DE202017104111U1

DE202017104111U1 - Fertigungstechnik zur Herstellung von Batteriemodulen und zugehörige Fertigungsstation

Info

Publication number: DE202017104111U1
Application number: DE202017104111.5U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Industries GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2018-10-15
Anticipated expiration: 2027-07-11

Abstract

Transportcontainer zur Aufnahme einer Mehrzahl von Modulteilen (2-7) für den Stapel (1) einer Batteriezelle (12, 12a, 12b), wobei der Transportcontainer eine Mehrzahl von Modulteil-Aufnahmen (24) aufweist, und wobei die Modulteile (2-7) für ein bestimmtes Batteriemodul in der richtigen Orientierung und Reihenfolge in die Modulteil-Aufnahmen (24) einsetzbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Technik zur Fertigung von Batteriemodulen für den Fahrantrieb von Elektrofahrzeugen, insbesondere zur Fertigung von Batteriemodulen, die mehrere Modulteile in einer komprimierten Stapelanordnung aufweisen.
Die in der Praxis bekannten Fertigungstechniken sind nicht optimal ausgebildet. Es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine verbesserte Fertigungstechnik aufzuzeigen, welche eine Fertigungsstation mit mehreren Unterstationen sowie ein Fertigungsverfahren umfasst.
Die Batteriemodule gemäß der vorliegenden Offenbarung sind für den Einsatz als Haupt-Energieversorgung für den Fahrantrieb von Elektrofahrzeugen vorgesehen und geeignet. Es handelt sich also bevorzugt um automobile Fahrantrieb-Batteriemodule. Nachfolgend wird hierfür vereinfachend die Bezeichnung „Batteriemodul“ verwendet.
Elektrofahrzeuge sollen in Zukunft von einem Fahrzeughersteller in unterschiedlichen Leistungsklassen und/oder mit unterschiedlichen Reichweiten und/oder mit unterschiedlichen Ausstattungsmerkmalen angeboten werden. Ferner ist es angestrebt, verschiedene Fahrzeugtypen mit jeweils unterschiedlichen Platzverhältnissen mit Batteriemodulen auszustatten. Um bei diesen Anforderungen möglichst kostengünstig produzieren zu können, sind Batteriemodule mit einem Baukastenprinzip in der Entwicklung.
Durch die Fertigungstechnik gemäß der vorliegenden Offenbarung wird es ermöglicht, verschiedene Typen von Batteriemodulen mit jeweils unterschiedlichen oder überschneidenden Modulteilen in einem variablen und skalierbaren Fertigungsprozess herzustellen. Der Fertigungsprozess umfasst als besonders wesentliche Schritte einen Assemblierungsvorgang und einen Fügevorgang. Im Assemblierungsvorgang wird ein Bausatz für ein Batteriemodul erzeugt und in einem Transportcontainer bereitgestellt. Es können mehrere Bausätze für unterschiedliche Batteriemodule im Mix, d.h. bei beliebig veränderbarer Reihenfolge hergestellt werden. Die Bausätze können direkt in den Fügevorgang übergeben oder zwischengespeichert bzw. bei etwaigen Qualitätsmängeln nachgearbeitet werden.
Im Fügevorgang werden die Modulteile eines Bausatzes in einer Spannvorrichtung angeordnet, positioniert und aneinander angenähert, wodurch der Stapel (Stack) des Batteriemoduls gebildet wird. Der Stapel wird bevorzugt kraft- und weggesteuert gepresst. Die Spannvorrichtung hält den Stapel in der gepressten Anordnung, wobei auch eine definierte Spann- oder Presskraft aufrechterhalten bleibt. Die Spannvorrichtung ist mit dem gespannten Stapel bewegbar und kann einem oder mehreren Folgeprozessen zugeführt werden, die in beliebiger Reihenfolge stattfinden können. Zu den Folgeprozessen gehören das Fügen eines Modulrahmens, der den Stapel zugfest einschließt, das Anbringen von Anschlusselementen wie bspw. Polverbindern, und das Durchführen von Tests, Qualitätskontrollen und Ladevorgängen. Alternativ oder zusätzlich können weitere Prozessschritte an dem gespannten Stapel vorgenommen werden.
Die Fertigungstechnik gemäß der vorliegenden Offenbarung wird bevorzugt durch eine Fertigungsstation gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt. Die Fertigungsstation umfasst bevorzugt mindestens eine Assemblierungsstation und mindestens eine Fügestation sowie einen oder mehrere Förderer, die Transportbehälter und/oder Spannvorrichtungen zwischen den Stationen bewegen.
Die vorliegende Offenbarung sieht mehrere Haupt-Aspekte vor, die für sich allein oder in beliebiger Kombination nutzbar sind.
Ein erster Haupt-Aspekt betrifft ein Fertigungsverfahren für ein Batteriemodul, das folgende Schritte umfasst:

