DE102009011656A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verkleben - Google Patents

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Abstract

Um nicht exakt zylindrische Zellen in mehreren Lagen über die dazwischen angeordneten Halbschalen-Aufnahmen zu verkleben ohne direkten Kontakt der Zellen zu den Halbschalenaufnahmen, wird auf die Zellen eine aushärtbare Vergussmasse mit einer definierten Schicht aufgebracht, im Zustand einer definierten Viskosität dieser Vergussmasse die Zellen zwischen den Halbschalen-Aunahmen positioniert und fixiert und die Vergussmasse ausgehärtet.

Description

  • I. Anwendungsgebiet
  • Die Erfindung betrifft die Herstellung von Batterien.
  • II. Technischer Hintergrund
  • Wenn leistungsfähige, große Batterien hergestellt werden sollen, Beispielsweise als Energiequelle für den Elektroantrieb in Fahrzeugen, so stehen hierfür – im Grunde unabhängig von der Wirkungsweise und dem chemischen Aufbau der Batterien, jedoch primär bei den derzeit im Fokus stehenden Lithium-Ionen-Batterien – zwei Vorgehensweisen zur Verfügung:
    Da derartige Batterien immer aus dünnen, aufeinander lagernden Schichten bestehen, können entweder durch Wickeln dieser Schichten einzelne Zellen mit zylindrischer Gestalt geformt werden, die anschließend durch Stapeln der Zellen zu größeren, etwa rechteckigen Blöcken zusammengefasst werden können, oder die gewünschten rechteckigen Blöcke werden durch Aufeinanderlegen entsprechender rechteckiger Zuschnitt der einzelnen Schichtmaterialien erzeugt.
  • Die Erfindung betrifft die erstgenannte Herstellungsweise, die Vor- und Nachteile aufweist:
    Zum einen ist die Isolierung der einzelnen Schichten einer Zelle gegeneinander bei den gewickelten zylindrische Schichten einfacher und ebenso deren automatisierte Herstellung.
  • Zum anderen ist es nachteilig, dass zwischen den zu größeren Blöcken zusammengefügten Einheiten Freiräume zwischen den einzelnen zylindrischen Zellen verbleiben, die das Volumen pro Energieeinheit der Gesamtbatterie vergrößern.
  • Auf der anderen Seite können diese Freiräume zwischen den einzelnen Zellen sehr gut zur Kühlung der Batterien mittels Durchströmung durch ein Kühlmedium benutzt werden, da das je nach Beanspruchung auftretende starke Erhitzen der Batterien, welches deren Lebensdauer schnell verkürzt oder diese sogar zerstört, eines der größten Probleme dieser Batterien beziehungsweise der aus solchen Batterien zusammengesetzten Batterieeinheiten ist.
  • Zu diesem Zweck werden die zylindrischen Zellen in halbschalenförmigen Aufnahmen eingelegt und hierüber auch gegeneinander zu kompakten rechteckigen Blöcken verbunden.
  • Das Problem besteht darin, dass die Halbschalenaufnahmen eine exakte Querschnittskontur besitzen, die zylindrischen Zellen aufgrund ihres Herstellungsvorganges jedoch relativ starke Rundheits- und Maßabweichungen aufweisen.
  • Beim Fixieren der zylindrischen Zellen in bzw. zwischen den Halbschalenaufnahmen muss jedoch einerseits die elektrische Isolierung und andererseits die thermische Leitfähigkeit zwischen Zelle und der Halbschalenaufnahme, die aus einem gut Temperatur leitenden Material, meist Aluminium besteht und deshalb in aller Regel auch elektrisch leitfähig ist, sichergestellt werden, und zwar in einem jederzeit reproduzierbaren Maß.
  • Da die Beschichtung der Zellen mit einer elektrischen Isolierschicht sowie einer Thermoleitschicht durch Aufbringen einer pastösen, aushärtenden Vergussmasse auf den Zellen geschieht, wobei die Thermoleitschicht gleichzeitig die Verklebung gegenüber den Halbschalenaufnahmen darstellt, muss trotz der Maßabweichungen der Zellen eine definierte Dicke dieser Schichten sichergestellt werden, die jederzeit reproduzierbar sein muss.
  • III. Darstellung der Erfindung
  • a) Technische Aufgabe
  • Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von Blöcken aus einer Vielzahl von zusammengefügten zylindrischen Zellen zur Verfügung zu stellen, bei der reproduzierbar immer die richtige Schichtdicke an der Elektro-Isolationsschicht und/oder Thermoleitschicht auf den Zellen bzw. zwischen den Zellen und den Zellenaufnahmen erreicht wird, trotz einfachen und kostengünstigen Herstellungsprozesses.
  • b) Lösung der Aufgabe
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 28 und 50 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die reproduzierbare, korrekte Schichtdicke zwischen den Zellen und den Halbschalen-Aufnahmen wird erzielt, indem die Elektro-Isolationsschicht und die Thermoleitschicht entweder nacheinander oder als einheitliche Schicht auf mindestens der Mantelfläche der Zellen aufgebracht wird und diese anschließend mit den Halbschalenaufnahmen in Kontakt gebracht und durch Aushärten der Vergussmassen dieser Schichten verklebt werden, wobei durch mehrere Reihen von Halbschalenaufnahmen und Zellen hintereinander ein Block der gewünschten Größe erstellt wird.
  • Das Problem liegt darin, dass die Elektro-Isolationsschicht eine Mindestdicke besitzen muss, um die notwendige elektrische Isolierung zu bewirken, wobei diese Schicht unbedingt durchgängig lückenlos sein muss, um elektrisch leitenden Überschlag von der Mantelfläche der Zelle zu der ebenfalls elektrisch Halbschalenaufnahme unbedingt zu vermeiden.
  • Je mehr die Elektroisolationsschicht in ihrer Dicke über das notwendige Mindestmaß für die elektrische Isolierung hinausgeht, umso stärker leider jedoch die Wärmeleitung zwischen der zylindrischen Zelle und der Halbschalen-Aufnahme, der gleichzeitig als Kühlkörper fungiert, so dass die Dicke der Elektro-Isolationsschicht nicht über einen Maximalwert hinausgehen darf.
  • Falls zum Verkleben ein separater Kleber in Form einer Thermoleitschicht zusätzlich zur Elektroisolationsschicht verwendet wird, besteht auch hier die Anforderung, dass zum einen die Verklebung möglichst vollflächig sein muss, um auf einer möglichst großen Fläche den Wärmeübergang zu ermöglichen. Da mit steigender Dicke der Thermoleitschicht der Wärmeübergang dennoch reduziert wird, soll die Thermoleitschicht im ausgehärteten Zustand einerseits möglichst dünn sein, andererseits ist jedoch insgesamt eine Mindestschichtdicke vor dem Zusammenfügen der zylindrischen Zellen mit den Halbschalenaufnahmen notwendig, um Maßungenauigkeit der Zellen hinsichtlich Durchmesser und Rundheit gegenüber den exakt halbrunden Innenflächen der Halbschalenaufnahmen auszugleichen, ohne dass es zu einem direkten Kontakt zwischen diesen beiden Elementen kommt.
  • Darüber hinaus müssen selbstverständlich Hohlräume innerhalb der Schichten oder zwischen Oberfläche der Zellen und der Beschichtung bzw. Oberfläche der Halbschalen und der Beschichtung unbedingt vermieden werden, da dies zum einen die mechanische Festigkeit beeinträchtigt, zum anderen auch die elektrische Isolierung bzw. Wärmeleitfähigkeit.
  • Um dies sicherzustellen, wird zunächst auf wenigstens der Mantelfläche der Zellen die Elektroisolationsschicht als durchgängige lückenlose Schicht mit definierter Schichtdicke aufgebracht. Die thermisch leitfähige Vergussmasse wird anschließend separat – nicht unbedingt von Anfang an als durchgängige Schicht, ggf. auch in Form einer Kleberraupe – aufgebracht.
  • Das Zusammenfügen der so beschichteten Zellen mit den Halbschalenaufnahmen erfolgt vorzugsweise, wenn die Beschichtung bereits leicht angeliert ist und eine definierte Viskosität besitzt, das die endgültige Schichtdicke im zusammengefügten Zustand nicht durch ausschließlich eine vorgegebene Kraft beim Zusammenfügen erzielt wird, sondern indem die Zellen und Halbschalenaufnahmen in einem definierten Abstand zueinander positioniert und fixiert werden, der so bemessen ist, dass die vorhandene noch nicht ausgehärtete Vergussmasse dazwischen diesen Abstand vollständig und lückenlos vollflächig ausfüllt und dabei durch Fließvorgänge in der noch nicht ausgehärteten Vergussmasse die vorhandenen Maßungenauigkeiten der Zellen und damit nicht an allen Stellen exakt gleichen Abstand zwischen Zellen und Halbschalenaufnahmen ausgleicht.
  • Zu diesem Zweck können auch Ausgleichsräume in Form von Nuten oder Ähnlichem in den Innenflächen der Halbschalenaufnahmen für die Vergussmasse vorhanden sein.
  • Da das Verfahren soweit als möglich automatisiert ablaufen soll, um hohe Stückzahlen kostengünstig herstellen zu können, werden höchstens zu Beginn des Verfahrens die Zellen einerseits und die Halbschalenaufnahmen andererseits in entsprechende Träger manuell eingesetzt, so dass mindestens danach der weitere Ablauf automatisch erfolgen kann:
    Die zylindrischen Zellen besitzen an ihren Stirnflächen zentrale Vorsprünge, die in der Aufsicht betrachtet eine unrunde, in der Regel polygone, etwa quadratische, Form besitzen, jedoch nicht exakt formhaltig und nicht exakt zentrisch sind. Darüber hinaus besitzt jede Zelle auf mindestens einer ihrer Stirnseiten an einer Umfangsstelle auf der Stirnseite eine Drehlagen-Markierung, um die Zellen in einer gewünschten exakten Drehlage positionieren zu können.
  • Dabei werden die Zellen bei dem automatisch durchgeführten Verfahrensablauf vorzugsweise nicht einzeln, sondern in Vorrichtungen gehandhabt, die mehrere, beispielsweise sechs oder acht, Zellen aufnehmen können.
  • Zunächst werden diese Zellen z. B. manuell in einen Einlegeträger eingelegt, der U-förmig gestaltet ist und auf seinem Boden nahe der Seitenwände prismenförmig gestaltete Aufnahmen für die Enden der Mantelflächen der einzelnen Zellen aufweist, die sich im eingelegten Zustand mit ihrer Längsachse von der einen zur anderen Seitenwand des Einlegeträgers erstrecken, und sich somit im mittleren Bereich in einem Abstand zum Boden des Einlegeträgers befinden, so dass ein Greifer mit einer Klaue unter die Zelle mit der anderen Klaue von oben die Zelle, ergreifen kann.
  • Für das drehlagerichtige Einlegen sind in den Innenflächen der Seitenwände Aussparungen eingearbeitet, in die die stirnseitigen zentralen Vorsprünge der Zellen genau hineinpassen, bei einem quadratischen Vorsprung jedoch in vier unterschiedlichen Drehlagen.
  • Deshalb muss beim Einlegen zusätzlich darauf geachtet werden, dass sich die Drehlagenmarkierung der Zelle in der richtigen Lage, beispielsweise am höchsten Punkt der Zelle und damit z. B. oberhalb des Einlegeträgers, befindet, was anschließend beim weiteren Handling des mit Zellen bestückten Einlegeträgers mittels eines Sensors automatisch kontrolliert werden kann, oder bereits beim Bestücken des Einlegeträgers nach dem Einlegen jeder einzelnen Zelle.
  • Dieser Einlegeträger wird nun automatisch entlang von Führungen wie etwa Schienen von der Einlegestation zu einer Einspannstation verbracht, in der ein Umsetzen der Zellen automatisch und einzeln mittels eines Greifers von dem Einlegeträger in einen Spann-Dreh-Träger für eine analoge Anzahl von Zellen erfolgt. Dieses Umsetzen ist notwendig, da in dem Spann-Dreh-Träger jede Zelle zwischen zwei Spannköpfen in diesem Spann-Dreh-Träger exakt zentrisch positioniert und aufgenommen wird, was in dem Einlegeträger nicht der Fall war, da dort ein Aufliegen der Mantelfläche auf den Auflageflächen noch keine zentrische Lager bewirkt aufgrund der Durchmesserungenauigkeiten und Unrundheiten der Zellen.
  • Die Zentrierung zwischen den Spannköpfen des Spann-Dreh-Trägers erfolgt dadurch, dass die einzelnen Zellen aus dem Einlegeträger mittels eines Greifers entnommen werden, der die Zellen unabhängig von ihrem Durchmesser immer auf Greifermitte zentrisch hält, beispielsweise indem sich die beiden Klauen des Greifers beim Öffnen und Schließen immer synchron von der Greifermitte weg oder auf diesen zu bewegen und in den beiden Greiferklauen die identische, z. B. prismenförmige, selbstzentrierende Aufnahme ausgebildet ist.
  • Da sich somit die Zelle mit ihrer Längsachse im Greifer immer genau auf der Greifermitte befindet, kann der Greifer die Zelle exakt zentrisch zwischen dem jeweiligen Paar von Spannköpfen des Spann-Dreh-Trägers positionieren, da dessen Position in der Einspannstation exakt definiert und bekannt ist, und damit auch die exakte Position der einzelnen Paare von Spannköpfen.
  • Der Spann-Dreh-Träger ist wie der Einlegeträger in etwa U-förmig aufgebaut, so dass von jedem Paar von Spannköpfen einer in jeder Seitenwand angeordnet ist. Davon sind die Spannköpfe der einen Seite drehend antreibbar und hinsichtlich des Drehantriebes miteinander gekoppelt, während die gegenüberliegenden Spannköpfe in axialer Richtung entgegen einer Vorspannkraft von der Zelle abhebbar sind zum Einlegen und Entfernen der Zellen. Zusätzlich können die axial beweglichen Spannköpfe auch alle gemeinsam mittels einer Öffnungs-Leiste geöffnet werden.
  • Die Spannköpfe liegen an den Stirnflächen der Zellen ringförmig um die zentralen polygonen Vorsprünge herum an mit einem rutschhemmenden Material, insbesondere einem O-Ring, und die Zellen sind in dem Spann-Dreh-Träger ausreichend beabstandet zueinander aufgenommen, um das anschließende Reinigen und Beschichten in diesem Spann-Dreh-Träger durchführen zu können.
