Die Erfindung betrifft eine Walze zur Verwendung in einem Trockenbeschichtungsverfahren zur Herstellung von Elektroden, aufweisend: einen Walzenkern bestehend aus einem Kernmaterial; einen Walzenmantel bestehend aus einem Mantelmaterial, wobei der Walzenmantel den Walzenkern zumindest abschnittsweise umgibt.

Bislang wurden Elektroden (Anoden und Kathoden) für Batterien und Superkondensatoren überwiegend nasschemisch prozessiert. Die jeweiligen Aktivmaterialien, Leitadditive und Bindemittel werden hierfür in einer flüssigen Phase (wasser- oder lösemittelbasiert) dispergiert und die so entstandene Paste anschließend auf den Stromsammler (Folie oder Schaumstruktur) aufgetragen. In einem weiteren Prozessschritt wird die Elektrode getrocknet. Die eingesetzten Trocknerstrecken sind lang und energieintensiv im Betrieb. Dazu kommt die notwendige Peripherie, die für eine Trennung der teils toxischen Lösemittel aus der Abluft unerlässlich ist um den geltenden Umweltregularien gerecht zu werden.

Eine neue Produktionstechnik für Batterieelektroden besteht im Trockenbeschichtungsverfahren. Dieses kommt ohne den Einsatz von Lösungsmitteln aus und benötigt einen geringeren Energieeinsatz. Das Trockenbeschichtungsverfahren hat somit ein großes Potenzial für die Einsparung von Produktionskosten. Der Prozess der Trockenbeschichtung umfasst zwei wesentliche Schritte. Zunächst werden in einem Trockenmischprozess die Pulver der Aktivmaterialien, Additive und Binder vermengt. Entscheidend dabei ist die Struktur und Verteilung des polymeren Binders. Bei optimaler Verteilung von Polymerfibrillen werden bereits mit geringen Binder- Anteilen unter 5 Gewichtsprozent mechanisch stabile, freistehende Filme erhalten. Das dem Mischprozess entstammende pulverförmige Material kann nun in einem zweiten Prozessschritt zu ca. 50 - 100 pm dünnen Elektrodenfilmen gepresst werden, freistehend oder auf einem Stromkollektor als Substrat. Von hoher Bedeutung dabei ist die gleichmäßige Verteilung des pulverförmigen Materials. Insbesondere beim Einsatz verschiedener Ausgangspulver besteht die Herausforderung, diese kontinuierlich zu gewickelten Elektrodenfilmen zu verarbeiten.

Eine wesentliche Herausforderung im Bereich der Elektrodenherstellung im Trockenbeschichtungsverfahren besteht darin, die Elektroden präzise und mit minimalen Dickenschwankungen zu fertigen. Die zur wirtschaftlichen Herstellung der Elektroden benötigte große Gesamtgröße der verwendeten Walzen in Verbindung mit der thermischen Ausdehnung von Walzenmaterialien kann zu signifikanten Änderungen des Walzendurchmessers führen, welcher einen unmittelbaren Einfluss auf die Dicke und andere Abmessungen der Elektroden hat. Die exakte Dicke der Elektroden ist jedoch ein entscheidendes Qualitätsmerkmal bei der Herstellung elektrochemischer Zellen wie Li-Ionen-Zellen. Die Dicke der Elektroden muss über ihre gesamte Länge und Breite gleichmäßig sein. Bei der Herstellung von Li-Ionen-Zellen wie zylindrischen, prismatischen oder Pouch-Zellen werden Elektrodenfolien bereitgestellt und mit weiteren Schichten wie dem Separator und den Stromabnehmern laminiert, bevor die gesamte laminierte Endlosfolie auf eine bestimmte Länge geschnitten wird. Die geschnittene Verbundfolie wird zu einer Lithium-Ionen-Zelle gewickelt. Jede Abweichung in der Dicke der Elektrode über ihre Länge oder ihre Breite verändert die Größe der gewickelten Folienschichten, die aus dem obigen Verfahren resultieren, was zu einem fehlerhaft gewickelten Körper führen kann. Aus diesen Gründen besteht ein Bedarf an verbesserten Systemen, Verfahren und Vorrichtungen, um die Genauigkeit der Elektrodendicke zu gewährleisten.

Ein weiteres Problem im Bereich der Elektrodenherstellung im Trockenbeschichtungsverfahren besteht darin, dass Schmutz, Partikel oder beispielsweise verklumptes Elektrodenbeschichtungsmaterial dazu führen können, dass die Walzenoberfläche beschädigt wird. Wenn sich die Partikel auf der Oberfläche von Walzen ablagern, die während des Maschinenbetriebs miteinander in Kontakt kommen, werden die Partikel zwischen den Walzen zusammengepresst. Wenn solche Partikel zwischen den Walzen zusammengedrückt werden, können diese lokal konzentriert große Kräfte auf die Oberfläche der Walzen ausüben und diese bei Überschreitung der zulässigen Flächenpressung beschädigen. Dies wird als Kontaktermüdung bezeichnet und zeigt sich in Form von Ermüdungslöchern auf beiden Oberflächen der Walzen, zwischen denen der Walzenspalt gebildet wird. Die Kontaktermüdung wirkt sich negativ auf die Qualität der Elektroden aus, da die Walzen Oberflächenfehler aufweisen. Es besteht die Notwendigkeit, die Bildung von Grübchen, Oberflächenverformungen und anderen unerwünschten mikrostrukturellen Merkmalen zu verhindern, die sich auf der Oberfläche von Walzen in einer funktionierenden Produktionsumgebung ansammeln. In Anbetracht der Notwendigkeit einer präzisen und gleichmäßigen Oberfläche der Elektroden können selbst kleine, durch Verunreinigungen verursachte Schäden die Funktion der Elektroden beeinträchtigen, wenn diese zu Endprodukten zusammengesetzt und in Betrieb genommen werden. Daher muss die Härte der Walzen erhöht werden, um Schäden durch den konzentrierten Druck der Verunreinigungen zu vermeiden.