Bevorzugt sortenreines Bereitstellen einer Mehrzahl an Modulteilen;
Zusammenstellen eines Bausatzes für ein Batteriemodul in einem Transportcontainer, indem eine Mehrzahl an Modulteilen in Modulteil-Aufnahmen des Transportcontainers (vor-) positioniert werden;
Die Modulteile sind am oder im Transportcontainer in der richtigen Reihenfolge und Orientierung für ein bestimmtes Batteriemodul zusammengestellt. Kombiniertes Entnehmen von mehreren Modulteilen aus dem Transportcontainer und Positionieren der Modulteile in einer Fügevorrichtung als Stapel für einen Endfügevorgang.
Spannen des Stapels und Verriegeln der Spannvorrichtung unter Aufrechterhaltung einer definierten Spannkraft.
Fügen des Modulrahmens, insbesondere unter Herstellung einer festen Verbindung zwischen einerseits Druckplatten an den Stirnseiten des Stapels und andererseits seitlich angefügten Zugankern.
Vor oder nach dem Fügen - Anbringen von Anschlusselementen an dem gespannten Stapel und/oder Durchführung von Tests oder Qualitätskontrollen am Gesamtverbund der Modulteile.
Entlasten der Spannvorrichtung und entnehmen des Batteriemoduls.

