DE102022109229A1

DE102022109229A1 - Konfigurationswandlermechanismus, trägervorrichtungen und system zur verarbeitung von pouch-batteriezellengehäusen

Info

Publication number: DE102022109229A1
Application number: DE102022109229.1A
Authority: DE
Inventors: Kostka Tomáš; Philipp Seppenhauser
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Mb Automation & Co Kg De GmbH
Priority date: 2022-04-14
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2023-10-19
Also published as: WO2023198629A1

Abstract

Ein Konfigurationswandlermechanismus weist ein Sperrspannwerk mit einem ersten und einem zweiten Teilbereich auf. Der erste Teilbereich ist gegenüber dem zweiten Teilbereich translatorisch beweglich gelagert. Der zweite Teilbereich ist gegenüber dem ersten Teilbereich um eine erste Drehsachse rotatorisch beweglich gelagert und dabei anhand von Bewegungen, die eine Rotation um die erste Drehsachse einschließen, zwischen verschiedenen entlang einer festen Drehrichtung aufeinanderfolgenden, jeweils mechanisch stabilen Ruhelagen des zweiten Teilbereichs überführbar. Das Sperrspannwerk ist eingerichtet, eine unter Einwirkung einer externen Kraft auf den ersten Teilbereich bewirkte, translatorische Bewegung des ersten Teilbereichs mittels einer Kraftkopplung zwischen den beiden Teilbereichen in eine korrespondierende Bewegung des zweiten Teilbereichs zu wandeln, die eine Rotation um die erste Drehachse in der festen Drehrichtung ist oder als Bewegungskomponente aufweist und den zweiten Teilbereich von seiner aktuellen Ruhelage in eine gemäß der Drehrichtung nachfolgende der Ruhelagen überführt. Der Konfigurationswandlermechanismus weist zudem ein zwischen verschiedenen mechanischen Konfigurationen überführbares mechanisches Bauteil auf, das mit dem zweiten Teilbereich derart kraftgekoppelt ist, dass es unter Ausführung einer Bewegung zumindest eines Abschnitts des Bauteils, die eine Rotation um eine von der ersten Drehachse verschiedene zweite Drehachse ist oder als Bewegungskomponente aufweist, zwischen zwei verschiedenen zu den zwei aufeinanderfolgenden Ruhelagen des zweiten Teilbereichs korrespondierenden mechanischen Konfigurationen des Bauteils überführ bar ist. Der Konfigurationswandlermechanismus ist insbesondere als Wandler in einer Trägervorrichtung und einem Werkstückträger mit mehreren Trägervorrichtungen für Pouch-Batteriezellengehäuse einsetzbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Konfigurationswandlermechanismus zum Überführen eines mechanischen Bauteils, welches verschiedene mechanische Konfigurationen aufweisen kann, zwischen diesen Konfigurationen. Insbesondere liegt die Erfindung auch auf dem Gebiet der Batterietechnik und betrifft des Weiteren eine mit dem Konfigurationswandlermechanismus ausgestattete Trägervorrichtung zum Tragen eines Pouch-Batteriezellengehäuses während eines Prozesses zur Herstellung einer Pouch-Batteriezelle, einen mit mehreren solchen Trägervorrichtungen ausgestatteten Werkstückträger zum simultanen Tragen einer Mehrzahl von Pouch-Batteriezellengehäusen während eines Prozesses zur, insbesondere simultanen, Herstellung einer Mehrzahl von Pouch-Batteriezellen, sowie schließlich ein System zur Verarbeitung einer Mehrzahl von Pouch-Batteriezellen im Rahmen eines solchen Prozesses.
Auf dem Gebiet der Mechanik sind verschiedenste Wandlertypen, insbesondere Kraftwandler, bekannt, die je nach ihrem Typ genutzt werden können, um eine Kraft oder eine kinetische Größe in eine andere mechanische Größe, wie etwa ein Drehmoment, oder eine andere kinetische Größe, wie etwa eine geänderte Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung eines Körpers zu wandeln. Insbesondere sind Getriebe Wandler im vorgenannten Sinne.
Auf dem Gebiet der Batterietechnik, insbesondere auf dem Gebiet der Fahrzeugbatterien für Hybrid elektrische Fahrzeuge (HEV) oder batterieelektrische Fahrzeuge (BEV), sind neben anderen Bauformen insbesondere sogenannte „Pouch-Batteriezellen“ oder kurz „Pouch-Zellen“ als Bauform für Batteriezellen, insbesondere Lithiumionen-Batteriezellen bekannt. Bei einer Pouch-Zelle handelt es sich dabei um eine Batteriezelle mit einem beutelförmigen (engl. „pouch“ = Beutel) Aufbau. Die Elektroden, der Separator und der Elektrolyt der Zelle sind dabei in einem flexiblen, versiegelten Beutel untergebracht. In vielen Fällen wird als Elektrolyt ein Flüssigelektrolyt eingesetzt, der im Rahmen der Fertigung der Pouch-Zelle in den Beutel eingefüllt werden muss, bevor dieser versiegelt, d. h. dauerhaft verschlossen, wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Vorrichtungen und Systeme anzugeben, mit denen ein Prozess zur Herstellung von Pouch-Zellen, insbesondere zu deren Befüllung mit flüssigem Elektrolyten und zu deren nachfolgendem Versiegeln, effizient, insbesondere mit hohem Durchsatz, ausgeführt werden kann. Insbesondere im Rahmen dieser Aufgabe soll auch ein geeigneter Konfigurationswandlermechanismus angegeben werden, der bei seiner Verwendung als Bestandteil der genannten Vorrichtungen und Systemen zur Lösung der Aufgabe beiträgt.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der hier vorgestellten Lösung betrifft einen Konfigurationswandlermechanismus für ein mechanisches Bauteil. Der Konfigurationswandlermechanismus weist auf:

(i) ein Sperrspannwerk auf mit (i-1) einem ersten Teilbereich und (i-2) einem zweiten Teilbereich, wobei der erste Teilbereich gegenüber dem zweiten Teilbereich translatorisch (insbesondere entlang einer einzigen Translationsrichtung) beweglich gelagert ist. Der zweite Teilbereich ist gegenüber dem ersten Teilbereich um eine erste Drehsachse rotatorisch beweglich gelagert und dabei anhand von Bewegungen, die eine Rotation um die erste Drehsachse einschließen, zwischen verschiedenen entlang einer festen Drehrichtung aufeinanderfolgenden, jeweils mechanisch stabilen Ruhelagen des zweiten Teilbereichs überführbar ist. Die erste Drehachse kann dabei insbesondere mit der Richtung der Translation (Translationsrichtung) zusammenfallen oder parallel dazu verlaufen. Das Sperrspannwerk ist eingerichtet, eine unter Einwirkung einer externen Kraft auf den ersten Teilbereich bewirkte, translatorische Bewegung des ersten Teilbereichs mittels einer Kraftkopplung zwischen den beiden Teilbereichen in eine korrespondierende Bewegung des zweiten Teilbereichs zu wandeln, die eine Rotation um die erste Drehachse in der festen Drehrichtung ist oder als Bewegungskomponente aufweist und den zweiten Teilbereich von seiner aktuellen Ruhelage in eine gemäß der Drehrichtung nachfolgende der Ruhelagen überführt; und
(ii) ein zwischen verschiedenen mechanischen Konfigurationen überführbares Bauteil. Das Bauteil ist mit dem zweiten Teilbereich derart kraftgekoppelt, dass die durch die Bewegung des ersten Teilbereichs bewirkte Überführung des zweiten Teilbereichs zwischen verschiedenen zwei aufeinanderfolgenden Ruhelagen das Bauteil unter Ausführung einer Bewegung zumindest eines Abschnitts des Bauteils, die eine Rotation um eine von der ersten Drehachse verschiedene zweite Drehachse ist oder als Bewegungskomponente aufweist, zwischen zwei verschiedenen zu den zwei aufeinanderfolgenden Ruhelagen des zweiten Teilbereichs korrespondierenden mechanischen Konfigurationen des Bauteils überführt.

Unter dem Begriff „Sperrspannwerk“, wie hierin verwendet, ist insbesondere eine Unterform eines Spannwerks zu verstehen, wobei Spannwerke Getriebe (Mechanismen) mit Federn sind, die zwei stabile Lagen einnehmen können und ohne Einwirkung äußerer Kräfte einhalten. Die spezielle Unterform des „Sperrspannwerks“ zeichnet sich dadurch aus, dass aus einer ersten, durch eine Feder gespannte Lage, durch Lösen eines Sperrers ein Übergang in eine weniger gespannte andere Lage ausgelöst werden kann. Ein Beispiel ist der Kugelschreiber mit Löseknopf. Beim Kugelschreiber mit Druckknopf am freien Ende werden beide Einstellungen (gespannt, schreibbereit; weniger gespannt, Mine eingezogen) durch wechselweises Drücken herbeigeführt.
Unter dem Begriff „mechanisch stabile Ruhelage“, wie hierin verwendet, ist insbesondere eine Lage eines Körpers, vorliegend insbesondere eines Teilbereichs des Sperrspannwerks, zu verstehen, in der sich der Körper in einem stabilen Gleichgewicht befindet, so dass sich der Körper nach einer (zumindest kleinen) Störung wieder in seine der Ruhelage entsprechende Ursprungslage zurückkehrt.
Unter dem Begriff „mechanische Konfiguration“ bzw. kurz „Konfiguration“ eines Bauteils, wie hier verwendet, ist eine bestimmte räumliche Anordnung des Bauteils zu verstehen. Eine solche räumliche Anordnung kann insbesondere das Bauteil als Ganzes betreffen und anhand von bis zu sechs Freiheitsgraden (je drei zur Festlegung der Position und der Orientierung) beschrieben werden. Die Anordnung kann sich aber stattdessen oder zusätzlich auch auf die räumliche (absolute oder relative) Anordnung verschiedener gegeneinander beweglicher Abschnitte oder Komponenten des Bauteils beziehen. So hat etwa ein Taschenmesser (als Analogie), selbst wenn es ortsfest ist und in einer festen Orientierung gehalten wird, je nach Anzahl der ausklappbaren Messer bzw. Werkzeuge eine mitunter hohe Anzahl verschiedener Konfigurationen, je nachdem welche(s) der Messer bzw. Werkzeuge gerade ausgeklappt ist bzw. nicht.
Die hierein gegebenenfalls verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.
Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.
Der Begriff „Mehrzahl“, wie er hier gegebenenfalls verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.
Unter dem Begriff „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ eine bestimmte Funktion zu erfüllen, (und jeweiligen Abwandlungen davon), wie er hier gegebenenfalls verwendet wird, ist zu verstehen, dass eine diesbezügliche Vorrichtung oder Komponente davon bereits in einer Ausgestaltung oder Einstellung vorliegt, in der sie die Funktion ausführen kann oder sie zumindest so einstellbar - d.h. konfigurierbar - ist, dass sie nach entsprechender Einstellung die Funktion ausführen kann. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. Insbesondere kann die Vorrichtung mehrere vorbestimmte Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass das Konfigurieren mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen bzw. Betriebsmodi erfolgen kann.
Der Konfigurationswandler nach dem ersten Aspekt kann insbesondere als ein rein passiver Wandler ausgebildet sein, der zu seiner Betätigung einer auf ihn einwirkenden extern zugeführten Kraft bedarf. Er lässt sich somit insbesondere auch dort einsetzen, wo keine Energieversorgung für ihn bereitsteht, wie etwa als Teil einer mobil nutzbaren (Maschinen)Baugruppe, wie der im weiteren beschriebene Werkstückträger.
Die Verwendung der Kombination aus dem speziellen Sperrspannwerk und dem daran gekoppelten Bauteil ermöglicht es dem Konfigurationswandler, eine in einer Translationsrichtung auf den ersten Teilbereich einwirkenden extern zugeführten Kraft derart zu wandeln, dass eine Drehung des Bauteils um dessen (zweite) Drehachse resultiert, die von der Translationsrichtung verschieden ist. Es findet also eine Wandlung von einer Translation in eine Rotation statt deren Drehachse im Wesentlichen frei gewählt werden kann. Zudem ist der Konfigurationswandler in der Lage, diese Wandlung derart auszuführen, dass nach jeder Betätigung eine jeweils nächste, mechanisch stabile Ruhelage des Konfigurationswandlers und damit auch des Bauteils erreicht wird. Somit kann die Lage des Bauteils stufenweise durch jeweilige Betätigung des Konfigurationswandlers zwischen seinen verschiedenen Ruhelagen überführt werden, in denen es jeweils bei Abwesenheit einer Betätigung stabil verbleibt und quasi „einrastet“.
Nachfolgend werden zunächst verschiedene beispielhafte Ausführungsformen des Konfigurationswandlers beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der vorliegenden Lösung kombiniert werden können.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Sperrspannwerk des Weiteren so eingerichtet, dass zu jeder der Ruhelagen des zweiten Teilbereichs eine dazu korrespondierende mechanisch stabile Ruhelage des ersten Teilbereichs existiert, in der dieser aufgrund der Kraftkopplung zwischen den beiden Teilbereichen gehalten wird, wenn sich der zweite Teilbereich in seiner korrespondierenden Ruhelage befindet, wobei sich die Ruhelagen des ersten Teilbereichs für verschiedene korrespondierende Ruhelagen des zweiten Teilbereichs unterscheiden. Auf diese Weise werden auch für den ersten Teilbereich entsprechende Ruhelagen bzgl. seiner Translationsbewegungsmöglichkeit bereitgestellt, die insbesondere genutzt werden können, um auch den ersten Teilbereich je nach Konfiguration und somit Ruhelage in eine gewünschte Stellung zu bringen und dort stabil zu halten. Beispielsweise kann der erste Teilbereich so je nach Ruhelage in eine Stellung gebracht werden, wo er einen bestimmten räumlichen Bereich freigibt, etwa um einem Werkzeug oder einer anderen Komponente einer Vorrichtung Platz zu machen oder aber - im Gegenteil -blockiert (etwa um als ein Anschlag für eine Bewegung einer anderen Komponente zu dienen).
Bei einigen Ausführungsformen weist das Sperrspannwerk auf:

