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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserschweißen einer Vielzahl von Folien auf einen Träger, wobei die Folien übereinander angeordnet werden, sodass ein Folienstapel erhalten wird. Die Erfindung betrifft ferner ein System mit einer Laserstrahlquelle zum Laserschweißen einer Vielzahl von in einem Folienstapel angeordneten Folien auf einen Träger.
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Batteriezellen, beispielsweise von Lithium-Ionen-Batterien, bestehen aus einer Vielzahl von beschichteten Elektroden. Die Elektroden sind dabei typischerweise durch Folien gebildet, die mit einem sogenannten Ableiter verbunden sind. Der Ableiter bildet eine Anschlussfahne, die aus dem Inneren der Batteriezelle herausgeführt ist und so die gemeinsame elektrische Kontaktierung der einzelnen Folien bzw. Elektroden ermöglicht. Um die Leistungsfähigkeit solcher Batterien zu steigern, wird eine Erhöhung der Anzahl von Folien bzw. Elektroden pro Batteriezelle angestrebt.
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Zum Verbinden der Folien mit dem Ableiter werden unterschiedliche Fügeverfahren eingesetzt. Beim Ultraschallschweißen limitiert die begrenzte Einschweißtiefe die Anzahl der möglichen Folien pro Batteriezelle. Bei bekannten Laserschweißverfahren besteht die Gefahr, dass die Folien an der Grenze zur Schweißnaht einreißen, insbesondere wenn die Folien von der Schweißnaht weg gespannt werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, es zu ermöglichen, eine große Anzahl von Folien, insbesondere elektrisch leitend, mit einem Träger zu verbinden.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System mit den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen. Die jeweiligen Unteransprüche und die Beschreibung geben vorteilhafte Varianten bzw. Ausführungsformen an.
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Erfindungsgemäßes Laserschweißverfahren
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Laserschweißen einer Vielzahl von Folien auf einen Träger vorgesehen. Typischerweise bestehen alle Folien aus demselben, vorzugsweise metallischen, Material. Die Folien sind vorzugsweise Aluminiumfolien oder Kupferfolien. Aluminiumfolien können als Kathoden in Batteriezellen verwendet werden. Kupferfolien können als Anoden in Batteriezellen verwendet werden.
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Der Träger besteht typischerweise aus einem metallischen Material. Vorzugsweise besteht der Träger einem Material mit demselben Hauptlegierungsbestandteil wie die Folien. Wenn die Folien aus einer Aluminiumlegierung bestehen, besteht mithin der Träger vorzugsweise ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung. Wenn die Folien aus einer Kupferlegierung bestehen, besteht mithin der Träger vorzugsweise ebenfalls aus einer Kupferlegierung. Weitere Legierungsbestandteile können bei dem Träger und den Folien in der jeweils selben Menge oder in unterschiedlichen Mengen vorhanden sein.
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Der Träger weist grundsätzlich eine bereichsweise ebene Oberseite auf. Insbesondere kann der Träger plattenförmig ausgebildet sein. Im Bereich der ebenen Oberseite werden die Folien mit dem Träger verschweißt. Der Träger kann als sogenannter Ableiter einer Batteriezelle verwendet werden, um die mit ihm verschweißten Folien elektrisch zu kontaktieren. Beim Betrieb der Batteriezelle fließt Strom durch den Träger.
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Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- A) Anordnen der Folien übereinander, sodass ein Folienstapel erhalten wird,
- B) Falten des Folienstapels, sodass ein Falzbereich des Folienstapels über zwei Seitenbereiche des Folienstapels vorsteht,
- C) Pressen der Seitenbereiche gegen den Träger und Zusammendrücken der Seitenbereiche zu dem Falzbereich hin,
- D) Verschweißen der Folien miteinander und mit dem Träger durch Richten eines Laserstrahls auf den Falzbereich und Verfahren des Laserstrahls entlang des Falzbereichs.
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Die Schritte A), B) und C) werden in der angegebenen Reihenfolge nacheinander durchgeführt; die Durchführung von Schritt D) erfolgt, während Schritt C) andauert.
