-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Akkumulatoren. Außerdem betrifft die Erfindung eine Stapel-Vorrichtung zur Herstellung von Akkumulatoren.
-
Akkumulatoren sind Speicher für elektrische Energie und weit verbreitet. Sie sind in einigen Anwendungsfällen aus mehreren Akkumulator-Zellen aufgebaut und werden unter anderem auch im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt. Hier dienen die Akkumulatoren dann zum Beispiel als sogenannte Antriebs- oder Traktionsbatterien zum Antrieb von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen.
-
Lithium-Ionen-Akkumulatoren, also Akkumulatoren aus Lithium-lonen-Zellen, sind dabei derzeit von besonderem Interesse. Hinsichtlich des genauen Aufbaus sind hier eine Vielzahl von Ausführungen bekannt. Die Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen ist dabei zum Beispiel in „Heimes, Heiner Hans; Kampker, Achim; Lienemann, Christoph; Locke, Marc; Offermanns, Christian; Michaelis, Sarah; Rahimzei, Ehsan (2018): Produktionsprozess einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, Frankfurt am Main, PEM der RWTH Aachen und VDMA Eigendruck“ skizziert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von Akkumulatoren anzugeben. Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Stapel-Vorrichtung zur Herstellung von Akkumulatoren anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Stapel-Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Stapel-Vorrichtung übertragbar und umgekehrt. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei ausgelegt für die Fertigung von Akkumulatoren. Ein entsprechender Akkumulator weist dabei typischerweise eine Anzahl Akkumulator-Zellen auf, wobei eine solche Akkumulator-Zelle üblicherweise ein Zell-Gehäuse oder eine Zell-Einhausung aufweist. Je nach Anwendungsfall ist ein derartiger Akkumulator somit dann zum Beispiel durch eine einzige Akkumulator-Zelle ausgebildet. Üblicherweise weist ein entsprechender Akkumulator jedoch mehrere derartige Akkumulator-Zellen auf und bildet in der Regel eine Batterie oder ein Batterie-Modul aus. Eine entsprechende Batterie wiederum weist typischerweise ein Batterie-Gehäuse auf und ein entsprechendes Batterie-Modul weist üblicherweise ein Modul-Gehäuse oder eine Trägereinheit für Akkumulator-Zellen auf. Ist der Akkumulator als Batterie ausgebildet, so weist dieser in einigen Fällen eine Anzahl der zuvor genannten Batterie-Module auf, also zumindest ein solches Batterie-Modul und typischerweise mehrere.
-
Davon unabhängig weist jeder mittels des Verfahrens hergestellte Akkumulator zumindest einen Zell-Stapel auf, der durch gestapelte Einzelblätter ausgebildet ist. Ist der Akkumulator aus zuvor genannten Akkumulator-Zellen aufgebaut, weist typischerweise jede Akkumulator-Zelle einen solchen Zell-Stapel auf, und zwar insbesondere genau einen. Zudem ist dann eine jede dieser Akkumulator-Zellen vorzugsweise als sogenannte Pouch-Zelle ausgebildet.
-
Weiter bildet der Zell-Stapel zweckdienlicherweise einen sogenannten Elektroden-Stapel aus. D. h., dass im Zell-Stapel eine Schichtung oder Stapelung vorliegt, die Elektrodenmaterialien aufweist. Außerdem ist ein entsprechender Akkumulator bevorzugt als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet. Daher weist die Schichtung oder Stapelung im Zell-Stapel typischerweise ein Anodenmaterial, ein Separatormaterial und ein Kathodenmaterial auf.
-
Geeignete Einzelblätter zur Fertigung eines entsprechenden Zell-Stapels für einen Lithium-Ionen-Akkumulator und ein mögliches Verfahren zur Herstellung solcher Einzelblätter sind beispielsweise in „Heimes, Heiner Hans; Kampker, Achim; Lienemann, Christoph; Locke, Marc; Offermanns, Christian; Michaelis, Sarah; Rahimzei, Ehsan (2018): Produktionsprozess einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, Frankfurt am Main, PEM der RWTH Aachen und VDMA Eigendruck“ beschrieben. Die entsprechenden Einzelblätter werden hier als Sheets bezeichnet.
-
Dabei werden in diesem speziellen Beispiel drei verschiedene Sheets, also Einzelblätter, gefertigt, nämlich Anoden-Einzelblätter a, welche ein Anodenmaterial aufweisen, Separator-Einzelblätter b, welche ein Separatormaterial aufweisen, und Kathoden-Einzelblätter c, welche ein Kathodenmaterial aufweisen. Zur Herstellung eines entsprechenden Zell-Stapels werden solche Einzelblätter dann zweckdienlicherweise in einer Abfolge abcabc und so weiter gestapelt.
