DE102010025885A1

DE102010025885A1 - Verfahren zum Stapeln von Blättern, insbesondere zur Fertigung einer Lithium-Ionen-Batterie

Info

Publication number: DE102010025885A1
Application number: DE102010025885A
Authority: DE
Inventors: Martin Schaupp; Peter Aul
Original assignee: Manz Tuebingen GmbH
Current assignee: Manz Tuebingen GmbH
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-01-05
Also published as: WO2012000679A1

Abstract

Ein Verfahren zum Stapeln von Blättern (2, 3; 12, 13), wobei Blätter (2, 3; 12, 13) unterschiedlicher Typen an einer oder mehreren Ablageposition/-en (59) aufeinander gestapelt werden, insbesondere zue einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, oder einer Brennstoffzelle, ist dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Greifer (1) zwei aufeinander liegende Blätter (2, 3; 12, 13) unterschiedlicher Typen gleichzeitig gehalten werden und vom Greifer (1) gemeinsam an der oder den Ablageposition/-en (59) abgelegt werden. Die Erfindung ermöglicht es, das Stapeln von Blättern unterschiedlicher Typen effizienter zu machen, und insbesondere die Geschwindigkeit des Aufbaus des Zielstapels zu steigern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stapeln von Blättern, wobei Blätter unterschiedlicher Typen an einer oder mehreren Ablageposition/en aufeinander gestapelt werden, insbesondere zur Herstellung einer folienbasierten Stromquelle wie einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, oder einer Brennstoffzelle.
Für eine dezentrale oder mobile Stromversorgung von verschiedensten technischen Verbrauchern wie Labtops oder Personenkraftwagen werden Stromquellen benötigt. Leistungsfähige Stromquellen, insbesondere Batterien (einschließlich wiederaufladbarer Batterien) und Brennstoffzellen, können durch den Einsatz von Foliensystemen (gelegentlich auch als „dünne Schichten” bezeichnet) realisiert werden. Dabei werden Verbundanordnungen von gestapelten Blättern unterschiedlicher Folienmaterialien (Typen) benötigt, etwa alternierende Folgen von Blättern einer Anodenfolie einer Kathodenfolie, jeweils getrennt durch Blätter einer Separationsfolie.
Die Blätter unterschiedlicher Typen stehen dabei in der Regel zunächst in typenreinen Stapeln zur Verfügung. Zur Herstellung der Verbundanordnung müssen dann Blätter von den verschiedenen typenreinen Stapeln auf einen Zielstapel an einer Ablageposition umgestapelt werden.
Stapelvorrichtungen des Standes der Technik setzten dabei Bewegungsmanipulatoren (Roboter) ein, die an ihrem Ende jeweils einen speziell ausgebildeten Greifer zum Halten eines Blattes aufweisen. Jedes Blatt wird einzeln von einem Greifer aufgenommen, zur Ablageposition verbracht und abgelegt. Beim Ablegen muss dabei das Blatt genau positioniert werden, wofür in der Regel Messungen und Nachjustagen der Greiferposition notwendig sind. Für jeden Typ von Blatt wird in der Regel ein eigener Greifer (mit zugehörigem Bewegungsmanipulator) eingesetzt.
Zur Fertigung einer typischen Lithium-Ionen-Batterie werden ca. 120 Blätter aufeinander gestapelt. Das Stapeln der Blätter stellt daher einen erheblichen apparativen und zeitlichen Aufwand bei der Fertigung von folienbasierten Stromquellen dar.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Stapeln von Blättern unterschiedlicher Typen effizienter zu machen, und insbesondere die Geschwindigkeit des Aufbaus des Zielstapels zu steigern.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der Eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mit einem Greifer zwei aufeinander liegende Blätter unterschiedlicher Typen gleichzeitig gehalten werden und vom Greifer gemeinsam an der oder den Ablageposition/en abgelegt werden.
Die Geschwindigkeit, mit der ein Zielstapel aufgebaut werden kann, hängt grundsätzlich davon ab, welche Zeit zum Einfahren eines Greifers über die Ablageposition, zum Nachjustieren der Greiferposition, zum positionsgenauen Ablegen und zum Ausfahren des Greifers aus der Ablageposition benötigt werden („Taktzeit” beim Ablegen). Solange sich ein Greifer an der Ablageposition befindet, kann grundsätzlich kein anderer Greifer an der Ablageposition agieren. Der Raum über der Ablageposition stellt daher einen Flaschenhals beim Aufbau des Zielstapels an der Ablageposition dar, der die Geschwindigkeit beim Aufbau des Zielstapels begrenzt.
Die Erfindung sieht vor, an der Ablageposition immer jeweils zwei Blätter mit demselben Greifer (und damit mit demselben Bewegungsmanipulator, an dem der Greifer angeordnet ist) auf einmal abzulegen. Die beiden aneinander anliegenden und gemeinsam vom Greifer gehaltenen Blätter werden auch als „Sandwich” bezeichnet. Das zeitraubende Einfahren, Nachjustieren und das Ablegen durch den Greifer an einer Ablageposition kann somit jeweils für zwei Blätter (und nicht nur für ein Blatt wie im Stand der Technik) genutzt werden. Dadurch kann die Geschwindigkeit, mit der der Zielstapel aufgebaut werden kann, im Rahmen der Erfindung bei gleicher Taktzeit verdoppelt werden.