  • Beim Einlegen der Zellen in der Einlegestation befinden sich die drehend antreibbaren Spannköpfe alle in der gleichen, definierten Drehlage, und sind in dieser Drehlage auch fixiert.
  • Nach dem Einlegen und Spannen aller Zellen im Spann-Dreh-Träger fährt dieser im bestückten Zustand automatisch zunächst zu einer Reinigungsstation, in der die Oberfläche der Zellen gereinigt wird, um die Haftung der anschließend aufzubringenden Beschichtung zu optimieren.
  • Vorzugsweise wird die Reinigung mittels Beschießen mit Atmosphärenplasma durchgeführt, indem eine Plasmadüse in einem definierten, geringen Abstand entlang der Oberfläche der Zellen geführt wird. Dabei steht der Spann-Dreh-Träger in der Reinigungsstation still, und mit einer Antriebseinheit in Verbindung, die die drehend antreibbaren Spannköpfe und damit die eingespannten Zellen synchron permanent dreht, während die Plasmadüse entlang der Mantellinie jeder Zelle langsam entlangfährt und dadurch mittels einander überlappender spiralförmiger Windungsbereiche die gesamte Mantelfläche jeder Zelle gereinigt wird.
  • Dabei ist eine Bewegung der Plasmadüse in zwei Raumachsen notwendig, nämlich in Längsrichtung der Zellen zum Abfahren einer Zelle und in Längsrichtung des Spann-Dreh-Trägers zum Wechsel von einer zur nächsten Zelle, da der Träger selbst wegen der Verbindung mit dem Antrieb in Position bleiben soll.
  • Alternativ kann die Reinigung der Oberfläche auch mittels eines Laserstrahls erfolgen, dessen Energie so eingestellt werden muss, dass das Material der Mantelfläche der Zellen nicht über das zulässige Maß hinaus beeinträchtigt wird, aber dennoch alle Verunreinigungen weggebrannt werden.
  • Die Reinigungsstation umfasst auch eine Absaugung, vorzugsweise in Form eines Absaugschnorchels, der nahe der Plasmadüse oder des Laserauftreffpunktes auf der Oberfläche der Zellen positioniert ist, um die mit entfernten Verunreinigungen angereicherte Luft abzusaugen.
  • Vorzugsweise wird berührungslos auch die Temperatur der Zellenoberflächen während der Reinigung permanent gemessen, da es sich bei den Zellen vorzugsweise um bereits geladene Batteriezellen handelt, und somit die Zellen eine Maximaltemperatur nicht überschreiten dürfen.
  • Nach dem Reinigen der Zellen werden die drehend antreibbaren Spannköpfe des Spann-Dreh-Trägers in einer definierten Drehlage angehalten und fixiert und anschließend der Antrieb abgekoppelt und in diesem Zustand der Spann-Dreh-Träger automatisch weiterverfahren zur ersten Vergussstation, in der die Elektroisolationsschicht zunächst im vorderen und hinteren Endbereich der Mantelfläche sowie im angrenzenden Randbereich der Stirnflächen aufgebracht wird.
  • Auch hier wird der Spann-Dreh-Träger an einer definierten Position angehalten, in der er auch mit einer dort vorhandenen Antriebseinheit für die drehend antreibbaren Spannköpfe des Trägers gekoppelt wird, um die im Träger befindlichen Zellen während der Beschichtung drehend anzutreiben.
  • Die Beschichtung wird nämlich aufgebracht in Form einer spiralig in engen Windungen auf der Mantelfläche und auch dem angrenzenden Stirnflächenbereich aufgebrachte feine Raupe der Vergussmasse, deren einzelne Windungen anschließend noch geringfügig auf der Oberfläche zerfließen und spätestens dadurch ineinander übergehen. Da die pro Zeiteinheit ausge brachte Menge an Vergussmasse ebenso gesteuert wird wie die Drehgeschwindigkeit der Zellen, wird ein definiertes Volumen an Vergussmasse pro Oberflächeneinheit der Zelle ausgebracht, was für alle beschriebenen Vergussvorgänge gilt.
  • Hier werden vorzugsweise alle im Spann-Dreh-Träger aufgenommenen Zellen gleichzeitig nebeneinander im einen Endbereich beschichtet, indem gegen jede der Zellen eine Vergussdüse gerichtet ist. Diese steht schräg zur Oberfläche der Zelle, um sowohl die Mantelfläche als auch die Stirnfläche beschichten zu können, und die Vergussdüsen müssen dabei wenigstens in zwei Raumachsen beweglich sein, nämlich in Längsrichtung der Zellen, um die Mantellinie abzufahren und in radialer Richtung der Zellen, um einerseits den Stirnflächenbereich beschichten zu können und andererseits auf der Mantelfläche wiederum sensorgesteuert in Echtzeit den gewünschten geringen Abstand von beispielsweise 0,5 mm zwischen der Vergussdüse und der Mantelfläche der drehenden zylindrischen Zelle nachzuregeln und einzuhalten.
  • Dabei müssen die einzelnen Vergussdüsen zumindest in Radialrichtung für den gewünschten geringen Abstand unabhängig voneinander steuerbar sein, während eine grobe Beweglichkeit in Längsrichtung und Radialrichtung auch für alle Vergussdüsen gemeinsam realisiert sein kann.
  • Um nach Beschichten des einen Endbereichs der Zellen auch den anderen beschichten zu können, werden die Vergussdüsen auf Abstand vom Spann-Dreh-Träger gebracht und der Spann-Dreh-Träger mittels einer unterhalb des Spann-Dreh-Trägers in dieser Vergussstation angeordneten Hub-Dreheinheit hochgehoben, um die vertikale Achse um 180° gedreht und wieder auf seinen Führungen abgesetzt. Da sich nun die Antriebsseite des Spanndrehträgers auf der anderen Seite der Führungen befindet, ist dort ein zweiter Drehantrieb vorhanden, mit dem die drehend antreibbaren Spannköpfe nunmehr verbunden werden, um die Zellen im Spann-Dreh-Träger er neut permanent zu drehen, während mittels der wieder herangefahrenen Vergussdüsen nun die anderen Endbereiche der Zellen beschichtet werden.
  • Diese endseitige Elektroisolationsschicht soll zumindest bis zum Ergreifen der Zellen in diesem Endbereich vollständig aushärten, was in diesem Fall mittels Zeit, also Aushärtezeit, erfolgt. Zu diesem Zweck durchläuft der entsprechende Spann-Dreh-Träger nach dem Beschichten der Endbereiche der Zellen und vor der nächsten Bearbeitungsstation eine Pufferstrecke, deren Durchlaufzeit für das zumindest teilweise Aushärten der endseitigen Elektroisolationsschicht bis zum nächsten Bearbeitungs-Schritt – bei dem die Zellen in diesem Endbereich noch nicht ergriffen werden müssen – ausreichend ist. Dabei werden die Zellen in den Spann-Dreh-Trägern permanent weiter drehend angetrieben, um Schwerkrafteinfluss während des Aushärteprozesses auf die Beschichtung weitestgehend zu egalisieren. Hierfür ist entlang der Pufferstrecke ein Drehantrieb vorhanden, der an sämtlichen auf der Pufferstrecke befindlichen Spann-Dreh-Trägern deren Spannköpfe permanent antreibt.
  • Anschließend fährt der Spann-Dreh-Träger eine Vergussstation für das Aufbringen der mittigen Isolationsschicht, also im mittleren Bereich der Längserstreckung der Mantelflächen der Zellen, an und nimmt dort wiederum eine definierte Position entlang seiner Führungen ein.
  • Das Vorgehen und der Aufbau dieser Vergussstation entsprechen dem der vorhergehenden Vergussstation, mit dem Unterschied, dass nunmehr der verbleibende mittlere Bereich der Mantelflächen der Zellen beschichtet wird, und demzufolge die Vergussnadeln auch lotrecht auf der Außenfläche der Zellen stehen können. Ferner ist auch keine Hub-Dreheinheit für den Spann-Dreh-Träger notwendig, da der mittlere Bereich der Zellen in einem Arbeitsgang durchgängig beschichtet werden kann.
  • Anschließend gehen die im mittleren Bereich beschichteten Zellen mit ihren Spann-Dreh-Trägern auf eine zweite Pufferstrecke, deren Länge jedoch so bemessen ist, dass die mittige Elektroisolationsschicht nicht aushärtet, sondern nur angeliert, da das spätere Zusammenfügen mit den Halbschalenaufnahmen zu fertigen Blöcken im Zustand einer definierten Viskosität dieser mittigen Elektroisolationsschicht durchgeführt werden soll und zuvor noch auf die nur angelierte mittige Elektroisolationsschicht eine thermisch leitende Vergussmasse, die hauptsächlich als Kleber gegenüber den Halbschalenaufnahmen dient, aufgebracht werden muss.
  • Um vor der Montage sicherzustellen, dass nur Zellen zu Blöcken verarbeitet werden, die eine funktionsfähige Isolationsschicht aufweisen, ist nach der Pufferstrecke eine Station zur Prüfung der Isolationsschicht vorhanden. Dazu werden sechs Prüfschalen, ausgebildet mit einem Querschnitt in Form von Kreissegmenten von 90° bis 120°, die im Radius etwas größer sind als der maximale Radius einer Zelle inklusive Isolationsschicht und stirnseitig um je 3 mm kürzer sind als die Isolationsschicht auf den Zellen, auf einen definierten Abstand an die Mantelflächen der Zellen herangefahren und an einen Pol eines Hochspannungs-Prüfgerätes angeschlossen. Der zweite Pol wird an den Stirnflächen der Zellen kontaktiert. Durch das Einschalten der Prüfspannung bei gleichzeitiger Drehung der Zellen um ihre Längsachse kann die gesamte Mantelfläche auf die Qualität ihrer elektrischen Isolierung geprüft werden.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht in der Prüfung der Isolationsschicht beistehen den Zellen. Hierbei werden immer nur einzelne Teilbereiche der stillstehenden Zellen geprüft. Nach der Prüfung werden die Prüfschalen wieder weggefahren, die Zellen um zum Beispiel 90° gedreht, die Prüfschalen wieder angelegt und der nächste Teilbereich geprüft, bis die komplette Zellen Umfang geprüft wurde.
  • Fehlerhafte Teile werden aussortiert.
  • Zum Auftrag des Klebers fährt der Spann-Dreh-Träger nach der Pufferstrecken zu einer Vergussstation für diesen Kleber. Die Verfahrzeiten zwischen den einzelnen Bearbeitungsstationen bzw. Pufferstrecke und Bearbeitungsstationen sind dabei so kurz, dass in dieser Zeit auf einen Drehantrieb der Zellen in den Spann-Dreh-Trägern verzichtet werden kann.
  • Die als Kleber dienende thermisch leitfähige Vergussmasse wird vorzugsweise nicht sofort als lückenlose Schicht auf der gesamten mittleren Mantelfläche, die später mit den Halbschalenaufnahmen in Kontakt kommt, aufgebracht, sondern es wird ein definiertes Volumen an Kleber definiert so auf den beiden bezüglich der Längsachse gegenüberliegenden Hälften der mittigen Mantelflächen der Zellen verteilt, dass unter Einwirkung der späteren Anlagekraft von Halbschalenaufnahmen und Zellen gegeneinander eine vollflächige Verteilung dieses Klebers zwischen den beiden Bauteilen erfolgt. Zu diesem Zweck kann eine Auftragskontur verwendet werden, die entlang jeder Hälfte der Mantelfläche nur eine, z. B. in Längsrichtung der Mantelfläche verlaufende, Kleberraupe ist.
  • Besser jedoch ist eine etwa knochenförmige Auftragskontur mit verbreiterten Enden an jedem Längsende des mittigen Mantelflächenbereiches, um sicherzustellen, dass beim anschließenden Kontaktieren der Halbschalenaufnahme auch die am weitesten entfernten Randbereiche, also die Ecken der halbschalenförmigen Aufnahmen, vom Kleber erreicht werden.
  • Eine solche knochenförmige Auftragsform kann erreicht werden beispielsweise durch ein Bündel von gekrümmten, in Längsrichtung der Zellen auf der Mantelfläche aufgebrachten Linien von Kleber, welches im mittleren Bereich schmaler ist als im äußeren Bereich, oder durch eine in Längsrichtung verlaufende zickzackförmige Kleberraupe, die die gleiche knochenförmige Umfangskontur besitzt.
  • Um dies zu erreichen, werden in dieser Vergussstation die drehend antreibbaren Spannköpfe im Spanndrehträger nicht permanent in die gleiche Rich tung drehend angetrieben, sondern beispielsweise oszillierend hin und her drehend um einen bestimmten Winkelbereich, in Abstimmung mit der Axialbewegung der Vergussdüsen, die hier entweder einfach oder wiederum mehrfach entsprechend der Anzahl der Zellen im Träger vorhanden sein können.
  • Wichtig ist dabei, dass sich die bezüglich der Längsachse gegenüberliegenden Hälften der mit dem Kleber beschichteten Mantelflächen in der richtigen Drehlage befinden und sich die Kleber der beiden Hälften nicht gegenseitig berühren, da der Kleber nicht über die Fugen zwischen den späteren Halbschalenaufnahmen hinweg vorhanden sein soll.
  • Die korrekte Drehlage wird dadurch ermöglicht, dass der Drehantrieb der Zellen in den Spann-Dreh-Trägern am Beginn und Ende jeder Bearbeitungsstation auf eine definierte Drehlage gefahren und dort fixiert wird.
  • Die Kleberraupe wird somit auf den beiden Hälften der Mantelfläche der Zellen nacheinander, also nach Drehung der Zellen im Träger um ihre Längsachse um 180°, aufgetragen.