-
Einer alternativen Variante entsprechend werden Einzelblätter genutzt, die als sogenannte Monozellen ausgebildet sind. Solche Monozellen-Einzelblätter weisen typischerweise ein Anodenmaterial, ein Kathodenmaterial und ein dazwischenliegendes Separatormaterial auf.
-
Davon unabhängig weisen die Einzelblätter eine Länge, eine Breite und eine Stärke oder Dicke auf. Für die Stärke ist hierbei ein Wert typisch der im Bereich 0,05 mm bis 2,5 mm und insbesondere im Bereich 0,1 mm bis 1,5 mm liegt. Für Länge und Breite sind jeweils Werte üblich, die zumindest um einen Faktor 5 oder zumindest um einen Faktor 10 größer sind.
-
Entsprechende Einzelblätter werden nun im Zuge der Ausführung des Verfahrens, also des erfindungsgemäßen Verfahrens, zu Zell-Stapeln gestapelt. Das Verfahren zur Herstellung von Akkumulatoren umfasst somit also zumindest einen Verfahrensteil Stapeln, in dem die Einzelblätter gestapelt werden. Dieser Verfahrensteil Stapeln wird dabei mittels der erfindungsgemäßen Stapel-Vorrichtung ausgeführt und zwar insbesondere vollständig automatisiert.
-
Die Stapel-Vorrichtung wiederum, also die erfindungsgemäße Stapel-Vorrichtung, ist ausgebildet zur Herstellung zuvor beschriebener Akkumulatoren mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und insbesondere zur automatischen Ausführung des Verfahrensteils Stapeln in zumindest einem Betriebsmodus. Das automatische Ausführen wird dabei typischerweise gesteuert durch eine Steuereinheit der Stapel-Vorrichtung. Davon unabhängig weist die Stapel-Vorrichtung, nachfolgend auch kurz Vorrichtung genannt, eine Förderstraße sowie eine Stapelrad-Anordnung auf.
-
In der Stapelrad-Anordnung sind dabei zwei Stapelräder in zwei übereinanderliegenden Ebenen angeordnet. Übereinanderliegend bedeutet hierbei, dass die zwei Ebenen bezogen auf das Erdsystem in vertikaler Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Weiter sind die zwei Stapelreader dabei je nach Ausführungsvariante übereinander angeordnet oder sie sind bezogen auf das Erdsystem zusätzlich in horizontaler Richtung gesehen versetzt zueinander angeordnet.
-
In jedem Fall werden nun im Zuge der Ausführung des Verfahrensteils Stapeln die Einzelblätter mittels der Förderstraße nacheinander der Stapelrad-Anordnung zugeführt. Eine vorgegebene Anzahl aufeinander folgender Einzelblätter wird dann einem der zwei Stapelräder zugeführt und nachfolgend werden mehrere der der vorgegebenen Anzahl Einzelblätter nachfolgenden Einzelblätter dem anderen der zwei Stapelräder zugeführt. Dabei entspricht dann die vorgegebene Anzahl Einzelblätter der vorgesehenen Anzahl Einzelblätter in einem fertigen Zell-Stapel.
-
Weiter werden die Einzelblätter typischerweise kontinuierlich der Stapelrad-Anordnung zugeführt. D. h., dass die Förderstraße die Einzelblätter typischerweise mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit befördert und dass die Geschwindigkeit bevorzugt nicht verändert wird, selbst wenn ein Wechsel erfolgt von der Zuführung von Einzelblättern zu dem einen der Staplerräder hin zur Zuführung von Einzelblättern zu dem anderen der Stapelräder. Es ist also quasi ein kontinuierlicher Zufluss an Einzelblättern zur Stapelrad-Anordnung vorgegeben. In der Stapelrad-Anordnung werden dann die zwei Stapelrädern insbesondere im Wechsel genutzt, um Einzelblätter zu Zell-Stapeln zu stapeln.
-
Zweckdienlicherweise sind weiter die über die Förderstraße zugeführten Einzelblättern auf der Förderstraße bereits in einer vorgesehenen Reihenfolge angeordnet, zumindest sofern verschiedene Einzelblätter zu stapeln sind, und/oder die Einzelblätter sind in einer vorgesehenen Weise ausgerichtet und orientiert, liegen also insbesondere mit einer vorgesehenen Seite auf der Förderstraße auf.
-
Von Vorteil ist es weiter, wenn die Stapel-Vorrichtung eine Verteilereinheit aufweist, die zwischen der Förderstraße und der Stapelrad-Anordnung positioniert ist. Die entsprechende Verteilereinheit weist dabei zwei Zweige auf, nämlich einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig, wobei jedem der zwei Stapelräder, nämlich dem ersten Stapelrad und dem zweiten Stapelrad, ein Zweig zugeordnet ist, also der erste Zweig dem ersten Stapelrad und der zweite Zweig dem zweiten Stapelrad. Im Zuge der Ausführung des Verfahrens werden dann jedem der zwei Stapelräder Einzelblätter über einen der zwei Zweige zugeführt, wobei die Einzelblätter bevorzugt in Abhängigkeit einer Weichenstellung eine Weiche der Verteilereinheit entweder in den ersten Zweig oder in den zweiten Zweig befördert werden.
