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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Stromquelle, insbesondere einer Batterie, eines Akkumulators oder einer Brennstoffzelle, die einen Stapel oder Wickel von Blättern umfasst, bei dem zunächst ein Stapel oder Wickel aus mehreren Blättern gebildet wird und der Stapel oder Wickel durch eine Greifervorrichtung gegriffen wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Greifervorrichtung zur Herstellung einer Stromquelle, insbesondere einer Batterie, eines Akkumulators oder einer Brennstoffzelle, die einen Stapel oder Wickel von Blättern umfasst, wobei die Greifervorrichtung relativ zu einem Greiferkörper bewegbare Klemmelemente umfasst.
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Zudem betrifft die Erfindung ein System mit einer erfindungsgemäßen Greifervorrichtung.
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Für eine dezentrale oder mobile Stromversorgung von verschiedensten technischen Verbrauchern, wie Laptops oder Kraftfahrzeugen, werden Stromquellen benötigt. Leistungsfähige Stromquellen, insbesondere Batterien (einschließlich wiederaufladbarer Batterien (Akkumulatoren)) und Brennstoffzellen, können durch den Einsatz von Foliensystemen realisiert werden. Dabei werden Verbundanordnungen von gestapelten Blättern unterschiedlicher Folienmaterialien benötigt, etwa alternierende Folgen von Blättern einer Anodenfolie und einer Kathodenfolie, jeweils getrennt durch Blätter einer Separationsfolie.
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Blätter unterschiedlicher Typen stehen dabei in der Regel zunächst in typenreinen Stapeln zur Verfügung. Zur Herstellung der Verbundanordnung müssen dann Blätter von den verschieden typenreinen Stapeln auf einen Zielstapel an einer Ablageposition umgestapelt werden. Alternativ ist es bekannt, Blätter unterschiedlicher Typen zu wickeln, sodass ein Wickel entsteht. Sowohl bei einem Stapel aus mehreren Blättern als auch bei einem Wickel ist es erforderlich, Anoden- und Kathodenkontakte zu formen. Während der Bearbeitung des Stapels oder des Wickels sollten sich die Blätter zueinander nicht verschieben, da dies zu einer Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit der fertiggestellten Batterie oder Brennstoffzelle führen kann. In besonders gravierenden Fällen kann es zu einem Kurzschluss kommen, sodass die hergestellte Batteriezelle oder Brennstoffzelle unbrauchbar wird.
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Aus der
DE 10 2010 012 274 A1 ist eine Fertigungsanlage für eine Akkuflachzelle bekannt, wobei die Akkuflachzelle aus einem Stapel wechselnd aufeinander geschichteter Zuschnitte besteht. Es wird jeweils ein einzelner Zuschnitt aus einem flachen Bandmaterial ausgeschnitten und von einem Einleger auf den Stapel abgelegt. Es ist eine Zuführvorrichtung für das Bandmaterial zu einer Schnittstation vorgesehen, wobei der Einleger zugleich als Schnittstempel zum konturgenauen Schneiden eines Zuschnitts aus dem Bandmaterial ausgebildet ist und in einer ersten Stellung der Schnittstation den Zuschnitt ausschneidet und in einer zweiten Stellung in einer Stapelstation den Zuschnitt auf den Stapel ablegt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Greifervorrichtung bereitzustellen, mit denen die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Stromquelle, insbesondere einer Batterie, eines Akkumulators oder einer Brennstoffzelle, die einen Stapel oder Wickel von Blättern umfasst, bei dem zunächst ein Stapel oder Wickel aus mehreren Blättern gebildet wird und der Stapel oder Wickel durch eine Greifervorrichtung gegriffen wird, wobei die Anoden- und Kathodenkontakte des Stapels oder Wickels mittels eines Formwerkzeugs der Greifervorrichtung geformt werden, ohne dass der Stapel oder Wickel durch die Greifervorrichtung zwischenzeitlich losgelassen wird. Durch die Greifervorrichtung kann der Stapel oder Wickel so festgehalten werden, dass sich die einzelnen Blätter nicht relativ zueinander bewegen können. Ohne den Stapel oder Wickel loszulassen, werden die Anoden- und Kathodenkontakte des Stapels oder Wickels mittels eines Formwerkzeugs geformt, das an der Greifervorrichtung angeordnet ist. Das Formen der Anoden- und Kathodenkontakte umfasst dabei ein Biegen, Komprimieren, Ablängen, Stanzen und/oder Schneiden des Stapels oder Wickels.