  • Zeitgleich zur Vorbereitung der Zellen erfolgt auch die Vorbereitung der Halbschalenaufnahmen, die in der Regel als Aluminium-Strangpressprofile und somit in ihrem Querschnitt sehr maßhaltig hergestellt sind:
    Im Gegensatz zu den Zellen, deren Vorbearbeitung im liegenden Zustand erfolgte, werden die Halbschalenaufnahmen aufrechtstehend vorbereitet und zu diesem Zweck in Halbschalen-Trägern stehend formschlüssig aufgenommen zwischen Haltepfosten des Halbschalenträgers, so dass die halbrunden, konkaven Innenflächen der Halbschalen-Aufnahmen auf ihrer gesamten Fläche zugänglich sind. Dieses Einstecken erfolgt vorzugsweise manuell.
  • Von dort aus werden die bestückten Halbschalenträger automatisch wiederum entlang von Führungen wie etwa Schienen vom Einlegeplatz zu einer Reinigungsstation verfahren, an der der Halbschalenträger wiederum an definierter Position stehen bleibt und die Innenflächen der Halbschalenaufnahmen wiederum mittels vorzugsweise einer Plasmadüse abgestrahlt und gereinigt werden.
  • Zu diesem Zweck muss die Plasmadüse – evtl. als Einheit zusammen mit der Plasmaaufbereitung – in allen drei Raumrichtungen beweglich sein, um nacheinander die gesamte Innenfläche einer Halbschale abstrahlen zu können und dies nacheinander für alle Halbschalen.
  • Da die Plasmadüse von einer Seite der Führungen für den Halbschalenträger her in der Regel schräg heranreicht, kann bei den Halbschalenträgern mit beidseitigen Halbschalenaufnahmen nur die eine Seite, also die einen Innenflächen, gereinigt werden.
  • Um auch die anderen Innenflächen reinigen zu können, wird nach Entfernen der Plasmadüse der Halbschalenträger mittels einer unter ihm befindlichen Hub-Dreheinheit hochgehoben, um 180° gedreht und wieder auf den Führungen in gleicher Position abgesetzt, woraufhin die anderen Innenflächen durch die herangeführte Plasmadüse gereinigt werden können.
  • Auch hier wird durch einen Absaugschnorchel die mit Verunreinigungen belastete Luft bzw. das Plasma möglichst nah am Reinigungsobjekt abgesaugt und befindet sich deshalb auch hier vorzugsweise unterhalb des Werkstückträgers.
  • Die so vorbereiteten Halbschalenaufnahmen und Zellen können nunmehr zu den gewünschten Blöcken zusammengefügt werden, wofür zunächst in eine einseitige Halbschalenaufnahme eine Reihe von zylindrischen Zellen eingelegt wird, auf diese eine doppelseitige Halbschalenaufnahme aufgelegt wird, auf diese die nächste Lage von Zellen usw., bis zum Abschluss durch eine letzte wiederum einseitige Halbschalenaufnahme.
  • Dieser Vorgang erfolgt in einer Herstellungslinie für die Blöcke, und zwar bei aufrecht stehenden Zellen und Halbschalenaufnahmen und innerhalb eines Blockträgers als Hilfsvorrichtung:
    Der Blockträger wird auf Führungen in einer definierten Position in einer Fügestation positioniert, durch die auch die Vorbereitungslinien für die Zellen einerseits und die Halbschalenaufnahmen andererseits laufen, und in dieser Fügestation die Spann-Drehträger sowie die Halbschalenträger jeweils einer in definierter Position abgestellt werden.
  • Dabei ergreifen speziell gestaltete Halbschalengreifer jeweils eine Halbschale im Halbschalenträger, entnehmen sie daraus und verfahren sie zum Blockträger, in dem die Halbschalenaufnahme von dem Greifer definiert positioniert abgelegt wird und gespannt wird, und ebenso ergreift ein Zellengreifer eine Zelle im Spann-Drehträger, aus dem sie nach Öffnen des entsprechenden Spannkopfpaares entnommen und zum Blockträger gefahren und dort positioniert und in dem Blockträger gespannt wird, ggf. unter Drehung der Zelle, falls die Zellen mit abwechselnden Längspositionierungen, also Pluspol der Batterien oben oder unten, im Blockträger positioniert werden sollen.
  • Der Blockträger besteht aus einer Bodenplatte mit seitlichen Führungen und einer rückseitigen Ausbildung zur Aufnahme und Führung auf dem Fördersystem, sowie Spannvorrichtungen für jede einzelne einzulegende Zelle, die die Zelle in ihrer Längsrichtung gegen den Boden des Blockträgers spannen kann, und einem der zwei Querspanner für jede Halbschalenaufnahme, die jede Halbschale einzeln in Querrichtung spannen kann.
  • Zunächst wird eine erste einseitige Halbschalenaufnahme aufrecht stehend mit ihrer Außenseite am hinteren Endanschlag des Blockträgers angelegt.
  • Anschließend transportiert der Zellengreifer nacheinander so viele Zellen heran wie diese Halbschalenaufnahme an halbrunden Innenflächen aufweist, und positioniert mittels des Greifers jede Zelle an exakter Position aufrecht stehend im richtigen Abstand zur Halbschalenaufnahme, wo sie von der Spannvorrichtung des Blockträgers so fixiert wird.
  • Der Zellengreifer besitzt zwei Klauenpaare, von denen jeweils eines in einem der bereits ausgehärteten Endbereiche der Mantelfläche angreift. Deshalb ist in den seitlichen Führungen des Blockträgers bodenseitig eine solche Ausnehmung vorhanden, dass der über den Zellenmantel vorstehende Greifer in Längsrichtung unter diese Führung in den Blockträger einfahren, sich öffnen und auch wieder herausfahren kann.
  • Nachdem die erste Halbschalenaufnahme bestückt ist, wird mittels des Halbschalengreifers die zweite, nunmehr beidseitige, Halbschalenaufnahme herangefahren, im Blockträger positioniert und mittels der zwei Querspanner in Querrichtung gespannt und dadurch in Längsrichtung des Blockträgers positioniert, da die beidseitigen Halbschalenaufnahmen in ihren Stirnflächen eine z. B. prismenförmige Ausbuchtung aufweisen und die Querspanner einen entsprechenden darin eingreifenden Vorsprung.
  • Auf diese Art und Weise wird nacheinander der Block vollständig zusammengesetzt und durch eine letzte einseitige Halbschalenaufnahme abgeschlossen.
  • Dessen Position wird fixiert durch Querspanner und Hochklappen einer Endklappe des Blockträgers von einer waagerechten in eine aufrechte Position, in der sie an der Außenseite der einseitigen Halbschalenaufnahme anliegt, und dadurch mittels definiertem Abstand zwischen Endanschlag und hochgeklappter Endklappe eine definierte Länge des Blockes vorgibt.
  • Da nunmehr alle Einzelteile, also jede Zelle und jede Halbschalenaufnahme, im Blockträger einzeln lagefixiert ist, und zwar in einer solchen Lage, dass durch eine ausreichende Anlagekraft der Zellen gegen die Halbschalenaufnahmen der Kleberauftrag über die gesamte Innenfläche jeder Halbschalenaufnahme verteilt wurde und damit eine flächige Verklebung zwischen Halbschalenaufnahmen und Zellen gegeben ist, können die Blöcke in diesem Zustand aushärten.
  • Da vor allem die mittige Elektroisolationsschicht beim Zusammenfügen bereits angeliert ist, können nach dem Schließen der Endklappe sogar die Spannvorrichtungen und Querspanner für die Zellen und Halbschalenaufnahmen bereits vor dem Aushärten wieder gelöst werden, da eine nennenswerte Verlagerung dann aufgrund von Endanschlag und Endklappe und seitlichen Führungen nicht mehr möglich ist.
  • Insbesondere noch vor dem Aushärten der Verklebung wird beidseits der Fugen zwischen die gegeneinander gerichteten Halbschalenaufnahmen eine Raupe eines thermisch leitfähigen, elastisch bleibenden und nicht vollständig aushärtenden Klebers aufgebracht, mit dessen Hilfe später, nach Entnehmen aus den Blockträgern auf jedem Block und auf jeder Seite ein Kühlkörper, meist ein rippenförmiger Aluminiumkörper, auf den Längsaußenseiten des Blockes mit den Halbschalenaufnahmen verklebt wird, um die Wärmeabfuhr zu verbessern.
  • Die konkrete Gestaltung der Anlage und der Hilfsvorrichtungen wird im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
  • c) Ausführungsbeispiele
  • Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1: die Einzelteile und das fertige Produkt,
  • 2: die Gesamtanlage,
  • 3: das Bestücken des Spanndrehträgers,
  • 4: die Reinigungsstation für die Zellen,
  • 5: die Vergussstation für den Randbereich,
  • 6: eine Pufferstrecke,
  • 7: die Vergussstation für den Mittelbereich,
  • 8: die Vergussstation für den Kleber,
  • 9: die Bestückung der Halbschalenträger,
  • 10: die Reinigungsstation für die Halbschalenaufnahmen,
  • 11: den Einzelteiltransport zur Fügestation,
  • 12: den Blockträger leer und gefüllt,
  • 13: das Zusammensetzen der Blöcke,
  • 14: die ganze Fügestation, und
  • 15: die Vergussstation für den Außenkleber.
  • 1a zeigt die miteinander zu verklebenden Einzelteile:
    Einerseits eine zylindrische Zelle 1 mit einer Mantelfläche 1a und den beiden Stirnflächen 1b und 1c, wobei zentrisch auf jeder der beiden Stirnflächen, also auf der Längsrichtung 10 der Zelle 1, jeweils ein quadratischer, stirnseitiger Vorsprung 20a, b angeordnet ist, der als Kontaktpol für die zylindrische Batterie-Zelle 1 dient. Auf wenigstens einer der Stirnseiten ist zusätzlich außermittig und damit neben dem stirnseitigen Vorsprung 20a an einer Stelle des Umfangs eine Drehlagenmarkierung angebracht.
  • Darunter sind die beiden Arten von Halbschalenaufnahmen 2a, b dargestellt:
    Die obere einseitige Halbschalenaufnahme 2a besteht aus zwei einstückig miteinander verbundenen, rinnenförmigen Aufnahmen mit zwei halbrunden Innenflächen 13, deren Radius der Mantelfläche 1a der Zellen 1 einschließlich der Isolationsschicht und des Kleberauftrages entspricht oder geringfügig größer ist, in Längsrichtung 10 jedoch kürzer als die Zellen 1 sind. Die einseitige Halbschalenaufnahme 2a besitzt eine in etwa gleich bleibende Wandstärke und auf der konvex gekrümmten Außenseite im mittleren Bereich je eine Abflachung.
  • Die zweiseitige Halbschalenaufnahme 2b weist in zwei voneinander weg weisende Richtungen jeweils zwei nebeneinander liegende Innenflächen 13 auf und entspricht etwa zwei Rücken an Rücken gelegten einseitigen Halbschalenaufnahmen 2a, ist jedoch ein einstückiges Bauteil. Dadurch entsteht an den Stirnflächen der zweiseitigen Halbschalenaufnahme 2a eine ebenfalls rinnenförmige, in Längsrichtung verlaufende, etwa V-förmige Vertiefung 51.
  • 3 zeigt den fertig zusammen geklebten Block 3, begrenzt links und rechts von jeweils einer einseitigen Halbschalenaufnahme 2a und dazwischen vier zweiseitigen Halbschalenaufnahmen 2b, zwischen denen sich jeweils zwei Zellen 1 nebeneinander und damit insgesamt 10 Zellen befinden, die stirnseitig aus den Halbschalenaufnahmen 2a, b jeweils um das gleiche Maß vorstehen.
  • Die freien Enden der Innenflächen 13 benachbarter Halbschalenaufnahmen 2a, b berühren sich nicht ganz, sondern bilden dazwischen jeweils eine in Längsrichtung der Zellen 1 verlaufende Fuge 21.
  • 2 zeigt die Gesamtanlage, um aus den in 1a dargestellten Einzelteilen automatisch – trotz der Maßungenauigkeiten der Zellen 1 vor allem hinsichtlich Durchmesser und Rundheit – die in 1b dargestellten Blöcke 3 mittels Kleben herzustellen, wobei die Verklebung elektrisch isolierend und thermisch leitfähig mit einer definierten Schichtdicke sein muss.
  • Die Anlage umfasst einerseits eine Vorbereitungslinie 101 für die Zellen 1 und andererseits eine Vorbereitungslinie 102 für die Halbschalenträger 2a, b, die an der Fügestation 103 für die Blöcke 3 zusammengeführt werden und jeweils als Ringlinie ausgeführt sind, um die leeren Träger für die Zellen bzw. Halbschalenaufnahmen wieder an den Startpunkt der jeweiligen Vorbereitungslinie 101, 102, 103 zurückführen zu können.
  • Die Einlegelinie 101 für die Zellen 1 ist dabei deutlich länger, da sie mehr Arbeitsstationen als die Vorbereitungslinie 102 für die Halbschalenträger 2a, b aufweist.
  • Stromabwärts der Fügestation 103 befindet sich die Vergussstation für den Außenkleber 104 sowie die Weiterführung zu nachgelagerten Bearbeitungsstationen.
  • Im Folgenden wird die Vorbereitung der Zellen 1 für das Zusammenfügen der Blöcke 3 entlang der Vorbereitungslinie 101 erläutert:
    An einer Einlegestation 101.1, die in einer definierten Position entlang des aus zwei parallelen Schienenförderern 25a, b besteht (siehe 2 und 3a) wird der in 3b dargestellte Einlegeträger 4 manuell vollständig mit Zellen 1 bestückt:
    Der Einlegeträger 4 ist in seiner Haupterstreckungsrichtung etwa U-förmig gestaltet, mit einem Boden 4a und in seiner Erstreckungsrichtung verlaufenden, beidseits vom Boden 4a aufragenden Seitenwänden 4b, c.
  • Die Zellen 1 werden quer zur Erstreckungsrichtung des Einlegeträgers 4 eingelegt und liegen auf gegenüber der Oberseite des Bodens 4a erhöhten Auflagen 24 auf, die sich an den Seitenwänden 4b, c und einstückig zusammen mit diesen ausgebildet befinden. Hierzu ist in den Seitenwänden 4b, c eine Schulter ausgebildet, in der in Verlaufsrichtung des Einlegeträgers 4 hintereinander Vertiefungen zur Aufnahme je eines Endbereiches einer Zelle 1 ausgebildet ist.