-
Weist nun die Verteilereinheit eine zuvor genannte Weiche auf, so ist diese bevorzugt mittels einer Verteilerwalze ausgebildet. Die Verteilerwalze ist dabei vorzugsweise bezogen auf das Erdsystem in vertikaler Richtung verschiebbar oder sie ist in guter Näherung in vertikaler Richtung verschiebbar. In guter Näherung bedeutet hierbei, dass die tatsächliche Richtung bevorzugt nicht mehr als 40°, weiter bevorzugt nicht mehr als 25° und insbesondere nicht mehr als 15° von der vertikalen Richtung abweicht.
-
Zudem bevorzugt ist die Verteilerwalze zwischen zwei vertikalen Positionen verschiebbar, nämlich zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position. In der ersten Position werden dann die der Weiche zugeführte Einzelblätter über die Weiche in den ersten Zweig befördert und in der zweiten Position werden die der Weiche zugeführten Einzelblätter über die Weiche in den zweiten Zweig befördert.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Verteilerwalze ergänzt durch ein Walzen-Paar, welches ebenfalls Teil der Weiche ist. Dieses Walzen-Paar ist dann durch zwei Walzen ausgebildet, die typischerweise in der zuvor genannten vertikalen Richtung versetzt zueinander angeordnet sind.
-
Zudem bevorzugt ist zumindest eine dieser beiden Walzen angetrieben, sodass die beiden Walzen ein sogenanntes Förderwalzen-Paar ausbilden. D. h., dass diese Walzen im Betrieb gegenläufig rotieren und hierdurch zugeführte Einzelblätter befördern, so dass diese zwischen den Walzen hindurchgeführt werden.
-
In der Weiche bildet die Verteilerwalze außerdem bevorzugt je nach vertikaler Position der Verteilerwalze entweder zusammen mit der einen Walze des Walzen-Paars oder zusammen mit der anderen Walze des Walzen-Paars ein solches Förderwalzen-Paar aus.
-
Zweckdienlich ist es außerdem, wenn der erste Zweig der Verteilereinheit zur Förderung der Einzelblätter zumindest Förderwalzen-Paar aufweist. Typisch sind weitere Ausführungen, bei denen der erste Zweig zumindest zwei Förderwalzen-Paare aufweist, nämlich ein Förderwalzen-Paar eines ersten Typs und ein Förderwalzen-Paar eines zweiten Typs. Die beiden Typen unterscheiden sich hierbei zum Beispiel hinsichtlich des Durchmessers der Walzen, die die entsprechenden Förderwalzen-Paare ausbilden.
-
Auch ist es von Vorteil, wenn der erste Zweig zumindest ein Leitblech-Paar aufweist mit zwei insbesondere übereinander angeordneten Leitblechen. Die entsprechenden Leitbleche dienen dabei zur Führung der Einzelblätter während der Förderung über den ersten Zweig. D. h., dass die über den ersten Zweig beförderten Einzelblätter zwischen den zwei Leitblechen des Leitblech-Paars hindurchgeführt werden.
-
In einigen Anwendungsfällen weisen die zuvor beschriebenen Leitbleche außerdem Durchbrüche auf, und zwar insbesondere Schlitze. Zur Beförderung der Einzelblätter greifen dann vorzugsweise Vorsprünge an den Walzen eines zuvor genannten Förderwalzen-Paars durch die Durchbrüche durch, so dass das Befördern der Einzelblätter mit Hilfe der Vorsprünge bewerkstelligt wird.
-
Solche Vorsprünge sind zum Beispiel ringförmig ausgestaltet. Dabei sind dann die ringförmigen Vorsprünge einer jeden Walze um eine Achse der Walze herumgeführt angeordnet und entlang der Achse gesehen mit Abstand in einer Reihe angeordnet. Im Profil zeigt sich somit dann insbesondere eine Rechteckzahnung bei den Walzen.
-
Der zweite Zweig der Verteilereinheit weist je nach Anwendungsfall keines, eines oder mehrere der zuvor beschriebenen Merkmale des ersten Zweigs der Verteilereinheit auf.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsvariante weisen darüber hinaus auch die Walzen der zuvor beschriebenen Weiche derartige Vorsprünge auf. Im Falle der Verteilerwalze sind die ringförmigen Vorsprünge dabei allerdings bevorzugt entlang einer Achse der Verteilerwalze gesehen im Wechsel einmal in einer Querrichtung quer zur Achse versetzt angeordnet und einmal in der Querrichtung entgegengesetzten Richtung.
