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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzellen-Verbindungsanlage zum Fertigen von Solarzellen-Strings aus einzelnen Solarzellen und elektrisch leitfähigen Streifen mit einer Vorbereitungseinrichtung zum Auflegen von Solarzellen und Streifen, einer Verbindungseinrichtung zum Verbinden von Solarzellen und Streifen und einer Transporteinrichtung zum Transport der Solarzellen und Streifen von der Vorbereitungseinrichtung durch die Verbindungseinrichtung hindurch in einen Endbereich. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Zusammenfügen von Solarzellen und elektrisch leitfähigen Streifen zu einem Solarzellen-String.
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Solarzellen-Verbindungsanlagen sind allgemein bekannt. Sie dienen dazu, einzelne Solarzellen elektrisch miteinander zu verbinden, wobei das Ergebnis eine Reihenschaltung einzelner Solarzellen zu einem sogenannten Solarzellen-String ist. In der Druckschrift
DE 201 12 309 U1 ist bspw. ein solcher Solarzellen-String angegeben. Typischerweise besteht ein Solarzellen-String aus mehreren Solarzellen, die beispielsweise jeweils ein Kontaktgrid aus einzelnen dünnen elektrischen Leitungen besitzen. Die Vorder- und/oder Rückseiten-Kontakte der Solarzellen werden mit elektrisch leitfähigen Streifen verbunden. Diese Streifen können sich über die gesamte Länge einer Solarzelle und über die Länge der nächsten benachbarten Solarzelle erstrecken, wobei die Streifen dann auf die gegenüberliegende Seite (bspw. Unterseite) der Solarzelle gehen. Die Streifen bzw. das Streifenpaar verbindet folglich die Oberseite einer Solarzelle mit der Unterseite der benachbarten Solarzelle. Darüber hinaus gibt es auch Solarzellen, bei denen die Streifen bzw. Verbinder auf den Rückseiten der Solarzellen verlaufen und dadurch Vorläufer- und Nachfolgerzelle entsprechender Polung miteinander verbindet.
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Ferner ist es auch möglich, die Streifen so anzuordnen, dass sie sich in Längsrichtung benachbarter Zellen ineinander geschachtelt erstrecken. Die Streifen verbinden dann Rückseite mit Rückseite von benachbarten Zellen. Da sich die Streifen nur auf der Rückseite der Solarzellen befinden, spricht man in diesen Fällen von Rückseitenkontaktzellen.
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Die vorgenannten Verbindungsarten werden dann für die gesamte Reihe von Solarzellen wiederholt, so dass am Ende ein aus einer Vielzahl von einzelnen Solarzellen aufgebauter Solarzellen-String entsteht, wobei die elektrische Verbindung der einzelnen Solarzellen über die Streifen erfolgt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird mit dem Begriff „Streifen” allgemein ein elektrisch leitfähiger Verbinder bezeichnet, der von einer reinen Streifenform bis zu konturangepassten Geometrien reichen kann.
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Zur Herstellung eines solchen Solarzellen-Strings wurden Solarzellen-Lötvorrichtungen vorgeschlagen, wie bspw. in
DE 102 97 633 T5 offenbart. Bei der dort gezeigten Solarzellen-Aufreihungsmaschine liegen die zu verbindenden Solarzellen auf einer Platte, die mit Hilfe von Schrittmotoren durch die Maschine geführt wird. Auf dieser Platte sind Greifelemente vorgesehen, die die einzelnen Solarzellen greifen und deren Positionen zueinander fixieren. Die zur Verbindung der einzelnen Solarzellen benötigten Streifen werden aufgelegt, ebenfalls an der Solarzelle festgeklemmt und dann durch eine Lötstation gefahren.
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Die Verwendung einer mit einem leeren Rückhub arbeitenden Platte zum Transport des Solarzellen-Strings ist unter anderem im Hinblick auf eine hohe Taktzahl nachteilig. Darüber hinaus ist sie wenig flexibel im Hinblick auf unterschiedliche Solarzellengrößen, Abstände der Solarzellen im String (Spaltmaß) bzw. eine unterschiedliche Anzahl von Solarzellen in einem Solarzellen-String. Ebenso entstehen Nachteile bei den verschiedenen Zonen des Verbindungsprozesses (z. B. Vorwärm-, Löt-, Abkühlzonen), die auf Grund einer hohen Qualität des Verbindungsprozesses spezifische Prozessparameter erfordern und sich ggf. über größere Streckenlängen erstrecken. Des Weiteren ist die Anzahl der zu verbindenden Solarzellen von der Länge der horizontal bewegten Platte abhängig. Beim Zurückfahren der Platte entsteht ein Leerhub, der sich auf die Ausbringung negativ auswirkt.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine SolarzellenVerbindungsanlage zu schaffen, die diese Nachteile nicht mehr besitzt. Insbesondere soll die Solarzellen-Verbindungsanlage flexibel einsetzbar sein, einen höheren Durchsatz ermöglichen und möglichst große räumliche (z. B. „Zonenlängen”) und prozesstechnische Unabhängigkeit von der eingesetzten Verbindungstechnologie (bspw. eines Lötprozesses nach einem Zonen-Durchlaufprinzip) aufweisen.
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Diese Aufgabe wird bei der Eingangs genannten Solarzellen-Verbindungsanlage gemäß dem Hauptanspruch dadurch gelöst, dass die Transporteinrichtung eine sich von der Vorbereitungseinrichtung bis zum Endbereich erstreckende Führungseinheit zum Führen von Werkstückträgern und eine Antriebseinheit zum Transport der Werkstückträger aufweist.
