DE102020212886B3

DE102020212886B3 - Fixing tool and tool arrangement for arrester tabs

Info

Publication number: DE102020212886B3
Application number: DE102020212886.3A
Authority: DE
Inventors: Roy Pätz; Thomas Richter; Alexander Heinsch
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2040-10-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fixierwerkzeug zum Fixieren und Einspannen von Ableiterlaschen von Batteriezellen und eine Fixierwerkzeuganordnung zur ebenen, gestapelten Aufnahme von Batteriezellen mit einer Mehrzahl an Fixierwerkzeugen.The invention relates to a fixing tool for fixing and clamping conductor tabs of battery cells and a fixing tool arrangement for flat, stacked accommodation of battery cells with a plurality of fixing tools.

Description

Batteriezellen als Bestandteil von Batterien werden während dem Herstellungsprozess üblicherweise in eigens hierfür ausgelegten Fertigungsmaschinen aufgestapelt, wobei während dieses Prozesses die jeweilige Mehrzahl an Einzelzellen durch fortlaufendes, meist vertikales Aggregieren zu einem fertigen Zellstapel - im Englischen „stack“ - zusammengestellt werden. Zur Erzeugung notwendiger elektrischer Spannungen, Stromstärken und Speicherkapazitäten der elektrischen Energiespeicher werden üblicherweise Lithium-Ionen-Zellen gestapelt. Dabei werden die einzelnen Zellen in verschiedenen Anzahlen aneinander, bzw. übereinander, geschichtet. Infolge eines Summierens aller Einzeltoleranzen mit steigender Höhe des bereits erzeugten Stapels wird dieser zunehmend instabil und die Form- und Lagetoleranzen des Stapels nehmen unzulässig große Werte an. Das Problem des Summierens aller Einzeltoleranzen beim Stapelprozess ist ein in der Batteriefertigung inhärentes Problem und wäre lediglich durch einen nicht gerechtfertigten Aufwand bei der Fertigung der einzelnen Batteriezellen zu beheben. Aus technischer Sicht und in wirtschaftlich besonders vorteilhafter Art und Weise wird es als ausreichend erachtet, wenn der Zellstapel während des Aufstapelns der Zellen in seiner Höhe in geeigneter Weise fixiert wird, so dass die bestehenden Form- und Lagetoleranzen während des fortgesetzten Aufstapelns oder beispielsweise bei einem für den Stapelprozess notwendigen Transport keine Verschlechterung erfahren. Hierbei kann Fixieren auch als ein mechanisches Spannen oder Einspannen bezeichnet werden. Entscheidend ist hierbei, dass sich dieses mechanische Spannen den Längenmaß- sowie Form- und Lagetoleranzen des Zellstapels anpasst und die Zellen durch das mechanische Spannen nicht unzulässig mechanisch belastet werden. Eine solche unzulässige mechanische Belastung kann beispielsweise Resultat sein, wenn das Fixierwerkzeug, bzw. die Fixierwerkzeuganordnung, die Zellableiter immer auf fest eingestellte Höhenabstände spannen würde. Somit würden die Zellableiter je nach tatsächlicher Lage um den Betrag der Abweichung von der eingestellten Spannhöhe ausgelenkt und damit eventuell verbogen, bzw. anderweitig beschädigt werden.Battery cells as a component of batteries are usually stacked in specially designed production machines during the manufacturing process, whereby during this process the respective plurality of individual cells are put together by continuous, mostly vertical aggregation to form a finished cell stack. Lithium-ion cells are usually stacked to generate the necessary electrical voltages, currents and storage capacities of the electrical energy storage device. The individual cells are stacked in different numbers on one another or on top of one another. As a result of adding up all the individual tolerances with increasing height of the stack that has already been created, it becomes increasingly unstable and the shape and position tolerances of the stack assume inadmissibly large values. The problem of adding up all the individual tolerances in the stacking process is an inherent problem in battery production and could only be remedied by an unjustified effort in the production of the individual battery cells. From a technical point of view and in an economically particularly advantageous manner, it is considered sufficient if the height of the cell stack is fixed in a suitable manner during the stacking of the cells, so that the existing shape and position tolerances during the continued stacking or, for example, in a for the transport necessary for the stacking process do not experience any deterioration. Here, fixing can also be referred to as mechanical tensioning or clamping. The decisive factor here is that this mechanical tensioning adapts to the length dimension, shape and position tolerances of the cell stack and that the cells are not mechanically stressed in an impermissible manner by the mechanical tensioning. Such an impermissible mechanical load can be the result, for example, if the fixing tool, or the fixing tool arrangement, would always tension the cell arresters to fixed height spacings. Thus, depending on the actual position, the cell arresters would be deflected by the amount of the deviation from the set clamping height and thus possibly bent or otherwise damaged.