  • Der freie Abstand zwischen den Seitenwänden 4b, c reicht aus, dass die Zellen 1 in Längsrichtung von Stirnfläche zu Stirnfläche, jedoch ohne ihre stirnseitigen Vorsprünge 20a, b dazwischen Platz finden. Für die Vorsprünge 20a, b sind in den Innenflächen der Seitenwände 4b, c nach oben offene Ausnehmungen 26 eingebracht, deren Breite und Tiefe etwas größer als die Abmessungen der Vorsprünge 20a, b sind, sodass sich die in den Träger 4 eingelegten Zellen 1 danach nur noch geringfügig drehen oder in Verlaufsrichtung des Trägers verschieben lassen.
  • Die Zellen 1 liegen geringfügig beabstandet im Einlegeträger 4, der an der Unterseite seines Bodens 4a zur Führung und Mitnahme durch die Schienenförderer 25a, b ausgestaltet ist.
  • Beim Einlegen der Zellen 1 in den Einlegeträger 4 hat der Einleger zu beachten, dass die Zellen 1 mit ihrer Drehlagenmarkierung 22 in der gleichen Drehlage, beispielsweise am höchsten Punkt, und auf der selben Seite des Einlegeträgers 4, nämlich zum Einleger hin, positioniert sind.
  • Wie 2 zeigt, werden die bestückten Einlegeträger 4 entlang einer ringförmig geschlossenen, viereckigen ersten Transportstrecke aus Schienenförderern 25a, b von der Einlegestation 101.1 zur Einspannstation 101.2 transportiert, die nachfolgend beschrieben wird, und von dort die leeren Einlegeträger 4 zurück zur Einlegestation 101.1.
  • Dabei werden die Einlegeträger 4 an den Ecken der viereckigen, geschlossenen Transportbahn vorzugsweise nicht gedreht, sondern von einem auf den anderen der im Winkel zueinander laufenden Schienenförderer weitergegeben, sodass sich die Transportrichtung bezüglich der Einlegeträger 4 dabei jeweils um 90 Grad ändert.
  • In gleicher Weise ist auch die ringförmig umlaufende zweite Transportstrecke, an der sich neben der Einspannstation 101.2 auch alle anderen Arbeitsstationen zur Vorbereitung der Zellen 1 befinden, gestaltet.
  • 3e zeigt einen der Spann-Dreh-Träger 5, die auf dieser zweiten großen Transportstrecke der Einlegelinie 101 umlaufen, und in die die Zellen 1 von den Einlegeträgern 4 in der Einspannstation 101.2 umgesetzt werden müssen.
  • Die Spann-Dreh-Träger 5 sind ebenfalls etwa U-förmig gestaltet, sodass sie zwischen ihren Seitenwänden 5b, c die Zellen 1 aufnehmen können, jedoch ist die Fixierung der Zellen 1 hier eine andere:
    Jede Zelle 1 wird zwischen einem Paar von Spannköpfen 27a, b gehalten, von denen der eine, antreibbare Spannkopf 27a aus der Innenfläche der einen Seitenwand 5c und der andere, axial bewegliche Spannkopf 27b fluchtend dazu aus der Innenfläche der anderen Seitenwand 5b nach innen vorsteht, um auf jeweils eine der Stirnflächen 1b, c einer Zelle 1 zu drücken mit einer ringförmigen Anlagefläche, in der zur Haftverbesserung ein O-Ring 28 über die Stirnfläche des Spannkopfes 27a, b vorsteht.
  • Dadurch ist der freie Abstand zwischen den Stirnwänden 5b, c größer als bei dem Einlegeträger 4.
  • Die drehend antreibbaren Spannköpfe 27a sind auf der Außenseite der Seitenwand 5c drehfest so miteinander verbunden, dass von einem gemeinsamen Antriebsritzel 29 aus alle gleich schnell und in die gleiche Drehrichtung angetrieben werden können, was vorzugsweise durch Anordnung von Zahnrädern auf jedem der Spannköpfe 27a und dazwischen angeordnete Zwischenritzel zur Gleichschaltung der Drehrichtung erfolgt.
  • Die axial beweglichen und ebenfalls drehbaren Spannköpfe 27b sind mittels Federkraft ins Innere des Spann-Dreh-Trägers 5, also in Richtung der dort einzulegenden Zellen 1, vorgespannt und können durch Zurückziehen ihrer hinteren, aus der Seitenwand 5b nach hinten vorstehenden, verdickten Greifenden 30 zurückgezogen werden, um eine damit gespannte Zelle 1 einlegen oder entnehmen zu können.
  • Alle Greifenden 30 sind über eine Öffnungsleiste 31 miteinander gekoppelt, sodass das Zurückziehen der Öffnungsleiste alle Greifenden 30 eines Spann-Dreh-Trägers 5 gemeinsam öffnet.
  • Auch bei dem Spann-Dreh-Träger 5 ist die Unterseite zur Führung und Mitnahme durch die Schienenförderer 25a, b, auf denen sie bewegt werden sollen, ausgebildet.
  • Die Zentrierung der Zellen 1 mit ihrer Längsachse 10 auf die Mittelachse der Spannköpfe 27a, b erfolgt nicht formschlüssig und vor allem nicht mittels der stirnseitigen Vorsprünge 20a, b der Zellen 1, da diese nicht exakt positioniert und maßhaltig sind, sondern ausschließlich durch ein Einlegen der Zellen 1 jeweils einzeln und mit ihrer Längsachse 10 exakt auf der Längsachse 10' der Spannköpfe 27a, b, und zusätzlich in der richtigen Drehlage.
  • Wie im Einlegeträger 4 ist auch im Spann-Dreh-Träger 5 zwischen der Unterseite der Zellen 1 und der Oberseite des Bodens 4a bzw. 5a ausreichend Freiraum, um die Zellen 1 in diesen Trägern mit einem Greifer 32 entnehmen bzw. einlegen zu können, wie in der Einspannstation der 3c dargestellt:
    In dieser Einspannstation 101.2 wird jeweils ein wenigstens teilweise mit Zellen 1 bestückter Einlegeträger 4 in der Entnahmeposition 101.2. positioniert und auf einem anderen Schienenförderer 25a, b daneben ein Spann-Dreh-Träger 5 in der Bestückungsposition.
  • Ein Greifer 32 mit zwei in Längsrichtung der Zellen beabstandeten Paaren von Greifklauen 33a, b fährt mit geöffneten Greifklauen an die Position der nächsten Zelle 1 im Einlegeträger 4 an der Entnahmeposition, ergreift die Zelle, hebt sie nach oben aus den Ausnehmungen 26 heraus und verfährt über ein Dreiachssystem die Zelle in die nächste freie Aufnahmeposition, also zwischen das nächste freie Paar von Spannköpfen 27a, b des Spann-Dreh-Trägers 5 in zentrierter Position, und legt sie mit ihrer einen Stirnseite an dem antreibbaren, axial aber nicht beweglichen Spannkopf 27a an.
  • Anschließend wird der wie alle nicht gefüllten, axial beweglichen Spannköpfe 27a, b zurückgezogene Spannkopf 27b dieses Paares gelöst und durch die Kraft der Feder gegen die andere Stirnfläche der Zelle 1a angepresst, woraufhin sich der Greifer 32 öffnet, zurückfährt und die nächste Zelle aus dem Einlegeträger 4 holt.
  • Der Greifer 32 besitzt in jeder der Greifklauen 33a, b eine prismenförmige Aufnahme und durch synchrone Bewegung der beiden Greifklauen 33a, b beim Öffnen und Schließen lotrecht auf die Mittelebene 34 des Greifers 32 zu, befindet sich auch bei unterschiedlichem Durchmesser der Zellen 1 die Längsachse 10 immer auf der gleichen Position der Mittelebene 34 des Greifers 32.
  • Zu diesem Zweck ist der Greifer 32 als Parallelgreifer ausgebildet und die Greifklauen 33a, b bewegen sich entlang der gleichen Führungsebene am Grundkörper 35 des Greifers.
  • Da die Zellen 1 im Einlegeträger 4 auch in der richtigen Drehlage eingelegt waren, befinden sie sich danach im Spann-Dreh-Träger 5 nicht nur exakt zentriert, sondern auch in der richtigen Drehlage, die dadurch beibehalten wird, dass während des Einlegens der Drehantrieb, also das Antriebsritzel 29, des Spann-Dreh-Trägers 5 ebenfalls in dieser definierten Drehlage fixiert wird, wie auch während des anschließenden Transportes der bestückten Spann-Dreh-Träger 5 entlang der Schienenförderer 25, auf denen der vollständig mit Zellen 1 bestückte Spann-Dreh-Träger 5 als nächstes zur Reinigungsstation 101.3 gemäß 4 verfahren wird:
    Dort wird der Spann-Dreh-Träger 5 wiederum in einer definierten Position auf dem Schienenförderer 25a, b angehalten und insbesondere auch fixiert, und zwar in einer solchen Position, in der das Antriebsritzel 29 des Spann-Dreh-Trägers 5 mit einem an der Reinigungsstation 101.3 vorhandenen Motor 40 gekoppelt werden kann, um die im Spann-Dreh-Träger 5 gehaltenen Zellen 1 drehend anzutreiben, und zwar vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit.
  • Die Reinigungsstation 101.3 umfasst neben dieser Position an den Schienenförderern 25a, b vor allem ein Dreiachs-Schlittensystem 36, auf dem an einem auskragenden Arm eine Plasmadüse 6a so montiert ist, dass sie über den Spann-Dreh-Träger 5 verfahren werden kann und entlang der oberen Mantellinie jeder der Zellen 1 in definiertem Abstand entlangfahren kann mit einer solchen Geschwindigkeit, dass dadurch mittels des aus der Plasmadüse 6a austretenden Atmosphärenplasmas die gesamte Mantelfläche jeder der Zellen 1 nacheinander gereinigt wird. Zu diesem Zweck steht die Ver fahrgeschwindigkeit der Plasmadüse 6a in Längsrichtung 10 der Zellen 1 in gesteuerter Relation zur Drehgeschwindigkeit der Zellen 1.
  • Um die Reinigungswirkung des Plasmas zu optimieren, muss ein genauer, geringer Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Plasmadüse 6a und der zu reinigenden Oberfläche der Zellen 1 eingehalten werden, weshalb die Höhe der Plasmadüse 6a über der Zelle 1 evtl. nachgeregelt wird aufgrund der Messung eines Abstandsensors, der ebenfalls an der Plasmadüse 6a optional vorhanden ist.
  • Nachdem alle Zellen 1 gereinigt sind, nimmt der Drehantrieb und damit das Antriebsritzel 29 des Spann-Dreh-Trägers 5 wieder eine definierte Drehlage ein und wird in dieser verriegelt, was beispielsweise funktional vereinigt sein kann mit dem Auskoppeln des Antriebsritzels 29 von dem Motor 40, indem nur in dieser definierten einen Drehlage ein Auskoppeln und Einkoppeln möglich ist.
  • Anschließend wird der Spann-Dreh-Träger 5 mit den gereinigten Zellen 1 weiter verfahren zu einer ersten Vergussstation 101.4, an der eine Elektro-Isolationsschicht 9a auf dem jeweils äußeren Randbereich 1a1 der Mantelflächen und dem angrenzenden Stirnflächenbereich der Zellen 1, die so genannte endseitige Elektro-Isolationsschicht 9a, aufgebracht wird.
  • Auch hier wird der Spann-Dreh-Träger 5 an einer definierten Position entlang der Schienenförderer 25a, b fixiert, indem die dort unter den Schienenförderern angeordnete Hub-Dreh-Einheit (41) den Spann-Dreh-Träger (5) von den Schienenförderern (25a, b) nach oben abhebt und dabei der Spann-Dreh-Träger (5) in mehrere, auf der Oberseite der Spann-Hub-Einheit (41) angeordnete Positionierzapfen einrastet. Durch die exakte Hubhöhe ist dann der Spann-Dreh-Träger (5) dreidimensional exakt positioniert für die Bearbeitung. Die Vergussstation 101.4 umfasst eine Vergusseinheit 39 mit einer Anzahl von parallelen Vergussdüsen 38 entsprechend der Anzahl der Zellen 1 im Spann-Dreh-Träger 5, in diesem Fall sechs Stück, die einzeln von einem Mehrfach-Dosierkopf 37 mit definierten Mengen an Vergussmasse versorgt werden, wobei der Dosierkopf 37 wiederum mit einem Vorratsbehälter für die Vergussmasse in Verbindung steht.
  • Die Vergusseinheit 39 ist wiederum auf einem Dreiachs-Schlittensystem 36 montiert und die Vergussdüsen 38, die im Abstand der Zellen 1 montiert sind, fahren beginnend mit z. B. dem innen liegenden Bereich des zu vergießenden Randbereiches 1a1, wie er am besten in 11c zu erkennen ist, entlang der Mantellinie dieser Zelle 1 bis zu dessen Stirnfläche und dann entlang dieser Stirnfläche radial eine bestimmte Strecke nach innen, wobei mit einer definierten Geschwindigkeit und damit Volumeneinheit pro Zeit Vergussmasse austritt, die abgestimmt ist auf die Drehgeschwindigkeit der Zellen 1, die auch bei dieser Station von einem dort angeordneten Motor 40 über das Antriebsritzel 29 im Spann-Dreh-Träger 5 drehend angetrieben werden.
  • Die Abstimmung ist so bemessen, dass die auf diese Art und Weise spiralig, z. B. auf der Mantelfläche 1a1 aufgebrachte Kleberraupe sich mit ihren Windungen zumindest nach einem anfänglichen geringen seitlichen Verfließen gegenseitig berühren und eine durchgängig gleich dicke Beschichtung ergeben.
  • Zu diesem Zweck muss darüber hinaus auch der Abstand der Vergussdüsen 38 von der zu beschichtenden Oberfläche der Zellen 1 jeweils einzeln und in Echtzeit nachgeregelt werden auf den gewünschten Soll-Abstand aufgrund der Unrundheit der Zellen 1, was wiederum durch Abstandssensoren 42 nahe an den Austrittsöffnungen der Vergussdüsen 38 der Ist-Abstand gemessen wird, die ebenfalls Bestandteil der Vergusseinheit 39 sind.