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Das heißt mit anderen Worten, dass die erfindungsgemäße Solarzellen-Verbindungsanlage dazu ausgelegt ist, die Solarzellen eines Solarzellen-Strings mit Hilfe von Werkstückträgern zu transportieren, die in einer Führungseinheit geführt sind.
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Damit kann die Vorrichtung deutlich flexibler gestaltet werden, als dies mit den Lösungen aus dem Stand der Technik möglich wäre. Durch den Einsatz von einzelnen, voneinander getrennten Werkstückträgern, die jeweils eine Solarzelle und die entsprechenden Streifen tragen, kann der Transportprozess individuell angepasst werden. Darüber hinaus ist es möglich, Leerlaufzeiten zu vermeiden, da der Rücktransport der Werkstückträger vom Ende der Solarzellen-Verbindungsanlage zum Anfangsbereich die gesamte Vorrichtung nicht blockiert.
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Ferner lässt der Einsatz von Werkstückträgern unterschiedliche Transportantriebe zu, die bspw. ermöglichen, dass keine Antriebselemente im Wirkungsbereich der Verbindungseinrichtung, bspw. eines Mehrzonen-Tunnel-Lötofens liegen.
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Im Gegensatz zu den früheren technischen Lösungen ermöglicht die vorliegende Erfindung, die Anzahl der einen String bildenden einzelnen Solarzellen einfach zu verändern, da bauliche Veränderungen nicht erforderlich sind. Es muss lediglich die Anzahl der mit Solarzellen bestückten Werkstückträger geändert werden.
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An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass die elektrisch leitfähigen Streifen auch in anderen nicht-streifenförmigen Geometrien ausgeführt sein können.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Solarzellen-Verbindungsanlage weist die Führungseinrichtung zumindest zwei parallel angeordnete Führungsschienen auf, in denen die Werkstückträger geführt sind, wobei die Führungsschienen mit den Werkstückträgern derart zusammenwirken, dass die Werkstückträger nur in einem translatorischen Freiheitsgrad (Transportrichtung) bewegbar sind.
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Diese Art der Führung hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft herausgestellt. Insbesondere kann damit sichergestellt werden, dass die Werkstückträger nicht aus der Transportebene gelangen, was zu einer Beschädigung oder einem Bruch der Produkte, insbesondere der die einzelnen Solarzellen verbindenden Streifen, führen könnte.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Mittel zum Koppeln der Werkstückträger vorgesehen, um zumindest die Werkstückträger, die die Solarzellen eines Solarzellen-Strings tragen, während des Transports von der Vorbereitungseinrichtung durch die Verbindungseinrichtung in einem festen räumlichen Verhältnis zueinander zu halten.
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Das heißt mit anderen Worten, dass die in der Führungseinheit geführten Werkstückträger so zu bewegen sind, dass der Abstand zu den benachbarten Werkstückträgern konstant bleibt. Dies ist wünschenswert, da ansonsten die zwischen den Werkstückträgern verlaufenden Streifen beschädigt werden könnten.
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Das Mittel zum Koppeln der Werkstückträger könnte bspw. ein einfaches Anschlagelement oder ein mechanisches Koppelelement an jedem Werkstückträger sein, das eine feste mechanische Verbindung zu dem benachbarten Werkstückträger bereitstellen kann. Derartige Koppelelemente könnten bspw. hakenförmige Verriegelungselemente sein oder bspw. magnetische Elemente. Selbstverständlich sind auch andere Koppelelemente denkbar. Allerdings müssen diese Koppelelemente lösbar sein, so dass die Kopplung im Endbereich der Solarzellen-Verbindungsanlage wieder gelöst werden kann.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Transporteinrichtung eine im Bereich der Vorbereitungseinrichtung angeordnete Schiebeeinheit auf, die die Werkstückträger taktend um eine Position verschiebt.
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Das heißt mit anderen Worten, dass der Transport der in der Führungseinheit geführten Werkstückträger durch Schieben der entsprechenden Werkstückträger-Reihe erfolgt. Bevorzugt ist im Bereich der Vorbereitungseinrichtung eine Hubeinrichtung vorgesehen, die einen Werkstückträger aus einem Rücktransportbereich in den Transportbereich führt. Es versteht sich jedoch, dass die Werkstückträger auch auf andere Weise, bspw. über eine Querverschiebeeinrichtung statt der Hubeinrichtung, in den Transportbereich gebracht werden können.
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Weiter bevorzugt ist die Schiebeeinheit so ausgebildet, dass sie mit dem von der Hubeinrichtung in den Transportbereich geführten Werkstückträger zusammenwirkt.
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Das heißt mit anderen Worten, dass sich die Schiebeeinheit zum Transport der Werkstückträger nicht über die gesamte Länge der Solarzellen-Verbindungsanlage erstrecken muss, sondern dass der Bewegungsbereich der Schiebeeinheit auf eine Werkstückträgerlänge begrenzt sein kann. Die Schiebeeinheit schiebt den Werkstückträger im Bereich der Hubeinrichtung in die nächste Position, wodurch die anderen Werkstückträger in der Führungseinheit ebenfalls um eine Position verschoben werden. Anschließend fährt die Schiebeeinheit wieder um eine Position zurück, so dass die Hubeinrichtung einen weiteren Werkstückträger in den Transportbereich bringen kann.
