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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie, die einen Elektrodenstapel und eine Tasche zur Aufnahme des Elektrodenstapels aufweist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer derartigen Batterie.
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Während der Herstellung einer derartigen Batterie wird ein Elektrodenstapel, engl. stack, beispielsweise ein verschweißtes Paket aus Anoden, Kathoden und Separatorfolien, in eine Tasche (engl. pouch) eingesetzt. Im Anschluss daran kann die Tasche mit den benötigten Batteriechemikalien befüllt und verschlossen werden. Alternative Bauformen derartiger Batterien umfassen einen Feststoffelektrolyt, der zusammen mit dem Batteriestapel in die Tasche eingesetzt wird.
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Je präziser der Elektrodenstapel in die Tasche eingesetzt wird, desto präziser können erlaubte Maße der Batterie eingehalten werden. Auch auf die Lebensdauer der Batterie hat eine präzise Anordnung des Elektrodenstapels einen positiven Einfluss. Darüber hinaus ist die korrekte Positionierung des Batteriestapels wichtig, damit beispielsweise beim Verschließen der Tasche keine Elemente der Batterie, beispielsweise eine Elektrode und/oder eine Separatorfolie beschädigt werden. Dadurch wird der Ausschuss bei der Produktion verringert und die Qualität der Batterie erhöht.
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Im Stand der Technik ist aus
KR 10 2022 0 022 846 A ein taschenförmiges Batteriefach sowie eine taschenförmige Sekundärbatterie bekannt. Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik die Veröffentlichung
KR 10 2022 0 156 392 A bekannt.
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Des Weiteren ist aus
KR 10 2017 0 058 021 A ein Batteriegehäuse mit einem gekrümmten Nutenteil bekannt.
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Außerdem ist aus
CN 1 08 431 986 A eine taschenförmige Batterie und ein dazugehöriges Herstellungsverfahren bekannt.
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Werkzeugmaschinen, die sowohl die Tasche oder einen Taschenrohling zur Bildung der Tasche als auch den Elektrodenstapel präzise positionieren können, sind in Anschaffung und Betrieb teuer.
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Vor diesem Hintergrund hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Batterie der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Kosten dafür bei gleichbleibender oder verbesserter Präzision reduziert sind.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Zur Lösung der Aufgabe weist ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie, die einen Elektrodenstapel und eine Tasche zur Aufnahme des Elektrodenstapels aufweist die folgenden Schritte auf: a) Verfahren eines Werkstückträgers mit einem darauf angeordneten Taschenrohling in eine Einsetzposition; b) Messen einer Lage von wenigstens zwei Strukturen einer Vertiefung des Taschenrohlings relativ zu einem Bezugssystem; c) Verfahren eines Trägers einer Greifeinrichtung mit dem an dem Träger fixierten Elektrodenstapel aus einer Aufnahmeposition in die Einsetzposition; d) während Schritt c), Messen einer Lage wenigstens zweier Strukturen des Elektrodenstapels relativ zu dem Bezugssystem; e) Berechnen einer Ausrichtungskorrektur für den Elektrodenstapel aus den Lagen der Strukturen derart, dass beim Einsetzen des Elektrodenstapels in die Vertiefung die Strukturen des Elektrodenstapels und der Vertiefung jeweils aneinander angrenzend zu liegen kommen und f) Drehen und/oder Verschieben, während Schritt c), des Trägers mit dem Elektrodenstapel entsprechend der Ausrichtungskorrektur.
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Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass der Transport des Werkstückträgers mit einer unpräzise arbeitenden Transporteinrichtung durchgeführt werden kann. Etwaige Positionierungsfehler des Werkstückträgers werden während dem Verfahren des Trägers der Greifeinrichtung korrigiert. Somit wird lediglich eine präzise arbeitende Werkzeugmaschine benötigt. Darüber hinaus ergibt sich durch die Korrektur „on the fly“ ein Zeitvorteil gegenüber anderen Verfahren.
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In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren die Schritte auf: h) Vor Schritt a), Aufnehmen eines Taschenrohlings aus einer Übergabeposition; i) Platzieren des Taschenrohlings auf dem Werkstückträger und j) Fixieren des Taschenrohlings auf dem Werkstückträger.
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Dadurch wird der Taschenrohling zuverlässig in seiner Position gehalten, so dass die berechnete Ausrichtungskorrektur nicht durch eine Positionsänderung des Taschenrohlings hinfällig wird.
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In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren die Schritte auf: k) Vor Schritt c) Verfahren eines zweiten Werkstoffträgers, auf dem der Elektrodenstapel festgelegt ist, in die Aufnahmeposition; I) Entriegeln der Festlegung des Elektrodenstapels an dem zweiten Werkstoffträger und m) Aufnehmen des Elektrodenstapels mittels des Trägers.
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Dadurch wird ein sicherer Transport des Elektrodenstapels bis zur Aufnahme mittels des Trägers gewährleistet.
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In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: In Schritt b) Erstellen wenigstens einer Bildaufnahme einer oder mehrerer Ecken der Vertiefung des Taschenrohlings mittels einer ersten Kamera und/oder einer zweiten Kamera einer ersten optischen Lageerkennungseinrichtung und/oder in Schritt d) Erstellen wenigstens einer Bildaufnahme einer oder mehrerer Ecken des Elektrodenstapels mittels einer ersten Kamera und/oder einer zweiten Kamera einer zweiten optischen Lageerkennungseinrichtung wenigstens eine Bildaufnahme einer oder mehrerer Ecken des Elektrodenstapels erstellt wird, wobei das Messen mittels Bildverarbeitung auf Grundlage der Bildaufnahmen erfolgt.
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Eine derartige Messung mittels Kameras erlaubt es, die Lageerkennungseinrichtungen entfernt von dem Verfahrweg des Elektrodenstapels und/oder des Taschenrohlings anzuordnen. Lediglich ein Sichtkontakt zu den Ecken ist notwendig. Die Lageerkennungseinrichtungen belegen also nicht den knappen Platz nahe der Transportstrecke, was deren Aufbau und Wartung vereinfacht.