-
In vorteilhafter Weiterbildung ist der Verteilerwalze zudem ein Leitblech beigeordnet, welches eine V-Form aufweist, die durch zwei Schenkel ausgebildet wird. Beide Schenkel weisen typischerweise Durchbrüche auf und die Verteilerwalte ist zweckdienlicherweise zwischen den zwei Schenkeln angeordnet.
-
Weiter weist eines der Stapelräder, nämlich das erste Stapelrad, eine Achse auf. Günstig ist weiter eine Ausführung, bei der das erste Stapelrad als angetriebenes Stapelrad ausgebildet ist und somit im Betrieb in einer Rotationsrichtung um die Achse rotiert.
-
Davon unabhängig weist das erste Stapelrad vorzugsweise mehrere Finger auf, die entlang der Achse gesehen beabstandet voneinander in einer Reihe angeordnet sind. Zudem weist das erste Stapelrad bevorzugt mehrere solcher Reihen auf, die um die Achse herum verteilt angeordnet sind. Typisch sind hierbei Ausführungen mit mehr als zwei Fingern pro Reihe und mehr als zehn Reihen. Ein dem ersten Stapelrad zugeführtes Einzelblatt wird dann typischerweise in einen Zwischenraum zwischen zwei in Umfangsrichtung oder in der zuvor genannten Rotationsrichtung aufeinander folgenden Reihen eigeführt.
-
Weiter sind die Finger bevorzugt bogenförmig ausgebildet. Die Finger sind hierbei insbesondere entgegen der zuvor genannten Rotationsrichtung gebogen.
-
Das andere Stapelrad der zwei Stapelräder, nämlich das zweite Stapelrad, weist je nach Ausführungsvariante keines, eines oder mehrere der zuvor beschriebenen Merkmale des ersten Stapelrades auf. Bevorzugt sind die Stapelräder der Stapelrad-Anordnung gleichartig ausgebildet.
-
Zweckdienlich ist es außerdem, wenn jedem der Stapelräder ein Stapeltisch zugeordnet ist, auf dem mit dem jeweiligen Stapelrad Einzelblätter zu Zell-Stapeln gestapelt werden. Bevorzugt es dann den Stapeltischen ein gemeinsamer Greifer der Stapel-Vorrichtung zugeordnet, mit dem fertig gestapelte Zell-Stapel von den Stapeltischen entfernt werden.
-
Je nach Ausführungsvariante werden die fertig gestapelten Zell-Stapel zudem mit dem Greifer gewendet.
-
Davon unabhängig ist es von Vorteil, wenn die fertig gestapelten Zell-Stapel mit dem Greifer einem Durchlaufofen zugeführt werden. In dem Durchlaufofen werden die fertig gestapelten Zell-Stapel dann einer Wärmebehandlung unterzogen. Während dieser Wärmebehandlung wird auf die Stapel bevorzugt ein Druck ausgeübt, und zwar typischerweise in Stapelrichtung. In diesem Fall erfolgt dann durch den Durchlaufofen quasi ein Heißpressen.
-
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf die Stapel-Vorrichtung zu übertragen und umgekehrt.
-
Zusammenfassend lässt sich die dem erfindungsgemäßen Verfahren und die der erfindungsgemäßen Stapel-Vorrichtung zugrundeliegende Idee auch so formulieren: Für die Herstellung eines Akkumulators sind Monozellen zu stapeln. Dafür sind Stapelräder zweckdienlich. Da nach einer bestimmten Anzahl Monozellen das Päckchen von der Anzahl her komplett ist, wird der Zustrom an Monozellen dann in einen anderen Pfad und somit zu einem anderen Stapler/Staplerrad umgeleitet. Im Weitern wird mittels eines Greifmechanismus wieder ein kontinuierlicher Strom von Päckchen erzeugt. Hierzu werden durch ein Tandem-Prinzip zwei Stapler abwechselnd mit der gewünschten Anzahl von Monozellen bestückt. Ein als Greifer ausgebildeter Manipulator holt dann die Päckchen von dem jeweils fertigwerdenden Stapler ab. Ein doppeltes Förderband mit beheizten Bändern sorgt als Durchlaufofen für den Abtransport und das Laminieren des Päckchens.
