DE102021207343A1

DE102021207343A1 - Schneidvorrichtung zum Schneiden von Segmenten für Energiezellen von einer zugeführten Endlosbahn

Info

Publication number: DE102021207343A1
Application number: DE102021207343.3A
Authority: DE
Inventors: Marcus Wagner; Manfred Folger; Nils Klaper
Original assignee: Koerber Technologies GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2021-07-12
Filing date: 2021-07-12
Publication date: 2023-01-12
Also published as: US20240308096A1; WO2023285272A1; JP2024528604A; CA3226299A1; CN117642261A; KR20240032033A; EP4370293A1

Abstract

Schneidvorrichtung zum Schneiden von Segmenten (7) für Energiezellen von einer in einen Zwischenraum (6) in eine Schnittebene (I) zugeführten Endlosbahn (5), mit einer mittels einer Antriebseinrichtung zu einer Drehbewegung um eine Drehachse angetriebenen, auf einer Seite des Zwischenraumes (6) angeordneten Schneidtrommel (1) mit wenigstens einem von einer Mantelfläche der Schneidtrommel (1) radial nach außen vorstehendem Schneidmesser (3), und wenigstens einem auf der anderen Seite des Zwischenraumes (6) angeordneten Gegenmesser (4), wobei das Schneidmesser (3) und das Gegenmesser (4) jeweils eine Schneide (8,9) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidmesser (3) während der Drehbewegung der Schneidtrommel (1) mit seiner Schneide (9) zur Anlage in einem punktförmigen Kontakt (S) an der Schneide (8) des Gegenmessers (4) gelangt, und dabei in einem Winkel von ungleich null Grad zu der Schneide (8) des Gegenmessers ausgerichtet ist, wobei die Schneide (9) des Schneidmessers (3) während der Drehbewegung der Schneidtrommel (1) mit einem Schnitt der Endlosbahn (5) in dem punktförmigen Kontakt (S) an der Schneide (8) des Gegenmessers (4) abgleitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidvorrichtung zum Schneiden von Segmenten für Energiezellen von einer zugeführten Endlosbahn mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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 eine Struktur aus einer Vielzahl von zu einem Stapel gestapelten Segmenten auf. Diese Segmente sind jeweils aus sich abwechselnden Anodenblättern und Kathodenblättern, die durch ebenfalls als Segmente hergestellte Separatorblätter voneinander getrennt sind, gebildet. Die Segmente werden in dem Herstellungsprozess vorgeschnitten und dann zu den Stapeln in der vorbestimmten Reihenfolge aufeinandergelegt und durch Laminieren miteinander verbunden. Dabei werden die Anodenblätter und Kathodenblätter zuerst von einer Endlosbahn geschnitten und dann vereinzelt in Abständen auf jeweils eine Endlosbahn eines Separatormaterials aufgelegt. Diese anschließend gebildete „doppellagige“ Endlosbahn aus dem Separatormaterial mit den aufgelegten Anodenblättern oder Kathodenblättern wird dann in einem zweiten Schritt wieder mit einer Schneidvorrichtung in Segmente geschnitten, wobei die Segmente in diesem Fall doppellagig durch ein Separatorblatt mit einem darauf angeordneten Anodenblatt oder Kathodenblatt gebildet sind. Sofern dies fertigungstechnisch machbar oder erforderlich ist, können die Endlosbahnen des Separatormaterials mit den aufgelegten Anodenblättern und Kathodenblättern auch vor dem Schneiden aufeinandergelegt werden, so dass eine Endlosbahn mit einer ersten endlosen Schicht des Separatormaterials mit darauf aufgelegten Anodenblättern oder Kathodenblättern und einer zweiten endlosen Schicht des Separatormaterials mit wiederum darauf aufgelegten Anodenblättern oder Kathodenblättern gebildet wird. Diese „vierlagige“ Endlosbahn wird dann mittels einer Schneidvorrichtung in Segmente geschnitten, welche in diesem Fall vierlagig mit einem ersten Separatorblatt, einem Anodenblatt, einem zweiten Separatorblatt und einem darauf anliegenden Kathodenblatt gebildet sind. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass ein Schnitt gespart werden kann. Segmente im Sinne dieser Erfindung sind demnach einlagige Segmente eines Separatormaterial, Anodenmaterials oder Kathodenmaterials, doppellagige oder auch vierlagige Segmente des oben beschriebenen Aufbaus.
Die Herstellung von Batteriezellen beispielsweise für Elektromobilität erfolgt heute auf Produktionsanlagen mit einer Leistung von 100 bis 240 Monozellen pro Minute. Diese arbeiten in Teilbereichen oder durchgehend mit getakteten diskontinuierlichen Bewegungen, etwa Hin- und Her-Bewegungen, und sind damit hinsichtlich der Produktionsleistung limitiert. Ein Großteil der bekannten Maschinen arbeitet im Einzelblatt-Stapelverfahren (z.B. „Pick and Place“) mit dem Nachteil einer langsameren Verarbeitung. Das Laminieren von Zellformationen ist hier nicht möglich.
Ein weiterer bekannter Ansatz ist eine Maschine mit kontinuierlich laufenden Materialbahnen und getakteten Werkzeugen, wie beispielsweise Trennmesser, Werkzeuge zur Teilungsänderung.
Prinzipiell sind Maschinen mit getakteten Bewegungen leistungsmäßig begrenzt. Die mit Masse behafteten Teile, etwa Aufnahmen und Werkzeuge, müssen permanent beschleunigt und abgebremst werden. Die Prozesse bestimmen dabei die zeitlichen Abläufe und es wird dabei viel Energie verbraucht. Die Masse der bewegten Teile lässt sich nicht beliebig reduzieren. Häufig müssen schneller bewegte Teile höhere Belastungen ertragen und werden deshalb sogar aufwändiger und schwerer.
Um die Produktionskosten der Batterieherstellung zu senken, muss sich unter anderem die Produktionsleistung der Maschinen erhöhen. Eine Bedingung für die hohe Produktionsleistung ist dabei eine hohe Fertigungsrate der Stapel der Energiezellen, welche aus mehreren aufeinander gestapelten Segmenten der eingangs beschriebenen Art gebildet sind.
Zur Erzielung von sehr hohen Fertigungsraten ist es dabei wünschenswert, die Endlosbahnen aus dem Material der Segmente kontinuierlich zuzuführen und dann die Segmente von diesen kontinuierlich zugeführten Endlosbahnen mittels einer Schneidvorrichtung in dem laufenden Prozess abzuschneiden. Dies ist insbesondere bei den Anodenblättern und Kathodenblättern der Fall, welche geschnitten werden und anschließend in Abständen auf eine Endlosbahn eines Separatormaterials aufgelegt werden.
Eine solche Vorrichtungen zur Herstellung von Energiezellen mit einer Schneidvorrichtung ist zum Beispiel aus der DE 10 2017 216 213 A1 bekannt. Die Schneidvorrichtung ist hier in Form einer Laserschneidvorrichtung verwirklicht, welche einen auf den Umfang einer Trommel gerichteten Laser aufweist, der die Segmente von einer auf der Trommel geführten Endlosbahn schneidet. Nachteilig bei dieser Schneideinrichtung ist es, dass der Schneidvorgang eine sehr genaue Ansteuerung des Lasers erfordert. Sofern der Laserstrahl nicht direkt auf die zu schneidenden Endlosbahn gerichtet werden kann, wird dieser durch einen gegenüber der Endlosbahn feststehenden Scanner abgelenkt (Remote Laserschneiden). Der Scanner umfasst unter anderem Spiegel und zugeordnete Motoren, welche aufgrund ihrer begrenzten Dynamik dem Schnittvorgang in der Geschwindigkeit Grenzen setzen.
Aus der Druckschrift US 6,585,846 B1 ist ferner eine Vorrichtung bekannt, in welcher die Segmente mittels einer zu einer Drehbewegung angetriebene Schneidtrommel mit einem oder mehreren Schneidmessern und einer Gegentrommel mit einem oder mehreren Gegenmessern von einer Endlosbahn geschnitten werden. Die Schneidtrommel und die Gegentrommel werden in entgegengesetzte Drehrichtungen mit identischen Drehzahlen angetrieben, so dass sie in den einander gegenüberstehenden Abschnitten der Mantelflächen in Bezug zu der Bewegung der zugeführten Endlosbahn eine gleichgerichtete und identische Umfangsgeschwindigkeit aufweisen. Die Schneiden der Schneidmesser und der Gegenmesser sind parallel zu den Drehachsen der Schneidtrommel und der Gegentrommel und senkrecht zu den Umlaufbewegungen angeordnet und bewirken einen senkrechten Linienschnitt durch die zwischen der Schneidtrommel und der Gegentrommel hindurchlaufende Endlosbahn zum Schneiden der Segmente.
Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch, dass die Drehbewegungen der Schneidtrommel und der Gegentrommel sehr genau aufeinander abgestimmt sein müssen, und dass insbesondere Drehzahldifferenzen in jedem Fall vermieden werden müssen, da ein sauberer Schnitt durch die Endlosbahn ansonsten nicht erreicht werden kann.
Ferner schneiden die Schneiden der Schneidmesser und der Gegenmesser hier mit ihrer gesamten Länge gleichzeitig durch die Endlosbahn, wozu entsprechend hohe Schnittkräfte erforderlich sind. Dadurch ist die zu realisierende Schnittbreite begrenzt, und es tritt ein erhöhter Verschleiß der Schneiden in Verbindung mit einer verschlechterten Schnittqualität auf.
Aus der Druckschrift WO 2019/092585 A2 ist ferner eine Vorrichtung bekannt, welche zwei zu entgegengesetzt gerichteten Drehbewegungen angetriebene Schneidtrommeln mit jeweils einem Schneidmesser aufweist. Die Schneidtrommeln sind so angeordnet, dass sich die durch die Schneiden der Schneidmesser definierten Schnittkreise der Schneiden nicht überlappen, wobei der Abstand der Schnittkreise 1 bis 10 µm betragen soll. Die Antriebsdrehbewegungen der beiden Schneidtrommeln sind so aufeinander abgestimmt, dass die Schneidmesser mit ihren Schneiden gleichzeitig aber in vorgegebenen Abstand von 1 bis 10 µm zueinander durch die Endlosbahn schneiden. Die Schneiden der Schneidmesser sind auch hier parallel zu den Drehachsen der Schneidtrommeln und damit auch parallel zueinander ausgerichtet, so dass die Schneiden jeweils in einem Linienschnitt über die gesamte Breite durch die Endlosbahn schneiden.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass auch hier die Drehbewegungen der Schneidtrommeln sehr genau aufeinander abgestimmt sein müssen, damit die beiden Schneiden zur Erzielung eines sauberen Schnittes in einer definierten Ausrichtung zueinander durch die Endlosbahn schneiden. Neben den oben beschriebenen Nachteilen der hohen Schnittkräfte, der begrenzten Schnittbreite, des erhöhten Verschleißes und der verschlechterten Schnittqualität setzt diese Vorrichtung zusätzlich eine sehr genaue Positionierung der Schneidtrommeln und der daran umlaufenden Schneiden zueinander voraus, damit der geforderte Abstand nicht unterschritten wird, da die Schneiden ansonsten kollidieren können. Ferner darf der Abstand der Schnittkreise auch nicht größer als der vorgegebene Abstand von 1 bis 10 µm sein, da ansonsten kein sauberer Schnitt erreicht wird, da die Schneiden jeweils gegeneinander das für den Schnitt erforderliche Widerlager bilden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schneidvorrichtung bereitzustellen, welche ein sauberes, prozesssicheres Schneiden von Segmenten für Energiezellen von einer Endlosbahn bei einer gleichzeitig hohen Transportgeschwindigkeit der zugeführten Endlosbahn ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schneidvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.
Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Schneidmesser während der Drehbewegung der Schneidtrommel mit seiner Schneide zur Anlage in einem punktförmigen Kontakt an der Schneide des Gegenmessers gelangt, und dabei in einem Winkel von ungleich null Grad zu der Schneide des Gegenmessers ausgerichtet ist, wobei die Schneide des Schneidmessers während der Drehbewegung der Schneidtrommel mit einem Schnitt der Endlosbahn in dem punktförmigen Kontakt an der Schneide des Gegenmessers abgleitet.
Die Erfindung geht damit gegenüber den im Stand der Technik bekannten Lösungen einen grundsätzlich anderen Weg zum Schneiden der Segmente von der Endlosbahn, indem das Schneidmesser mit seiner Schneide bewusst zur Anlage an der Schneide des Gegenmesser gelangt, so dass die dazwischen zugeführte Endlosbahn sicher durchtrennt wird. Ferner sind die Schneiden so zueinander ausgerichtet, dass sie in dem punktförmigen Kontakt in einem Winkel von ungleich null Grad zueinander ausgerichtet sind, so dass das Schneidmesser während der Drehbewegung der Schneidtrommel in dem punktförmigen Kontakt an der Schneide des Gegenmessers abgleitet und dabei die Endlosbahn durchschneidet. Damit wird die Endlosbahn während des Schnittvorganges nicht über ihre gesamte Breite gleichzeitig geschnitten, sondern stattdessen in einem punktförmigen Kontakt, welcher während des Schnittvorganges eine Bewegung in Richtung der Längsrichtung der Schneiden ausführt und dadurch die Endlosbahn in einem kontinuierlichen Schnitt quer zu ihrer Längserstreckung durchtrennt. Damit kann ein Schnitt mit erheblich geringeren Schnittkräften bei einer gleichzeitig nicht begrenzten oder zumindest erheblich größeren Breite der zu schneidenden Endlosbahn realisiert werden. Dabei wird der punktförmige Kontaktpunkt auf einer gekrümmten Bahn bewegt, welche sich aus der Kombination der Bewegung des Kontaktpunktes quer zu der Endlosbahn entlang der Schneide des Gegenmessers mit der dabei ausgeführten Drehbewegung des Gegenmessers also einer Kreisbogenbewegung ergibt. Die Bewegung des Kontaktpunktes wird durch die Ausrichtung der Schneiden in einem Winkel von ungleich null Grad in Verbindung mit der Drehbewegung der Schneidtrommel, also der Relativbewegung der Schneiden zueinander erreicht. Durch diesen sich grundsätzlich von dem Stand der Technik unterscheidenden Schnittvorgang kann ein besonders oberflächenschonender Schnitt der Endlosbahn mit einer sehr geringen Verschmutzung der Oberfläche verwirklicht werden.
Das Gegenmesser muss nicht durch ein gesondertes Teil gebildet sein, es kann auch in Form einer entsprechenden Formgebung der Gegentrommel einstückig in diese integriert sein. Ferner kann das Gegenmesser auch Teil eines Einsatzteils sein, welches an dem Umfang der Gegentrommel montiert wird und zusätzliche Funktionen haben kann. Wichtig für die Verwirklichung des Gegenmessers ist lediglich die Ausbildung einer Schneide in Form einer scharfen Kante an der Gegentrommel, an der das Schneidmesser der Schneidtrommel mit seiner Schneide abgleitet. Als Gegenmesser im Sinne der Erfindung soll damit der Abschnitt der Gegentrommel verstanden werden, an dem die Schneide vorgesehen ist, unabhängig davon, ob das Gegenmesser als gesondertes Einsatzteil verwirklicht ist oder einstückig mit der Gegentrommel ausgebildet ist.