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Die Erfindung wird des Weiteren durch eine Vorrichtung zum Herstellen einer Batterie gelöst, die einen Elektrodenstapel und eine aus einem Taschenrohling mit wenigstens einer Vertiefung durch Falten entlang einer Faltlinie herstellbare Tasche zur Aufnahme des Elektrodenstapels aufweist, aufweisend eine Vielzahl von beweglichen Werkstückträgern, auf denen jeweils ein Taschenrohling anordenbar ist, eine Greifeinrichtung mit einem in zwei Raumrichtungen positionierbaren und um eine der Raumrichtungen drehbaren Träger zum Transport des Elektrodenstapels von einer Aufnahmeposition in eine Einsetzposition in einer der Vertiefungen, eine erste optische Lageerkennungseinrichtung zum Erkennen einer Lage des auf einem der Werkstückträger angeordneten Taschenrohlings relativ zu einem Bezugssystem, eine zweite optische Lageerkennungseinrichtung zum Erkennen einer Lage des Elektrodenstapels relativ zu dem Bezugssystem und eine Steuerungseinrichtung zum Ermitteln einer Ausrichtungskorrektur für den Träger und/oder den Werkstückträger, umfassend eine Translations- und/oder eine Rotationsinformation zur Positionierung des Elektrodenstapels in der Vertiefung.
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Somit ist nur eine Werkzeugmaschine nötig, die eine präzise Positionierung erlaubt. Beispielsweise erlauben die Greifeinrichtung und/oder deren Träger eine präzise Positionierung. In diesem Fall kann eine Positionierung des Taschenrohlings auf dem Werkstückträger größere Toleranzen aufweisen. Die daraus entstehenden Abweichungen können dann durch die Greifeinrichtung und/oder den Träger durch Anwendung der Ausrichtungskorrektur ausgeglichen werden.
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In einigen Ausführungsformen ist die zweite optische Lageerkennungseinrichtung zum Erkennen der Lage während des Transports des Elektrodenstapels von der Aufnahmeposition in die Einsetzposition angeordnet und eingerichtet.
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Dadurch wird eine besonders zügige Herstellung erreicht, da der Elektrodenstapel zum Erkennen der Lage nicht angehalten werden muss.
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In einigen Ausführungsformen ist die zweite optische Lageerkennungseinrichtung auf einer der Greifeinrichtung zugewandten Seite des Elektrodenstapels angeordnet.
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Dadurch ist die zweite optische Lageerkennungseinrichtung einfach zugänglich, wodurch sich Montage und Einrichtung der optischen Lageerkennungseinrichtung vereinfachen.
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In einigen Ausführungsformen ist die zweite optische Lageerkennungseinrichtung zur Erfassung der Lagen von wenigstens zwei Strukturen, insbesondere Ecken des Elektrodenstapels angeordnet und eingerichtet.
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Ecken sind besonders einfach erkennbar und erlauben trotzdem eine präzise Erfassung der Ausrichtung des Elektrodenstapels.
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In einigen Ausführungsformen ist die erste optische Lageerkennungseinrichtung zur Erfassung der Lagen von wenigstens zwei Ecken einer Vertiefung des Taschenrohlings angeordnet und eingerichtet.
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Ecken sind besonders einfach erkennbar und erlauben trotzdem eine präzise Erfassung der Ausrichtung der Vertiefung des Taschenrohlings.
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In einigen Ausführungsformen ist der Elektrodenstapel in der Aufnahmeposition auf einem Stapelhalter fixiert zur Abholung bereitgestellt, wobei eine Entriegelungseinrichtung zum Lösen der Fixierung vorgesehen ist.
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Dadurch wird der Elektrodenstapel sicher an einer vorbestimmten Position zur Aufnahme bereitgestellt. Erst, wenn der Elektrodenstapel durch die Greifeinrichtung abgeholt wird, wird die Entriegelungseinrichtung zur Freigabe des Elektrodenstapels betätigt.
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In einigen Ausführungsformen weist der Werkstückträger eine Falteinrichtung zum Falten des Taschenrohlings entlang der Faltlinie auf, derart, dass der Elektrodenstapel von den beiden Vertiefungen eingeschlossen wird, wobei die Falteinrichtung einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand aufweist.
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Eine solche Falteinrichtung vereinfacht die Herstellung der Tasche aus dem Taschenrohling.
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In einigen Ausführungsformen ist eine Versiegelungsstation vorgesehen, an der ein Taschenrohling mit einem Elektrodenstapel in einem Werkstückträger im geschlossenen Zustand wenigstens teilweise versiegelbar ist.
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Der Werkstückträger im geschlossenen Zustand bewirkt, dass der Taschenrohling in einer definierten Position gefaltet zur Versiegelung bereitgestellt wird. Somit wird die Präzision der Anordnung von Elektrodenstapel und Tasche weiter verbessert.
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In einigen Ausführungsformen weist der Träger der Greifeinrichtung eine Saugplatte mit Vakuumöffnungen zum Fixieren des Elektrodenstapels an dem Träger auf, wobei der Träger und/oder die Saugplatte so ausgestaltet sind, dass wenigstens Eckenbereiche des Elektrodenstapels von der Seite der Greifeinrichtung aus sichtbar sind.
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Neben einer zuverlässigen temporären Befestigung des Elektrodenstapels an dem Träger wird dadurch gewährleistet, dass die optischen Lageerkennungseinrichtungen die Lage der Ecken des Elektrodenstapels weiterhin erkennen können.
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In einigen Ausführungsformen weist die Vorrichtung eine gemeinsame Einsetzposition für das Einsetzen des Taschenrohlings in den Werkstückträger und das Einsetzen des Elektrodenstapels in die Vertiefung des Taschenrohlings auf.