Daher besteht die Notwendigkeit, eine Walze zur Herstellung von Elektroden bereitzustellen, die zum einen eine gleichmäßige Dicke einer den Walzenspalt passierenden Materialbahn gewährleistet und zum anderen widerstandsfähig gegenüber Beschädigungen der Walzenoberfläche ist.

Das bedeutet, dass der Walzenspalt unabhängig von der Belastung und der äußeren Umgebung konstant gehalten werden muss, zum Beispiel durch Aufrechterhaltung einer genauen, gleichmäßigen Temperatur über den gesamten Walzenspalt. Zum anderen muss die Walze eine möglichst harte Oberfläche aufweisen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Walze zur Herstellung von Elektroden bereitzustellen, mittels welcher Elektroden gleichmäßiger Dicke und Qualität herstellbar sind.

Demgemäß ist vorgesehen, dass das Mantelmaterial eine größere Härte aufweist als das Kernmaterial, und dass der Walzenkern eine Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels aufweist. Diese Konfiguration weist den Vorteil auf, dass die Walze durch den Walzenmantel an ihrer Oberfläche zum Erzeugen der Elektrode eine hohe Härte aufweist und durch den relativ weicheren Kern eine gute Verarbeitbarkeit bietet, so dass zur Unterbringung der Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels der Walzenkern einfach bearbeitet, insbesondere zerspant, werden kann. Dies stellt eine Lösung für die Herausforderung bereit, dass die Welle zum einen eine möglichst große Härte aufweisen soll und zum anderen eine Einrichtung zur Beeinflussung des Walzenspalts aufweisen soll. Die vorliegende Erfindung erfüllt somit entgegenlaufende Anforderungen für beide Eigenschaften. Eine harte Welle allein ist schlecht bearbeitbar, so dass eine Temperierfunktion nicht realisierbar ist. Eine weiche Welle allein eignet sich hingegen nicht für die Herstellung von Trockenelektroden.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Walzenkern bzw. der Grundkörper aus leicht gehärtetem Stahl, beispielsweise aus Vergütungsstahl so wie 42CrMo4, gebildet ist und demnach eine gute Verarbeitbarkeit aufweist und beispielsweise gut fräsbar ist. Der Walzenkern bzw. der Grundkörper können auch aus einer Nickelbasislegierung bestehen oder diese aufweisen. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Walzenmantel aus einem harten Material besteht, beispielsweise aus einem gehärteten Kaltarbeitsstahl mit maximalen Resistenzen. Dabei ist keine gute Verarbeitbarkeit des Mantelmaterials notwendig bzw. ausdrücklich nicht gewünscht. Der Mantel kann auf den Walzenkern aufgeschrumpft oder aufgeklemmt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Konfiguration besteht darin, dass Vollwellen aus vorgeschmiedetem Kaltarbeitsstahl in der für die Herstellung von Elektroden benötigten Größe und Härte gar nicht herstellbar sind. Für die Batterieherstellung werden Walzenkörper mit großen Durchmessern benötigt. Eine Härtung von derartigen Körpern kann nur von außen per Wasserdusche oder Ölbad vollzogen werden. Allerdings weisen Vollwellen dieser Größe eine sehr große Wärmekapazität auf. Wenn diese im Härteofen aufgeheizt wurden ist danach keine Abschreckung im gewünschten Ausmaß möglich, da die Walzenoberfläche aufgrund der von innen aus dem Walzenkörper immer wieder nachströmenden Wärme immer wieder entspannt wird. Dadurch lässt sich auf diese Weise an der Walzenoberfläche nur ein zähhartes Gefüge in einem Bereich bis in 3- 4mm Tiefe erzielen. Daher ist es vorteilhaft, den Walzenmantel als Rohrkonstruktion auszubilden und auf dem Walzenkern zu montieren, da der Walzenmantel auf diese Weise von innen und außen gleichzeitig aufheiz- und abschreckbar ist und nicht eine derart große Wärmekapazität aufweist wie eine Vollwelle, so dass auch entsprechend beim Abschrecken deutlich weniger Wärme aus dem Inneren des Walzenmantels nachströmt als bei einer Vollwelle. Dadurch wird eine Durchhärtung des Rohrs bis hin zu 20 mm oder mehr möglich. Die Konfiguration der Welle mit einem weichen Walzenkern und einem harten Walzenmantel in Form einer auf den Walzenkern aufgezogenen Rohrkonstruktion weist dabei zwei wesentliche Vorteile auf. Zum einen kann wie oben beschrieben beim Einsatz eines Walzenmantels eine bessere Durchhärtung erzielt werden, da dieser sowohl von innen und als auch von außen, insbesondere gleichzeitig, abschreckbar ist. Dadurch kann eine größere Dicke der Härtezone erreicht werden. Zum anderen ist keine Einbringung von Kühlkanälen in den harten Walzenmantel notwendig, sondern kann ausschließlich im weicheren Kern vorgesehen sein.