Ferner soll das Merkmal des punktförmigen Kontaktes nicht im rein mathematischen Sinne verstanden werden. Es soll dadurch stattdessen zum Ausdruck gebracht werden, dass das Schneidmesser und das Gegenmesser während des Schnittvorganges nur in einem sehr kurzen Abschnitt aneinander anliegen, welcher z.B. allein durch die elastischen Eigenschaften des Schneidmessers und/oder des Gegenmessers schon auf einen etwas längeren Abschnitt vergrößert wird. Wichtig ist für den Schnittvorgang lediglich, dass das Schneidmesser und das Gegenmesser in diesem kurzen Abschnitt aneinander anliegen, und dass das Schneidmesser und das Gegenmesser während des Schnittvorganges durch Ausführen einer Längsbewegung dieser Kontaktstelle aneinander abgleiten und die Endlosbahn dabei quer zu ihrer Längserstreckung durch einen Abschervorgang schneiden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Winkel zwischen den Schneiden maximal 20 Grad beträgt. Durch den vorgeschlagenen Winkelbereich können die auftretenden Schnittkräfte im Vergleich zu einer Lösung mit parallelen Schneiden deutlich reduziert werden, so dass ein besonders sauberer Schnitt der Segmente erreicht und der Messerverschleiß verringert werden kann.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Schneiden in einer durch den punktförmigen Kontakt verlaufenden Schnittebene in einem ersten Winkel von ungleich null Grad zueinander ausgerichtet sind. Durch die vorgeschlagene Ausrichtung kann neben dem oben beschriebenen vorteilhaften Schnittvorgang zusätzlich die Transportbewegung der Endlosbahn soweit kompensiert werden, dass im Idealfall ein senkrechter Schnitt durch die Endlosbahn während der Transportbewegung verwirklicht werden kann. Dabei ist die Schnittebene die Ebene welche tangential zu der Mantelfläche der Gegentrommel angeordnet ist, und in der der punktförmige Kontakt angeordnet ist. Da die Schneiden in dem punktförmigen Kontakt aneinander abgleiten ändert sich damit auch die Lage der Schnittebene. Soweit gerade Schneidmesser und Gegenmesser verwendet werden, hat diese Änderung aber keinen Einfluss auf den ersten Winkel, da der erste Winkel aufgrund der geraden Schneiden unabhängig der Lage des Kontaktpunktes immer derselbe ist. Sofern gekrümmte Schneiden verwendet werden würden würde sich zwar der erste Winkel während des Schnittvorganges und des Abgleitens der Schneiden ändern, er sollte jedoch nie gleich null sein, da ansonsten die für das Schneiden erforderliche Scherwirkung nicht mehr gegeben ist. Der punktförmige Kontakt ist auch hier nicht in einem mathematischen sinne zu verstehen. Es soll dadurch lediglich zum Ausdruck kommen, dass die Schneiden nur über einen sehr kurzen Abschnitt aneinander anliegen, welcher im Idealfall punktförmig ist. Da das Schneidmesser und das Gegenmesser aber aufgrund ihrer federnden Eigenschaften immer geringfügig nachgeben, wird der punktförmige Kontakt immer zu einen etwas längeren Kontakt vergrößert, indem sich die Schneiden des Schneidmessers und des Gegenmessers aneinander anlegen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Schneiden senkrecht zu der Schnittebene in einem zweiten Winkel von ungleich null Grad zueinander ausgerichtet sind. Durch die vorgeschlagene Formgebung bzw. Ausrichtung der Schneiden kann die Rotationsbewegung der Schneidtrommel und die dadurch bedingte Bewegung der Schneide senkrecht zu der Schnittebene zumindest soweit kompensiert werden, dass die Schneiden trotz einer Bewegung senkrecht zu der Schnittebene ihren punktuellen Kontakt nicht verlieren.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Schneidmesser und/oder das Gegenmesser federnd gelagert sind. Wie oben beschrieben erfolgt das Schneiden der Endlosbahn in einer punktuellen Anlage der Schneiden. Damit der Kontakt in jedem Fall nicht verlorengeht, sind die Schneiden und deren Schneidkreise so bemessen und angeordnet, dass sie sich in der Schnittebene zumindest geringfügig überlappen. Dieses Überlappen führt zu einer Überdrückung der Schneiden, so dass sie während des Schneidens der Endlosbahn eine gewisse Druckkraft aufeinander ausüben. Diese Überdrückung kann im Extremfall zu einem Messerbruch oder zu einer Beschädigung der Schneiden führen. Damit diese Druckkraft wiederum reduziert und die damit verbundene Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Schneiden verringert wird, sind das Schneidmesser und/oder das Gegenmesser federnd gelagert, so dass die Anpresskraft der Schneiden reduziert wird, indem die Schneiden geringfügig nachgeben können.
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Schneide des Schneidmessers und/oder die Schneide des Gegenmessers eine konkave Form aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass die Überdrückung auch bei geradem Schneiden während des Schnittvorganges und der Bewegung Kontaktpunktes entlang der Schneiden zunächst von null oder einem sehr geringen Wert bis zu einem Maximum ansteigt und anschließend wieder abfällt. Durch die konkave Formgebung der Schneiden kann dieser Effekt zumindest teilweise kompensiert werden und so die Überdrückung der Schneiden und die damit verbundenen Schadenswahrscheinlichkeit der Schneiden reduziert werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Gegenmesser in einer Anlagefläche angeordnet ist, an welcher die Endlosbahn und das von der Endlosbahn abgeschnittene Segment anliegt, und dass in der Anlagefläche an einer Seite des Gegenmessers eine Vertiefung vorgesehen ist. Durch die Vertiefung in der Anlagefläche kann das Schneidmesser der Schneidtrommel seitlich der Schneide des Gegenmessers in die Vertiefung und damit durch die Schnittebene hindurch in die Endlosbahn bzw. in die Trennlinie zwischen dem Ende der Endlosbahn und dem davon abgeschnittenen Segment eintauchen. Ferner wird durch die Vertiefung ein zusätzlicher Raum geschaffen, in dem das abgeschnittene Segment bzw. der bereits abgeschnittene Teil der Endlosbahn während des Schnittvorganges aufgenommen werden kann. Damit kann der abgeschnittene Teil den weiteren Schnittvorgang nicht mehr stören. Ferner kann das abgeschnittene Segment darin zumindest teilweise aufgenommen werden, so dass es in diesem Abschnitt vor weiteren äußeren Einwirkungen verbessert geschützt ist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Schnittkanten des abgeschnittenen Segmentes und der Endlosbahn örtlich voneinander getrennt werden und damit z.B. getrennt voneinander gereinigt werden können.
Dabei weist die Vertiefung bevorzugt eine Grundfläche auf, welche in Längsrichtung der Anlagefläche eine größere Länge als der durch die Vertiefung vertiefte Abschnitt der Anlagefläche aufweist. Durch die vorgeschlagene Bemessung der Vertiefung kann das abgeschnittene Segment darin eintauchen, ohne dass es mit seiner freien Stirnseite in Kontakt mit der Seitenfläche des Gegenmessers gelangt. Dadurch kann die Schadenswahrscheinlichkeit des abgeschnittenen Segmentes reduziert werden, und es kann ein schonender Schnitt verwirklicht werden. Ferner kann dadurch verhindert werden, dass das abgeschnittene Ende durch einen möglichen Kontakt mit dem Gegenmesser mit Schneidstaub verunreinigt wird.
Ferner kann an einer Seite des Gegenmessers wenigstens eine mit Unterdruck beaufschlagbare Druckluftöffnung vorgesehen sein, wodurch das abgeschnittene Segment angesaugt und an einer Seite des Gegenmessers gehalten wird, bis es zur weiteren Verarbeitung davon abgenommen wird.
Dabei kann die Druckluftöffnung bevorzugt in der Vertiefung angeordnet sein, so dass das abgeschnittene Segment über die Druckluftleitung an eine Wandung der Vertiefung insbesondere an die Grundfläche der Vertiefung angesaugt und damit aktiv aus der Schneidzone heraus bewegt wird.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Gegenmesser an einer in Bezug zu der Drehbewegung der Schneidtrommel zu einer entgegengesetzt gerichteten Drehbewegung angetriebenen Gegentrommel angeordnet ist. Durch die vorgeschlagene Weiterentwicklung weisen das Schneidmesser und das Gegenmesser beim Passieren der Schnittebene eine gleichgerichtete Bewegung in Richtung der Bewegung der zugeführten Endlosbahn auf. Da für den Schnittvorgang lediglich die Relativbewegung der Schneide des Schneidmessers zu der Schneide des Gegenmessers entscheidend ist, kann dadurch die Schnittgeschwindigkeit bei einer gleichzeitig hohen Transportgeschwindigkeit der Endlosbahn reduziert werden, so dass die Schnittqualität bei einer gleichzeitig hohen Fertigungsrate verbessert werden kann.