  • Da es hierbei um Abstände von Zehntel-Millimetern geht, muss auch die Lage der Austrittsöffnung jeder Vergussdüse 38 relativ zur Vergusseinheit 39 definiert bekannt sein. Da die Vergussdüsen 38 selbst ebenfalls Fertigkeitsungenauigkeiten unterliegen, umfasst die Vergusseinheit 39 – optional je doch Vergusseinheiten – ferner eine nicht dargestellte Vermessungsstation, zu der sie mittels des Dreiachssystems 36 abseits der Schienenförderer 25a, b verfahren werden kann und mit deren Hilfe die Relativposition jeder der Vergussdüsen 38 zum Rest der Vergusseinheit 39 festgestellt werden kann. Dies wird zumindest nach dem Einsetzen einer neuen Vergussdüse 38 durchgeführt, vorzugsweise jedoch auch in Intervallen dazwischen, im Idealfall nach jedem einzelnen Vergussvorgang.
  • Damit sowohl der Randbereich 1a1 der Mantelfläche 1a als auch ein Teil der Stirnfläche 1b von den Vergussdüsen 38 gut erreicht werden kann, sind die Vergussdüsen 38 nicht lotrecht zur Hauptebene des Spann-Dreh-Trägers 5 gestellt, sondern schräg hierzu, indem sie mit ihrem hinteren Ende in Richtung der zu beschichtenden Stirnfläche 1b gekippt an der Vergusseinheit 39 montiert sind.
  • Nachdem auf diese Art und Weise der eine Randbereich der Zellen 1 beschichtet ist, fährt die Vergusseinheit 39 auf Abstand zum Spann-Dreh-Träger 5 und dieser wird mittels einer unterhalb des Spann-Dreh-Trägers 5 in seiner Halteposition montierten Hub-Dreh-Einheit 41 von den Schienenförderern 25a, b nach oben abgehoben, um die vertikale Mittelachse um 180 Grad gedreht und in gleicher Position wieder auf den Schienenförderern 25a, b abgesetzt, damit die Vergusseinheit 39 mit den schräg gestellten Vergussdüsen 38 nunmehr den anderen Randbereich 1a1 der Zellen 1 erreichen und analog beschichten kann.
  • Zu diesem Zweck ist, da sich nun das Antriebsritzel 29 des Spann-Dreh-Trägers 5 auf der gegenüberliegenden Seite befindet, dort ein weiterer Motor 40 zum Drehantrieb der Zellen 1 während der Beschichtung angeordnet.
  • Die aufgebrachten endseitigen Elektro-Isolationsschichten 9a sollen vor dem ergreifen der Zellen 1 in diesem Bereich vollständig aushärten.
  • Zu diesem Zweck wird der Spann-Dreh-Träger 5 mit den randseitig beschichteten Zellen in eine Pufferstrecke 101.5a gemäß 6 gefahren, deren Durchlaufzeit so bemessen ist, dass sie für das Aushärten der randseitigen Elektro-Isolationsschicht 9a während der Durchlaufzeit und der anschließenden Bearbeitungszeit beim Geschichten des Mittelbereiches ausreicht.
  • Während die Spann-Dreh-Träger 5 entlang dieser Pufferstrecke 101.5a, werden die Zellen 1 permanent mittels eines Motors 40 in den Spanndrehträgern 5 angetrieben.
  • Hierzu besteht die Pufferstrecke 101.5a aus einer ersten und einer zweiten Staustrecke 43a, b, die in Querrichtung von der Hauptförderrichtung der Schienenförderer 25a, b die entlang der Arbeitsstationen verlaufen, abragen, wobei die eine Staustrecke 43a davon wegführt und die andere Staustrecke 43b – nach einer 180°-Kurvenfahrt – den Spanndrehträger 5 wieder zum Schienenförderer 25a, b der Hauptförderrichtung zurückführt.
  • Der Drehantrieb der Spann-Dreh-Träger 5 und damit der Zellen 1 ist dabei nur entlang der geraden Staustrecken 43a, b realisiert, vorzugsweise mit Hilfe eines dort von einem Motor 40 angetriebenen, entlanglaufenden Zahnriemens 44, der an allen Antriebsritzeln 29 angreift, während bei der Kurvenfahrt kein Antrieb der Zellen 1 erfolgt.
  • Da die Spann-Dreh-Träger 5 an der Pufferstecke 101.5a zeitversetzt ankommen, werden die Spanndrehträger 5 innerhalb der Pufferstrecke nur getaktet weiterbewegt, um gerade ausreichend Platz für den nächsten ankommenden Spanndrehträger 5 auf der ersten Staustrecke 43a zu schaffen, so dass die Spanndrehträger 5 mit sehr geringem oder im Idealfall ohne Abstand hintereinander entlang der Staustrecken 43a, b bewegt werden, was die Baulänge der Pufferstreck 101.5a reduziert.
  • Nach dem Durchlaufen dieser ersten Pufferstrecke 101.5a wird der Span-Dreh-Träger 5 einer weiteren Vergussstation 101.6 (7) zum Beschichten des mittigen Bereiches 1a2 der Mantelfläche 1a mit einer sogenannten mittigen Elektro-Isolationsschicht 9b verfahren.
  • Diese Vergussstation 101.6 ist im wesentlichen wie die Vergussstation 101.4 aufgebaut mit dem Unterschied, dass die sechs Vergussdüsen 38 nunmehr lotrecht von oben her nach unten gegen die Zellen 1 ragen, da keine Stirnflächenbereiche mehr mitbeschichtet werden müssen.
  • Des Weiteren kann die Beschichtung des mittigen Bereiches 1a, 2 in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen, so dass keine Hub-Dreh-Einheit für den Spanndrehträger 5 benötigt wird und dementsprechend auch nur ein Motor 40 auf einer Seite der Schienenförderer 25a, b zum Antrieb der Zellen 1 im Spanndrehträger 5 benötigt wird.
  • Diese mittige Elektro-Isolationsschicht 9b soll bis zur weiteren Bearbeitung der Zellen 1 nicht aushärten, sondern nur antropfen, also Angelieren bis zu einem definierten Viskositätsgrad.
  • Deshalb werden die Spanndrehträger 5 mit der soeben beschichteten mittleren Mantelfläche 1a2 anschließend auf eine weitere Pufferstrecke 101.5b gefahren die analog zur ersten Pufferstrecke 101.5a gestaltet ist, der Durchlaufzeit jedoch hierauf abgestimmt und in der Regel kürzer ist als diejenige der ersten Pufferstrecke 101.5b.
  • Unmittelbar nach Durchlaufen der zweiten Pufferstrecke 101.5 b wird der Spann-Dreh-Träger 5 zu einer weiteren Vergussstation 101.7 (siehe 8) verfahren und dort angehalten und positioniert (mittels einer Hub-Positionier-Einheit (41'), die den Spann-Dreh-Träger (5) lediglich anhebt und positioniert, aber nicht dreht), in der eine Vergussraupe 15 mit einem thermisch leitfähigen Kleber, wie am besten wiederum in 11c zu erkennen, auf dem mittigen Bereich 1a2 der Mantelfläche 1a und damit auf der dort vor handenen, angelierten, mittigen Elektro-Isolationsschicht 9b aufgebracht wird.
  • Wie 1c zeigt, kann die Kleberraupe 15 die Form einer entlang einer Mantellinie verlaufenden Zickzacklinie besitzen, wobei eine solche Kleberraupe 15 auf zwei bezüglich der Längsrichtung 10 gegenüberliegenden Seiten der Mantelfläche 1 in jeweils definierter Drehlage aufgebracht werden muss.
  • Bevorzugt wird jedoch eine Auftragsform der Kleberraupe 15, die insgesamt – in der Aufsicht auf die Kleberraupe 15 betrachtet – eine Knochenform aufweist, also mit verdickten Enden der Auftragsform zu den Endbereichen des mittleren Bereiches 1a2 hin, wie in den 11d und 11e in der Aufsicht an jeweils einer separaten Zelle 1 dargestellt.
  • Dies kann erreicht werden entweder gemäß 11d durch ein Bündel von etwa in Längsrichtung der Zelle 1 verlaufenden, einzelnen oder miteinander verbundenen, gekrümmten Kleberraupen 15, die ein Linienbündel bilden, welches im mittleren Bereich schmaler und in den Endbereichen breiter ist. Alternativ kann die Kleberraupe 15 auch aus einer Zickzacklinie ähnlich 11c bestehen, die jedoch an den Endbereichen eine größere Breite als im mittleren Amplitude besitzt, wie in 11e dargestellt.
  • Um einen solchen Auftrag zu realisieren, ist die Vergussstation 101.7 wiederum analog der Vergussstation 101.6 ausgebildet mit dem Unterschied, dass vorzugsweise die Vergusseinheit 39 nur eine einzige Vergussdüse 38 aufweist und somit die einzelnen Zellen 1 nacheinander mit der Kleberraupe 15 ausgestattet werden, was aufgrund der sehr viel kürzeren Länge dieser Kleberraupe 15 gegenüber den spiraligen Kleberraupen in den vorherigen Vergussstationen ausreicht, um die Taktzeit dieser anderen Vergussstationen 101.4 und 101.6 einzuhalten.
  • Der Motor 40 treibt in diesem Fall die Zellen 1 im Spann-Dreh-Träger 5 nicht permanent rotierend in der gleichen Richtung an, sondern er vollzieht – um eine jeweils vorgegebene definierte Mittellage – eine intermittierende Schwenkbewegung der Zellen 1 um ihre Längsachsen 10 durch entsprechend der gewünschten Form der Kleberraupe 15 und damit in Abstimmung mit der Bewegung der Vergussdüse 38 längs der Zelle 1.
  • Nachdem dies für alle Zellen 1 auf der Oberseite durchgeführt ist, werden die Zellen 1 im Spann-Dreh-Träger 5 um 180 Grad um ihre Längsachse 10 gedreht und auf der gegenüberliegenden Seite der gleiche Auftrag der Kleberraupen 15 durchgeführt.
  • Des Weiteren kann bei diesem Kleberauftrag 15 auf eine Höhenregulierung der Austrittsöffnung der Vergussdüse 38 über der zu beschichtenden Oberfläche verzichtet werden, da an diese Kleberraupe geringere Genauigkeitsanforderungen gestellt werden jedoch muss die darunter liegende Elektroisolation schlicht zuvor als fehlerfrei überprüft worden sein.
  • Die so vorbereiteten und beschichteten Zellen 1 werden mit ihrem Spann-Dreh-Träger 5 in der Regel sofort oder nach einer definierten kurzen Antopfzeit weiter verfahren in die Fügestation 103.1 gemäß 14, um dort mit den Halbschalenaufnahmen zusammengefügt zu werden, die ihrerseits jedoch ebenfalls zuvor eine Vorbereitungslinie 102 für die Halbschalenträger 2 durchlaufen müssen, welche jedoch wesentlich kürzer gestaltet ist:
    Auch diese Vorbereitungslinie 102 umfasst im Viereck ringförmig umlaufende Schienenförderer 25a, b, auf denen die Halbschalenträger 12 verfahren werden, die analog zu den Spann-Dreh-Trägern 5 die Halbschalenaufnahmen 2a, b tragen und an einer Einlegestation 102.1 gemäß 2 manuell in die Halbschalenträger 12 eingestellt werden:
    Wie 9a und 9b zeigen, sind die Halbschalenträger 12 plattenförmig ausgebildet, von deren Oberseite Haltestäbe 45 aufragen, die so dimensio niert und beabstandet sind, dass zwischen sie die sowohl zweiseitigen als auch einseitigen Halbschalenaufnahmen 2a, b formschlüssig und stehend von oben eingeschoben werden können, wobei jeder Halbschalenträger 12 die Anzahl von Halbschalenaufnahmen 2a, b trägt, die für die Erstellung eines Blockes 3 benötigt wird.
  • Die Halbschalenaufnahmen 2a, b sind dabei entlang der Transportrichtung der Halbschalenträger 12 vor allem in der Fügestation 103.1 für die Blöcke 3 an den Längsaußenseiten, aber auch in der Mitte so aufgereiht, dass die rinnenförmigen konkaven Innenflächen 13 jeweils nach außen weisen und frei zugänglich sind, bei den beidseitigen Halbschalenaufnahmen 2b die entgegen gerichteten Innenflächen 13 jedoch auch zur Mitte des Halbschalenträgers 12 hinweisen.
  • Die Unterseite des plattenförmigen Halbschalenträgers 12 ist wiederum zur Führung und Mitnahme durch die Schienenförderer 25a, b ausgebildet.
  • Von der Einlegestation 102.1 wird der so bestückte Halbschalenträger 12 zu einer Reinigungsstation 102.2 (gemäß 10) verfahren und dort angehalten und positioniert.
  • Die Reinigungsstation 102.2 für die Halbschalenaufnahmen 2a, b entspricht in etwa der Reinigungsstation 101.3 für die Zellen 1 der 4 bis auf wenige Unterschiede:
    Die Plasmadüse 6b ist hier nicht vertikal von oben auf das zu reinigende Objekt, hier die Innenflächen 13 der Halbschalenaufnahmen 2a, b, gerichtet, sondern schräg von der Seite, da die Innenflächen 13 vertikal stehen.
  • Vorzugsweise wird hierbei eine rotierende Plasmadüse verwendet, bei der der abgegebene Plasmastrahl in einem definierten Winkel zur Rotationsachse der Düse angestellt ist und um diese rotiert. Damit lässt sich in einem Ar beitsgang ein größerer Bereich bearbeiten und ein günstiger Auftragwinkel des Plasmastrahls zur Oberfläche des zu reinigenden Objekts erreichen.
  • Des Weiteren werden während der Bearbeitung die Halbschalenaufnahmen 2a, b innerhalb des Halbschalenträgers 12 nicht drehend angetrieben, sodass kein diesbezüglicher Motor 40 für den Antrieb benötigt wird.
  • Vorhanden ist jedoch ebenso die Hub-Dreh-Einheit 41, um den Halbschalenträger 12 nach dem Reinigen der zur einen Seite hin gerichteten Innenflächen 13 hochheben und um 180 Grad um die vertikale Achse drehen zu können, damit danach die anderen Innenflächen 13 in Richtung der Plasmadüse 6b gerichtet sind und von dieser abgestrahlt werden können.