Die Erfindung betrifft ferner eine Walze zur Verwendung in einem Trockenbeschichtungsverfahren zur Herstellung von Elektroden, aufweisend: einen Walzenkern bestehend aus einem Kernmaterial; einen Walzenmantel bestehend aus einem Mantelmaterial, wobei der Walzenmantel den Walzenkern zumindest abschnittsweise umgibt; wobei das Mantelmaterial eine größere Härte aufweist als das Kernmaterial; wobei der Walzenmantel und der Walzenkern als separate Bauteile ausgeführt sind und der im Wesentlichen rohrförmige Walzenmantel kraft- und/oder formschlüssig auf dem Walzenkern befestigt ist; wobei der Walzenmantel aus einem härtbaren Stahl, wie beispielsweise einem Kaltarbeitsstahl, besteht und an seiner Oberfläche bis in eine Tiefe von zumindest 5 mm durchgehärtet ist. Bei einer Durchhärtung des Mantelmaterials von mehreren Millimetern, beispielsweise zumindest 5 mm, besteht hingegen der Vorteil, dass das Durchdrücken von harten Partikeln durch die gehärtete Beschichtung hindurch vermieden wird. Bei geringeren Beschichtungsdicken kann es demgegenüber vorkommen, dass nicht die Beschichtung selbst unter einem lokalen Druckpeak nachgibt, sondern bei zu hoher Flächenpressung im Walzenspalt das unter der Beschichtung befindliche, weichere Walzenkernmaterial versagt. Durch Vorsehen einer Mindest dicke für die Beschichtung oder den gehärteten Walzenmantel kann dieser Effekt vermieden werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Walze zur Verwendung in einem Trockenbeschichtungsverfahren zur Herstellung von Elektroden, aufweisend: einen Walzenkern bestehend aus einem Kernmaterial; einen Walzenmantel bestehend aus einem Mantelmaterial, wobei der Walzenmantel den Walzenkern zumindest abschnittsweise umgibt; und wobei der Walzenkern eine Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels aufweist; wobei die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels mehrere in Axialrichtung der Walze voneinander segmentierte Temperierzonen aufweist, wobei in den einzelnen Temperierzonen individuelle Temperaturen einstellbar sind. Während der Elektrodenherstellung kann es über den Verlauf des Walzenspalts zu Temperaturschwankungen oder zu Materialverteilungsschwankungen kommen. Dadurch können lokale Unregelmäßigkeiten im Bezug auf die Größe des Walzenspalts auftreten. Beispielsweise kann der Walzenspalt in der Walzenmitte durch bestimmte Betriebsschwankungen temporär schmaler sein als der Walzenspalt in den äußeren Bereichen der Walzenpaarung. Durch Erzeugen einer höheren Temperatur in den Randbereichen des Walzenspalts mittels entsprechender Ansteuerung der Temperierzonen in den Randbereichen kann dieser Unterschied ausgeglichen werden, da sich durch die erzeugten höheren Temperaturen entsprechend auch die Walzen in den entsprechenden Bereichen weiter ausdehnen und den Walzenspalt verkleinern. Wenn der Walzenspalt hingegen im mittleren Bereich größer ist als in den Randbereichen, können entsprechend eben die Temperierzonen im mittleren Walzenbereich so angesteuert werden, dass infolge der höheren Temperatur der Walzenspalt im mittleren Bereich verringert wird.

Es kann vorgesehen sein, dass das Mantelmaterial als eine Beschichtung auf den Walzenkern oder den Walzenmantel aufgebracht ist. Dabei kann die Beschichtung Chrom, Diamond-Like Carbon (DLC), Wolframkarbid oder einen Metallmatrixverbundwerkstoff wie eine Wolframkarbid/Kobalt-Legierung oder einen Chromkarbid/Nickel-Chrom-Verbundwerkstoff aufweisen. Durch eine CVD- Beschichtung der Kalanderwalze mit einer DLC-Beschichtung und einer PVD- Beschichtung mit Wolframkarbid kann die Härte der Walze erhöht werden, um Schäden zu verhindern, die durch den hohen Druck entstehen, der durch Verunreinigungen auf die Walzen ausgeübt wird. Die Dicke der Beschichtung kann zwischen 1 pm und 50 pm betragen.

Es kann vorgesehen sein, dass das Beschichten der Walze in einer Unterdruckumgebung erfolgt. In der Unterdruckumgebung kann die unbeschichtete Walze flüchtigen Vorläufersubstanzen ausgesetzt werden. Die flüchtigen Vorläufer können eines oder mehrere von Wolframhexachlorid (WC16) mit Wasserstoff (H2) und Methan (CH4) oder alternativ WCL6 mit H2 und Methanol (C3OH) umfassen. Auf diese Weise kann eine Wolframkarbidschicht abgeschieden werden. Die Abscheidung von Wolframkarbid kann wie oben beschrieben durch chemische Gasphasenabscheidung erfolgen, es können jedoch auch andere CVD-Verfahren verwendet werden, z. B. die plasmaaktivierte chemische Gasphasenabscheidung (PACVD). Sobald die Abscheidung abgeschlossen ist, kann die Walze aus der Niederdruckumgebung entfernt werden.