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Im Schritt A) werden die Folien mit anderen Worten aufeinander gestapelt. Der Folienstapel kann wenigstens 10 Folien, bevorzugt wenigstens 20 Folien, aufweisen. Der Folienstapel kann höchstens 300 Folien, bevorzugt höchstens 200 Folien, besonders bevorzugt höchstens 150 Folien, aufweisen. Insbesondere kann der Folienstapel ca. 100 (90 bis 110) Folien aufweisen. Die einzelnen Folien können je wenigstens 2 µm, bevorzugt wenigstens 3 µm, besonders bevorzugt wenigstens 5 µm, dick sein. Die einzelnen Folien können je höchstens 30 µm, bevorzugt höchstens 20 µm, dick sein.
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Beim Falten im Schritt B) wird der Folienstapel dreidimensional geformt. Der Falzbereich erstreckt sich grundsätzlich zwischen den beiden Seitenbereichen. Die Seitenbereiche des Folienstapels erstrecken sich mit anderen Worten beidseits des Falzbereichs und typischerweise in bzw. parallel zu einer gemeinsamen Ebene. Der Falzbereich steht typischerweise senkrecht von den Seitenbereichen ab. Im Falzbereich kann der Folienstapel gegenüber den Seitenbereichen wulstförmig aufgeworfen sein. Der Falzbereich kann ähnlich einer Bördelung ausgebildet sein. Der Falzbereich definiert eine Nahtlinie, entlang welcher die Folien miteinander und mit dem Träger verschweißt werden. Auch nach dem Falten berühren sich benachbarte Folien typischerweise durchgängig und insbesondere im Falzbereich.
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Im Schritt C) werden einerseits die Seitenbereiche des Folienstapels gegen den Träger gepresst. Dadurch wird eine berührende Anlage des Folienstapels an dem Träger sichergestellt. Andererseits werden die Seitenbereiche zu dem Falzbereich hin zusammengedrückt. Dadurch wird erreicht, dass die Folien einander im Bereich der zu erstellenden Schweißnaht, d. h. im Falzbereich, berühren.
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Während die Seitenbereiche gegen den Träger und aufeinander zu gedrückt werden, werden die Folien im Schritt D) miteinander und mit dem Träger verschweißt. Hierzu wird ein Laserstrahl auf den Falzbereich gerichtet und entlang des Falzbereichs verfahren. Durch den Laserstrahl wird das Material der Folien im Falzbereich aufgeschmolzen. Ebenso wird das darunterliegende Material des Trägers aufgeschmolzen. Durch den über die Seitenbereiche vorstehenden Falzbereich des Folienstapels steht zusätzliches Material zur Verfügung, welches durch den Laserstrahl aufgeschmolzen wird und nach Erstarren die Schweißnaht mit ausbildet. Das zusätzliche Material aus dem Falzbereich trägt dazu bei, dass die Schweißnaht zumindest weitestgehend spaltfrei ausgebildet wird. Durch das Auffalten des Folienstapels im Falzbereich wird die Menge des beim Schweißen aufgeschmolzenen Materials erhöht. Auf eine Zugabe von Zusatzmaterial kann verzichtet werden. Durch das Zusammendrücken der Seitenbereiche zu dem Falzbereich bzw. der entstehenden Schweißnaht hin wird das spaltfreie Verschweißen weiter unterstützt. Es kann durch das Zusammendrücken insbesondere vermieden werden, dass die Seitenbereiche sich beim Verschweißen von dem Schmelzbad in der Schweißzone entfernen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit auch beim Verschweißen einer großen Zahl von Folien sichergestellt werden, dass eine qualitativ hochwertige Schweißnaht erhalten wird, die insbesondere im Bereich ihres Übergangs in die (nicht verschweißten) Seitenbereiche zumindest weitestgehend ohne Fehlstellen ausgebildet ist.