(i) den ersten Teilbereich, wobei dieser rohrförmig, insbesondere hohlzylindrisch, mit einem sich entlang der Translationsrichtung erstreckenden Rohrinnenraum ausgebildet ist;
(ii) den zweiten Teilbereich, wobei dieser eine Flügelanordnung mit zumindest einem sich quer zu der Translationsrichtung erstreckenden Flügelstück aufweist;
(iii) einen rohrförmigen, insbesondere hohlzylindrischen, Kulissenkörper (25), in dem der erste Teilbereich (15) entlang einer mit der ersten Drehachse zusammenfallenden Translationsrichtung translatorisch beweglich gelagert ist, wobei
- (iii-1) eine Nut oder eine schlitzförmige Öffnung in einer Wandung des Kulissenkörpers mit einem seitlichen Vorsprung des ersten Teilbereichs im Sinne einer Kulissenführung entlang der Translationsrichtung zusammenwirkt;
- (iii-2) der Kulissenkörper an seinem dem zweiten Teilbereich zugewandten Ende eine sägezahnartige Kontur aufweist, deren zwischen je zwei benachbarten Zähnen der Kontur liegenden Minima die Ruhelagen des zweiten Teilbereichs definieren;
(iv) einen in dem Rohrinnenraum des ersten Teilbereichs gelagerten Schaft, der sowohl mit dem zweiten Teilbereich als auch mit dem Bauteil kraftgekoppelt ist, wozu insbesondere eine zweite Feder vorhanden sein kann, um die Kraftkopplung zwischen beiden Teilbereichen entlang der Translationsrichtung zu vermitteln; und
(v) eine (erste) Feder, um den zweiten Teilbereich mit dessen Flügelanordnung gegen die sägezahnartige Kontur des Kulissenkörpers zu drücken.

Das Sperrspannwerk ist dabei so konfiguriert, dass bei einer Einwirkung einer externen Kraft entlang der Translationsrichtung auf den ersten Teilbereich, dieser durch die Kulissenführung geführt mit dem Schaft als Kraftvermittler den zweiten Teilbereich entgegen der Federkraft der (ersten) Feder entlang der Translationsrichtung verschiebt, um die Flügelanordnung aus einer durch die Kontur definierten Ruhelage und anschließend nach Wegfall der externen Kraft aufgrund einer durch die Wechselwirkung der Flügelanordnung mit der sägezahnartigen Kontur bewirkten Rotationsbewegung des zweiten Teilbereichs und der Federkraft der (ersten) Feder in eine entlang der Drehrichtung nachfolgende Ruhelage des zweiten Teilbereichs gebracht wird, die in einer entsprechenden Lage des Schafts entlang der Translationsrichtung und somit einer dieser Lage entsprechenden Konfiguration des Bauteils entspricht.
Diese spezielle Bauform des Konfigurationswandlermechanismus stellt eine besonders raumsparende Lösung dar, bei der eine translatorische Beweglichkeit des ersten Teilbereichs entlang einer einzigen Translationsrichtung genügt. Sowohl der erste als auch der zweite Teilbereich können hierbei jeweils zueinander korrespondierende Ruhelagen an verschiedenen Positionen entlang der Translationsrichtung aufweisen, wobei die Ruhelagen des zweiten Teilbereichs durch eine entsprechende Kopplung mittels des Schafts an das Bauteil in entsprechende Ruhelagen des Bauteils übertragen werden, so dass beim Übergang zwischen den Ruhelagen des Bauteils eine Drehung um die zweite Drehachse erfolgt. Somit kann eine durch eine externe Kraft bewirkte reine eindimensionale Translationsbewegung des ersten Teilbereichs insbesondere in eine Bewegung des Bauteils gewandelt werden, die eine Drehung um die zweite Drehachse ist oder zumindest als Bewegungskomponente (ggf. zusätzlich zu zumindest einer anderen, insbesondere translatorischen, Bewegungskomponente) umfasst.
Bei einigen Ausführungsformen weist dieser Konfigurationswandlermechanismus des Weiteren eine zweite Feder auf, um die Kraftkopplung zwischen dem ersten Teilbereich und dem Schaft durch die zweite Feder entlang der Translationsrichtung bereitzustellen. Aufgrund der Federwirkung der zweiten Feder ist diese Kraftkopplung nicht starr sondern je nach Federhärte mehr oder weniger gedämpft, so dass insbesondere ruckarme oder sogar ruckfreie Bewegungen des Schafts durch diese Kraftkopplung ausgeführt werden können.
Bei einigen Ausführungsformen weist dieser Konfigurationswandlermechanismus des Weiteren ein Gehäuse zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme des Sperrspannwerks auf. Das Gehäuse kann insbesondere dem Schutz des Konfigurationswandlermechanismus als Ganzen oder von Teilen davon, insbesondere dem Sperrspannwerk oder Teilen davon gegen unerwünschte externe physikalische, chemische oder biologische Einflüsse, wie etwa mechanische Einwirkungen oder chemische Einwirkungen von Flüssigkeiten, insbesondere Elektrolytflüssigkeiten im Falle der Anwendung im Bereich der Batteriezellefertigung, dienen.
Das Gehäuse kann dabei insbesondere aufweisen: (i) ein erstes Gehäuseteil mit einem topf- oder rohrförmigen, insbesondere hohlzylinderförmigen, Grundkörper, in dessen Innenraum das Sperrspannwerk zumindest abschnittsweise aufgenommen ist und der fest mit dem Kulissenkörper verbunden ist; und (ii) ein zweites Gehäuseteil, welches mit dem ersten Teilbereich verbunden ist, um die externe Kraft auf den ersten Teilbereich zu koppeln, und welches das erste Gehäuseteil zumindest abschnittsweise so umgibt, dass das zweite Gehäuseteil gegenüber dem ersten Gehäuseteil entlang der Translationsrichtung verschiebbar ist. Ein solches Gehäuse hat insbesondere den Vorteil, dass es je nach aktuellem Zustand des Konfigurationswandlermechanismus seine Gesamtabmessung anpassen kann, um der relativen Bewegung der beiden Teilbereiche zu folgen. Auch kann so jedes der beiden Gehäuseteile speziell an seine Aufgaben angepasst werden, insbesondere das erste Gehäuseteil als Schutzabdeckung und das zweite Gehäuseteil als Grundgerüst zum Tragen und Befestigen des gesamten Konfigurationswandlermechanismus.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die nachfolgend erläuterten weiteren Aspekte der vorliegenden Lösung.
Ein zweiter Aspekt der hier vorgestellten Lösung betrifft eine Trägervorrichtung zum Tragen eines Pouch-Batteriezellengehäuses während eines Prozesses zur Herstellung einer Pouch-Batteriezelle. Die Trägervorrichtung weist auf:

(i) eine Halterung zum Halten des Pouch-Batteriezellengehäuses; und
(ii) einen Konfigurationswandlermechanismus nach dem ersten Aspekt.