Aus der KR 10 2015 0 050 221 A ist eine Spannvorrichtung zum Befestigen einer Sekundärbatterie bekannt, mit der eine Sekundärbatterie an einer Vorrichtung zum Laden und Entladen befestigt werden kann. Die Spannvorrichtung umfasst dabei einen leitenden Teil zur Kontaktierung einer Elektrodenfahne der Sekundärbatterie und einen Befestigungsteil zum Aufrechterhalten der Verbindung zwischen dem leitfähigen Teil und der Elektrodenfahne.From the KR 10 2015 0 050 221 A a jig for fastening a secondary battery is known, with which a secondary battery can be fastened to a device for charging and discharging. The tensioning device comprises a conductive part for making contact with an electrode tab of the secondary battery and a fastening part for maintaining the connection between the conductive part and the electrode tab.

Zudem ist aus der KR 10 1 124 534 B1 eine Vorrichtung zum Laden einer Sekundärbatterie bekannt, wobei mehrere Sekundärbatterien zeitgleich geladen werden können. Dabei sind Klemmen zur Kontaktierung von Batterieterminals der Sekundärzellen vorgesehen, wobei die Terminals von den Klemmen eingespannt werden. Die Klemmen können dabei über einen Zylinder bewegt werden.In addition, from the KR 10 1 124 534 B1 a device for charging a secondary battery known, wherein a plurality of secondary batteries can be charged at the same time. In this case, clamps are provided for making contact with the battery terminals of the secondary cells, the terminals being clamped in by the clamps. The clamps can be moved using a cylinder.

Des Weiteren offenbart die DE 10 2018 108 113 A1 eine Multizelllaschen-Schneidevorrichtung für eine Vielzahl von Batteriezellen. Die Vorrichtung umfasst dabei ein Zelllaschen-Fixiermittel, welches mit einem Grundrahmen verbunden und dafür ausgelegt ist, die Vielzahl von Laschen zu fixieren und zu stützen.Furthermore, the DE 10 2018 108 113 A1 a multi-cell tab cutter for a variety of battery cells. The device comprises a cell flap fixing means which is connected to a base frame and is designed to fix and support the plurality of flaps.

Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die in der die Lage ist, die Batteriezellen während des Aufstapelns zu einem Batteriestapel innerhalb der inhärenten Form- und Lagetoleranzen zu fixieren bzw. einzuspannen und dabei keine unzulässigen bleibenden Beschädigungen zu verursachen.Based on this, the object of the present invention is to provide a device which is able to fix or clamp the battery cells within the inherent shape and position tolerances while they are being stacked to form a battery stack and thereby not cause any inadmissible permanent damage.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fixierwerkzeug zum Fixieren und Einspannen von Ableiterlaschen von Batteriezellen, mit einem in einer Linearrichtung RL zueinander geführten ersten und zweiten Vorschubelement, wobei das erste und das zweite Vorschubelement über ein Federelement in Linearrichtung RL in einer kinematischen Wirkverbindung stehen, einem Linearantrieb, der mit dem zweiten Vorschubelement in einer Antriebsverbindung steht und der über das Federelement die Antriebsverbindung mittelbar auf das erste Vorschubelement überträgt, einer mit dem ersten Vorschubelement schwenkbar verbundene Spannzange, einer mit dem zweiten Vorschubelement schwenkbar verbundene Spanngabel, wobei über den Linearantrieb das erste und zweite Vorschubelement zwischen einer Grundposition und einer Vorschubposition verschiebbar sind und das zweite Vorschubelement über die Vorschubposition hinaus in eine Endposition verschiebbar ist und die Spanngabel bei Verschieben des zweiten Vorschubelements in die Endposition mit der Spannzange in eine Wechselwirkung tritt und dabei die Spannzange von einer geöffneten Stellung in eine geschlossene Stellung zwingt.The object is achieved by a fixing tool for fixing and clamping the conductor tabs of battery cells, with a first and second feed element guided towards one another in a linear direction RL, the first and second feed elements being in a kinematic operative connection in the linear direction RL via a spring element, a linear drive , which is in a drive connection with the second feed element and which indirectly transmits the drive connection to the first feed element via the spring element, a collet pivotably connected to the first feed element, a clamping fork pivotably connected to the second feed element, whereby the first and second Feed element are displaceable between a basic position and a feed position and the second feed element is displaceable beyond the feed position into an end position and the clamping fork when the second feed element is moved into the end position interacts with the collet, forcing the collet from an open position to a closed position.