Dabei kann die Relativgeschwindigkeit zwischen den Schneiden sehr einfach dadurch realisiert werden, indem die Schneidtrommel und die Gegentrommel jeweils zu Drehbewegungen mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten der Schneiden angetrieben werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Schneidtrommel und die Gegentrommel jeweils durch voneinander getrennte Antriebseinrichtungen antreibbar sind. Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass die Antriebsbewegung der Schneidmesser und der Gegenmesser dadurch so gesteuert werden kann, dass sie über die gesamte Schnittbreite während des Schnittvorganges mit einer identischen Kraft in dem punktförmigen Kontakt aneinander anliegen. Die Antriebseinrichtungen können dabei insbesondere so gesteuert werden, dass die Schneidmesser mit einer maximalen Kraft an den Gegenmessern zur Anlage gelangen, welche so bemessen ist, dass die Schneidmesser und/oder die Gegenmesser nicht brechen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass im Bereich des Schneidmessers der Schneidtrommel und/oder im Bereich des Gegenmessers eine Absaugeinrichtung vorgesehen ist. Durch die Absaugeinrichtung können Schneidpartikel, welche beim Schneiden der Segmente freigesetzt werden, abgesaugt werden. Aufgrund der Anordnung der Absaugeinrichtung im Bereich des Schneidmessers oder des Gegenmessers werden die Schneidpartikel dabei unmittelbar bzw. möglichst nahe ihres Entstehungsortes abgesaugt. Dabei kann die bei der Drehbewegung der Schneidtrommel und, sofern das Gegenmesser an einer Gegentrommel angeordnet ist, auch die bei der Drehbewegung der Gegentrommel entstehende Luftströmung zusätzlich dazu genutzt werden, die Bewegung der Schneidpartikel zu der Absaugeinrichtung hin zu unterstützen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, mittels derer das Schneidmesser und/oder das Gegenmesser wenigstens im Bereich ihrer Schneiden aufheizbar sind. Durch die vorgeschlagenen Heizeinrichtung und das dadurch bewirkte Aufheizen der Schneiden wird das durch den punktförmigen Kontakt bewirkte mechanische Schneiden durch ein Heißschneiden ergänzt, wodurch ein sauberer Schnitt erzielt werden kann. Dabei können insbesondere Ausbrüche und die Gratentstehung verringert werden und die Segmente werden im Allgemeinen weniger beschädigt. Ferner kann die Entstehung von Schneidpartikeln verringert werden. Die Heizeinrichtung ist dabei so ausgelegt, dass die Schneiden auf eine Temperatur von ca. 600 Grad Celsius aufgeheizt werden. Dadurch wird das Anodenmaterial, Kathodenmaterial oder Separatormaterial zumindest im Umfang der Kunststoffbestandteile leicht angeschmolzen, und es entsteht eine glatte Schnittkante. Außerdem werden gebundene Bestandteile einer Beschichtung der Segmente daran gehindert auszubrechen. Außerdem kann durch das Aufheizen der Schneiden das Verdrängen der Segmente unter den wirkenden Schnittkräften reduziert werden, indem das Eindringen der Schneiden in die Endlosbahn durch das Anschmelzen der Endlosbahn unterstützt und die aufzubringende mechanische Schnittkraft verringert wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt

1 eine erfindungsgemäße Schneidvorrichtung mit einer Schneidtrommel und einer Gegentrommel; und
2 einen vergrößerten Ausschnitt der Schneidvorrichtung mit dem Schneidmesser und dem Gegenmesser; und
3 die Schneiden der Schneidtrommel und der Gegentrommel mit einer Überdrückung in einer vergrößerten Darstellung; und
4 eine Überdrückung der Schneiden über dem Drehwinkel der Gegentrommel; und
5 eine Schneidtrommel mit einer Gegentrommel und federnd gelagerten Schneidmessern; und
6 einen vergrößerten Ausschnitt der Gegentrommel mit einer Vertiefung; und
7 einen vergrößerten Ausschnitt der Gegentrommel mit einer Vertiefung und einem Hinterschnitt; und
8 eine Gegentrommel und eine Übernahmetrommel gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
9 eine Gegentrommel und eine Übernahmetrommel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
10 eine Schneidtrommel mit einer Gegentrommel mit einer Vertiefung; und
11 eine Schneidtrommel mit einer Gegentrommel mit einer Vertiefung und darin angeordneten Druckluftöffnungen; und
12 eine Schneidtrommel mit einer Gegentrommel mit einer Vertiefung und einer Absaugeinrichtung; und
13 eine Schneidtrommel mit einer Gegentrommel mit einer Vertiefung und einem Schwenkelement; und
14 eine Gegentrommel mit einer Übernahmetrommel und einem Schwenkelement in einer ersten Stellung; und
15 eine Gegentrommel mit einer Übernahmetrommel und einem Schwenkelement in einer zweiten Stellung; und
16 eine vergrößerte Darstellung des Schneidmessers der Schneidtrommel mit dem Gegenmesser der Gegentrommel in der Umfangsrichtung; und
17 eine vergrößerte Darstellung des Schneidmessers der Schneidtrommel mit dem Gegenmesser der Gegentrommel senkrecht zu der Umfangsrichtung.

In den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Schneidvorrichtung mit einer in Pfeilrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn angetriebenen Schneidtrommel 1 und einer im Uhrzeigersinn in Pfeilrichtung angetriebenen Gegentrommel 2 zu erkennen. Die Schneidtrommel 1 und die Gegentrommel 2 sind so angeordnet, dass zwischen einer Mantelfläche 12 der Schneidtrommel 1 und einer Mantelfläche 14 der Gegentrommel 2 ein Zwischenraum 6 vorhanden ist, in welchen eine Endlosbahn 5 eines zu schneidenden Materials zugeführt wird. Die Endlosbahn 5 kann durch eine Bahn mit einem Kathoden- oder Anodenmaterial oder mit einem Separatormaterial für Energiezellen gebildet sein, wie dies in der Beschreibungseinleitung beschrieben ist. Ferner kann die Endlosbahn 5 auch durch eine mehrlagige Verbundbahn aus einem Separatormaterial und darauf aufgelegten Segmenten aus einem Anoden- oder Kathodenmaterial gebildet sein, wobei die Segmente des Anodenmaterials oder Kathodenmaterials in einem vorgelagerten Schritt durch eine identische Schneidvorrichtung von einer Endlosbahn geschnitten sein können.
Die Endlosbahn 5 liegt an einer durch die Mantelfläche 14 der Gegentrommel 2 gebildeten Anlagefläche 19 an und wird durch die Drehbewegung der Gegentrommel 2 in den Zwischenraum 6 zugeführt. Dabei kann die Endlosbahn 5 allein durch eine Bahnspannung oder zusätzlich oder alternativ auch durch eine Unterdruckeinrichtung an der Gegentrommel 2 gehalten werden.
An der Schneidtrommel 1 ist ein radial vorstehendes Schneidmesser 3 mit einer Schneide 9 angeordnet, wobei in Bezug zu der Drehrichtung stromaufwärts zu dem Schneidmesser 3 eine Vertiefung 13 in der Mantelfläche 12 der Schneidtrommel 1 zur Bildung eines einseitigen Freiraumes an dem Schneidmesser 3 vorgesehen ist. Das Schneidmesser 3 weist aufgrund seiner radial vorstehenden Anordnung an seiner stromaufwärts angeordneten Seite eine freie Schneide 9 auf, deren Abstand zu dem Grundkörper der Schneidtrommel 1 durch die Vertiefung 13 noch vergrößert ist.