Dabei weist das Bauteil des Konfigurationswandlermechanismus einen Eingriffsmechanismus auf, der als eine Konfiguration eine Be- und Entladestellung und als eine andere Konfiguration eine Füllstellung aufweist, zwischen denen er mittels des Konfigurationswandlermechanismus überführbar ist. In der Be- und Entladestellung ist ein Be- und Entladen der Halterung mit dem Pouch-Batteriezellengehäuse durch Freigabe eines dazu erforderlichen Be- und Entladewegs für das Pouch-Batteriezellengehäuse ermöglicht. In der Füllstellung ist zumindest ein Eingriffselement des Eingriffsmechanismus derart in den Be- und Entladeweg eingebracht, dass das Eingriffselement in eine Einfüllöffnung eines gegebenenfalls durch die Halterung gehaltenen Pouch-Batteriezellengehäuse eingreift bzw. eingreifen kann, insbesondere um die Einfüllöffnung offen zu halten.
Eine solche Trägervorrichtung kann somit insbesondere zum einen dazu dienen, ein zu verarbeitendes Pouch-Batteriezellengehäuse mittels der Halterung in einer definierten Lage zu halten, insbesondere zu fixieren, und zum anderen mittels des Konfigurationswandlermechanismus gezielt verschiedene Stellungen, die zu verschiedenen Phasen eines Prozesses zur Herstellung einer Pouch-Zelle dienen, als jeweils mechanisch stabile Stellungen zu implementieren. Insbesondere kann so in der Füllstellung sichergestellt werden, dass die Einfüllöffnung eines mit Elektrolytflüssigkeit zu befüllenden Pouch-Batteriezellengehäuse während dieses Einfüllvorgangs geöffnet ist. So kann zum einen verhindert werden, dass die Elektrolytflüssigkeit aufgrund einer nicht oder nur ungenügend geöffneten Einfüllöffnung unbeabsichtigt an unerwünschte Stellen, insbesondere außerhalb des Pouch-Batteriezellengehäuse gelangt. Zum anderen kann aber auch potenziellen Beschädigungen des Pouch-Batteriezellengehäuses durch ein Einfüllwerkzeug, wie etwa eine z.B. nadelförmige, Befüll-Lanze vorgebeugt werden.
Nachfolgend werden zunächst verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Trägervorrichtung beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den anderen Aspekten der vorliegenden Lösung kombiniert werden können.
Bei einigen Ausführungsformen weisen der Eingriffsmechanismus des Weiteren eine dritte Konfiguration und der Konfigurationswandlermechanismus eine zu der dritten Konfiguration korrespondierende dritte Ruhelage des zweiten Teilbereichs auf. Der Eingriffsmechanismus weist dabei in der dritten Konfiguration eine von der Be- und Entladestellung einerseits und der Füllstellung andererseits verschiedene dritte Stellung auf, so dass bei einer zumindest dreimaligen Betätigung des Konfigurationswandlermechanismus diese drei Stellungen, optional unter Einschluss einer oder mehrerer noch weiterer Konfigurationen, des Eingriffsmechanismus sequenziell, insbesondere im Sinne einer geschlossenen Schleife (Kreisprozess), durchlaufen werden.
Bei einigen Ausführungsformen nimmt der Eingriffsmechanismus in der dritten Konfiguration eine Stellung ein, in dem das bzw. jedes Eingriffselement aus dem Be- und Entladeweg herausbewegt ist und die Einfüllöffnung einer gegebenenfalls in der Halterung gehaltenen Pouch-Batteriezellengehäuse freigibt. Diese Stellung kann insbesondere als Stellung verwendet werden, in der die Einfüllöffnung nach einer vorausgegangenen Befüllung des Pouch-Batteriezellengehäuse in der Füllstellung versiegelt wird. Dazu muss in der Regel ein entsprechendes Versiegelungswerkzeug zur Einfüllöffnung bzw. den sie umgebenden Bereich des Pouch-Batteriezellengehäuses gebracht werden, wozu das Freigeben des Be- und Entladewegs einerseits und der Einfüllöffnung andererseits beim Überführen des Eingriffsmechanismus in die dritte Konfiguration genutzt werden können bzw. Voraussetzungen darstellen können.
Bei einigen Ausführungsformen weist der Eingriffsmechanismus eine Querstange auf, die mittels des Konfigurationswandlermechanismus zwischen den verschiedenen Konfigurationen des Eingriffsmechanismus überführbar ist und von der aus sich das bzw. die Eingriffselemente als Vorsprünge, insbesondere mit kreis- oder ellipsenförmigen Querschnitten, erstrecken. Dies hat den Vorteil, dass alle Eingriffselemente simultan bewegt werden können, wozu nur die Querstange über den Konfigurationswandlermechanismus entsprechend bewegt werden muss. Die Querstange kann zudem als mechanisch robuste Basisstruktur für die Anordnung der Eingriffselemente dienen.
Bei einigen Ausführungsformen weist der Eingriffsmechanismus zumindest zwei Eingriffselemente auf, zwischen denen sich in der Querstange eine Aussparung oder Öffnung befindet, durch die hindurch in der Füllstellung des Bauteils ein Zugang zu der Einfüllöffnung des gegebenenfalls in der Halterung gehaltenen Pouch-Batteriezellengehäuses eröffnet ist. Dies kann insbesondere dazu genutzt werden, das Pouch-Batteriezellengehäuse mittels einer durch die Aussparung bzw. Öffnung führbaren Fülllanze mit einer Flüssigkeit, insbesondere einer Elektrolytflüssigkeit, zu befüllen. Die Aussparung oder Öffnung kann hier zudem einen weiteren (mechanischen) Schutz gegen etwaige Beschädigungen des Pouch-Batteriezellengehäuses durch die Fülllanze liefern.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Halterung eine Verstellmöglichkeit auf, um sie an verschiedene Formate von Pouch-Batteriezellengehäuse anzupassen. So kann auch bei wechselnden Formaten stets ein optimales und positionsfeste Halten eines jeweiligen Pouch-Batteriezellengehäuse in der Halterung sichergestellt werden. Dies dient somit insbesondere auch der Prozesssicherheit und Ausbeuteoptimierung.
Ein dritter Aspekt der hier vorgestellten Lösung betrifft einen Werkstückträger zum simultanen Tragen einer Mehrzahl N von Pouch-Batteriezellengehäusen während eines Prozesses zu, insbesondere simultanen, Herstellung von bis zu N Pouch-Batteriezellen. Dabei weist die Trägervorrichtung eine Trägerstruktur auf, die N daran fixierte oder integral damit ausgebildete der vorgenannten Vorrichtungen nach dem zweiten Aspekt derart trägt, dass diese Vorrichtungen simultan betreibbar sind, um bis zu N gegebenenfalls durch je eine Halterung einer zugeordneten der Vorrichtungen gehaltene Pouch-Batteriezellengehäuse während des Prozesses zu tragen. Die Trägerstruktur kann insbesondere als (starre) Trägerplatte ausgebildet sein oder eine solche aufweisen.
Ein vierter Aspekt der hier vorgestellten Lösung betrifft ein System zur Verarbeitung einer Mehrzahl von Pouch-Batteriezellengehäusen im Rahmen eines Prozesses zur Herstellung von Pouch-Batteriezellen. Das System weist eine Mehrzahl von sequenziell zu durchlaufenden Verarbeitungsstationen für die Verarbeitung der Pouch-Batteriezellengehäuse auf.
Das System ist zudem konfiguriert, einen Werkstückträger nach dem dritten Aspekt sowohl während der Verarbeitung der Pouch-Batteriezellengehäuse in den einzelnen Verarbeitungsstationen als auch zur Überführung der Pouch-Batteriezellengehäuse zwischen den Verarbeitungsstationen im Rahmen des Prozesses zur Handhabung der Pouch-Batteriezellengehäuse zu verwenden. Ein oder mehrere Werkstückträger nach dem dritten Aspekt der vorliegenden Lösung können insbesondere selbst jeweils eine (beweglicher) Komponente des Systems sein.
Nachfolgend werden zunächst verschiedene beispielhafte Ausführungsformen des Systems beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den anderen Aspekten der vorliegenden Lösung kombiniert werden können.
Bei einigen Ausführungsformen weist zumindest eine der Verarbeitungsstationen einen oder mehrere Aktoren auf, mittels dessen bzw. deren ein- oder mehrmaliger Betätigung eine jeweilige Kraft auf die jeweiligen ersten Teilbereiche jeder der Trägervorrichtungen des Werkstückträgers ausübbar ist, um eine der Verarbeitungsstation zugeordnete vorbestimmte Konfiguration des jeweiligen Eingriffsmechanismus jeder der Trägervorrichtungen des Werkstückträgers einzustellen. Der Werkstückträger kann somit als rein passive Komponente ausgebildet sein, d.h. ohne über eine eigene Energieversorgung oder einen eigenen Antrieb verfügen zu müssen. Vielmehr ist es so möglich, dass der zur Überführung des Werkstückträgers bzw. von dessen Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtungen des Werkstückträgers zwischen den verschiedenen Konfigurationen bzw. Stellungen erforderliche Antrieb allein von der Verarbeitungsstation bereitgestellt wird, an der sich der Werkstückträger gerade befindet. Dies erleichtert insbesondere auch den Transport des Werkstückträgers von Verarbeitungsstation zu Verarbeitungsstation, da hierzu jenseits der von dem System selbst zum Transport aufzubringenden Energie keine eigene Energieversorgung des Werkstückträgers erforderlich ist und gegebenenfalls aufrechtzuerhalten ist.
Bei einigen Ausführungsformen weist die zumindest eine dieser Verarbeitungsstationen, bei der es sich insbesondere um eine Verarbeitungsstation zum Be- und Entladen von Pouch-Batteriezellengehäusen in die bzw. aus den Halterungen der Trägervorrichtungen des Werkstückträgers handeln kann, einen Saugmechanismus auf. Dieser ist konfiguriert, während sich der Werkstückträger an bzw. in dieser Verarbeitungsstation befindet, zumindest eine Seitenwand eines in der Halterung einer der Trägervorrichtungen gegebenenfalls vorhandenen Pouch-Batteriezellengehäuses anzusaugen, um so eine Einfüllöffnung des Pouch-Batteriezellengehäuses zu öffnen oder offen zu halten, so dass durch Betätigen des bzw. der Aktoren der Eingriffsmechanismus der Trägervorrichtung in eine Stellung gebracht werden kann, in der zumindest eines der Eingriffselemente des Eingriffsmechanismus in die Einfüllöffnung eingreift bzw. eingreifen kann.
Bei einigen Ausführungsformen ist eine der Verarbeitungsstationen zum Be- und/oder Entladen von Pouch-Batteriezellengehäusen in die bzw. aus den Halterungen der Trägervorrichtungen des Werkstückträgers konfiguriert, während sich die Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtungen jeweils in der Be- und Entladestellung befinden. Da in der Be- und Entladestellung der jeweilige Be- und Entladeweg der Trägervorrichtungen freigegeben ist, lässt sich das Be- und Entladen des Werkstückträgers mit Pouch-Batteriezellengehäusen selbst bei etwaigen zu beachtenden Toleranzen bzgl. des Handlings der Pouch-Batteriezellengehäusen beim Be- bzw. Entladen problemlos, insbesondere unter Ausschluss oder zumindest Minimierung des Risikos von Beschädigungen durch nicht vorgesehene Berührungen der Pouch-Batteriezellengehäusen mit Systemkomponenten, bewerkstelligen.
Bei einigen Ausführungsformen ist zumindest eine der Verarbeitungsstationen konfiguriert, gegebenenfalls im Werkstückträger vorhandene Pouch-Batteriezellengehäuse, die jeweils durch die Halterung einer zugeordneten der Trägervorrichtungen des Werkstückträgers gehalten sind, mit einer Elektrolytflüssigkeit zu befüllen, insbesondere unter Verwendung einer Fülllanze, während sich die Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtungen des Werkstückträgers jeweils in ihrer Füllstellung befinden. Das System kann somit zur, insbesondere simultanen und somit durchsatzsteigernden Befüllung einer Mehrzahl von im Werkstückträger vorhandenen Pouch-Batteriezellengehäusen eingesetzt werden. Dieser Befüllvorgang ist insbesondere im Zusammenspiel mit dem vorgenannten Saugmechanismus vorteilhaft kombinierbar. Zudem ist in der dabei eingenommenen Füllstellung der Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtungen des Werkstückträgers sichergestellt, dass die Einfüllöffnungen der Pouch-Batteriezellengehäuse in einem geöffneten Zustand sind und gehalten werden, während die Befüllung erfolgt.
Bei einigen Ausführungsformen ist zumindest eine der Verarbeitungsstationen konfiguriert, gegebenenfalls im Werkstückträger vorhandene Pouch-Batteriezellengehäuse, die jeweils durch die Halterung einer zugeordneten der Trägervorrichtungen des Werkstückträgers gehalten sind, nach deren vorausgehender Befüllung mit einer Elektrolytflüssigkeit zu verschließen, insbesondere deren Einfüllöffnungen zu versiegeln, während sich die Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtungen des Werkstückträgers jeweils in einer von der Füllstellung verschiedenen Stellung (Verschlussstellung) befinden. Das System ist somit in der Lage, sowohl ein Befüllen als auch ein anschließendes Verschließen der Pouch-Batteriezellengehäuse auszuführen. Da hierzu verschiedene Werkzeuge bzw. Komponenten des Systems zum Einsatz kommen können, die verschiedene Ausmaße, Formen, und/oder Anordnungen und Bewegungskurven (z.B. Verfahrwege) innerhalb des Systems haben können, kann es vorteilhaft sein, neben einer Be- und Entladestellung und einer Füllstellung auch eine oder mehrere davon verschiedene weitere Stellungen für die Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtungen vorzusehen. Ein Beispiel dafür ist die hier angesprochene Verschlussstellung. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Verschlussstellung mit der Be- und Entladestellung zusammenfällt und sich nur von der Füllstellung unterscheidet, um so die Eingangsöffnungen der Pouch-Batteriezellengehäuse für zu deren Verschließen eingesetzte Systemkomponenten bzw. -werkzeuge zugänglich zu machen.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Dabei zeigt