Weitere Haupt-Aspekte der vorliegenden Offenbarung, die für sich allein oder in beliebiger Kombination nutzbar sind, betreffen den Transportcontainer, die Spannvorrichtung, eine Assemblierungsstation, eine Fügestation, ein Assemblierungsverfahren, ein Fügeverfahren sowie die Fertigungsstation in ihrer Gesamtheit.
Nachfolgend werden das Assemblierungsverfahren bzw. die Assemblierungsstation weiter erläutert.
Die Bereitstellung der Modulteile erfolgt bevorzugt über eine Mehrzahl von separaten Zuführwegen, wobei jeder Zuführweg genau eine Art von Modulteil bereitstellt. Ein Zuführweg kann bspw. ein Förderband sein. Mit anderen Worten erfolgt die Bereitstellung der Modulteile bevorzugt sortenrein.
Eine Fertigungssteuerung kennt ein bestimmtes Batteriemodul, das hergestellt werden soll, sowie die Art, Anzahl sowie Reihenfolge und/oder Anordnung der hierfür benötigten Modulteile (Typenplan für Batteriemodul). In einem Transportcontainer werden entsprechend dem Typenplan die jeweils benötigten Modulteile zu einem Bausatz zusammengestellt. Der Bausatz umfasst bevorzugt alle für einen Stack (Stapel) des Batteriemoduls benötigten Modulteile, wie beispielsweise eine vordere Druckplatte, eine oder mehrere Arten von Batteriezellen, etwaig einzufügende Kühl- oder Steuerteile sowie eine hintere Druckplatte. Optional können auch die Zuganker oder sonstige Zusatzteile für den Modulrahmen bei der Assemblierung dem Bausatz beigefügt werden.
Die Modulteile umfassen diejenigen Bestandteile eines Batteriemoduls, die im Stapel (Stack) anzuordnen sind. Sie können dementsprechend Druckplatten, verschiedene Arten von Batteriezellen oder sonstige in den Stack einzufügende Teile sein, wie beispielsweise separat einzufügende Kühl- oder Messvorrichtungen. Ferner können Batteriezellen in einer bestimmten Ausrichtung (+ Pol vorne/ -Pol vorne) jeweils eine bestimmte Art eines Modulteils bilden.
Die Modulteile eines Bausatzes sind in dem Transportcontainer bevorzugt in der gemäß dem Typenplan vorgesehenen Reihenfolge und Orientierung angeordnet, sodass beim Einsetzen in eine Fügevorrichtung keine weiteren Sortierschritte erforderlich sind.
Die Modulteile sind in dem Transportcontainer bevorzugt zueinander beabstandet. An den Außenseiten einzelner oder aller Modulteile können kontaktaktive Strukturen vorgesehen sein, wie bspw. Klebeflächen. Durch die Beabstandung der Modulteile im Transportcontainer wird ein Kontakt mit diesen Oberflächen verhindert. Die Modulteile bleiben ferner zunächst separat entnehmbar, sodass eine Auflösung des Bausatzes oder ein Ersatz etwaig mangelhafter Modulteile im Transportcontainer möglich bleiben.
Der Bausatz kann Tests und/oder Qualitätskontrollen unterzogen werden, bspw. um die Spannungen, Isolierung oder die Maßhaltigkeit der einzelnen Batteriezellen zu überprüfen. Ferner können ein oder mehrere Bausätze mit dem jeweiligen Transportcontainer in einem Pufferspeicher gelagert oder händisch nachgearbeitet werden.
Bevorzugt trägt jeder Bausatz und/oder jeder (bestückte) Transportcontainer eine ID (Identifizierungsmarker). Eine Steuerung der Assemblierungsstation und/oder eine Steuerung der Fertigungsstation ist dazu ausgebildet, die IDs zu erfassen und bestimmten Fertigungsvorgängen zuzuordnen. Es kann insbesondere für jedes herzustellende Fahrzeug ein separater Fertigungsvorgang definiert sein. Für diesen Fertigungsvorgang ist bevorzugt die Anzahl und Art der benötigten Batteriemodule festgelegt. Für jedes benötigte Batteriemodul ist ein entsprechender Typenplan definiert. Für jedes gemäß dem Fertigungsplan herzustellende Batteriemodul wird in der Assemblierungsstation ein Bausatz zusammengestellt und für die weiteren Fügeverfahren bereitgestellt. Ferner können für jeden Typ von Batteriemodul ein oder mehrere Reserve-Bausätze zusammengestellt und in einem Pufferspeicher hinterlegt werden.
Wenn bei einer Qualitätskontrolle ein Modulteil als „nicht in Ordnung“ (NIO) deklariert wird, kann der Bausatz ausgesondert und ggfs. nachgearbeitet werden. Der oder die Förderer können entsprechende Bypass- oder Rückführwege vorsehen, um einen Transportcontainer umzuleiten. Aus dem Pufferspeicher kann ein Reserve-Bausatz desselben Typs entnommen und dem Fertigungsvorgang des jeweiligen Fahrzeugs zugeordnet werden. Der Transportcontainer aus dem Pufferspeicher kann den ausgesonderten Transportcontainer ersetzen.
Nachfolgend werden das Fügeverfahren bzw. die Fügestation näher erläutert.
Ein Transportcontainer wird über eine beliebige Fördereinrichtung zu einer Fügevorrichtung bewegt. An der Fügevorrichtung werden die Modulteile bevorzugt gruppenweise oder als vollständiger Satz aus dem Transportcontainer entnommen und gemeinsam in die Fügevorrichtung eingesetzt.
