装置的不同配置的视图。

图5示出了图4的角度θ(theta)和β(beta)的角运动和角速度根据时间的曲线图。

具体实施方式

通过附图标记1表示整个卷绕装置，该卷绕装置可特别用于包绕带状、条状、片状等形式的材料2。

卷绕装置1特别地可以用于制造电能储存装置，例如用于包绕材料2，该材料2包括至少一个电极(例如，至少一个电极膜)和/或用于电极的至少一个分隔元件(separatorelement)。

卷绕装置1特别地可以包括用于沿供应平面供应材料2的供应装置(未示出，例如为现有技术的类型)。这种供应装置可以包括例如用于使材料退绕的至少一个卷轴。

卷绕装置1特别地可以包括框架3。

卷绕装置1特别地可以包括支架4，该支架旋转地安装于框架3，能够尤其围绕第一旋转轴线进行轨道补偿运动(如在下文中详细描述的)。支架4特别地可以旋转地耦接到框架3，这两者之间设有第一滚动支撑装置5。

卷绕装置1特别地可以包括用于驱动支架4旋转的第一电机轴6。第一电机轴6尤其可以由框架3旋转地支撑，这两者之间例如设有第二滚动支撑装置7。第一电机轴6特别地可以通过运动传递装置连接到支架4，该运动传递装置可以例如包括齿轮装置8。在本示例中，第一电机轴6可以与所述第一旋转轴线不同轴。

卷绕装置1特别地可以包括芯体9，该芯体具有非圆形截面且卷绕有材料2。围绕芯体9包绕的产品的形状将是非圆形的(因为芯体形状)。芯体9可以例如是扁平状。芯体9可以具有例如矩形截面。芯体9可以具有例如薄片形状。芯体9例如可以为椭圆形、卵形、菱形等。

芯体9可以旋转地安装于支架4，能够尤其围绕第二旋转轴线进行轨道卷绕运动。第二旋转轴线尤其可以与所述第一旋转轴线不同轴。芯体9可以通过设置入支架4的第三滚动支撑装置10旋转地耦接到支架4。

卷绕装置1特别地可以包括用于驱动芯体9围绕第二旋转轴线旋转的第二电机轴11。第二电机轴11尤其可以与所述第一旋转轴线(支架4相对于框架3的旋转轴线)同轴。

在本示例中，第二电机轴11的一部分可以旋转地耦接到框架3，这两者之间设有第四滚动支撑装置12。在本示例中，第二电机轴11的一部分可以旋转地耦接到支架4，这两者之间设有第五滚动支撑装置13。

卷绕装置1特别地可以包括用于将运动从第二电机轴11传递到芯体9的机构14。在本示例中，机构14可以包括齿轮装置。在本示例中，机构14可以包括至少一个齿轮15，该齿轮旋转地安装于支架4，能够围绕第三旋转轴线旋转。在本示例中，第三旋转轴线可以与所述第一旋转轴线不同轴。在本示例中，第三旋转轴线可以与所述第二旋转轴线不同轴。

在这种情况下，齿轮15可以耦接到连接于第二电机轴11(例如与第一旋转轴线同轴)的齿轮16。在这种情况下，齿轮15可以耦接到连接于芯体9(例如与第二旋转轴线同轴)的齿轮17。

支架4特别地可以被适配成可以提供容置机构14的至少一部分的容置空间。支架4可以具有例如盒状。特别地，支架4可以容置齿轮15、16和17。

特别地，框架3的至少一个部分可以被适配成界定出容置齿轮装置8的至少一部分的容置空间。框架3的这部分可以具有例如盒状。

运动传递装置(齿轮装置8)可以不同于机构14。特别地，在本示例中，运动传递装置所形成的运动链可以不具有与机构14所形成的运动链相同的部分。

第一电机轴6和第二电机轴11可以彼此独立地被驱动。特别地，第一电机轴6和第二电机轴11可以分别由第一电机和不同于第一电机的第二电机旋转。第一电机和第二电机(未示出)可以包括已知类型的电机(例如，电动机)。

特别地，卷绕装置1可以包括可编程电子控制装置(未示出)，在本示例中，该可编程电子控制装置可以设置有用于以第一运动定律控制第一电机轴6的计算机程序指令。在本示例中，该控制装置可以设置有用于以第二运动定律控制第二电机轴11的计算机程序指令。第二运动定律可以不同于第一运动定律。第一运动定律可以具有第一电机轴6的非恒定旋转速度。第二运动定律可以具有第二电机轴11的非恒定旋转速度。

在本示例中，可以这样生成第一运动定律和第二运动定律，使其将至少两个参数作为约束，该至少两个参数包括卷绕过程中所涉及的可移动元件(例如，芯体9的一部分或材料2的一部分)的位置和速度。