1 schematisch in einer Seitenansicht und zwei Querschnittansichten einen Konfigurationswandlermechanismus, insbesondere von dessen Sperrspannwerk, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
2 schematisch das Sperrspannwerk aus 1 in zwei relative zueinander um einen Winkel 90° um die Längsachse des Sperrspannwerks gedrehten perspektivischen Schnittansichten; und
3 schematisch einige einzelne Komponenten des Sperrspannwerks aus den 1 und 2;
4 eine schleifenartig durchlaufbare Abfolge von verschiedenen Stellungen des Sperrspannwerks aus den 1 und 2;
5 schematisch in einer Seitenansicht einer Trägervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
6 schematisch in einer perspektivischen Ansicht einen Werkstückträger gemäß einer beispielhaften Ausführungsform; und
7 schematisch ein Blockdarstellung eines Systems zur Verarbeitung einer Mehrzahl von Pouch-Batteriezellengehäusen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

In den Figuren bezeichnen - soweit nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche, ähnliche oder einander entsprechende Elemente. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich werden. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden.
Die 1 zeigt verschiedene Detailansichten eines Sperrspannwerks 101 eines Konfigurationswandlermechanismus 100, wobei jedoch, außer in 1(b), das vorausgehend genannte, zwischen verschiedenen Konfigurationen überführbare „Bauteil“ 127 des Konfigurationswandlermechanismus 100 hier, wie auch in den 2 bis 4, aus Gründen der besseren Darstellbarkeit nicht gezeigt ist (es ist dagegen als spezielle Ausführungsform „Eingriffsmechanismus“ in den 5 und 6 dargestellt). Insbesondere zeigt 1 (a) eine Seitenansicht, 1 (b) eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A aus 1 (a) und 1 (c) einen vergrößerten Ausschnitt C aus 1 (b). Dasselbe Sperrspannwerk 101 ist in den 2a und 2b perspektivisch dargestellt. Detailansichten 300 ausgewählter einzelner Komponenten des Sperrspannwerks 101 sind in 3 zusammengestellt. Dementsprechend beziehen sich die nachfolgenden Erläuterungen gleichermaßen auf die 1 bis 3. Soweit hier die Begriffe „oben“ oder „unten“ (oder Abwandlungen davon) verwendet werden, beziehen sie sich auf die konkrete Darstellung in den jeweiligen Figuren.
Der Konfigurationswandlermechanismus 100 weist bezüglich seines Sperrspannwerks 101 einen Aufbau auf, in dem mehrere von dessen Komponenten (vgl. 3) ineinander verschachtelt angeordnet sind und zusammen das Sperrspannwerk 101 bilden. Zunächst weist dieses Sperrspannwerk 101 einen Grundkörper 118 auf, der zum einen eine zentrale Ständerstruktur des Sperrspannwerks 101 bildet und zugleich zu dessen Befestigung an einer externen Trägerstruktur, insbesondere einer Trägervorrichtung 500 aus 5 und/oder eines Werkstückträgers 600 aus 6) nach dem zweiten oder dritten Aspekt der vorliegenden Lösung, dient. Dazu kann das Sperrspannwerk 101 an seinem bodenseitigen Ende (in den 1 bis 3 ist dies sein jeweils untere Ende, das hier zum Zwecke einer vereinfachten Bezugnahme auch als „Boden“ bezeichnet wird) insbesondere ein Schraubengewinde oder einen anderen Befestigungsmechanismus (zum Beispiel im Sinne eines Bajonettverschlusses oder einer Rastverbindung) aufweisen (nicht dargestellt). Der Grundkörper 118 stellt zugleich ein erstes Gehäuseteil eines mehrstückigen Gehäuses des Sperrspannwerks 101 dar, wobei das Gehäuse zusätzlich ein zweites Gehäuseteil 117 aufweist, welches insbesondere eine Rohr- oder Topfform aufweisen kann, und in dessen Innenraum weitere Komponenten des Sperrspannwerks 101 vor Einwirkungen geschützt angeordnet sind.
Der Grundkörper 118 bzw. dessen Innenraum ist an seinem bodenseitigen Ende durch ein erstes (unteres) Abschlussstück 122 und an seinem gegenüberliegenden Ende durch ein zweites (oberes) Abschlussstück 126 zumindest teilweise verschlossen. Die Verwendung solcher nicht integral mit dem Grundkörper 118 ausgebildeten Abschlussstücke 122, 126 ist insbesondere im Hinblick auf das Zusammensetzen des Sperrspannwerks 101 im Rahmen seiner Fertigung vorteilhaft, um die zur Anordnung im Innenraum des Grundkörpers 118 vorgesehenen weiteren Komponenten des Sperrspannwerks 101 einbringen zu können, bevor der Grundkörper 118 mittels der Abschlussstücke 122 und 126 verschlossen wird. In der Wandung des Grundkörpers können zudem ein oder mehrere Luftlöcher 118a ausgebildet sein, um einen raschen Luftaustausch im Rahmen einer Bewegung von in dem Grundkörper befindlichen Komponenten des Sperrspannwerks 101 zu ermöglichen, um den Aufbau von störenden Luftdruckunterschieden zu verringern.
In dem Grundkörper 118 ist an dessen bodenfernen (oberen) Ende ein rohrförmiger, insbesondere im Wesentlichen hohlzylinderförmiger, Kulissenkörper 125 angeordnet. In dessen Innenraum ist rohrförmiger, insbesondere im Wesentlichen hohlzylindrischer, Körper abschnittsweise eingebracht, der hier als „erster Teilbereich“ 115 des Sperrspannwerks 101 bezeichnet wird, entlang der Längsrichtung 130 des Grundkörpers translatorisch beweglich gelagert. Dabei wirkt eine Nut 125c in einer Wandung des Kulissenkörpers 125 mit einem seitlichen Vorsprung 115a des ersten Teilbereichs 115 im Sinne einer Kulissenführung entlang der Längsrichtung 130 als Translationsrichtung zusammen. Der Kulissenkörper 125 weist an seinem dem zweiten Teilbereich 119 zugewandten (unteren) Ende eine sägezahnartige Kontur auf, deren zwischen je zwei benachbarten Zähnen der Kontur liegenden Minima 125a, 125b bzw.125c (zugleich die o.g. Nut) liegen.
Der erste Teilbereich 115 ist dabei zudem derart in den Innenraum des Grundkörpers 118 eingebracht, dass er sich durch das zweite (obere) Abschlussstück des Grundkörpers 118 und das zweite Gehäuseteil 117 des Grundkörpers 118 hindurch bis in den Innenraum des Grundkörpers 118 hinein erstreckt und dort entlang der Längsrichtung 130 translatorisch beweglich gelagert ist. An dem ersten Teilbereich 115 befinden sich beidseitig des zweiten Gehäuseteil 117 ein Dichtungsring 116a (dichtet im Anwendungsfall der 5 und 6 insbesondere gegen Elektrolytflüssigkeit ab) und ein Anschlagsstück 116b, das den ersten Teilbereichs 115 mit dem zweiten Gehäuseteil 117 koppelt. Das Anschlagstück 116b hat zudem die Aufgabe, eine auf das zweite Gehäuseteil 117 in Richtung der ersten Feder 121 einwirkende externe Kraft zur Betätigung des Sperrspannwerks 101 auf den ersten Teilbereich 115 zu übertragen. Das zweite Gehäuseteil 117 kann dazu insbesondere an seiner Außenwandung oder seiner (oberen) Stirnseite einen Vorsprung o. ä. aufweisen, auf den die externen Kraft einwirken kann.
Im Innenraum des ersten Teilbereichs 115 ist ein stangenförmiger Schaft 123 entlang seiner Längsrichtung 130 beweglich gelagert. Im Rahmen dieser Lagerung ist eine zweite Feder 124 vorgesehen, die eine gefederte Kraftkopplung zwischen dem ersten Teilbereich 115 und dem Schaft 123 entlang der gemeinsamen Längsrichtung 130 bereitstellt, so dass eine Kraftübertragung vom ersten Teilbereich 115 auf den Schaft 123, und umgekehrt, entlang der gemeinsamen Längsrichtung 130 erfolgen kann. Der Schaft 123 ragt an seinem bodenfernen Ende aus dem zweiten Gehäuseteil 117 und dem ersten Teilbereich 115 heraus.
An dem bodenfernen Ende des Schafts 123, welches aus dem Teilbereich 115 an dessen bodenfernem Ende herausragt, kann insbesondere, wie dargestellt, ein Verbindungsstück 114 angebracht oder als integraler Bestandteil des Schafts 123 ausgebildet sein. An das Verbindungsstück 114 kann das Bauteil 127 des Konfigurationswandlermechanismus 100 gekoppelt werden (vgl. 1 (b)), um das Bauteil 127 bei Betätigung des Konfigurationswandlermechanismus 101 und einer daraus folgenden Bewegung des Schafts 123 und somit des daran angebrachten Verbindungsstücks 114 entlang der Längsrichtung 130 zwischen seinen verschiedenen mechanischen Konfigurationen zu überführen. Im einfachen Beispiel der 1(b) ist das Bauteil 127 ein einfacher Hebel, der über eine Gelenkachse 128 an das Verbindungsstück 114 gekoppelt ist und um eine gewinkelt, insbesondere (wie dargestellt) orthogonal zur Längsrichtung 130, verlaufende (erste Drehachse 129 schwenkbar ist, wobei verschiedene Konfigurationen des Bauteils 127 verschiedene Schwenkwinkel aufweisen.
An seinem bodenseitigen Ende, welches insbesondere kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein kann, ist der Schaft 123 mittelbar über eine hier als „zweiter Teilbereich“ 119 bezeichnete, weitere Komponente und optional zusätzlich (wie dargestellt), insbesondere zum Zwecke der Reibungsminderung, mittels eines weiteren Zwischenstücks 120 mit einer ersten auf dem ersten Abschlussstück 122 gelagerten Feder 121 kraftgekoppelt. Die Längsrichtungen des ersten Teilbereichs 115, des Schafts 123 und der Federn 121 und/oder 12 zusammen (wie gezeigt) oder liegen parallel zueinander, sodass insgesamt der erste Teilbereich 115 über die dazwischenliegenden Komponenten 123, 124, 119 und 120 mittels der Feder 121 bodenseitig federnd gelagert ist.
Die Feder 121 (die hierin auch als „erste Feder“ bezeichnet wird) ist vorzugsweise stärker, d. h. sie hat bei gleicher Auslenkung eine größere Federkraft, als die Feder 124 (die hierin auch als „zweite Feder“ bezeichnet wird). So ist gewährleistet, dass die erste Feder 121 bei Abwesenheit einer auf den ersten Teilbereich 115 und somit über die zweite Feder 124 auf den Schaft 123 wirkenden externen Kraft den Schaft 123 und den ersten Teilbereich 115 entgegen der Wirkung der zweiten Feder 124 in deren jeweilige bodenferne Stellung drücken kann, in der die zweite Feder 124 ganz oder jedenfalls zumindest bis zu einem gewissen Grad (der vom Verhältnis der Federstärken beider Federn abhängt) zusammengedrückt ist.
Der zweite Teilbereich 119 weist einen zumindest abschnittsweise stab- oder rohrförmigen Führungsabschnitt 119a auf, an dessen Außenseite eine Flügelanordnung mit zumindest einem sich quer zu einer Längsachse des Führungsstücks erstreckenden Flügelstück 119b angebracht oder integral mit dem zweiten Teilbereich 119 ausgebildet ist. Das bzw. jedes Flügelstück 119b ist an seiner bodenfernen Seite angeschrägt, um eine schräge Gleitfläche zu bilden. Das bodenseitige Ende des zweiten Teilbereichs 119 kann insbesondere kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein, um zentriert und verrutschfest mit einer (oberen), insbesondere kreisflächenförmigen, Öffnung des Zwischenstücks 120 koppeln zu können. Der zweite Teilbereich 119 ist jedoch so gelagert, dass er sich um die Längsrichtung 130 drehen kann, so dass diese eine Drehachse bildet, die hier als „erste Drehachse“ bezeichnet wird.
