DE102022129681A1

DE102022129681A1 - Greifvorrichtung mit integrierter Strahlungsaktivierung

Info

Publication number: DE102022129681A1
Application number: DE102022129681.4A
Authority: DE
Inventors: Marten Rohde; Christoph Mette
Original assignee: Tesa SE
Current assignee: Tesa SE
Priority date: 2022-11-10
Filing date: 2022-11-10
Publication date: 2024-05-16
Also published as: WO2024100268A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung (10) zur Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten (12) unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen, umfassend: i) ein erstes Greifelement (14), ii) ein zweites Greifelement (16), und iii) einen das erste Greifelement (14) und das zweite Greifelement (16) verbindenden Greifmechanismus (18), wobei der Greifmechanismus (18) dazu eingerichtet ist, das erste Greifelement (14) und das zweite Greifelement (16) reversibel und zerstörungsfrei relativ zueinander zu bewegen, wobei die Greifvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, ein Substrat (12) zwischen dem ersten Greifelement (14) und dem zweiten Greifelement (16) zu greifen und dabei durch Bewegung des ersten Greifelements (14) und/oder des zweiten Greifelements (16) eine reversibel und zerstörungsfrei lösbare, formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zu dem gegriffenen Substrat (12) auszubilden, wobei das erste Greifelement (14) und/oder das zweite Greifelement (16) ein Aushärtungsgreifelement ist, wobei das oder die Aushärtungsgreifelemente einen Grundkörper (20) und eine Vielzahl von am Grundkörper (20) angeordneten UV-Strahlungsquellen (22) umfassen, die dazu eingerichtet sind, ein von der Greifvorrichtung (10) gegriffenes Substrat (12) mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, wobei die UV-Strahlungsquellen (22) das Intensitätsmaximum der Emission bei einer Wellenlänge λ im Bereich von 100 bis 400 nm aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zur Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen und ein darauf aufbauendes Verfahren zur Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen mit einer entsprechenden Greifvorrichtung. Offenbart wird überdies die Verwendung einer entsprechenden Greifvorrichtung zur Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen.
In zahlreichen modernen Fertigungsverfahren kommen heutzutage Klebemassen und Klebeelemente, wie beispielsweise Klebebänder, zum Einsatz. Die Verwendung entsprechender Klebetechnologien beschränkt sich dabei regelmäßig nicht bloß auf das Fügen separater Elemente durch das Erzeugen stoffschlüssiger Verbindungen. Vielmehr werden Klebemassen und entsprechende Klebeelemente auch für zahlreiche weitere Zwecke eingesetzt, wobei neben dem Abkleben von Öffnungen in Substraten insbesondere auch die Oberflächenmodifizierung von Substraten, d.h. deren Beklebung, eine große Rolle spielt. Hierbei werden die Oberflächeneigenschaften von Substraten gezielt durch das Bekleben mit Klebeelementen, beispielsweise selbstklebenden Folien, verändert.
Neben den aus dem Alltag besonders bekannten Haftklebebändern kommt hierbei im industriellen Kontext auch sogenannte reaktive Klebebänder zum Einsatz, deren reaktive Klebemasse unter bestimmten Bedingungen ausgehärtet werden kann. Entsprechende aushärtbare Klebemassen haben in dem für die Applikation vorgesehenen Zustand noch nicht ihren maximalen Vernetzungsgrad erreicht und können durch äußere Einflüsse ausgehärtet werden, indem die Polymerisation in der aushärtbaren Klebemasse initiiert und dadurch der Vernetzungsgrad erhöht wird. Hierbei verändern sich die mechanischen Eigenschaften der nunmehr ausgehärteten Klebemasse, wobei insbesondere die Viskosität, die Oberflächenhärte und die Festigkeit zunehmen.
Aushärtbare Klebemassen sind im Stand der Technik bekannt und können aus chemischer Sicht sehr unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Diesen aushärtbaren Klebemassen ist gemein, dass die Vernetzungsreaktion durch externe Einflussfaktoren ausgelöst werden kann, beispielsweise durch Energiezufuhr, insbesondere durch Temperatur-, Plasma- oder Strahlenhärtung, und/oder den Kontakt mit einer die Polymerisation fördernden Substanz, wie es beispielsweise bei feuchtigkeitshärtenden Klebemassen der Fall ist. Beispielhafte Klebemassen sind beispielsweise in der DE 102015222028 A1 , EP 3091059 A1 , EP 3126402 B1 , EP 2768919 B1 , DE 102018203894 A1 , WO 2017174303 A1 und US 4661542 A offenbart.
Durch die Aushärtung werden die eingesetzten Klebemassen zu festen und mechanisch belastbaren Werkstoffen. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, ein im unausgehärteten Zustand formbares und in vielen Fällen haftklebriges Klebeelement auf der Oberfläche eines Substrates auszuformen und in der gewünschten Position anzuordnen, um anschließend durch Aushärtung einen Strukturwerkstoff zu erzeugen.
Der Einsatz von entsprechenden reaktiven Klebebändern eignet sich dadurch ganz besonders, um auf der Oberfläche von damit beklebten Substraten gezielt eine Beschichtung aus dem ausgehärteten Klebeband zu erzeugen, welche das unterliegende Substrat bedeckt und die Oberflächeneigenschaften des Substrates an den bedeckten Stellen bestimmt. Der Einsatz von reaktiven Klebebändern kann dabei in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, um die beklebten Substrate mit einer Schutzschicht beziehungsweise einer Trennschicht zu versehen. Dieses Konzept wird in vielen Fertigungsbereichen verwendet, insbesondere auch in der Automobilindustrie. Eine besondere Bedeutung kommt der Erzeugung entsprechender Schutz- und/oder Trennschichten aus ausgehärteten Klebemassen jedoch dem Bereich der Batteriefertigung und Verarbeitung zu, bei der beispielsweise Batterieanordnungen aus einer Vielzahl an Batteriezellen für den Einsatz in Elektroautos zu größeren Anordnungen zusammengestellt werden.
Hierbei müssen die separaten Batteriezellen in der Anordnung voneinander getrennt werden, wobei neben einer thermischen Isolation insbesondere auch eine elektrische Isolation notwendig ist. Zur Umsetzung dieser elektrischen Isolation hat es sich bewährt, die entsprechenden Batteriezellen, insbesondere sogenannte prismatische Batteriezellen, mit einem Klebeelement zu bekleben, welches über eine reaktive Klebemasse verfügt, die nach Aushärtung zusammen mit der Trägerschicht des Klebeelementes eine elektrisch isolierende Schicht auf der Oberfläche ausbildet.
Trotz der unbestrittenen Anwendungsvorteile des Einsatzes reaktiver Klebebänder bei der Beklebung von Substratoberflächen gibt es auch Aspekte, die aus fertigungstechnischer Sicht zuweilen als nachteilig empfunden werden. Dies betrifft insbesondere den für die Aushärtung der reaktiven Klebebänder nötigen Aushärteschritt. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren muss das mit dem reaktiven Klebeelement beklebte Substrat vor der weiteren Verarbeitung regelmäßig in einem separaten Arbeitsschritt einer Aushärtung unterzogen werden. Insbesondere bei strahlungshärtenden aushärtbaren Klebemassen erfordert dies den Einsatz zusätzlicher Apparaturen, die die zur Aushärtung benötigte elektromagnetische Strahlung bereitstellen können, beispielsweise UV-Strahler. Hierbei muss das mit der aushärtbaren Klebemasse beklebte Substrat für eine ausreichende Zeit mit der entsprechenden elektromagnetischen Strahlung beaufschlagt werden, um die notwendige Festigkeit der ausgehärteten Klebemasse zu erreichen, bevor eine weitere Verarbeitung des derart beklebten Substrates effizient möglich ist.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Beklebung von Batteriezellen bedeutet dies beispielsweise regelmäßig, dass die Oberfläche der Batteriezellen mit einer reaktiven Klebefolie beklebt und anschließen in einem gesonderten Verarbeitungsschritt mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, ausgehärtet wird, bevor die entsprechende Batteriezelle mit einer Greifvorrichtung aufgenommen und umgesetzt werden kann, um diese der weiteren Verarbeitung zuzuführen.