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Diese Art des Transports der Werkstückträger durch die Solarzellen-Verbindungsanlage, und insbesondere durch die Verbindungseinrichtung hat den Vorteil, dass insbesondere im Bereich der Verbindungseinrichtung keinerlei Antriebselemente vorgesehen sein müssen. Auf Grund der hohen Wärmeentwicklung ist es gerade in diesem Bereich häufig problematisch, Antriebselemente, wie bspw. Rollen, Motoren, Stangen, Indexierwellen, etc. vorzusehen.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der Schiebeeinheit eine im Endbereich angeordnete Gegendruckeinheit zugeordnet, die den im Endbereich liegenden Werkstückträger mit einer der Transportrichtung entgegengesetzten Kraft beaufschlagt.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass auf Koppelelemente an den Werkstückträgern verzichtet werden kann, da die Gegendruckeinheit dafür sorgt, dass die Werkstückträger in der Führungseinheit in Kontakt zueinander bleiben.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist im Bereich der Vorbereitungseinrichtung eine Halteeinrichtung vorgesehen, die zumindest zu Beginn des Werkstückträgertransports die Solarzelle und/oder die Streifen bezüglich des Werkstückträgers örtlich fixiert. Bevorzugt weist die Halteinrichtung zumindest zwei Saugeinheiten auf, die während der ersten Takte des Werkstückträgertransports jeweils mit einem Werkstückträger zusammenwirken.
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Das heißt mit anderen Worten, dass die lose auf die Werkstückträger aufgelegten Streifen und Solarzellen zumindest zu Beginn des Transports bezüglich des jeweiligen Werkstückträgers örtlich fixiert sind, so dass die gewünschte Position von Solarzellen und Streifen bis zum Verbinden der Bauelemente in der Verbindungseinrichtung gehalten wird. Bevorzugt werden die Saugeinheiten von unten in den Bereich des Werkstückträgers gefahren, um die Streifen und die Solarzellen anzusaugen und damit zu fixieren. Die Saugeinheiten sind dabei so ausgelegt, dass sie beim Transport des Werkstückträgers von einer Position in die nächste Position mitwandern, bis der Werkstückträger die Positionierung komplett übernimmt.
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Bevorzugt weisen die Werkstückträger Klemmelemente auf, die die Streifen während des Transports durch die Verbindungseinrichtung auf die Solarzelle drücken.
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Das heißt mit anderen Worten, dass diese Klemmelemente dann zum Einsatz kommen, sobald die Streifen auf der Oberseite der Solarzelle liegen. Dadurch, dass die Klemmelemente die Streifen auf die Solarzelle und die Solarzelle auf den Werkstückträger drücken und damit diese Einheit fixieren, wird die Saugeinheit nicht mehr benötigt, so dass sie zurück in die vorherige Position gebracht werden kann.
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Die vorgenannten Maßnahmen haben insgesamt den Vorteil, dass eine präzise Platzierung von Solarzelle und Streifen auch während des Transports gehalten werden kann. Damit lässt sich gewährleisten, dass eine hohe Qualität im Hinblick auf die elektrische Kontaktierung erreicht werden kann.
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Die Verbindungseinrichtung ist vorzugsweise als tunnelförmiger Durchlauf-Lötofen ausgelegt, wobei bevorzugt mehrere Temperaturzonen vorgesehen sind, die jeweils durch Schottwände und/oder entsprechende Wärmeführungen/Strömungsführungen voneinander getrennt sind. Besonders bevorzugt weist der Lötofen zur Wärmeerzeugung Konvektoren auf, die bei Bedarf durch IR-Strahlungsquellen ergänzt werden können. Weiter bevorzugt weist jede Temperaturzone zumindest einen Wärmeregler auf.
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Diese Auslegung des Lötofens hat den Vorteil, dass eine sehr genaue Temperaturregelung in den einzelnen Zonen möglich ist, so dass der Lötvorgang sehr präzise ausgeführt werden kann. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Wärmequellen, nämlich Konvektoren und IR-Strahlern, ist es einerseits möglich, eine sehr homogene Wärmeverteilung innerhalb der Zonen zu erreichen und andererseits auch schnell Temperaturveränderungen herbeizuführen. Insgesamt soll innerhalb des Lötofens und hier insbesondere innerhalb der einzelnen Heizzonen eine möglichst homogene Luftströmung erreicht werden.
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In der Praxis haben sich insgesamt fünf Heizzonen als besonders vorteilhaft herausgestellt, wobei die Temperatur in den ersten vier Heizzonen langsam ansteigt und in der vierten und der fünften Heizzone wieder abfällt, um damit am Ende des Lötofens eine Abkühlung zu erreichen.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist jeder Werkstückträger ein Kopplungselement auf, um eine mechanische lose Kopplung mit einem benachbarten Werkstückträger herzustellen.
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Diese Maßnahme soll gewährleisten, dass die Werkstückträger bei Ausfall der Schiebeeinheit aus der Verbindungseinrichtung herausgezogen werden können, indem ein Werkstückträger am Ende der Verbindungseinrichtung in Richtung des Endbereichs gezogen wird. Die Kopplungselemente an den Werkstückträgern sorgen dann dafür, dass die anderen Werkstückträger mitgezogen werden. Es ist jedoch darauf zu achten, dass diese Kopplungselemente eine lose Kopplung bereitstellen, d. h. dass die Kopplungswirkung erst bei Erreichen eines bestimmten Abstands zwischen den benachbarten Werkstückträgern wirkt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch von einem Verfahren zum Zusammenfügen von Solarzellen und elektrisch leitfähigen Streifen zu einem Solarzellen-String gelöst, das folgende Schritte aufweist:
- a) Auflegen zumindest eines Streifens auf einen ersten und einen zweiten Werkstückträger,
- b) Auflegen einer Solarzelle auf den zweiten Werkstückträger,
- c) Auflegen zumindest eines Streifens auf die Solarzelle und einen dritten Werkstückträger,
- d) Transport der Werkstückträger um eine Werkstückträgerlänge, so dass sich der dritte Werkstückträger in der vorhergehenden Position des zweiten Werkstückträgers befindet,
- e) Einbringen eines weiteren Werkstückträgers in die vorhergehende Position des dritten Werkstückträgers,
- f) Wiederholen der Schritte b) bis e) und/oder Schritt e) bis die Werkstückträger mit den Solarzellen eines Strings eine Verbindungseinrichtung zum mechanischen und elektrischen Verbinden von Streifen und Solarzellen durchlaufen haben.