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Der zum Verschweißen im Schritt D) eingesetzte Laserstrahl kann eine Wellenlänge von wenigstens 400 nm, bevorzugt wenigstens 450 nm, aufweisen. Der Laserstrahl kann eine Wellenlänge von höchstens 650 nm, bevorzugt höchstens 575 nm, besonders bevorzugt höchstens 515 nm aufweisen. Alternativ kann der Laserstrahl eine Wellenlänge von wenigstens 800 nm und/oder höchstens 1200 nm, beispielsweise 1030 nm oder 1070 nm aufweisen. Das Verschweißen kann mit oder, vorzugsweise, ohne Schutzgasunterstützung erfolgen.
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Eine Laserleistung des Laserstrahls kann wenigstens 1,5 kW, bevorzugt wenigstens 1,8 kW betragen. Die Laserleistung des Laserstrahls kann höchstens 5 kW, bevorzugt höchstens 3 kW, betragen.
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Ein Durchmesser des Laserstrahls auf dem Folienstapel kann wenigstens 35 µm, bevorzugt wenigstens 340 µm, betragen. Der Durchmesser des Laserstrahls auf dem Folienstapel kann höchsten 1000 µm, bevorzugt höchstens 600 µm, betragen.
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Eine Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls kann wenigstens 1 m/min, bevorzugt wenigstens 4 m/min betragen. Die Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls kann höchstens 20 m/min, bevorzugt höchstens 6 m/min, betragen.
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Das Verfahren wird vorzugsweise mit einer unten beschriebenen, erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.
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Beim Falten des Folienstapels im Schritt B) kann der Folienstapel in einem Teilschritt B1) zunächst über einen Biegevorsprung eines Biegewerkzeugs gezogen werden. Dadurch wird der Folienstapel im Falzbereich gegenüber den Seitenbereichen hochgebogen. Beim Hochbiegen kann der Folienstapel elastisch oder teilplastisch verformt werden. Der Biegevorsprung ist vorzugsweise konisch ausgebildet. Der Biegevorsprung steht typischerweise über Seitenflächen des Biegewerkzeugs vor. Die Seitenflächen des Biegewerkzeugs können sich in einer gemeinsamen Ebene erstrecken.
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Zum Hochbiegen des Folienstapels können die Seitenbereiche des Folienstapels gegen Seitenflächen des Biegewerkzeugs gedrückt werden. Mit anderen Worten kann der Folienstapel über den Biegevorsprung gezogen werden, indem der Folienstapel zu den Seitenflächen des Biegewerkzeugs hin gepresst wird. Dies vereinfacht das Hochbiegen des Folienstapels im Falzbereich.
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Vorzugsweise wird der Folienstapel nach dem Hochbiegen im Teilschritt B1) in einem Teilschritt B2) im Falzbereich zusammengedrückt. Mit anderen Worten werden die hochgebogenen Bereiche des Folienstapels gegeneinander gepresst. Dadurch richten sich die Folien im Falzbereich parallel zueinander und senkrecht zu den Seitenbereichen aus. Beim Zusammendrücken wird der Folienstapel grundsätzlich plastisch verformt. Ein solcher Falzbereich ist im Hinblick auf das nachfolgende Verschweißen besonders vorteilhaft.
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Während des Zusammendrückens kann das Biegewerkzeug von dem Folienstapel entfernt werden. Insbesondere kann der Biegevorsprung des Biegewerkzeugs beim Zusammendrücken des Folienstapels aus dem hochgebogenen Abschnitt des Folienstapels herausgleiten. Indem das Biegewerkzeug während (und nicht bereits vor) dem Zusammendrücken von dem Folienstapel entfernt wird, kann das Biegewerkzeug den Folienstapel während des Zusammenrückens stabilisieren. Dadurch kann vermieden werden, dass sich im Falzbereich Lücken zwischen den Folien ausbilden.
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Das Falten des Folienstapels kann durch die Unterteilung in die Teilschritte B1) und B2) besonders einfach, rationell und präzise durchgeführt werden. Insbesondere kann zur Durchführung der Teilschritte B1) und B2) dasselbe Drückwerkzeug eingesetzt werden.