Die Flügelanordnung 119b ist dabei so konfiguriert, dass sie in die Nut 125c eingreifen kann, so dass die Nut 125 auch bezüglich des zweiten Teilbereichs als Kulissenführung wirken kann, wenn die Orientierung des zweiten Teilbereichs in Bezug auf seine Drehachse so vorliegt, dass das Flügelstück 119a in die Nut 125c eingreifen kann. In anderen Drehstellungen kann das Flügelstück dagegen insbesondere auch in einem der weiteren Minima 125a bzw. 125b der Sägezahnkontur des zweiten Teilbereichs 119 zu liegen kommen, wenn keine entgegen der ersten Feder 121 wirkende externe Kraft auf den ersten Teilbereich 115 einwirkt. Diese Lagen des zweiten Teilbereichs 119 stellen somit mechanisch stabile Ruhelagen des zweiten Teilbereichs 119 dar. Da der zweiten Teilbereich 119 mit dem Schaft 123 kraftgekoppelt ist und sich die Positionen der Minima 125 a,b,c entlang der Längsrichtung 130 unterscheiden, definieren diese Minima 125 a,b,c zugleich korrespondierende Ruhestellungen des Schafts 123, des Verbindungsstücks 114 sowie des Bauteils 127.
Die Funktionsweise des Konfigurationswandlermechanismus 100 kann wie folgt unter zusätzlicher Bezugnahme auf 4 beschrieben werden, in der eine Abfolge 400 von verschiedenen aufeinanderfolgenden Zuständen des Sperrspannwerks 101 illustriert ist.
Wenn keine externe Kraft auf den ersten Teilbereich 115 einwirkt, befindet sich das Sperrspannwerk 101 in einer durch die aktuelle Drehstellung des zweiten Teilbereichs 119 und somit seiner Flügelanordnung definierten erste Ruhelage, die durch die „starke“ erste Feder 121 gehalten wird. Dies Ruhelage kann insbesondere, wie in 4(a) gezeigt, zu einer Drehstellung des zweiten Teilbereichs korrespondieren, in dem das Flügelstück 119b in die Nut 125c eingreift, sodass die Feder 121 ihre insbesondere durch die Länge der Nut 125c definierte maximal mögliche Auslenkung aufweist und der Schaft 123 somit seine maximal vom Boden des Grundkörpers entfernte Stellung einnimmt.
Wenn nun, wie in 4(b) dargestellt, zur Betätigung des Konfigurationswandlermechanismus 100 eine externe Kraft, unmittelbar oder mittelbar, auf das zweite Gehäuseteil 117 ausgeübt wird, die eine Richtungskomponente entlang der Längsrichtung 130 in Richtung des Bodens des Grundkörpers 118 aufweist, dann wird diese Kraft bzw. Kraftkomponente durch das Anschlagsstück 116b auf den ersten Teilbereich 115 übertragen, so dass dieser in Richtung des Bodens gedrückt wird und dabei wiederum die Kraft bzw. Kraftkomponente auf die zweite Feder 124, zumindest anteilig, überträgt. Die Feder 124 wirkt wiederum als Kraftvermittler und koppelt die Kraft bzw. Kraftkomponente auf den Schaft 123, der damit gegen den zweiten Teilbereich 119 gedrückt wird, der wiederum auf das Zwischenstück 120 drückt, welches wiederum auf die erste Feder 121 drückt und diese verkürzt und somit spannt. In dieser Lage befindet sich das Flügelstück 119b in keinem der Minima 125a,b,c so dass keine Ruhelage vorliegt. Vielmehr handelt es sich um eine, in der Regel dynamische, ohne Übergangslage, die ohne die externe Krafteinwirkung auch nicht stabil wäre.
Fällt die externe Kraft nun, wie in 4 (c) gezeigt, weg oder wird ausreichend stark reduziert, so dass die Federkraft der gespannten ersten Feder 121 die Oberhand gewinnt, werden dadurch die gekoppelten Komponenten Zwischenstück 120, zweiter Teilbereich 119 und Schaft 123 entlang der Längsrichtung entgegen der (schwächeren) zweiten Feder 124 vom Boden weggedrückt. So kommt die Flügelanordnung bzw. das Flügelstück 119b in Kontakt mit der sägezahnartigen Kontur des Kulissenkörpers 125. Durch die durch die erste Feder 121 bewirkte Wechselwirkung der Kontur mit der nunmehr darauf, genauer auf eine Gleitfläche eines Sägezahns der Kontur, gedrückten schrägen Gleitfläche des Flügelstücks 119b wird ein auf den zweiten Teilbereich 119 wirkendes Drehmoment bezüglich der ersten Drehachse erzeugt. Daher gleitet das Flügelstück unter Ausführung einer Drehung um die erste Drehachse 130 entlang der Gleitfläche des Sägezahns bis in das an ihn Gleitrichtung anschließende Minimum aus der Gruppe der Minima 125a,b,c, wo eine zweite, von der ersten Ruhelage verschiedene Ruhelage erreicht wird. Sie ist auch nach Wegfall der externen Kraft mechanisch stabil und wird von der ersten Feder 121 gehalten.
Erfolgt nun eine erneute Betätigung des Konfigurationswandlermechanismus 100 bzw. des Sperrspannwerks 101 durch erneute Beaufschlagung mit einer externen Kraft, wird die zweite Ruhelage wieder, wie zuvor die erste Ruhelage, verlassen und eine in 4 (d) gezeigte instabile Zwischenposition erreicht, die der Position aus 4(b) entspricht. Fällt dann die Kraft wieder weg bzw. wird ausreichen reduziert, geht das Sperrspannwerk auf gleiche Weise, wie oben für den Übergang zwischen der ersten und der zweiten Ruhelage beschrieben, in eine in 4(e) gezeigte dritte Ruhelage über, die von den beiden anderen Ruhelagen verschieden ist.
Bei einer anschließenden, noch weiteren Betätigung des Konfigurationswandlermechanismus 100 bzw. des Sperrspannwerks 101 wird nach Durchlaufen einer weiteren, in 4(f) gezeigten instabilen Zwischenposition, die wiederum der Position aus 4(b) entspricht, wieder der Ausgangszustand aus 4(a), d.h. die erste Ruhelage, erreicht.
In 5 ist eine Trägervorrichtung 500 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Lösung illustriert. Die Trägervorrichtung 500 ist insbesondere dazu konfiguriert, während der Herstellung einer Pouch-Batteriezelle ein Pouch-Batteriezellengehäuse 109 handzuhaben, insbesondere in einer vorbestimmten Position zu halten. Zu diesem Zweck weist die Trägervorrichtung 500 eine Trägerstruktur 104 auf, die insbesondere als starre Basisplatte ausgebildet sein kann, auf der eine Halterung vorgesehen ist. Die Halterung weist zum einen zwei äußere Halter 108 und zum anderen einen dazwischenliegenden mittleren Halter 110 auf. Auch eine andere Anzahl von mittleren Haltern 110 ist denkbar.
Die beiden äußeren Halterungen 108 sind dabei bezüglich ihrer Lage relativ zu zum mittleren Halter 110 verschiebbar und dabei in verschiedenen Positionen fixierbar, beispielsweise jeweils mit einer Fixierschraube 111, sodass eine Anpassung an zumindest zwei verschiedene Formate von Pouch-Batteriezellengehäuse 109 ermöglicht ist. So kann jeweils ein optimaler Halt des Pouch-Batteriezellengehäuse 109 in der Halterung ermöglicht werden. Die Halterung ist vorzugsweise so orientiert, dass das Pouch-Batteriezellengehäuse 109 darin im Wesentlichen so gehalten wird, dass seine Hauptflächen orthogonal zur Basisplatte 104 stehen und das Pouch-Batteriezellengehäuse 109 von einer der Basisplatte 104 gegenüberliegenden Oberseite der Trägervorrichtung 500 aus entlang eines im Wesentlichen geradlinigen Be- und Entladewegs in die Halterung geladen bzw. daraus entladen werden kann.
Die Trägervorrichtung 500 verfügt des Weiteren über einen Eingriffsmechanismus, der dazu dient, eine Einfüllöffnung eines gegebenenfalls in der Halterung befindlichen Pouch-Batteriezellengehäuses 109 währenddessen Verarbeitung geöffnet zu halten.
Der Eingriffsmechanismus weist dazu unter anderem zwei Ständerstrukturen 102a und 102b auf, die auf der Basisplatte 104 montiert sind und sich, insbesondere senkrecht, dazu erstrecken können. Die Ständerstrukturen 102a,b haben dabei vorzugsweise eine Höhe, welche diejenige eines in der Halterung befindlichen Pouch-Batteriezellengehäuses 109 übersteigt. Am oberen Ende der Ständerstrukturen ist jeweils eine Führungsnut vorgesehen, in der eine parallel zur Basisplatte 104 verlaufende Querstange 112 beweglich gelagert ist, die ebenfalls eine Komponente des Eingriffsmechanismus darstellt. Dabei ist die Beweglichkeit der Querstange 112, über einen Schwenkmechanismus 107, der insbesondere beidseitig der Querstange 112 die jeweilige Führungsnut in der Ständerstruktur 102a,b und ein darin laufendes jeweiliges Führungselement (z.B. Vorsprung) der Querstange 112 aufweisen kann, so konfiguriert, dass eine Schwenkbewegung der Querstange 112 ausgeführt werden kann, die sich aus zumindest einer Translation und zumindest einer Rotation zusammensetzt. Genauer ist die Beweglichkeit der Querstange 112 so konfiguriert, dass sie verschiedene Ruhelagen einnehmen kann. Eine erste Ruhelage entspricht dabei einer Lage der Querstange 112, bei der diese den Be- und Entladeweg freigibt, sodass sie einem Be- und Entladen der Halterung mit einem Pouch-Batteriezellengehäuse 109 nicht im Wege steht. Diese erste Ruhelage kann daher als Be- und Entladestellung bezeichnet werden.
In einer zweiten Ruhelage ist die Querstange 112 dagegen so über die Halterung geschwenkt, dass wenn sich ein Pouch-Batteriezellengehäuse 109 in der Halterung befindet und eine Einfüllöffnung des Pouch-Batteriezellengehäuse 109 auf der der Basisplatte 104 gegenüberliegenden Seite des Pouch-Batteriezellengehäuse 109 vorhanden und geöffnet ist, an der Querstange 112 vorgesehene Eingriffselemente 112a, die insbesondere stift- bzw. pinförmig sein können, in die Einfüllöffnung eingreifen können, um diese in einem geöffneten Zustand zu halten. In dieser Ruhelage kann insbesondere eine Befüllung des Pouch-Batteriezellengehäuse 109 mit einer Elektrolytflüssigkeit vorgenommen werden. Das kann insbesondere mittels einer oder mehreren Fülllanzen erfolgen, die zu diesem Zweck in die geöffnete Einfüllöffnung eingeführt werden, um die Elektrolytflüssigkeit in das Innere des Pouch-Batteriezellengehäuses 109 abzugeben. Da zugleich die Eingriffselemente 112 A in die Einfüllöffnung eingreifen, bleibt diese stabil geöffnet, sodass unerwünschte Beschädigungen des Pouch-Batteriezellengehäuse 109 durch die Fülllanzen und/oder ein fehlerhaftes Ausgeben der Elektrolytflüssigkeit an der Außenseite des Pouch-Batteriezellengehäuses 109 mit hoher Sicherheit vermieden werden können. Die zweite Ruhelage kann daher als Füllstellung bezeichnet werden.
Die Sicherheit beim Befüllen kann noch dadurch weiter erhöht werden, dass in der Querstange 112 an geeigneter Stelle, insbesondere zwischen jeweils zwei benachbarten Eingriffselementen 112a, eine Aussparung oder Öffnung 112b vorgesehen ist, durch die hindurch eine Fülllanze in die Einfüllöffnung geführt werden kann. So ergibt sich aufgrund der somit zusätzlich definierten Randbedingungen für die Beweglichkeit der Fülllanzen ein weiterer Schutzfaktor.