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Dadurch kann vermieden werden, den Taschenrohling auf dem Werkstückträger in die Einsetzposition für den Elektrodenstapel transportieren zu müssen. Dafür müsste der Taschenrohling aus dem Werkstückträger befestigt werden, beispielsweise mittels eines Vakuums angesaugt werden. Den beweglichen Werkstückträger mit Vakuum zu versorgen wäre allerdings recht aufwändig, so dass durch die gemeinsame Einsetzposition der Aufbau und die Wartung der Vorrichtung vereinfacht werden.
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In einigen Ausführungsformen weist die Vorrichtung eine Transportstrecke auf, die eine Mehrzahl von Transportsegmenten aufweist, wobei die Transportsegmente zum Transport der Werkstückträger zwischen mehreren Positionen angeordnet und eingerichtet ist, wobei die Transportstrecke zur Bildung eines Kreislaufs für die Werkstückträger angeordnet und eingerichtet ist und wobei wenigstens eine Einsetzposition auf oder an einem der Transportsegmente angeordnet ist.
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Durch die Bildung des Kreislaufs können die Werkstückträger automatisiert immer wieder zur Herstellung einer weiteren Batterie verwendet werden. Die Transportstrecke transportiert oder fördert die Werkstückträger zu verschiedenen Positionen, an denen eine Werkzeugmaschine einen Schritt des Verfahrens zur Herstellung einer Batterie durchführen kann. Teilweise können die Schritte auch während der Bewegung zwischen den Positionen durchgeführt werden.
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Weitere Merkmale und Varianten der Erfindung sind aus den beigefügten Figuren ersichtlich, die Erfindungsformen der Erfindung lediglich schematisch zeigen. Es zeigen im Einzelnen:
- 1 eine isometrische Ansicht eines Taschenrohlings;
- 2 eine isometrische Ansicht eines Elektrodenstapels, der in einem Stapelhalter fixiert ist;
- 3 eine isometrische Ansicht eines Werkstückträgers mit einem darauf fixierten Taschenrohling;
- 4 eine isometrische Ansicht wie in 3, wobei in eine Vertiefung des Taschenrohlings ein Elektrodenstapel eingesetzt ist;
- 5 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung einer Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 5a eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung einer Batterie gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 5b eine schematische Seitenansicht einer Transporteinrichtung für die Vorrichtung gemäß 5b mit einem angepassten Ausleger;
- 6 eine schematische Seitenansicht einer Greifeinrichtung zum Transport des Elektrodenstapels;
- 7 eine isometrische Darstellung eines Teilbereichs einer Vorrichtung zur Herstellung einer Batterie;
- 8 eine schematische Ansicht von unten auf die Greifeinrichtung mit zwei Haltevorrichtungen mit optischen Erfassungseinrichtungen;
- 9 eine isometrische Ansicht des Werkstückträgers in geöffnetem Zustand;
- 10 eine isometrische Ansicht des Werkstückträgers in geschlossenem Zustand, in dem der Taschenrohling gefaltet ist;
- 11 eine isometrische Ansicht des Werkstückträgers;
- 12 eine schematische Ansicht einer Aktuierungseinrichtung;
- 13 eine schematische 3-D-Ansicht einer Haltevorrichtung;
- 14 eine schematische 3-D-Ansicht einer ersten optischen Erfassungseinrichtung und
- 15 eine schematische 3-D-Ansicht einer zweiten optischen Erfassungseinrichtung.
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Zur Herstellung einer Batterie wird ein in 1 gezeigter Taschenrohling 10, der zwei Vertiefungen 12 aufweist, die entlang einer Faltlinie 14 aneinander anliegen, verwendet.
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In den Taschenrohling 10 wird zur Herstellung der Batterie ein in 2 gezeigter Elektrodenstapel 16 eingesetzt. Der Elektrodenstapel 16 wird dazu vorbereitet und auf einem Stapelhalter 18 mittels einer an dem Stapelhalter 18 angeordneten Fixierungseinrichtung 20 fixiert.
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Die Fixierungseinrichtung 20 kann Klemmeinrichtungen, die beispielsweise einander paarweise zugeordnet sind, aufweisen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Paare von Klemmeinrichtungen, also insgesamt vier Klemmeinrichtungen, gezeigt. Eine davon abweichende Anzahl, beispielsweise zwei, sechs, acht oder mehr ist möglich. Die Klemmeinrichtungen sind zwischen einer Klemmposition, die in 2 gezeigt ist, und einer Offenposition beweglich, beispielsweise schwenkbar gelagert. Der Elektrodenstapel 16 ist entnehmbar, wenn die Klemmeinrichtungen in der Offenposition sind und ist fixiert, wenn die Klemmeinrichtungen in der Klemmposition sind.
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In ähnlicher Weise wird, wie in 3 gezeigt, der Taschenrohling 10 auf einem Werkstückträger 22 angeordnet. Der Taschenrohling 10 ist beispielsweise mittels einer Ansaugvorrichtung 24, die den Taschenrohling 10 mittels eines Unterdrucks an dem Werkstückträger 22 festsaugen kann, fixierbar.
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Der Werkstückträger 22 weist eine Falteinrichtung auf und ist kann zur Bildung derselben beispielsweise mehrteilig, zum Beispiel zweiteilig, aufgebaut sein, wobei wenigstens eines der Teile, zum Beispiel eine Auflagefläche für den Taschenrohling 10, dreh- oder schwenkbar angeordnet ist, so dass der Taschenrohling 10 in dem Werkstückträger 22 entlang der Faltlinie 14 gefaltet werden kann. Dabei wird die Falteinrichtung beispielsweise von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand überführt. Zum Durchführen des Faltvorgangs ist eine an dem Werkstückträger 22 angeordnete Stellelement, insbesondere ein Stellrad 26 vorgesehen, mittels dessen ein Faltaktuator von außen den Faltvorgang bewirken kann.
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Eines oder mehrere der Teile des Werkstückträgers 22 kann eine Halteeinrichtung, beispielsweise einen oder mehrere Magnete, aufweisen, beispielsweise, um den Werkstückträger 22 in einem gefalteten Zustand zu halten.