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Im Schritt C), insbesondere beim Zusammendrücken der Seitenbereiche zu dem Falzbereich hin, kann einer der Seitenbereiche an einem feststehenden Anschlag anliegen. Der andere Seitenbereich kann zu dem Anschlag hin gedrückt werden. Der feststehende Anschlag vereinfacht die Durchführung des Schritts C) und verringert den hierzu notwendigen apparativen Aufwand. Der feststehende Anschlag kann Teil einer Niederhalteranordnung sein.
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Vorzugsweise werden beim Verschweißen im Schritt D) die Seitenbereiche des Folienstapels aufeinander zu bewegt. Mit anderen Worten gleitet zumindest einer der Seitenbereiche über den Träger und bewegt sich dabei zu dem Falzbereich hin. Die Folien werden mithin in das Schmelzbad nachgeschoben. Durch das Nachschieben wird - zusätzlich zu dem Material des Falzbereichs - weiteres Material zum Aufschmelzen und Einbinden in die Schweißnaht zur Verfügung gestellt. Dadurch kann eine besonders stabile Anbindung einer jeden einzelnen Folie erweicht werden. Zugspannungen in den Folien im Bereich der Schweißnaht können zuverlässig vermieden werden.
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Erfindungsgemäßes Schweißsystem
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In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt ferner ein System zum Laserschweißen einer Vielzahl von in einem Folienstapel angeordneten Folien, insbesondere Aluminiumfolien oder Kupferfolien, auf einen Träger.
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Das System weist ein Biegewerkzeug mit einem über Seitenflächen vorstehenden Biegevorsprung auf. Die Seitenflächen des Biegewerkzeugs können sich in einer gemeinsamen Ebene erstrecken. Das Biegewerkzeug mit dem Biegevorsprung ermöglicht es, den Folienstapel in einem Falzbereich gegenüber seinen Seitenbereichen hoch zu biegen.
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Das System weist ferner ein Drückwerkzeug zum Zusammendrücken der Folien in dem Falzbereich auf. Durch Zusammendrücken der mittels des Biegevorsprungs hochgebogenen Folien kann erreicht werden, dass die Folien des Folienstapels einander im Falzbereich flächig berühren und über Seitenbereiche des Folienstapels vorstehen.
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Weiterhin weist das System eine Niederhalteranordnung auf. Die Niederhalteranordnung dient zum Pressen von Seitenbereichen des Folienstapels gegen den Träger und zum Drücken der Seitenbereiche des Folienstapels aufeinander zu. Die Niederhalteranordnung weist typischerweise zwei Niederhalter auf, um jeweils einen der Seitenbereiche des Folienstapels gegen den Träger zu pressen. Indem die Seitenbereiche gegen den Träger und aufeinander zu gedrückt werden, kann ein fehlstellenfreies Verschweißen der Folien mit dem Träger unterstützt werden.
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Schließlich weist das System eine Laserstrahlquelle auf. Die Laserstrahlquelle kann einen Laserstrahl aussenden, der vorzugsweise die oben angegebenen Parameter besitzt. Indem ein Laserstrahl von der Laserstrahlquelle auf den Falzbereich des von der Niederhalteranordnung auf den Träger gepressten und zusammengerückten Folienstapels gerichtet wird, können die Folien miteinander und mit dem Träger verschweißt werden.
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Das System ermöglicht die Durchführung des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens. Das System kann eine Steuereinrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, das Drückwerkzeug, die Niederhalteranordnung und die Laserstrahlquelle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusteuern.
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Der Biegevorsprung des Biegewerkzeugs kann wenigstens 0,3 mm, bevorzugt wenigstens 0,5 mm über die Seitenflächen des Biegewerkzeugs vorstehen. Der obige Vorsprung kann höchstens 2 mm, bevorzugt höchstens 1,5 mm, über die Seitenflächen des Biegewerkzeugs vorstehen. Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung eines solchermaßen bemessenen Biegevorsprungs besonders gute Ergebnisse beim anschließenden Verschweißen der Folien miteinander und mit dem Träger erzielt werden können.