Im Rahmen der Erfindung werden bevorzugt mindestens zwei Greifer (und damit mindestens zwei Bewegungsmanipulatoren, zu denen der Greifer jeweils gehört) an der oder den Ablageposition/-en eingesetzt. Ein Greifer, welcher gerade nicht an der Ablageposition ein Sandwich von zwei aneinander liegenden Blättern ablegt, nimmt dabei zwei Blätter (typischerweise nacheinander) an anderer Stelle auf.
Weitere Greifer können im Rahmen der Erfindung auch dazu eingesetzt werden, Blätter von einer Zuführeinrichtung (etwa einem Magazin) an ein Zwischenlager zu übergeben, um so einem anderen Greifer die Aufnahme des Blattes (typischerweise als zweites Blatt) zu vereinfachen.
Die unterschiedlichen Blatttypen unterscheiden sich in der Regel durch das Blattmaterial. Alternativ oder zusätzlich kann sich auch die Größe (Abmessungen und/oder Fläche) unterscheiden.
Bevorzugte Varianten der Erfindung
Besonders bevorzugt ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Stapeln von Blättern, bei der der Greifer die zwei Blätter mittels einer Unterdruckwirkung hält, insbesondere wobei als Greifer ein Sauggreifer oder ein Bernoulli-Greifer eingesetzt wird. Die Unterdruckwirkung gestattet eine sehr gute Kontrolle über das ergriffene Blatt und kann insbesondere auch relativ gleichmäßig über die Fläche des Blattes angewandt werden, sodass diese Transporttechnik relativ schonend für die in der Batterie- und Brennstoffzellentechnik oft hochempfindlichen Folienmaterialien ist.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung dieser Variante ist vorgesehen, dass ein erstes Blatt der zwei vom Greifer gleichzeitig gehaltenen Blätter halbluftdurchlässig ist, und ein zweites Blatt der zwei vom Greifer gleichzeitig gehaltenen Blätter durch das erste Blatt hindurch mittels Unterdruckwirkung gehalten wird. Das erste (greifernahe) Blatt ist ausreichend luftdurchlässig, sodass die Restwirkung des Unterdrucks durch das erste Blatt hindurch ausreicht, um das zweite (greiferferne) Blatt zu halten; das erste Blatt weist eine offene Porosität auf, und kann beispielsweise als ein Fadengewebe ausgebildet sein. Diese Porosität ist jedoch so eng, dass es nicht zu unmittelbaren Kontakten zwischen den im Stapel zu beiden Seiten des zweiten Blatts anliegenden Blättern und auch nicht zu einem Durchtritt von Material von einem der anliegenden Blätter durch das erste Blatt kommen kann. Die Haltekraft auf das zweite Blatt kann – entsprechend dem ersten Blatt – gleichmäßig über die Fläche des Blattes verteilt werden. Die aufeinander liegenden Blätter unterschiedlichen Typs können in dieser Weiterbildung identisch groß sein. Im Falle einer Fertigung einer Stromquelle ist hier das erste Blatt typischerweise ein Separatorblatt, und das zweite Blatt ein Anoden- oder Kathodenblatt.
Bei einer vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass ein zweites Blatt der zwei vom Greifer gleichzeitig gehaltenen Blätter gegenüber einem ersten Blatt der zwei vom Greifer gleichzeitig gehaltenen Blätter mit einem Rand übersteht, und der Greifer das zweite Blatt am überstehenden Rand hält. Diese Variante setzt keine besonderen Durchlässigkeitseigenschaften beim Material der zu stapelnden Blätter, insbesondere der ersten Blätter, voraus. Das erste (kleinere, greifernahe) Blatt ist hier im Falle der Herstellung einer folienbasierten Stromquelle typischerweise ein Anoden- oder Kathodenblatt, und das zweite (größere, greiferferne) Blatt ein Separatorblatt.
In einer bevorzugten Variante wird nach dem Ablegen der beiden Blätter an einer Ablageposition beim Entfernen des Greifers der bisher gebildete Stapel von Blättern mechanisch niedergehalten. Beim Entfernen des Greifers kann es zu Luftströmungen kommen. Das mechanische Niederhalten verhindert dann ein Verrutschen der bereits ausgerichteten und oftmals sehr dünnen und daher leichten Blätter des bereits gebildeten Stapels. Ein Niederhalter kann am Greifer oder auch ortsfest im Umfeld der mindestens einen Ablageposition eingerichtet sein.
Bei einer Weiterentwicklung dieser Variante fahren beim Abheben des Greifers Halteelemente, insbesondere Haltestifte, aus dem Greifer auf den Stapel zu aus. Die Halteelemente fahren mit der gleichen Geschwindigkeit aus dem Greifer aus wie der Greifer vom Zielstapel abgehoben wird. Die Halteelemente können dazu beispielsweise in eine ausgefahrene Position mittel Federkraft vorgespannt sein, oder die Halteelemente werden direkt motorisch kontrolliert.
Besonders bevorzugt ist eine Variante, bei der der Greifer zunächst ein erstes Blatt ergreift, dann verfährt, dann bei gehaltenem ersten Blatt ein zweites Blatt ergreift, und dann zu der oder den Ablageposition/-en verfährt. Diese Reihenfolge gestattet eine relative Ausrichtung von erstem und zweitem Blatt über den Bewegungsmanipulator des Greifers, und erfordert somit keine Vorab-Ausrichtung von erstem und zweitem Blatt zueinander in einem vorgestapelten Sandwich.