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Der Werkstückträger 22 weist einen Aufnahmebereich zur Aufnahme einer oder mehrerer Vertiefungen 12 des Taschenrohlings 10 auf. Der Aufnahmebereich kann darüber hinaus einen oder mehrere Stege zur Unterteilung des Aufnahmebereiches und/oder zur Positionierung des Taschenrohlings 10 aufweisen. Die Halteeinrichtung kann in einem Bereich angeordnet sein, welcher benachbart zu oder angrenzend an dem Aufnahmebereich angeordnet ist und den Aufnahmebereich in einer Höhenrichtung überragt Bevor der Taschenrohling 10 gefaltet wird, wird in einem Schritt der Elektrodenstapel 16 von dem Stapelhalter 18 abgenommen und, wie in 4 gezeigt, in eine der Vertiefungen 12 eingesetzt.
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Die Positionierung des Elektrodenstapels 16 in der Vertiefung 12 hat entscheidenden Einfluss auf die Qualität der hergestellten Batterie.
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Zur effizienten und präzisen Durchführung dieser und weiterer Schritte des Verfahrens zur Herstellung einer Batterie kann beispielsweise eine Vorrichtung 28 zur Herstellung einer Batterie Verwendung finden, wie sie in 5 gezeigt ist.
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Die in 5 gezeigte Vorrichtung 28 zur Herstellung einer Batterie weist eine Transportstrecke 30 zum Transport von Werkstückträgern 22 auf. Die Werkstückträger 22 sind mittels der Transportstrecke 30 zwischen mehreren Positionen verfahrbar.
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Die Transportstrecke 30 weist ein erstes Transportsegment 76, ein zweites Transportsegment 78, ein drittes Transportsegment 80 und ein viertes Transportsegment 82 auf, die jeweils eine Fördereinrichtung zum Verfahren der Werkstückträger 22 entlang einer Gerade aufweisen. Das erste Transportsegment 76 und das dritte Transportsegment 80, sowie das zweite Transportsegment 78 und das vierte Transportsegment 82 sind jeweils voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet, so dass sich in der vorliegenden Ausführungsform ein rechteckiger Grundriss der Transportstrecke 30 ergibt. Dadurch werden Werkstückträger 22 auf dem ersten und dritten Transportsegment 76, 80 parallel zueinander, aber in entgegengesetzten Richtungen befördert. Dasselbe gilt für das zweite und vierte Transportsegment 78, 82.
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Enden der Transportsegmente 76, 78, 80, 82 sind so miteinander verbunden, dass ein Werkstückträger 22 an einem Ende eines Transportsegments 76, 78, 80, 82 an ein weiteres Transportsegment 76, 78, 80, 82 übergeben wird. Dadurch sind die Werkstückträger 22 mittels der Transportsegmente 76, 78, 80, 82 so förderbar, dass sie beim Verlassen des vierten und damit letzten Transportsegments 82 wieder an das erste Transportsegment 76 übergebbar sind. Vorliegend wird somit ein Werkstückträger 22, nachdem die damit hergestellte Tasche von ihm abgenommen wurde, leer zurück zum Anfang des Herstellungsvorgangs bewegt, so dass damit eine weitere Batterie herstellbar ist. Die Transportsegmente 76, 78, 80, 82 bilden also einen Kreislauf für die Werkstückträger 22.
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Jedes Transportsegment 76, 78, 80, 82 kann eine oder mehrere Positionen aufweisen, an denen einer oder mehrere Schritte eines Verfahrens für die Herstellung einer Batterie ausgeführt werden. Dazu kann der Werkstückträger 22 an diesen Positionen angehalten werden oder einer oder mehrere Schritte während der Bewegung des Werkstückträgers 22 durchgeführt werden.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Vorrichtung 28 beispielsweise mehr oder weniger als vier Transportsegmente 76, 78, 80, 82 aufweisen. In weiteren Ausführungsformen können die Transportsegmente 76, 78, 80, 82 einen Transport entlang einer beliebigen Kurve statt einer Gerade erlauben, beispielsweise entlang eines Ellipsen- oder Kreisabschnitts. In weiteren Ausführungsformen sind eines oder mehrere der Transportsegmente 76, 78, 80, 82 und der Förderweg der Transporteinrichtung 34 kollinear angeordnet.
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Der leere Werkstückträger 22 wird zunächst in eine erste Position 32 des ersten Transportsegments 76 verfahren. An der Position 32 wird in einem Verfahrensschritt mittels einer Transporteinrichtung 34 ein Taschenrohling 10 von einer Bereitstellungseinrichtung 36 übernommen und auf dem Werkstückträger 22 abgelegt.
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In einem weiteren Verfahrensschritt erzeugt die Ansaugvorrichtung 24 des Werkstückträgers 22 einen Unterdruck, so dass der Taschenrohling 10 an dem Werkstückträger 22 fixiert ist.
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Daraufhin wird der Werkstückträger 22 in eine zweite Position 38 des zweiten Transportsegments 78 verfahren. Während der Werkstückträger 22 in die zweite Position 38 verfahren wird oder wenn er in der zweiten Position 38 angekommen ist, wird eine Lage, also eine Position und/oder eine Rotation, des Taschenrohlings 10 mittels einer ersten optischen Lageerkennungseinrichtung 40 erfasst. Die erste optische Lageerkennungseinrichtung 40 führt diese Erfassung mit Bezug auf ein Bezugssystem durch, relativ zu dem die Position und/oder die Rotation erfasst wird.
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Die erste optische Lageerkennungseinrichtung 40 erfasst zu diesem Zweck beispielsweise mittels einer oder mehreren Kameras Bildaufnahmen des Taschenrohlings 10 im sichtbaren und/oder unsichtbaren Bereich, in denen Strukturen des Taschenrohlings 10, beispielsweise eine, zwei oder mehr Ecken der Vertiefung 12 und/oder eine oder mehrere Kanten der Vertiefung 12, sichtbar sind.