Der zusätzliche Fertigungsschritt der Aushärtung wird somit insbesondere unter zeit- und kostentechnischen Gesichtspunkten regelmäßig als nachteilig empfunden. Zudem entsteht durch die zusätzlich erforderlichen Strahlungsquellen regelmäßig ein besonders hoher Platzbedarf an der Arbeitsstation. Zudem wird es regelmäßig als eine Herausforderung angesehen, die mit aushärtbarer Klebemasse beklebten Substrate hinreichend gleichmäßig mit der zur Aushärtung verwendeten elektromagnetischen Strahlung zu beaufschlagen.
Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen oder zumindest zu verringern.
Insbesondere war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein damit auszuführendes Verfahren anzugeben, mit dem die Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten in entsprechenden Fertigungsverfahren, insbesondere bei der Verarbeitung von Batteriezellen, zeit- und kosteneffizienter erfolgen kann.
Dabei war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die Zahl der notwendigen separaten Arbeitsschritte verringert werden sollte.
Zudem war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Bedarf an separaten Vorrichtungen, welche im anzugebenen Verfahren benötigt werden, zu minimieren.
Darüber hinaus war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass mit den anzugebenen Vorrichtungen und den entsprechenden Verfahren eine besonders zuverlässige und gleichmäßig Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen möglich sein sollte.
Zudem war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass mit der anzugebenen Vorrichtung und dem entsprechenden Verfahren die Prozesssicherheit verbessert werden sollte, wobei idealerweise zudem die Strahlungsbelastung für die Umwelt minimiert werden sollte.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nunmehr gefunden, dass sich die vorstehend beschriebenen Aufgaben lösen lassen, wenn die zur Aushärtung von UV-härtbaren Klebemassen benötigen UV-Strahlungsquellen in eines oder mehrere der Greifelemente einer Greifvorrichtung integriert werden, sodass ein von der Greifvorrichtung gegriffenes Substrat mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt werden kann, um die aushärtbare Klebemasse auf der Oberfläche des beklebten Substrats während der Handhabung des beklebten Substrates, beispielsweise während des Umsetzens und des Überführens zu einer weiteren Arbeitsstation, auszuhärten, wie es in den Ansprüchen definiert ist. Hierdurch ist es vorteilhafterweise möglich, die notwendige Aushärtung der aushärtbaren Klebemasse zeitgleich mit den ohnehin notwendigen „Handlings“-Schritten auszuführen, wobei aus der parallelen Ausführung zweier Arbeitsschritte erhebliche Zeit- und Kostenersparnisse erzielt werden können. Da durch die Integration der UV-Aktivierung in die Greifvorrichtung zudem lediglich nur noch eine Vorrichtung notwendig ist, kann der Platzbedarf reduziert werden. Die Anordnung der für die UV-Aktivierung notwendigen UV-Strahler in der Greifvorrichtung ermöglicht es dabei in vorteilhafter Weise, die UV-Strahler besonders nah und unter präzise definierten Bedingungen relativ zum Substrat anzuordnen, wodurch eine besonders kontrollierte, zuverlässige und gleichmäßige Aushärtung der aushärtbaren Klebemasse möglich wird, wobei ein unerwünschtes Abstrahlen von UV-Strahlung in die Umgebung reduziert werden kann.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden somit durch den Gegenstand der Erfindung gelöst, wie er in den Ansprüchen definiert ist. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungen.
Solche Ausführungsformen, die nachfolgend als bevorzugt bezeichnet sind, werden in besonders bevorzugten Ausführungsformen mit Merkmalen anderer als bevorzugt bezeichneter Ausführungsformen kombiniert. Ganz besonders bevorzugt sind somit Kombinationen von zwei oder mehr der nachfolgend als besonders bevorzugt bezeichneten Ausführungsformen. Ebenfalls bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen ein in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnetes Merkmal einer Ausführungsform mit einem oder mehreren weiteren Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert wird, die in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnet werden. Merkmale bevorzugter Verfahren und Verwendungen ergeben sich aus den Merkmalen bevorzugter Greifvorrichtungen.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Greifvorrichtung zur Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen, umfassend:

i) ein erstes Greifelement,
ii) ein zweites Greifelement, und
iii) einen das erste Greifelement und das zweite Greifelement verbindenden Greifmechanismus, wobei der Greifmechanismus dazu eingerichtet ist, das erste Greifelement und das zweite Greifelement reversibel und zerstörungsfrei relativ zueinander zu bewegen,
wobei die Greifvorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Substrat zwischen dem ersten Greifelement und dem zweiten Greifelement zu greifen und dabei durch Bewegung des ersten Greifelements und/oder des zweiten Greifelements eine reversibel und zerstörungsfrei lösbare, formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zu dem gegriffenen Substrat auszubilden,
wobei das erste Greifelement und/oder das zweite Greifelement ein Aushärtungsgreifelement ist, wobei das oder die Aushärtungsgreifelemente einen Grundkörper und eine Vielzahl von am Grundkörper angeordneten UV-Strahlungsquellen umfassen, die dazu eingerichtet sind, ein von der Greifvorrichtung gegriffenes Substrat mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen,
wobei die UV-Strahlungsquellen das Intensitätsmaximum der Emission bei einer Wellenlänge λ im Bereich von 100 bis 400 nm aufweisen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um eine Greifvorrichtung. Greifvorrichtungen, mit denen Substrate gegriffen und aufgenommen werden können, sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Entsprechende Greifvorrichtungen sind zur Handhabung von Substraten geeignet und können beispielsweise in Fertigungsstraßen verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Greifvorrichtung ist dazu geeignet, die Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemasse vorzunehmen, was durch die vorstehend definierten strukturellen Merkmale ermöglicht wird. Der Fachmann versteht insoweit, dass weder die aushärtbare Klebemasse noch das damit beklebte Substrat Teil der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung sind, sondern in der vorstehenden Offenbarung der Erfindung dazu dienen, die Funktionalität der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung zu definieren.
Die erfindungsgemäße Greifvorrichtung umfasst zumindest zwei Greifelemente, nämlich ein erstes und ein zweites Greifelement. In Übereinstimmung mit der fachmännischen Erwartung kann die Greifvorrichtung eine Greifbewegung durchführen. Hierzu umfasst die Greifvorrichtung einen Greifmechanismus, durch den die beiden Greifelemente unmittelbar oder mittelbar, bevorzugt unmittelbar, miteinander verbunden sind, und der dem Zweck dient, die Greifelemente relativ zueinander zu bewegen, sodass ein Öffnen und Schließen der Greifbewegung ermöglicht wird. Beispielhaft ist eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei der Greifmechanismus ein pneumatisch oder elektrisch betriebener Greifmechanismus ist.