-
Damit verbunden sind dann diverse Vorteile: Ein „Tapen“ mit Klebestreifen für eine vorübergehende Fixierung des Stapels ist nicht mehr notwendig, da die Fixierung sofort im Anschluss des Stapelvorganges im Ofen erfolgt. Dabei ist eine ununterbrochene Fixierung durch Klemmung vorgesehen. Die Päckchen liegen am Ende wieder „richtigrum“, nachdem die Zellen zwischenzeitig durch den Stapelvorgang umgedreht wurden. Aus den durch den Tandembetrieb zwischenzeitig erzeugten zwei Materialströmen ist am Ende wieder einer geworden. Die zum Laminieren notwendige Einwirkdauer der Temperatur und die Anzahl der Zellen pro Stapel bestimmt die Länge des Durchlaufofens.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der schematischen Zeichnungen. Darin zeigen:
- 1 eine Stapelvorrichtung aufweisend eine Förderstraße, eine Verteilereinheit, eine Stapelrad-Anordnung sowie einen Greifer,
- 2 vergrößert einen unteren Zweig der Verteilereinheit,
- 3 vergrößert ein Walzenpaar der Verteilereinheit,
- 4 vergrößert eine Weiche der Verteilereinheit,
- 5 vergrößert eine Stapelrad der Stapelanordnung,
- 6 vergrößert zwei Greifbacken des Greifers, und
- 7 ein Einzelblatt für einen Zell-Stapel eines Akkumulators.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Eine nachfolgend exemplarisch beschriebene Stapel-Vorrichtung 2 dient zur automatischen Ausführung eines Verfahrensteils Stapeln, bei dem Einzelblätter 4 zu Zell-Stapeln 6 gestapelt werden. Der Verfahrensteil Stapeln ist hierbei Teil eines Verfahrens zur Herstellung von nicht dargestellten Akkumulatoren, nämlich Lithium-lonen-Akkumulatoren, wobei jeder Akkumulator zumindest einen solchen Zell-Stapel 6 aufweist. Das automatische Ausführen wird hierbei typischerweise gesteuert durch eine nicht abgebildete Steuereinheit der Stapel-Vorrichtung 2.
-
Die Stapel-Vorrichtung 2 weist nun eine Förderstraße 8, eine Verteilereinheit 10, eine Stapelrad-Anordnung 12 sowie vorzugsweise zudem einen Greifer 14 auf. Zudem bevorzugt weist die Stapel-Vorrichtung 2 einen Durchlaufofen 16 auf. Eine Ausführungsvariante mit Greifer 14, nämlich mit einem ersten Greifer 14, und mit Durchlaufofen 16 ist dabei in 1 gezeigt. 2 bis 6 geben verschiedene Ausschnitte von 1 vergrößert wieder.
-
Im Betrieb der Stapel-Vorrichtung 2 und somit im Zuge der Ausführung des Verfahrensteils Stapeln werden der Verteilereinheit 10 über die Förderstraße 8 kontinuierlich die Einzelblätter 4 zugeführt. Die Förderstraße 8 ist hierbei im Falle der Ausführungsvariante gemäß 1 als einfaches Förderband ausgebildet, welches die Einzelblätter 4 in eine Förderrichtung befördert.
-
Exemplarisch sind weiter alle zugeführten Einzelblätter 4 gleichartig ausgestaltet. In 7 ist beispielhaft ein solches Einzelblatt 4 skizziert. Es ist als sogenannte Monozelle ausgestaltet und weist eine Schicht aus einem Anodenmaterial 18, eine Schicht aus einem Kathodenmaterial 20 und eine dazwischenliegende Schicht aus einem Separatormaterial 22 auf. Zudem weist das Einzelblatt 4 zwei elektrisch leitfähige Ableiterfolien 24 auf, wobei eine der Ableiterfolien 24 am Anodenmaterial 18 und die andere am Kathodenmaterial 20 anliegt. Beide Ableiterfolien 24 bilden hierbei jeweils ein sogenanntes Ableiterfähnchen 26 aus, wobei die beiden Ableiterfähnchen 26 auf gegenüberliegenden Seiten des Einzelblattes 4 hervorstehen. In 7 ist nur das aus der Zeichenebene herausragende Ableiterfähnchen 26 der Ableiterfolie 24 am Anodenmaterial 18 sichtbar.
-
Auf dem in 1 gezeigten Förderband liegen nun mehrere dieser Einzelblätter 4 bereits in Förderrichtung hintereinander gereiht auf. Dabei sind diese Einzelblätter 4 alle in gleicher Weise ausgerichtet und orientiert. In dieser Art und Weise werden dann im Betrieb der Stapel-Vorrichtung 2 die Einzelblätter 4 der Verteilereinheit 10 zugeführt. Dabei befördert die Förderstraße 8 die Einzelblätter 4 typischerweise mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit, die bevorzugt zumindest über einen Zeitraum hinweg konstant gehalten wird, während dem mehrere Zell-Stapel 6 gestapelt werden.
-
Gestapelt werden die Zell-Stapel 6 weiter mittels der Stapelrad-Anordnung 12 der Stapel-Vorrichtung 2, welche hierfür zwei Stapelräder 28 aufweist. Zur Verteilung der über die Förderstraße 8 zugeführten Einzelblätter 4 auf die Stapelräder 28 ist weiter die Verteilereinheit 10 zwischen der Förderstraße 8 und der Stapelrad-Anordnung 12 positioniert, wobei die Verteilereinheit 10 für jedes Stapelrad 28 einen Zweig 30 aufweist. Jedem Stapelrad 28 ist somit ein Zweig 30 zugeordnet, über den dem entsprechenden Stapelrad 28 Einzelblätter 4 zuführbar sind.