Hierbei verläuft die Linearrichtung zweckmäßigerweise orthogonal zu einer Aufstapelrichtung der einzelnen Batteriezellen während des Aufstapeln zu dem Batteriestapel. Hierbei kann es sich bei der Aufstapelrichtung regelmäßig um eine vertikale Richtung handeln. Durch das erfindungsgemäße Fixierwerkzeug ist ein kraftschlüssiges Einspannen der Batteriezellen an deren Stromableitern möglich, ohne die Batteriezellen unzulässig mechanisch zu belasten. Das Fixierwerkzeug ist derart gestaltet, dass es die infolge des Aufstapelns entstehenden und sich aufsummierenden Längen- sowie Form- und Lagetoleranzen kompensieren kann. Eine weitere denkbare Anwendung ist der Einsatz des Fixierwerkzeugs zur Batteriezellkontaktierung über die Stromableiter. Über die Beweglichkeit zwischen der Grundposition und der Vorschubposition ist gewährleistet, dass das Fixierwerkzeug sich zunächst nicht in dem lichten Raum des Batteriestapels befindet, sodass der Vorgang des Aufstapelns nicht behindert wird. Das Fixierwerkzeug bildet folglich keine Störkontur während des Aufstapelns. Das erfindungsgemäße Fixierwerkzeug weist eine hohe Systemtoleranz gegenüber Fehlstellung und Deformationen der Zellableiter auf. Auch ist gewährleistet, dass keine Relativbewegung zwischen den Zellableitern und den Kontaktflächen der Spannzange des Fixierwerkzeugs entstehen kann, was zur Bauteilschonung beiträgt.In this case, the linear direction expediently runs orthogonally to a stacking direction of the individual battery cells during the stacking to form the battery stack. The stacking direction can regularly be a vertical direction. By the invention Fixing tool, it is possible to clamp the battery cells in a force-fit manner on their current conductors without placing an inadmissible mechanical load on the battery cells. The fixing tool is designed in such a way that it can compensate for the length, shape and position tolerances that arise as a result of the stacking. Another conceivable application is the use of the fixing tool for battery cell contacting via the current arrester. The mobility between the basic position and the feed position ensures that the fixing tool is initially not located in the clear space of the battery stack, so that the stacking process is not hindered. The fixing tool consequently does not form an interfering contour during stacking. The fixing tool according to the invention has a high system tolerance with regard to misalignment and deformation of the cell arrester. It is also ensured that no relative movement can occur between the cell arresters and the contact surfaces of the collet of the fixing tool, which contributes to protecting the component.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein ortsfestes Anschlagelement vorgesehen ist, das in der Vorschubposition das Verschieben des ersten Vorschubelements von der Grundposition in die Vorschubposition anhält. Über das Anschlagelement kann das Fixierwerkzeug bezüglich einer ortsfesten Sollposition positioniert werden.An advantageous embodiment of the invention provides that a stationary stop element is provided which, in the advance position, stops the displacement of the first advance element from the basic position into the advance position. The fixing tool can be positioned with respect to a fixed target position via the stop element.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein zweites Federelement vorgesehen ist, das einerseits ortsfest angeschlagen ist und das zweite Vorschubelement aufgrund der Federkraft in die Grundposition drückt. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Fixierwerkzeug von alleine immer in die Grundstellung beaufschlagt wird bzw. zurückgestellt wird und der Linearantrieb ausschließlich auf die Zustellung in die Endposition ausgelegt werden kann.An advantageous embodiment of the invention provides that a second spring element is provided, which on the one hand is hinged in a stationary manner and presses the second advance element into the basic position due to the spring force. This ensures that the fixing tool is always acted upon by itself in the basic position or is reset and the linear drive can only be designed for delivery into the end position.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich die Spannzange über eine eigenelastische Verformung zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung bewegt. Hierdurch kann die Spannzange mechanisch sehr einfach ausgelegt werden und kann zweckmäßigerweise entweder insgesamt oder partiell aus einem geeigneten Federstahl bestehen.An advantageous embodiment of the invention provides that the collet moves between the open position and the closed position via an inherently elastic deformation. As a result, the collet can be designed in a mechanically very simple manner and can expediently consist either entirely or partially of a suitable spring steel.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Linearantrieb ein Exzenterantriebselement umfasst, zum Aufbringen einer linearen Bewegung auf das zweite Vorschubelement. Über einen Exzenterantrieb kann gezielt das erforderliche Bewegungsprofil aufgeprägt werden. Ein solcher Exzenterantrieb kann in besonders vorteilhafter, kostengünstiger Art und Weise umgesetzt werden und die Rückbewegung in die Grundstellung kann dann vereinfachend über ein Federelement erfolgen.An advantageous embodiment of the invention provides that the linear drive comprises an eccentric drive element for applying a linear movement to the second feed element. The required movement profile can be specifically imprinted using an eccentric drive. Such an eccentric drive can be implemented in a particularly advantageous, cost-effective manner and the return movement into the basic position can then take place in a simplified manner via a spring element.