Verfahren zur Herstellung von folienbasierten Energiequellen
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Verfahren zur Herstellung einer folienbasierten Energiequelle, insbesondere einer Batterie oder einer Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass Blätter von Anodenfolie, Kathodenfolie und Separatorfolie an einer Ablageposition erfindungsgemäß wie oben beschrieben gestapelt werden, wobei abwechselnd Sandwiches aus einem Blatt Separatorfolie und anliegendem Blatt Anodenfolie und Sandwiches aus einem Blatt Separatorfolie und einem Blatt Kathodenfolie an der Ablageposition abgelegt werden. Mit diesem Verfahren lassen sich besonders effizient Verbundanordnungen mit großen gegenüberliegenden Anoden- und Kathodenflächen einrichten; die Anzahl der Ablagevorgänge am Ablageplatz ist um 50% reduziert. Da bei allen Ablagevorgängen ein Sandwich mit einer Separatorfolie abgelegt wird, können Querkontaminationen von Anodenmaterial auf ein Kathodenblatt oder Kathodenmaterial auf ein Anodenblatt durch die Greifer wirksam verhindert werden.
Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Herstellung einer folienbasierten Energiequelle sieht vor, dass für die Sandwiches mit Anodenfolie und die Sandwiches mit Kathodenfolie verschiedene Zwischenablagen eingerichtet sind, an denen jeweils das zweite Blatt des Sandwiches ergriffen wird. Die Zwischenablagen erleichtern die Vermeidung von Querkontaminationen zwischen Anodenfolie und Kathodenfolie. Mit zusätzlichen Greifern, die die Zwischenablagen bedienen, kann die Zuführung der von diesen Greifern beigebrachten verschiedenen Folientypen unabhängig von der Reichweite der Greifer, die auf die mindestens eine Ablageposition zugreifen, angeordnet werden.
Bevorzugt ist auch eine Variante, bei der für den Transport von einerseits Blättern von Anodenfolie und/oder Sandwiches mit Anodenfolie und andererseits Blättern von Kathodenfolie und/oder Sandwiches mit Kathodenfolie unterschiedliche Greifer eingesetzt werden. Dadurch kann ebenfalls die Gefahr von Querkontaminationen zwischen Material der Anodenfolie und der Kathodenfolie verringert werden.
Verwendung einer Stapelvorrichtung
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt weiterhin die Verwendung einer Stapelvorrichtung zur Fertigung von folienbasierten Stromquellen wie Batterien, insbesondere Li-Ionen-Batterien, oder Brennstoffzellen, insbesondere in einem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren, wobei mit der Stapelvorrichtung Blätter von unterschiedlichen Typen auf einer Ablageposition stapelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelvorrichtung mindestens drei autonome, vierachsige Bewegungsmanipulatoren mit Greiffunktion für die Blätter aufweist. Durch die mindestens drei Bewegungsmanipulatoren kann ein sehr hoher Durchsatz beim Umstapeln erreicht werden, insbesondere wenn die Bewegungsmanipulatoren alle auf dieselbe Ablageposition zugreifen können. Üblicherweise ist jeder Zuführung eines Blatttypus (Anodenfolie, Kathodenfolie, Separatorfolie) mindestens ein eigener Bewegungsmanipulator zugeordnet. Bevorzugt sind genau drei oder genau vier Bewegungsmanipulatoren vorgesehen; bei vier Bewegungsmanipulatoren sind üblicherweise zwei Bewegungsmanipulatoren für zwei Zuführungen von Separatorblättern vorgesehen. Die Bewegungsmanipulatoren sind unabhängig voneinander ansteuerbar; sie werden simultan und aufeinander abgestimmt eingesetzt.
Besonders bevorzugt ist eine Variante der erfindungsgemäßen Verwendung, bei der die Bewegungsmanipulatoren auf mindestens eine gemeinsame Ablageposition zugreifen können. Die Stapeleinrichtung ist dann hoch effizient und hoch flexibel einsetzbar.
Bei einer bevorzugten Verwendungsvariante sind zwei der Bewegungsmanipulatoren auf einer gemeinsamen Achse beweglich angeordnet. Diese Kinematik vereinfacht den Aufbau.
Bevorzugt ist dabei eine Weiterentwicklung dieser Variante, die dadurch gekennzeichnet ist, dass vier Bewegungsmanipulatoren vorgesehen sind, und dass zwei Achsen, auf denen jeweils zwei der Bewegungsmanipulatoren gemeinsam beweglich sind, einander gegenüberliegen, insbesondere wobei zwischen den beiden Achsen die mindestens eine Ablageposition ausgebildet ist. Diese Kinematik hat sich in der Praxis als besonders einfach und für eine hohe Effizienz geeignet gezeigt. Die beiden Achsen (mit ihren jeweils zwei Bewegungsmanipulatoren und Greifern) liegen zueinander parallel mit einem gewissen Abstand, und bevorzugt können alle Bewegungsmanipulatoren bzw. deren Greifer jeweils auf die Ablageposition/-en zugreifen.
Bevorzugt ist weiterhin eine Variante, bei der die Stapelvorrichtung eine Zuführung für Blätter von Anodenfolie, eine Zuführung für Blätter von Kathodenfolie und mindestens eine Zuführung für Blätter von Separatorfolie aufweist, insbesondere wobei die Zuführungen jeweils mindestens zweistapelige Magazine oder eine Fördereinrichtung, etwa ein Förderband, umfassen. Mittels der Zuführungen können die Blätter der verschiedenen Folientypen unabhängig voneinander bereitgestellt und nachgefüllt werden. Bei einem zweistapeligen Magazin kann das Nachfüllen unterbrechungsfrei bezüglich des Betriebs der Stapelvorrichtung erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung dieser Variante ist vorgesehen, dass eine erste Zwischenablage für die Bildung von Sandwiches aus jeweils einem Blatt von Separatorfolie und einem anliegenden Blatt von Anodenfolie und eine zweite Zwischenablage für die Bildung von Sandwiches jeweils aus einem Blatt Separatorfolie und einem anliegenden Blatt Kathodenfolie vorgesehen sind. Durch die Zwischenablagen kann die Sandwichbildung von den Zuführungen entkoppelt werden, und so die Effizienz des Umstapelns gesteigert werden. Die Trennung der Zwischenablage von Sandwiches mit Kathodenfolie und Sandwiches mit Anodenfolie verringert weiterhin die Gefahr von Querkontaminationen.
