Brevet FR2357075A1 — publié le 19780127

L'invention a trait à des procédés d'enroulement de rouleaux bobinés en spirale à partir d'un matériau en bande allongée, en particulier, à partir d'assemblages de bandes; elle concerne également un appareil de mise en oeuvre de ces procédés. L'invention est le résultat dtune recherche concernant la fabrication de rouleaux bobinés en spirale, formant les électrodes avec séparateur intercalaire pour piles électriques scellées acides au plomb. L'invention est toutefois applicable aux piles électriques alcalines et son application ntest pas limitée à de tels dispositifs; elle est, d'une façon générale, applicable à la fabrication de rouleaux bobinés en spirale à partir de matériaux en bande ou de toute autre composition. Lorsqu'on enroule des rouleaux pour les piles acides au plomb, il est souhaitable que le noyau sur lequel le rouleau est formé soit le plus faible possible en diamètre. On a remarqué que, si un mandrin fendu est utilisé pour maintenir l'extrémité de l'assemblage de bandes, le poids de cet assemblage provoque la déformation du mandrin lorsque les bandes de plomb sont enroulées. L'invention a pour objectif de résoudre ces problèmes. Conformément à l'invention, pour enrouler en spirale un rouleau multicouches sur plusieurs tours, on amène une extrémi- té du matériau en bande que lton désire enrouler en contact avec un mandrin rotatif qui peut entre rond ou de toute autre section transversale, par exemple carré avec des bords arrondis de préférence, ce mandrin étant de faible diamètre ou ayant des dimensions transversales faibles et étant maintenu en une position fixe; on applique une pression à la surface de la bande qui n'est pas en contact avec la surface du mandrin de façon à maintenir ltextrémité de cette bande en contact avec le mandrin; on entralne la bande autour du mandrin sur au moins 90 7 par exemple sur au moins 120 , de préférence sur au moins 180 , et on maintient la pression sur la bande de façon à la plaquer sur le mandrin sur la totalité du trajet faisant au moins 90 ;; on poursuit le mouvement de rotation de la bande autour de l'axe du mandrin tout en appliquant une pression plaquant la bande sur le mandrin sur la totalité du trajet faisant au moins 90 , jusqu'à ce que la bande soit complètement enroulée en forme de rouleau cylindrique; de manière souhaitable, on amène ensuite un adhésif ou un ruban auto-adhésif ou élément de fixation à la surface du rouleau cylindrique et on applique une pression sur le ruban de façon à le maintenir contre la surface du rouleau; et on fait tourner le rouleau sur plus de 360 , de sorte que le ruban entoure le rouleau au moins une fois et que le rouleau ne peut pas se dérouler. Lorsqu'on utilise un ruban adhésif, la surface adhésive est, de préférence, juxtaposée à la surface du rouleau . Selon une variante, on peut amener directement le rouleau formé depuis la tette d'enroulement jusque dans son enveloppe, ce qui évite de devoir le maintenir avec un ruban. Selon une version recommandée, le matériau en bande est maintenu sous tension en cours d'enroulement. I1 est souhaitable que la pression appliquée sur le tra iet d'au moins 900 soit maintenue constante ou à plus u̲ moins 50% de sa valeur initiale au cours de l'opération d'enroulement. I1 est souhaitable lorsque le rouleau est fixé, outil soit transféré sur un mandrin de transfert, ce qui libère le mandrin d'enroulement pour une autre opération d'enroulement. L'invention concerne également un appareil de mise en oeuvre du procédé décrit. Conformément à l'invention, un appareil pour fabriquer des rouleaux bobinés en spirale, à partir d'un matériau en bande allongée, comporte des moyens de montage, une courroie de convoyage sans fin montée pour un mouvement linéaire sur les moyens de montage, des moyens de mise en position de courroie pour former une partie rentrante dans la courroie et des moyens d'entraînement pour entraîner la courroie sans fin;; ltemplace- ment des moyens de montage et les moyens de mise en position de courroie