Erfindungsgemäß ist die Greifvorrichtung dazu in der Lage, ein Substrat zu greifen. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis kann ein entsprechendes Greifen durch das Ausbilden einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung erfolgen. Eine formschlüssige Verbindung kann dabei beispielsweise dadurch erreicht werden, dass entsprechende Strukturelemente der Greifelemente in komplementäre Aufnahmen auf der Oberseite des zugreifenden Substrates eingreifen. Im Gegensatz hierzu kann eine kraftschlüssige Verbindung beispielsweise dadurch erhalten werden, dass die Greifelemente durch den Greifmechanismus so stark zusammengedrückt werden, dass ein dazwischen angeordnetes Substrat allein durch den Kraftschluss gehalten werden kann. Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei die Greifvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine zumindest teilweise, bevorzugt im Wesentlichen ausschließlich, kraftschlüssige Verbindung zu dem gegriffenen Substrat auszubilden.
Die erfindungsgemäße Greifvorrichtung ist hinsichtlich der Ausgestaltung des Greifmechanismus nicht beschränkt, sofern dieser die vorstehend beschriebene Grundfunktionalität ermöglicht. Nach Einschätzung der Erfinder ist es jedoch bevorzugt, wenn der Greifmechanismus beide Greifelemente bewegen kann, wobei insbesondere eine lineare Verschiebung bevorzugt ist, wie sie beispielsweise von sogenannten Parallelgreifern bekannt ist, da sich bei dieser Bewegungsform die Ausrichtung der UV-Strahlungsquellen während es Öffnens und Schließens besser steuern lässt, und insbesondere eine Ausgestaltung möglich ist, in der die UV-Strahlungsquellen während der Greifbewegung jeweils auf das gegenüberliegende Greifelement weisen, anstatt in den Raum hinein zu strahlen, sodass die Umwelt weniger mit UV-Strahlung belastet wird. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei der Greifmechanismus dazu eingerichtet ist, das erste Greifelement und das zweite Greifelement gleichzeitig zu bewegen, bevorzugt im Wesentlichen gleichförmig. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei der Greifmechanismus dazu eingerichtet ist, das erste Greifelement und/oder das zweite Greifelement, bevorzugt das erste Greifelement und das zweite Greifelement, entlang einer linearen Bewegungsrichtung oder um eine Rotationsachse herum, bevorzugt entlang einer linearen Bewegungsrichtung, zu bewegen.
In erfindungsgemäßen Greifvorrichtungen ist zumindest eines der Greifelemente in spezifischer Form ausgebildet, indem das entsprechende Greifelement am Grundkörper angeordnete UV-Strahlungsquellen umfasst. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden entsprechend ausgerüstete Greifelemente als Aushärtungsgreifelemente bezeichnet. Diese Bezeichnung basiert darauf, dass die entsprechenden Aushärtungsgreifelemente dazu eingerichtet sind, ein von der Greifvorrichtung gegriffenes Substrat mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, die von den UV-Strahlungsquellen bereitgestellt wird. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis emittieren die UV-Strahlungsquellen dabei elektromagnetische Strahlung mit einem Emissionsspektrum, dessen Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge im Bereich von 100 bis 400 nm liegt, d. h. im UV-Bereich.
Die erfindungsgemäße Greifvorrichtung dient insbesondere dazu, beklebte Substrate zu bewegen und während dieser Handhabung die darauf angeordneten aushärtbaren Klebemassen auszuhärten. Zu diesem Zweck können erfindungsgemäße Greifvorrichtungen insbesondere als Endeffektor ausgeführt werden, welche beispielsweise am Ende eines Roboterarms eingesetzt werden können, sodass der resultierende Roboter ein mit der aushärtbaren Klebemasse beschichtetes Substrat greifen und versetzen kann, während er die aushärtbare Klebemasse gleichzeitig durch UV-Strahlung aushärtet. Bevorzugt ist entsprechend auch eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei die Greifvorrichtung eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung der Greifvorrichtung an einer automatisierten Bewegungsvorrichtung, bevorzugt einem Roboterarm, umfasst, wobei die Befestigungsvorrichtung bevorzugt am Greifmechanismus angeordnet ist, und/oder wobei die Greifvorrichtung eine automatisierte Bewegungsvorrichtung, bevorzugt einem Roboterarm, umfasst, wobei die automatisierte Bewegungsvorrichtung bevorzugt über eine Befestigungsvorrichtung an dem Greifmechanismus befestigt ist.
Prinzipiell kann die Form der Greifelemente relativ flexibel gewählt werden, wobei es nach Einschätzung der Erfinder besonders bevorzugt ist, eine im Wesentlichen plattenförmige Grundform vorzusehen, da auf dieser die UV-Strahlungsquellen besonders effizient angeordnet werden können. Zudem weisen die zu handhabenden Substrate, insbesondere prismatische Batteriezellen, regelmäßig vieleckige, flache Seiten auf, die durch plattenförmige Greifelemente besonders effizient kraftschlüssig kontaktiert werden können. Bevorzugt ist folglich eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei das erste Greifelement und/oder das zweite Greifelement, bevorzugt das erste Greifelement und das zweite Greifelement plattenförmig sind. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei für zumindest ein Aushärtungsgreifelement, bevorzugt für sämtliche Aushärtungsgreifelemente, die in Richtung des zu bestrahlenden Substrats weisende Oberfläche des Grundkörpers ein kreisförmige oder mehreckige, bevorzugt mehreckige, insbesondere viereckige, Grundform aufweist.
Für zahlreiche Anwendungen ist es ausreichend, wenn die erfindungsgemäße Greifvorrichtung lediglich ein Aushärtungsgreifelement umfasst. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, Substrate bei der Handhabung auszuhärten, die auf lediglich einer Seite mit einer aushärtbaren Klebemasse beklebt sind. Entsprechende Greifvorrichtungen sind dabei konstruktiv vergleichsweise einfach ausführbar. Sofern die zu handhabenden Substrate jedoch an mehreren Stellen mit einer aushärtbaren Klebemasse beschichtet sind, ist mit einer Greifvorrichtung, welche lediglich ein Aushärtungsgreifelement umfasst, in vielen Fällen keine ganzheitliche Härtung möglich, sodass beispielsweise nach Aushärtung einer Seite ein Umfassen stattfinden müsste. Vor diesem Hintergrund erachten es die Erfinder für im Wesentlichen alle Ausgestaltungen für vorteilhaft, wenn zumindest zwei Aushärtungsgreifelemente vorgesehen werden. Besonders bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei das erste Greifelement und das zweite Greifelement Aushärtungsgreifelemente sind. Insbesondere bevorzugt ist dabei eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei die Greifvorrichtung zumindest zwei Aushärtungsgreifelemente umfasst, wobei sich die Zahl der jeweils an den jeweiligen Grundkörpern angeordneten UV-Strahlungsquellen um 20 % oder weniger, bevorzugt 10 % oder weniger, besonders bevorzugt 5 % oder weniger, ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen gar nicht, unterscheidet. Ganz besonders bevorzugt ist dabei eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei die Greifvorrichtung zumindest zwei Aushärtungsgreifelemente umfasst, wobei die Aushärtungsgreifelemente im Wesentlichen identisch ausgeführt sind.