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Dieses Verfahren hat die bereits im Zusammenhang mit der Solarzellen-Verbindungsanlage genannten Vorteile, so dass auf die vorherige Beschreibung Bezug genommen werden kann.
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Bevorzugt erfolgt der Transport der Werkstückträger durch Aufbringen einer Kraft auf den dritten Werkstückträger, so dass dieser alle nachfolgenden Werkstückträger verschiebt.
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Das heißt mit anderen Worten, dass das Grundprinzip des Werkstückträgertransports darin besteht, durch stetiges Einbringen eines Werkstückträgers am Anfang einer Werkstückträger-Reihe und Verschieben dieser Reihe um eine Werkstückträgerlänge die gesamte Reihe und folglich jeden einzelnen Werkstückträger zu transportieren.
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Bevorzugt werden während des Transports der Werkstückträger die Streifen und/oder die Solarzellen bezüglich des Werkstückträgers fixiert, wobei bevorzugt das Fixieren durch eine Ansaugeinrichtung erfolgt, die zumindest teilweise mit den Werkstückträgern von einer ersten Position in eine zweite Position mitwandert.
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Bevorzugt wird die Ansaugeinrichtung nach Erreichen der zweiten Position zurück in die erste Position gebracht.
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Diese Maßnahmen haben – wie bereits zuvor ausgeführt – den Vorteil, dass eine sehr präzise Verbindung von Streifen und Solarzellen möglich ist, da sich deren Position zueinander während des Transports nicht verändern kann.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Solarzellen-Verbindungsanlage, in der alle für die Erläuterung wesentlichen Merkmale gezeigt sind;
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2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des Transports von Werkstückträgern;
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3 eine schematische Darstellung der Vorgänge innerhalb der Vorbereitungseinrichtung;
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4 eine nicht detailgetreue Zeichnung eines Werkstückträgers;
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5 eine nicht detailgetreue Zeichnung des Werkstückträgers von 4 in einer Vorderansicht;
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6 eine nicht detailgetreue Zeichnung des Werkstückträgers von oben;
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7 eine Zeichnung der Vorbereitungseinrichtung in einem Querschnitt von vorne;
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8 eine Zeichnung der Vorbereitungseinrichtung in einer Seitenansicht; und
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9 verschiedene Zeichnungen des Werkstückträgers und einer Ansaugeinrichtung, die mit dem Werkstückträger zusammenwirkt.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Solarzellen-Verbindungsanlage gezeigt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. In dieser schematischen Darstellung sind alle die Erfindung betreffenden Merkmale gezeigt, ohne jedoch auf den genauen technischen Aufbau wiederzugeben.
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Die Solarzellen-Verbindungsanlage 10 dient insgesamt dazu, mehrere in einer Reihe angeordnete Solarzellen mittels elektrisch leitfähiger Streifen elektrisch zu verbinden, so dass eine mehrere Solarzellen umfassende elektrische Solarzellen-Einheit entsteht. Diese Solarzellen-Einheit wird auch als Solarzellen-String bezeichnet. Bei den elektrisch leitfähigen Streifen handelt es sich beispielsweise um Streifen aus Kupfer mit einer Lotschicht, so dass durch Zuführen von Wärme diese Lotschicht verflüssigt wird, um eine Verbindung mit der Solarzellenoberfläche, zumindest mit den dort vorgesehenen elektrischen Leitungen eingehen zu können.
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Die Solarzellen-Verbindungsanlage weist eine Vorbereitungseinrichtung 12 auf, in der die Solarzellen und die Streifen in die gewünschte Konfiguration gebracht werden.
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Die Solarzellen-Verbindungsanlage weist ferner eine Verbindungseinrichtung 14 auf, die vorzugsweise als Lötofen 15 ausgebildet ist.
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Im Endbereich der Solarzellen-Verbindungsanlage 10 ist eine Ausbringungseinrichtung 18 vorgesehen, die eine Handhabungseinrichtung 19 aufweist, mit deren Hilfe der erstellte Solarzellen-String aus der Vorrichtung heraustransportiert wird.
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Der Vorbereitungseinrichtung 12 ist ein Solarzellenmagazin 30 sowie ein Streifenmagazin 32 zugeordnet, aus denen – nicht dargestellte – Handhabungseinrichtungen die jeweiligen für die Konfiguration erforderlichen Teile holen.
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Um die Konfiguration aus Solarzellen und Streifen von der Vorbereitungseinrichtung 12 in den Endbereich zur Ausbringungseinrichtung 18 zu transportieren, ist eine Transporteinrichtung 20 vorgesehen, die über Führungsschienen 21 verfügt, in denen einzelne Werkstückträger 34 geführt sind.
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In der 1 sind einzelne Werkstückträger 34 dargestellt, wobei an dieser Stelle jedoch anzumerken ist, dass im Betrieb der Vorrichtung eine Reihe von Werkstückträgern 34 vorliegt, die sich von der Vorbereitungseinrichtung 12 im Wesentlichen lückenlos bis in den Endbereich zur Ausbringungseinrichtung 18 erstreckt. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist dies in der 1 nicht in dieser Weise dargestellt.
