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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Materialschicht auf einen flächigen Träger.
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Bei der Herstellung von Akkupacks aus Akkuflachzellen, auch Pouchzellen genannt, werden Träger benötigt, um die Pouchzellen mechanisch fest zu halten.
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Um eine Trageinheit für Pouchzellen herzustellen, wird ein Trägerblech verwendet, auf dessen Seitenflächen jeweils eine Pouchzelle flächig aufgeklebt wird. Für eine Serienfertigung ist es daher erforderlich, die Träger für Pouchzellen auf beiden Flachseiten mit einem Kleber zu beschichten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem in einfacher Weise bei hoher Taktzahl eine einseitige oder zweiseitige Beschichtung eines flächigen Trägers mit einer Materialschicht möglich ist.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein bandförmiger Liner mit einer Materialschicht über zwei eng nebeneinander liegende Führungswalzen geführt wird, wobei der Liner auf beiden Seiten der Führungswalzen unter Spannung gehalten ist. Der zu beschichtende flächige Träger wird quer zum bandförmigen Liner mit einer Kante voran in einer Einfahrrichtung in den Spalt zwischen die Führungswalzen eingefahren und dabei die Materialschicht des Liners auf einer oder beiden Seitenflächen des Trägers festgelegt. Nach Erreichen eines Umkehrpunktes wird der Träger entgegen der Einfahrrichtung wieder ausgefahren, wobei aufgrund der auf beiden Seiten der Führungswalzen unter Zugspannung liegende Liner von der am Träger festgelegten Materialschicht abgezogen wird. Die Tragschicht des Liners bleibt unverletzt, während die Materialschicht vom Liner vollständig auf den Träger übertragen wurde.
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Um eine gleichmäßige, funktionssichere Anordnung zu schaffen, ist vorgesehen, die Fläche des bandförmigen Liners und die Fläche des Trägers etwa rechtwinklig zueinander anzuordnen, so dass der Träger sowohl in Einfahrrichtung als auch in Ausfahrrichtung rechtwinklig zur Ebene des Liners verfahren wird.
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Vorteilhaft erfolgt die Übergabe der Materialschicht vom Gewebeband des Liners auf den Träger gleichzeitig auf beiden Seitenflächen des Trägers. Die geometrische Anordnung des Trägers zum Liner gewährleistet auf beiden Seitenflächen des Trägers die gleiche Anpresskraft. Diese wird im Wesentlichen über die Führungswalzen aufgebracht, die im Spalt zweckmäßig mit Druck aneinander anliegen.
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Nach dem Verfahren wird der bandförmige Liner mit der Materialschicht von einer Vorratsrolle abgezogen und über die Führungswalzen geführt, wobei der materialfreie Liner nach den Führungswalzen auf eine Speicherrolle aufgewickelt wird.
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Die Vorratsrolle und die Speicherrolle sind insbesondere reversierbar angetrieben, um die beim Eintauchen des Trägers in den Liner notwendigen Auf- und Abwickelbewegungen beidseits der Führungswalzen zu gewährleisten.
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Es kann ausreichend sein, die Laufbahn des Liners auf beiden Seiten der Führungswalzen mit je einer Spannrolle zu versehen, deren Spannhub größer als der halbe Einfahrhub ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung können die Vorratsrolle und die Speicherrolle beim Eintauchen des Trägers in den Liner drehfest stehen; die notwendige Bewegung der Linerabschnitte rechts und links der Führungswalzen wird durch Nachgeben bzw. Spannen der Spannrollen zur Verfügung gestellt. Zweckmäßig ist hierzu der Spannhub größer als der halbe Einfahrhub des Trägers.