sont tels que la courroie est entraînée, depuis une position de départ sur un côté d'un axe d'enroulement transver sal à la courroie, en dessous, en arrière et au dessus de cet axe d'enroulement pour revenir vers le côté de l'axe où se trou~ ve la position de départ, puis selon un trajet la ramenant vers cette position de départ; les moyens de montage sont tels qu'à mesure que le rouleau est formé autour de l'axe d'enroulement et s'accroft en diamètre, la position de la courroie est automatiquement modifiée pour s'adapter à cet accroissement de diamètre. L'axe d'enroulement est de préférence défini par l'axe d'un mandrin monté pour tourner avec son axe longitudinal selon l'axe d'enroulement. Le mandrin agit à titre de moyens de mise en position de courroie. Selon une variante, les moyens de mise en position de courroie comportent deux ergots se prolongeant intérieurement à partir des côtés de la courroie, lesquels sont disposés sur 1' e d'enroulement de façon à maintenir la courroie essentiellement selon la configuration rentrante souhaitée. Les ergots toutefois présentent un intervalle entre leurs extrémités et c'est dans cet intervalle que ltenroulement prend place selon cette variante. Un noyau de plastique peut entre disposé dans l'intervalle pour amorcer l'enroulement, ou ltextrémité de la bande peut aisément être amenée directement dans l'intervalle avec, si possible son extrémité repliée sur elle-même sur une courte distance. Lorsque le rouleau est formé et fixé, le sens du mouvement de la courroie peut être inversé pour éjecter le rouleau contenant le noyau de plastique. Selon une autre variante on utilise un noyau de plastique entièrement "flottant"; ce noyau est inséré et l'intervalle entre deux galets avant est maintenu constant, tout juste plus petit que le diamètre du noyau de plastique, pendant la totalité de l'opération d'enroulement. La partie rentrante de la courroie augmente en longueur au cours de l'opération d'enroulement pour s'adapter au diamètre croissant du rouleau en cours de formation, le matériau de courroie étant tiré par attraction vers l'intérieur des galets avant, le rouleau tombant sur un convoyeur. Le principe d'avoir deux galets avant fixes peut également être utilisé avec le mandrin, le mandrin étant mobile vers l'arrière, depuis les galets avant vers un galet de tension de courroie, au cours de l'enroulement; par exemple, le mandrin peut être monté dans une fente. L'éjection peut se faire à l'aide d'un mandrin de transfert lorsque le rouleau est fixé par un ruban, ou ce dernier peut être dirigé directement dans son enveloppe. Dans tous les cas, le serrage de l'enroulement est assuré par modification de la tension de courroie. La courroie est de préférence pourvue de moyens de tension. L'arrangement est de préférence tel que le mandrin ou les moyens de montage, ou les deux, peuvent être repoussés de façon à libérer le rouleau, sur le mandrin de la courroie, et à faciliter le transfert du rouleau formé vers le poste suivant de la channe de fabrication. La courroie est de préférence supportée par trois galets; deux d'entre eux sont disposés sur un côté de l'axe d'enroulement et le troisième est disposé sur l'autre côté de l'axe d'enroulement. La courroie passe autour des deux premiers galets qui constituent les galets avant et sont disposés en dessous et au dessus de cet axe d'enroulement; elle passe ensuite autour de la partie arrière de l'axe d'enroulement.Le troisième galet ou galet arrière est de préférence ajustable en position; il est par exemple monté dans une fente dont l'axe longitudinal est confondu avec le prolongement d'un rayon issu de l'axe d'entrainement, de sorte que, pour mettre la courroie sous tension, dews ressorts par exemple ou des moyens pneumatiques ou hydrauliques appropriés peuvent repousser le galet arrière en l'éloignant de l'axe d'enroulement. Les galets avant sont de préférence montés pour un mouvement de va-et-vient par rapport à l'axe d'enroulement; ils sont par exemple montés pour que ce mouvement se fasse selon