Ferner kann zwischen der Walzenoberfläche und der Beschichtung eine Unterschicht vorgesehen sein, welche zusätzlichen Schutz oder Oberflächenhaftung der Beschichtung bietet. Die Unterschicht kann eine oder mehrere diamantähnliche Beschichtungen (DLC), Wolframkarbid (WC) oder Kupfer (Cu) aufweisen. Die Zusammensetzung und Mikrostruktur der diamantähnlichen Beschichtung kann je nach den Anforderungen an Oberflächenhärte, chemische Beständigkeit, Zähigkeit und andere gewünschte Eigenschaften angepasst werden. Die diamantähnliche Beschichtung kann eine oder mehrere der folgenden Formen umfassen: ta-C (tetraedrisch gebundener wasserstofffreier amorpher Kohlenstoff), a-C:H (amorpher Kohlenstoff mit Wasserstoff, a-C:H:Me (Me = W, Ti, metalldotierter amorpher Kohlenstoff mit Wasserstoff), a-C: H:Si (ein Si-dotierter amorpher Kohlenstoff mit Wasserstoff), Form a-C:H:X (ein nicht-metalldotierter amorpher Kohlenstoff mit Wasserstoff), Form a-C:Me (Me = Ti, metalldotierter wasserstofffreier amorpher Kohlenstoff), Form ta-C:H (ein tetraedrisch gebundener amorpher Kohlenstoff mit Wasserstoff).

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Walzenmantel eine Härte von zumindest 53 HRC, bevorzugt zumindest 57 HRC, besonders bevorzugt zumindest 62 HRC aufweist.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Walzenmantel und der Walzenkern als separate Bauteile ausgeführt sind und der im Wesentlichen rohrförmige Walzenmantel kraft- und/oder formschlüssig auf dem Walzenkern befestigt ist. Dabei kann der Walzenmantel mittels Aufschrumpfen und/ oder Kaltdehnen kraftschlüssig auf dem Walzenkern fixiert sein. Für ein Warmschrumpfen bzw. Kaltdehnen müssen der Walzenmantel und der Walzenkern so ausgebildet sein, dass diese bei Raumtemperatur ein Übermaß aufweisen. Wird der Walzenmantel erwärmt bzw. der Walzenkern abgekühlt, entsteht ein Spiel zwischen den beiden Bauteilen, so dass der Walzenmantel auf den Walzenkern aufgeschoben werden kann. Beim Kaltdehnen wird der Walzenkern durch Abkühlen für den Schrumpfvorgang im Durchmesser verkleinert. Beim Erkalten des Walzenmantels schrumpft dieser und umschließt den Walzenkern fest. Nach dem Zurückführen der beiden Bauteile auf Normaltemperatur besteht daher zwischen beiden Bauteilen eine Schrumpfverbindung.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Walzenmantel mittels einer Klemmverbindung auf dem Walzenkern fixiert ist.

Außerdem ist denkbar, dass der Walzenmantel eine Wandungsdicke von zumindest 10 mm, bevorzugt zumindest 15 mm, besonders bevorzugt zumindest 20 mm aufweist. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung auf den Walzenmantel aufgebracht ist.

Es kann vorgesehen sein, dass der Walzenmantel aus einem härtbaren Stahl, wie beispielsweise einem Kaltarbeitsstahl, besteht und an seiner Oberfläche zumindest bis in eine Tiefe von zumindest 5 mm durchgehärtet ist.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Walzenmantel über den gesamten Rohrwandungsquerschnitt durchgehärtet ist.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Walzenkern aus einem leicht zerspanbaren Stahl, wie etwa einem Vergütungsstahl, wie besipeisleweise 42CrMo4, oder einem Einsatzstahl, besteht.

Es ist ferner denkbar, dass die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels zumindest ein in den Walzenkern integriertes Heiz- und/oder Kühlelement aufweist.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels ein induktives Heizelement ist. Die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels kann so konfiguriert sein, dass im Produktionsbetrieb eine vorbestimmte Betriebstemperatur der Walze aufrechterhalten werden kann. Über die Einstellung einer vorbestimmten Betriebstemperatur ist es möglich, die Walze im Betrieb auf eine mit der Betriebstemperatur korrelierenden Wärmeausdehnung einzustellen. Die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels kann ein Widerstandselement sein. Beispielsweise kann die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels eine Widerstandsspule sein. Alternativ kann die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels induktiv sein. Ferner ist denkbar, dass mehrere Arten von Heizelementen kombiniert werden können, um eine bestimmte Temperatur in der Walze einzustellen. Die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels kann in einer konstanten Tiefe unterhalb der Walzenoberfläche in die Walze eingebettet sein, um die Walzenoberfläche gleichmäßig zu erwärmen. Beispielsweise kann die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels auf der Mittelachse der Walze oder in einem Hohlraum, der die Mittelachse der Walze umgibt, angeordnet sein.

Die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels kann mehrere Heizelemente aufweisen. Die Heizelemente können mit einer elektrischen Isolierung ummantelt sein, um sicherzustellen, dass der elektrische Strom innerhalb des Heizelements bleibt und nicht durch die Walze geleitet wird. Die elektrische Isolierung kann elektrisch isolierend und wärmeleitend sein. Die elektrische Isolierung kann Keramiken wie Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Steatit (Magnesiumsilikatmineral), Cordierit (ein Mineral, das Eisen, Magnesium, Aluminium und Silizium enthält, aber kein Eisen in synthetischer Form) und Polymere aufweisen. Bei Verwendung eines Polymers kann dieses eine wärmeleitende, aber elektrisch isolierende Komponente enthalten, wie Aluminiumoxid oder Bornitrid. Da die Walze während des Betriebs eine gleichmäßige zyklische Biegung durchlaufen kann, kann die Isolierung flexibel sein, wie z. B. eine Glasfaser oder ein Polymer, oder sie kann weggelassen werden, wie es bei induktiven Heizelementen möglich ist.