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Gemäß einer Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die Greifervorrichtung den Stapel oder Wickel mit Klemmelementen bereichsweise umgreift. Dadurch kann besonders zuverlässig verhindert werden, dass die einzelnen Blätter des Stapels oder Wickels zueinander verrutschen. Insbesondere können die Klemmelemente im Schnitt L-förmig ausgebildet sein, sodass sie den Stapel oder Wickel untergreifen können, seitlich abstützen und gegen eine Anlagefläche der Greifervorrichtung ziehen und dadurch einklemmen können.
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Um die Formgebung zu unterstützen, kann eine Matrize verwendet werden. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Greifervorrichtung den Stapel oder Wickel vor der Formgebung im Bereich der Matrize positioniert. Auch dies geschieht, ohne dass der Stapel oder Wickel zwischenzeitlich durch die Greifervorrichtung losgelassen wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Stapel oder Wickel nach der Formgebung der Anoden- und Kathodenkontakte durch die Greifervorrichtung zwischen Ableiterblechen positioniert wird und die Ableiterbleche an die geformten Anoden- und Kathodenkontakte angeschweißt werden. Somit erfolgt durch die Greifervorrichtung auch ein Transport des geklemmten Stapels oder Wickels. Erst nach dem Schweißen und somit Verbinden der einzelnen Blätter im Bereich der Anoden- und Kathodenkontakte wird der Stapel oder Wickel durch die Greifervorrichtung wieder losgelassen.
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Vorzugsweise wird das Formwerkzeug der Greifervorrichtung nach der Formgebung während des weiteren Transports zur nächsten Bearbeitungsstation in der Formgebungsposition gehalten. Dadurch wird die Formgebung der Anoden- und Kathodenkontakte während des Transports stabilisiert. Insbesondere kann das Formwerkzeug auch in der Formgebungsposition bleiben, während die Anoden- und Kathodenkontakte geschweißt werden und somit durch einen Fügeprozess zueinander festgelegt werden.
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In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine Greifervorrichtung zur Herstellung einer Stromquelle, insbesondere einer Batterie, eines Akkumulators oder einer Brennstoffzelle, die einen Stapel oder Wickel von Blättern umfasst, wobei die Greifervorrichtung relativ zu einem Greiferkörper bewegbare Klemmelemente umfasst und die Greifervorrichtung ein relativ zu dem Greiferkörper bewegbares Formwerkzeug zum Formen von Anoden- und Kathodenkontakten des Stapels oder Wickels aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Greifervorrichtung handelt es sich somit um einen kombinierten Transport- und Formgreifer. Eine Batteriezelle kann durch die erfindungsgemäße Greifervorrichtung sehr einfach und sicher gegriffen werden. Es wird dadurch verhindert, dass die einzelnen Blätter während des Transportvorganges ihre Lage verändern. Das Halten der Blätter in einem Stapel oder in einem Wickel erfolgt über mechanische Klemmung. Das Formen von Anoden- und Kathodenkontakten kann durchgeführt werden, ohne dass der Stapel oder Wickel durch die Greifervorrichtung losgelassen wird.
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Vorzugsweise weisen die Klemmelemente einen vertikalen Abschnitt zur seitlichen Anlage an den Stapel oder Wickel und einen horizontalen Abschnitt zum Untergreifen des Stapels oder Wickels auf. Somit wird der Stapel oder Wickel zum einen seitlich stabilisiert, und zum anderen kann durch den horizontalen Abschnitt ein Einklemmen des Stapels oder Wickels erfolgen.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Klemmelemente bezüglich des Greiferkörpers in zumindest zwei Richtungen bewegbar sind, insbesondere horizontal und vertikal bewegbar sind. Somit können die Klemmelemente zunächst seitlich an den Stapel oder Wickel herangefahren werden und anschließend vertikal bewegt werden, um den Stapel oder Wickel zwischer den Klemmelementen und dem Greiferkörper einzuklemmen.