Um auch bei einem engen Anliegen der Aushärtungsgreifelemente an dem Substrat in einer kraftschlüssigen Verbindung eine gleichmäßige Aushärtung über größere Flächen zu gewährleisten, wird in den Aushärtungsgreifelementen erfindungsgemäß einer Vielzahl von UV-Strahlungsquellen vorgesehen. Insoweit schlagen die Erfinder besonders vorteilhafte Ausgestaltungen für die Anordnung dieser Elemente vor. Bevorzugt ist nämlich eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement, bevorzugt sämtliche Aushärtungsgreifelemente, 10 oder mehr, bevorzugt 50 oder mehr, besonders bevorzugt 100 oder mehr, ganz besonders bevorzugt 200 oder mehr, insbesondere bevorzugt 300 oder mehr, UV-Strahlungsquellen umfassen. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei die UV-Strahlungsquellen in zumindest einem Aushärtungsgreifelement, bevorzugt in sämtliche Aushärtungsgreifelementen, zu benachbarten UV-Strahlungsquellen einen mittleren Abstand im Bereich von 0,5 bis 2 cm, bevorzugt im Bereich von 0,75 bis 1,5 cm, aufweisen. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei die UV-Strahlungsquellen in 2 oder mehr, bevorzugt 4 oder mehr, besonders bevorzugt 8 oder mehr, Elementreihen aus 5 oder mehr, bevorzugt 10 oder mehr, besonders bevorzugt 15 oder mehr, UV-Strahlungsquellen, angeordnet sind, wobei die Elementreihen bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement, bevorzugt sämtliche Aushärtungsgreifelemente, auf der in Richtung des zu bestrahlenden Substrats weisenden Oberfläche des Grundkörpers einen Strahlungsbereich umfasst, wobei die UV-Strahlungsquellen bevorzugt so am Grundkörper angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen gleichmäßig im Strahlungsbereich verteilt sind.
Der Fachmann versteht, dass es in der praktischen Umsetzung zweckmäßig sein wird, einen direkten Kontakt der UV-Strahlungsquellen mit dem Substrat beziehungsweise der aushärtbaren Klebemasse zu vermeiden, beziehungsweise zum Zwecke einer effizienten Bestrahlung größerer Oberflächen einen gewissen Abstand zwischen den UV-Strahlungsquellen und dem gegriffenen Substrat vorzusehen. Die Erfinder erachten insoweit insbesondere zwei Ausgestaltungen für besonders vorteilhaft, wobei diese zumindest prinzipiell auch miteinander kombiniert werden können.
In einer ersten Ausführungsform erfolgt die Bestrahlung des gegriffenen Substrates dabei durch Löcher in der in Richtung des Substrates weisenden Oberfläche hindurch, sodass die UV-Strahlungsquellen entsprechend auf der vom Substrat abgewandten Seite angeordnet werden können und quasi durch den Grundkörper hindurch leuchten. Bevorzugt ist in dieser Ausgestaltung eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement, bevorzugt sämtliche Aushärtungsgreifelemente, auf der in Richtung des zu bestrahlenden Substrats weisenden Oberfläche des Grundkörpers eine Vielzahl an durchgehenden Ausnehmungen umfasst, wobei die UV-Strahlungsquellen zumindest teilweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig so auf der vom zu bestrahlenden Substrat abgewandten Seite des Grundkörpers angeordnet sind, dass diese ein von der Greifvorrichtung gegriffenes Substrat durch die durchgehenden Ausnehmungen hindurch mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlen können.
In einer demgegenüber bevorzugten Ausgestaltung sind die UV-Strahlungsquellen jedoch im Grundkörper versenkt und in einer oder mehreren Vertiefungen angeordnet, die zweckmäßigerweise mit einer Deckscheibe belegt werden können, um auf der für den Kontakt mit dem Substrat vorgesehenen Seite eine glatte Kontaktfläche zu schaffen. Nach Einschätzung der Erfinder ist dabei insbesondere eine Ausgestaltung vorteilhaft, in der sämtliche UV-Strahlungsquellen in einer großen, sich über wesentliche Teile der vorgesehenen Kontaktfläche ersteckenden einzelnen Aufnahmevertiefung angeordnet sind, bevorzugt wie vorstehend erläutert, sodass die Abgrenzungen der Aufnahmevertiefung besonders bevorzugt den Abgrenzungen des Strahlungsbereiches entsprechen. Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement, bevorzugt sämtliche Aushärtungsgreifelemente, auf der in Richtung des zu bestrahlenden Substrats weisenden Oberfläche des Grundkörpers zumindest eine Aufnahmevertiefung im Grundkörper umfassen, wobei die UV-Strahlungsquellen zumindest teilweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig, in der Aufnahmevertiefung angeordnet sind, wobei die Aufnahmevertiefung bevorzugt durch eine transparente Deckscheibe bedeckt wird.
Die Erfinder erachten es als besonders vorteilhaft, wenn die Aushärtungsgreifelemente mit Abstandhalteelementen versehen werden, durch die ein vorgegebener Abstand zu dem gegriffenen Substrat eingestellt werden kann und durch die zudem eine direkte Kontaktierung der Substratoberfläche mit der Oberfläche der Aushärtungsgreifelemente verhindert werden kann. Neben einer optimalen Einstellung des Abstandes der Strahlungselemente zum gegriffenen Substrat lässt sich dadurch insbesondere ein direkter Kontakt mit den UV-Strahlungsquellen beziehungsweise einer diese UV-Strahlungsquellen bedeckenden Deckscheibe vermeiden, sodass eine ungewünschte Verunreinigung dieser Elemente zuverlässig vermieden werden kann. Die Abstandshalteelemente können dabei besonders bevorzugt als Gummiringe oder ähnliche Elemente ausgebildet werden, wobei die elastischen Eigenschaften entsprechender Abstandshalteelemente in vorteilhafter Weise dazu beitragen, dass das Substrat von der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung besonders schonend gegriffen werden kann. Zudem weisen zahlreiche Gummiwerkstoffe zu vielen Substraten eine vorteilhaft hohe Reibung auf, sodass der Einsatz von Abstandshalteelementen aus Gummiwerkstoffen durch die entstehende Reibung die Ausbildung einer kraftschlüssigen Verbindung beim Greifen befördert. Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement, bevorzugt sämtliche Aushärtungsgreifelemente, auf der in Richtung des zu bestrahlenden Substrats weisenden Oberfläche des Grundkörpers ein Abstandshalteelement, bevorzugt aus einem elastomeren Kunststoff, insbesondere einem Gummiwerkstoff, umfassen, wobei das Abstandshalteelement dazu eingerichtet ist, einen Mindestabstand zwischen der in Richtung des zu bestrahlenden Substrats weisenden Oberfläche des Grundkörpers und dem Substrat zu gewährleisten, wobei sich das Abstandshalteelement bevorzugt als umlaufendes elastomeres Kunststoffelement um den von den UV-Strahlungsquellen gebildeten Strahlungsbereich herum erstreckt.
Den Erfindern ist es gelungen, besonders geeignete Werte für den Abstand zwischen den UV-Strahlungsquellen und dem gegriffenen Substrat anzugeben, mit denen sich in der Praxis bei der Aushärtung während der Handhabung besonders gute Ergebnisse erzielen lassen. Bevorzugt ist nämlich eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement, bevorzugt sämtliche Aushärtungsgreifelemente, so ausgelegt ist, dass die UV-Strahlungsquellen nach Greifen eines Substrates zu der Oberfläche des gegriffenen Substrates einen mittleren Abstand im Bereich von 0,1 bis 50 mm, bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 20 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 10 mm, aufweisen.