Optional kann insbesondere noch eine dritte Ruhelage vorgesehen sein, die sich von den ersten beiden Ruhelagen unterscheidet. In dieser Ruhelage gibt die Querstange 112 mit den Eingriffselementen 112a zwar den Be- und Entladeweg frei. Sie nimmt jedoch eine von der Be- und Entladestellung verschiedene Stellung ein, in der sie zugleich die Oberseite des Pouch-Batteriezellengehäuse 109 mit der Einfüllöffnung für ein Werkzeug zum Verschließen, (versiegeln) der Einfüllöffnung sowie einen Verfahrweg für das Werkzeug freigibt. Eine solche dritte Ruhelage, die als Verschlussstellung bezeichnet werden kann, ist daher stets sinnvoll oder gar nötig, wenn die Verwendung des Werkzeugs zum Verschließen der Einfüllöffnung nicht auch aus in der Be- und Entladestellung des Eingriffsmechanismus heraus möglich ist.
Um den Eingriffsmechanismus zwischen seinen verschiedenen Ruhelagen zu überführen, die aufgrund der verschiedenen Stellungen zugleich verschiedenen mechanischen Konfigurationen des Eingriffsmechanismus entsprechen, weist die Trägervorrichtung 500 zu zumindest einen Konfigurationswandlermechanismus 100 gemäß den 1 bis 4 auf. Sind zwei Konfigurationswandlermechanismen 100 vorgesehen, die jeweils zu einer der Ständerstrukturen 102a bzw. 102b benachbart angeordnet sind. sie sind mit ihren Verbindungsstück 114 jeweils über ein Verbindungsteil 103, wie etwa einen Hebel, an die Querstange 112 gekoppelt, um diese zwischen ihren drei Ruhelagen überführen zu können, wobei diese Ruhelagen jeweils zu einer zu einer zugeordneten Ruhelage des Sperrspannwerks 101 des Konfigurationswandlermechanismus 100 (wie oben beschrieben) korrespondieren. Der Eingriffsmechanismus übernimmt hier somit die Rolle des „Bauteils“ des Konfigurationswandlermechanismus 100, analog zum Bauteil 127 aus 1 (b).
Zusätzlich kann an der Trägervorrichtung 500, beispielsweise, wie dargestellt, an der Ständerstruktur 102b, ein Positionselement vorgesehen, welches als Positionsmarke für einen externen Positionssensor dient, um diesem eine möglichst genaue Positionsbestimmung der Trägervorrichtung 500 zu ermöglichen.
In 6 ist ein Werkstückträger 600 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Lösung illustriert. Der Werkstückträger 600 weist eine Basisplatte 104 auf, die derjenigen der Trägervorrichtung 500 aus 5 entsprechen kann. Auf dieser Basisplatte ist eine Mehrzahl von Trägervorrichtungen 105 parallel zueinander angeordnet, im vorliegenden Beispiel fünf Trägervorrichtungen 105, die jeweils insbesondere, wie dargestellt, einer Trägervorrichtung 500 aus 5 entsprechen können. Um bei dieser Anordnung eine besonders unzugängliche Angriffsfläche für die zur Betätigung des Konfigurationswandlermechanismus 100 der jeweiligen Trägervorrichtung 105 erforderlichen externen Kraft zu bieten, ist an den zweiten Gehäuseteilen 117 der Sperrspannwerke 101 der Konfigurationswandlermechanismen 100 jeweils ein Positionssteuerungsteil 106 angebracht. Dabei kann es sich insbesondere um einen plattenförmigen Vorsprung handeln kann, auf dem ein Aktor eines den Werkstückträger 600 verwendenden Verarbeitungssystems (vgl. 7) aufsetzen kann, um die externe Kraft auszuüben.
Die Funktionsweise des Werkstückträger 600 entspricht im Wesentlichen der Funktionsweise seiner einzelnen Trägervorrichtungen 500, wie vorausgehen beschrieben, wobei jedoch die verschiedenen Trägervorrichtungen 105 insbesondere simultan, wahlweise aber auch zeitlich versetzt betreibbar sind. Insgesamt ist der Werkstückträger 600 eine passive Vorrichtung, zu deren Antrieb die Ausübung externer Kräfte auf die Sperrspannwerke 101 der Konfigurationswandlermechanismen 100 erforderlich ist. Ein Vorteil des Werkstückträger 600 ist insbesondere auch die Vereinfachung der Handhabung einer Mehrzahl von Pouch-Batteriezellengehäusen 109 im Rahmen einer Fertigung von Pouch-Batteriezellen.
In 7 ist ein System 700 zur, insbesondere simultanen, Verarbeitung einer Mehrzahl von Pouch-Batteriezellengehäusen 109 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Lösung illustriert. Das System 700 weist mehrere Verarbeitungsstationen 710-730 auf, die im Rahmen eines Prozesses zur Fertigung von Pouch-Batteriezellen sequenziell oder im Sinne einer geschlossenen Schleife durchlaufen werden, wozu ein Werkstückträger 600 aus 6 zur Handhabung einer Mehrzahl von Pouch-Batteriezellengehäusen 109, sowie zu deren Transport zwischen den einzelnen Verarbeitungsstationen 710 bis 730 eingesetzt wird. Es können auch noch weitere Verarbeitungsstationen, wie etwa die gestrichelt dargestellten Verarbeitungsstationen 740 und 750 vorgesehen sein, die im Rahmen der Verarbeitung durchlaufen werden.
Eine erste Verarbeitungsstation 710 ist eine Beladestation, in der der Werkstückträger 600 mit einer Anzahl von Pouch-Batteriezellengehäusen 109, die größer oder gleich der Anzahl der Trägervorrichtungen 105 auf dem Werkstückträger 600 ist, beladen wird. Dazu kann die Beladestation 710 insbesondere eine entsprechende Robotik aufweisen. Die Pouch-Batteriezellengehäuse 109 weisen bereits eine Batteriezelle mit zumindest einer Katode, zumindest einer Anode und einem dazwischenliegenden Separator auf. Es kann sich dabei insbesondere um eine Lithium-Ionen-Pouchzelle handeln.
Um den Werkstückträger 600 in dessen Ladestellung zu bringen, weist die Ladestation 710 über einen Aktor 711 auf, der geeignet konfiguriert ist, um die Konfigurationswandlermechanismen 100 des Werkstückträgers 600 zu betätigen, um die Eingriffsmechanismen von dessen Trägervorrichtungen 105 zunächst in ihre jeweilige Be- und Entladestellung zu bringen, sodass der Ladevorgang durchgeführt werden kann. Der Aktor 711 ist des Weiteren dazu konfiguriert, beispielsweise über eine entsprechende Steuerung, nach erfolgter Beladung der Trägervorrichtungen 105 deren jeweiligen Eingriffsmechanismus durch entsprechende Betätigung der Konfigurationswandlermechanismen 100 in seine Fülllstellung zu bringen, sodass die Eingriffselemente 112a in die geöffneten Einfüllöffnungen des jeweiligen Pouch-Batteriezellengehäuses 109 eingreifen können, um diese offenzuhalten.
Das System 700 weist des Weiteren zumindest eine Vorrichtung, beispielsweise mehrere Förderbänder, auf (hier durch Pfeile angedeutet), um den Werkstückträger 600 zwischen den einzelnen Verarbeitungsstationen zu transportieren.
In Richtung des Prozessflusses ist der Beladestation 710 nachfolgend eine weitere Verarbeitungsstation 720 vorgesehen, die zum Befüllen der im Werkstückträger 600 vorhandenen Pouch-Batteriezellengehäuse 109 mit Elektrolytflüssigkeit dient und daher als Füllstation bezeichnet werden kann. In der Füllstation 720 ist ein Befüllsystem mit beweglichen Fülllanzen vorgesehen, die zum Befüllen der Pouch-Batteriezellengehäuse 109, wie bereits vorausgehend beschrieben, durch die Öffnungen beziehungsweise Aussparungen 112b der Querstangen 112 Trägervorrichtungen 105 bzw. 500 geführt werden können. Da sich die Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtungen 105 des Werkstückträgers 600 beim Eintreffen an der Füllstation 720 bereits in ihrer Füllstellung befinden, kann das Befüllen stattfinden, ohne dass zuvor die Eingriffsmechanismen noch in eine andere Ruhelage versetzt werden müssen. Nach dem Befüllen Vorgang kann jedoch ein Aktor 720 der Füllstation 720 genutzt werden, um mittels Betätigung der Konfigurationswandlermechanismen 100 des Werkstückträgers 600 die Eingriffsmechanismen in ihre Verschlussstellung zu bringen, denn ein Offenhalten der Einfüllöffnungen mittels der Eingriffselemente 112a ist nun nicht mehr erforderlich.
Eine dritte Verarbeitungsstation 730 dient zum Verschließen der Einfüllöffnungen der zuvor in der Füllstation 720 befüllten Pouch-Batteriezellengehäuse 109, wozu an jeder der Trägervorrichtung 105 ein Versiegelungswerkzeug der Verarbeitungsstation 730 zum Einsatz kommt. Diese Verarbeitungsstation 730 kann somit als Verschlussstation bezeichnet werden. Sie verfügt ebenfalls über einen Aktuator 731, der dazu genutzt wird, nach dem Verschließen der Einfüllöffnungen, durch betätigen der Konfigurationswandlermechanismen 100 der Trägervorrichtungen 105, deren Eingriffsmechanismen wieder zurück in ihre jeweilige Be- und Entladestellung zu überführen.
Der Werkstückträger 600 kann nun, gemäß einer Prozessvariante, zurück zur ersten Verarbeitungsstation 710 transportiert und dort Entladen werden, sodass sich eine geschlossene Prozessschleife ergibt. In diesem Fall dient die Verarbeitungsstation 710 zugleich als Be- und Entladestation. Insbesondere kann nach dem Entladen ein neuer Satz von zu verarbeitenden Pouch-Batteriezellengehäusen 109 in den Werkstückträger 600 geladen werden.
Gemäß einer anderen Prozessvariante dient die Verarbeitungsstation 710 nur zum Beladen, während eine separate Verarbeitungsstation 750 zum Entladen vorgesehen ist. Letztere kann wahlweise ebenfalls einen Aktor 751 zum Betätigen der Konfigurationswandlermechanismen 100 des Werkstückträgers 600 aufweisen. Dies ist jedoch nur dann erforderlich, wenn die Konfiguration der Trägervorrichtungen 105 des Werkstückträgers 600 an dieser Stelle verändert werden soll, was insbesondere der Fall sein kann, wenn sich die Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtung 105 nicht beim Eintreffen an der Verarbeitungsstation 750 bereits in der Be- und Entladestellung befinden.
Zwischen den Verarbeitungsstationen 730 und 750 bzw. 710 können ein oder mehrere weitere Verarbeitungsstationen vorgesehen sein. Insbesondere kann es sich dabei um eine Verarbeitungsstation 740 (Teststation) zum Testen der bereits verschlossenen Pouch-Batteriezellengehäuse 109, beispielsweise im Rahmen einer optischen Inspektion, handeln. Da es hierbei fallweise möglich sein kann, dass eine Anpassung der Stellung der Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtungen 105 vorgenommen werden muss, kann die Teststation 740 wahlweise ebenfalls einen Aktor 741 zum Betätigen der Konfigurationswandlermechanismen 100 bis Werkstückträger 600 aufweisen.
Schließlich wird im Rahmen des Prozesses der Werkstückträger auch im Falle der Verwendung zumindest einer der Verarbeitungsstationen 740 und 750 am Ende des Prozesses zur ersten Verarbeitungsstation 710 zurückgeführt, um einen erneuten Prozessdurchlauf starten zu können
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
BEZUGSZEICHENLISTE