  • Wenn alle Innenflächen 13 aller Halbschalenaufnahmen 2a, b auf dem Halbschalenträger 12 gereinigt sind, wird der Halbschalenträger 12 weiter verfahren zur Fügelinie 103 (siehe 2) für die Blöcke 3, deren erste Bearbeitungsstation die Fügestation 103.1 (14) ist, in der die Schienenförderer 25a, b sowohl für die Spann-Dreh-Träger 5 mit den Zellen 1 als auch die Halbschalenträger 12 mit den Halbschalenaufnahmen 2a, b als auch für die Blockträger 16 zum Transportieren der fertigen Blöcke 3 zusammenlaufen.
  • Die Einzelteile werden in einem Blockträger 16 zusammengefügt, wie in 12a im leeren Zustand dargestellt ist und in 12b mit einem darin befindlichen vollständigen Block 3 aus Zellen 1 und Halbschalenaufnahmen 2a, b:
    Der Blockträger 16 ist plattenförmig gestaltet und auf seiner Unterseite wiederum zum Transportieren und Positionieren auf den Schienenförderern 25a, b ausgestaltet.
  • Der Block wird auf der Oberseite des Blockträgers 16 aufgebaut, der zu diesem Zweck in seiner Längsrichtung auf den Außenseiten verlaufende, leis tenförmige seitliche Führungen 17a, b aufweist, deren freier Abstand gerade ausreicht, um die aufrecht dazwischen stehenden Halbschalenaufnahmen 2a, b so aufzunehmen, dass ihre Innenflächen 13, in die die Zellen 1 eingelegt werden, jeweils in Längsrichtung des Blockträgers 13 weisen.
  • Am hinteren Ende ist der Blockträger 16 geschlossen durch eine Querleiste und einen davon aufragenden Endanschlag 14, der sich bis zur Höhe der in den Blockträger gestellten Halbschalenaufnahmen 2a, b erstreckt.
  • Die Oberseite des Blockträgers 16 ist in Längsrichtung genutet und so gestaltet, dass die Zellen 1, die eine größere Länge aufweisen als die Halbschalenaufnahmen 2a, b, um die halbe Längendifferenz zwischen den beiden Bauteilen tiefer im Blockträger 16 stehen, sodass später die Halbschalenaufnahmen 2a, b mittig im mittigen Bereich 1a2 der Mantelfläche 1a der Zellen 1 positioniert sind, der etwas länger ist als die Halbschalenaufnahmen 2a, b.
  • Der Endanschlag 14 weist eine mittige, vertikal stehende Aufwölbung 14a auf, die bei einer mit der Außenseite dort angelegten ersten einseitigen Halbschalenaufnahme 2a in einer dortigen rückseitigen Vertiefung der Halbschalenaufnahme 2a positioniert und zentriert wird.
  • Anschließend werden Schritt für Schritt immer zwei Zellen 1 in die letzte Halbschalenaufnahme eingelegt, danach die nächste, dann zweiseitige, Halbschalenaufnahme 2b angelegt und so weiter, wie in den 13 im Detail dargestellt und erläutert, bis der Block 3 vollständig erstellt ist und durch Hochklappen einer dem Endanschlag 14 dann gegenüberliegenden, stirnseitigen Endklappe 18, die gegen die letzte angesetzte einseitige Halbschalenaufnahme 2a anliegt, im Blockträger 16 gesichert ist und der Block 3 weiter bearbeitet werden kann.
  • Das Einsetzen der Halbschalenaufnahmen 2a, b als auch der Zellen 1 in der Fügestation 103.1 erfolgt automatisch mittels spezifisch für die Zellen 1 bzw.
  • die Halbschalenaufnahmen 2a, b ausgebildeter Greifer 32' bzw. 32'', wie in den 11c bzw. 11a zu erkennen ist.
  • Die Greifer 32', 32'' sind jeweils auf einem Dreiachs-Schlitten-System 36 aufgebaut (14), deren Verfahrwege in Querrichtung zu den Schienenförderern 25a, b so groß sind, dass sie im einen Fall Zellen 1 aus den Spann-Dreh-Trägern 5 und im anderen Fall Halbschalenaufnahmen 2a, b aus den Halbschalenträgern 12 entnehmen und zu dem dazwischen positionierten Blockträger 16 transportieren und dort positionieren können, wie in 14 dargestellt, die die Fügestation 103.1 zeigt, wo alle drei Werkstückträger 5, 12, 16 sich wiederum in einer genau definierten Position befinden und fixiert sind und damit auch die darin zu entnehmenden bzw. abzusetzenden Einzelteile.
  • Dabei zeigt 11a, dass der Greifer 32'' beide Arten von Halbschalenaufnahmen 2a, b am stirnseitigen oberen Ende ergreifen und nach oben aus dem Halbschalenträger 12 herausziehen und ebenfalls vertikal wieder im Blockträger 16 in definierter Position absetzen kann.
  • 11c zeigt den Greifer 32' für die Zellen 1, die im mittleren Bereich 1a2 ihrer Mantelfläche 1a eine noch nicht ausgehärtete, angelierte Beschichtung aufweisen.
  • Aus diesem Grund sind die beiden Paare der Greifklauen 33a, b so weit beabstandet und die Breite der Greifklauen so schmal bemessen, dass diese nur innerhalb der bereits ausreichend ausgehärteten Randbereiche 1a1 der Mantelflächen 1a die Zellen 1 ergreifen, aus dem Spann-Dreh-Träger 5 einzeln entnehmen – nach jeweiliger einzelner Öffnung des jeweiligen Paares von Spannköpfen 27a, b, was ebenfalls automatisch in der Fügestation 103.1 geschieht und sie nach Drehung des Greifers 32' um eine horizontale Achse um 90 Grad aufrecht stehend im Blockträger 16 positionieren.
  • Da hierfür am dann unteren Randbereich 1a1 die Greiferklauen 33a, b radial über die Zelle 1 vorstehen, sind in den leistenförmigen seitlichen Führungen 17a, b des Blockträgers 16 zur Mitte und der Einschubrichtung entgegengerichtet offene Freiräume 46 eingearbeitet, die ausreichend groß bemessen sind, dass sich nach Positionieren der Zelle 1 im Blockträger 16 die Greifklauen 33a, b auch öffnen können, um die Zelle 1 loszulassen und zurückzufahren.
  • Die 13 zeigen nun das Zusammenfügen der Einzelteile zu Blöcken 3. Dabei ist zunächst zu erkennen, dass an der Fügestation 103.1 weitere Hilfsvorrichtungen vorhanden sind, nämlich jeweils eine vertikal wirkende Spannvorrichtung 47, die von oben auf die Stirnfläche 1b jeder Zelle 1 drückt und jeweils zwei Querspanner 48 für jede der Halbschalenaufnahmen 2b, die auf beiden Seiten des Blockträgers 16 angeordnet sind und jede einzelne Halbschalenaufnahme 1ab zwischen sich spannen, wobei ein an den Querspannern 48 vorhandener Zentriervorsprung 49, der vertikal verläuft in eine V-förmige Ausbuchtung in der Stirnfläche der Halbschalenaufnahme 2b, drückt und diese zentriert.
  • 13a zeigt den noch leeren Blockträger 16 in der Fügestation 103.1. Dabei ist zu erkennen, dass auf jeder Seite jeweils ein Querspanner 48 an einem gewinkelten Auskragarm zusätzlich eine vertikale Spannvorrichtung 47 trägt, und der Querspanner 48 in Querrichtung zur Längsrichtung des Blockträgeres 16 und der Transportrichtung der Schienenförderer 25a, b zwischen einer beabstandeten und einer Klemmposition in Querrichtung verfahren werden kann.
  • Lediglich der in Längsrichtung des Blockträgers 16 letzte Querspanner 48 nahe der Endklappe 18 trägt keine vertikale Spannvorrichtung.
  • Aus Übersichtlichkeitsgründen ist in 13a auf der linken Seite nur ein Querspanner 48 dargestellt, in der Praxis sind natürlich auch dort alle Querspanner 48 vorhanden wie auf der gegenüberliegenden Seite.
  • Zum Einlegen der ersten, einseitigen Halbschalenaufnahme 2a, anliegend an dem Endanschlag 14, sind alle Querspanner 48 vom Blockträger 16 zurückgefahren, damit der Greifer 32'' mit der Halbschalenaufnahme 2a von vorne entlang der Seitenführungen bis zum Endanschlag einfahren kann (13b).
  • Anschließend bewegen sich die ersten beiden einander gegenüberliegenden Querspanner 48 auf den Blockträger 16 zu, wie in 13c dargestellt – oder alternativ nur die Querspanner 48 der einen Seite – und klemmen dadurch die eingesetzte, einseitige Halbschalenaufnahme 2a zwischen sich fest. Wie 13c zeigt, befinden sich dann bereits die vertikalen Spannvorrichtungen 47 zentrisch über den Positionen, an denen anschließend Zellen 1 in dem Blockträger 16 gemäß 13d positioniert werden in kontaktierender Anlage an der ersten einseitigen Halbschalenaufnahme 2a, jedoch sind die Spannvorrichtungen 47 noch nach oben zurückgezogen, in die noch nicht spannende Position.
  • Anschließend wird mittels des anderen Greifers 32' gemäß 13d eine erste Zelle 1 in die erste aufrecht stehende Innenfläche 13 der Halbschalenaufnahme 2a aufrecht stehend und kontaktierend im Blockträger 16 positioniert, mit der Kleberraupe 15 gegen die Innenfläche 13 gerichtet und noch vor dem Loslassen des Greifers 32' mittels der darüber befindlichen vertikalen Spannvorrichtung 47 in dieser Position festgeklemmt.
  • Wie die 13e und 13f zeigen, ist in dem Querspanner 48 auf Höhe der oberen Greifklauen 33a, b ausreichender Freiraum vorhanden, um die äußere Greifklaue 33a beim Öffnen auf Abstand von der Zelle fahren zu können, da diese äußere Greifklaue 33a eine vertiefte Ausnehmung als Kontaktfläche zur Zelle 1 besitzt und über die Längsmitte der Zelle 1 hinweg greift.
  • Im Gegensatz dazu ist die andere Greifklaue 33b – wie noch besser in 11c zu erkennen – nur als Spitze ausgebildet und reicht nicht einmal bis zur Längsmitte der Zelle 1, sodass diese Greifklaue 33b keinen oder nur einen sehr geringen Bewegungsweg in Querrichtung des Blockträgers 16 beim Öffnen vollziehen muss.
  • Somit handelt es sich bei diesem Greifer 32' zwar um einen Parallelgreifer, jedoch bewegen sich die beiden Greifklauen 33a, b um unterschiedlich lange Wege beim Öffnen und Schließen, oder es bewegt sich dabei nur die eine, länger auskragende Greifklaue 33a.
  • Auf die gleiche Art und Weise wird daneben die zweite Zelle 1 in die erste einseitige Halbschalenaufnahme 2a eingelegt, jedoch mit nunmehr um 180 Grad gedrehtem Greifer 32', sodass sich nun die kurze, als Spitze ausgebildete Greifklaue 33b wiederum auf der Mittellinie des Blockträgers 16, also zwischen den beiden Reihen von Zellen 1, befindet.
  • Die äußere Klaue 33a des unteren Klauenpaares fährt dabei in den Freiraum 46 der seitlichen Führung 17b ein, der auch ausreicht für das Öffnen dieser unteren äußeren Greifklaue 33a.
  • Sowohl die vertikale Spannvorrichtung 47 als auch der Querspanner 48 sind vorzugsweise als Pneumatikzylinder ausgeführt.
  • Nachdem nun die beiden Zellen 1 der ersten Reihe von Zellen positioniert und gespannt sind und der Greifer 32' entfernt ist, fährt gemäß 13g mittels des Greifers 32'' die nächste, diesmal beidseitige Halbschalenaufnahme 2b heran und wird von in dem Blockträger 16 an der entsprechenden Position abgesetzt und zuletzt bis auf die kontaktierende Endposition an die erste Reihe von Zellen 1 herangefahren. Sobald diese Positionierung erfolgt ist, fahren die beidseitigen Querspanner 48 heran und klemmen die Halbschalenaufnahme 2b zwischen sich fest, wobei der vertikale Zentriervorsprung 49 an der Kontaktfläche der Querspanner 48 formschlüssig zentrie rend in die prismenförmige Vertiefung 51 auf den Stirnseiten der beidseitigen Halbschalenaufnahme 2b eingreift.
  • Die vertikalen Spannvorrichtungen 47 dieser beiden Querspanner 48 sind dabei wiederum noch in der nach oben zurückgezogenen Position, sodass anschließend wiederum die nächsten Zellen 1 darunter eingesetzt, positioniert und anschließend gespannt werden können.
  • Dieser Vorgang wird wiederholt bis der Block 3 durch Einsetzen und Spannen der letzten, dann wiederum einseitigen, Halbschalenaufnahme 2a komplettiert und durch Heranfahren der letzten Querspanner 48 gespannt ist, wie in 13i dargestellt, woraufhin die Endklappe 18 durch Hochklappen des Klappenhebels 18a, was vorzugsweise mithilfe des letzten benutzten Greifers 32'' geschieht, hochgeklappt und in dieser Stellung arretiert wird.
  • Wenn dieser in 13k dargestellte Zustand erreicht ist, können alle vertikalen Spannvorrichtungen 47 nach oben weggefahren und anschließend alle Querspanner 48 zur Seite weggefahren werden, sodass der fertig bestückte Blockträger 16 frei wird.
  • Durch den definierten Abstand zwischen Endanschlag 14 und Endklappe 18 des Blockträgers 16 sowie die inzwischen weiter gelierten Beschichtungen, die durch das Kontaktieren der Zellen 1 mit den Innenflächen 13 auch ein flächiges Verteilen der Kleberraupe 15 über die gesamte Innenfläche 13 bewirkt aufgrund der engen Positionierung der Zellen 1 zu den Innenflächen 13, sind nach Schließen der Endklappe 18 keine unzulässigen Veränderungen der Schichtdicken zwischen den Zellen 1 und den Innenflächen 13 mehr zu befürchten, sodass der Blockträger 16 weiter verfahren werden kann zur Vergussstation 103.2 gemäß 2, ohne dass das vollständige Aushärten der mittigen Elektro-Isolationsschicht 9b oder des Klebers abgewartet werden muss.