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Um eine saubere Beschichtung des Trägers zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die von dem bandförmigen Liner getragene Materialschicht quer zur Förderrichtung durch einen Laser über die Breite des Liners unterbrochen wird, um so der Größe des Trägers angepasste Verarbeitungsabschnitte an Material bereitzustellen. Die auf dem Liner konfektionierten Verarbeitungsabschnitte sind durch einen Spalt unterbrochen, der saubere Kanten der Materialschicht auf dem Träger ermöglicht.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich als den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im Einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Beschichten eines Trägers von einem bandförmigen, flexiblen Liner,
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2 eine schematische Ansicht der Vorrichtung nach 1 mit teilweise eingefahrenem Träger,
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3 eine Vorrichtung nach 1 mit vollständig eingefahrenem Träger,
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4 eine Vorrichtung entsprechend 2 mit teilweise ausgefahrenem, beschichtetem Träger,
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5 eine Vorrichtung gemäß 1 mit vollständig ausgefahrenem, beschichtetem Träger,
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6 eine Vorrichtung gemäß 1 mit zur Übergabe bereitgestelltem, beschichtetem Träger und Neupositionierung des Materialliners.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 dient dem Aufbringen einer Materialschicht 2 von einem bandförmigen, flexiblen Liner 3 auf einen flächigen Träger 4, z. B. eine Tragfinne oder dgl.. Der Liner 3 besteht bevorzugt aus einem Gewebeband oder dgl. und trägt auf einer Außenseite 5 eine Materialschicht 2, die im Ausführungsbeispiel ein Kleber ist. In gleicher Weise können aber auch andere Materialschichten auf einen Träger 4 aufgebracht werden, z. B. zur Veredelung der Oberfläche des Trägers 4, zum Auftragen einer Einbrennbeschichtung oder dgl..
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Die Materialschicht 2 des bandförmigen, flexiblen Liners 3 ist in Längsrichtung des Liners 3 durchgehend aufgebracht und erstreckt sich über dessen gesamte Breite B. Zum Auftrennen der endlosen Materialschicht 2 in Verarbeitungsabschnitte 6 ist ein Laser 7 vorgesehen. Durch einen Laserstrahl 8 wird über die Breite B des Liners 3 die Materialschicht 2 in einem schmalen Steg verdampft oder abgetragen, ohne dass der Träger des Liners 3 durchtrennt wird. Dadurch entsteht ein Spalt 9 zwischen den Verarbeitungsabschnitten 6, der frei von Material ist. Der Spalt 9 erstreckt sich von einer Längskante des Liners 3 zu dessen anderer Längskante. Die durchgehende Materialschicht 2 wird so in Verarbeitungsabschnitte 6 konfektioniert.
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Ein Abschnitt 13 des Liners 3 mit einem Verarbeitungsabschnitt 6 der Materialschicht 2 wird über zwei Führungswalzen 10 und 12 gehalten, zwischen denen ein Führungsspalt 11 ausgebildet ist. Der Liner 3 wird auf beiden Seiten der Führungswalzen 10 und 12 gespannt gehalten, wozu in Längsrichtung des Liners 3 auf beiden Seiten der Führungswalzen 10 und 12 je eine Spannvorrichtung vorgesehen ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spannvorrichtungen durch Spannrollen 14 und 15 gebildet, die auf der Führungsbahn des Liners 3 angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Liner 3 mit der Materialschicht 2 auf einer Vorratsrolle 16 aufgewickelt. Von dieser Vorratsrolle 16 wird der Liner 3 mit der Materialschicht 2 über die Spannrolle 15 und weitere Transportrollen 17 abgezogen, über die Führungswalzen 10 und 12 geführt und über Umlenkrollen 18, die Spannrolle 14 und weitere Transportrollen 19 einer Speicherrolle 20 zugeführt und dort aufgewickelt. Die Spannrollen 14 und 15 gewährleisten, dass der Liner in jeder Förderlage unter Längsspannung steht, die in Richtung der Vorratsrolle 16 und in Richtung der Speicherrolle 20 wirkt.
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Die Vorratsrolle 16 und die Speicherrolle 20 sind – wie Pfeile zeigen – angetrieben, wobei zweckmäßig ein reversierender Antrieb vorgesehen ist. Dadurch ist gewährleistet, dass die Materialbahn im Bereich der Führungswalzen 10 und 12 je nach Verfahrensschritt entsprechend den Pfeilen 21 und 22 transportiert werden kann.
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Im Bereich der Führungswalzen 10, 12 arbeitet ein U-förmiger Greifer 23, zwischen dessen freien Greiferarmen 24 der Träger 4 gehalten ist. Der Greifer übergreift den Liner 3 und die Führungswalzen 10 und 12, die daher zwischen dem Boden 25 des Greifers und dem Träger 4 liegen. Der Greifer 23 ist in Richtung des Doppelpfeils 26 quer zur Bahn des bandförmigen, flexiblen Liners 3 verfahrbar. Wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, liegt der Träger 4 rechtwinklig zur Ebene des Liners 3, wobei die Breite B des Liners 3 etwa der Breite T des Trägers 4 entspricht. Der Rand des Trägers 4, mit dem der Träger zwischen den Greiferarmen 24 gehalten ist, steht über die Längsränder des Liners 3 über.