100: Konfigurationswandlermechanismus
101: Sperrspannwerk
102a, b: Ständerstrukturen des Eingriffsmechanismus (Bauteils), einschließlich Führung für schwenkbare Querstange
103: Verbindungsteil, insbesondere Hebel
104: Trägerstruktur, insbesondere Basisplatte
105: Trägervorrichtungen
106: Positionssteuerungsteil
107: Schwenkmechanismus
108: einstellbarer äußerer Halter für Pouch- Batteriezellengehäuse verschiedener Formate
109: Pouch-Batteriezellengehäuse
110: mittlerer Halter für Pouch-Batteriezellengehäuse
111: Fixierschraube zum Einstellen des (zugehörigen) Halters 108
112: Querstange des Eingriffsmechanismus
112a: Eingriffselement, insbesondere Pin
112b: Aussparung oder Öffnung in Querstange
113: Positionselement zur Detektion durch Sensor
114: Verbindungsstück
115: erster Teilbereich
115a: (seitlicher) Vorsprung des ersten Teilbereichs
116a: Dichtungsring
116 b: Anschlagstück
117: Gehäuse bzw. zweites Gehäuseteil
118: Grundkörper bzw. erstes Gehäuseteil
118a: Luftloch
119: zweiter Teilbereich
119a: Führungsstück
119b: Flügelstück
120: Zwischenstück
121: erste (stärkere) Feder
122: erstes (unteres) Abschlussstück des Grundkörpers
123: Schaft
124: zweite (schwächere) Feder
125: Kulissenkörper
(125) a,b,c: Minima einer sägezahnförmigen Kontur eines Endes des Kulissenkörpers, (125)c ist zugleich Nut
126: zweites (oberes) Abschlussstück des Grundkörpers
127: drehbar gelagertes Bauteil oder Hebel zur Ankopplung eines solchen Bauteils
128: Gelenkachse
129: Drehachse des Bauteils („zweite Drehachse“)
130: Längsrichtung, zugleich Drehachse des zweiten Teilbereichs („erste Drehachse“)
300: Detailansichten verschiedener Komponenten des Sperrspannwerks 101
400: Abfolge verschiedener Zustände des Sperrspannwerks
500: Trägervorrichtung (wie 105)
600: Werkstückträger
700: System zur Verarbeitung von Pouch-Batteriezellengehäusen
710: Beladestation, optional kombinierte Be- und Entladestation
711: Aktor der Verarbeitungsstation 710 zum Antrieb der Eingriffsmechanismen, optional mit Saugmechanismus zum Öffnen eines Pouch-Batteriezellengehäuses
720: Füllstation
721: Aktor der Verarbeitungsstation 720 zum Antrieb der Eingriffsmechanismen
730: Verschlussstation
731: Aktor der Verarbeitungsstation 730 zum Antrieb der Eingriffsmechanismen
740: optionale Weiterverarbeitungsstation, beispielsweise Beschriftungsstation
741: Aktor der Verarbeitungsstation 740 zum Antrieb der Eingriffsmechanismen
750: optionale Weiterverarbeitungsstation, beispielsweise Teststation
751: Aktor der Verarbeitungsstation 750 zum Antrieb der Eingriffsmechanismen