des-fentes dont les axes longitudinaux sont dirigés vers l'a- xe d'enroulement et sont, de préférence, confondus avec des prolongements de rayons du mandrin d'enroulement. Des moyens sont prévus pour repousser les galets avant vers l'axe d'enroulement de telle sorte que la pression exercée soit maintenue à l'intérieur de limites, ou même maintenue pratiquement constante pendant toute l'opération d'enroulement. S'il s'agit d'un dispositif utilisant un mandrin, ce dernier est de préférence mobile axialement de façon qu'il puisse être retiré du rouleau formé qui peut alors être transféré vers le poste suivant de la chaîne de fabrication. Selon uredisposition recommandée, on utilise un mandrin de transfert, des moyens étant prévus pour retirer le mandrin d'enroulement et, de préférence simultanément, introduire le mandrin de transfert dans le trou laissé libre par le mandrin d'enroulement. Si on le souhaite, la bande composite peut avoir une largeur double et présenter des pattes de prise de courant sur chacun de ses côtés, et le rouleau forme peut être transféré vers un poste de découpage ou il est coupé pour former deux rouleaux. Selon une modification apportée à la variante mentionnée ci-dessus, le noyau de plastique est pourvu d'évidements d'extrémité, et les ergots, pourvus de dents correspondant à ces évidements peuvent alors y être insérés et en être retirés, venant ainsi en engagement avec les extrémités du noyau de plastique.Le processus d'enroulement comporte alors l'amenée d'un noyau dans la partie rentrante de la courroie, ltengagement de ce noyau avec les ergots, l'amenée de la bande composite, l'enroulement de cette bande, le désengagement de la courroie des ergots, et le retrait des ergots vers l'extérieur pour que le rouleau tombe sur un convoyeur. I1 est souhai-table que des moyens d'amenée soient prévus pour qu'un nouveau noyau de plastique soit amené vers les ergots. La courroie est alors repoussée pour venir en engagement avec les ergots, ou inversement, et une autre opération d'enroulement est amorcée. L'invention peut être mise en oeuvre de différentes faucons7 mais un seul exemple de réalisation sera maintenant décrit, à titre illustratif, en se référant à la fabrication d'un rouleau d'électrodes avec séparateur pour piles scellées acides au plomb et en se reportant aux dessins annexés qui représentent : - figure 1, une vue latérale en élévation d'une version de machine à enrouler conforme à l'invention, laquelle utilise un mandrin rotatif fixe, - figure 2, une vue du dessus de la version de ùachine représentée figure 1. La machine d'enroulement représentée figures 1 et 2 comporte deux flasques latéraux 10 et 11 maintenus écartés au moyen de quatre boulons 12. Deux galets avant 13 et 14 et un galet arrière 15 sont montés transversalement aux flasques et entre ces flasques. Le galet avant supérieur est associé avec un dispositif d'entraSnement à vitesse variable 16. Entre les galets avant, juste derrière ces derniers, se trouve un mandrin cylindrique de petit diamètre 17 disposé sur l'axe d'enroulement entre les flasques lateraux et monté amovible par rapport à ces derniers. Le mandrin est libre en rotation, son diamètre est de S à 15 mm, et sa surface est lé- gèrement rugueuse; il peut s'agir par exemple de stries espacées de 0,1 à 1 mm (par exemple 0,5 mm), de 0,001 à 0,1 mm de hauteur (par exemple 0,01 mm) et de 0,1 à 1 mm do large (psr exemple 0R5 mm). Les galets avant sont disposés symétriquement an dessus et en dessous de l'axe du mandrin et sont montés dans des fentes aux extrémités arrondies 19 et 20 dont les axes longitudinaux sont disposés selon des rayons de ce mandrin. L'angle entre les axes Zongitudinaux des fentes 19 et 20 est a'environ 150 , il peut être défini plus largement entre 100 et 170 . I1 est souhaitable que les axes des galets 13 et 14, lors- que ces derniers se trouvent vers les extrémités intérieures des fentes 19 et 20, se trouvent à au moins deux fois le rayon du mandrin en avant de l'axe de ce dernier (par exemple 2 à 5 fois, ou 3 à 