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Die Werkstückträger 34, deren genauer Aufbau später noch erläutert wird, dienen dazu, jeweils eine Solarzelle 40 und Streifen 42 aufzunehmen. Wie sich aus der 1 ergibt, erstrecken sich die Streifen jeweils über zwei einzelne Werkstückträger hinweg.
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Die Werkstückträger 34 weisen Elemente auf, die mit den Führungsschienen 21 zusammenwirken, so dass eine Bewegung der Werkstückträger im Wesentlichen nur in Transportrichtung (und entgegengesetzt zur Transportrichtung) möglich ist. Sowohl eine Bewegung der Werkstückträger schräg zur Transportrichtung oder senkrecht zur Transportebene wird mit den Führungsschienen unterbunden.
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Die 1 lässt noch eine schematisch dargestellte Hubeinrichtung 46 erkennen, die einen Werkstückträger 34 aus einer unteren Rücktransportebene in die Transportebene (die von den Führungsschienen 21 aufgespannt wird) befördert.
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Eine ähnlich arbeitende Hubeinrichtung 48 ist im Endbereich an der Ausbringungseinrichtung 18 vorgesehen, die einzelne Werkstückträger 34 aus der Transportebene in die darunter liegende Rücktransportebene befördert. Von dort gelangen dann die Werkstückträger über eine Rücktransporteinrichtung 49 zurück in den Bereich der Hubeinrichtung 46.
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Eine Hubeinrichtung besteht im einfachsten Fall aus zwei seitlich umlaufenden Ketten, an denen Auflagewinkel angebracht sind. Die Auflagewinkel heben einen Werkstückträger aus beispielsweise der Rücktransportebene und transportieren ihn nach oben in die Transportebene. Dort angelangt wird der Werkstückträger von den Auflagewinkeln in die Führungseinheit geschoben.
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Es wird folglich ein Werkstückträger-Kreislauf gebildet, in dem die einzelnen Werkstückträger 34 in der Transportebene von der Vorbereitungseinrichtung 12 zur Ausbringungseinrichtung 18 und dann in einer darunter liegenden Rücktransportebene zurück zu der Vorbereitungseinrichtung 12 transportiert werden.
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Es versteht sich, dass der Rücktransport nicht nur in einer darunter liegenden Rücktransportebene erfolgen kann, sondern auch in anderen Ebenen. Aus baulicher Sicht ist der Rücktransport unterhalb der Transportebene jedoch bevorzugt.
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Zum Transport der Werkstückträger 34 von der Vorbereitungseinrichtung 12 zur Ausbringungseinrichtung 18 und damit durch die Verbindungseinrichtung 14 hindurch, umfasst die Transporteinrichtung 20 einen Antrieb 23, der einen in der Transportebene liegenden Werkstückträger 34 aus dem Bereich der Hubeinrichtung 46 um eine Werkstückträger-Länge in Transportrichtung schiebt. Da dieser Werkstückträger 34 sofort an dem benachbarten Werkstückträger 34 in der Vorbereitungseinrichtung anstößt, wird auch dieser und dadurch alle vorhergehenden Werkstückträger um eine Werkstückträger-Länge nach rechts in Transportrichtung verschoben.
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An dem dem Antrieb 23 gegenüberliegenden Ende der Solarzellen-Verbindungsanlage kann ein komplementärer Antrieb 26 vorgesehen, der den Werkstückträger 34 mit einer Kraft beaufschlagt, die der Transportrichtung entgegengesetzt ist. Dieses Gegendruckelement, das auch als Gegenschieber 26 bezeichnet werden kann, dient dazu, alle in der Transporteinrichtung 20, d. h. in den Führungsschienen 21 liegenden Werkstückträger 34 beim Transport in Transportrichtung aneinandergedrückt zu halten, so dass die Abstände zwischen den einzelnen Werkstückträgern immer konstant sind. Die Funktion des Gegenschiebers kann auch durch eine entsprechende Ausgestaltung der Werkstückträger erreicht werden.
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Um im Bereich der Vorbereitungseinrichtung 12 zu verhindern, dass ein Werkstückträger 34 durch den Gegenschieber 26 nach links über eine gewünschte Position hinaus gedrückt wird (was dann passieren könnte, wenn der Antrieb 23 nicht wirksam ist), ist zumindest ein Halteelement 28 (auch als Indexelement bezeichnet) vorgesehen. Dieses Halteelement 28 verhindert, dass der benachbarte Werkstückträger 34 nach links über die Position der Halteelemente 28 hinaus transportiert werden kann.
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Eine funktionsidentische Einheit ist bevorzugt auch im Bereich der Ausbringungseinrichtung 18 vorgesehen, um zu verhindern, dass ein Werkstückträger 34 bei fehlender Gegenkraft durch den Gegenschieber 26 nach rechts in den Bereich der Hubeinrichtung 48 bewegt werden kann.
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Die in 1 gezeigte Solarzellen-Verbindungsanlage nutzt erfindungsgemäß einzelne voneinander unabhängige Werkstückträger 34, um die einen Solarzellen-String bildenden Solarzellen und Streifen durch den Lötofen 15 zu transportieren.
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Wie sich aus der 1 deutlich ergibt, trägt ein Werkstückträger 34 jeweils eine Solarzelle 40 und die dazugehörenden Streifen 42. Durch diese Maßnahme wird die Solarzellen-Verbindungsanlage äußerst flexibel, da die Solarzellen-Strings beliebige Anzahlen von Solarzellen aufweisen können. Bei der Fertigung muss jeweils nur die passende Anzahl von Werkstückträgern mit Solarzellen bestückt werden. Weitere Anpassungsmaßnahmen sind hierfür nicht notwendig.