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Spannzange und die Spanngabel um parallel zueinander verlaufende Schwenkachsen S₁ und S₂ schwenkbar sind. Hierdurch ist es möglich, dass die Spannzange in der Vorschubposition, in der sie bezüglich der Linearrichtung auch während des Einspannens verbleibt, über eine Schwenkbewegung eine Vertikalbewegung ihrer Kontaktflächen ausführen kann. Die Spanngabel befindet sich während des Einspannens in Linearrichtung weiter vorgeschoben, so dass sie über die parallele zweite Schwenkachse beweglich sein muss, um die Vertikalbewegung der Kontaktfläche zuzulassen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Spannspitzen bzw. Kontaktflächen der Spannzange einander zugewandte Reibflächen ausbilden. Hierdurch ist eine optimierte Reibwerteinstellung durch geeignete Materialkombinationen an der Wirkstelle zum eingespannten Zellableiter möglich.An advantageous embodiment of the invention provides that the collet and the clamping fork can be pivoted about pivot axes S ₁ and S ₂ that run parallel to one another. This makes it possible for the collet chuck to be able to execute a vertical movement of its contact surfaces via a pivoting movement in the feed position in which it also remains with respect to the linear direction during clamping. The clamping fork is advanced further in the linear direction during clamping, so that it must be movable over the parallel second pivot axis in order to allow the vertical movement of the contact surface. An advantageous embodiment of the invention provides that clamping tips or contact surfaces of the collet form mutually facing friction surfaces. This enables an optimized setting of the coefficient of friction through suitable material combinations at the point of action of the clamped cell arrester.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Fixierwerkzeuganordnung zur ebenen, gestapelten Aufnahme von Batteriezellen mit einer Mehrzahl an oben beschriebenen Fixierwerkzeugen, wobei die Fixierwerkzeuge beiderseits eines Aufnahmeraums für die Batteriezellen angeordnet sind. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Fixierwerkzeuge bezüglich einer Vertikalachse des Aufnahmeraums paarweise beiderseits des Aufnahmeraums angeordnet sind. Unter dem Begriff Aufnahmeraum wird das Volumen der Werkzeuganordnung verstanden, in dem die Batteriezellen sukzessive zu dem fertigen Batteriestapel aufgestapelt werden. Erfindungsgemäß ist es nicht erforderlich, dass jede der Batteriezellen fixiert bzw. eingespannt werden müssen. In Abhängigkeit vom Aufbau des Zellstapels, welcher beispielsweise über eigene Mittel zur Lagesicherung zwischen den Batteriezellen, wie bspw. Klebeverbindungen, verfügt kann es auch ausreichend sein, wenn in Stapelhöhe betrachtet lediglich in gewissen Vertikalabständen Batteriezellen an ihren Zellableitern eingespannt werden. Bevorzugt und in Abhängigkeit von der Art und Form der Batteriezelle kann die Aufnahme paarweise beiderseits des Aufnahmeraums an der jeweiligen Batteriezelle erfolgen. Andere Batteriezellgeometrien welche aus der Praxis bspw. in Form einer Batteriezelle mit zwei Stromableitern an einer Seitenkante bekannt sind, können aber auch mit dem Fixierwerkzeug bzw. der Fixierwerkzeuganordung vorteilhaft gespannt, bzw. fixiert werden.The object is also achieved by a fixing tool arrangement for flat, stacked accommodation of battery cells with a plurality of fixing tools described above, the fixing tools being arranged on both sides of a receiving space for the battery cells. In an expedient embodiment it is provided that the fixing tools are arranged in pairs on both sides of the receiving space with respect to a vertical axis of the receiving space. The term receiving space is understood to mean the volume of the tool arrangement in which the battery cells are successively stacked to form the finished battery stack. According to the invention, it is not necessary for each of the battery cells to have to be fixed or clamped. Depending on the structure of the cell stack, which, for example, has its own means of securing the position between the battery cells, such as adhesive connections, it may also be sufficient if, viewed from the stack height, battery cells are only clamped to their cell arresters at certain vertical distances. Preferably, and depending on the type and shape of the battery cell, they can be received in pairs on both sides of the receiving space on the respective battery cell. Other battery cell geometries which are known from practice, for example in the form of a battery cell with two current conductors on one side edge, can, however, also advantageously be clamped or fixed with the fixing tool or the fixing tool arrangement.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Fixierwerkzeuganordnung sieht vor, dass jeweils ein Linearantrieb beiderseits des Aufnahmeraums zum Antrieb der gleichseitig vorgesehenen Fixierwerkzeuge angeordnet ist.An advantageous embodiment of the fixing tool arrangement provides that a linear drive is arranged on both sides of the receiving space for driving the fixing tools provided on the same side.

Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen

1 eine Fixierwerkzeuganordnung mit mehreren Fixierwerkzeugen;
2a bis 4b) ein Fixierwerkzeug gemäß 1 in mehreren Positionen;
5a), 5b) weitere Detaillierungen der Fixierwerkzeuganordnung und eines Fixierwerkzeugs.

The invention is explained below with further features, details and advantages on the basis of the accompanying figures. The figures merely illustrate exemplary embodiments of the invention. Show in it

1 a fixation tool assembly with a plurality of fixation tools;
2a until 4b) a fixing tool according to 1 in multiple positions;
5a) , 5b) further details of the fixation tool arrangement and a fixation tool.

Die 1 zeigt eine Fixierwerkzeuganordnung 50 zur gestapelten Aufnahme von Batteriezellen 2. Die Batteriezellen 2 werden in einem Aufnahmeraum 52 sukzessive über ein nicht gezeigtes Handhabungsgerät aufgestapelt, bis ein fertiger Batteriestapel 4 vorliegt. Mit dem Doppelpfeil Rv ist eine Vertikalrichtung bezeichnet, in der in der vorliegenden Anwendung die Batteriezellen 2 aufgestapelt werden. Die Fixierwerkzeuganordnung 50 umfasst an gegenüberliegenden Seiten des Aufnahmeraums 50 jeweils eine Mehrzahl Fixierwerkzeuge 10. Die Fixierwerkzeuge 10 sind an beiden Seiten des Aufnahmeraums 52 in gleicher Anzahl angeordnet, so dass die Fixierwerkzeuge 10 bezogen auf die Vertikalrichtung Rv jeweils paarweise auf gleicher Höhe angeordnet sind. Die Fixierwerkzeuge 10 sind an jeder Seite jeweils in einem Antriebsgehäuse 54 aufgenommen, in dem in noch zu beschreibender Weise ein Linearantrieb 36 für die jeweiligen Fixierwerkzeuge 10 angeordnet ist. Vorliegend sind in Vertikalrichtung betrachtet jeder dritten Batteriezelle paarweise zu beiden Seiten jeweils Fixierwerkzeuge 10 zugeordnet. Diese Anordnung kann je nach Anzahl und Größe der Batteriezellen sowie weiterer Eigenschaften des zu bildenden Zellstapels auch in nahezu beliebigen weiteren Kombinationen vorteilhaft umgesetzt sein.the 1 Figure 10 shows a fixation tool assembly 50 for stacking battery cells 2 . The battery cells 2 are in a recording room 52 successively piled up via a handling device (not shown) until a finished battery stack 4th is present. The double arrow Rv denotes a vertical direction in which the battery cells in the present application 2 be piled up. The fusing tool assembly 50 includes on opposite sides of the receiving space 50 a plurality of fixing tools each 10 . The fixing tools 10 are on both sides of the recording room 52 arranged in equal numbers so that the fixing tools 10 are arranged in pairs at the same height in relation to the vertical direction Rv. The fixing tools 10 are in a drive housing on each side 54 added, in which a linear drive in a manner to be described 36 for the respective fixing tools 10 is arranged. In the present case, every third battery cell, viewed in the vertical direction, is paired with fixing tools on both sides 10 assigned. Depending on the number and size of the battery cells and other properties of the cell stack to be formed, this arrangement can also be advantageously implemented in almost any other combinations.

Die 2a), 2b) und 3 zeigen in drei Darstellungen ein Fixierwerkzeug 10 in einer Grundposition (2a), einer Vorschubposition (2b) und einer Endposition (3). Die Endposition kann auch als Spannposition bezeichnet werden. In den 2 und 3 ist zu jedem Fixierelement 10 in der linken Bildhälfte eine Batteriezelle 2 mit einem Zellanleiter 6 angedeutet, den es über das jeweilige Fixierwerkzeug 10 zu fixieren gilt.the 2a) , 2 B) and 3 show a fixing tool in three representations 10 in a basic position ( 2a) , a feed position ( 2 B) and an end position ( 3 ). The end position can also be referred to as the clamping position. In the 2 and 3 is with every fixing element 10 in the left half of the picture a battery cell 2 with a cell trainer 6th indicated that it is about the respective fixing tool 10 to fix applies.