4 fois le rayon). Une courroie souple résistante, mais relativement raide, 25, faite par exemple en caoutchouc renforcé, est supportée par les galets 13, 14 et 15 et passe autour de la partie arrière du mandrin 17. De préférence, la face de la courroie qui se trouve du côté du mandrin présente une surface douce, mais légèrement indentee, les indentations étant espacées de 0,5 à 1 mm et ayant une profondeur de 0,01 à 0,1 mm, par exemple. La courroie est tendue à l'aide du galet arrière qui est monté dans une longue fente horizontale 26 également disposée selon un rayon du mandrin 17. A chaque extrémité du galet 15, est monté un faible ressort 27 entre l'axe 28 de ce galet et des ergots de tension 29 portés par des plaques de tension 30, lesquelles sont soudées sur les faces exterieu- res des flasques latéraux 10 et 11. Les galets 13 et 14 sont, de préférence mis sous tension à l'aide de faibles et longs ressorts, analogues au ressort 27, qui sont montés de façon à repousser les galets vers l'intérieur, vers les extrémités intérieures des fentes 19 et 20, afin de maintenir ces galets en pression contre le rouLeau en cours d'enroulement autour du mandrin, sans toutefois provoquer une trop grande augmentation de pression au cours de l'enroulement. En variante, on peut, au lieu de ressorts, monter des systèmes pneumatiques ou hydrauliques, ce qui permet de maintenir une pression constante contre le rouleau au cours de l'enroulement. L'appareil peut être utilisé pour enrouler un rouleau d'électrod~ à partir d'un assemblage se composant d'une bande négative en plomb pur maillé déployé empâtée d'un matériau actif négatif, recouverte d'un séparateur en fibres de verre à brins courts, et d'une bande positive en plomb pur maillé déployé empotée d'un matériau actif positif; l'épaisseur totale des bandes emp tées est de 1 à 1,5 mm, celle du séparateur est de 0,5 à 1 mm. Les bandes d'électrodes pour une forme de cellule ont une largeur de 3 cm environ et une longueur d'approximativement 30 cm. Elles comportent des pattes de prise de courant disposées en ordre logarithmique le long d'un de leurs cotés, ces pattes étant plus près les unes des autres vers ltextrémité par laquelle ltenroulement est démarré.L'ensemble est nené par une courroie de convoyeur, sur la courroie 25 au dessus du galet 14 et sous le mandrin, la courroie 25 étant convoyée en remontant autour du galet 14, en passant par derrière le mandrin 17, en remontant autour du galet 13, en passant autour du galet 15 et en revenant vers le galet 14. Le convoyeur comporte, de pré- férence, des Joues latérales pour assurer un alignement cor rect avec le mandrin 17. L'assemblage de bandes est ainsi saisi entre mandrin et courroie et s'enroule autour du mandrin avec la bande positive à l'intérieur.Les galets 13 et 14 se déplacent dans les fentes à mesure que le diamètre du rouleau ainsi formé s'accroît. Lorsque l'assemblage de bandes a été complètement enroulé pour former un rouleau d'environ 2 à 3 cm de diamètre, une bande de ruban adhésif de longueur égale à 2 à 3 fois le diamètre du rouleau et de largeur égale à 1/4 à 112 de la longueur du rouleau est présentée, dans la même position, avec sa surface adhésive vers le haut, elle permet d'envelopper le rouleau automatiquement et évite son déroulement. Le mandrin 17 peut entre retiré à travers l'un des flasques latéraux jusqu'à ce qu'il soit libéré du rouleau formé. Si le sens du mouvement de la courroie est alors inversé, le rouleau formé est alors automatiquement éjecté entre les galets 13 et 14. Selon une variante recommandée, les flasques sont découpés de façon à présenter vers leur partie avant une ouverture en forme de V dans laquelle le mandrin peut être disposé. Cela permet de repousser l'ensemble à galets et courroie ou de déplacer vers l'avant le mandrin lorsque l'enroulement est commencé. Le mandrin 17 peut entre partiellement retiré pendant qu'un mandrin de transfert (non représenté) est introduit dans l'autre extrémité du rouleau d'électrodes. Le mandrin 17 peut entre complètement