Um eine möglichst energieeffiziente Aushärtung zu ermöglichen, schlagen die Erfinder vor, dass die in Richtung des Substrates weisende Oberfläche des Grundkörpers zusätzlich zu den UV-Strahlungselementen auch mit strahlungsreflektierenden Elementen, beispielsweise spiegelnden Flächen, ausgerüstet werden kann, um die von den UV-Strahlungsquellen imitierte Strahlung, welche nicht das Substrat treffen würde, doch noch auf das Substrat zu reflektieren, insbesondere bei Verwendung von zwei oder mehr Aushärtungsgreifelemente, welche aufeinander gerichtet sind, so dass beispielsweise auch UV-Strahlung eines gegenüberliegenden Aushärtungsgreifelementes wieder auf das Substrat reflektiert werden kann. Bevorzugt ist somit eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement, bevorzugt sämtliche Aushärtungsgreifelemente, auf der in Richtung des zu bestrahlenden Substrats weisenden Oberfläche des Grundkörpers abschnittweise mit strahlungsreflektierenden Elementen, insbesondere Spiegeln, versehen ist, wobei die strahlungsreflektierenden Elemente bevorzugt aus Polytetrafluorethylen bestehen oder damit beschichtet sind.
In Abhängigkeit davon, welche UV-Strahlungsquellen eingesetzt werden, kann es in erfindungsgemäßen Greifvorrichtungen zu einem Temperaturaufbau kommen. Vor diesem Hintergrund schlagen die Erfinder vor, dass die Strahlungsvorrichtung mit Kühlelementen ausgerüstet werden kann, um eine ungewollt starke Temperaturerhöhung zu kompensieren. Bevorzugt ist in diesem Fall eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement, bevorzugt sämtliche Aushärtungsgreifelemente, ein oder mehrere Kühlelemente zur Kühlung der Strahlungsvorrichtung umfasst, bevorzugt passive Kühlelemente.
Den Erfindern ist es gelungen, ausgehend von der vorstehend beschriebenen Idee eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erfindungsgemäßer Greifvorrichtungen zu identifizieren. Die Integration der Aushärtefunktionalität durch die Aufnahme von UV-Strahlungsquellen in die Greifelemente einer Greifvorrichtung kann in besonders vorteilhaften Ausgestaltungen auch um eine optische Detektionseinheit ergänzt werden, beispielsweise eine Kamera, die so ausgerichtet ist, dass sie Bildinformationen des gegriffenen Substrates registrieren kann. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft in Kombination mit bestimmten aushärtbaren Klebemassen, welche einen Farbstoff umfassen, dessen Absorptionsverhalten und damit Farbeindruck sich im Zuge der Aushärtungsreaktion der aushärtbaren Klebemasse verändert. In den entsprechenden erfindungsgemäßen Greifvorrichtungen ist es insoweit möglich, durch die integrierte optische Detektionseinheit durch Registrieren der Absorptionseigenschaften der aushärtbaren Klebemasse eine Information über den Aushärtungszustand des gegriffenen Substrates zu erhalten. Die aushärtbaren Klebemassen können vorteilhafterweise so ausgeführt werden, dass der Farbumschlag nach Erreichen einer vorgegebenen Mindestaushärtung erfolgt. Entsprechend kann mit erfindungsgemäßen Greifvorrichtungen ein gegriffenes Substrat aufgenommen und beispielsweise versetzt werden, wobei das gegriffene Substrat von der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung erst dann freigegeben wird, wenn die zeitgleich erfolgende UV-Aushärtung zu einer hinreichenden Aushärtung der aushärtbaren Klebemasse geführt hat, die die angestrebte weitere Bearbeitung ermöglicht. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement, bevorzugt sämtliche Aushärtungsgreifelemente, zumindest eine optische Detektionseinheit, bevorzugt eine Kamera oder ein Farbsensor, umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine bei der Aushärtung der aushärtbaren Klebemasse auftretende Änderung im Absorptionsverhalten der aushärtbaren Klebemasse zu detektieren. Besonders bevorzugt ist dabei eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei die zumindest eine optische Detektionseinheit auf der in Richtung des zu bestrahlenden Substrats weisenden Oberfläche des Grundkörpers angeordnet ist, bevorzugt innerhalb, insbesondere zentral innerhalb, des von den UV-Strahlungsquellen gebildeten Strahlungsbereichs.
Die vorstehende Definition der UV-Strahlungsquellen über das Intensitätsmaximum der Emission ist dabei in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis zweckmäßig, da viele Strahlungsquellen, beispielsweise übliche Leuchten, in ihrem Emissionsspektrum auch Anteile im UV-Bereich aufweisen können. Der Fachmann versteht im Lichte der vorstehenden Definition jedoch zwanglos, dass es sich bei den UV-Strahlungsquellen UV-Strahler handelt, deren Emissionsspektrum elektromagnetische Strahlung im definierten Wellenlängenbereich nicht nur als Nebenbestandteil umfasst, sondern vielmehr die maximale Intensität der Emission bei dieser Wellenlänge aufweist. Vor diesem Hintergrund versteht der Fachmann auch, dass die entsprechenden UV-Strahlungsquellen insbesondere dezidierte UV-Lampe bzw. UV-LED sind, wobei letztere insbesondere bevorzugt sind. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei die UV-Strahlungsquellen UV-LED sind. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung, wobei die UV-Strahlungsquellen das Intensitätsmaximum der Emission bei einer Wellenlänge λ im Bereich von 200 bis 390 nm, bevorzugt im Bereich von 300 bis 380 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 350 bis 370 nm, aufweisen.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen mit einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung, umfassend die Verfahrensschritte:

a) Herstellen oder Bereitstellen eines mit einer aushärtbaren Klebemasse beklebten Substrates,
b) Greifen des beklebten Substrates zwischen dem ersten Greifelement und dem zweiten Greifelement der Greifvorrichtung unter Ausbildung einer reversibel und zerstörungsfrei lösbaren, formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zu dem gegriffenen Substrat,
c) Bestrahlen des von der Greifvorrichtung gegriffenes Substrat mit von den UV-Strahlungsquellen der Aushärtungsgreifelemente emittierter elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge λ im Bereich von 100 bis 400 nm zur Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen und zum Erhalt eines Substrates mit ausgehärteter Klebemasse, und
d) Auflösen der reversibel und zerstörungsfrei lösbaren, formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Greifvorrichtung und dem Substrat mit ausgehärteter Klebemasse.

Der Fachmann versteht, dass es sich in der Praxis zumeist um ein erfindungsgemäßes Verfahren handeln wird, wobei das Aushärten der aushärtbaren Klebemasse mit elektromagnetischer Strahlung erfolgt, deren Intensitätsmaximum bei der Wellenlänge λ liegt. Bevorzugt ist analog zu den vorstehenden Ausführungen ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Aushärten der aushärtbaren Klebemasse mit elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge λ im Bereich von 200 bis 390 nm, bevorzugt im Bereich von 300 bis 380 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 350 bis 370 nm, erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Handhabung und Beklebung von prismatischen Batteriezellen. Bevorzugt ist entsprechend auch ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Substrat eine Batteriezelle, bevorzugt eine prismatische Batteriezelle, ist.
Für die meisten Fälle relevant ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Position des gegriffenen Substrates während Verfahrensschritt c) durch die Greifvorrichtung verändert wird, wobei das gegriffene Substrat bevorzugt von einer Arbeitsstation eines Fertigungsprozesses zu einer anderen Arbeitsstation transferiert wird.
Den Erfindern ist es gelungen, bevorzugte Aushärtungsbedingungen zu identifizieren, mit denen sich in erfindungsgemäßen Verfahren für eine breite Palette von typischen aushärtbaren Klebeelementen ausgezeichnete Ergebnisse erzielen lassen, wobei die Erfinder vorschlagen, dass die Anpassung erfindungsgemäßer Verfahren an die jeweiligen Anwendungserfordernisse der Praxis ausgehend von diesen Werten erfolgen kann. Bevorzugt ist nämlich ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Bestrahlen mit einer Strahlungsdosis im Bereich von 1 bis 12 J/cm², bevorzugt im Bereich von 2 bis 11 J/cm², besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 J/cm², erfolgt. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Aushärten der aushärtbaren Klebemasse für eine Zeit im Bereich von 0,5 bis 60 s, bevorzugt 1 bis 30 s, besonders bevorzugt 2 bis 15 s, erfolgt.