Das Fixierwerkzeug 10 ist in den 2 und 3 schematisch dargestellt. Das Fixierwerkzeug 10 umfasst zunächst ein erstes Vorschubelement 12 und ein zweites Vorschubelement 14, wobei beide Vorschubelemente 12, 14 in einer gemeinsamen Linearrichtung RL zueinander geführt sind, beispielsweise über eine Nuten-Führung. Die Linearrichtung RL steht orthogonal zu der Vertikalrichtung Rv. Die Linearrichtung RL liegt somit in der Ebene, die durch die Batteriezellen 2 aufgespannt wird, so dass diese Ebene als x-y-Ebene bezeichnet werden kann. Die Vertikalrichtung Rv verläuft somit in einer z-Richtung. Das erste und das zweite Vorschubelement 12, 14 stehen über ein Federelement 20 in Linearrichtung RL in einer kinematischen Wirkverbindung, d.h. die beiden Vorschubelemente 12, 14 sind über das Federelement 20 untereinander verbunden und eine auf eines der Vorschubelemente 14 einwirkende Bewegung wird unter Vermittlung des Federelements 20 auf das andere Vorschubelement 12 übertragen. Zudem ist ein Linearantrieb 36 vorgesehen, der mit dem zweiten Vorschubelement 14 in einer Antriebsverbindung steht und dessen Antriebsbewegung über das Federelement 20 mittelbar auf das erste Vorschubelement 12 übertragen wird. Ferner ist ein zweites Federelement 22 vorgesehen, das einerseits an einem ortsfesten Anschlagelement 24 angeschlagen ist und andererseits auf das zweite Vorschubelement 14 wirkt. Zudem umfasst das Fixierwerkzeug 10 eine Spannzange 30 und eine Spanngabel 32, wobei die Spannzange 30 schwenkbar um ein Schenkachse S₁ mit dem ersten Vorschubelement 12 verbunden ist. Die Spannzange 30 ist in ihrer Grundform als Pinzette ausgeführt, mit zwei Spannarmen 38₁, 38₂, an deren Enden sich einander zugewandte Kontaktflächen 401, 402 befinden, wobei diese als Reibfläche mit auf den Anwendungsfall angepassten Reibwerten, auch mit spezifischen Oberflächenbeschichtungen ausgeführt sein können. Die Spannzange 30 kann über eine eigenelastische Verformung zwischen einer geöffneten Stellung (2a, 2b) und einer geschlossenen Stellung (3) bewegt werden, wie nachfolgend noch beschrieben wird. Die Spanngabel 32 ist in ihrer Grundform V-förmig ausgeführt und an ihrer Basis schwenkbar um ein Schenkachse S₂ mit dem zweiten Vorschubelement 12 verbunden. Die freien Enden der Spanngabel 32 umgreifen von außen bündig die Spannarme 38₁, 38₂ der Spannzange 30, so dass sich hierüber ein noch zu beschreibendes Zusammenwirken der Spanngabel 32 mit der Spannzange 30 ergibt.The fixing tool 10 is in the 2 and 3 shown schematically. The fixing tool 10 initially comprises a first advancing element 12th and a second advancing element 14th , with both feed elements 12th , 14th are guided to one another in a common linear direction RL, for example via a groove guide. The linear direction RL is orthogonal to the vertical direction Rv. The linear direction RL is thus in the plane through the battery cells 2 is spanned so that this plane can be referred to as the xy plane. The vertical direction Rv thus runs in a z direction. The first and second advancing elements 12th , 14th stand over a spring element 20th in the linear direction RL in a kinematic operative connection, ie the two feed elements 12th , 14th are about the spring element 20th connected to each other and one on one of the feed elements 14th Acting movement is mediated by the spring element 20th on the other feed element 12th transfer. There is also a linear drive 36 provided with the second feed element 14th is in a drive connection and its drive movement via the spring element 20th indirectly to the first feed element 12th is transmitted. There is also a second spring element 22nd provided on the one hand on a stationary stop element 24 is posted and on the other hand on the second feed element 14th works. The fixation tool also includes 10 a collet 30th and a tension fork 32 , the collet 30th pivotable about a pivot axis S ₁ with the first feed element 12th connected is. The collet 30th is designed in its basic form as tweezers, with two clamping arms 38 ₁ , 38 ₂ , at the ends of which there are facing contact surfaces 401, 402, whereby these can be designed as a friction surface with coefficients of friction adapted to the application, also with specific surface coatings. The collet 30th can be achieved through an inherently elastic deformation between an open position ( 2a , 2 B) and a closed position ( 3 ) can be moved as described below. The tension fork 32 is V-shaped in its basic shape and pivotable at its base about a pivot axis S ₂ with the second feed element 12th tied together. The free ends of the clamping fork 32 grip around the clamping arms 38 ₁ , 38 _{2 of} the collet from the outside flush 30th so that there is a still to be described interaction of the clamping fork 32 with the collet 30th results.

In der in 2a) gezeigten Grundposition des Fixierwerkzeugs 10 sind die beiden Vorschubelemente 12, 14 nach rechts verschoben und liegen beispielsweise an einem nicht näher gezeigten Endanschlag an. Für das zweite Vorschubelement 14 kann diese Aufgabe auch der Linearantrieb 36 übernehmen. Die gezeigte Grundposition stellt die Spannzange 30 in ihrer geöffneten Stellung dar. Das gesamte Fixierwerkzeug 10 befindet sich in einer derart zurückgezogenen Stellung, dass es nicht in den Aufnahmeraum 52 der Fixierwerkzeuganordnung 50 ragt, welche im Zusammenhang mit der 1 beschrieben wurde. Die beiden Federelement 20, 22 beaufschlagen mit ihrer Kraftwirkung, die beiden Vorschubelemente 12 und 14 in deren jeweilige Grundstellung. Der Linearantrieb 36 befindet sich ebenfalls in einer Ausgangsstellung, in der noch keine Antriebsbewegung erfolgt ist.In the in 2a) shown basic position of the fixing tool 10 are the two feed elements 12th , 14th shifted to the right and rest, for example, on an end stop not shown in detail. For the second feed element 14th the linear drive can do this too 36 take over. The basic position shown is the collet 30th in its open position. The entire fixing tool 10 is in such a retracted position that it does not enter the receiving space 52 the fusing tool assembly 50 protrudes which is related to the 1 has been described. The two spring element 20th , 22nd act on the two feed elements with their force 12th and 14th in their respective basic position. The linear drive 36 is also in an initial position in which no drive movement has yet taken place.