  • In der Vergussstation 103.2 wird – wie in 15 dargestellt – an dem gefügten, im Blockträger 16 befindlichen Block 3 eine gerade Kleberraupe 50 jeweils beidseits entlang jeder Fuge 21 (siehe 1b) auf der Außenseite des Blockes zwischen zwei gegeneinander gerichteten. Halbschalenaufnahmen 2a, b aufgetragen. Diese besteht aus nicht aushärtendem, wärmeleitfähigem Kleber und dient nach dem Entfernen des ausgehärteten Blockes 3 aus dem Blockträger 16 dem seitlichen Ankleben jeweils eines (nicht dargestellten) verrippten Kühlkörpers aus Aluminium oder einem anderen gut wärmeleitfähigen Material auf jede der beiden Außenseiten des Blockes 3.
  • Die Vergussstation 103.2 entspricht im wesentlichen der Vergussstation 101.4, vor allem auch hinsichtlich der Schrägstellung der Vergussdüse 38, jedoch ist hiervon nur eine einzige an der Vergusseinheit 39' vorhanden.
  • Auch hier wird nach Aufbringen der Kleberraupen 50 auf der einen Außenseite des Blockes 3 dieser zusammen mit dem Blockträger 16 mittels der Hub-Dreh-Einheit 41 hochgehoben, um 180 Grad gedreht, und auf den Schienenförderern 25a, b in gleicher Längsposition abgesetzt, damit die Vergussdüse 38 auf der anderen Seite die Kleberraupen 50 am Block 3 anbringen kann.
  • Damit ist der Block 3 fertig gestellt und kann aus der Vergussstation 103.2 herausgefahren werden, verbleibt jedoch im Blockträger 16 noch bis zum vollständigen Aushärten des Klebers als auch der mittigen Elektroisolationsschicht 9b zwischen den Zellen 1 und den Halbschalenaufnahmen 2a, b.
  • Nach Entnehmen aus dem Blockträger 16 wird dieser leer entlang der wiederum ringförmig geschlossenen, in der Regel rechteckigen Förderstrecke zur Fügestation 103.1 zurückgefahren.
    • 1
    zylindrische Zelle
    1a
    Mantelfläche
    1a1, 1a2
    Bereich
    1b, c
    Stirnfläche
    2a
    einseitige Halbschalen-Aufnahme
    2b
    zweiseitige Halbschalen-Aufnahme
    3
    Block
    4
    Einlege-Träger
    4a
    Boden
    4b, c
    Seitenwand
    5
    Spann-Dreh-Träger
    6a, b
    Plasmadüse
    7
    Abstand
    9a, b
    Elektro-Isolationsschicht
    10
    Längsrichtung
    11a, b
    Querrichtung
    12
    Halbschalen-Träger
    13
    Innenflächen
    14
    Endanschlag
    15
    Verguss-Raupe
    16
    Block-Träger
    17a, b
    seitliche Führung
    18
    Endklappe
    19
    Thermo-Leitschicht
    20a, b
    stirnseitiger Vorsprung
    20
    Fuge
    22
    Drehlagen-Markierung
    23
    Außennut
    24
    Auflage
    25a, b
    Schienenförderer
    26
    Ausnehmung
    27a,
    antreibbarer Spannkopf
    27b
    axial beweglicher Spannkopf
    28
    O-Ring
    29
    Antriebsritzel
    30
    Greifende
    31
    Öffnungsleiste
    32, 32'
    Greifer
    32''
    Greifer
    33a, b
    Greifklaue
    34
    Mittelebene
    35
    Grundkörper Greifer
    36
    3-Achs-Schlittensystem
    37
    Dosierkopf
    38
    Vergussdüse
    39, 39'
    Vergusseinheit
    40
    Motor
    41
    Hub-Dreh-Einheit
    41'
    Hub-Positionier-Einheit
    42
    Abstandssensoreinheit
    43a, b
    Staustrecke
    44
    Zahnriemen
    45
    Haltestäbe
    46
    Freiraum
    47
    vertikale Spannvorrichtung
    48
    Querspanner
    49
    Zentriervorsprung
    50
    Kleberraupe
    51
    Vertiefung
    101
    Vorbereitungslinie
    101.1
    Einlegestation
    101.2
    Einspannsstation
    101.3
    Reinigungsstation
    101.4
    Vergussstation Randbereich
    101.5a
    erste Pufferstrecke
    101.6
    Vergussstation Mittelbereich
    101.5b
    zweite Pufferstrecke
    101.7
    Vergussstation Kleber
    102
    Vorbereitungslinie
    102.1
    Einlegestation
    102.2
    Reinigungsstation
    103
    Herstellungslinie
    103.1
    Fügestation
    103.2
    Vergussstation

Claims (53)

  1. Verfahren zum isolierenden Verkleben von nicht exakt zylindrischen Zellen (1), die insbesondere stirnseitige Vorsprüngen (20a, b) polygoner Form in der Aufsicht aufweisen, in einseitige und beidseitige, exakt geformte Halbschalen-Aufnahmen (2a, b) zum Erzielen vom rechteckigen Blöcken (3), dadurch gekennzeichnet, dass – auf den Mantelflächen (1a) der Zellen (1) eine Elektro-Isolations-Schicht (9a, b) mit definierter Schichtdicke einer elektrisch isolierenden Vergussmasse sowie eine thermisch leitfähige, jeweils aushärtbare, Vergussmasse aufgebracht wird und – diese im viskosen Zustand als Konturausgleich zwischen den exakt geformten Halbschalen-Aufnahmen (2a, b) und den nicht exakt geformten zylindrischen Zellen (1) beim Verkleben benutzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende und die thermisch leitfähige Vergussmasse nacheinander aufgebracht werden oder es sich um eine einzige Vergussmasse handelt, die beide Eigenschaften in sich vereint.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitfähige Vergussmasse auf die Elektro-Isolationsschicht aufgebracht wird, bevor die Elektro-Isolationsschicht vollständig ausgehärtet ist, insbesondere wenn diese einen Zustand definierter Viskosität erreicht hat.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zellen (1) drehlagerichtig in einen Spann-Dreh-Träger (5) zum Beschichten der Zellen (1) eingebracht werden durch – drehlagenrichtiges Einlegen mehrerer Zellen (1) in einen Einlege-Träger (4), – automatisches, insbesondere einzelnes, Umsetzen der drehlagerichtigen Zellen von dem Einlege-Träger (4) in einen Spann-Dreh-Träger (5) für mehrere Zellen (1), – Zentrieren und stirnseitiges Spannen der Zellen (1) zwischen den Spannköpfen des Spann-Dreh-Trägers (5).
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehlagerichtige Einlegen der Zellen (1) in den Einlegeträger (4) ein durch Formschluss der stirnseitigen, polygonen Vorsprünge (20a, b) der Zellen (1) in entsprechenden Ausnehmungen (26) bewirkt wird, insbesondere zusammen mit einer optischen Überprüfung der Drehlage einer nur an einer Stelle des Umfanges der Zelle vorhandenen Drehlagen-Markierung (22).
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umsetzen der Zellen (1) vom Einlegeträger (4) in den Spann-Drehträger (5) mittels eines Greifers (32) erfolgt, der die Zellen (1) automatisch auf Greifermitte zentriert, insbesondere indem in den beiden gegeneinander geführten Klauen (3a, b) des Greifers (32) jeweils ein konkaves Prisma ausgebildet ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrieren der Zellen (1) in dem Spann-Dreh-Träger (5) erfolgt durch exakt zentrische Anordnung der Zelle (1) mit Hilfe des Greifers (32) zwischen den Spannköpfen (27a, b) vor dem Spannen der Zelle (1).
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stirnseitige Spannen der Zellen (1) mittels ringförmiger, um die stirnseitige zentrale Vorsprung (20a, b) der Zelle (1) an deren Stirnfläche anliegenden Spannköpfen (27a, b), die insbesondere ein rutschhemmendes Material auf der Kontaktfläche aufweisen, insbesondere einen O-Ring (28), erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen gereinigt werden durch – Reinigen zumindest der Mantelfläche (1a) der Zellen (1) durch drehenden Antrieb insbesondere aller im Spann-Dreh-Träger (5) parallel nebeneinander liegender Zellen (1) durch deren Spann-Köpfe und Entlangführen einer Reinigungsdüse, insbesondere einer Plasmadüse (6a, b) in definiertem Abstand entlang jeweils einer Mantellinie jeder Zelle (1), – Aufbringen einer aushärtenden, elektrisch isolierenden Vergussmasse auf die Enden der Mantelflächen (1a) und angrenzenden Stirnflächenbereiche (1b, c) der Zellen (1) durch in axialer und radialer Richtung entlang jeder Zelle (1) in definierten, in Echtzeit nachgeregeltem, Abstand (7) entlang bewegte, schräg zur Oberfläche stehende, Vergussdüsen (38) an den drehend angetriebenen Zellen (1), insbesondere bei allen Zellen (1) gleichzeitig.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen beschichtet werden, insbesondere unter drehendem Antreiben der Zellen (1) um Ihre Längsachse (10), mittels Sprühen, Roll-Auftragen, Abziehen mittels Rakel, Tauchen, insbesondere Eintauchen nur der Mantelflächen (1a) und Teile der Stirnflächen (1b), oder Aufbringen einer spiralförmigen Raupe entlang der Mantelfläche (1a) mit eng aneinanderliegenden Windungen, die sich gegenseitig berühren.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten mittels einer spiralförmig auf der Mantelfläche aufgebrachten Raupe mit eng aneinanderliegenden, berührenden Windungen realisiert wird durch – Aufbringen einer aushärtenden elektrisch isolierenden Vergussmasse auf die Enden der Mantelflächen (1a) und angrenzenden Stirnflächebereiche (1b, c) der Zellen (1) durch in axialer und radialer Richtung entlang jeder Zelle (1) in definiertem, in Echtzeit nachgeregeltem, Abstand (7) entlang bewegte, insbesondere schräg zur Oberfläche der Zelle (1) stehende, Vergussdüsen (38) an den drehend angetriebenen Zellen (1), – Aushärten dieser endseitigen Elektro-Isolationsschicht (9a) unter kontinuierlicher Drehung der Zellen (1), – Aufbringen einer aushärtenden, elektrisch isolierenden Vergussmasse auf den verbleibenden mittleren Bereich der Mantelfläche (1a) der Zellen (1) durch in axialer Richtung entlang jeder Zelle (1) in definiertem, in Echtzeit nachgeregeltem, Abstand entlang bewegte, insbesondere lotrecht zur Oberfläche der Zelle (1) stehende, Vergussdüsen (38) an den drehend angetriebenen Zellen (1), – Angelieren dieser mittigen Elektro-Isolationsschicht (9b) unter kontinuierlicher Drehung der Zellen (1), – Aufbringen einer aushärtenden, thermisch leitfähigen Vergussmasse auf den mittleren Bereich der Mantelfläche (1a) der Zellen (1) auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten in definierter Drehtage in Form jeweils einer in Längsrichtung (10) verlaufenden Verguss-Raupe (15).
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitfähige Vergussmasse auf den beiden Hälften der Mantelfläche (1a) der Zellen (1) aufgebracht wird ohne Berührung der Vergussmassen der beiden Hälften gegeneinander und insbesondere – in Form einer entlang einer Mantellinie verlaufenden Wellen- oder Zickzack-Linie, – in Form einer in Längsrichtung der Zelle verlaufenden, knochenförmigen Auftragsform, die an den Enden eine Umfangsrichtung gemessen größere Breite besitzt als im mittleren Bereich.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der thermisch leitfähigen Vergussmasse die Schicht aus elektrisch isolierender Vergussmasse auf Lückenlosigkeit mittels eines berührungslosen, insbesondere optischen, Verfahrens überprüft wird, insbesondere nach dem Angelieren dieser mittigen Elektro-Isolationsschicht (9b).
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung der Elektroisolationsschicht durch seitliches kontaktieren der Zellen im Spann-Dreh-Träger 5 durch das heranfahren von sechs Prüf-Schalen auf einen definierten Abstand an die Mantelfläche der Zellen einerseits und einen der Stirnseitigen Anschlusspole andererseits und Anlegen einer Prüfspannung erfolgt, mit mehrfacher Wiederholung nach Drehen der Zellen.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten der Elektro-Isolationsschicht (9) und/oder der thermisch leitfähigen Vergussmasse mittels Zeit, Luftsauerstoff, Feuchtigkeit, Temperatur, Bestrahlen, insbesondere mittels einer definierten Wellenlänge, insbesondere UV-Licht, erfolgt.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen-Aufnahmen (2a, b) zum Verkleben vorbereitet werden durch – formschlüssiges Einstecken der Halbschalen-Aufnahmen (2a, b) in einen Halbschalen-Träger (12), so dass die konkaven halbschalenförmigen Innenflächen (13) frei zugänglich bleiben, – Reinigen der halbschalenförmigen Innenflächen (13) durch Entlangführen einer Reinigungsdüse, insbesondere einer Plasmadüse (6a, b), entlang der Halbschalen-Aufnahmen (2a, b) insbesondere unter Verwendung einer rotierenden Reinigungsdüse.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blöcke (3) hergestellt werden durch einzelnes automatisches Entnehmen der Zellen (1) aus dem Spann-Dreh-Träger (5) sowie der Halbschalen-Aufnahmen (2a, b) aus dem Halbschalen-Träger (12), und Zusammenfügen der insbesondere aufrecht stehenden Halbschalen-Aufnahmen (2a, b) und Zellen (1) zu Blöcken (3) durch – Anlegen einer ersten einseitigen Halbschalen-Aufnahme (2a) am Endanschlag (14) eines Block-Trägers (16), der seitliche Führungen (17a, b) aufweist, – Anlegen von Zellen (1) mit der noch nicht ausgehärteten Vergussraupe (15) in definierter Drehlage gegen die halbschalenförmigen Innenflächen (13) der Halbschalen-Aufnahme (2a), mit definiertem kontaktierendem Abstand, – dabei Anpressen der Zelle (1) in ihrer Längsrichtung (10) gegen den Blockträger (16) und halten in dieser Position mittels einer Spannvorrichtung (47), – Anlegen der nächsten beidseitigen Halbschalen-Aufnahme (2a) gegen die letzte Lagen von Zellen (1) im definierten kontaktierendem Abstand zu diesen Zellen (1), – dabei Verklemmen der Halbschalen-Aufnahme in Querrichtung (11a) zwischen zwei Querspannern (48), – Wiederholen der letzten beiden Schritte bis zur Fertigstellung des kompletten Blockes (3), wobei als letzte Halbschalen-Aufnahme wiederum eine einseitige Halbschalen-Aufnahme (2a) angelegt wird, – Anlegen einer End-Klappe (18) als Anschlag gegen die letzte einseitige Halbschalen-Aufnahme und Sichern der Endklappe (18) in dieser Position, – Aushärten der Verklebungen der Blöcke (3) in den Blockträgern (16), – Entnehmen der Blöcke (3) aus den Block-Trägern (16).