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Mittels einer Steuerungseinrichtung, in der beispielsweise eine Bildverarbeitungssoftware ausgeführt wird, wird beispielsweise zunächst eine Position der Strukturen innerhalb der Bildaufnahme ermittelt. Algorithmen zur Ecken- und Kantenfindung sind bekannt, z.B. die Hough-Transformation, Template Matching oder Strukturtensoren. Darüber hinaus können Verfahren der Künstlichen Intelligenz, insbesondere CNNs verwendet werden.
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Aus den optischen Eigenschaften der verwendeten Kameras sowie der bekannten Anordnung der Kamera an der Vorrichtung 28 kann dann aus den Positionen der Strukturen eine Lage des Taschenrohlings 10 relativ zu einem Bezugssystem ermittelt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird die Position von wenigstens zwei Ecken der Vertiefung 12 ermittelt, wobei die Ecken beispielsweise einander gegenüberliegend oder diagonal an der Vertiefung 12 angeordnet sind.
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In einem weiteren Verfahrensschritt nimmt eine Greifeinrichtung 42, beispielsweise ein pickand-placer, einen vorbereiteten Elektrodenstapel 16 an einer Aufnahmeposition 44 von dem Stapelhalter 18 auf und transportiert diesen zu dem Werkstückträger 22, der an der zweiten Position 38 wartet. Eine der Vertiefungen 12 des Taschenrohlings 10, der auf dem Werkstückträger 22 fixiert ist, definiert eine Einsetzposition für den Elektrodenstapel 16.
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Die Einsetzposition ist die Position, in die der Elektrodenstapel 16 gebracht werden muss, um korrekt innerhalb der Vertiefung 12 des Taschenrohlings 10 angeordnet zu sein. Eine korrekte Anordnung ist durch verschiedene Kriterien definierbar, beispielsweise dadurch, dass Seitenwände des Elektrodenstapels 16 parallel zu Seitenwänden der Vertiefung 12 ausgerichtet sind, oder das Ecken des Elektrodenstapels 16 an Ecken der Vertiefung 12 angrenzend angeordnet sind. Eine korrekte Anordnung bewirkt insbesondere, dass der Taschenrohling 10 faltbar ist, so dass die beiden Vertiefungen 12 den Elektrodenstapel 16 einschließen und dass der Taschenrohling 10 im gefalteten Zustand zur Bildung einer Batterie versiegelt werden kann. Darüber hinaus sind bei korrekter Anordnung beispielsweise Anschlüsse des Elektrodenstapels 16 so angeordnet, dass sie in gefaltetem Zustand des Taschenrohlings 10 von außen an vorbestimmten Positionen der Batterie erreichbar sind.
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Während der Elektrodenstapel 16 von der Aufnahmeposition 44 in die Einsetzposition transportiert wird, wird mittels einer zweiten optischen Lageerkennungseinrichtung 46 eine Lage des Elektrodenstapels 16 an der Greifeinrichtung 42 erfasst. Die Erfassung der Lage kann analog zu der oben beschriebenen Erfassung der Lage des Taschenrohlings 10 ebenfalls relativ zu dem Bezugssystem erfolgen.
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Bevor der Elektrodenstapel 16 in die Einsetzposition eingesetzt wird, wird von einer Steuerungseinrichtung aus der erkannten Lage des Taschenrohlings 10 und der erkannten Lage des Elektrodenstapels 16 eine Ausrichtungskorrektur für die Greifeinrichtung 42 berechnet.
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Die Greifeinrichtung 42 transportiert den Elektrodenstapel 16 mittels eines Trägers in einer y-Richtung. Darüber hinaus ist der Träger in einer z-Richtung beweglich, so dass der Elektrodenstapel 16 angehoben und abgesenkt werden kann. Zur Anwendung der Ausrichtungskorrektur ist der Träger des Weiteren wenigstens um die z-Richtung drehbar, so dass eine Rotation des Elektrodenstapels 16 korrigierbar ist.
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Die Greifeinrichtung 42 passt somit die Lage des Elektrodenstapels 16, also seine Position und/oder Rotation, während des Transports in die Einsetzposition so an, dass der Elektrodenstapel 16 wie oben beschrieben korrekt in der Vertiefung 12 angeordnet wird.
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In weiteren Ausführungsformen ist der Träger zusätzlich in x-Richtung beweglich, so dass eine Ausrichtungskorrektur in x-Richtung einfach realisierbar ist.
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Zum Erkennen der Lage können die optischen Lageerkennungseinrichtungen 40, 46 beispielsweise eine Eckenerkennungseinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, wenigstens zwei Ecken und/oder eine Seitenkante der Vertiefung 12 bzw. des Elektrodenstapels 16 zu erfassen. Die Korrekturanweisungen werden dann aufgrund einer vorgegebenen Idealanordnung der Ecken und/oder Seitenkanten zueinander berechnet.
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In einigen Ausführungsformen erfasst die zweite optische Lageerkennungseinrichtung 46 ein Bild des Elektrodenstapels in einem sichtbaren und/oder nicht sichtbaren Bereich des Lichts. Je nach Ausführungsform kann beispielsweise von jeder Ecke des Elektrodenstapels 16 ein Bild erfasst werden, das jeweils eine Aufnahme einer Ecke des Elektrodenstapels 16 enthält. Aus den Bilddaten wird dann in einem weiteren Schritt wie oben beschrieben eine Position und/oder Rotation der Ecke relativ zu dem Bezugssystem ermittelt.
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In einigen Ausführungsformen können mit jeder Erfassung eines Bildes beispielsweise zwei Ecken erfasst werden, so dass lediglich zwei Bildaufnahmen notwendig sind.
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Die Lageerkennungseinrichtungen 40, 46 können beliebige Aufnahmen der Ecken des Elektrodenstapels 16 und/oder des Taschenrohlings 10 erfassen, um deren Lage zu erkennen. So kann es beispielsweise ausreichend sein, bei eindeutig bekannter Größe und/oder Form des Elektrodenstapels 16 und/oder des Taschenrohlings 10 zwei Ecken, also beispielsweise zwei durch eine Kante miteinander verbundene Ecken, zwei einander diagonal gegenüberliegende Ecken oder drei Ecken zu erkennen.