-
Die Stapelräder 28 sind weiter in zwei übereinander liegenden Ebenen angeordnet. D. h., dass die Stapelräder 28 bezogen auf das Erdsystem in vertikaler Richtung versetzt zueinander angeordnet sind oder zumindest in guter Näherung in vertikaler Richtung. In guter Näherung bedeutet hierbei, dass die tatsächliche Richtung bevorzugt nicht mehr als 40°, weiter bevorzugt nicht mehr als 25° und insbesondere nicht mehr als 15° von der vertikalen Richtung abweicht.
-
In bezogen auf das Erdsystem horizontaler Richtung oder zumindest in guter Näherung in horizontaler Richtung sind die Stapelräder 28 dagegen bevorzugt nicht versetzt. In guter Näherung bedeutet hierbei, dass die tatsächliche Richtung bevorzugt nicht mehr als 40°, weiter bevorzugt nicht mehr als 25° und insbesondere nicht mehr als 15° von der horizontalen Richtung abweicht.
-
Bevorzugt sind die Stapelräder 28 daher übereinander angeordnet, so wie dies in 1 angedeutet ist. Daher wird nachfolgend eines der Stapelräder 28, nämlich das in 1 oben dargestellte, als oberes Stapelrad 28 bezeichnet und dass andere Stapelrad 28, nämlich das in 1 unten dargestellte, als unteres Stapelrad 28. Der dem oberen Stapelrad 28 zugeordnete Zweig 30 wird ergänzend als oberer Zweig 30 bezeichnet und der dem unteren Stapelrad 28 zugeordnete Zweig 30 als unterer Zweig 30.
-
Um nun eine Verteilung der Einzelblätter 4 auf die beiden Zweige 30 zu ermöglichen, weist die Verteilereinheit 10 typischerweise eine Weiche auf. Die Weiche ist dabei bevorzugt mittels einer Verteilerwalze 32 ausgebildet, so wie dies in 4 dargestellt ist. Hierbei ist die Verteilerwalze 32 in der zuvor genannten vertikalen Richtung oder zumindest in guter Näherung in der vertikalen Richtung verstellbar und insbesondere zwischen zwei vertikalen Positionen verschiebbar. In der oberen vertikalen Position werden dann die der Weiche zugeführte Einzelblätter 4 über die Weiche in den oberen Zweig 30 befördert und in der unteren vertikalen Position werden die der Weiche zugeführten Einzelblätter 4 über die Weiche in den unteren Zweig 30 befördert.
-
Ergänzt wird die Verteilerwalze 32 im Ausführungsbeispiel durch ein Walzen-Paar, welches ebenfalls Teil der Weiche ist. Dieses Walzen-Paar ist durch zwei Walzen 34 ausgebildet, die übereinander angeordnet sind. Somit weist das Walzen-Paar eine obere Walze 34 und eine untere Walze 34 auf.
-
Zudem ist zumindest eine der beiden Walzen 34 angetrieben, sodass diese ein sogenanntes Förderwalzen-Paar ausbilden. D. h., dass diese Walzen 34 im Betrieb gegenläufig rotieren und hierdurch zugeführte Einzelblätter 4 befördern, so dass diese zwischen den Walzen 34 hindurchgeführt werden.
-
In der Weiche bildet die Verteilerwalze 32 zudem zweckdienlicherweise je nach vertikaler Position der Verteilerwalze 32 entweder zusammen mit der oberen Walze 34 des Walzen-Paars oder zusammen mit der unteren Walze 34 des Walzen-Paars ein solches Förderwalzen-Paar aus.
-
Außerdem weisen üblicherweise die zuvor genannten Zeige 30 jeweils WalzenPaare auf, die als Förderwalzen-Paare ausgebildet sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist dabei ein jeder Zweig 30 ein Walzen-Paar mit Walzen 36 eines ersten Typs und ein Walzen-Paar mit Walzen 38 eines zweiten Typs auf. Dabei unterscheiden sich die beiden Typen hinsichtlich des Durchmessers der Walzen 36,38.
-
Weiter ist eine Ausführung der Stapel-Vorrichtung 2 bevorzugt, bei der die Verteilereinheit 10, so wie im Falle der Ausführungsvariante gemäß 1, zumindest zwei Leitbleche 40 aufweist, die insbesondere übereinander liegend angeordnet sind und somit ein Leitblech-Paar ausbilden. In diesem Fall werden dann die Einzelblätter 4 zweckdienlicherweise zwischen den Leitblechen 40 des Leitblech-Paars hindurchgeführt.
-
Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 weisen die Leitbleche 40 dabei außerdem Durchbrüche 42, insbesondere Schlitze, auf. Dies ist zumindest in 3 angedeutet. Zur Beförderung der Einzelblätter 4 greifen dann Vorsprünge 44 an den Walzen 36,38 durch die Durchbrüche 42 durch, so dass das Befördern der Einzelblätter 4 mit Hilfe der Vorsprünge 44 bewerkstelligt wird.