Bevorzugt ist auch eine Variante, bei der die Greiffunktion an den Bewegungsmanipulatoren jeweils durch einen Sauggreifer oder einen Bernoulli-Greifer ausgebildet ist. Diese Greifertypen sind besonders geeignet für die Realisierung der vorliegenden Erfindung.
Ebenso bevorzugt ist eine Variante, bei der an der mindestens einen Ablageposition und/oder jeweils an den Bewegungsmanipulatoren, die auf die mindestens eine Ablageposition zugreifen, eine Niederhalteeinrichtung für bereits gestapelte Blätter vorgesehen ist. Eine Niederhalteeinrichtung verhindert ein Verrutschen der bereits gestapelten Blätter.
Verwendung einer Niederhalteeinrichtung
Schließlich fällt auch in den Rahmen der Erfindung die Verwendung einer Niederhalteeinrichtung bei der Fertigung von folienbasierten Stromquellen wie Batterien, insbesondere Li-Ionen-Batterien, oder Brennstoffzellen, insbesondere in einem erfindungsgemäßen, oben beschriebenen Verfahren, wobei Blätter von unterschiedlichen Typen mit einem Greifer an mindestens einer Ablageposition abgelegt und gestapelt werden, und wobei nach dem Ablegen eines oder mehrerer Blätter an der Ablageposition beim Entfernen des Greifers mittels der Niederhalteeinrichtung der bisher gebildete Stapel von Blättern mechanisch niedergehalten wird. Die Niederhalteeinrichtung verhindert effizient ein Verrutschen der bereits gestapelten Blätter, auch bei schnellem Entfernen des Greifers und entsprechend starken Luftströmungen. Es kann eine genauere Positionierung der Blätter am Zielstapel bzw. an der oder den Ablageposition/-en erreicht bzw. erhalten werden, und die Taktzeit beim Ablegen der Blätter kann verkürzt werden. Niederhalteeinrichtungen können insbesondere als Klemm- oder Spanneinrichtungen ausgebildet sein.
Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Verwendung einer Niederhalteeinrichtung weist die Niederhalteeinrichtung Halteelemente, insbesondere Haltestifte, auf, die aus dem Greifer auf den Stapel zu ausfahrbar sind. Die Haltestifte können mit dem Geschwindigkeitsbetrag, mit dem auch der Greifer vom Stapel abgehoben wird, aus dem Greifer ausgefahren werden und so das oberste Blatt des Stapels ortsfest halten. Erst wenn der Greifer bereits weiter entfernt von der Stapeloberseite ist, und entsprechend keine signifikante Luftzugwirkung mehr auf den Stapel zu erwarten ist, wird der Kontakt zu den Halteelementen aufgehoben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figur der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsillustration des Haltens eines ersten, halbluftdurchlässigen Blattes und eines zweiten Blattes, das am ersten Blatt anliegt, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Sauggreifer;
2 eine schematische Querschnittsillustration des Haltens eines ersten und eines zweiten Blattes, das gegenüber dem ersten Blatt übersteht, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, mit einem Sauggreifer,
3 eine schematische Schrägansicht auf die Unterseite eines Greifers, der erfindungsgemäß zwei übereinander liegende Blätter hält;
4 den Greifer von 3, mit ausgefahrenen Halteelementen einer Niederhaltevorrichtung;
5 eine schematische Aufsicht auf eine Stapelvorrichtung, die erfindungsgemäß verwendet wird;
6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Stapelvorrichtung, die erfindungsgemäß verwendet wird;
7 eine schematische Ansicht der Stapelvorrichtung von 6 von schräg oben;
8 eine schematische Aufsicht auf die Stapelvorrichtung von 6.
1 zeigt im schematischen Querschnitt einen Greifer 1, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei unterschiedliche Blätter 2, 3 gleichzeitig hält. Die beiden aneinander anliegenden Blätter 2, 3 werden auch als Sandwich 16 bezeichnet.
Der Greifer 1 ist als Sauggreifer ausgebildet. Er besitzt eine im Wesentlichen ebene Unterseite 4, deren Fläche näherungsweise der Fläche der gehaltenen Blätter 2, 3 entspricht. An der Unterseite 4 münden Öffnungen 5, durch die Luft angesaugt bzw. ein Unterdruck angelegt werden kann. Die Öffnungen 5 sind über einen Kanal 6 an eine luftansaugende Pumpe (nicht dargestellt) angeschlossen. Der Greifer 1 ist um ein Gelenk 9 motorisch drehbar um die Achse 9a aufgehängt.
Das erste, greifernahe Blatt 2 wird durch die Unterdruckwirkung an den Öffnungen 5 angesaugt und dadurch mit relativ großer Kraft 7 flach an diese Unterseite 4 des Greifers 1 angedrückt.