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Nachdem der erste Verarbeitungsabschnitt 6 der Materialschicht 2 etwa mittig zu den Führungswalzen 10 und 12 positioniert ist, fährt der Greifer 23 in Einfahrrichtung 27 (2) nach hinten, wodurch der Träger 4 zwischen die Führungswalzen 10 und 12 in den dazwischen liegenden Führungsspalt 11 eintaucht. Vorteilhaft liegen die Führungswalzen 10 und 12 im Spalt 11 mit Druck aneinander an, so dass beim Eintauchen des Trägers 4 in den Führungsspalt 11 der Verarbeitungsabschnitt 6 der Materialschicht 2 fest auf die Seitenflächen des Trägers 4 aufgedrückt wird. Die in Längsrichtung des Liners 3 gemessene Länge L eines Verarbeitungsabschnitts 6 ist derart gewählt, dass beim Einfahren des Trägers 4 zwischen die Führungswalzen 10 und 12 der Träger 4 gleichzeitig auf beiden Seitenflächen mit einer Materialschicht versehen wird. Hierzu entspricht die Länge L eines Verarbeitungsabschnitts 6 der doppelten in Einfahrrichtung 27 gemessenen Höhe H des Trägers 4. Der Verarbeitungsabschnitt 6 wird so zu den Führungswalzen 10 und 12 bzw. dem Führungsspalt 11 positioniert, dass er genau mittig zum Führungsspalt 11 liegt, so dass die auf beiden Seiten des Trägers 4 aufgebrachten Materialschichten in ihren Abmessungen gleich sind.
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Der flächige Träger 4 fährt mit seiner vorderen Kante voran in Einfahrrichtung 27 in den Führungsspalt 11 zwischen die Führungswalzen 10 und 12 ein, wobei der bandförmige Liner 3 bzw. dessen Tragschicht (z. B. ein Gewebeband) nicht durchtrennt wird. Dies bedeutet, dass der in Einfahrrichtung 27 einfahrende Träger 4 den Liner 3 mitnimmt (2), so dass der Liner 3 auf beiden Seiten der Führungswalzen 10 und 12 in Richtung der Pfeile 28 und 29 bewegt wird. Um diese Förderrichtung des Liners 3 zuzulassen, dreht die Vorratsrolle 16 in Abwickelrichtung 30; ebenso dreht die Speicherrolle 20 in Abwickelrichtung 31.
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Ist der Träger 4 über seine gesamte Höhe H in Einfahrrichtung 27 eingefahren (3), liegt der Verarbeitungsabschnitt 6 auf jeder Seite des Trägers 4 über dessen gesamte Höhe H auf und ist über die Führungswalzen 10 und 12 gleichmäßig an die Seitenflächen des Trägers 4 angedrückt worden. Die Materialschicht 2 und/oder die Seitenflächen des Trägers 4 sind so vorbehandelt, dass der Anpressdruck zu einer innigen Verbindung zwischen dem Träger 4 und der Materialschicht 2 des Liners 3 führt.
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Ist der Träger 4 in Einfahrrichtung 27 vollständig eingefahren, wie in 3 gezeigt, ist ein Umkehrpunkt erreicht; die Bewegung des Liners beidseitig der Führungswalzen 10 und 12 in Richtung der Pfeile 28 und 29 stoppt. Ebenso stoppt die Drehung der Vorratsrolle 16 und der Speicherrolle 20 in Abwickelrichtung 30 und 31. Durch die Anordnung der Spannrollen 14 und 15 ist während des gesamten Fertigungsvorgangs eine ausreichende Spannung in Längsrichtung des Liners 3 gewährleistet, wobei sowohl in Richtung zur Vorratsrolle 16 als auch in Richtung der Speicherrolle 20 eine Spannkraft wirkt.