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Das Formwerkzeug kann als vertikal bewegbarer Formstempel ausgebildet sein. Durch den Formstempel können die Anoden- und Kathodenkontakte zusammengedrückt werden, wodurch der anschließende Schweißvorgang vereinfacht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Greiferkörper eine Anlagefläche für den Stapel oder Wickel aufweist, wobei der Stapel oder Wickel zwischen die Anlagefläche und die Klemmelemente einklemmbar ist.
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In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein System zur Herstellung einer Stromquelle, insbesondere einer Batterie, eines Akkumulators oder einer Brennstoffzelle, die einen Stapel oder Wickel von Blättern umfasst, mit einer erfindungsgemäßen Greifervorrichtung, wobei ein erster Werkstückträger vorgesehen ist, der eine oder mehrere Ausnehmungen für die Klemmelemente der Greifervorrichtung aufweist, sodass die Klemmelemente den Stapel oder Wickel untergreifen können. Durch die Abstimmung des Werkstückträgers auf die Greifervorrichtung kann sichergestellt werden, dass die Blätter während des Greifvorgangs nicht relativ zueinander bewegt werden.
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Weiterhin kann das System eine Formgebungsstation aufweisen, die eine feststehende Matrize aufweist. Die feststehende Matrize kann zum einen in Zusammenwirkung mit dem Formwerkzeug zur Formgebung der Anoden- und Kathodenkontakte verwendet werden. Zum anderen ist es denkbar, dass über die Matrize im Zusammenspiel mit dem Formgebungswerkzeug ein Ablängen der Anoden- und Kathodenkontakte erfolgt.
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Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn die Formgebungsstation eine gegen eine Rückstellkraft bewegbare Auflage für den Stapel oder den Wickel aufweist. Der Stapel oder Wickel kann somit gemeinsam mit der Auflage an dem Rand der Matrize vorbeibewegt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
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In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf einen Stapel aus mehreren Blättern;
- 2 eine Schnittdarstellung einer Greifervorrichtung zum Greifen eines Stapels von Blättern;
- 3 eine um 90 ° gedrehte Darstellung der Greifervorrichtung der 2, die einen Stapel gegriffen hat;
- 4a eine Darstellung zur Verdeutlichung der Formgebung von Anoden- und Kathodenkontakten;
- 4b eine weitere Darstellung zur Verdeutlichung der Anoden- und Kathodenkontakte;
- 5 eine Darstellung der Greifervorrichtung in einer Position, in der Ableiterbleche an die Anoden und Kathodenkontakte angeschweißt werden können.
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Die 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Stapel 1 aus mehreren Blättern. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Bereiche 2, 3 zur Herstellung von Anoden- bzw. Kathodenkontakten vorgesehen. Der Stapel 1 wird üblicherweise gebildet, indem einzelne Blätter nacheinander in einem Werkstückträger gestapelt werden.