Das erste Blatt 2 besteht aus einem halbluftdurchlässigen Material, so dass ein Teil des Unterdrucks bzw. der Saugleistung durch das erste Blatt 2 hindurch wirken kann. Das zweite Blatt 3 wird durch diese restliche Unterdruckwirkung an das erste Blatt heran gesaugt und mit einer Kraft 8 flach an die Unterseite des ersten Blattes 2 angedrückt. Die Kraft 8 ist dabei geringer als die Kraft 7, mit der das erste Blatt 2 angesaugt wird, jedoch noch ausreichend groß, um das zweite Blatt 3 ebenfalls am Greifer 1 sicher zu halten.
Die Blätter 2, 3 sind im dargestellten Fall gleich groß; sie können jedoch auch unterschiedlich groß gewählt werden, falls gewünscht oder erforderlich. Typischerweise besteht das erste Blatt 2 aus Separatorfolie, und das zweite Blatt besteht aus Elektrodenfolie (Anodenfolie oder Kathodenfolie) zur Fertigung einer Verbundanordnung für eine folienbasierte Stromquelle.
2 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung den in 1 bereits erläuterten Greifer 1, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei Blätter 12, 13 unterschiedlicher Größe gleichzeitig hält.
Mit den innen liegenden Öffnungen 5a wird das erste, greifernahe (oben liegende) Blatt 12 an der Unterseite 4 des Greifers 1 durch Unterdruckwirkung gehalten. Das zweite, greiferferne (unten liegende) Blatt 13 wird mit den randseitigen Öffnungen 5b gehalten, was für einen sicheren Halt genügt. Das zweite Blatt 13 wird dabei an den Rändern 14, 15 leicht auf den Greifer 1 zu gebogen und liegt nur dort an der Greiferunterseite 4 an.
Das zweite Blatt 13 wird erfindungsgemäß an wenigstens zwei gegenüberliegenden Randseiten vom Greifer 1 gehalten (wozu das zweite Blatt zumindest an diesen Randseiten bezüglich des ersten Blattes 12 übersteht). Bevorzugt wird das zweite Blatt 13 allseitig am Blattrand gehalten (wozu das zweite Blatt 13 entsprechend bezüglich des ersten Blattes 12 allseitig übersteht). Typischerweise sind das erste und zweite Blatt 12, 13 rechteckig, und das erste Blatt 12 ist sowohl bezüglich Länge als auch bezüglich Breite kleiner als das zweite Blatt 13.
Das erste Blatt 12 kann bei Verwendung der in 2 dargestellten Haltetechnik aus beliebigem Material gefertigt sein (insbesondere braucht das Material des ersten Blattes 12 nicht halbluftdurchlässig zu sein); gleiches gilt für das zweite Blatt 13. Für die Fertigung von folienbasierten Stromquellen ist typsicherweise das erste Blatt 12 ein Elektrodenblatt (Anodenblatt oder Kathodenblatt), und das zweite (überstehende) Blatt 13 ein Separatorblatt; der Überstand des Separatorblattes verhindert einen unmittelbaren Kontakt zum nächsten Elektrodenblatt.
Die 3 zeigt einen Greifer 1, der im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden kann. Der Greifer 1 ist als Vakuumansaugung ausgebildet und weist eine im Wesentlichen ebene Unterseite 4 auf, an der zahlreiche Öffnungen 5a, 5b zum Ansaugen von Luft bzw. Ausübung eines Unterdrucks ausgebildet sind. Es sind sowohl randseitige Öffnungen 5b als auch innen liegende Öffnungen 5a vorgesehen.
Die Unterseite 4 des Greifers 1 entspricht in ihrer Größe zwei rechteckigen Blättern 2, 3, die am Greifer 1 gehalten werden (die Blätter 2, 3 sind transparent und abgehoben vom Greifer 1 dargestellt, um die Verständlichkeit der 3 zu verbessern). Das erste Blatt 2 liegt dabei an der Unterseite 4 des Greifers 1 flach an, und das zweite Blatt 3 liegt am ersten Blatt 2 flach an. Das erste Blatt 2 ist dabei aus einem halbluftdurchlässigen Material mit offener Porosität ausgebildet, um einen Teil der Unterdruckwirkung (bzw. Luftansaugwirkung) durch das erste Blatt 2 auf das zweite Blatt 3 zu übertragen.
An der Unterseite 4 des Greifers 1 sind weiterhin Bohrungen 31 ausgebildet, in denen Halteelemente gelagert sind. In 3 sind diese Halteelemente eingefahren und daher nicht zu sehen. In 4 sind diese Halteelemente 32 (oder Abstandhalter) in einem ausgefahrenen Zustand gezeigt. Die Halteelemente 32 sind Teil einer Niederhalteeinrichtung, die beim Ablegen der Blätter 2, 3 eingesetzt wird.
Zum Ablegen der Blätter 2, 3 (siehe 3) wird die Luftansaugung (bzw. Unterdruckwirkung) an den Öffnungen 5a, 5b unterbrochen, sodass über die Öffnungen keine Kraft mehr auf die Blätter 2, 3 ausgeübt wird; zu diesem Zeitpunkt liegen die Blätter 2, 3 auf dem Zielstapel auf. Beim anschließenden Entfernen des Greifers entstehen jedoch an der blattzugewandten Unterseite 4 des Greifers 1 Luftströmungen, in der Regel turbulente Verwirbelungen, die die Positionierung der Blätter auf einem Zielstapel verändern können. Je schneller der Greifer dabei verfahren wird, desto stärker sind typischerweise die Luftströmungen.