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Der Biegevorsprung kann gegeneinander geneigte Flanken aufweisen. Mit anderen Worten kann der Biegevorsprung konisch ausgebildet sein. Durch die Neigung der Flanken verjüngt sich der Biegevorsprung von den Seitenflächen weg. Bevorzugt schließen die Flanken einen Flankenwinkel von wenigstens 30°, besonders bevorzugt wenigstens 40°, zwischen einander ein. Bevorzugt schließen die Flanken einen Flankenwinkel von höchstens 80°, besonders bevorzugt höchstens 70°, zwischen einander ein. Ganz besonders bevorzugt kann der Flankenwinkel ca. 60° (55° bis 65°) betragen. Ein solcher Biegevorsprung erleichtert es, die Folien im Falzbereich hochzubiegen und dabei eine flächige Anlage der Folien aneinander beizubehalten bzw. einzurichten.
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Das Drückwerkzeug kann zwei aufeinander zu bewegbare Backen mit einander zuweisenden Backenflächen aufweisen. Mit einem solchen Drückwerkzeug kann der Folienstapels rationell und präzise im Falzbereich zusammengedrückt werden. Ferner kann das Drückwerkzeug dazu eingesetzt werden, den Folienstapel (nach dem Zusammendrücken) zu dem Träger zu verbringen.
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Vorzugsweise sind die Backenflächen der Backen parallel zueinander ausgerichtet. Dadurch kann erreicht werden, dass die Folien nach dem Zusammendrücken im Falzbereich parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Backenflächen sind vorteilhafterweise unabhängig von einer Öffnungsweite des Drückwerkzeugs parallel zueinander ausgerichtet. Dadurch können, insbesondere im Bereich des Übergangs vom Falzbereich zu Seitenbereichen, Beschädigungen der Folien beim Zusammendrücken vermieden werden. Ferner kann ein besonders gleichmäßig komprimierter Falzbereich erhalten werden.
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Es können Rippen über die Backenflächen vorstehen. Vorzugsweise sind die Rippen der beiden Backen gegeneinander versetzt. Dies erleichtert ein Festhalten des Folienstapels mit dem Drückwerkzeug, insbesondere wenn der Folienstapel beim Zusammendrücken von dem Biegewerkzeug entfernt werden soll und/oder beim Verbringen des Folienstapels zu dem Träger.
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Unterseiten der Backen können sich, vorzugsweise unabhängig von einer Öffnungsweite des Drückwerkzeugs, in einer gemeinsamen Ebene erstrecken. Mit einem solchen Drückwerkzeug können die Seitenbereiche des Folienstapels gegen den Träger gepresst werden. Dies kann das nachfolgende Aufsetzen einer Niederhalteranordnung auf die Seitenbereiche des Folienstapels erleichtern.
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Die Niederhalteranordnung kann ein bewegliches Druckstück aufweisen. Das bewegliche Druckstück ermöglicht es, einen der Seitenbereiche des Folienstapels zu dem anderen Seitenbereich hin zu drücken. Vorzugsweise ist das bewegliche Druckstück an einem Niederhalter der Niederhalteranordnung ausgebildet. Dies vereinfacht den Aufbau und die Ansteuerung der Niederhalteranordnung.
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Bevorzugt weist die Niederhalteranordnung einen feststehenden Anschlag auf. Der feststehende Anschlag bildet ein Widerlager, wenn das bewegliche Druckstück die Seitenbereiche gegeneinander bzw. zu dem Falzbereich hin drückt. Durch den feststehenden Anschlag kann auf einfache Weise eine definierte Ausrichtung und Positionierung des zum Verschweißen bereiten Folienstapels sichergestellt werden.