Es kann als großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gesehen werden, dass dieses hinsichtlich der eingesetzten aushärtbaren Klebeelemente sehr flexibel ist, sofern diese, wie vorstehend definiert, mit der von den UV-Strahlungsquellen emittierten elektromagnetischen Strahlung ausgehärtet werden kann. In anderen Worten handelt es sich um ein erfindungsgemäßes Verfahren handelt, wobei die aushärtbare Klebemasse eine strahlungshärtende Klebemasse, insbesondere eine UV-härtbare Klebemasse, ist, wobei die strahlungshärtende Klebemasse bevorzugt durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 100 bis 400 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 200 bis 390 nm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 300 bis 380 nm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 350 bis 370 nm, aushärtbar ist.
In der Praxis werden viele der aushärtbaren Klebeelemente bereits aus handhabungstechnischen Gründen neben der Klebeschicht auch eine Trägerschicht umfassen. Der Fachmann versteht insoweit, dass diese Trägerschicht zumeist zwischen der auszuhärtenden Klebemasse und den UV-Strahlungsquellen angeordnet sein wird, wenn die erfindungsgemäße Greifvorrichtung das derart beschichtete Substrat greift. Insofern sollte die Trägerschicht in den meisten Fällen so ausgestaltet werden, dass die strahlungsbasierte Aushärtbarkeit gewährleistet bleibt. Dies ist beispielsweise durch den Einsatz von porösen Materialien möglich, wobei jedoch Ausgestaltungen mit einer Trägerschicht bevorzugt sind, die für die eingesetzte Wellenlänge zumindest teilweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig, transparent sind, wie es beispielsweise mit geeigneten Kunststofffolien umsetzbar ist. Bevorzugt ist demgemäß ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Substrat mit einem aushärtbaren Klebeelement, bevorzugt einer aushärtbaren Klebefolie, beklebt ist, wobei das aushärtbare Klebeelement umfasst:

x) eine Klebeschicht aus der aushärtbaren Klebemasse, und
y) eine Trägerschicht, wobei die Trägerschicht für die elektromagnetische Strahlung der Wellenlänge λ zumindest teilweise transparent ist.

Der Fachmann versteht, dass der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin besteht, dass das gegriffene Substrat mit den UV-Strahlungsquellen ausgehärtet werden kann. Entsprechend wird es als besonders vorteilhaft erachtet, diese Aushärtung während der Handhabung auch hinreichend weit zu treiben, sodass das resultierende Substrat mit der ausgehärteten Klebemasse anschließend in vorteilhafter Weise weiterverarbeitet werden kann. Bevorzugt ist demgemäß ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die aushärtbare Klebemasse in Verfahrensschritt c) zu mehr als 50 %, bevorzugt zu mehr als 70 %, besonders bevorzugt zu mehr als 90 %, ganz besonders bevorzugt zu mehr als 95 %, ausgehärtet wird, bezogen auf den maximal möglichen Aushärtegrad.
Mit Blick auf die Handhabungseigenschaft beim Bekleben des Substrates ist es für im Wesentlichen alle Ausführungsformen bevorzugt, wenn die aushärtbare Klebemasse als Haftklebemasse ausgeführt wird, da hierdurch bereits vor der Aushärtung eine leichte Positionierung und Fixierung der entsprechenden aushärtbaren Klebeelemente auf dem Substrat möglich ist, wobei zudem auch eine Repositionierung der Klebeelemente möglich ist, um bei Bedarf beispielsweise Fehler in der Positionierung zu korrigieren. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die aushärtbare Klebemasse eine Haftklebemasse ist.
Eine Haftklebemasse ist in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis, unabhängig von einer etwaigen Aushärtbarkeit, eine Klebemasse, die über haftklebrige Eigenschaften verfügt, d.h. über die Eigenschaft bereits unter relativ schwachem Andruck eine dauerhafte Verbindung zu einem Haftgrund einzugehen. Entsprechende Haftklebebänder sind üblicherweise nach Gebrauch im Wesentlichen rückstandsfrei vom Haftgrund wieder ablösbar und in der Regel schon bei Raumtemperatur permanent eigenklebrig, was bedeutet, dass sie eine gewisse Viskosität und Anfassklebrigkeit aufweisen, sodass sie die Oberfläche eines Untergrunds bereits bei geringem Andruck benetzen. Die Haftklebrigkeit eines Haftklebebandes ergibt sich daraus, dass als Klebemasse eine Haftklebemasse verwendet wird. Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen, wird häufig davon ausgegangen, dass eine Haftklebemasse als extrem hochviskose Flüssigkeit mit einem elastischen Anteil betrachtet werden kann, die demzufolge charakteristische viskoelastische Eigenschaften aufweist, die zu der vorstehend beschriebenen dauerhaften Eigenklebrigkeit und Haftklebefähigkeit führen. Man geht davon aus, dass es bei entsprechenden Haftklebemassen bei mechanischer Deformation sowohl zu viskosen Fließprozessen als auch zum Aufbau elastischer Rückstellkräfte kommt. Der anteilige viskose Fluss dient dabei zur Erzielung von Adhäsion, während die anteiligen elastischen Rückstellkräfte insbesondere zur Erzielung von Kohäsion notwendig sind. Die Zusammenhänge zwischen der Rheologie und der Haftklebrigkeit sind im Stand der Technik bekannt und beispielsweise in „Satas, Handbook of Pressure Sensitive Adhesives Technology", Third Edition, (1999), Seiten 153 bis 203, beschrieben. Zur Charakterisierung des Maßes an elastischem und viskosem Anteil werden üblicherweise der Speichermodul (G') und der Verlustmodul (G'') herangezogen, die mittels dynamisch mechanischer Analyse (DMA), beispielsweise unter Verwendung eines Rheometers, ermittelt werden können, wie es beispielsweise in der WO 2015/189323 offenbart wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Klebemasse vorzugsweise dann als haftklebrig und somit als Haftklebemasse verstanden, wenn bei einer Temperatur von 23 °C im Deformationsfrequenzbereich von 10° bis 10¹ rad/sec G' und G'' jeweils zumindest zum Teil im Bereich von 10³ bis 10⁷ Pa liegen.
Wie vorstehend erläutert, umfassen besonders bevorzugte erfindungsgemäße Greifvorrichtungen eine optische Detektionseinheit, mit der bei aushärtbaren Klebemassen, bei denen die Farbeigenschaften vom erreichten Aushärtungsgrad abhängen, der Grad der Aushärtung während der Handhabung beziehungsweise der Bestrahlung mit UV-Strahlung bestimmt werden kann. Hierdurch werden eine besonders effiziente Verfahrensführung und eine integrierte Qualitätskontrolle ermöglicht, insbesondere bei einer automatisierten und sensorgesteuerten Verfahrenssteuerung. Entsprechend ist es ganz besonders bevorzugt, eine entsprechende aushärtbare Klebemasse einzusetzen. Darüber hinaus ist den Erfindern gelungen, besonders bevorzugte Ausgestaltungen für die einzusetzenden aushärtbaren Klebemassen zu identifizieren, mit denen sich im erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung erfindungsgemäßer Greifvorrichtungen ausgezeichnete Ergebnisse erhalten lassen. Bevorzugt ist zunächst ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die aushärtbare Klebemasse umfasst:

x1) ein oder mehrere (Co-)Polymere,
x2) eine oder mehrere polymerisierbare Epoxid-Verbindungen, und
x3) einen oder mehrere kationische Initiatoren,
sowie bevorzugt
x4) einen oder mehrere pH-Farbindikatoren mit zumindest einem pH-abhängigen Farbumschlag.

Bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die aushärtbare Klebemasse so zusammengesetzt ist, dass ein pH-abhängiger Farbumschlag des einen oder der mehreren pH-Farbindikatoren während der kationischen Aushärtung der aushärtbaren erfolgt.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der kombinierte Massenanteil der (Co-)Polymere in der aushärtbaren Klebemasse 25 % oder mehr, bevorzugt 30 % oder mehr, besonders bevorzugt 35 % oder mehr, beträgt, bezogen auf die Masse der aushärtbaren Klebemasse.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das eine oder die mehreren (Co-)Polymere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Poly(meth)acrylaten, Polyurethanen, Polyvinylacetalen, wie z.B. Polyvinylbutyral, Polysiloxanen, Synthesekautschuken, Polyestern, Phenoxypolymeren, Polyvinylalkoholen, Polyvinylalkoholcopolymere, und Alken-Vinylacetat-Copolymeren, bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Poly(meth)acrylaten, Phenoxypolymeren, Polyvinylalkoholen, Polyvinylalkoholcopolymeren, Polyvinylacetalen, wie z.B. Polyvinylbutyral, und Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren (EVA oder EVAC, Poly(ethylen-co-vinylacetat)), insbesondere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Poly(meth)acrylaten, Phenoxypolymeren und Ethylen-Vinylacetatcopolymeren.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ zudem ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die eine oder die mehreren polymerisierbaren Epoxid-Verbindungen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Epoxid-Verbindungen mit zumindest einer cycloaliphatischen Gruppe, insbesondere einer Cyclohexylgruppe oder Dicyclopentadienylgruppe, und/oder wobei die eine oder die mehreren polymerisierbaren Epoxid-Verbindungen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Bisphenol-A-Diglycidylethern und Bisphenol-F-Diglycidylethern, bevorzugt Bisphenol-A-Diglycidylethern.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ebenfalls ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der kombinierte Massenanteil der polymerisierbaren Epoxid-Verbindungen in der aushärtbaren Klebemasse im Bereich von 35 bis 95 %, bevorzugt im Bereich von 40 bis 90 %, besonders bevorzugt im Bereich von 45 bis 85 %, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 80 %, liegt, bezogen auf die Masse der aushärtbaren Klebemasse
Für im Wesentlichen alle Anwendungsfälle bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der eine oder die mehreren kationischen Initiatoren ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus strahlungsaktivierten Initiatoren. Besonders bevorzugt ist dabei auch ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der kombinierte Massenanteil der kationischen Initiatoren in der aushärtbaren Klebemasse im Bereich von 0,1 bis 7 %, bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 5 %, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 4 %, liegt, bezogen auf die Masse der aushärtbaren Klebemasse.
Offenbart wird abschließend auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung bei der Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen, zu Steigerung der Zeit- und/oder Kosteneffizienz in der Verarbeitung von Batteriezellen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
2 eine schematische Darstellung von Teilen der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung der 1 in einer Seitenansicht;
3 eine schematische Darstellung von Teilen einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung in einer alternativ bevorzugten Ausführungsform in einer Seitenansicht; und
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung im Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung 10 zur Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten 12 unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen in einer bevorzugten Ausführungsform. Die Greifvorrichtung 10 umfasst ein erstes Greifelement 14, ein zweites Greifelement 16 und einen elektrisch betriebenen Greifmechanismus 18 mit einer daran angeordneten Befestigungsvorrichtung 24 zur Befestigung der Greifvorrichtung 10 an einem Roboterarm. Der Greifmechanismus 18 verbindet das erste Greifelement 14 und das zweite Greifelement 16 derart, dass eine reversible und zerstörungsfreie Öffnungs- und Schließbewegung der Greifelemente relativ zueinander ermöglicht wird.
Sowohl das erste Greifelement 14 als auch das zweite Greifelement 16 sind im gezeigten Beispiel als plattenförmige Aushärtungsgreifelemente ausgebildet, die an einer Seite des rechteckigen Grundkörpers 20 in einer Aufnahmevertiefung 26 eine Vielzahl von UV-Strahlungsquellen 22 umfassen, welche gemeinsam einen Strahlungsbereich aufspannen. Das erste Greifelement 14 und das zweite Greifelement 16 sind dabei gleichartig ausgebildet, sodass sich insbesondere die Anzahl der UV-Strahlungsquellen 22 sowie die Größe des Strahlungsbereiches nicht unterscheidet.
2 zeigt eine Draufsicht auf eines der Aushärtungsgreifelemente der Greifvorrichtung 10. In dieser Ausgestaltung sind die UV-Strahlungsquellen 22 in vierzehn zueinander parallelen Elementreihen aus je fünfundzwanzig UV-Strahlungsquellen 22 angeordnet, sodass jedes Aushärtungsgreifelement insgesamt 364 UV-Strahlungsquellen 22 umfasst, welche gleichmäßig in der Aufnahmevertiefung 26 angeordnet sind und von einer transparenten Deckscheibe (nicht gezeigt) bedeckt werden. Die als UV-LEDs ausgebildeten UV-Strahlungsquellen 22 weisen im gezeigten Beispiel ein Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge von etwa 365 nm auf.
Das bevorzugte Aushärtungsgreifelement der 2 umfasst zudem ein die Aufnahmevertiefung 26 umgebendes, umlaufendes Abstandshalteelement 28, welches aus einem Gummiwerkstoff ausgebildet ist und beim Greifen das Substrat kontaktiert.
3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Aushärtungsgreifelementes, wie es in einer bevorzugten erfindungsgemäßen Greifvorrichtung 10 eingesetzt werden kann. Dieses Aushärtungsgreifelement umfasst gegenüber der Ausgestaltung der 2 eine als Kamera ausgebildete optische Detektionseinheit 30, welche mittig in der Aufnahmevertiefung 26 zwischen den UV-Strahlungsquellen 22 angeordnet ist. Die optische Detektionseinheit 30 ist dazu eingerichtet, eine bei der Aushärtung der aushärtbaren Klebemasse auftretende Änderung im Absorptionsverhalten der aushärtbaren Klebemasse zu detektieren.
4 zeigt die erfindungsgemäße Greifvorrichtung 10 im Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten 12 unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen. Im gezeigten Beispiel ist das Substrat 12 als prismatische Energiezelle ausgeführt, welche beidseitig mit einer aushärtbaren Klebemasse in Form einer reaktiven Klebefolie beklebt ist. Die Klebefolie umfasst neben einer Klebeschicht aus der aushärtbaren Klebemasse auch eine Trägerschicht, welche zweckmäßigerweise für die von den UV-Strahlungsquellen 22 der Greifvorrichtung 10 emittierte UV-Strahlung durchlässig ist.
Die aushärtbare Klebemasse der Klebefolie ist beispielsweise eine durch die von den UV-Strahlungsquellen 22 der Greifvorrichtung 10 emittierte UV-Strahlung härtbare Epoxid-basierte Haftklebemasse, die einen pH-Farbindikatoren mit zumindest einem pH-abhängigen Farbumschlag umfasst.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens greifen die Greifelemente 14, 16 der Greifvorrichtung 10 das Substrat 12 derart, dass eine reversibel und zerstörungsfrei lösbare kraftschlüssige Verbindung mit der Batteriezelle ausgebildet wird, indem das erste Greifelement 14 und das zweite Greifelement 16 vom Greifmechanismus 18 nach Art eines Parallelgreifers gleichzeitig und gleichförmig entlang einer linearen Bewegungsrichtung bewegt werden.