Die Halteelemente 32 fahren beim Entfernen des Greifers 1 von den abgelegten Blättern 2, 3 entsprechend der Geschwindigkeit, mit der der Greifer 1 abgehoben wird, aus den Bohrungen 31 aus und üben einen geringen Druck auf die Blätter 2, 3 aus, sodass die Blätter 2, 3 ortsfest auf dem Zielstapel gehalten werden. Wenn die Halteelemente 32 (hier Haltestifte) schließlich vollständig ausgefahren sind, ist der Greifer 1 ausreichend weit von den abgelegten Blättern entfernt, sodass weitere Luftströmungen die Position der Blätter 2, 3 am Zielstapel nicht mehr verrutschen lassen. Der Greifer 1 wird dann weiter entfernt, wobei die Halteelemente 32 vom ersten Blatt 2 abheben und wieder eingefahren werden.
5 illustriert eine Aufsicht auf eine Stapelvorrichtung 51, die im Rahmen der Erfindung eingesetzt wird.
Die Stapelvorrichtung 51 verfügt über vier Bewegungsmanipulatoren 52, 53, 54, 55. Die Bewegungsmanipulatoren 52–55 verfügen jeweils über vier Freiheitsgrade der Bewegung: Ein Schlitten 56 ist auf einer Achse 57a horizontal verfahrbar; ein Arm 58 ist um den Schlitten 56 in der Horizontalebene rotierbar, der Arm 56 ist weiterhin vertikal gegenüber dem Schlitten 56 verfahrbar (nicht dargestellt, senkrecht zur Zeichenebene in 5), und schließlich ist ein Greifer 1, der am Ende des Armes 58 montiert ist, um das Ende des Armes in der Horizontalebene rotierbar. Der Greifer 1 kann erfindungsgemäß bis zu zwei Blätter gleichzeitig halten und mittels des Bewegungsmanipulators 52–55 verfahren. Die Bewegungsmanipulatoren 52 und 53 verfügen über eine gemeinsame Achse 57a für ihre Schlitten 56, auf der diese verfahren können, und die Bewegungsmanipulatoren 54 und 55 verfügen über eine gemeinsame Achse 57b für ihre Schlitten. Die Achsen 57a, 57b verlaufen horizontal und parallel. Sie sind spiegelbildlich gegenüberliegend angeordnet. Alle Bewegungsmanipulatoren 52–55 können auf eine Ablageposition 59 zugreifen und insbesondere dort Blätter ablegen, um einen Zielstapel zu bilden. Die Ablageposition 59 ist zentral zwischen den Achsen 57a, 57b platziert.
Die in 5 linksseitigen Bewegungsmanipulatoren 52, 54 können weiterhin jeweils auf eine Zwischenablage 60a zugreifen. Der obere Bewegungsmanipulator 52 kann weiterhin auf eine Zuführung 61 für Separatorblätter zugreifen, die als Doppelmagazin ausgebildet ist und zwei Stapelplätze für Separatorblätter umfasst. Der Bewegungsmanipulator 54 kann auf eine gleichartige Zuführung 62 für Anodenblätter zugreifen.
Die in 5 rechtsseitigen Bewegungsmanipulatoren 53, 55 können jeweils auf eine Zwischenablage 60b zugreifen. Der obere Bewegungsmanipulator 53 kann weiterhin auf eine weitere Zuführung 63 für Separatorblätter zugreifen, die wiederum als Doppelmagazin ausgebildet ist und zwei Stapelplätze für Separatorblätter umfasst. Der Bewegungsmanipulator 55 kann auf eine gleichartige Zuführung 64 für Kathodenblätter zugreifen.
Zur Bildung einer Verbundanordnung von abwechselnd Anodenblättern und Kathodenblättern jeweils getrennt durch Separatorblätter wird an der Ablageposition 59 ein Zielstapel mit entsprechender Folge der unterschiedlichen Blätter gebildet.
Linksseitig wird der Bewegungsmanipulator 54 dazu eingesetzt, jeweils einzelne Anodenblätter von der Zuführung 62 zur Zwischenablage 60a zu verbringen. Der Bewegungsmanipulator 52 nimmt jeweils einzelne Separatorblätter auf (gegebenenfalls unter Nachjustage der Greiferposition), verfährt zur Zwischenablage 60a, nimmt dort (gegebenenfalls unter Nachjustage der Greiferposition) zusätzlich ein einzelnes, bereitliegendes Anodenblatt auf (Sandwich mit Anodenblatt), verbringt beide Blätter gemeinsam zur Ablageposition 59 (gegebenenfalls unter Nachjustage der Greiferposition), legt die beiden Blätter gemeinsam dort ab und verfährt wiederum zur Zuführung 61 zur Aufnahme eines neuen Separatorblatts.
Rechtsseitig wird der Bewegungsmanipulator 55 dazu eingesetzt, jeweils einzelne Kathodenblätter von der Zuführung 64 zur Zwischenablage 60b zu verbringen. Der Bewegungsmanipulator 53 nimmt jeweils einzelne Separatorblätter auf (gegebenenfalls unter Nachjustage der Greiferposition), verfährt zur Zwischenablage 60b (gegebenenfalls unter Nachjustage der Greiferposition), nimmt dort zusätzlich ein einzelnes, bereitliegendes Kathodenblatt auf (Sandwich mit Kathodenblatt), verbringt beide Blätter gemeinsam zur Ablageposition 59 (gegebenenfalls unter Nachjustage der Greiferposition), legt die beiden Blätter gemeinsam dort ab und verfährt wiederum zur Zuführung 63 zur Aufnahme eines neuen Separatorblatts.