In der in 2b) gezeigten Vorschubposition des Fixierwerkzeugs 10 sind die beiden Vorschubelemente 12, 14 mittels des Linearantriebs 36 aus ihrer Grundposition in die Vorschubposition zugestellt worden. Die Zustellung erfolgt linear in Linearrichtung RL. Die Antriebsbewegung von der Grundposition in die Vorschubposition erfolgt über den Linearantrieb 36 bevorzugt unmittelbar auf das zweite Vorschubelement 14 und ausgehend von dem zweiten Vorschubelement 14 über das Federelement 20 auf das erste Vorschubelement 12. Insofern befinden sich in der Vorschubposition die beiden Vorschubelemente 12, 14 in der gleichen Relativposition zueinander, wie in der Grundposition. Gleiches gilt für die Spannzange 30 und die Spanngabel 32. In der Vorschubposition ist das Federelement 22 komprimiert und die Kontaktflächen 40 der Spannzange 30 sind in den Aufnahmeraum 52 vorgeschoben bzw. ragen in diesen hinein. Das erste Vorschubelement 12 ist an dem Anschlagelement 24 zur Anlage gekommen, so dass sich das erste Vorschubelement 12 nicht weiter über diese Position hinausbewegen kann. Da die Spannzange 30 über die Schenkachse Si, beispielsweise über einen nicht näher zu beschreibenden Achsbolzen, mit dem ersten Vorschubelement 12 verbunden ist, kann dieses auch nicht über die Vorschubposition hinaus verschoben werden.In the in 2 B) shown feed position of the fixing tool 10 are the two feed elements 12th , 14th by means of the linear drive 36 has been delivered from its home position to the feed position. The infeed takes place linearly in the linear direction RL. The drive movement from the basic position to the feed position takes place via the linear drive 36 preferably directly on the second feed element 14th and starting from the second feed element 14th about the spring element 20th on the first feed element 12th . In this respect, the two feed elements are in the feed position 12th , 14th in the same relative position to one another as in the basic position. The same applies to the collet 30th and the clamping fork 32 . The spring element is in the advance position 22nd compressed and the contact surfaces 40 the collet 30th are in the recording room 52 advanced or protrude into this. The first feed element 12th is on the stop element 24 come to rest, so that the first feed element 12th cannot move beyond this position. Because the collet 30th Via the pivot axis Si, for example via an axle bolt not to be described in more detail, with the first feed element 12th connected, it cannot be moved beyond the feed position.

In der in 3 gezeigten Spannposition des Fixierwerkzeugs 10 ist das zweite Vorschubelement 14 ausgehend von der Vorschubposition über den Linearantrieb 36 in die Spannposition zugestellt worden. Hierbei haben lediglich das zweite Vorschubelement 14 und die in der zweiten Schwenkachse S₂, beispielsweise über einen nicht näher dargestellten Achsbolzen, mit dem zweiten Vorschubelement 14 verbundene Spanngabel 32 eine Zustellbewegung in Linearrichtung RL erfahren. Die Spanngabel 32 erfährt folglich eine Relativbewegung bezüglich der Spannzange 30 derart, dass die freien Enden der Spanngabel 32 auf sich in Linearrichtung RL erweiternden Konturen der Spannzange 30 abfahren und hierdurch die Spannarme 38₁, 38₂ zusammendrücken und die Spannzange 30 in deren geschlossene Stellung bewegen. Hierdurch können die Kontaktflächen 401, 402 den Zellableiter 6 beidseitig greifen und spannen bzw. fixieren. In den 4a) und 4b) ist die Funktion der beiden Schwenkachsen S₁ und S₂ ersichtlich. Bereits zuvor wurde beschrieben, dass das Fixierwerkzeug 10 auch die Form- und Lagetoleranzen des Batteriezellenstapels 4 während des Vorgang des Aufstapelns in Vertikalrichtung - d.h. der z-Richtung - ausgleichen kann bzw. sich selbst dessen Toleranzen nachführt. Dieses Nachführen in Vertikalrichtung ist über die beiden Schwenkachsen S₁ und S₂ realisiert, wobei sich die Spannzange 30 um die Schwenkachse S₁ und die Spanngabel 32 um die Schwenkachse S₂ bewegt.In the in 3 shown clamping position of the fixing tool 10 is the second feed element 14th starting from the feed position via the linear drive 36 has been delivered to the clamping position. Here only have the second feed element 14th and that in the second pivot axis S ₂ , for example via an axle bolt not shown in detail, with the second feed element 14th connected clamping fork 32 experience an infeed movement in the linear direction RL. The tension fork 32 consequently experiences a relative movement with respect to the collet 30th such that the free ends of the clamping fork 32 on the contours of the collet widening in the linear direction RL 30th move down and thereby press the clamping arms 38 ₁ , 38 ₂ together and the collet 30th move to their closed position. This allows the contact surfaces 401, 402 to act as the cell arrester 6th Grip on both sides and tension or fix. In the 4a) and 4b) the function of the two pivot axes S ₁ and S ₂ can be seen. It was already described above that the fixing tool 10 also the shape and position tolerances of the battery cell stack 4th during the process of stacking in the vertical direction - that is, the z-direction - can compensate for or adjust its tolerances. This tracking in the vertical direction is implemented via the two pivot axes S ₁ and S ₂ , the collet 30th around the pivot axis S ₁ and the clamping fork 32 moved about the pivot axis S ₂ .