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Nach Erreichen des Umkehrpunktes (3) fährt der Greifer 23 in Ausfahrrichtung 32 zurück (4 und 5). Die Ausfahrrichtung 32 ist der Einfahrrichtung 27 entgegengesetzt. Beim Ausfahren des Trägers 4 aus dem Führungsspalt 11 der Führungswalzen 10 und 12 kehrt sich die Bewegung des Liners 3 auf beiden Seiten der Führungswalzen 10 und 12 in Richtung der Pfeile 33 und 34 um. Entsprechend werden die Vorratsrolle 16 und die Speicherrolle 20 in Aufwickelrichtung 35 und 36 angetrieben, so dass auch beim Ausfahren des Trägers 4 aus dem Führungsspalt 11 in beiden Längsrichtungen eine ausreichende Zugspannung im Liner aufrechterhalten wird. Aufgrund der aufrechterhaltenen Zugspannung im Liner 3 löst sich der Liner 3 von der Materialschicht 2, die nun als Materialschicht 2' am Träger 4 festgelegt ist. Das Abziehen des Materialträgers (Gewebeband) des Liners 3 von der am Träger 4 haftenden Materialschicht 2' wird durch die 90° Umlenkung des Liners 3 an den Führungswalzen 10, 12 begünstigt. Der Greifer 23 fährt mit dem Träger 4 in Ausfahrrichtung 32 vollständig aus dem Führungsspalt 11 aus und lässt einen Linerabschnitt 13 zurück, der nunmehr frei von Material ist. Der Greifer 23 fährt gemäß 6 in eine Übergabestellung, in der der beschichtete Träger zur weiteren Verwendung an eine Fertigungseinheit übergeben wird. Der Träger kann z. B. die Tragfinne einer Trageinheit für Pouchzellen (Akkuflachzellen) sein, die auf beiden Seiten des Trägers unter Nutzung des dort flächig aufgebrachten Klebers haftend befestigt sind.
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Während der Greifer 23 den fertig beschichteten Träger 4 übergibt, werden die Antriebe der Vorratsrolle 16 und der Speicherrolle 20 derart angetrieben, dass ein neuer Verarbeitungsabschnitt 6 der Materialschicht 2 mittig zu dem Führungsspalt 11 ausgerichtet liegt. Hierzu wird die Speicherrolle in Aufwickelrichtung 36 und die Vorratsrolle 16 in Abwickelrichtung 30 angetrieben. Die Materialbahn bzw. der Liner 3 mit der Materialschicht 2 bewegt sich in Richtung der Pfeile 37 von der Vorratsrolle 16 zur Speicherrolle 20.
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Zur Beschichtung eines weiteren Trägers wird ein neuer Träger 4' über eine Zuführeinrichtung 40 dem Greifer 23 zugeführt (6), der den neuen Träger 4' zwischen seinen Armen 24 greift und in die Einfahrposition gemäß 1 verfährt. Ein neuer Träger 4' kann entsprechend den Verfahrensschritten der 2 bis 6 gleichzeitig auf beiden Seiten beschichtet werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist auch die Beschichtung eines Trägers 4 auf nur einer Seite möglich, wobei die Verfahrensschritte im Wesentlichen unverändert bleiben. Lediglich der Verarbeitungsabschnitt 6 wird eine Länge L haben, die der Höhe H des Trägers 4 entspricht. Bei der Positionierung dieses verkürzten Verarbeitungsabschnitts 6 wird die Vorderkante des Verarbeitungsabschnitts 6 an den Führungsspalt 11 angesetzt, so dass beim Eintauchen des Trägers 4 die Materialschicht auf nur einer Seite des Trägers aufgebracht wird. Die andere Seite des Trägers bleibt frei von Material, da der dort angedrückte Liner 3 keine Materialschicht trägt.
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Als Materialschicht 2 wird bevorzugt ein Kleber verwendet, der z. B. unter Einfluss von Wärme aktiv wird. So kann es zweckmäßig sein, den Träger 4, der bevorzugt aus Metall besteht und z. B. als Blechfinne oder Blechlamelle ausgebildet ist, aufzuheizen, so dass die notwendige Reaktionswärme zum Aktivieren des Klebers beim Eintauchen des Trägers 4 in den Liner 3 vorhanden ist. Im Rahmen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, den Träger 4 vor Einfahren in den materialbeschichteten Liner 3 mit einem Aktivator oder dgl. zu besprühen.