Die Bewegungsmanipulatoren 52–55 sind phasenabgestimmt gesteuert. Die Bewegungsmanipulatoren 52 und 54 legen dabei jeweils abwechselnd ein Sandwich mit Anodenblatt und ein Sandwich mit Kathodenblatt an der Ablageposition 59 ab. An den Zwischenablagen 60a, 60b wird jeweils nur maximal ein Elektrodenblatt vorrätig gehalten; bei Anlieferung des nächsten Elektrodenblatts durch die unteren Bewegungsmanipulatoren 54, 55 hat der jeweilige obere Bewegungsmanipulator 52, 53 das vorhergehende Elektrodenblatt bereits abgeholt.
Durch die Doppelmagazine an den Zuführungen 61–64 kann dort jeweils ein Blätterstapel aufgefüllt werden, ohne den zugehörigen Bewegungsmanipulator 52–55 zu behindern, der dann jeweils so lange den anderen Stapelplatz des Doppelmagazins anfahren kann. Alternativ zu den Doppelmagazinen kann auch eine Förderstraße für Blätter eingereichtet werden, an der in ausreichend dichter Folge Blätter des lokal vorgesehenen Typus angeliefert werden.
Die 6, 7 und 8 zeigen eine andere Stapelvorrichtung 71 zur erfindungsgemäßen Verwendung.
Die Stapelvorrichtung 71 verfügt ebenfalls über vier Bewegungsmanipulatoren 52–55 (vgl. 5), wobei jedoch deren Greifer nicht dargestellt sind. Durch die Rotierbarkeit der Greifer an den Enden der Arme 52, der Rotierbarkeit der Arme 52 um den Schlitten 56, der vertikalen Verfahrbarkeit der Arme 52 am Schlitten 56 und der horizontalen Verfahrbarkeit der Schlitten 56 können die Bewegungsmanipulatoren bzw. die gehaltenen Blätter 4-achsig verfahren werden. Die Bewegungsmanipulatoren 52, 53 verfügen über eine gemeinsame Achse 57a für die horizontale Verfahrbarkeit ihrer Schlitten 56; ebenso besitzen die Bewegungsmanipulatoren 54, 55 eine gemeinsame Achse 57b für die horizontale Verfahrbarkeit derer Schlitten 56. Die Achsen 57a, 57b sind jeweils über eine Führungsschiene realisiert, die hier als kreiszylindrischer Stab ausgebildet ist (vgl. 6)
Jedem Bewegungsmanipulator 52–55 ist jeweils eine Zuführung für einen Typus von Blättern zugeordnet. Weiterhin sind zwei Zwischenablagen für einzelne Blätter eingerichtet, wobei jeweils zwei Bewegungsmanipulatoren auf eine gemeinsame Zwischenablage zugreifen können (nicht dargestellt). Alle Bewegungsmanipulatoren 52–55 können auf eine zentrale Ablageposition 59 zugreifen.
Die Stapelvorrichtung 71 umfasst ein Gestell 72, in welchem eine Schiene 75 für eine Kassette 73 ausgebildet ist. Die Kassette 73 kann in die Stapelvorrichtung 71 ein- und ausgefahren werden. In der Kassette 73 sind Stapelplätze 74 der Zuführungen und auch der Stapelplatz des Zielstapels (d. h. die Ablageposition) ausgebildet, um Quellstapel für Blätter schnell nachfüllen zu können und andererseits die Ablageposition zügig leeren zu können, wenn der Zielstapel vollständig ist.
Das Gestell 72 umschließt auch einen teilweise gemeinsamen Arbeitsraum für die Bewegungsmanipulatoren 52–55, innerhalb dessen Sensorik, Beleuchtung und Bildverarbeitung mehrfach genutzt werden können, insbesondere um die Greifer relativ zu Quellstapeln, auf Zwischenablagen abgelegten Blättern und dem Zielstapel auf der Ablageposition auszurichten.

Claims

Verfahren zum Stapeln von Blättern (2, 3; 12, 13), wobei Blätter (2, 3; 12, 13) unterschiedlicher Typen an einer oder mehreren Ablagepositionen (59) aufeinander gestapelt werden, insbesondere zur Herstellung einer folienbasierten Stromquelle wie einer Batterie, insbesondere einer Li-Ionen-Batterie, oder einer Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Greifer (1) zwei aufeinander liegende Blätter (2, 3; 12, 13) unterschiedlicher Typen gleichzeitig gehalten werden und vom Greifer (1) gemeinsam an der oder den Ablageposition/-en (59) abgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (1) die zwei Blätter (2, 3; 12, 13) mittels einer Unterdruckwirkung hält, insbesondere wobei als Greifer (1) ein Sauggreifer oder ein Bernoulli-Greifer eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Blatt (2, 12) der zwei vom Greifer (1) gleichzeitig gehaltenen Blätter (2, 3; 12, 13) halbluftdurchlässig ist, und ein zweites Blatt (3, 13) der zwei vom Greifer (1) gleichzeitig gehaltenen Blätter (2, 3; 12, 13) durch das erste Blatt (2, 12) hindurch mittels Unterdruckwirkung gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Blatt (3, 13) der zwei vom Greifer (1) gleichzeitig gehaltenen Blätter (2, 3; 12, 13) gegenüber einem ersten Blatt (2, 12) der zwei vom Greifer (1) gleichzeitig gehaltenen Blätter (2, 3; 12, 13) mit einem Rand (14, 15) übersteht, und der Greifer (1) das zweite Blatt (3; 13) am überstehenden Rand (14, 15) hält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ablegen der beiden Blätter (2, 3; 12, 13) an der oder den Ablageposition/-en (59) beim Entfernen des Greifers (1) der bisher gebildete Stapel von Blättern mechanisch niedergehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abheben des Greifers (1) Halteelemente (32), insbesondere Haltestifte, aus dem Greifer (1) auf den Stapel zu ausfahren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (1) zunächst ein erstes Blatt (2; 12) ergreift, dann verfährt, dann bei gehaltenem ersten Blatt (2; 12) ein zweites Blatt (3; 13) ergreift, und dann zu einer Ablageposition (59) verfährt.