Die 5a) und 5b) zeigen in weiteren Darstellungen eines der beiden Antriebsgehäuse 54 der Fixierwerkzeuganordnung 50, in dem mehrere Fixierwerkzeuge 10 für die eine Seite des Aufnahmeraums 52 angeordnet sind, und ein Fixierwerkzeug 10 in einer möglichen konkreten Ausgestaltung. In dem Antriebsgehäuse 54 ist der Linearantrieb 36 für die mehreren Fixierwerkzeuge 10 angeordnet, wobei der Linearantrieb 36 hier exemplarisch als Exzenterantrieb mit einer der Anzahl der Fixierwerkzeuge 10 entsprechenden Anzahl an Nockenkonturen ausgeführt ist. Hierbei können die Nockenkonturen auf einer Antriebswelle umfangsversetzt angeordnet sein, um beispielsweise eine sequenzielle Ansteuerung der Fixierelemente 10 zu erzielen. Der Antrieb der Exzenterwelle kann vorteilhaft mittels elektromotorischen oder pneumatischen Antriebskomponenten erfolgen.the 5a) and 5b) show one of the two drive housings in further representations 54 the fusing tool assembly 50 , in which several fixing tools 10 for one side of the recording room 52 are arranged, and a fixing tool 10 in a possible concrete form. In the drive housing 54 is the linear drive 36 for the multiple fixing tools 10 arranged, the linear drive 36 here as an example of an eccentric drive with one of the number of fixing tools 10 corresponding number of cam contours is executed. Here, the cam contours can be arranged circumferentially offset on a drive shaft in order, for example, to sequentially control the fixing elements 10 to achieve. The drive of the eccentric shaft can advantageously take place by means of electromotive or pneumatic drive components.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

22: BatteriezelleBattery cell
44th: BatteriezellenstapelBattery cell stack
66th: Zellableiter, StromableiterCell arrester, current arrester
1010: FixierwerkzeugFixing tool
1212th: VorschubelementFeed element
1414th: VorschubelementFeed element
2020th: FederelementSpring element
2222nd: FederelementSpring element
2424: AnschlagelementStop element
3030th: SpannzangeCollet
3232: SpanngabelClamping fork
3636: Linearantrieblinear actuator
3838: SpannarmTension arm
4040: KontaktflächeContact area
5050: FixierwerkzeuganordnungFixing tool assembly
5252: AufnahmeraumRecording room
5454: AntriebsgehäuseDrive housing

Claims

Fixing tool (10) for fixing and clamping conductor tabs (6) of battery cells (2), comprising a _{first and second feed element (12, 14) guided in a linear direction (R L} ) to one another, the first and second feed elements (12, 14) are in a kinematic operative connection via a spring element (20) in the linear direction (R _{L), a} Linear drive (36) which is in a drive connection with the second feed element (14) and which indirectly transmits the drive connection to the first feed element (12) via the spring element (20), a collet (30) pivotably connected to the first feed element (12) ), a clamping fork (32) pivotally connected to the second feed element (14), the first and second feed elements (12, 14) being displaceable between a basic position and a feed position via the linear drive (36) and the second feed element (14) being displaceable via the feed position is displaceable into an end position and the clamping fork (32) interacts with the collet (30) when the second feed element (14) is moved into the end position and forces the collet (30) from an open position into a closed position .

Fixing tool (10) Claim 1 , characterized in that a stationary stop element (24) is provided which, in the advance position, stops the displacement of the first advance element (12) from the basic position into the advance position.

Fixing tool (10) Claim 1 or 2 , characterized in that a second spring element (22) is provided, which on the one hand is hinged in a stationary manner and urges the second feed element (14) into the basic position.

Fixing tool (10) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the collet (30) moves between the open position and the closed position via an inherently elastic deformation.

Fixing tool (10) according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the linear drive (36) comprises an eccentric drive element for applying a linear movement to the second feed element (14).

Fixing tool (10) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the collet (30) and the clamping fork (32) are pivotable _{about pivot axes (S 1} , S _{2) running parallel to one another.}

Fixing tool (10) according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the clamping tips (40) of the collet (30) form friction surfaces facing one another.

Fixing tool arrangement (50) for flat, stacked accommodation of battery cells with a plurality of fixing tools (10) according to one of the preceding claims, wherein the fixing tools (10) are arranged on both sides of a receiving space (52) for the battery cells (2).

Fixing tool assembly (50) according to Claim 8 , characterized in that the fixing tools (10) are arranged in pairs on both sides of the receiving space (52) with respect to a vertical axis of the receiving space (52).

Fixing tool assembly (50) according to Claim 8 or 9 , characterized in that a linear drive (36) is arranged on both sides of the receiving space (52) for driving the fixing tools (10) provided on the same side.