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Der Transport der Werkstückträger von der Vorbereitungseinrichtung 12 in den Endbereich zu der Ausbringungseinrichtung 18 wird nun anhand der Darstellungen in 2 erläutert.
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An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass es sich hierbei nur um eine bevorzugte Möglichkeit des Transports der Werkstückträger handelt. Die Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Andere Arten des Transports sind auch denkbar, möglicherweise jedoch nicht ganz so vorteilhaft wie der Transport gemäß 2.
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Der Transport der Werkstückträger 34 erfolgt nun dadurch, dass der Antrieb in Form eines Schiebers 24 den in der Position P0 liegenden Werkstückträger in Transportrichtung (in 2 nach rechts) schiebt und zwar in die Position P1. Dadurch, dass die Werkstückträger 34 alle aneinander liegen, bewegt sich die gesamte Werkstückträgerreihe nach rechts um eine Position, die üblicherweise einer Werkstückträger-Länge entspricht. Um zu gewährleisten, dass die Werkstückträger in der Reihe alle dicht aneinander liegen und diese Position beim Verschieben nach rechts auch beibehalten wird, ist der Gegenschieber 26 vorgesehen, der den letzten Werkstückträger in der Reihe (im Bereich der Ausbringungseinrichtung 18) mit einer Kraft beaufschlagt, die der Transportrichtung entgegengesetzt ist. Diese Kraft ist jedoch so einzustellen, dass insgesamt ein Transport der Reihe nach rechts möglich ist.
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Sobald der Träger der Reihe von der Position P0 in die Position P1 verschoben ist, fährt der Schieber 24 wieder zurück (entgegen der Transportrichtung), so dass an die Stelle P0 aus dem Rücktransportbereich ein neuer Werkstückträger 34 hineintransportiert werden kann. Darüber hinaus wird am Ende der Werkstückträgerreihe ein Werkstückträger aus der Transportebene nach unten in die Rücktransportebene befördert. Danach wird der Gegenschieber 26 nach links verfahren, um die Position in der oberen Darstellung von 2 zu erreichen.
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Anschließend werden die vorgenannten Schritte wiederholt, so lange, bis in der Ausbringungseinrichtung 18 jene Werkstückträger angekommen sind, die den gewünschten Solarzellen-String tragen.
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Aus der 2 ergibt sich, dass der Transport der einzelnen Werkstückträger mit sehr einfachen Mitteln möglich ist, wobei hierbei deutlich erkennbar ist, dass innerhalb der Verbindungseinrichtung 14, d. h. des Lötofens 15, keinerlei Transportelemente, wie Rollen, Antriebe etc., vorgesehen sein müssen. Dies ist ein entscheidender Punkt im Hinblick auf die Langlebigkeit der gesamten Vorrichtung, da gerade bewegte Teile, die möglicherweise neben Metall auch andere Materialien aufweisen, bedingt durch die hohe Hitze im Lötofen einem hohen Verschleiß ausgesetzt wären.
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Mit Bezug auf die 3 wird nachfolgend kurz erläutert, wie die Konfiguration des Solarzellen-Strings im Bereich der Vorbereitungseinrichtung 12 erfolgt. Es ist jedoch an dieser Stelle anzumerken, dass die in 3 gewählte Darstellung rein erläuternden Charakter hat und nicht die konkrete technische Ausgestaltung zeigt. Darüber hinaus sind in der Beschreibungseinleitung verschiedene Konfigurationen von Solarzellen-Strings beschrieben, für die die erfindungsgemäße Lehre ebenfalls anwendbar ist. Die erforderlichen Modifikationen hierfür sind dem Fachmann ohne weiteres erschließbar.
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In den einzelnen Darstellungen von 3 sind wiederum die bereits zuvor erwähnten Positionen P0 bis P4 dargestellt, wobei im Gegensatz zu 2 die Transportrichtung jetzt nach links verläuft. Im ersten Bild A von 3 wird von einer Situation ausgegangen, in der die Streifen 42 bereits auf die beiden Werkstückträger 34 in den Positionen P2 und P3 aufgelegt sind. Anschließend wird mit Hilfe eines Solarzellen-Greifers 50 eine Solarzelle aus dem Solarzellenmagazin 30 geholt und auf den Werkstückträger 34 in der Position P2 aufgelegt. Wie sich aus der 3 ergibt, liegt die entsprechende Solarzelle 40 auf den zuvor aufgelegten Streifen 42 auf.
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Anschließend holt ein Streifen-Greifer 52 beispielsweise zwei Streifen aus dem Streifenmagazin 32 und legt sie auf die beiden Werkstückträger in den Positionen P1 und P2 auf. Wie sich aus Bild B von 3 ergibt, liegen die Streifen 42 dabei auf der Solarzelle 40 des Werkstückträgers in der Position P2 auf.
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Anschließend wird die Werkstückträger-Reihe über den Schieber 24 um eine Position verschoben, so dass der Werkstückträger aus der Position P0 in die Position P1, der Werkstückträger aus der Position P1 in die Position P2 usw. gelangt. Dies ist in dem Diagramm oberhalb des Bildes D von 3 dargestellt. Das bedeutet, dass der Werkstückträger mit dem aufliegenden Streifen aus Position P1 nunmehr in der Position P2 liegt. Dann wird mit Hilfe des Solarzellen-Greifers 50 eine Solarzelle 40 auf den Werkstückträger in der Position P2 aufgelegt, so dass nunmehr der gleiche Zustand wie in Bild A von 3 erreicht ist.