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verklemmen der Halbschalen-Aufnahme (2a, b) zwischen den Querspannern (48) ein formschlüssiges Ineinandergreifen dieser beiden Teile bewirkt wird, welches die Halbschalenaufnahme (2a, b) in Längsrichtung des Blockträgers, also der zweiten Querrichtung (113) der Zellen (1), exakt im Blockträger (16) positioniert.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (47) für die Zellen (1) und der Querspanner (48) für die Halbschalenaufnahmen (2a, b) gelöst werden, sobald die Endklappe (18) geschlossen ist und noch vor dem Aushärten der Verklebungen der Zellen (1) gegenüber den Halbschalen-Aufnahmen (2a, b).
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kleberaupe (50) entlang einer Mantellinie der Zellen (1) auf der Außenseite jeder Halbschalen-Aufnahme (2a, b) jeweils beidseits entlang der Fuge (21) zwischen zwei gegeneinander gerichteten Halbschalen-Aufnahmen (2a, b) aufgebracht wird mit einer wärmeleitfähigen, elastisch bleibenden Vergussmasse zum späteren Aufbringen eines Kühlkörpers auf jeder Seitenfläche des Blockes (3).
  21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zusammenfügen der Zellen (1) zu Blöcken (3) die Zellen (1) mittels Greifern (32') an ihren stirnseitigen Randbereichen (1a1) der Mantelfläche (1a) und der dort aufgebrachten und bereits ausgehärteten endseitigen Elektro-Isolationsschicht (9a) ergriffen werden.
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vergussmasse mit einem Minderanteil, insbesondere weniger als 5%, insbesondere weniger als 2%, Füllstoffe in Form von Festkörpern mit definiertem Korndurchmesser entsprechend der gewünschten Mindestdicke der Schicht der Vergussmasse eingegeben werden und das Zusammenfügen der Zellen (1) und Halbschalenaufnahmen (2a, b) unmittelbar nach dem Aufbringen der Vergussmasse und vor dem Angelieren der Vergussmasse erfolgt.
  23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfügen der Blöcke (3) und/oder insbesondere das Beschichten der Zellen (1) und/oder das Reinigen der Zellen (1) und Halbschalenaufnahmen (2a, b) unter Vakuum erfolgt.
  24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Blöcke (3) bei aufrechtstehenden Halbschalenaufnahmen (2a, b) und Zellen (1) erfolgt.
  25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten der Blöcke (3) bei aufrechtstehenden Halbschalenaufnahmen (2a, b) und Zellen (1) erfolgt.
  26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zusammenfügen von Zellen (1) und Halbschalenaufnahmen (2a, b) diese mit solchem Druck zusammengefügt werden, dass der insbesondere knochenförmige Auftrag an thermisch leitender Vergussmasse sich über die gesamte Innenfläche (13) der Halbschalenaufnahmen (2a, b) verteilt.
  27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Werkstückträger in den Bearbeitungsstationen mittels Formschluss exakt positioniert werden, insbesondere durch Anheben und Einrasten von vertikal aufragenden mindestens zwei Positionierstiften mittels einer Hub-Dreh-Einheit (41) oder einer Hub-Positionier-Einheit (41').
  28. Anlage (100) zum isolierenden Verkleben von nicht exakt zylindrischen Zellen, die polygone stirnseitige Vorsprüngen (20a, b) aufweisen, in einseitige und beidseitige, exakt geformte Halbschalen-Aufnahmen zum Erzielen vom rechteckigen Blöcken (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst – eine Vorbereitungslinie (101) für die Zellen (1), – eine Vorbereitungslinie (102) für die Halbschalen-Träger (2), – eine Zusammenführung der beiden Vorbereitungslinien (101, 102), und – eine Fügestation (103) für die Blöcke (3).
  29. Anlage (100) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbereitungslinie (101) für die Zellen (1) umfasst – eine Einlegestation (101.1), – eine Einspannsstation (101.2), – eine Reinigungsstation (101.3), – eine Vergussstation Randbereich (101.4), – eine erste Pufferstrecke (101.5a), – eine Vergussstation Mittelbereich (101.6), – eine zweite Pufferstrecke (101.5b), – gegebenenfalls eine Prüfstation für die Elektro-Isolationsschicht, – eine Vergussstation Kleber (101.7).
  30. Anlage (100) nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbereitungslinie (102) für die Halbschalen Träger (2a, b) umfasst – eine Einlegestation (102.1) und – eine Reinigungsstation (102.2).
  31. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellungslinie (103) für die Blöcke (3) umfasst – eine Fügestation (103.1) und – eine Vergussstation (103.2) für die Fugen (21).
  32. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegestation (101.1) für die Zellen (1) einen Einlege-Träger (4) umfasst, der U-förmig, nach oben offen, gestaltet ist mit nach oben offenen Ausnehmungen (26) in den Innenflächen der Seitenwände (4b, c) zur formschlüssigen Aufnahme der polygonen stirnseitigen Vorsprünge (20a, b) der Zellen (1) und gegenüber dem Boden (4a) erhöhte Auflagen (24) für die Enden die Mantelflächen (1a) der sich von einer zur anderen Seitenwand (4b, c) erstreckenden Zellen (1) aufweist.
  33. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannstation (101.2) für die Zellen (1) einen Spann-Dreh-Träger (5) umfasst, der Spann-Dreh-Träger (5) U-förmig ausgebildet ist mit ebenfalls einer offenen Oberseite und zueinander fluchtenden Paaren (27a, b) von Spannköpfen, von denen die Spannköpfe (27a) in der einen Seitenwand (5b) axial fest aber drehend angetrieben und synchron gekoppelt sind und die Spannköpfe (27b) in der anderen Seitenwand (5c) axial beweglich sowie drehbar und gegen die Mitte des Spann-Dreh-Tägers (5) vorgespannt sind.
  34. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannstation (101.2) definierte Positionen für den Spann-Dreh-Träger (5) und den Einlegeträger (4) umfasst sowie einen auf einem Drei-Achs-System (36) montierten Greifer (32) zum Umsetzen der Zellen (1) vom Einlegeträger (4) in den Spann-Dreh-Träger (5), wobei der Greifer (32) als die zylindrischen Zellen (1) zentrierender Parallelgreifer mit prismenförmigen Aufnahmen in seinen Greifklauen (33a, b) ausgeführt ist.
  35. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spann-Dreh-Träger (5) eine Antriebs-Schnittstelle wie zum Beispiel ein Antriebsritzel (29) aufweist für den gemeinsamen Antrieb aller Spannköpfe (27a), welche in einer definierten Drehlage fixiert werden können.
  36. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Reinigungsstation (101.3, 102.2) eine Reinigungsdüse, insbesondere eine Plasmadüse (6a, b) aufweist, die auf einem mindestens Zwei-Achs-Schlittensystem, besser einem Drei-Achs-Schlittensystem (36) geführt ist und nahe entlang der zu reinigenden Oberflächen der Zellen (1) oder Halbschalenaufnahmen (2a) geführt werden kann, wobei die Reinigungsstation (101.3) für die Zellen (1) zusätzlich einen Motor (40) zum Antreiben der Zellen (1) im Spann-Dreh-Träger (5) an der Reinigungsstation aufweist.
  37. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vergussstation (101.4, 101.6, 101.7) eine Vergusseinheit (39, 39') mit wenigstens einer Vergussdüse (38), einem Dosierkopf (37) und einem Vor ratsbehälter für Vergussmasse umfasst, die an einem Mehrachs-Schlittensystem, insbesondere einem Drei-Achs-Schlittensystem (36), angeordnet ist zum Entlangfahren der Austrittsöffnung der Vergussdüse (38) entlang der Zellen (1) sowie wenigstens einen Motor (40) zum Antreiben der Zellen (1) im Spann-Dreh-Träger (5) an der Vergussstation.
  38. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussstation (101.4, 101.6) eine Abstandssensoreinheit (42) zum Messen des Abstandes zwischen Austrittsöffnung der Vergussdüse (38) und der zu beschichtenden Oberfläche der Zelle (1) umfasst sowie eine Steuerung zum Nachregeln dieses Abstandes auf Soll-Abstand in Echtzeit in wenigstens einer, besser zwei, Raumrichtungen.
  39. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vergussstation eine Vermessungsstation für die Lage der Vergussöffnung der Vergussdüse (38) zum Rest der Vergusseinheit (39, 39') aufweist.
  40. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je eine Hub-Dreheinheit (41) zum Hochheben und Drehen um eine vertikale Achse um 180° für den jeweiligen Träger unter den Schienenförderern (25a, b) an der Vergussstation (101.4) für den Randbereich und an der Vergussstation (101.7) für den Außenkleber vorhanden ist.
  41. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage Pufferstrecken (101.5a, b) zum Angelieren oder Aushärten von Vergussmasse aufweist, die insbesondere parallel zueinander verlaufende, insbesondere gerade, hin und zurückführende Staustrecken (43a, b) umfassen, und entlang jeder Staustrecke (43a, b) alle darauf laufenden Spann-Dreh-Träger (5) hinsichtlich ihrer Spannköpfe permanent drehend angetrie ben werden, insbesondere mittels eines entlang der Staustrecken (43a, b) entlang verlaufenden Zahnriemens (44) oder eine Antriebswelle.
  42. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blockträger (16) zum Zusammenfügen der Blöcke (3) seitliche Führungen (17a, b) sowie einen Endanschlag (14) und eine demgegenüberliegende aktivierbare und deaktivierbare Endklappe (18) aufweist.
  43. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den seitlichen Führungen (17a, b) zur Mitte und zur Einführöffnung hin offene Ausnehmungen (46) zum Aufnehmen der die einzusetzenden Zellen (1) haltenden Greifer (32') aufweist.
  44. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügestation (103.1) definierte Positionen für Blockträger (16), Spann-Dreh-Träger (5) und Halbschalenträger (12) aufweist sowie einerseits für die Zellen (1) angepasste Greifer (32') und andererseits für die Halbschalenaufnahmen (2a, b) angepasste Greifer (32''), die jeweils auf einem Drei-Achs-System (36) mit solchen Verfahrwegen montiert sind, dass sie die Umsetzung dieser Bauteile von dem jeweiligen Einzelteil-Träger zum Blockträger (16) ermöglichen.
  45. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (32') für die Zellen (1) zwei Paare von Greifklauen (33a, b) aufweist, deren Abstand und Dimensionierung so gestaltet ist, dass sie die Zellen (1) nur in den Randbereichen (1a1) der Mantelfläche (1a) greifen und nur die eine Greifklaue (33a) über die Längsmitte (10) der Zellen (1) greift und eine prismenförmige Auflage aufweist, während die andere Greifklaue (33b) als Spitze ausgebildet ist, die im Greifzustand die Längsmitte (10) der Zelle (1) nicht erreicht.
  46. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (32') um seine Längsachse um 180° drehbar ist.
  47. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fügestation (103.1) beidseits der Position des Blockträgers (16) für jeden dort einzusetzenden Halbschalenträger (2a, b) beidseits je ein Querspanner (48) vorhanden ist, von denen wenigstens einer in Querrichtung zum Blockträger (16) zwischen einer spannenden und einer zurückgefahrenen Position verfahrbar ist.
  48. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Querspanner (48) insbesondere mittels eines Kragarmes eine vertikale Spannvorrichtung (47) zum vertikalen Anlegen an der oberen Stirnfläche (1b, c) der Zelle (1) im Blockträger (16) angeordnet ist, die sich zentrisch über der Position der eingelegten Zelle (1) befindet, wenn sich der Querspanner (48) in der spannenden, nach innen gefahrenen, Position befindet.
  49. Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungs-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Querspanner (48) einen gegen die Halbschalenaufnahme (2b) gerichteten, vertikal verlaufenden Zentriervorsprung (49) aufweist, der in eine Vertiefung (51) in der jeweiligen Stirnseite der Halbschalenaufnahme (2b) zentrierend eingreift.
  50. Blöcke (3) aus mehreren Reihen von zylindrischen Zellen (1) und dazwischen angeordneten, mit den Zellen verklebten, Halbschalenaufnahmen (2a, b), dadurch gekennzeichnet, dass – die Halbschalenaufnahmen (2a, b) einen exakten Abstand zueinander aufweisen und – die nicht exakt zylindrischen Zellen (1) mittels einer ein- oder mehrschichtigen, ausgehärteten Vergussmasse mit den Halbschalenaufnahmen (2a, b) fest verklebt sind, und die Schichtdicke der Vergussmasse über einem Minimal- und insbesondere unter einem Maximalwert liegt und der Minimalwert mindestens 0,2 mm beträgt und insbesondere der Maximalwert höchstens 0,7 mm beträgt.
  51. Blöcke nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die axial in Längsrichtung der Zellen (1) gemessene Erstreckung der Halbschalen-Aufnahmen (2a, b) kürzer ist als die Erstreckung der mittigen Elektro-Isolationsschicht (9b) auf den Mantelflächen (1a) der Zellen (1), die beidseits über die Halbschalenaufnahmen (2a, b) hinausragen.
  52. Blöcke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Längsaußenseiten der Blöcke (3) Kühlkörper mittels eines thermisch leitfähigen Klebers aufgeklebt sind, der entlang der Fugen (21) auf den Außenseiten der Halbschalenaufnahme (2a, b) als Kleberraupe (50) aufgebracht ist.
  53. Blöcke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsmittelachse (10) jeder Zelle (1) einen definierten Abstand zu den konkaven Innenflächen (13) der Halbschalenaufnahmen (2a, b) besitzen, der größer ist als der Radius der unbeschichteten Zellen (1).
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