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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen eines Batteriefaches, insbesondere ein Verfahren zum Verschließen eines Batteriefaches, bei dem die Form eines aus Metallblech ausgebildeten Behälters durch eine Spannvorrichtung automatisch wiederhergestellt werden kann, sodass ein verformter Behälter in die ursprüngliche Form zurückgebracht wird, wobei das Verschließen des Batteriefaches massenproduktionstauglich automatisiert erfolgt.
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Stand der Technik
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Die Technologie der Materialien von Lithium-Akkus hat sich schnell entwickelt, sodass die Lithium-Akkus als Stromquelle (z. B. Lithium-Eisenphosphatoxid-Akkumulatoren) bei Einrichtungen mit hohem Energiebedarf, z. B. Elektrofahrrädern, Elektrorollstühlen, usw., verwendet werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Akkus weisen solche Lithium-Akkus mit wasserfreiem Elektrolyt, die eine hohe Kapazität besitzen, eine größere Speicherkapazität und eine größere Stromversorgungsmenge auf. Üblicherweise ist der Zellenbehälter der Lithium-Akkus mit wasserfreiem Elektrolyt als Metallbehälter aus Aluminium hergestellt, wobei der Metallbehälter typischerweise aus Aluminium oder rostfreiem Stahl gefertigt ist und mindestens eine Öffnung an einem Ende aufweist. Nachdem der Plus-, der Minuspol des Akkus sowie die Trennmembran im Metallbehälter verschlossen worden sind, wird die Öffnung des Behälters mit einem Deckel in verschiedenen Abdichtungstechnologien sicher verschlossen, sodass der Akku wasser- und gasdicht, langfristig und stabil verschlossen wird.
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1 zeigt ein herkömmliches Akkufach 10, das derart ausgebildet ist, dass in einem Behälter 20 (beispielsweise rechteckig) eine Vielzahl von Zellen 50 (in der Zeichnung sind beispielsweise drei Zellen 50 vorgesehen) enthalten ist, wobei die Zellen 50 jeweils aus einer Pluspol-Schicht, einer Trennschicht und einer Minuspol-Schicht besteht, die einander überlagern, wobei die Zellen 50 an die Elektrode 40 an einem Deckel 30 elektrisch leitend angeschlossen sind und der Behälter 20 aus einem Metallblech aus rostfreiem Stahl, vernickeltem Stahl, Aluminium oder Aluminium-Legierung hergestellt ist.
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Im Verschließverfahren des (beispielsweise rechteckigen) Akkufaches 10 werden der lange, der kurze Rand 21, 22 der Öffnung des Behälters 20 und der lange, der kurze Rand 23, 32 des Deckels 30 durch eine Heißschmelzvorrichtung miteinander zusammengeschmolzen. Allgemein wird die Öffnung durch Laser verschmolzen, indem der Laserresonator eines Yttrium-Aluminium-Granats (YAG) durch Erregen einer starken Lichtquelle (häufig eine Stickstofflampe) einen Lichtstrahl einer einzigen Frequenz (λ = 1.06 mm) ausgibt, welcher durch Schwingen und Brechen auf ein Bündel fokussiert wird; weiter wird der fokussierte Brennpunkt auf die Verbindungsstellen der langen Ränder 21, 31 und der kurzen Ränder 22, 32 des Behälters 20 und des Deckels 30 ausgerichtet, sodass die entsprechenden Ränder einheitlich verschmolzen werden, um den Deckel 30 und den Behälter 20 miteinander dicht zusammengeschmolzen.
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Zu bemerken ist, dass der Behälter 20 aus Metallblech hergestellt ist und der lange Rand 21 und die Oberfläche 23 unter dem langen Rand 21 des Behälters 20 nach der Fertigung durch den Transport und das Ablagern für längere Zeit sich leicht nach innen biegen; wenn eine große Menge von Behältern 20 gestapelt wird, kann das leicht zu einer Verformung der kurzen und der langen Ränder 22, 21 führen, sodass der kurze und der lange Rand 22, 21 nicht mehr senkrecht zueinander stehen. Um das Problem der Verformung des Behälters 20 zu lösen, muss die Form des Behälters 20 im Verschließverfahren des Akkufaches 10 durch menschliche Kräfte wiederhergestellt werden. Weiter werden die an die Elektrode 40 des Deckels 30 elektrisch leitend angeschlossenen Zellen 50 durch menschliche Kräfte in den Behälter 20 eingesetzt und werden die Verbindungsstellen der langen Ränder 21, 31 mit den kurzen Rändern 22, 32 des Behälters 20 und des Deckels 30 in einen ebenen und gleichmäßigen Zustand gebracht. Danach wird das Akkufach 10 durch Laserschmelzen verschlossen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschließen eines Batteriefaches zu schaffen, bei dem die Form eines aus Metallblech ausgebildeten Behälters durch eine Spannvorrichtung automatisch wiederhergestellt werden kann, sodass ein verformter Behälter in die ursprüngliche Form zurückgebracht wird, wobei die Zellen automatisiert in den Behälter eingesetzt werden.