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Alternativ zum feststehenden Anschlag kann die Niederhalteranordnung ein weiteres bewegliches Druckstück aufweisen. Vorzugsweise ist das weitere bewegliche Druckstück an einem weiteren Niederhalter der Niederhalteranordnung ausgebildet. Indem die beiden Druckstücke aufeinander zu bewegt werden, können die Seitenbereiche des Folienstapels zu dem Falzbereich hin zusammengedrückt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schweißen einer Vielzahl von Folien auf einen Träger;
- 2a einen Folienstapel, der über einen Biegevorsprung eines Biegewerkzeugs gelegt ist, wobei oberhalb des Folienstapels ein durch Drückwerkzeug mit zwei Backen angeordnet ist, in einer schematischen Perspektivansicht;
- 2b die Anordnung von 2a in einer schematischen Seitenansicht;
- 3 die Anordnung von 2a, 2b, wobei Seitenbereiche des Folienstapels von Unterseiten der Backen des Drückwerkzeugs gegen Seitenflächen des Biegewerkzeugs gepresst werden, sodass der Folienstapel durch den Biegevorsprung zwischen den Seitenbereichen hochgebogen wird, in einer schematischen Seitenansicht;
- 4 die Anordnung von 3, wobei die Backen des Drückwerkzeugs den Folienstapel zusammengedrückt haben, sodass ein über dessen Seitenbereiche vorstehender Falzbereich erhalten wurde, und wobei das Drückwerkzeug nach unten von dem Folienstapel entfernt wurde, in einer schematischen Seitenansicht;
- 5 einen Träger, auf welchem der gefaltete Folienstapel mittels der Backen des Drückwerkzeugs angeordnet wurde, in einer schematischen Seitenansicht;
- 6 den Träger und den Folienstapel von 5, wobei zwei Niederhalter die Seitenbereiche des Folienstapels gegen den Träger pressen, wobei einer der Niederhalter mit einem beweglichen Druckstück ausgebildet ist, welches den Folienstapel zu einem feststehenden Anschlag auf der anderen Seite des Falzbereichs drückt, und wobei ein Laserstrahl auf den Falzbereich gerichtet ist, in einer schematischen Seitenansicht;
- 7 den Träger unter den Folienstapel von 6 nach dem Verschweißen, in einer schematischen Perspektivansicht.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Laserschweißen einer Vielzahl von Folien auf einen Träger.
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In einem ersten Schritt 102 werden die Folien übereinanderliegend in einem Folienstapel angeordnet. Der Folienstapel kann beispielsweise 100 Metallfolien, insbesondere Aluminiumfolien oder Kupferfolien, mit einer Dicke von jeweils 10 µm umfassen.
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Sodann wird der Folienstapel in einem Schritt 104 gefaltet. Beim Falten des Folienstapels wird ein Falzbereich erzeugt, der über beidseits des Falzbereichs angeordnete Seitenbereiche des Folienstapels vorsteht. Zum Falten des Folienstapels kann dieser in einem Teilschritt 106 im Falzbereich hochgebogen und sodann in einem Teilschritt 108 zusammengedrückt werden. Dies ist in den 2a bis 4 veranschaulicht.
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Die 2a und 2b zeigen einen Folienstapel 10, bestehend aus Folien 12, wobei der Folienstapels 10 auf ein Biegewerkzeug 14 aufgelegt ist. Die Folien 12 des Folienstapels 10 sind hier verkürzt dargestellt, typischerweise erstrecken sich die Folien 12 weiter nach rechts und links.
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Das Biegewerkzeug 14 weist einen Biegevorsprung 16 auf. Der Biegevorsprung 16 kann konisch ausgebildet sein. Flanken 18 des Biegevorsprungs 16 verlaufen gegeneinander geneigt. Zwischen den Flanken 18 kann ein Flankenwinkel 20 von beispielsweise 55° eingeschlossen sein. Der Biegevorsprung 16 steht über Seitenflächen 22 des Biegewerkzeug 14 vor. Die Seitenflächen 22 verlaufen hier in einer gemeinsamen Ebene. Eine Höhe 23 des Biegevorsprungs 16 über den Seitenflächen 22 kann beispielsweise 1 mm betragen.
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Um den Folienstapel 10 mittels des Biegewerkzeugs 14 hoch zu biegen, kann ein Drückwerkzeug 24 eingesetzt werden. Das Drückwerkzeug 24 weist zwei bewegliche Backen 26 auf. Unterseiten 28 der Backen 26 verlaufen hier unabhängig von einer Öffnungsweite der Backen 26 in einer gemeinsamen Ebene.