第一参数可以包括例如芯体9的远端9a(尤其是材料入口的远端9a)，即，在卷绕旋转期间接收待包绕的正在前进的材料2(沿着供应平面)的远端9a处的材料2的位置。可以约束远端9a例如使得远端9a在卷绕过程期间总是布置在材料2的供应平面或者靠近这个平面。第二参数可以包括例如远端9a处的材料2的速度(或沿待包绕材料2的供应平面的速度)。例如可以约束远端9a的速度(或被布置在芯体9的远端9a的材料2的速度)，以使该速度在卷绕过程期间总是具有恒定值(在方向上和/或在绝对值上)或者在任何情况下具有包括在预定可变范围内的值。

特别地，卷绕装置可以包括运动装置，该运动装置使框架3(以及相应地支架4和卷绕芯体9)在横向于所述供应平面的至少一个方向上(尤其是竖直方向)进行回复运动，以遵循围绕芯体9逐渐包绕的产品(材料)的体积的逐渐增加，从而更容易地符合上述约束。

特别地，卷绕装置1可以用于实施用于制造电能储存装置的方法。装置1实际上可以用于卷绕包括用于多个电极和/或至少一个电极的至少一个分隔装置的材料。

在将材料2卷绕于(扁平)非圆形芯体9期间，卷绕芯体9以由电子凸轮(控制驱动第二电机轴11的第二电机)控制的旋转速度围绕旋转轴线旋转，该旋转轴线以由另一个电动凸轮(控制驱动第一电机轴6的第一电机)控制的速度执行轨迹t(圆形的，半径为r)。电动凸轮被配置成使得材料2的入口位置(在芯体9的入口处、在芯体远端9a的位置)是恒定的并且使得材料2的前进速度是恒定的。

上述系统能够实现材料2的进入位置和速度的恒定，其中，芯体9围绕其旋转轴线的旋转以及芯体9的旋转轴线的旋转由两个不同的电机彼此独立地驱动，通过电动凸轮组合成旋转控件。

支架4(以及安装在支架4上的芯体9的旋转轴线)具有轨道轨迹t(尤其为圆形，半径为r，见图2)，第一电机轴6产生补偿运动(即，角度β(beta)的角运动)，而第二电机轴11产生卷绕运动(即，角度θ(theta)的角运动)，或芯体9其自身围绕第二旋转轴线的旋转。角度θ(theta)和角度β(beta)例如在图4中示出。

如所述，第二电机轴11(与支架4的旋转轴线同轴)通过轮15(惰轮)控制卷绕芯体9，轮15进而与旋转支架4连接。这能够将补偿运动(也就是，具有圆形轨迹t的芯体9的旋转轴线运动)与卷绕运动(也就是，芯体9围绕其自身的旋转轴线的旋转)解除耦接，从而使得第一电机轴6的驱动仅可以控制补偿运动并且第二电机轴11的驱动仅可以控制卷绕运动。第一电机轴6仅可以控制角度β(beta)变化并且第二电机轴11仅可以控制角度θ(theta)变化。

通过控制第一电机轴6和第二电机轴11的驱动的电动凸轮来抵销芯体9的入口处的材料2的前进位置和速度的变化。可以通过将材料2的前进入口位置和速度作为过程约束来生成电动凸轮的运动定律，从而在任意给定时间计算卷绕芯体9的角位置θ(theta)和旋转支架4的角位置β(beta)以符合所需约束。

图5顶部的图示出了在卷绕过程示例中对于单次卷绕旋转(芯体9旋转360度)，卷绕芯体9的角位置(角度θ(theta))和补偿旋转支架4的角位置(角度β(beta))随时间(以秒为单位)的趋势(上面的曲线代表β，下面的曲线代表θ)。图5底部的图示出了对于相同的卷绕旋转，卷绕芯体9的旋转速度(速度θ’(theta’))和补偿旋转支架4的旋转速度(速度β’(beta’))随时间(以秒为单位)的趋势(上面的曲线代表β’，下面的曲线代表θ’)。需要说明的是，对于卷绕芯体9的每次旋转(芯体9围绕其自身旋转360°)，可以预见芯体的旋转轴线在补偿轨迹t上的两次旋转(支架4旋转720°)。

通过电动凸轮控制电机轴6和11将传动机构的存在以及电机轴6和11与芯体9的以及支架4的旋转轴线之间的可能传动比考虑在内。

如所述，上述补偿机构可以连接到运动系统(例如，特别是在垂直于进入材料2的供应平面的方向上线性平移)，以在第一转随后的旋转期间一次又一次地补偿芯体9的尺寸由于卷绕材料的累积而造成的逐渐增加。供应平面可以是水平的并且平移可以是竖直的。