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Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschließen eines Batteriefaches zu schaffen, bei dem die Zellen automatisiert in den Behälter eingesetzt werden und die Verbindungsstellen der Ränder des Behälters und des Deckels in einen ebenen und gleichmäßigen Zustand gebracht werden, wodurch das Verschließen des Batteriefaches durch Laserschmelzen massenproduktionstauglich automatisiert erfolgt und die Personalkosten somit reduziert werden.
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Technische Lösung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Verschließen eines Batteriefaches mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verschließen eines Batteriefaches wird dazu verwendet, bei einer Sekundärzelle einen Deckel auf die Öffnung eines aus Metallblech hergestellten Behälters aufzusetzen und die entsprechenden Ränder des Deckels und des Behälters durch Heißschmelzen zusammenzuschmelzen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Setzen einer ersten Spannvorrichtung um die Ränder der Öffnung des Behälters herum, um die Form der Öffnung des Behälters zu begrenzen und fixieren; Einstöpseln einer zweiten Spannvorrichtung über die Öffnung des Behälters in den Innenraum des Behälters und Herausziehen der zweiten Spannvorrichtung aus dem Innenraum des Behälters, wobei die Form der Öffnung des Behälters durch die Eigenschaft der metallischen Elastizität des Metallbleches fixiert wird und die seitlichen Oberflächen des Behälters in einen ebenen Zustand gebracht werden; und Setzen des Deckels auf die Öffnung des Behälters und Zusammenschmelzen des Deckels und des Behälters miteinander durch Heißschmelzen.
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Erfindungsgemäß kann die zweite Spannvorrichtung ein Vorderende und ein Hinterende umfassen, wobei die Querschnittsfläche des Vorderendes kleiner ist als die Querschnittsfläche des Hinterendes und kleiner als die Fläche der fixierten Form der Öffnung des Behälters; die größte Querschnittsfläche des in den Innenraum des Behälters eingesetzten Hinterendes der zweiten Spannvorrichtung darf nicht kleiner als die Fläche der fixierten Form der Öffnung des Behälters sein.
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Erfindungsgemäß kann die erste Spannvorrichtung ferner die seitlichen Oberflächen des Behälters umhüllen, um die Form der Öffnung des Behälters zu begrenzen und zu fixieren sowie den ebenen Zustand der seitlichen Oberflächen des Behälters zu halten.
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Des Weiteren können die Umfangsoberflächen des Deckels durch eine dritte Spannvorrichtung eben gepresst werden, sodass sich die gesamten Umfangsoberflächen des Deckels auf derselben Ebene befinden. Der Deckel wird auf die Öffnung des Behälters gesetzt, wobei sich die Umfangsoberflächen des Deckels und die Ränder der Öffnung des Behälters auf ein und derselben Ebene befinden; das heißt, dass die Öffnung des Behälters und der Deckel hinsichtlich der Abmessung identisch sind; durch das Heißschmelzen von oben werden der Behälter und der Deckel zusammengeschmolzen.
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Der Deckel kann auf die Öffnung des Behälters gesetzt werden, wobei die Umfangsoberflächen des Deckels niedriger als die Ränder der Öffnung des Behälters sind; das heißt, dass der Deckel hinsichtlich der Abmessung etwas kleiner ist als der Innenumfang der Öffnung des Behälters; durch das Heißschmelzen von innen werden der Behälter und der Deckel zusammengeschmolzen.