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Die Backen 26 des Drückwerkzeugs 24 weisen ferner jeweils eine Backenfläche 30 auf. Die Backenflächen 30 sind weisen zueinander hin. Die Backenflächen 30 können sich unabhängig von der Öffnungsweite der Backen 26 parallel zueinander erstrecken. An den Backenflächen 30 können vorstehende Rippen 32 ausgebildet sein. Die Rippen 32 der beiden Backen 26 sind hier gegeneinander versetzt angeordnet, sodass sie beim Schließen der Backen 26 nicht aufeinander treffen.
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Um den Folienstapel 10 über den Biegevorsprung 16 zu ziehen, werden die Backen 26 des Drückwerkzeugs 24 zu den Seitenflächen 22 des Biegewerkzeugs 14 hin bewegt, vergleiche 3. Seitenbereiche 34 des Folienstapels 10 werden dabei zwischen den Unterseiten 28 der Backen 26 und den Seitenflächen 22 des Biegewerkzeugs 14 eingeklemmt. Dies kann mit einer vordefinierten Kraft erfolgen. Gemäß 3 kann der Folienstapel 10 im Scheitelbereich von dem Biegevorsprung 16 abgehoben werden, beispielsweise indem beim Niederdrücken der Backen 26 diese auch aufeinander zu bewegt werden. Typischerweise werden die Backen 26 beim Niederdrücken der Seitenbereiche 34 jedoch nicht geschlossen; der Folienstapel 10 liegt dann im hochgebogenen Zustand weitgehend flächig an dem Biegevorsprung 16 an.
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Das Ergebnis des Zusammenrückens des Folienstapels 10 im Teilschritt 108 ist in 4 dargestellt. Zum Zusammendrücken der Folien 12 werden die Backen 26 des Drückwerkzeugs 24 aufeinander zu bewegt. Gleichzeitig wird das Biegewerkzeug 14 mit dem Biegevorsprung 16 nach unten von dem Folienstapel 10 entfernt. Im gefalteten Zustand können sich die Folien 12 im Falzbereich 36 parallel zueinander und senkrecht zu den Seitenbereichen 34 erstrecken. Die Rippen 32 der Backen 26 können sich in die äußeren Folien 12 eindrücken. Die Backen 26 können mit einer vordefinierten Kraft gegeneinander bzw. den Folienstapel 10 gepresst werden.
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Sodann wird der gefaltete Folienstapel 10 in einem Schritt 110 (vergleiche 1) zu einem Träger 38 verbracht, vergleiche 5. Der Träger 38 kann eine metallische Platte, beispielsweise eine Aluminiumplatte oder eine Kupferplatte, mit einer zumindest bereichsweise ebenen Oberseite 40 sein. Um den Folienstapel 10 zu dem Träger 38 zu verbringen kann das Drückwerkzeug 24 eingesetzt werden. Mittels des Drückwerkzeugs 24 können die Seitenbereiche 34 des Folienstapels 10 auf den Träger 38 gepresst werden. Dies kann mit einer vordefinierten Kraft erfolgen. Sodann wird das Drückwerkzeug 24 vom Folienstapel 10 entfernt.
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Um beim Verschweißen der Folien 12 miteinander und mit dem Träger 38 eine hochwertige Schweißnaht zu erhalten, werden die Seitenbereiche 34 des Folienstapels 10 in einem Schritt 112 gegen den Träger 38 gepresst und in einem Schritt 114 aufeinander zu, also zu dem Falzbereich hin, gedrückt, vergleiche 1. Während die die Schritte 112 und 114 andauern, erfolgt dann in einem Schritt 116 das Verschweißen.
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Um die Seitenbereiche 34 gegen den Träger 38 und gegeneinander zu drücken, kann eine Niederhalteranordnung 42 eingesetzt werden, vergleiche 6. Die Niederhalteranordnung 42 weist zwei senkrecht zu der Oberseite 40 des Trägers 38 bzw. zu den Seitenbereichen 34 des Folienstapels 10 bewegliche Niederhalter 44, 46 auf. Indem die Niederhalter 44, 46 zu dem Träger 38 hin bewegt werden, werden die Seitenbereiche 34 des Folienstapels 10 gegen den Träger 38 gedrückt (Schritt 112). Dies kann mit einer vordefinierten Kraft erfolgen.