An der Gegentrommel 2 ist ein Gegenmesser 4 vorgesehen, welches so angeordnet ist, dass seine radiale Außenfläche auf einem identischen Radius angeordnet ist wie die Mantelfläche 14 bzw. die Anlagefläche 19. Das Gegenmesser 4 bildet damit mit der Mantelfläche 14 und der Anlagefläche 19 eine kontinuierliche, stufenlose Außenfläche, an der die Endlosbahn 5 radial außen anliegt. Ferner ist in Bezug zu der Drehrichtung der Gegentrommel 2 stromabwärts zu dem Gegenmesser 4 eine Vertiefung 10 in der Anlagefläche 19 vorgesehen, so dass das Gegenmesser 4 an seiner stromabwärts angeordneten Seite eine freie Schneide 8 aufweist. Das Gegenmesser 4 kann als gesondertes von der Gegentrommel 2 unabhängiges Teil ausgebildet sein, so dass es nach einem Verschleiß oder Bruch ausgetauscht werden kann. Das Gegenmesser 4 kann aber ebenso einstückig mit der Gegentrommel 2 ausgebildet sein, indem die Gegentrommel 2 an ihrer Mantelfläche 14 zu der Schneide 8 geformt ist. Dabei kann die Schneide 8 auch Teil eines Einsatzteils der Gegentrommel sein, welches bereits die Vertiefung 10 aufweisen und daneben zusätzliche Funktionen erfüllen kann. Anders ausgedrückt kann das Gegenmesser 4 neben der Ausbildung der Schneide 8 auch eine zusätzliche Formgebung zur Erfüllung zusätzlicher Funktionen aufweisen.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind an der Schneidtrommel 1 und an der Gegentrommel 2 jeweils ein Schneidmesser 3 und ein Gegenmesser 4 dargestellt, wodurch aber nicht ausgeschlossen ist, dass an der Schneidtrommel 1 und an der Gegentrommel 2 auch mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Schneidmesser 3 und Gegenmesser 4 vorgesehen sind. Im Gegenteil kann es sogar sinnvoll sein, mehrere über die Umfänge der Schneidtrommel 1 und der Gegentrommel 2 gleichmäßig verteilt angeordnete Schneidmesser 3 und Gegenmesser 4 vorzusehen, wenn dadurch zum Schneiden von Segmenten 7 mit einer vorbestimmten Länge günstigere Schnittverhältnisse erreicht werden können. Sofern z.B. Segmente 7 einer Länge von 100 mm geschnitten werden sollen, sind die Gegenmesser 4 dann so angeordnet, dass sie die Mantelfläche 14 der Gegentrommel 2 in Umfangsabschnitte mit einer Kreisbogenlänge von jeweils 100 mm unterteilen. Dabei ist die Anzahl der Gegenmesser 4 auf die Transportgeschwindigkeit der zugeführten Endlosbahn 5 und die Drehzahl der Gegentrommel 2 abgestimmt.
Die Schneidtrommel 1 und die Gegentrommel 2 werden zu entgegengesetzt ausgerichteten Drehbewegungen angetrieben, so dass sie mit ihren Mantelflächen 12 und 14 beim Passieren des Zwischenraumes 6 eine gleichgerichtete Bewegung ausführen, welche der Richtung der zugeführten Endlosbahn 5 auf der Gegentrommel 2 entspricht. Die Schneidtrommel 1 und die Gegentrommel 2 werden dabei jeweils zu Drehbewegungen mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben, so dass das Schneidmesser 3 und das Gegenmesser 4 beim Passieren des Zwischenraumes 6 eine Relativbewegung zueinander ausführen. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, indem die Schneidtrommel 1 und die Gegentrommel 2 mit identischen Drehzahlen angetrieben werden, und die Schnittkreise der umlaufenden Schneiden 8 und 9 unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Dabei weist die Schneidtrommel 1 mit den Schneiden 9 der Schneidmesser 3 einen größeren Schnittdurchmesser auf als die Schneiden 8 der Gegenmesser 4 der Gegentrommel 2, so dass die Umfangsgeschwindigkeit der Schneiden 9 der Schneidmesser 3 größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit der Schneiden 8 der Gegenmesser 4. Aufgrund der identischen Drehzahlen und der unterschiedlichen Durchmesser der Schnittkreise, treffen die Schneiden 8 und 9 bei einer entsprechend synchronisierten Bewegung in jedem Umlauf einmal aufeinander und führen dabei die anschließend noch näher beschriebene Schnittbewegung der Endlosbahn 5 aus.
Das Schneidmesser 3 ist so an der Schneidtrommel 1 angeordnet, dass die Schneide 8 des Gegenmessers 4 beim Durchlaufen des Zwischenraumes 6 in einem punktförmigen Kontakt S an der Schneide 9 des Schneidmessers 3 zur Anlage gelangt. Dazu ist die Schneide 9 des Schneidmessers 3 der Schneidtrommel 1 in einem ersten Winkel α von ungleich null Grad, bevorzugt in einem Winkel α von 0 bis 20 Grad in Bezug zu der Schneide 8 des Gegenmessers 4 in einer durch den punktförmigen Kontakt S tangential zu der Bewegung der Schneide 8 verlaufenden Schnittebene I ausgerichtet, wie auch in der 17 zu erkennen ist. Da die Schneiden 8 und 9 aufgrund der federnden Eigenschaften des Schneidmessers 3 und/oder des Gegenmessers 4 zumindest geringfügig nachgeben, liegen die Schneiden 8 und 9 nicht in einem mathematischen punktförmigen Kontakt S aneinander an. Der punktförmige Kontakt S wird stattdessen durch die Nachgiebigkeit der Schneiden 8 und 9 geringfügig verlängert.
Ferner ist die Schneide 9 des Schneidmessers 3 so zu der Schneide 8 des Gegenmessers 4 ausgerichtet, dass sie in einem zweiten Winkel β von ungleich null Grad in einer Schnittebene II verläuft, welche durch den punktförmigen Kontakt S und senkrecht zu der Bewegung der Schneide 8 also senkrecht zu der Schnittebene I verläuft, wie auch in der 16 zu erkennen ist.
Die Schneide 8 des Gegenmessers 8 ist parallel zu der Drehachse der Gegentrommel 4 und senkrecht zu der Längsrichtung der auf der Gegentrommel 4 gehaltenen Endlosbahn 5 und damit auch senkrecht zu der Umfangsbewegung der Mantelfläche 14 der Gegentrommel 4 und der Zuführbewegung der Endlosbahn 5 ausgerichtet.
Aufgrund der beschriebenen Schrägstellung der Schneide 9 des Schneidmessers 3 zu der Schneide 8 des Gegenmessers 4 gelangt das Schneidmesser 3 mit der Schneide 9 zu einer punktförmigen Kontaktanlage an der Schneide 8 des Gegenmessers 4 und durchtrennt dabei die daran anliegende Endlosbahn 5. Da die Schneide 8 des Gegenmessers 4 der Gegentrommel 2 mit einer kleineren Umfangsgeschwindigkeit bewegt wird als die Schneide 9 des Schneidmessers 3 der Schneidtrommel 1, gleitet der punktförmige Kontakt S der Schneide 9 des Schneidmessers 3 an der Schneide 8 des Gegenmessers 4 in Längsrichtung der Schneide 8 des Gegenmessers 4 ab und durchtrennt dabei die Endlosbahn 8 in einer der Geometrie der Schneide 8 des Gegenmessers 4 entsprechenden Schnittlinie. Das Gegenmesser 4 der Gegentrommel 2 ist senkrecht zu der Längsrichtung der Endlosbahn 5 ausgerichtet, so dass durch den Schnitt ein Segment 7 mit einer senkrechten Schnittkante von der Endlosbahn 5 abgeschnitten wird. Der Schnitt erfolgt dabei nach dem Abscherprinzip in einem kontinuierlichen Schnitt quer zu der Längserstreckung der Endlosbahn 5, wodurch eine sehr saubere und formgenaue Schnittkante der Segmente 7 realisiert werden kann.
Dabei bewirkt die Schrägstellung der Schneide 9 zu der Schneide 8 in der Schnittebene I in Verbindung mit der durch die unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten verwirklichten Relativbewegung der Schneiden 8 und 9 zueinander das seitliche Abgleiten der schneide 9 des Schneidmessers 3 in dem punktförmigen Kontakts S an der Schneide 8 des Gegenmessers 4. Durch die Schrägstellung der Schneide 9 in der Schnittebene II wird das Abgleiten weiter auch unter einer Kompensation der durch die Kreisbewegung der Schneide 8 des Gegenmessers 4 bedingten Abstandsverringerung der Schneide 8 zu der Schneidtrommel 1 ermöglicht. Dabei ermöglicht die stromabwärts des Gegenmessers 4 vorgesehene Vertiefung 10, dass das Schneidmesser 3 der Schneidtrommel 1 während der Schneidbewegung stromabwärts zu dem Gegenmesser 4 radial nach innen durch die gedachte Verlängerung der Mantelfläche 14 der Gegentrommel 2 eintauchen kann. Damit ergibt sich ein senkrechter Schnitt durch die Endlosbahn 5, welcher durch einen auf einer gekrümmten Schnittline im Raum verlaufenden Schnittpunktes S realisiert ist, wobei die Schnittlinie durch eine Kombination einer Bewegung quer zu der Endlosbahn 5 und einer Bewegung auf einem Kreisbogenabschnitt verwirklicht ist. Der Kreisbogenabschnitt der Schnittbewegung entspricht dem Drehwinkel der Gegentrommel 2 beginnend von dem ersten Schnittkontakt der Endlosbahn 5 bis zu dem vollständigen Schnitt der Endlosbahn 5. Durch das Eintauchen des abgeschnittenen Endes des Segmentes 7 werden die Schnittkanten des abgeschnittenen Segmentes 7 und des Endes der an dem Gegenmesser 2 noch anliegenden Endlosbahn 5 räumlich voneinander getrennt, wodurch es ermöglicht wird, die Schnittflächen durch eine Absaugung gezielter zu säubern. Außerdem wird an dem Gegenmesser 4 anhaftender Schneidstaub nicht an der Materialkante des Segmentes 7 abgestreift, und die Messerreinigung der Schneidmesser 3 und der Gegenmesser 4 kann in einer maximalen Entfernung bevorzugt an einer um 180 Grad gedrehten Stellung der Gegentrommel 2 und der Schneidtrommel 3 erfolgen, ohne die Endlosbahn 5 zu verschmutzen.