Der Walzenkern kann hohl sein und ein Gas enthalten, wie z. B. Luft. Das elektrische Heizelement kann innerhalb des Kerns angeordnet sein. Der Kern kann eine Öffnung aufweisen, die die Zirkulation eines Gases oder Fluids zur Steuerung der Temperatur der Walze ermöglicht.

Das Heizelement kann elektrisch mit einer Stromquelle außerhalb der Walze verbunden sein. Beispielsweise kann die Strom-Schnittstelle aus elektrischen Kontakten an beiden Enden der Walze bestehen. Alternativ weist die Walze nur an einem ihrer Enden einen elektrischen Kontakt auf.

Die Walze kann außerdem einen oder mehrere Luftkühlkanäle umfassen. Die Kühlkanäle können sich durch den Walzenkern erstrecken. Die Kanäle können passiv oder aktiv mit einem Kühlgas oder einer Kühlflüssigkeit wie Druckluft, Stickstoff oder anderen Substanzen gekühlt werden, wobei ein System außerhalb der Walze verwendet werden kann. Die Kühlkanäle können durch eine aktive Komponente wie einen Ventilator, ein Gebläse, eine Pumpe oder einen Kompressor mit dem Kühlmedium gespeist werden. Das Kühlmedium kann während des Betriebs zirkulieren, um eine zusätzliche Steuermöglichkeit über die Temperatur der Walze zu erhalten. Das Kühlgas kann bei Umgebungstemperatur (z.B. ca. 18°C bis ca. 24°C, oder ca. 20°C), höher als die Umgebungstemperatur oder niedriger als die Umgebungstemperatur bereitgestellt werden.

Die Walze kann außerdem einen oder mehrere Sensoren zur Temperaturmessung umfassen. Der Temperatursensor kann ein Widerstandstemperatursensor sein. Beispielsweise kann ein einzelner Temperatursensor entweder zentral in der Walze oder näher an der Betriebsfläche, das heißt, der Walzenoberfläche, der Walze angebracht sein. Es ist ferner möglich, dass der oder die Temperatursensoren außerhalb der Walze angebracht sind und die von der Walze abgestrahlte Temperatur messen.

Das Heizelement, die aktiven Kühlelemente und/oder die Temperatursensoren können in einen Steuer- oder Regelkreis außerhalb der Walze integriert sein. Der Steuer- oder Regelkreis kann einen oder mehrere Prozessoren, Speichermedien zum Speichern von Daten und Programmieranweisungen/Konfigurationen sowie Kommunikationsschnittstellen umfassen. Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels mehrere in Axialrichtung der Walze voneinander segmentierte Temperierzonen bereitstellt, wobei in den einzelnen Temperierzonen individuelle Temperaturen einstellbar sind.

Über die einzelnen Temperierzonen ist es möglich den Außendurchmesser der Walze an verschiedenen Stellen über die Breite der Walze zu variieren, um dadurch über die gesamte Breite des Walzenspalts in Reaktion auf örtlich unterschiedliche Betriebsparameter eine möglichst gleichmäßig dicke Elektrode herstellen zu können. Jede Temperierzone kann ein oder mehrere Heizelemente aufweisen, die sich nicht mit anderen Zonen überschneiden. Jedes Heizelement kann eine separate Stromversorgung aufweisen. Beispielsweise kann die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels eine Mehrzahl axial benachbarter Induktoren aufweisen, welche im Walzenkern aufgenommen sind. Jeder Induktor kann einen separaten elektrischen Anschluss bzw. eine separate Spannungsversorgung aufweisen. Ferner kann jedem Induktor ein separater Temperatursensor zugeordnet sein, um die Temperatur jeweils örtlich abzugreifen. Die Daten der Temperatursensoren können mittels eines Datenkabels an einer Stirnseite an eine übergeordnete Steuereinrichtung übermittelt werden.

Es kann vorgesehen sein, dass der Walzenkern eine Axialbohrung aufweist, in welcher das zumindest eine Heiz- und/oder Kühlelement aufgenommen ist.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels eine in die Axialbohrung des Walzenkerns aufgenommener Temperaturstrahler ist.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Walzenkern als Fluidkanäle ausgebildete Funktionsbohrungen aufweist, welche zumindest abschnittsweise auf der äußeren Oberfläche des Walzenkerns verlaufen. Die Erfindung betrifft ferner eine Walzenanordnung zur Verwendung in einem Trockenbeschichtungsverfahren zur Herstellung von Elektroden, welche zwei einen Walzenspalt zwischen sich ausbildende Walzen aufweist, von denen zumindest eine Walze als Walze nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist, welche ferner zum Erfassen der Dicke der im Walzenspalt erzeugten Elektrode an zumindest zwei orthogonal zur Förderrichtung der Elektrode voneinander beabstandete Erfassungseinrichtungen aufweist, wobei die Walzenanordnung ferner eine Steuereinrichtung aufweist, welche zum Abgleichen der zumindest zwei erfassten Ist- Dicken mit einer Soll-Dicke ausgebildet ist und bei Feststellung einer Abweichung einer der Ist-Dicken von der Soll-Dicke die der jeweiligen Erfassungseinrichtung zugeordnete Temperierzone durch die Steuereinrichtung so angesteuert ist, dass die jeweilige Ist- Dicke der Soll-Dicke angenähert wird.