Verfahren zur Herstellung einer folienbasierten Energiequelle, insbesondere einer Batterie oder einer Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass Blätter (2, 3; 12, 13) von Anodenfolie, Kathodenfolie und Separatorfolie an einer oder mehreren Ablageposition/-en (59) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gestapelt werden, wobei abwechselnd Sandwiches (16) aus einem Blatt (2, 3; 12, 13) Separatorfolie und anliegendem Blatt (2, 3; 12, 13) Anodenfolie und Sandwiches (16) aus einem Blatt (2, 3; 12, 13) Separatorfolie und einem anliegenden Blatt (2, 3; 12, 13) Kathodenfolie an der oder den Ablageposition/-en (59) abgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Sandwiches (16) mit Anodenfolie und die Sandwiches (16) mit Kathodenfolie verschiedene Zwischenablagen (60a, 60b) eingerichtet sind, an denen jeweils das zweite Blatt (3; 13) des Sandwiches ergriffen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den Transport von einerseits Blättern (2, 3; 12, 13) von Anodenfolie und/oder Sandwiches (16) mit Anodenfolie und andererseits Blättern (2, 3; 12, 13) von Kathodenfolie und/oder Sandwiches (16) mit Kathodenfolie unterschiedliche Greifer (1) eingesetzt werden.
Verwendung einer Stapelvorrichtung (51; 71) zur Fertigung von folienbasierten Stromquellen wie Batterien, insbesondere Li-Ionen-Batterien, oder Brennstoffzellen, insbesondere in einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit der Stapelvorrichtung (51; 71) Blätter (2, 3; 12, 13) von unterschiedlichen Typen auf einer oder mehreren Ablageposition/-en (59) stapelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelvorrichtung (51; 71) mindestens drei autonome, vierachsige Bewegungsmanipulatoren (52–55) mit Greiffunktion für die Blätter (2, 3; 12, 13) aufweist.
Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsmanipulatoren (52–55) auf eine oder mehrere gemeinsame Ablageposition/-en (59) zugreifen können.
Verwendung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Bewegungsmanipulatoren (52–54) auf einer gemeinsamen Achse (57a, 57b) beweglich angeordnet sind.
Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vier Bewegungsmanipulatoren (52–54) vorgesehen sind, und dass zwei Achsen (57a, 57b), auf denen jeweils zwei der Bewegungsmanipulatoren (52–54) gemeinsam beweglich sind, einander gegenüberliegen, insbesondere wobei zwischen den beiden Achsen (57a, 57b) die mindestens eine Ablageposition (59) ausgebildet ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelvorrichtung (51; 71) eine Zuführung (62) für Blätter (2, 3; 12, 13) von Anodenfolie, eine Zuführung (64) für Blätter (2, 3; 12, 13) von Kathodenfolie und mindestens eine Zuführung (61, 63) für Blätter (2, 3; 12, 13) von Separatorfolie aufweist, insbesondere wobei die Zuführungen (61–64) jeweils mindestens zweistapelige Magazine oder eine Fördereinrichtung, etwa ein Förderband, umfassen.
Verwendung nach einem der Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zwischenablage (60a) für die Bildung von Sandwiches (16) aus jeweils einem Blatt (2, 3; 12, 13) von Separatorfolie und einem anliegenden Blatt (2, 3; 12, 13) von Anodenfolie und eine zweite Zwischenablage (60b) für die Bildung von Sandwiches (16) jeweils aus einem Blatt (2, 3; 12, 13) Separatorfolie und einem anliegenden Blatt (2, 3; 12, 13) Kathodenfolie vorgesehen sind.
Verwendung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiffunktion an den Bewegungsmanipulatoren (52–55) jeweils durch einen Sauggreifer oder einen Bernoulli-Greifer ausgebildet ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der oder den Ablageposition/-en (59) und/oder jeweils an den Bewegungsmanipulatoren (52–55), die auf die mindestens eine Ablageposition (59) zugreifen, eine Niederhalteeinrichtung für bereits gestapelte Blätter (2, 3; 12, 13) vorgesehen ist.
Verwendung einer Niederhalteeinrichtung bei der Fertigung von folienbasierten Stromquellen wie Batterien, insbesondere Li-Ionen-Batterien, oder Brennstoffzellen, insbesondere in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei Blätter (2, 3; 12, 13) von unterschiedlichen Typen mit einem Greifer (1) an einer Ablageposition (59) abgelegt und gestapelt werden, und wobei nach dem Ablegen eines oder mehrerer Blätter (2, 3; 12, 13) an einer Ablageposition (59) beim Entfernen des Greifers (1) mittels der Niederhalteeinrichtung der bisher gebildete Stapel von Blättern (2, 3; 12, 13) mechanisch niedergehalten wird.
Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalteeinrichtung Halteelemente (32), insbesondere Haltestifte, aufweist, die aus dem Greifer (1) auf den Stapel zu ausfahrbar sind.