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Ein solcher Werkstückträger ist in einer Schnittdarstellung in der 2 schematisch dargestellt. Der Werkstückträger ist mit der Bezugsziffer 5 versehen. Hier ist zu erkennen, dass eine Greifervorrichtung 10 mit einem Greiferkörper 11 auf den Stapel 1 aufgesetzt ist. Dadurch wird der Stapel 1 zwischen Werkstückträger 5 und Greifervorrichtung 10 eingeklemmt. Der Werkstückträger 5 weist Ausnehmungen 6, 7 auf, in die Klemmelemente 12, 13 der Greifervorrichtung 10 eintauchen können. In der linken Hälfte der 2 ist gezeigt, dass das Klemmelement 12 im Schnitt L-förmig ausgebildet ist, insbesondere mit einem vertikalen Abschnitt 12.1 und einem horizontalen Abschnitt 12.2 versehen ist. Der horizontale Abschnitt 12.2 befindet sich unterhalb des Stapels 1, der vertikale Abschnitt 12.1 befindet sich in gewissem Abstand seitlich neben dem Stapel 1. Das Klemmelement 12 kann nun seitlich verfahren werden, bis der vertikale Abschnitt 12.1 in seitliche Anlage zu dem Stapel 1 gelangt. Anschließend kann das Klemmelement 12 vertikal nach oben bewegt werden, bis der horizontale Abschnitt 12.2 in Anlage von unten an den Stapel 1 gelangt. Insbesondere kann dadurch der Stapel 1 gegen eine Anlagefläche 14 des Greiferkörpers 11 geklemmt werden. Diese Situation ist anhand des Klemmelements 13 auf der rechten Seite dargestellt, welches ebenfalls Abschnitte 13.1, 13.2 aufweist. Es versteht sich, dass die Klemmelemente 12, 13 vorzugsweise synchron bewegt werden und gleichzeitig die Klemmposition einnehmen. Durch die Klemmelemente 12, 13 wird der Stapel 1 unverrückbar an der Greifervorrichtung 10 gehalten. Insbesondere können sich die einzelnen Lagen oder Blätter des Stapels 1 nicht relativ zueinander bewegen. Wenn der Stapel 1 durch die Greifervorrichtung 10 gegriffen bzw. geklemmt ist, kann der Stapel 1 von dem Werkstückträger 5 abgehoben werden.
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Wie sich der 3 entnehmen lässt, die die Greifervorrichtung 10 in einer um 90 ° gedrehten Position zeigt, weist die Greifervorrichtung 10 noch weiterhin ein Formwerkzeug 20 auf, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel in vertikaler Richtung relativ zum Greiferkörper 11 bewegbar ist. Das Formwerkzeug 20 weist eine Schräge 21 auf. Wenn es heruntergefahren wird, kann es die Bereiche 2, 3 des Stapels 1 komprimieren und verformen. Würde das Formwerkzeug 20 gemäß der Darstellung der 3 lediglich nach unten bewegt, würden die Anoden- und Kathodenkontakte 2, 3 lediglich nach unten umgebogen. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Anoden- und Kathodenkontakte 2, 3 von unten abgestützt werden.
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Zu diesem Zweck kann, wie dies in der 4a gezeigt ist, in einer Formgebungsstation eine feststehende Matrize 30 verwendet werden, die gewissermaßen ein Gegenlager darstellt. Insbesondere kann der Stapel 1 mittels der Greifervorrichtung 10 so positioniert werden, dass die Anoden- und Kathodenkontakte 2, 3 den Rand 31 der Matrize 30 teilweise überragen. Der überwiegende Teil des Stapels 1 liegt dabei auf einer federnd gelagerten Auflage 32 auf. Es kann nun zunächst das Formwerkzeug 20 nach unten bewegt werden, um den Stapel 1 im Bereich der Anoden- und Kathodenkontakte 2, 3 zu komprimieren. Anschließend kann die gesamte Greifervorrichtung 10 nach unten bewegt werden, wie dies in der 4b gezeigt ist. Dabei wird die Auflage 32 entgegen der Rückstellkraft von Federelementen 33 nach unten bewegt. Die Anoden- und Kathodenkontakte 2, 3 werden hierbei am Rand 31 der Matrize 30 vorbeibewegt und dabei abgelängt. Die Formgebung der Anoden- und Kathodenkontakte 2, 3 ist somit abgeschlossen.
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Anschließend kann die Greifervorrichtung 10 zu einer weiteren Arbeitsstation bewegt werden und dabei den Stapel 1 mitnehmen. Dies ist in der 5 gezeigt. In der Station kann der Stapel 1 im Bereich von Ableiterblechen 40, 41 positioniert werden, die dort an die Anoden- und Kathodenkontakte 2, 3 angeschweißt werden. Die Greifervorrichtung 10 lässt den Stapel 1 erst los, wenn der Schweißvorgang abgeschlossen ist. Auch das Formwerkzeug 20 bleibt bis zum Abschluss des Schweißvorgangs in der gezeigten Formgebungsposition.