-
Jene Vorsprünge 44 sind im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ringförmig ausgestaltet. Dabei sind die Vorsprünge 44 einer jeden Walze 36,38 um eine Achse 46,48 der Walze herumgeführt und entlang der Achse 46,48 gesehen mit Abstand in einer Reihe angeordnet. Im Profil zeigt sich somit dann eine Rechteckzahnung bei den Walzen 36,38.
-
Gemäß Ausführungsvariante nach 1 weisen darüber hinaus auch die Walzen der zuvor beschriebenen Weiche derartige Vorsprünge 44 auf. Im Falle der Verteilerwalze 32 sind die ringförmigen Vorsprünge 44 dabei allerdings entlang einer Achse 50 der Verteilerwalze 32 gesehen im Wechsel einmal in einer Querrichtung quer zur Achse 50 versetzt angeordnet und einmal in der Querrichtung entgegengesetzten Richtung. In 4 ist das erkennbar.
-
Zudem ist die Verteilerwalze 32 in der Ausführungsvariante nach 1 mit einem Leitblech 52 kombiniert, welches eine V-Form aufweist, die durch zwei Schenkel ausgebildet wird. Beide Schenkel weisen nicht näher dargestellte Durchbrüche ähnlich den Durchbrüchen 42 auf und zwischen den zwei Schenkeln ist die Verteilerwalze 32 positioniert. Über den oberen Schenkel werden dann Einzelblätter 4 den oberen Zweig 30 geleitet und über den unteren Schenkel in den unteren Zweig 30.
-
Die Stapelräder 28 der Stapelrad-Anordnung 12 sind weiter bevorzugt gleichartig ausgebildet. Dabei gilt dann typischerweise für jedes Stapelrad 28, dass dieses als angetriebenes Stapelrad 28 ausgebildet ist und somit im Betrieb in einer Rotationsrichtung 54 um eine Achse 56 rotiert. Weiter weist dieses vorzugsweise mehrere Finger 58 auf, die entlang der Achse 56 gesehen beabstandet voneinander in einer Reihe angeordnet sind. Zudem weist dieses Stapelrad 28 bevorzugt mehrere solcher Reihen auf, die um die Achse 56 herum verteilt angeordnet sind. Typisch sind hierbei Ausführungen mit mehr als zwei Fingern 58 pro Reihe und mehr als zehn Reihen. Ein derartig ausgebildetes Stapelrad 28 ist in 5 gezeigt. Ein zugeführtes Einzelblatt 4 wird dann in einen Zwischenraum zwischen zwei in Rotationsrichtung aufeinander folgenden Reihen eigeführt.
-
Weiter sind die Finger 58 bevorzugt bogenförmig ausgebildet, so wie dies im Ausführungsbeispiel gemäß 1 der Fall ist. Die Finger 58 sind hierbei dann weiter bevorzugt entgegen der Rotationsrichtung 54 gebogen.
-
Zweckdienlich ist es außerdem, wenn jedem Stapelrad 28 der Stapelrad-Anordnung 12 ein Stapeltisch 60 zugeordnet ist, auf dem die dem entsprechenden Stapelrad 28 zugeführten Einzelblätter 4 zu Zell-Stapeln 6 gestapelt werden.
-
Die Stapel-Vorrichtung 2 ist außerdem bevorzugt so ausgebildet und eingerichtet, dass die beiden Stapelräder 28 der Stapelräder-Anordnung 12 im Wechsel Einzelblätter 4 zu Zell-Stapeln 6 stapeln. D. h., dass zunächst in einen der Zweige 30 genügend Einzelblätter 4 für einen Zell-Stapel 6 befördert werden. Dann wird die Weichenstellung der Weich der Verteilereinheit 10 geändert, also insbesondere wird die vertikale Position der Verteilerwalze 32 geändert, sodass die nachfolgenden Einzelblätter den anderen Zweig 30 zugeführt werden. Infolgedessen werden dann auch auf den Stapeltischen 60 im Wechsel Zell-Stapel 6 fertig gestapelt.
-
Weiter weist die Stapel-Vorrichtung 2 vorzugsweise den zuvor bereits genannten ersten Greifer 14 auf, so wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1. Dieser erste Greifer 14 ist dabei dann typischerweise beiden Stapeltischen 60 der Stapelrad-Anordnung 12 zugeordnet, so dass mit dem ersten Greifer 14 von beiden Stapeltischen 60 fertig gestapelte Zell-Stapel 6 entfernt werden. Weist die Stapel-Vorrichtung 2, so wie bevorzugt, zudem den zuvor genannten Durchlaufofen 16 auf, so führt der erste Greifer die fertig gestapelten Zell-Stapel 6 zweckdienlicherweise dem Durchlaufofen 16 zu. Im Zuge dessen werden die Zell-Stapel 6 gemäß zumindest einer Ausführungsvariante gewendet.