Im Anschluss wird das Substrat 12 mithilfe der UV-Strahlungsquellen 22 des ersten Greifelements 14 und des zweiten Greifelements 16 mit geeigneter UV-Strahlung bestrahlt, um die aushärtbare Klebemasse auf der Oberfläche der prismatischen Energiezelle auszuhärten. Die Bestrahlung erfolgt beispielsweise mit einer Strahlungsdosis von 8 J/cm² für eine Zeit im Bereich von 10 s. Das Abstandshalteelement 28 und die Versenkung der UV-Strahlungsquellen 22 in der Aufnahmevertiefung 26 gewährleisten dabei einen Mindestabstand von mindestens 0,5 mm zwischen der Oberfläche der Klebefolie der gegriffenen prismatischen Energiezelle und den UV-Strahlungsquellen 22. Der Grad der Aushärtung wird beispielsweise mithilfe der optischen Detektionseinheit 30 der Greifvorrichtung 10 bestimmt, indem der pH-abhängige Farbumschlag der pH-Farbindikatoren optisch erfasst wird, um das Verfahren in Abhängigkeit der registrierten Farbinformation zu steuern, die eine Information über den bereits erreichten Aushärtungsgrad erlauben.
Die Bestrahlung kann beispielsweise während des Verfahrens der Greifvorrichtung 10 mit dem gegriffenen Substrat 12 von einer Ausgangsposition zu einem Bestimmungsort erfolgen, sodass das nach der Aushärtung erhaltene Substrat 12 direkt am Bestimmungsort in nachgelagerten Prozessen weiterverarbeitet werden kann, nachdem das Substrat von der Greifvorrichtung 10 freigegeben wurde, indem die kraftschlüssige Verbindung aufgelöst wird.
Bezugszeichenliste

10: Greifvorrichtung
12: Substrat
14: Erstes Greifelement
16: Zweites Greifelement
18: Greifmechanismus
20: Grundkörper
22: UV-Strahlungsquelle
24: Befestigungsvorrichtung
26: Aufnahmevertiefung
28: Abstandshalteelement
30: Optische Detektionseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015222028 A1 [0004]
EP 3091059 A1 [0004]
EP 3126402 B1 [0004]
EP 2768919 B1 [0004]
DE 102018203894 A1 [0004]
WO 2017174303 A1 [0004]
US 4661542 A [0004]
WO 2015189323 [0049]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Satas, Handbook of Pressure Sensitive Adhesives Technology“, Third Edition, (1999), Seiten 153 bis 203 [0049]

Claims

Greifvorrichtung (10) zur Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten (12) unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen, umfassend: i) ein erstes Greifelement (14), ii) ein zweites Greifelement (16), und iii) einen das erste Greifelement (14) und das zweite Greifelement (16) verbindenden Greifmechanismus (18), wobei der Greifmechanismus (18) dazu eingerichtet ist, das erste Greifelement (14) und das zweite Greifelement (16) reversibel und zerstörungsfrei relativ zueinander zu bewegen, wobei die Greifvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, ein Substrat (12) zwischen dem ersten Greifelement (14) und dem zweiten Greifelement (16) zu greifen und dabei durch Bewegung des ersten Greifelements (14) und/oder des zweiten Greifelements (16) eine reversibel und zerstörungsfrei lösbare, formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zu dem gegriffenen Substrat (12) auszubilden, wobei das erste Greifelement (14) und/oder das zweite Greifelement (16) ein Aushärtungsgreifelement ist, wobei das oder die Aushärtungsgreifelemente einen Grundkörper (20) und eine Vielzahl von am Grundkörper (20) angeordneten UV-Strahlungsquellen (22) umfassen, die dazu eingerichtet sind, ein von der Greifvorrichtung (10) gegriffenes Substrat (12) mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, wobei die UV-Strahlungsquellen (22) das Intensitätsmaximum der Emission bei einer Wellenlänge λ im Bereich von 100 bis 400 nm aufweisen.
Greifvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Greifvorrichtung (10) eine Befestigungsvorrichtung (24) zur Befestigung der Greifvorrichtung (10) an einer automatisierten Bewegungsvorrichtung umfasst.
Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Greifmechanismus (18) dazu eingerichtet ist, das erste Greifelement (14) und/oder das zweite Greifelement (16) entlang einer linearen Bewegungsrichtung oder um eine Rotationsachse herum zu bewegen.
Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Greifvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, eine zumindest teilweise kraftschlüssige Verbindung zu dem gegriffenen Substrat (12) auszubilden.
Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Greifelement (14) und/oder das zweite Greifelement (16) plattenförmig sind.
Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Greifelement (14) und das zweite Greifelement (16) Aushärtungsgreifelemente sind.
Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement (10) oder mehr UV-Strahlungsquellen (22) umfasst.
Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die UV-Strahlungsquellen (22) in 2 oder mehr Elementreihen aus 5 oder mehr UV-Strahlungsquellen (22) angeordnet sind, wobei die Elementreihen bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement auf der in Richtung des zu bestrahlenden Substrats (12) weisenden Oberfläche des Grundkörpers (20) zumindest eine Aufnahmevertiefung (26) im Grundkörper (20) umfassen, wobei die UV-Strahlungsquellen (22) zumindest teilweise in der Aufnahmevertiefung (26) angeordnet sind.
Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement auf der in Richtung des zu bestrahlenden Substrats (12) weisenden Oberfläche des Grundkörpers (20) ein Abstandshalteelement (28) umfasst, wobei das Abstandshalteelement (28) dazu eingerichtet ist, einen Mindestabstand zwischen der in Richtung des zu bestrahlenden Substrats (12) weisenden Oberfläche des Grundkörpers (20) und dem Substrat (12) zu gewährleisten.
Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest ein Aushärtungsgreifelement zumindest eine optische Detektionseinheit (30) umfasst, die dazu eingerichtet ist, eine bei der Aushärtung der aushärtbaren Klebemasse auftretende Änderung im Absorptionsverhalten der aushärtbaren Klebemasse zu detektieren.
Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die UV-Strahlungsquellen (22) das Intensitätsmaximum der Emission bei einer Wellenlänge λ im Bereich von 200 bis 390 nm aufweisen.
Verfahren zur Handhabung von mit aushärtbaren Klebemassen beklebten Substraten (12) unter gleichzeitiger Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen mit einer Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend die Verfahrensschritte: a) Herstellen oder Bereitstellen eines mit einer aushärtbaren Klebemasse beklebten Substrates (12), b) Greifen des beklebten Substrates (12) zwischen dem ersten Greifelement (14) und dem zweiten Greifelement (16) der Greifvorrichtung (10) unter Ausbildung einer reversibel und zerstörungsfrei lösbaren, formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zu dem gegriffenen Substrat (12), c) Bestrahlen des von der Greifvorrichtung (10) gegriffenes Substrat (12) mit von den UV-Strahlungsquellen (22) der Aushärtungsgreifelemente emittierter elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge λ im Bereich von 100 bis 400 nm zur Aushärtung der aushärtbaren Klebemassen und zum Erhalt eines Substrates (12) mit ausgehärteter Klebemasse, und d) Auflösen der reversibel und zerstörungsfrei lösbaren, formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Greifvorrichtung (10) und dem Substrat (12) mit ausgehärteter Klebemasse.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Substrat (12) eine Batteriezelle ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Bestrahlen mit einer Strahlungsdosis im Bereich von 1 bis 12 J/cm² erfolgt.