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Der Deckel kann auf die Öffnung des Behälters gesetzt werden, wobei sich der Umfang der unteren Oberfläche des Deckels an die Ränder der Öffnung des Behälters anschließen; das heißt, dass der Deckel und der Außenumfang des Behälters hinsichtlich der Fläche und der Abmessung identisch sind; durch das Heißschmelzen von Seiten werden der Behälter und der Deckel zusammengeschmolzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verschließen eines Batteriefaches ist insofern vorteilhaft, als es bei jedem Herstellungsvorgang von Batteriefächern, bei dem zunächst das Ausrichten und dann das Schmelzen vorgenommen werden muss, verwendet werden kann. Durch das Anpassen der Form des aus Metallblech hergestellten Behälters mittels von Spannvorrichtung und durch die physischen Eigenschaften der Verformbarkeit und Elastizität des dünnen Metalls können die beim Stand der Technik genannten Probleme auf eine automatisierte Weise so gelöst werden, dass die kurzen und die langen Ränder aufgrund des Stapelns einer großen Menge von Behältern verformt werden und in einen nicht senkrechten Zustand kommen und dass die langen Ränder und die Oberfläche unter den langen Rändern der gefertigten Behälter durch den Transport und das Ablagern für längere Zeit sich leicht nach innen biegen; mit den Spannvorrichtungen wird die Form des aus Metallblech gefertigten Behälters automatisch wiederhergestellt werden, sodass der verformte Behälter in die ursprüngliche Form zurückgebracht wird und die Zellen somit auf eine automatisierte Weise in den Behälter eingesetzt werden können; des Weiteren können die in einen ebenen und gleichmäßigen Zustand gebrachten Verbindungsstellen der jeweiligen Ränder des Behälters und der Deckels durch Laserschmelzen miteinander zusammengeschmolzen werden, sodass das gesamte Verschließverfahren des Batteriefaches massenproduktionstauglich automatisiert erfolgt, wodurch die Personalkosten reduzierbar sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine explosive Darstellung einer Sekundärzelle gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung der ersten Spannvorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verschließen eines Batteriefaches.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung der ersten Spannvorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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4 zeigt eine erste schematische Darstellung einer Ausführung der zweiten Spannvorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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5 zeigt eine zweite schematische Darstellung der Ausführung der zweiten Spannvorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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6 zeigt eine schematische Darstellung des Zusammensetzens des Deckels mit dem Behälter des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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7 zeigt eine erste schematische Darstellung des Zusammenschmelzens der Ränder des Deckels und des Behälters des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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8 zeigt eine zweite schematische Darstellung des Zusammenschmelzens der Ränder des Deckels und des Behälters des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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9 zeigt eine schematische Darstellung des Pressens des Deckels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei der Deckel eben gepresst wird.
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10 zeigt eine erste schematische Darstellung einer weiteren Weise zum Schmelzen des Deckels und des Behälters des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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11 zeigt eine erste schematische Darstellung einer weiteren Ausführung der zweiten Spannvorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Schnitt.
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12 zeigt eine zweite schematische Darstellung der weiteren Ausführung der zweiten Spannvorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Schnitt.
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13 zeigt eine zweite schematische Darstellung der weiteren Weise zum Schmelzen des Deckels und des Behälters des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Jedoch soll die Erfindung nicht auf die Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschränkt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verschließen eines Batteriefaches wird dazu verwendet, bei einer Sekundärzelle einen Deckel auf die Öffnung eines aus Metallblech hergestellten Behälters aufzusetzen und die entsprechenden Ränder des Deckels und des Behälters durch Heißschmelzen zusammenzuschmelzen. Im Folgenden wird das Verschließen eines rechteckigen Akkufaches beispielhaft für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt, das bei jedem Herstellungsvorgang von Batteriefächern, bei dem zunächst das Ausrichten und dann das Schmelzen vorgenommen werden muss, verwendet werden kann
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Für das erfindungsgemäße Verfahren wird auf 2 bis 7 verwiesen. Zunächst wird eine erste Spannvorrichtung 200 um den Außenumfang der Öffnung 120 eines Behälters 110, i. e. um die in der Zeichnung dargestellten langen und kurzen Ränder 121, 122 (siehe 2), herum gesetzt, um die Form der Öffnung 120 des Behälters 110 zu begrenzen und zu fixieren; dadurch wird die durch Stapeln einer großen Menge von Behältern 110 verursachte Verformung des relativen Verhältnisses zwischen den kurzen und den langen Rändern 122, 121, z. B. den in der Zeichnung dargestellten nichtsenkrechten Zustand zwischen den kurzen und den langen Rändern 122, 121, wiederhergestellt und gleichzeitig wird die Form der Öffnung 120 des Behälters 110 für die folgenden Arbeitsgänge begrenzt und fixiert. Weiter kann die erste Spannvorrichtung 210 einen größeren Bereich umfassen; sie kann die seitlichen Oberflächen 123 des Behälters 110 (siehe 3) umhüllen, sodass die erste Spannvorrichtung 210 sowohl die Form der Öffnung 120 des Behälters 110 als auch den ebenen Zustand der seitlichen Oberflächen 123 des Behälters 110 begrenzen und fixieren kann.