retiré et le mandrin de transfert peut entre déplacé dans un plan horizontal ou vertical pour déposer le rouleau sur un mécanisme de convoyage.I1 est souhaitable que ce dernier transporte le rouleau au travers d'un four où il est séché, puis vers un poste de remplissage où les rouleaux sont insérés dans des enveloppes avec couvercles, la quantité nécessaire d'élect olyte étant versée dans les cellules ainsi formées de manière appropriée. Selon une autre variante, un mécanisme d'alimentation sous tension fournit l'assemblage de bandes d'électrode et de séparateur au mécanisme d'enroulement sous une certaine tension qui peut être modifiee à volonté, ltenroulement étant d'autant plus serré que la tension est plus forte. De préférence, le mécanisme comporte une courroie de convoyage montée de façon qu'un mouvement de va-et-vient lui soit imprimé vers et depuis le mandrin, ainsi qu'un galet de verrouillage (non représenté) entraidé à vitesse variable et repoussé vers la courroie de convoyage de manière à exercer lteffort de serrage variable souhaité sur le convoyeur. La courroie a environ 40 cm de long et elle est entrai- née, de manière satisfaisante, à 4 à 5 tours par minute. De plus grandes vitesses sont certainement souhaitables, mais des soins doivent être pris pour éviter une vitesse telle-qu'elle pourrait provoquer la coupure du matériau séparateur ou la rupture des électrodes. Des considérations analogues s'appliquent à la force avec laquelle les galets avant sont repoussés contre le man drin 17. Plus cette force est grande, plus l'enroulement est serré, mais plus grand est le risque de rupture du séparateur. Des tensions aussi faibles que 0,5 à 5 kg environ ou 1 à 2,5 kg, par exemple 1 à 1,5 kg, sur le galet arrière seul, ont conduit à la formation de rouleaux satisfaisantsO Toute disposition tendant à réduire le diamètre effectif des galets à mesure que le diamètre du rouleau s'accroît peut être utilisée confcrmément à l'invention.La pression croissante exercée par le rouleau à mesure que son diamètre staccroit peut être utilisée pour commander et provoquer la variation du diamètre des galets si, par exemple, on utilise un galet élastique ou un galet cylindrique en caoutchouc gonflé par remplissage d'huile, et si ce galet est associé à la vanne d'un ré- servoir, sensible à la pression exercée par le rouleau, et à une pompe permettant le gonflement du galet à partir du réservoir, après chaque opération d'enroulement. Avec une telle disposition, le galet arrière est utilisé comme galet d'entrai- nement. Les bandes d'électrodes et de séparateur peuvent être, soit fournies au convoyeur pré-découpées, soit découpées sur le convoyeur. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'enroulement en spirale d'un rouleau multicouches sur plusieurs tours, caractérisé en ce qu'il consiste à amener une extrémité du matériau en bande que l'on désire enrouler en contact avec un mandrin rotatif, à appliquer une pression sur la surface de la bande qui ntest pas en contact avec la surface du mandrin, de manière à maintenir l'extré- mité de la bande en contact avec ce mandrin, à entraSner la bande autour du mandrin sur au moins 90D et à maintenir la pression sur la bande de façon à la plaquer sur le mandrin sur au moins le trajet de 90 , et à poursuivre le mouvement de rotation de la bande autour de l'axe du mandrin tout en continuant à appliquer la pression sur la totalité du trajet d'au moins 90 , jusqu'à ce que la bande soit complètement enroulée en forme de rouleau cylindrique. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un ruban adhésif ou auto-adhésif ou élément de fixation, lequel est appliqué à la surface du rouleau cylindrique, une pression étant appliquée sur le ruban pour le main~ tenir contre la surface du rouleau, et le rouleau étant rourné sur plus de 360 , de façon que le ruban entoure le rouleau au moins une fois et que le rouleau ne puisse pas se dérouler. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisé en ce que la bande de matériau est maintenue sous tension en cours d'enroulement. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 3, carac- térisé en ce que la pression exercée sur le trajet d'au moins 900 est maintenue à plus ou moins 50% de sa valeur initiale au cours de l'opération d'enroulement. 5 - Procédé selon l'une des revendications 2, 3 et 4, ca racterisé en ce que le rouleau fixé par le ruban adhésif est transféré sur un mandrin de transfert, de façon à libérer le mandrin d'enroulement pour une autre opération d'enroulement. 6 - Appareil de fabrication de rouleaux,bobinés en spirale à partir d'un matériau en bande allongée, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de montage, une courroie de convoyage sans fin montée pour un mouvement linéaire sur les moyens de montage, des moyens de mise en position de courroie pour former une partie rentrante dans la courroie, et des moyens d'entrainement pour entraîner la courroie sans fin, ltemplace- ment des moyens de montage et les moyens de mise en position de courroie étant tels que la courroie est entraînée, depuis une position de départ sur un côté d'un axe d'enroulement transversal à la courroie, en dessous, en arrière et au dessus de cet axe d'enroulement pour revenir vers le côté de l'axe où se trouve la position de départ, puis selon un trajet la ramenant vers cette position de départ, les moyens de montage étant tels qutà mesure que le rouleau est formé autour de l'axe d'enroule- ment et staccroit en diamètre, la position de la courroie est automatiquement modifiée pour s'adapter à cet accroissement de diamètre. 7 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'axe d'enroulement est défini par l'axe d'un mandrin monté pour tourner avec son axe longitudinal selon l'axe d'enroulement, le mandrin agissant également à titre de moyens de mise en position de courroie. 8 - Appareil selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la courroie est pourvue de moyens de tension. 9 - Appareil selon l'une des revendications 6, 7 et 8, caractérisé en ce que la courroie est supportée par au moins trois galets, deux de ces galets étant disposés d'un côté de ltaxe d'enroulement et le troisième étant disposé de l'autre cté de l'axe d'enroulement, la courroie passant autour des deux premiers galets ou galets qui sont disposés en dessus et en dessous du niveau de l'axe d'enroulement, puis autour du troisième galet ou galet arrière. 10 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le galet arrière est monté de façon que sa position soit ajustable et permette de tendre la courroie, des moyens lui étant associés pour le repousser en l'éloignant de l'axe d'enroulement. 11 - Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le galet arrière est monté dans une fente dont l'axe longitudinal est confondu avec le prolongement d'un rayon du mandrin d'enroulement. 12 - Appareil selon l'une des revendications 9, 10 et 11, caractérisé en ce que les galets avant sont montés pour un mouvement de va-et-vient vis à vis de l'axe d'enroulement, des moyens leur étant associés pour les repousser vers cet axe d'enroulement. 13 - Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que les galets avant sont montés mobiles dans des fentes, les axes longitudinaux de ces fentes étant confondus avec les prolongements de rayons du mandrin d'enroulement 14 - Appareil selon l'une des revendications 12 et 13, carac térise en ce que les moyens repoussant les galets avant vers l'axe d'enroulement sont tels que la pression exercée est maintenue à l'intérieur de limites ou pratiquement constants pendant l'opération d'enroulement. 15 - Appareil selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que le mandrin est mobile axialement de faucon à pouvoir entre ôté du rouleau formé, ce qui permet de transférer ce dernier au poste suivant de la chaîne de montage. 16 - Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il prévoit un mandrin de transfert ainsi que des moyens pour aster le mandrin d'enroulement et-insérer le mandrin de transfert dans le trou libéré par le mandrin d'enroulement.