Claims

Konfigurationswandlermechanismus (100) für ein mechanisches Bauteil, wobei der Konfigurationswandlermechanismus (100) aufweist: ein Sperrspannwerk (101) mit einem ersten Teilbereich (115) und einem zweiten Teilbereich, wobei der erste Teilbereich (115) gegenüber dem zweiten Teilbereich (119) translatorisch beweglich gelagert ist; der zweite Teilbereich (119) gegenüber dem ersten Teilbereich (115) um eine erste Drehsachse rotatorisch beweglich gelagert und dabei anhand von Bewegungen, die eine Rotation um die erste Drehsachse einschließen, zwischen verschiedenen entlang einer festen Drehrichtung aufeinanderfolgenden, jeweils mechanisch stabilen Ruhelagen des zweiten Teilbereichs (119) überführbar ist; und das Sperrspannwerk (101) eingerichtet ist, eine unter Einwirkung einer externen Kraft auf den ersten Teilbereich (115) bewirkte, translatorische Bewegung des ersten Teilbereichs (115) mittels einer Kraftkopplung zwischen den beiden Teilbereichen in eine korrespondierende Bewegung des zweiten Teilbereichs (119) zu wandeln, die eine Rotation um die erste Drehachse (130) in der festen Drehrichtung ist oder als Bewegungskomponente aufweist und den zweiten Teilbereich (119) von seiner aktuellen Ruhelage in eine gemäß der Drehrichtung nachfolgende der Ruhelagen überführt; und ein zwischen verschiedenen mechanischen Konfigurationen überführbares Bauteil, welches mit dem zweiten Teilbereich (119) derart kraftgekoppelt ist, dass die durch die Bewegung des ersten Teilbereichs (115) bewirkte Überführung des zweiten Teilbereichs (119) zwischen verschiedenen zwei aufeinanderfolgenden Ruhelagen das Bauteil (127; 102a,b,112) unter Ausführung einer Bewegung zumindest eines Abschnitts des Bauteils (127; 102a,b,112), die eine Rotation um eine von der ersten Drehachse (130) verschiedene zweite Drehachse (129) ist oder als Bewegungskomponente aufweist, zwischen zwei verschiedenen zu den zwei aufeinanderfolgenden Ruhelagen des zweiten Teilbereichs (119) korrespondierenden mechanischen Konfigurationen des Bauteils (127; 102a,b, 112) überführt.
Konfigurationswandlermechanismus (100) nach Anspruch 1, wobei das Sperrspannwerk (101) des Weiteren so eingerichtet ist, dass zu jeder der Ruhelagen des zweiten Teilbereichs (119) eine dazu korrespondierende mechanisch stabile Ruhelage des ersten Teilbereichs (115) existiert, in der dieser aufgrund der Kraftkopplung zwischen den beiden Teilbereichen gehalten wird, wenn sich der zweite Teilbereich (119) in seiner korrespondierenden Ruhelage befindet, wobei sich die Ruhelagen des ersten Teilbereichs (115) für verschiedene korrespondierende Ruhelagen des zweiten Teilbereichs (119) unterscheiden.
Konfigurationswandlermechanismus (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Sperrspannwerk (101) aufweist: den ersten Teilbereich, wobei dieser rohrförmig mit einem sich entlang der Translationsrichtung erstreckenden Rohrinnenraum ausgebildet ist; den zweiten Teilbereich, wobei dieser eine Flügelanordnung mit zumindest einem sich quer zu der Translationsrichtung erstreckenden Flügelstück (119b) aufweist; einen rohrförmigen Kulissenkörper, in dem der erste Teilbereich (115) entlang einer mit der ersten Drehachse (130) zusammenfallenden Translationsrichtung translatorisch beweglich gelagert ist, wobei eine Nut oder eine schlitzförmige Öffnung (125c) in einer Wandung des Kulissenkörpers (125) mit einem seitlichen Vorsprung (115a) des ersten Teilbereichs (115) im Sinne einer Kulissenführung entlang der Translationsrichtung zusammenwirkt; der Kulissenkörper (125) an seinem dem zweiten Teilbereich (119) zugewandten Ende eine sägezahnartige Kontur aufweist, deren zwischen je zwei benachbarten Zähnen der Kontur liegenden Minima (125a,b,c) die Ruhelagen des zweiten Teilbereichs (119) definieren; einen in dem Rohrinnenraum des ersten Teilbereichs (115) gelagerten Schaft, der sowohl mit dem zweiten Teilbereich (119) als auch mit dem Bauteil (127; 102a,b,112) kraftgekoppelt ist, um die Kraftkopplung zwischen beiden Teilbereichen entlang der Translationsrichtung zu vermitteln; und eine erste Feder, um den zweiten Teilbereich (119) mit dessen Flügelanordnung gegen die sägezahnartige Kontur des Kulissenkörpers (125) zu drücken; sodass das Sperrspannwerk (101) so konfiguriert ist, dass bei einer Einwirkung einer externen Kraft entlang der Translationsrichtung auf den ersten Teilbereich, dieser durch die Kulissenführung geführt mit dem Schaft als Kraftvermittler den zweiten Teilbereich (119) entgegen der Federkraft der ersten Feder (121) entlang der Translationsrichtung verschiebt, um die Flügelanordnung aus einer durch die Kontur definierten Ruhelage und anschließend nach Wegfall der externen Kraft aufgrund einer durch die Wechselwirkung der Flügelanordnung mit der sägezahnartigen Kontur bewirkten Rotationsbewegung des zweiten Teilbereichs (119) und der Federkraft der ersten Feder (121) in eine entlang der Drehrichtung nachfolgende Ruhelage des zweiten Teilbereichs (119) gebracht wird, die in einer entsprechenden Lage des Schafts entlang der Translationsrichtung und somit einer dieser Lage entsprechenden Konfiguration des Bauteils (127; 102a,b, 112) entspricht.
Konfigurationswandlermechanismus (100) nach Anspruch 3, des Weiteren aufweisend eine zweite Feder (124) um die Kraftkopplung zwischen dem ersten Teilbereich (115) und dem Schaft durch die zweite Feder (124) entlang der Translationsrichtung bereitzustellen.
Konfigurationswandlermechanismus (100) nach Anspruch 3 oder 4, des Weiteren aufweisend ein Gehäuse zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme des Sperrspannwerks (101) .
Konfigurationswandlermechanismus (100) nach Anspruch 5, wobei das Gehäuse aufweist: ein erstes Gehäuseteil mit einem topf- oder rohrförmigen Grundkörper, in dessen Innenraum das Sperrspannwerk (101) zumindest abschnittsweise aufgenommen ist und der fest mit dem Kulissenkörper (125) verbunden ist; und ein zweites Gehäuseteil, welches mit dem ersten Teilbereich (115) verbunden ist, um die externe Kraft auf den ersten Teilbereich (115) zu koppeln, und welches das erste Gehäuseteil zumindest abschnittsweise so umgibt, dass das zweite Gehäuseteil gegenüber dem ersten Gehäuseteil entlang der Translationsrichtung verschiebbar ist.
Trägervorrichtung (105; 500) zum Tragen eines Pouch-Batteriezellengehäuses während eines Prozesses zur Herstellung einer Pouch-Batteriezelle, wobei die Trägervorrichtung (105; 500) aufweist: eine Halterung (108, 110) zum Halten des Pouch-Batteriezellengehäuses; und einen Konfigurationswandlermechanismus (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche; wobei das Bauteil (127; 102a,b,112) des Konfigurationswandlermechanismus (100) einen Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) aufweist, der als eine Konfiguration eine Be- und Entladestellung und als eine andere Konfiguration eine Füllstellung aufweist, zwischen denen er mittels des Konfigurationswandlermechanismus (100) überführbar ist; und wobei in der Be- und Entladestellung ein Be- und Entladen der Halterung (108, 110) mit dem Pouch-Batteriezellengehäuse (109) durch Freigabe eines dazu erforderlichen Be- und Entladewegs für das Pouch-Batteriezellengehäuse (109) ermöglicht ist, und in der Füllstellung zumindest ein Eingriffselement (112a) des Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) derart in den Be- und Entladeweg eingebracht ist, dass das Eingriffselement (112a) in eine Einfüllöffnung eines gegebenenfalls durch die Halterung (108, 110) gehaltenen Pouch-Batteriezellengehäuse (109) eingreift bzw. eingreifen kann.
Trägervorrichtung (105; 500) nach Anspruch 7, wobei: der Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) des Weiteren eine dritte Konfiguration und der Konfigurationswandlermechanismus (100) eine zu der dritten Konfiguration korrespondierende dritte Ruhelage des zweiten Teilbereichs (119) aufweisen; und der Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) in der dritten Konfiguration eine von der Be- und Entladestellung einerseits und der Füllstellung andererseits verschiedene dritte Stellung aufweist, so dass bei einer zumindest dreimaligen Betätigung des Konfigurationswandlermechanismus (100) diese drei Stellungen des Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) sequenziell durchlaufen werden.
Trägervorrichtung (105; 500) nach Anspruch 8, wobei der Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) in der dritten Konfiguration eine Stellung einnimmt, in dem das bzw. jedes Eingriffselement (112a) aus dem Be- und Entladeweg herausbewegt ist und die Einfüllöffnung einer gegebenenfalls in der Halterung (108, 110) gehaltenen Pouch-Batteriezellengehäuse (109) freigibt.
Trägervorrichtung (105; 500) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) eine Querstange (112) aufweist, die mittels des Konfigurationswandlermechanismus (100) zwischen den verschiedenen Konfigurationen des Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) überführbar ist und von der aus sich das bzw. die Eingriffselemente (112a) als Vorsprünge erstrecken.
Trägervorrichtung (105; 500) nach Anspruch 10, wobei der Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) zumindest zwei Eingriffselemente (112a) aufweist, zwischen denen sich in der Querstange (112) eine Aussparung oder Öffnung (112b) befindet, durch die hindurch in der Füllstellung des Bauteils (127; 102a,b,112) ein Zugang zu der Einfüllöffnung des gegebenenfalls in der Halterung (108, 110) gehaltenen Pouch-Batteriezellengehäuses (109) eröffnet ist.
Trägervorrichtung (105; 500) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Halterung (108, 110) eine Verstellmöglichkeit aufweist, um sie an verschiedene Formate von Pouch-Batteriezellengehäuse (109) anzupassen.
Werkstückträger (600) zum simultanen Tragen einer Mehrzahl N von Pouch-Batteriezellengehäusen (109) während eines Prozesses zur Herstellung von bis zu N Pouch-Batteriezellen, wobei die Trägervorrichtung (105; 500) eine Trägerstruktur aufweist, die N daran fixierte oder integral damit ausgebildete Vorrichtungen jeweils nach einem der Ansprüche 7 bis 11 derart trägt, dass diese Vorrichtungen simultan betreibbar sind, um bis zu N gegebenenfalls durch je eine Halterung (108, 110) einer zugeordneten der Vorrichtungen gehaltene Pouch-Batteriezellengehäuse (109) während des Prozesses zu tragen.
System (700) zur Verarbeitung einer Mehrzahl von Pouch-Batteriezellengehäusen (109) im Rahmen eines Prozesses zur Herstellung von Pouch-Batteriezellen, wobei das System (700) eine Mehrzahl von sequenziell zu durchlaufenden Verarbeitungsstationen(710, 720, 730, 740, 750) für die Verarbeitung der Pouch-Batteriezellengehäuse (109) aufweist; wobei das System (700) konfiguriert ist, einen Werkstückträger (600) nach Anspruch 13 sowohl während der Verarbeitung der Pouch-Batteriezellengehäuse (109) in den einzelnen Verarbeitungsstationen (710, 720, 730, 740, 750) als auch zur Überführung der Pouch-Batteriezellengehäuse (109) zwischen den Verarbeitungsstationen (710, 720, 730, 740, 750) im Rahmen des Prozesses zur Handhabung der Pouch-Batteriezellengehäuse (109) zu verwenden.
System (700) nach Anspruch 14, wobei zumindest eine der Verarbeitungsstationen (710 bis 750) einen oder mehrere Aktoren (711, 721, 731, 741, 751) aufweist, mittels dessen bzw. deren ein- oder mehrmaliger Betätigung eine jeweilige Kraft auf die jeweiligen ersten Teilbereiche (115) jeder der Trägervorrichtungen (105; 500) des Werkstückträgers (600) ausübbar ist, um eine der Verarbeitungsstation (710, 720, 730, 740, 750) zugeordnete vorbestimmte Konfiguration des jeweiligen Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) jeder der Trägervorrichtungen (105; 500) des Werkstückträgers (600) einzustellen.
System (700) nach Anspruch 15, wobei zumindest eine dieser Verarbeitungsstationen einen Saugmechanismus aufweist, der konfiguriert ist, während sich der Werkstückträger (600) an bzw. in dieser Verarbeitungsstation befindet, zumindest eine Seitenwand eines in der Halterung (108, 110) einer der Trägervorrichtungen (105; 500) gegebenenfalls vorhandenen Pouch-Batteriezellengehäuses anzusaugen, um so eine Einfüllöffnung des Pouch-Batteriezellengehäuses zu öffnen oder offen zu halten, so dass durch Betätigen des bzw. der Aktoren der Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) der Trägervorrichtung (105; 500) in eine Stellung gebracht werden kann, in der zumindest eines der Eingriffselemente (112a) des Eingriffsmechanismus (102a,b, 112, 112a,b) in die Einfüllöffnung eingreift bzw. eingreifen kann.
System (700) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei eine der Verarbeitungsstationen (710) zum Be- und/oder Entladen von Pouch-Batteriezellengehäusen (109) in die bzw. aus den Halterungen (108, 110) der Trägervorrichtungen (105; 500) des Werkstückträgers (600) konfiguriert ist, während sich die Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtungen (105; 500) jeweils in der Be- und Entladestellung befinden.
System (700) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei ist zumindest eine der Verarbeitungsstationen (720) konfiguriert ist, gegebenenfalls im Werkstückträger (600) vorhandene Pouch-Batteriezellengehäuse, die jeweils durch die Halterung (108, 110) einer zugeordneten der Trägervorrichtungen (105; 500) des Werkstückträgers (600) gehalten sind, mit einer Elektrolytflüssigkeit zu befüllen, insbesondere unter Verwendung einer Fülllanze, während sich die Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtungen (105; 500) des Werkstückträgers (600) jeweils in ihrer Füllstellung befinden.
System (700) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei zumindest eine der Verarbeitungsstationen (730) konfiguriert ist, gegebenenfalls im Werkstückträger (600) vorhandene Pouch-Batteriezellengehäuse, die jeweils durch die Halterung (108, 110) einer zugeordneten der Trägervorrichtungen (105; 500) des Werkstückträgers (600) gehalten sind, nach deren vorausgehender Befüllung mit einer Elektrolytflüssigkeit zu verschließen, insbesondere deren Einfüllöffnungen zu versiegeln, während sich die Eingriffsmechanismen der Trägervorrichtungen (105; 500) des Werkstückträgers (600) jeweils in einer von der Füllstellung verschiedenen Stellung befinden.