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In einigen Ausführungsformen weist der Greifer einen Drucksensor zum Kontrollieren einer Einsetzkraft, die die Greifeinrichtung aufwenden muss, um den Elektrodenstapel 16 in die Vertiefung 12 einzusetzen. Um zu verhindern, dass der Elektrodenstapel 16 oder der Taschenrohling 10 beim Einsetzen beschädigt werden, wird bei Überschreiten einer vorbestimmten Maximalkraft das Einsetzen angebrochen.
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In einigen Ausführungsformen ist die zweite optische Lageerkennungseinrichtung 46 dazu eingerichtet, eine Güte des Elektrodenstapels 16 zu überprüfen. Falls die Güte des Elektrodenstapels 16 nicht ausreicht, kann der Elektrodenstapel 16 statt in die Vertiefung 12 in eine Ausschussposition (nicht gezeigt), die beispielsweise der Einsetzposition 38 benachbart ist, abgelegt werden.
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Nach dem Einsetzen des Elektrodenstapels 16 in die Vertiefung 12 wird der Werkstückträger 22 weitertransportiert. In einer weiteren Position stromabwärts der Einsetzposition 38 oder während der Bewegung des Werkstückträgers 22 wird mittels eines ersten Faltaktuators 48, der in das Stellrad 26 des Werkstückträgers 22 eingreift, der Werkstückträger 22 zusammengeklappt, also die Falteinrichtung aus dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand überführt und dadurch der Taschenrohling 10 entlang der Faltlinie 14 gefaltet.
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In einer dritten Position, einer Verschließposition 50, werden Abschnitte, beispielsweise aneinander anliegende Abschnitte und/oder Randabschnitte, des gefalteten Taschenrohlings 10, zur Bildung einer Tasche der Batterie in einem weiteren Verfahrensschritt wenigstens teilweise miteinander verbunden, insbesondere verschmolzen und/oder versiegelt. Zum Befüllen der Tasche kann ein Bereich, in dem die Abschnitte nicht miteinander verbunden sind, als Einfüllöffnung verbleiben. In weiteren Ausführungsformen kann die dritte Position 50 an einem beliebigen Transportsegment 76, 78, 80, 82 angeordnet sein.
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Im Anschluss daran wird der Werkstückträger 22 in eine vierte Position, eine Entnahmeposition 52, verfahren. In der vierten Position oder auf dem Weg dorthin wird der Werkstückträger 22 mittels eines zweiten Faltaktuators 48 aufgeklappt, so dass die erstellte Tasche mit dem darin enthaltenen Elektrodenstapel 16 durch eine der vierten Position zugeordnete Greifeinrichtung (nicht gezeigt) entnommen werden kann. Der zweite Faltaktuator 48 kann beispielsweise in dem Transportabschnitt integriert oder an der Verschließposition 50 oder der Entnahmeposition 52 integriert sein. Im Anschluss an die Entnahme der Tasche kann der Werkstückträger 22 erneut verwendet werden und das Verfahren beginnt von vorne.
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In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung, wie sie in 5a gezeigt ist, sind die erste Position 32 und die zweite Position 38 im Wesentlichen identisch, so dass der Werkstückträger 22 nach dem Ablegen des Taschenrohlings 10 nicht bewegt wird, sondern in derselben Position 32, 38 der Elektrodenstapel 16 eingesetzt wird. In einigen Ausführungsformen kann ein Schritt vorgesehen sein, in dem der Werkstückträger 22 eine Korrektur und/oder Anpassung seiner Position und/oder Rotation ausführt, nachdem der Taschenrohling 10 auf ihm abgelegt wurde.
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Die Position des Taschenrohlings 10 auf dem Werkstückträger 22 kann sich, da der Werkstückträger 22 nicht mit dem Taschenrohling 10 darauf bewegt wird, nicht durch den Fahrtwind bei der Bewegung, beispielsweise von der ersten Position 32 in die zweite Position 38, verändern. Darüber hinaus ist es in diesen Ausführungsformen nicht notwendig, den Werkstückträger 22 auf seinem Weg von der ersten Position 32 in die zweite Position 38 mit Vakuum zu versorgen, um den Taschenrohling 10 darauf zu fixieren. Vielmehr ist es dadurch möglich, zuerst den Taschenrohling 10 auf dem Werkstückträger 22 abzulegen, den Taschenrohling 10 daraufhin optional mittels der Ansaugvorrichtung 24 an dem Werkstückträger 22 zu fixieren oder festzuhalten, und dann den Elektrodenstapel 16 wie bereits beschrieben einzusetzen. Somit wird der Aufbau der Vorrichtung 28 vereinfacht.
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Damit der Taschenrohling 10 unter der Greifeinrichtung 42 ablegbar ist, ohne dass Teile der Greifeinrichtung 42 für die Elektrodenstapel 16 und der Transporteinrichtung 34 für die Taschenrohlinge 10 miteinander im Betrieb kollidieren können, ist die Transporteinrichtung 34 ausgestaltet wie in 5b gezeigt. Zum Transport der Taschenrohlinge 10 von der Bereitstellungseinrichtung 36 in die Einsetzposition 38 ist ein Ausleger 35 verschiebbar an der Transporteinrichtung 34 angeordnet. Der Ausleger 35 ist asymmetrisch oder L-förmig ausgestaltet, so dass er in einen Abstand zwischen dem Werkstückhalter 22 und der Greifeinrichtung 42 eingreifen kann.
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Zum Transport eines Taschenrohlings 10 wird der Ausleger 35 in eine Aufnahmeposition über der Bereitstellungseinrichtung 36 verfahren (in der Fig. ganz rechts, gestrichelt gezeigt), wobei auf der Bereitstellungseinrichtung 36 ein Taschenrohling 10 bereitgelegt ist. Der Ausleger 35 nimmt den Taschenrohling 10 auf, beispielsweise mittels eines Vakuums, und wird über die Einsetzposition 38 verfahren, wo der Taschenrohling 10 auf dem Werkstückträger 22 abgelegt wird.