Es kann vorgesehen sein, dass jeder Temperierzone zumindest eine jeweilige Erfassungseinrichtung zugeordnet ist. Die Erfassungseinrichtung kann ein Sensor zum Erfassen der Elektrodendicke sein. Die über die Breite des Walzenspalts regelmäßig beabstandeten Sensoren zur Dickenmessung der erzeugten Elektrode können Teil einer Regelung sein, welche die einzelnen Temperierzonen in Reaktion auf die einzelnen in den unterschiedlichen Temperierzonen erfassten Dickenmesswerte ansteuert, um so die erzeugte Elektrodendicke stetig einem Soll-Wert anzunähern. Die Erfassungseinrichtung kann ferner ein Temperatursensor sein, welcher die jeweilige Temperatur in den jeweiligen Temperierzonen erfasst. Es kann vorgesehen sein, dass die erzeugten Elektrodendicken in Abhängigkeit der Temperatur bekannt sind, so dass bei Erfassung einer Temperatur in einer Temperierzone die Dicke der in diesem Bereich erzeugten Elektrode bekannt ist bzw. von der erfassten Temperatur abgeleitet werden kann.

Mittels der Temperierzonen ist es möglich, die Temperaturdehnung im Walzenkörper so zu steuern, dass der Walzenspalt zwischen den beiden Walzen möglichst gleichmäßig über die gesamte Walzenbreite einstellbar ist, bzw., dass eine Bombage vermieden oder korrigiert wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode, aufweisend die Schritte: Kontaktieren eines Elektroden-Vorläufermaterials mit einer Walze, wobei die Walze aufweist: einen Walzenkern bestehend aus einem Kernmaterial; einen Walzenmantel bestehend aus einem Mantelmaterial, wobei der Walzenmantel den Walzenkern zumindest abschnittsweise umgibt; wobei das Walzenmaterial eine größere Härte als das Kernmaterial aufweist; und wobei der Walzenkern eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des Walzenmantels aufweist.

Dabei kann die Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels mehrere in Axialrichtung der Walze voneinander segmentierte Temperierzonen aufweisen, wobei in den einzelnen Temperierzonen individuelle Temperaturen einstellbar sind, wobei das Verfahren ferner den Schritt aufweisen kann:

Einstellen der Temperatur in zumindest einer Temperierzone unabhängig von den anderen Temperierzonen.

Die Erfidnung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode, aufweisend die Schritte: mittels einer Walzenanordnung, welche zwei einen Walzenspalt zwischen sich ausbildende Walzen sowie zumindest zwei Erfassungseinrichtungen zum Erfassen einer Dicke aufweist:

Inkontaktbringen eines Elektrodenvorläufermaterials mit der Walzenanordnung; Erfassen der Dicke einer in dem Walzenspalt gebildeten Elektrode mit zumindest einer der Erfassungseinrichtungen;

Und Anpassen der Temperatur zumindest einer der Walzen anhand der erfassten Elektrodendicke.

Außerdem betrifft die Erfindung ein elektrochemisches Laminat mit mindestens einer Elektrodenschicht, die durch Kalandrieren eines Elektrodenvorläufermaterials mit einer Walze gebildet wird, die Folgendes aufweist: einen Walzenkern, der aus einem Kernmaterial besteht; einen Walzenmantel, der aus einem Mantelmaterial besteht, wobei der Walzenmantel den Walzenkern zumindest abschnittsweise umgibt; wobei das Mantelmaterial eine größere Härte aufweist als das Kernmaterial; und wobei der Walzenkern eine Vorrichtung zum Temperieren des Walzenmantels aufweist.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigt:

Fig. i eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze im Halbschnitt;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze;

Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze;

Fig. 5 eine Detailansicht einer Ausführungsform einer Temperierzone der erfindungsgemäßen Walze.