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Die Niederhalteranordnung 42 weist ferner ein bewegliches Druckstück 48 auf. Das Druckstück 48 ist hier an dem Niederhalter 46 ausgebildet. Das Druckstück 48 bzw. der Niederhalter 46 ist parallel zur Oberseite 40 des Trägers 38 bzw. parallel zu den Seitenbereichen 34 des Folienstapels 10 beweglich. Die Niederhalteranordnung weist weiterhin einen feststehenden Anschlag 50 auf. Der Anschlag 50 ist dem Niederhalter 44 zugeordnet. Um die Seitenbereiche 34 gegeneinander bzw. zu dem Falzbereich 36 hin zusammenzudrücken, wird das Druckstück 48 (hier zusammen mit dem Niederhalter 46) zu dem Anschlag 50 hin bewegt. Der Folienstapels 10 wird dadurch zwischen dem Anschlag 50 und dem Druckstück 48 eingespannt (Schritt 114). Dies kann mit einer vordefinierten Kraft erfolgen.
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Zum Verschweißen im Schritt 116 wird von einer Laserstrahlquelle 52 ein Laserstrahl 54 auf den Falzbereich 34 gerichtet und entlang des Falzbereichs 34 verfahren. Die Folien 12 werden dadurch im Falzbereich 34 aufgeschmolzen. Ferner wird der Träger 38 unterhalb des Falzbereichs 34 aufgeschmolzen. Durch das Aufschmelzen der Folien 12 reduziert sich deren Widerstand gegen die von dem Druckstück 48 ausgeübte Kraft. Das Druckstück 48 kann daher den ihm zugeordneten Seitenbereich 34 des Folienstapels 10 in das entstehende Schmelzbad nachschieben. Durch das Aufschmelzen des Falzbereichs 36 und das Nachschieben des Seitenbereichs 34 steht viel Material zur Ausbildung einer Schweißnaht 56 ohne Fehlstellen, insbesondere ohne Spalte bzw. Poren, zur Verfügung, vergleiche 7. Die Schweißnaht 56 kann neben dem Folienstapel 10 auch den Träger 38 vollständig durchdringen.
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Die mit dem Träger 38 verschweißten Folien 12 können als Elektroden in einer Batteriezelle verwendet werden. Die Seitenbereiche 34 der Folien 12 können hierzu nach dem Verschweißen mit dem Träger 38 beschichtet werden. Der Träger kann 38 als ein sogenannter Ableiter zum elektrischen Kontaktieren der Folien 12 dienen und aus der Batteriezelle herausgeführt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Folienstapel
- 12
- Folien
- 14
- Biegewerkzeug
- 16
- Biegevorsprung
- 18
- Flanken
- 20
- Flankenwinkel
- 22
- Seitenflächen
- 23
- Höhe
- 24
- Drückwerkzeug
- 26
- Backen
- 28
- Unterseiten
- 30
- Backenfläche
- 32
- Rippen
- 34
- Seitenbereiche
- 36
- Falzbereich
- 38
- Träger
- 40
- Oberseite
- 42
- Niederhalteranordnung
- 44, 46
- Niederhalter
- 48
- Druckstück
- 50
- Anschlag
- 52
- Laserstrahlquelle
- 54
- Laserstrahl
- 56
- Schweißnaht
- 102
- Stapeln der Folien 12
- 104
- Falten des Folienstapels 12
- 106
- Hochbiegen des Folienstapels 12
- 108
- Zusammendrücken des Folienstapels 12
- 110
- Verbringen des Folienstapels 12 zum Träger 38
- 112
- Pressen des Folienstapels 12 gegen den Träger 38
- 114
- Zusammendrücken der Seitenbereiche 34 des Folienstapels 10
- 116
- Verschweißen