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Sofern die erste Spannvorrichtung 200 von außen um die Öffnung 120 des Behälters 110 herum gesetzt worden ist, wird eine zweite Spannvorrichtung 300 über die Öffnung 120 des Behälters 110 in den Innenraum des Behälters 110 eingestöpselt (siehe 4) und wieder aus dem Innenraum des Behälters 110 herausgezogen (siehe 5), wobei die Form der Ränder der Öffnung 120 des Behälters 110 durch die physischen Eigenschaften der metallischen Verformbarkeit und Elastizität des Metallbleches fixiert wird (z. B. werden die kurzen und die langen Ränder 122, 121 derart verformt, dass sie senkrecht zueinander gebracht werden) und die seitlichen Oberflächen 123 des Behälters 110 in einen ebenen Zustand gebracht werden. Dabei umfasst die zweite Spannvorrichtung 300 ein Vorderende 310 und ein Hinterende 320, wobei die Querschnittsfläche des Vorderendes 310 kleiner ist als die Querschnittsfläche des Hinterendes 320 und als die Fläche der fixierten Form der Öffnung 120 des Behälters 110; die größte Querschnittsfläche des in den Innenraum des Behälters 110 eingesetzten Hinterendes 320 der zweiten Spannvorrichtung 300 darf nicht kleiner als die Fläche der fixierten Form der Öffnung 120 des Behälters 110 sein. In der Zeichnung sind die größte Querschnittfläche und die Form des Hinterendes 320 beispielsweise jeweils mit der Querschnittfläche und der Form des Deckels 150 identisch.
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Die langen Ränder 121 und die seitlichen Oberflächen 123 unter den langen Rändern 121 des gefertigten Behälters 110 biegen sich durch den Transport und das Ablagern für längere Zeit leicht nach innen. Im verformten Zustand der Öffnung 120 des Behälters 110 ist es trotzdem möglich, das Vorderende 310 der zweiten Spannvorrichtung 300 in den Innenraum des Behälters 110 einzuschieben, wobei die Form des aus Metallblech hergestellten Behälters 110 durch die physischen Eigenschaften der Verformbarkeit und der Elastizität des dünnen Metalls mittels der zweiten Spannvorrichtung 300 wiederhergestellt wird, sodass der verformte Behälter 110 in die ursprüngliche Form zurückgebracht wird.
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Schließlich wird ein Deckel 150, an den mindestens eine Zelle 130 (in der Zeichnung sind beispielsweise drei Zellen 130 vorgesehen) elektrisch leitend angeschlossen ist, auf die Öffnung 120 des Behälters 110 gesetzt (siehe 6). Typischerweise sind zwei Elektroden 140 aus Metall am Deckel 150 angeordnet und verlaufen durch den Deckel 150 hindurch, wobei die beiden Elektroden 140 jeweils an den Plus- und den Minuspol der Zelle 130 elektrisch angeschlossen sind. In der Ausführung kann jede bekannte elektrische Verbindungsstruktur des Deckels 150 und der Zelle 130 eingesetzt werden; das heißt, dass Elektroden aller Typen, die durch den Deckel hindurch verlaufen, geeignet sind.
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Nachdem die an den Deckel 150 elektrisch leitend angeschlossene Zelle 130 in den Innenraum des Behälters 110 eingesetzt worden ist, wird der Deckel auf die Öffnung 120 des Behälters 110 so gesetzt, dass sich die Umfangsoberflächen des Deckels 150 und die Ränder der Öffnung 120 des Behälters 110 auf derselben Ebene befinden; nun können die Metallschicht 151 (z. B. aus Kupfer, Aluminium) am Umfang des Deckels 150 und die entsprechenden Ränder (die langen und die kurzen Ränder 121, 122) des Behälters 110 durch Heißschmelzen von oben zusammengeschmolzen werden (siehe 7), um das Akkufach zu verschließen. Dabei handelt es sich beim Heißschmelzen mit Laser 400 um eine herkömmliche Technik, die keinen Schwerpunkt der vorliegenden Erfindung dargstellt und deshalb hierbei nicht weiter erläutert wird.