Figur i zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze 1, welche in einem Trockenbeschichtungsverfahren zur Herstellung von Elektroden verwendbar ist. Die Walze 1 weist einen Walzenkörper auf, der durch einen Walzenkern 3 und einen Walzenmantel 4 gebildet wird. Der Walzenkern 3 besteht im Wesentlichen aus einem weichen Kernmaterial. Der Walzenkern 3 wird umgeben von dem Walzenmantel 4, welcher im Wesentlichen aus einem Mantelmaterial besteht. Im Walzenkern ist eine Axialbohrung 8 vorgesehen, welche einen Hohlraum im Walzenkern 3 definiert. In der Axialbohrung ist eine Einrichtung 5 zum Temperieren des Walzenmantels 4 aufgenommen. Die Einrichtung 5 zum Temperieren des Walzenmantels 4 weist mehrere in Axialrichtung X der Walze 1 voneinander segmentierte Temperierzonen 6 auf, wobei in den einzelnen Temperierzonen 6 individuelle Temperaturen einstellbar sind. In der gezeigten Ausführungsform weist die Einrichtung 5 zum Temperieren des Walzenmantels 4 insgesamt zwölf Temperierzonen 6 auf, wobei jede Temperierzone 6 durch einen separaten Induktor 9 gebildet ist. Alle Induktoren 9 weisen dieselbe Abmessung auf und sind jeweils um denselben Abstand voneinander beabstandet. Ferner weist jeder Induktor 9 einen separaten Spannungsanschluss 20 auf, außerdem ist jedem Induktor ein separater Temperatursensor 15 zugeordnet. Die erfassten Temperaturdaten werden über ein Datenkabel 23 an eine übergeordnete Steuereinheit übermittelt, welche die erhaltenen Ist-Werte mit jeweiligen Soll-Werten abgleicht und infolgedessen die Stromzufuhr zu den einzelnen Induktoren 9 reguliert. Dadurch ist es möglich, in jeder Temperierzone 6 eine individuelle Temperatur einzustellen. Bei Erhöhung der Temperatur dehnt sich das Material des Walzenkerns 3 und des Walzenmantels 4 aus, so dass entsprechend auch der Außendurchmesser der Walze 1 vergrößert wird und infolgedessen der Walzenspalt zwischen den zwei Walzen 1, zwischen welchen das Elektrodenmaterial hindurchgeführt wird, verkleinert wird. Durch das Bereitstellen mehrerer individuell ansteuerbarer Temperierzonen 6 ist es daher möglich, den Außendurchmesser der Walze 1 und entsprechend den Walzenspalt über die Gesamtbreite des Walzenspalts hinweg abschnittsweise in den einzelnen Temperierzonen 6 individuell zu beeinflussen. Die Induktoren 9 sind regelmäßig voneinander beabstandet montiert auf einer Trägerachse 18, welche in der Axialbohrung 8 der Walze 1 aufgenommen ist. Die Trägerachse 18 ist über Pendelrollenlager 24 in der Axialbohrung 8 gelagert, so dass die Trägerachse 18 mitsamt den darauf montierten Induktoren 9 gegenüber dem Walzenkörper rotierbar sind. Im Betrieb rotieren der Walzenkörper, das heißt der Walzenkern 3 mitsamt dem diesen umgebenden Walzenmantel 4 um die stillstehende Trägerachse 18 mit den darauf montierten Induktoren 9. Die Trägerachse 18 selbst weist ebenfalls eine Axialbohrung auf, welche zum Durchleiten von Kühlluft dient, um die Induktoren 9 bzw. deren elektrische Anschlüsse 20 gegen Überhitzung zu schützen. An einer Stirnseite der Walze 1 weist die Trägerachse 18 dazu einen Druckluftanschluss 22 auf, um die Axialbohrung der Trägerachse 18 mit Kühlluft zu speisen. Am gegenüberliegenden Ende weist der Kühlluftkanal radiale Bohrungen auf, welche als Luftaustritt 19 für die Druckluft dienen. Axial gegenüberliegend an den Walzenkörper schließen sich Lagerstellen 14 an, über welche die Walze 1 gelagert wird. Darüber hinaus ragt jeweils ein Zapfen 17. Auf einem der Zapfen 17, in der gezeigten Darstellung rechts im Bild ist ferner ein Schleifring 21 montiert, welcher eine elektrische Leistungsoder Signalübertragung zwischen den gegeneinander rotierenden Bauteilen gewährleistet. An den Schleifring angeschlossen sind zum einen Datenkabel 23 für die Signalübertragung zwischen den Temperatursensoren und der Steuereinheit und zum anderen ein Stromanschluss 25 für die Verbindung zwischen der Steuereinheit und den einzelnen Induktoren 9. Im Walzenkern 3 sind ferner Kühlbohrungen 16 eingebracht, welche im Bereich des Walzenkörpers im Wesentlichen parallel zur Walzenachse X verlaufen. Im Bereich der Lagerstellen 14 verlaufen die Kühlbohrungen 16 in einem geringeren Abstand zur Walzenachse X. Zwischen den Kühlbohrungen 16 des Walzenkerns 3 und den Kühlbohrungen 16 der Lagerstellen 14 sind schräg verlaufende Verbindungskanäle vorgesehen, welche die Kühlbohrungen 16 des Walzenkerns 3 mit den Kühlbohrungen 16 der Lagerstellen 14 verbinden.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze aus Figur 1 im Halbschnitt. An den äußeren Enden der Walze 1 weist diese jeweils Zapfen 17 auf, welche sich jeweils an Lagerstellen 14 anschließen, die den Walzenkörper unmittelbar benachbarn. Am im Bild gezeigten unteren Zapfen 17 ist ein Schleifring 21 montiert, an welchem Leitungen für die Übertragung elektrischer Leistung bzw. für die Signalübertragung angeschlossen sind. Zu erkennen ist ferner die sich durch den Walzenkörper erstreckende Trägerachse 18, auf welcher die zwölf Induktoren 9 montiert sind. Es ist zu erkennen, dass die Induktoren 9 die Trägerachse 18 jeweils ringförmig umschließen. Die Trägerachse 18 erstreckt sich auf der Seite der Walze 1, welche den Schleifring 21 aufweist, bis hin zur Stirnseite und ragt aus dem Zapfen 17 heraus. An dieser Stelle befindet sich der Luftanschluss 22 zum Speisen der für die Luftführung vorgesehenen Axialbohrung der Trägerachse 18 mit Kühlluft zum Kühlen der Induktoren 9. Es ist ferner zu erkennen, dass die Lagerstellen 24 der Trägerachse 18 in Axialrichtung X jeweils zwischen dem Walzenkörper und den Lagerstellen 14 angeordnet sind. Es ist ferner zu sehen, dass die Trägerachse 18 in unmittelbarer Nähe zur Lagerstelle 24 der Trägerachse 18 mehrere Luftauslässe 19 aufweist, welche radial in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind. Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze 1. Diese weist im Wesentlichen einen Walzenkörper auf, welcher aus einem Walzenkern 3 und einem Walzenmantel 4 besteht, wobei der Walzenmantel aus einem härteren Material als der Walzenkern 3 besteht. Der Walzenmantel 4 stellt die Walzenoberfläche bereit, welche zur Erzeugung der Elektroden im Walzenspalt dient. An den Walzenkörper schließen sich axial jeweils Lagerstellen 14 an, über welche die Walze 1 rotatorisch gelagert werden kann. An eine der Lagerstellen 14 schließt sich ein Zapfen 17 an, über welche die Walze 1 antreibbar ist. An die andere Lagerstelle 14 schließt sich ein Schleifring 21 an, in welchen Anschlüsse für die Leistungs- und Signalübertragung münden. Zum einen mündet ein Datenkabel 23 in den Schleifring, wobei das Datenkabel 23 an ein Steuergerät angeschlossen wird. Zum anderen mündet ein Stromkabel 25 in den Schleifring, über welches die Induktoren 9 im Innern des Walzenkörpers individuell mit Strom versorgt werden können.