Da die beiden Schneiden 8 und 9 während der Schnittbewegung in dem punktförmigen Kontakt S aneinander anliegen, ist ein Teil der Endlosbahn 5 bis zu dem vollständigen Schnitt über die Schnittlinie hinweg immer noch verbunden. Ferner liegt die Endlosbahn 5 nach dem Schnitt mit ihrem freien Ende an der Außenseite des Gegenmessers 4 an, welche stufenlos in die Mantelfläche 14 der Gegentrommel 2 übergeht. Dieses freie Ende der Endlosbahn 5 bildet dann das zweite Ende des nachfolgend geschnittenen Segmentes 7.
Der Schnitt der Segmente 7 ist hier mit einer senkrecht zu der Endlosbahn 5 und parallel zu der Drehachse der Gegentrommel 2 gerichteten Schneide 8 des Gegenmessers 4 verwirklicht, was insofern von Vorteil ist, da dadurch erstens ein senkrechter Schnitt durch die Endlosbahn 5 realisiert werden kann und zweitens die an der Mantelfläche 14 anliegende Endlosbahn 5 nicht in sich um ihre Längsachse verdreht wird. Es ist aber auch denkbar, die Schneide 8 des Gegenmessers 4 in einem Winkel zu der Drehachse der Gegentrommel 2 in Bezug einer die Mantelfläche 14 tangierenden oder senkrecht schneidenden Ebene anzuordnen, sofern der Schnitt dies erfordert, oder der Schnitt dadurch weiter verbessert wird.
In der 17 ist die Geometrie der Schneiden 8 und 9 in einem Schnitt entlang der Schnittebene I in Blickrichtung von oben zu erkennen. Die Schneiden 8 und 9 sind in einem ersten Winkel α von ca. 2 bis 5 Grad zueinander ausgerichtet und gelangen dadurch während der nachfolgenden Umlaufbewegung in dem Punktförmigen Kontakt S zur Anlage aneinander. In der 16 ist der zweite Winkel β zu erkennen, welcher hier ebenfalls ca. 2 bis 5 Grad beträgt. Die Schneiden 8 und 9 gelangen dadurch zuerst an einer Seite in dem punktförmigen Kontakt S zur Anlage aneinander. Während der weiteren Umlaufbewegung der Schneidtrommel 1 und der Gegentrommel 4 gleitet die Schneide 9 des Schneidmessers 3 an der Schneide 8 des Gegenmessers 4 ab und führt dabei die Schnittbewegung der Endlosbahn 5 aus, wobei durch den zweiten Winkel β der sich dabei verändernde Abstand der Schneiden 8 und 9 kompensiert wird.
Die Drehbewegungen der Schneidtrommel 1 und der Gegentrommel 2 sind so aufeinander abgestimmt, dass die beiden Schneiden 8 und 9 während des Umlaufens nach dem oben beschriebenen Verlauf zu einem punktförmigen Kontakt S zur Anlage aneinander gelangen und die Endlosbahn 5 schneiden. Der Schnittvorgang erfordert zwingend einen Kontakt, da die Abscherbewegung ansonsten unterbrochen werden kann oder nicht sauber ausgeführt wird, wodurch die Schnittqualität der Segmente 7 verschlechtert werden würde. Damit dieser Kontakt nicht verlorengeht, ist die Bewegung der Schneidtrommel 1 und der Gegentrommel 2 in Verbindung mit der Ausrichtung und Anordnung der Scheiden 8 und 9 so ausgelegt, dass das Schneidmesser 3 mit einer Überdrückung Ü zur Anlage an der Schneide 8 des Gegenmessers 4 gelangt, wie in der 3 zu erkennen ist. Das Schneidmesser 3 übt dadurch einen Druck auf das Gegenmesser 4 und umgekehrt aus. Die Überdrückung Ü führt selbstverständlich nicht dazu, dass das Gegenmesser 4 mit seiner Schneide 8 in die Schneide 9 des Schneidmessers 3 eindringt, wie dies in der 3 gezeigt ist. Die Darstellung soll nur das Prinzip der Überdrückung Ü anschaulicher machen. Stattdessen wird das Schneidmesser 3 und oder das Gegenmesser 4 unter Ausnutzung seiner federnden Eigenschaften leicht weggedrückt, wodurch im Übrigen auch der punktförmige Kontakt S etwas verlängert wird. In der 4 ist ein Verlauf der Überdrückung Ü über dem Drehwinkel Σ der Gegentrommel 4 für eine Schnittbreite s der Endlosbahn von 100 mm zu erkennen. Ferner ist die Überdrückung Ü relativ zu der Schnittbreite der Endlosbahn 5 zu erkennen. Der Drehwinkel ε = 0 Grad in den Diagrammen entspricht dem Beginn der Schnittbewegung. Die Überdrückung Ü steigt zu Beginn der Schnittbewegung in einem konvexen Verlauf bis zu einem Maximum an und fällt dann wieder steil ab.
Die Überdrückung Ü führt zu einer elastischen Bewegung des Schneidmessers 3 und des Gegenmessers 4 und kann im Extremfall zu einem Messerbruch oder einer Beschädigung einer der Schneiden 8 oder 9 führen, sofern dabei die plastische Verformungsgrenze lokal überschritten wird. Um diesem Effekt entgegenzutreten, können die Schneiden 8 und 9 oder auch nur eine der Schneiden 8 oder 9 leicht konkav also nach innen gekrümmt sein, wobei die konkave Form idealerweise der Negativform der gemessenen konvexen Überdrückung Ü entspricht. Durch diese konkave Form der Schneiden 8 oder 9 kann das Maximum der Überdrückung Ü reduziert und im Idealfall egalisiert werden, ohne dass der Kontakt der Schneiden 8 und 9 während des Schnittvorganges verlorengeht. In der Folge können die auf die Schneiden 8 und 9 wirkenden Kräfte reduziert und damit die Schadenswahrscheinlichkeit des Schneidmessers 3 und des Gegenmessers 4 verringert werden. Ferner kann der Bruch der Schneidmesser 3 und der Gegenmesser 4 bzw. deren Schneiden 8 und 9 auch durch die Verwendung eines federnden Werkstoffs für die Schneidmesser 3 und Gegenmesser 4 vermieden werden, so dass diese zumindest geringfügig nachgeben können.