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Die vorgenannten Schritte, nämlich Auflegen von Streifen, Auflegen von Solarzellen, Auflegen von Streifen und anschließendem Takten wiederholt sich nun so lange, bis die gewünschte Anzahl von Solarzellen pro Solarzellen-String erreicht ist.
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In den einzelnen Bildern von 3 sind weitere Elemente gezeigt, die mit den Bezugszeichen 62 und 64 gekennzeichnet sind. Es handelt sich hierbei um Saugeinheiten, die unterhalb der Werkstückträger liegen und von unten die aufgelegten Streifen und die Solarzellen ansaugen und damit örtlich fixieren.
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Um diese Funktion auch während des Transports der Werkstückträger von Position P1 in Position P2 zu erbringen, sind die beiden Saugeinheiten 62, 64 so ausgelegt, dass sie mit dem Werkstückträger jeweils mitwandern können.
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In den beiden Bildern C und D ist zu erkennen, dass beispielsweise die Saugeinheit 64 unter der anderen Saugeinheit 62 ”wegtaucht”, während die Saugeinheit 62 aus der Position P1 in die Position P2 fährt. Danach wird die andere Saugeinheit 64 in der Position P1 wieder nach oben bewegt.
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Schließlich ist in den einzelnen Bildern der 3 noch zu erkennen, dass die Werkstückträger 34 über Klemmelemente 65 bzw. Niederhalteelemente verfügen, die aktiviert werden, sobald die Streifen 42 auf die Solarzelle 40 in der Position P2 gelegt werden (vgl. Bild C in 3). Diese Klemmelemente sorgen dafür, dass die Streifen auf die Solarzelle 40, und diese wiederum auf den Werkstückträger gedrückt werden. Damit wird gewährleistet, dass die noch nicht mechanisch miteinander verbundenen Elemente die gewünschte Position während des Transports beibehalten. Erst nachdem die Werkstückträger 34 den Lötofen 15 durchlaufen haben, werden die Klemmelemente nicht mehr gebraucht, da dann eine mechanisch stabile Einheit, nämlich der Solarzellen-String, gebildet ist.
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Die beiden Saugeinheiten 62 und 64 sind folglich so lange aktiv, bis die Klemmelemente eines Werkstückträgers wirken können, d. h. bis die Streifen auf der Solarzelle aufgelegt sind.
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Nachfolgend wird anhand von detaillierten technischen Zeichnungen der Aufbau der Werkstückträger und des Vorbereitungsbereichs erläutert. Hierbei ist jedoch anzumerken, dass die technischen Zeichnungen in den 4 bis 9 nur eine von mehreren möglichen Ausgestaltungen der Solarzellen-Verbindungsanlage zeigen. Der Fachmann weiß, dass Modifikationen möglich sind. Nichtsdestotrotz ist festzuhalten, dass die in diesen Figuren gezeigten Merkmale für den konkreten Aufbau der Ausführungsform wichtig sind, selbst wenn eine entsprechende Beschreibung fehlt.
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Nachfolgend sollen nur einige wenige Merkmale der in den 4 bis 9 gezeigten Teile erläutert werden.
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In 4 ist ein Werkstückträger 34 in Draufsicht gezeigt. Der Werkstückträger 34 umfasst einen Rahmen 72 der – in Draufsicht gesehen – rechteckförmig ist und einen Innenraum umgibt. Dieser Innenraum wird von Leisten bzw. Streben 74 überspannt, die alle parallel zueinander angeordnet sind. Die Leisten 74 sind so ausgebildet, dass sie eine ebene Auflagefläche bilden, wobei in 4 diese Auflagefläche parallel zur Zeichenebene liegt.
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Zwischen den einzelnen Leisten 74 sind Spalten 76 gebildet, die – von oben gesehen – nach unten offen sind. Die Funktion dieser Spalte 76 wird später noch erläutert werden.
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Schließlich sei noch auf die beiden hakenförmigen Halteelemente 78 hingewiesen, die so ausgebildet sind, dass sie mit entsprechenden Verriegelungsnasen eines benachbarten Werkstückträgers 34 zusammenwirken können.
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Diese Verriegelung über die Halteelemente 78 ist jedoch so ausgelegt, dass der benachbarte Werkstückträger 34 eine Relativbewegung in Transportrichtung (parallel zur Zeichenebene und senkrecht zu den Leisten 74) ausführen kann. Es handelt sich also um eine lose (mit Spiel behaftete) Kopplung benachbarter Werkstückträger 34.
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Die Halteelemente 78 sind so ausgelegt, dass sie im Endbereich (d. h. im Bereich der Ausbringungseinrichtung 18) automatisch gelöst werden können.
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In der 5 sowie in der 6 sind weitere Darstellungen des Werkstückträgers 34 gezeigt.
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In der Darstellung von 5 ist zu erkennen, dass der Werkstückträger 34 über sog. Niederhalteelemente 84 (auch Klemmelemente 65 genannt) verfügt, die (wie sich aus 6 ergibt) in zwei gegenüberliegenden Reihen links und rechts des Werkstückträgers angeordnet sind. Die Niederhalteelemente 84 lassen sich über Betätigungshebel 86 aus einer offenen Position in die in 5 gezeigte geschlossene Position bringen. Mit Hilfe von Federkraft drücken die Spitzen der Niederhalteelemente 84 auf den Werkstückträger, bzw. bei aufgelegter Solarzelle und darauf liegenden Streifen auf die Streifen.