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In einigen Ausführungsformen ist in der zweiten Position 38 eine Hubvorrichtung angeordnet, mittels derer der Werkstückträger 22 anhebbar ist. Die Hubvorrichtung kann darüber hinaus beispielsweise prismatische, kugelförmige, kugelförmige, pyramidenförmige und/oder anders geformte Positionierungseinrichtungen aufweisen, die in entsprechend geformte Öffnungen oder Ausnehmungen des Werkstückträgers 22 eingreifen und diesen präzise positionieren. Dadurch ist es nicht notwendig, dass die Transportsegmente 76, 78, 80, 82 eine sehr präzise Positionierung des Werkstückträgers 22 ermöglichen. In einigen Ausführungsformen kann der Werkstückträger 22 beim Anheben von dem Transportsegment 76, 78, 80, 82 getrennt werden, um ihn exakt zu positionieren.
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In einigen Ausführungsformen sind die Positionen 32, 38, 50, 52 an beliebigen Transportsegmenten 76, 78, 80, 82 angeordnet.
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In 6 ist die Funktion der Greifeinrichtung 42 an der zweiten Position 38 in größerem Detail gezeigt. Der Stapelhalter 18, auf dem der Elektrodenstapel 16 mittels der Fixierungseinrichtung 20 befestigt ist, ist in die Aufnahmeposition 44 verfahren worden und dort angeordnet. Mittels einer Entriegelungseinrichtung 54 werden die Klemmeinrichtungen der Fixierungseinrichtung 20 entriegelt, so dass ein Träger 56 der Greifeinrichtung 42 den Elektrodenstapel 16 aufnehmen kann. Der Träger 56 weist beispielsweise eine Ansaugeinrichtung auf, um den Elektrodenstapel 16 an dem Träger 56 zu fixieren.
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Während der Träger 56 mit dem Elektrodenstapel 16 von der Aufnahmeposition 44 zu dem Taschenrohling 10 transportiert wird, wird er unterhalb der zweiten optischen Lageerkennungseinrichtung 46 an dieser vorbeigefahren. Mit anderen Worten ist die zweite optische Lageerkennungseinrichtung 46 der Seite des Elektrodenstapels 16 zugeordnet, welche an dem Träger 56 der Greifeinrichtung 42 anliegt. Der Träger 56 weist eine Form auf, die es erlaubt, dass die zweite optische Lageerkennungseinrichtung 46 Ecken und/oder Kanten des Elektrodenstapels 16 erfassen kann. Beispielsweise kann der Träger 56 von oben betrachtet eine kleinere Silhouette als der Elektrodenstapel 16 aufweisen. Oder, anders gesagt ist der Träger 56 klein genug, dass der Elektrodenstapel 16 mit wenigstens zwei Ecken über diesen herausragt.
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Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 28 ist in 7 gezeigt. Die erste optische Lageerkennungseinrichtung 40 und die zweite optische Lageerkennungseinrichtung 46 weisen jeweils zwei optische Erfassungseinrichtungen 62, 64 auf. Jede der optischen Erfassungseinrichtungen 62, 64 kann beispielsweise einzeln an der Vorrichtung 28 befestigt sein.
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Alternativ kann eine erste Haltevorrichtung 58 vorgesehen sein, an der eine optische Erfassungseinrichtung 62 der ersten optischen Lageerkennungseinrichtung 40 und eine optische Erfassungseinrichtung 64 der zweiten optischen Lageerkennungseinrichtung 46 befestigt sind. Auf diese Art wird der Montageaufwand, beispielsweise beim Austausch defekter Komponenten, reduziert, so dass beispielsweise Standzeiten verringert werden. In weiteren Ausführungsformen kann zusätzlich zu der ersten Haltevorrichtung 58 eine zweite Haltevorrichtung 60 vorgesehen sein, an der analog zu der ersten Haltevorrichtung 58 zwei optische Erfassungseinrichtungen 62, 64 befestigt sind.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Haltevorrichtung 58, 60 beispielsweise optische Erfassungseinrichtungen 62, 64 derselben Lageerkennungseinrichtung 40, 46 oder von unterschiedlichen Lageerkennungseinrichtungen 40, 46 aufweisen. In weiteren Ausführungsformen können zwei, drei, vier oder mehr optische Erfassungseinrichtungen 62, 64 an der Haltevorrichtung 58, 60 befestigt sein. Die optischen Erfassungseinrichtungen 62, 64 können beispielsweise Kameras, Infrarotkameras oder Module, aufweisend ein Kameramodul und eine Beleuchtungseinrichtung, aufweisen.
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Die Vorrichtung 28 kann eine nicht weiter veranschaulichte Hubeinrichtung aufweisen. Die Hubeinrichtung dient zum Fördern eines Stapelhalters 18 aus der Aufnahmeposition 44 entlang einer vertikalen Richtung, nachdem der Elektrodenstapel 16 von dem Stapelhalter 18 entnommen wurde.
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8 zeigt die Anordnung der ersten optischen Lageerkennungseinrichtung 40 und der zweiten optischen Lageerkennungseinrichtung 46 relativ zu der Greifeinrichtung 42 von der Transportstrecke 30 oder dem Werkstückträger 22 aus gesehen, also von unten. Die erste optische Lageerkennungseinrichtung 40 weist erste Erfassungseinrichtungen 62 und die zweite optische Lageerkennungseinrichtung 46 weist zweite Erfassungseinrichtungen 64 auf. Die Erfassungseinrichtungen 62, 64 sind beispielsweise auf zwei Seiten, insbesondere auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Greifeinrichtung 42, angeordnet. Dadurch wird die Sicht der Erfassungseinrichtungen 62, 64 auf den Werkstückträger 22 verbessert.
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9, 10 und 11 zeigen verschiedene Ansichten des Werkstückträgers 22. Der Werkstückträger 22, der in 10 gezeigt ist, wurde mittels Aktuierung des Stellrades 26 zusammengeklappt, so dass ein darin angeordneter Taschenrohling 10 gefaltet würde.