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Wie in 8 gezeigt, kann die Metallschicht 151 am Umfang des Deckels 150 und die entsprechenden Ränder (die langen und die kurzen Ränder 121, 122) des Behälters 110 erst durch Heißschmelzen mit Laser 400 zusammengeschmolzen werden, um das Akkufach zu verschließen, nachdem die erste Spannvorrichtung 200 vom Behälter 110 entfernt worden ist.
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Wie in 9 gezeigt, können die Umfangsoberflächen des Deckels 150 vor dem Setzen des Deckels 150 auf die Öffnung 120 des Behälters 110 weiter durch eine dritte Spannvorrichtung 500 auf- und abwärts derart gepresst werden, dass die Umfangsoberflächen des Deckels 150 eben werden, damit sich die Umfangsoberflächen des Deckels 150 und die Ränder (die langen und die kurzen Ränder 121, 122) der Öffnung 120 des Behälters 110 auf derselben Ebene befinden, wenn der Deckel 150 auf die Öffnung 120 des Behälters 110 gesetzt wird. Dadurch wird das Heißschmelzen mit Lager 400 erleichtert, sodass das Akkufach durch das Zusammenschmelzen der Umfangsränder des Deckels 150 mit den entsprechenden Rändern des Behälters 110 verschlossen wird.
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Wie in 10 gezeigt, können sich die Umfangsränder der unteren Oberfläche des Deckels 110 beim Setzen des Deckels 150 auf die Öffnung 120 des Behälters 110 an die Ränder (die langen und die kurzen Ränder 121, 122) des Behälters 110 anschließen; das heißt, dass die Fläche und die Abmessung des jeweiligen Außenumfangs des Deckels 150 und der Öffnung 110 des Behälters 120 identisch sind. Nun können die Metallschicht 151 am Umfang des Deckels 150 und die entsprechenden Ränder des Behälters 110 durch Heißschmelzen mit Laser 400 von der Seite her zusammengeschmolzen werden, um das Akkufach zu verschließen.
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Im vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird ein rechteckiges Akkufach beispielhaft dargestellt, wobei die Öffnung des Behälters nicht auf eine Rechteckform eingeschränkt ist. Wenn die erste Spannvorrichtung ovalförmig (in Übereinstimmung mit dem Profil des Deckels) oder rechteckig aber mit Führungsecken ausgebildet ist, kann die Form der Öffnung des Behälters mittels einer in Übereinstimmung mit dem Deckel ausgeformten zweiten Spannvorrichtung durch Pressen verändert werden.
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Wie aus 11 bis 13 ersichtlich, kann am Hinterende 320 der zweiten Spannvorrichtung 300 ein Pressteil 321 ausgebildet werden, dessen Querschnittfläche etwas größer als die Fläche der Öffnung 120 des Behälters 110 sein kann (siehe 11); nachdem die zweite Spannvorrichtung 300 über die Öffnung 120 in den Behälter 110 eingestöpselt worden ist, wird nahe der Öffnung 120 des Behälters 110 ein Einschnitt 111 (siehe 12) gebildet, der für eine leichtere Positionierung des Deckels 150 an der Öffnung 120 des Behälters 110 sorgt; beispielsweise kann durch Ausüben einer geringen Kraft auf den Deckel 150 ein dichter Kontakt des Deckels 150 und des Behälters 110 festgestellt werden. In der Ausführung wird der Deckel 150 auf die Öffnung 120 des Behälters 110 gesetzt, wobei die Umfangsoberflächen des Deckels 150 niedriger sind als die Ränder (die langen und die kurzen Ränder 121, 122) der Öffnung 120 des Behälters 110; das heißt, dass der Deckel 150 hinsichtlich der Abmessung etwas kleiner ist als der Innenumfang der Öffnung 120 des Behälters 110; durch das Heißschmelzen von innen mit Laser 400 werden die Umfangsränder des Deckels 150 und die entsprechenden Ränder des Behälters 110 zusammengeschmolzen, um das Akkufach zu verschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 110
- Behälter
- 111
- Einschnitt
- 120
- Öffnung
- 121
- langer Rand
- 122
- kurzer Rand
- 123
- seitliche Oberfläche
- 130
- Zelle
- 140
- Elektrode
- 150
- Deckel
- 151
- Metallschicht
- 200
- erste Spannvorrichtung
- 210
- erste Spannvorrichtung
- 300
- zweite Spannungsvorrichtung
- 310
- Vorderende
- 320
- Hinterende
- 321
- Pressteil
- 400
- Laser
- 500
- dritte Spannungsvorrichtung