In der 5 ist eine Ausführungsform der Erfindung zu erkennen, bei der an den Gegenmessern 4 stromaufwärts zu der Drehbewegung der Gegentrommel 2 jeweils eine Vertiefung 10 angeordnet ist, so dass die freie Schneide 8 des Gegenmessers 4 an der stromaufwärts angeordneten Seite des Gegenmessers 4 angeordnet ist. Die Schneidmesser 3 der Schneidtrommel 1 sind hier so angeordnet, dass ihre freien Schneiden 9 stromabwärts zu der Drehrichtung der Schneidtrommel 1 angeordnet sind. Der Schnittvorgang erfolgt hier dadurch, indem die Schneidtrommel 1 mit den Schneidmessern 3 und den daran angeordneten Schneiden 9 zu einer höheren Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wird als die Gegenmesser 4 der Gegentrommel 2, so dass das Schneidmesser 3 mit seiner Schneide 9 an der Schneide 8 des jeweiligen Gegenmessers 4 abgleitet und die Endlosbahn 5 nach dem oben beschriebenen Prinzip schneidet. Ferner sind die Schneidmesser 3 der Schneidtrommel 1 durch Federn 15 federnd gelagert, so dass die zwischen den Schneiden 8 und 9 wirkenden Schnittkräfte reduziert werden, indem die Schneidmesser 3 eine Ausweichbewegung ausführen können. Hierdurch können steifere Schneidmesser 3 verwendet werden, ohne dass die Schadenswahrscheinlichkeit in Form eines Messerbruches vergrößert wird. Durch die federnde Lagerung der Schneidmesser 3 kann die oben beschriebene Überdrückung Ü der Schneiden 8 und 9 verringert werden, ohne dass sie ihren Kontakt verlieren. Vielmehr stehen durch die vorgesehene Federkraft der Federn 15 und deren Anordnung weitere Auslegungsparameter zur Verfügung, um den Schnittvorgang zu beeinflussen. Sofern die Schneidtrommel 3 und die Gegentrommel 4 von verschiedenen Antriebseinrichtungen unabhängig voneinander angetrieben werden, ist es auch möglich, die Antriebsbewegung der Schneidtrommel 3 und der Gegentrommel 4 in Abhängigkeit von den wirkenden Schnittkräften zu steuern. Dadurch kann das Überschreiten einer vorbestimmten Schnittkraft und ein dadurch bedingter möglicher Messerbruch verhindert werden. Die unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten der Schneiden 8 und 9 ist hier mit identischen Drehzahlen und unterschiedlichen Schnittkreisdurchmessern der Schneiden 8 und 9 verwirklicht. Sofern die Schneidtrommel 1 und die Gegentrommel 2 mit unterschiedlichen Antriebseinrichtungen also mit Einzelantrieben angetrieben werden, wäre es auch denkbar, die Drehzahl der Schneidtrommel 1 und der Gegentrommel 2 unterschiedlich und individuell zu steuern und dadurch zusätzlich die Relativgeschwindigkeiten der Schneiden 8 und 9 während des Schnittvorganges zu steuern bzw. herbeizuführen. Insbesondere kann dadurch die Überdrückung Ü der Schneiden 8 und 9 so gesteuert werden, dass die Belastung der Schneiden 8 und 9 verringert und ein möglicher Messerbruch vermeiden wird.
In der 6 ist ein vergrößerter Ausschnitt der Gegentrommel 2 und des Gegenmessers 4 des in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels gezeigt. Die Vertiefung 10 in der Anlagefläche 19 ist so geformt, dass ihre Grundfläche 17 in Umfangsrichtung der Gegentrommel 2 eine größere Länge 21 aufweist, als der durch die Vertiefung 10 radial außen unterbrochenen Abschnitts 20 der Anlagefläche 19. Damit kann das von der Endlosbahn 5 abgeschnittene Segment 7 aus der gezeigten oberen Stellung in die Vertiefung 10 eintauchen, ohne dass es dabei mit seiner freien Stirnseite 18 die Seitenfläche des Gegenmessers 4 berührt bzw. an dieser abstreift. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Segmentes 7 verringert, und es kann ein schonender Schnitt der Segmente 7 ermöglicht werden. Ferner kann dadurch eine Verschmutzung des geschnittenen Segmentes mit Schneidpartikeln vermieden werden.
In der 7 ist an dem Gegenmesser 4 zusätzlich ein die Vertiefung 10 in das Gegenmesser 4 hinein erweiternder Hinterschnitt 16 vorgesehen, durch welchen der Freiraum zwischen der freien Stirnseite 18 des abgetrennten Segmentes 7 und der Seitenfläche des Gegenmessers 4 zur Vermeidung eines Kontaktes des Segmentes 7 mit dem Gegenmesser 4 beim Eintauchen in die Vertiefung 10 weiter vergrößert werden kann.
In den 8 und 9 ist die Gegentrommel 2 jeweils in zwei verschiedenen Ausführungsformen mit einer Übernahmetrommel 22 mit jeweils einem Segment 7 auf der Gegentrommel 2 und einem von der Übernahmetrommel 22 übernommenen Segment 7 zu erkennen. In dem Ausführungsbeispiel der 8 ist die Vertiefung 10 in Bezug zu der Drehbewegung der Gegentrommel 2 stromaufwärts zu dem Gegenmesser 4 entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 5 angeordnet, so dass sich ein vergrößerter Abstand A stromaufwärts des Gegenmessers 4 zu der Übernahmetrommel 22 für die Übernahme der Segmente 7 von der Übernahmetrommel ergibt.
In der 9 ist die Vertiefung 10 in Bezug zu der Drehbewegung der Gegentrommel 2 stromabwärts zu dem Gegenmesser 4 entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 angeordnet. Wie bereits oben beschrieben, liegen die Enden der Segmente 7 aufgrund des vorangegangenen Schnittes der Endlosbahn 5 an der Außenfläche des Gegenmessers 4 der Gegentrommel 2 an und werden ausgehend von diesem Ende von der Übernahmetrommel 22 übernommen. Aufgrund dieser Anordnung ergibt sich für die Übernahme der Segmente 7 ein wesentlich geringerer zu überwindender Abstand A zwischen der Außenfläche des Gegenmessers 4, an dem das Ende des Segmentes 7 anliegt, und der Übernahmetrommel 22, wodurch die Übernahme der Segmente 7 an sich prozesssicherer und einfacher gestaltet werden kann. Aufgrund dieses geringeren Abstandes A kann insbesondere die vorbestimmte Ablageposition der Segmente 7 auf der Übernahmetrommel 22 reproduzierbarer und genauer eingehalten werden.
Wie in der 10 zu erkennen ist, führt der Schnitt der Endlosbahn 5 zwischen dem Schneidmesser 3 und dem Gegenmesser 4 dazu, dass die Endlosbahn 5 an einer Seite, hier der vorderen Seite, zuerst durchtrennt wird und damit kurzzeitig mit dem bereits geschnittenen Abschnitt frei in der Luft hängt. Dadurch besteht die Gefahr, dass das Schneidmesser 3 der Schneidtrommel 1 oder das Schneidmesser 4 der Gegentrommel 2 unkontrolliert mit diesem frei hängenden Abschnitt kollidiert und dadurch diesen beschädigt. Zur Vermeidung dieses Nachteils sind gemäß dem Ausführungsbeispiel der 11 in der Grundfläche 17 der Vertiefung 10 mehrere mit Unterdruck beaufschlagbare Druckluftöffnungen 11 vorgesehen, welche den bereits geschnittenen Abschnitt der Endlosbahn 5 bzw. des Segmentes 7 zur Anlage an die Grundfläche 17 ansaugen und damit aktiv aus der Schneidzone wegbewegen. Dadurch kann ein Kontakt des abgeschnittenen Abschnittes des Segmentes 7 mit dem in die Vertiefung 10 eintauchenden Schneidmesser 3 der Schneidtrommel 1 verhindert werden. Die Druckluftöffnungen 11 können dabei alle gleichzeitig mit Unterdruck beaufschlagt werden. Es ist aber auch denkbar, die Druckluftöffnungen 11 gesteuert in einer zeitlichen Abfolge mit Unterdruck zu beaufschlagen. So können die Druckluftöffnungen 11 zum Beispiel so mit Unterdruck beaufschlaget werden, dass die Druckluftöffnungen 11 entsprechend des Schnittvorganges der Endlosbahn 5 mit Unterdruck beaufschlagt werden, indem zuerst die Druckluftöffnung 11 mit Unterdruck beaufschlagt wird, welche an dem zuerst durchtrennten Rand der Endlosbahn 5 angeordnet ist, und dann die weiteren Druckluftöffnungen 11 zeitlich versetzt in einer sukzessiven Abfolge mit Druckluft beaufschlagt werden. Die Druckluftöffnungen 11 werden damit ausgehend von einem Rand nacheinander, dem sich seitlich bewegenden Schnittpunkt S nachfolgend mit Druckluft beaufschlagt, so dass ausschließlich der bereits abgeschnittene Abschnitt der Endlosbahn 5 bzw. des Segmentes 7 mit Unterdruck beaufschlagt und an die Grundfläche 17 der Vertiefung 10 angesaugt wird. Dadurch kann verhindert werden, dass die Endlosbahn 5 durch die Unterdruckbeaufschlagung unkontrolliert eingerissen wird, bevor sie geschnitten wird.