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12 zeigt eine Aktuierungseinrichtung 66 zur Aktuierung des Stellrades 26, welche einen Faltaktuator 48, zum Beispiel ein Aktuatorrad 68 aufweist, das mit seinen Zähnen in die Zähne des Stellrades 26 eingreift, um den Werkstückträger 22 zu- oder aufzuklappen. Eine derartige Aktuierungseinrichtung 66 kann entweder an einer der beschriebenen Positionen 32, 38, 50, 52 oder an einer eigenen, weiteren Position angeordnet sein.
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Darüber hinaus ist in einigen Ausführungsformen eine zweite Aktuierungseinrichtung 66 vorgesehen, die zum Aufklappen des Werkstückträgers 22, insbesondere nachdem der Taschenrohling 10 wenigstens abschnittsweise versiegelt wurde, eingerichtet und angeordnet ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erste Haltevorrichtung 58 mit einer ersten optischen Erfassungseinrichtung 62 und einer zweiten optischen Erfassungseinrichtung 64 ist in 13 gezeigt. Die erste optische Erfassungseinrichtung 62 und die zweite optische Erfassungseinrichtung 64 sind an der Haltevorrichtung 58 beweglich angeordnet und lösbar festgelegt, so dass ihre Position einfach anpassbar ist. Ebenso sind die Haltevorrichtungen 62 an der Greifeinrichtung 42 beweglich gelagert und lösbar festgelegt, so dass ihre Position einfach anpassbar ist.
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Eine in 14 gezeigte erste optische Erfassungseinrichtung 62 weist eine Lichtquelle 70, beispielsweise ein Gruppe an LEDs, und einen halbdurchlässigen Spiegel 72 auf, so dass zur Ermittlung der Position von Ecken und/oder Kanten der Vertiefung 12 des Taschenrohlings 10 Licht verwendbar ist, das in einer optischen Achse einer Kamera 74 auf den Taschenrohling 10 trifft. Dadurch werden insbesondere senkrechte Reflexionen von der Oberfläche des Taschenrohlings 10 besser erfasst.
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Lichtquellen 70 der zweiten optischen Erfassungseinrichtung 64 sind in 15 gezeigt. Die Lichtquellen 70 weisen beispielsweise eine Gruppe LEDs oder andere geeignete Lichtquellen auf. Die Lichtquellen 70 sind beispielsweise zu einer optischen Achse einer Kamera 74 geneigt angeordnet.
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In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Erfassungseinrichtungen 62, 64 im Infrarotbereich arbeiten. In einigen Ausführungsformen ist wenigstens eine der Lichtquellen 70 der ersten und/oder der zweiten optischen Erfassungseinrichtung 62, 64 dazu eingerichtet, infrarotes Licht mit einer Wellenlänge zwischen etwa 780 nm und etwa 1000 nm abzugeben. Wenn der Elektrodenstapel 16 von einer Separatorfolie umgeben ist, dann kann diese Separatorfolie im Bereich des Infrarotlichts wenigstens teilweise durchsichtig sein. Somit sind durch die Verwendung von Infrarotlicht und Infrarotkameras die Ecken des Elektrodenstapels 16 kontrastreicher sichtbar, wenn sie von einer derartigen Separatorfolie verdeckt sind.
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In einigen Ausführungsformen ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die insbesondere den Ablauf des Herstellungsverfahrens steuert und/oder verifiziert. Darüber hinaus kann eine derartige Steuerungseinrichtung beispielsweise die Bildverarbeitung, insbesondere die Erkennung der Strukturen, Ecken und/oder Kanten durchführen, und/oder zur Berechnung des Ausrichtungskorrektur eingerichtet sein.
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Die hier genannten Einrichtungen und Verfahrensschritte können in Teilen als Softwaremodule, also als maschinenlesbare Anweisungen zur Ausführung durch einen Computer, umgesetzt werden. Insbesondere die Steuerung des Verfahrens sowie die Bilderfassung und -verarbeitung können derart implementiert werden. Die genannten Einrichtungen benötigen elektrische Energie zum Betrieb. Auf eine Darstellung eines entsprechenden Verteilnetzwerks für elektrischen Strom wurde aus Gründen der Klarheit verzichtet. Ebenso ist es selbstverständlich, dass die Einrichtungen durch Kommunikations, Signal- und Steuerleitungen miteinander verbunden sein können, ohne dass diese Kommunikations-, Signal- und Steuerleitungen hier dargestellt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Taschenrohling
- 12
- Vertiefung
- 14
- Faltlinie
- 16
- Elektrodenstapel
- 18
- Stapelhalter
- 20
- Fixierungseinrichtung
- 22
- Werkstückträger
- 24
- Ansaugvorrichtung
- 26
- Stellrad (Stellelement)
- 28
- Vorrichtung (zur Herstellung einer Batterie)
- 30
- Transportstrecke
- 32
- erste Position
- 34
- Transporteinrichtung
- 35
- Ausleger
- 36
- Bereitstellungseinrichtung
- 38
- zweite Position (Einsetzposition)
- 40
- erste optische Lageerkennungseinrichtung
- 42
- Greifeinrichtung
- 44
- Aufnahmeposition
- 46
- zweite optische Lageerkennungseinrichtung
- 48
- Faltaktuator
- 50
- dritte Position (Verschließposition)
- 52
- vierte Position (Entnahmeposition)
- 54
- Entriegelungseinrichtung
- 56
- Träger
- 58
- erste Haltevorrichtung
- 60
- zweite Haltevorrichtung
- 62
- erste optische Erfassungseinrichtung
- 64
- zweite optische Erfassungseinrichtung
- 66
- Aktuierungseinrichtung
- 68
- Aktuatorrad (Faltaktuator)
- 70
- Lichtquelle
- 72
- halbdurchlässige Spiegel
- 74
- Kamera
- 76
- erstes Transportsegment
- 78
- zweites Transportsegment
- 80
- drittes Transportsegment
- 82
- viertes Transportsegment