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Wie bereits erwähnt, dienen diese Niederhalteelemente 84 bzw. Klemmelemente 84 dazu, die Streifen relativ zu der Solarzelle und die Solarzelle relativ zu dem Werkstückträger ortsfest zu halten.
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In 5 sind noch Führungselemente 80 zu erkennen, die parallel zueinander verlaufen und seitlich am Werkstückträger 34 angebracht sind. Diese Führungselemente 80 laufen in den Führungsschienen 21 der Transporteinheit 20 und sorgen dafür, dass der Werkstückträger 34 eine Bewegung nur in Transportrichtung ausführen kann.
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Schließlich sind in den beiden 5 und 6 noch Auflageelemente 82 gezeigt, auf denen die Solarzelle aufliegt.
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In 7 ist eine Schnittansicht der Vorbereitungseinrichtung 12 dargestellt, wobei der Schnitt senkrecht zur Transportrichtung verläuft. Deutlich zu erkennen ist in 7 der Werkstückträger 34 mit den beiden Führungselementen 80 und den Betätigungshebeln 86. Es ist auch gut zu erkennen, dass die Führungselemente 80 in Schienen 21 laufen, wobei eine Bewegung des Werkstückträgers nach oben, nach unten und zur Seite durch die Ausgestaltung der Führungselemente 80 und der Schiene 21 unterbunden wird.
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In 7 ist noch auf die Ausgestaltung der Saugeinrichtung 60 hinzuweisen, die die beiden Saugeinheiten 62 und 64 umfasst. In 7 ist jedoch nur die Saugeinheit 62 gezeigt. Die andere Saugeinheit 64 hat jedoch den gleichen Aufbau, ist aber spiegelsymmetrisch zu der Mittelachse angeordnet.
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Die Saugeinheit 62 liegt parallel zu der Solarzellenebene 92 und weist an der linken Seite einen nach unten laufenden Arm auf, der mit einem Trägerschlitten 90 gekoppelt ist. Der Trägerschlitten 90 ermöglicht eine Bewegung der Saugeinheit 62 senkrecht zur Zeichenebene, d. h. parallel zur Transportrichtung der Werkstückträger.
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Der nach unten verlaufende Arm der Saugeinheit 62 ist relativ zu dem Trägerschlitten 90 senkrecht zur Transportrichtung (d. h. nach oben und unten) bewegbar gehalten, wobei ein Antrieb 94 (beispielsweise ein Spindelantrieb) diese Bewegung der Saugeinheit 62 herbeiführt.
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An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass auch der Trägerschlitten 90 über einen Antrieb verfügt, der beispielsweise in 8 mit dem Bezugszeichen 96 gekennzeichnet ist. Auch hier kann es sich beispielsweise um einen Spindelantrieb handeln.
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Mit Hilfe dieser Komponenten ist es möglich, die Saugeinheit 62 sowohl in Transportrichtung zu transportieren als auch anzuheben und abzusenken jeweils relativ zu der Solarzellenebene 92.
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Die andere Saugeinheit 64 ist in gleicher Weise ausgestaltet und lässt sich ebenfalls unabhängig von der Saugeinheit 62 in Transportrichtung sowie auf und ab bezüglich der Solarzellenebene 92 bewegen. Mit Hilfe dieser technischen Ausgestaltung ist die mit Bezug auf die 3 beschriebene Bewegung der Saugeinheiten 62, 64 möglich.
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Selbstverständlich kann die beschriebene Funktion der Saugeinheiten auch auf andere technische Weise umgesetzt werden.
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Die Saugeinheiten 62 bzw. 64 verfügen über Saugelemente 98, über die Luft angesaugt werden kann. Mit Hilfe dieser Saugelemente 98 ist es möglich, beispielsweise die Solarzelle 40 oder die Streifen 42 anzusaugen und festzuhalten.
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Um die Saugelemente 98 in den Bereich der Solarzellenebene zu bringen, sind die Saugeinheiten 62, 64 so ausgelegt, dass zumindest die Saugelemente 98 in den Spalt 76 zwischen den Leisten 74 der Werkstückträger 34 eintauchen können. Dies ist in den einzelnen Darstellungen von 9 gezeigt.
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Da die Saugeinheiten 62, 64 in Transportrichtung bewegbar sind, lassen sie sich beim Transport des Werkstückträgers aus der Position P1 in die Position P2 (vgl. 3) mit bewegen, so dass sie während dieser Zeit die unten liegenden Streifen und die darüber liegende Solarzelle fixieren. Die Saugwirkung wird erst dann deaktiviert, wenn die Niederhalteelemente des Werkstückträgers auf die Solarzelle drücken und damit die Einheit aus Solarzelle und Streifen fixieren.
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Zurückkommend auf 1 ist noch anzumerken, dass der Lötofen 15 mehrere voneinander getrennt einstellbare Temperaturzonen besitzt, die über Konvektoren und bei Bedarf über zuschaltbare IR-Strahler erhitzt werden. Zur genauen Temperaturregelung sind in jeder Temperaturzone ein oder mehrere Wärmeregler vorgesehen. Bevorzugt wird ein Temperaturprofil gewählt, das in den ersten Zonen ansteigt und gegen Ende, zumindest in der letzten Temperaturzone, wieder absinkt.
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Selbstverständlich könnten auch andere Lötöfen eingesetzt werden.
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Insgesamt zeigt sich, dass die erfindungsgemäße Solarzellen-Verbindungsanlage eine kontinuierliche und flexible Fertigung von Solarzellen-Strings ermöglicht. Insbesondere kann die Anzahl der Solarzellen pro Solarzellen-String frei gewählt werden. Umrüstzeiten in der Anlage sind hierfür nicht erforderlich.