Wie in der 12 zu erkennen ist, kann zusätzlich eine Absaugeinrichtung 23 vorgesehen sein, welche den durch das Schneiden der Endlosbahn 5 entstehenden Schneidstaub absaugt. Dabei können auch die in der Vertiefung 10 vorgesehenen Druckluftöffnungen 11 zum Absaugen des Schneidstaubes genutzt werden. Die Absaugeinrichtung 23 kann mehrere oder einzeln an den markierten Stellen vorgesehene Saugöffnungen umfassen, welche zudem so positioniert sein können, dass die durch die Drehbewegungen der Schneidtrommel 1 und der Gegentrommel 2 erzeugten Luftströmungen den Transport des Schneidstaubes zu den Saugöffnungen hin unterstützen. Die Absaugeinrichtungen 23 werden mit der Schneidtrommel 1 oder der Gegentrommel 2 mitbewegt und sind dann über eine Schnittstelle mit einer stationären Absaugeinrichtung 23 verbunden. Es ist auch denkbar, ausschließlich eine stationäre Absaugeinrichtung 23 vorzusehen, welche dann so gerichtet ist, dass sie den entstehenden Schneidstaub lokal von einer definierten Schneidstelle der Schneidvorrichtung absaugt, wobei die Drehbewegungen der Schneidtrommel 1 und der Gegentrommel 2 wieder eine zusätzliche Förderwirkung für den Schneidstaub zu der Absaugeinrichtung 23 aufweisen können.
In der 13 ist ein weiterentwickeltes Ausführungsbeispiel zu erkennen, bei dem in der Vertiefung 10 zusätzlich eine Schwenkelement 24 vorgesehen ist. Das Schwenkelement 24 ist an seinem von dem Gegenmesser 4 entfernteren Ende schwenkbar um eine parallel zu der Drehachse der Gegentrommel 2 ausgerichteten Schwenkachse schwenkbar gelagert und ragt mit seinem freien verschwenkbaren Ende in die Vertiefung 10. Das Schwenkelement 24 ist während des Schnittvorganges in die Vertiefung 10 hinein verschwenkt, so dass die Schnittkanten mit den oben beschriebenen Vorteilen getrennt werden und der Schnittvorgang entsprechend des oben beschriebenen Ablaufes erfolgen kann. Das Schwenkelement 24 wird dann erst bei dem weiteren Umlaufen der Gegentrommel 2 bis zum Erreichen der in der 14 gezeigten Übergabestellung gegenüber der Gegentrommel 2 um eine parallel zu der Drehachse der Gegentrommel 2 gerichtete Schwenkachse mit seinem freien Ende radial nach außen verschwenkt. Hierdurch kann der zu überwindende Abstand A zur Übernahme der Segmente 7 von der Übernahmetrommel 22 mit den vorangehend beschriebenen Vorteilen verringert werden. Derselbe Vorteil kann auch durch ein an der Übernahmetrommel 22 vorgesehenes Schwenkelement 24 erreicht werden, wie in der 15 zu erkennen ist.
Die Schneiden 8 und 9 der Schneidmesser 3 und des Gegenmessers 4 können durch separate oder auch eine zentrale Heizeinrichtung auf eine Temperatur von ca. 600 Grad Celsius aufheizbar sein, wodurch die Schnittqualität weiter verbessert werden kann. Es ist aber auch denkbar, die Schneiden 8 und 9 in Abhängigkeit von dem Werkstoff der zu schneidenden Segmente 7 auf eine niedrigere Temperatur aufzuheizen, sofern dies für den Schnitt erforderlich ist oder ausreicht. In jedem Fall kann durch eine Kombination des mechanischen Schneidens durch das oben beschriebene Abgleiten der Schneiden 8 und 9 in Verbindung mit dem Aufheizen der Schneiden ein verbessertes thermomechanisches Schneiden der Segmente 7 verwirklicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017216213 A1 [0008]
US 6585846 B1 [0009]
WO 2019092585 A2 [0012]

Claims

Schneidvorrichtung zum Schneiden von Segmenten (7) für Energiezellen von einer in einen Zwischenraum (6) in eine Schnittebene (I) zugeführten Endlosbahn (5), mit -einer mittels einer Antriebseinrichtung zu einer Drehbewegung um eine Drehachse angetriebenen, auf einer Seite des Zwischenraumes (6) angeordneten Schneidtrommel (1) mit wenigstens einem von einer Mantelfläche der Schneidtrommel (1) radial nach außen vorstehendem Schneidmesser (3), und -wenigstens einem auf der anderen Seite des Zwischenraumes (6) angeordneten Gegenmesser (4), wobei -das Schneidmesser (3) und das Gegenmesser (4) jeweils eine Schneide (8,9) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass -das Schneidmesser (3) während der Drehbewegung der Schneidtrommel (1) mit seiner Schneide (9) zur Anlage in einem punktförmigen Kontakt (S) an der Schneide (8) des Gegenmessers (4) gelangt, und dabei in einem Winkel von ungleich null Grad zu der Schneide (8) des Gegenmessers ausgerichtet ist, wobei -die Schneide (9) des Schneidmessers (3) während der Drehbewegung der Schneidtrommel (1) mit einem Schnitt der Endlosbahn (5) in dem punktförmigen Kontakt (S) an der Schneide (8) des Gegenmessers (4) abgleitet.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass -der Winkel maximal 20 Grad beträgt.
Schneidvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -die Schneiden (8,9) in einer durch den punktförmigen Kontakt verlaufenden Schnittebene (I) in einem ersten Winkel (α) von ungleich null Grad zueinander ausgerichtet sind.
Schneidvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -die Schneiden (8,9) senkrecht zu der Schnittebene (I) in einem zweiten Winkel (β) von ungleich null Grad zueinander ausgerichtet sind.
Schneidvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -das Schneidmesser (3) und/oder das Gegenmesser (4) federnd gelagert sind.
Schneidvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -das die Schneide (9) des Schneidmesser (3) und/oder die Schneide (8) des Gegenmesser (4) eine konkave Form aufweisen.
Schneidvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -das Gegenmesser (4) in einer Anlagefläche (19) angeordnet ist, an welcher die Endlosbahn (5) und das von der Endlosbahn (5) abgeschnittene Segment (7) anliegt, und dass in der Anlagefläche (19) an einer Seite des Gegenmessers (4) eine Vertiefung (10) vorgesehen ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass -die Vertiefung (10) eine Grundfläche (17) aufweist, welche in Längsrichtung der Anlagefläche (19) eine größere Länge (21) aufweist, als der durch die Vertiefung (10) vertiefte Abschnitt (20) der Anlagefläche (19).
Schneidvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -an einer Seite des Gegenmessers (4) wenigstens eine mit Unterdruck beaufschlagbare Druckluftöffnung (11) vorgesehen ist.
Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8 und nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass -die Druckluftöffnung (11) in der Vertiefung (10) angeordnet ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass -in der Vertiefung eine Mehrzahl von Druckluftöffnungen (11) in einer Reihenanordnung parallel zu der Schneide (8) des Gegenmessers (4) angeordnet sind.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass -die Druckluftöffnungen (11) zeitlich versetzt in einer dem punktförmigen Kontakt (S) folgenden Abfolge mit Unterdruck beaufschlagt werden.
Schneidvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -das Gegenmesser (4) an einer in Bezug zu der Drehbewegung der Schneidtrommel (1) zu einer entgegengesetzt gerichteten Drehbewegung angetriebenen Gegentrommel (2) angeordnet ist.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass -die Schneidtrommel (1) und die Gegentrommel (2) jeweils zu Drehbewegungen mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten der Schneiden (8,9) angetrieben werden.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass -die Schneidtrommel (1) und die Gegentrommel (2) jeweils durch voneinander getrennte Antriebseinrichtungen antreibbar sind.
Schneidvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -im Bereich des Schneidmessers (3) der Schneidtrommel (1) und/oder im Bereich des Gegenmessers (4) eine Absaugeinrichtung (23) vorgesehen ist.
Schneidvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, mittels derer das Schneidmesser (3) und/oder das Gegenmesser (4) wenigstens im Bereich ihrer Schneiden (8,9) aufheizbar sind.