-
Für den ersten Greifer 14 sind verschiedene Ausführungen zweckdienlich. Im Falle der Ausführung gemäß 1 weist der erste Greifer 14 zwei Greifbacken 62 auf, die aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, wodurch quasi ein Zugreifen ermöglicht ist. Die beiden Greifbacken 62 sind weiter über einen Teleskoparm 64 mit einer Rotationsachse 66 verbunden, um die der Teleskoparm 64 rotierbar ist. Die Rotationsachse 66 wiederum ist im Ausführungsbeispiel gemäß 1 vertikal verschiebbar an einer Schiene 68 gelagert.
-
Die zwei Greifbacken 62 sind im Falle der Ausführung gemäß 1 weiterhin gleichartig ausgestaltet und weisen jeweils eine Form auf, die an einem Kamm erinnert. Dabei sind zur Ausbildung einer solchen Kamm-Form mehrere parallel verlaufende Leisten 70 nebeneinander angeordnet. Dies ist aus 6 ersichtlich Zum Greifen eines fertig gestapelten Zell-Stapels 6 von einem der Stapeltische 60 werden dann die Leisten 70 der unteren Greifbacke 62 in passend ausgebildete Nuten 72 am Stapeltisch 60 eingeführt, sodass die entsprechenden Leisten 70 vor dem Ergreifen des Zell-Stapels 6 unterhalb des untersten Einzelblattes 4 positioniert sind. Die Nuten 72 sind in 5 gut erkennbar.
-
Wie bereits zuvor dargelegt, wird der erste Greifer 14 bevorzugt genutzt um fertig gestapelte Zell-Stapel 6 dem zuvor genannten Durchlaufofen 16 zuzuführen. Hierbei weist zumindest der Durchlaufofen 16 im Ausführungsbeispiel gemäß 1 einen weiteren Greifer 74 auf, nämlich einen zweiten Greifer 74. Gebildet wird der zweite Greifer 74 dabei durch zwei Greifbacken 76. Jede dieser Greifbacken 76 ist hierbei nach Art eines einfachen Förderbandes mit zwei Umlenkwalzen ausgebildet, jedoch sind anstatt eines einzelnen breiten Bandes mehrere schmale Riemen 78 zwischen den zwei Umlenkwalzen gespannt und dabei nebeneinander angeordnet. So wie dies 6 zeigt. Hierbei ist zwischen den Riemen 78 jeweils einen Zwischenraum belassen, sodass die Leisten 70 der Greifbacken 62 des ersten Greifers 14 zwischen den Riemen 78 positionierbar sind. Zudem sind die beiden Greifbacken 76 des zweiten Greifers 74 jeweils um eine Achse schwenkbar gelagert, sodass sich diese wie die beiden Backen einer Kneifzange bewegen lassen.
-
An den zweiten Greifer 74 des Durchlaufofens 16 schließt sich gemäß der Ausführung nach 1 eine beheizbare und im Betrieb beheizte Förderstraße 80 des Durchlaufofens 16 an. Diese ist im Ausführungsbeispiel exemplarisch gebildet durch zwei Förderbänder, die übereinanderliegend angeordnet sind und zwischen denen die Zell-Stapel 6 hindurchgeführt werden. Dabei wird bevorzugt durch die beiden Förderbänder Druck auf die hindurchgeführten Zell-Stapel 6 ausgeübt, der in vertikaler Richtung und entgegen der vertikalen Richtung auf die Zell-Stapel 6 einwirkt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Stapel-Vorrichtung
- 4
- Einzelblatt
- 6
- Zell-Stapel
- 8
- Förderstraße
- 10
- Verteilereinheit
- 12
- Stapelrad-Anordnung
- 14
- erster Greifer
- 16
- Durchlaufofen
- 18
- Anodenmaterial
- 20
- Kathodenmaterial
- 22
- Separatormaterial
- 24
- Ableiterfolie
- 26
- Ableiterfähnchen
- 28
- Stapelrad
- 30
- Zweig
- 32
- Verteilerwalze
- 34
- Walze
- 36
- Walze
- 38
- Walze
- 40
- Leitblech
- 42
- Durchbruch
- 44
- Vorsprung
- 46
- Achse
- 48
- Achse
- 50
- Achse
- 52
- Leitblech
- 54
- Rotationsrichtung
- 56
- Achse
- 58
- Finger
- 60
- Stapeltisch
- 62
- Greifbacke
- 64
- Teleskoparm
- 66
- Rotationsachse
- 68
- Schiene
- 70
- Leiste
- 72
- Nut
- 74
- zweiter Greifer
- 76
- Greifbacke
- 78
- Riemen
- 80
- Förderstraße