Figur 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Walze 1 zur Verwendung in einem Trockenbeschichtungsverfahren zur Herstellung von Elektroden 2. Diese umfasst im Wesentlichen zum einen einen Walzenkern 3 bestehend aus einem Kernmaterial, wobei das Kernmaterial ein leicht zerspanbarer Stahl ist. Der Stahl des Kernmaterials kann beispielsweise ein Vergütungsstahl sein, wie besipeisleweise 42CrMo4, oder auch ein Einsatzstahl. Zum anderen umfasst die Walze 1 einen Walzenmantel 4, welcher den Walzenkern 3 ringförmig umgibt. Der Walzenmantel 4 besteht aus einem Mantelmaterial, welches eine größere Härte aufweist als das Kernmaterial. Die Härte des Walzenmantels 4 beträgt zumindest 53 HRC (Härte nach Rockwell, Skala C), bevorzugt zumindest 57 HRC, besonders bevorzugt zumindest 62 HRC. Beispielsweise kann der Walzenmantel 4 aus einem härtbaren Stahl bestehen, wie beispielsweise einem Kaltarbeitsstahl. Der Walzenmantel ist an seiner Oberfläche bis in eine Tiefe von zumindest 5 mm durchgehärtet. In der gezeigten Ausführungsform sind der Walzenmantel 4 und der Walzenkern 3 als separate Bauteile ausgeführt und der rohrförmige Walzenmantel 4 kraftschlüssig auf dem Walzenkern 3 befestigt. Der Walzenmantel 4 ist durch Aufschrumpfen des Walzenmantels 4 und/oder durch Kaltdehnen des Walzenkerns 3 auf dem Walzenkern 3 fixiert. Dabei weist der Walzenmantel 4 eine Wandungsdicke D von zumindest 10 mm, bevorzugt zumindest 15 mm, besonders bevorzugt zumindest 20 mm auf. Vorzugsweise ist der Walzenmantel 4 über den gesamten Rohrwandungsquerschnitt durchgehärtet.

Fig. 5 zeigt eine Detailansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze 1 im Halbschnitt. Diese zeigt insbesondere einen Schnitt durch den Induktor 9 sowie die Trägerachse 18 und deren Lagerung 24. Es ist zu erkennen, dass die Kupferspulen bzw. Induktoren 9 eine Mehrzahl Kupferdrähte aufweist. Dabei kann die Anzahl und die Dicke der Kupferdrähte je Induktor so festgelegt werden, dass die für die Regulierung des Walzenspalts notwendige Heizleistung erzielbar ist. Jeder Induktor 9 weist einen eigenen elektrischen Anschluss 20 auf, sodass jeder Induktor 9 eine eigene Spannungsversorgung hat und über die daraus resultierenden unterschiedlichen Temperierzonen 6 die Auslenkung der Walze 1 gesteuert werden kann. Zwischen den Induktoren ist jeweils ein kleiner Abstand vorgesehen. Es ist zu erkennen, dass die in der Axialbohrung 8 der Walze 1 aufgenommene Trägerachse 18 über ein Pendelrollenlager 24 gegenüber der Walze 1 gelagert ist. Der in der Trägerachse 18 ausgebildete Luftkanal weist mehrere sich radial von dem Luftkanal wegerstreckende Luftaustritte 19 auf, welche in den Innenraum der Walze 1 münden, in welchem die Induktoren 9 aufgenommen sind. Die Luftaustritte 19 dienen zum Kühlen dieses Innenraums.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Figuren sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

Walze

Elektrode

Walzenkern

Walzenmantel

Einrichtung zum Temperieren des Walzenmantels

Temperierzone

Heiz- oder Kühlelement

Axialbohrung

Induktor

Fluidkanäle

Walzenanordnung

Walzenspalt

Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Dicke der Elektrode

Lagerstelle

Temperatursensor

Kühlbohrung

Zapfen

Trägerachse

Luftaustritt elektrischer Anschluss

Schleifring

Luftanschluss

Datenkabel

Pendelrollenlager

Stromkabel

Luftkanal