Die Fügevorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist zur Fertigung eines Batteriemoduls aus einer Mehrzahl von in einem Stapel anzuordnenden Modulteilen vorgesehen und ausgebildet. Sie weist einen Rahmen auf, in dem der Stapel anordenbar ist, insbesondere unter Positionierung aller benötigten Modulteile für den Stapel in der Fügeanordnung.
Der Rahmen weist eine erste Anlagefläche und eine zweite Anlagefläche für jeweils ein Modulteil auf, das am Rand des Stapels angeordnet ist. Dies können insbesondere die Druckplatten des herzustellenden Batteriemoduls sein. Die erste Anlagefläche kann an dem Rahmen fest angeordnet sein, bspw. an einer ersten Stirnwandung des Rahmens.
Die zweite Anlagefläche ist an einem verschieblichen Körper (54) vorgesehen, der an dem Rahmen in einer Richtung zur ersten Anlagefläche hin beweglich gelagert ist. Diese Richtung kann insbesondere die Längsrichtung des Stapels sein, die im Wesentlich senkrecht zu den Kontaktflächen zwischen den Modulteilen orientiert ist.
Der verschiebliche Körper ist über eine Verriegelungsvorrichtung gegenüber dem Rahmen und insbesondere gegenüber der ersten Anlagefläche abstützbar. Die Verriegelungsvorrichtung kann eine beliebige strukturelle Ausbildung haben. Bevorzugt ist sie am Rahmen der Fügevorrichtung angeordnet, insbesondere an einer zweiten Stirnwandung, die der ersten Stirnwandung gegenüber angeordnet ist.
Die Verriegelungsvorrichtung ist weiterhin dazu ausgebildet, den verschieblichen Körper bzw. die zweite Anlagefläche in einer Spannposition zu halten, in der der Stapel zwischen den Anlageflächen bei einer Presskraft aufgenommen ist. In der Spannposition wird eine vorgegebene Spannkraft auf den Stapel aufrechterhalten.
Die Fügevorrichtung ist bevorzugt als passive Vorrichtung ausgebildet. Sie kann eine Bewegung des verschieblichen Körpers aufgrund einer von außen wirkenden Presskraft in Richtung zu der ersten Anlagefläche zulassen und in der Spannposition die vorgegebene Spannkraft auf den Stapel unabhängig von der äußeren Presskraft aufrechterhalten. Hierzu kann ein Kraftspeicher durch die von außen aufgebrachte Presskraft geladen werden, welcher nach einer Wegnahme der äußeren Presskraft weiterhin die Spannkraft auf den Stapel auswirkt.
Die Fügevorrichtung weist bevorzugt ein Kraftübertragungsmittel auf, das eine von außen einwirkende Presskraft auf die zweite Anlagefläche (53) und ein dort anliegendes Modulelement überträgt. Das Kraftübertragungsmittel kann beispielsweise eine Schubstange sein. Der Kraftspeicher ist bevorzugt in einer Kraftflussrichtung zwischen dem Kraftübertragungsmittel und der zweiten Anlagefläche angeordnet.
Nachfolgend werden verschiedene Vorteile der Fertigungstechnik erläutert.
Die Fertigungstechnik gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es also, das Assemblieren oder Zusammenstellen der Modulteile für ein Batteriemodul zu einem Bausatz als separaten Schritt auszuführen und vom Fügeprozess zu trennen. Das Assemblieren oder Zusammenstellen erfordert häufig deutlich mehr Zeit als das Fügen. Durch die Verwendung von Transportcontainern wird es ermöglicht, mehrere Bausätze für mehrere Batteriemodule (gleicher oder unterschiedlicher Art) an mehreren Assemblierungsstationen bereitzustellen. Diese Bausätze können in einer beliebigen und etwaig unterschiedlichen Reihenfolge an einer oder mehreren Fügestationen weiterverarbeitet werden. Somit wird ein skalierbarer und flexibler Herstellungsprozess erreicht, der je nach aktueller Auftragslage die gemischte Herstellung verschiedener Batteriemodule ermöglicht.
Der Transportcontainer sowie eine bestückte und gespannte Fügevorrichtung können die enthaltenen Modulteile in einer jeweils vorgegebenen Relativlage halten und sichern. Somit werden beim Transport eines bestückten Transportcontainers und/oder einer bestückten Fügevorrichtung unzulässige Binnenbewegungen der Modulteile vermieden und jedes Modulteil kann ggfs. separat zugänglich bleiben, um beispielsweise Tests oder Qualitätskontrollen durchzuführen. Im Transportcontainer können höhere Bewegungstoleranzen vorgesehen sein als in der gespannten Fügevorrichtung.
Die Fügevorrichtung kann als passive Vorrichtung vergleichsweise günstig hergestellt werden. Das Aufbringen der Presskraft kann über eine separate Pressvorrichtung erfolgen, die wiederholt mit Fügevorrichtungen beschickt wird.
Im Fügeprozess können an dem gespannten Stapel verschiedene weitere Prozessschritte ausgeführt werden, deren Reihenfolge und Art variieren kann und jederzeit änderbar ist. Solche Prozessschritte sind beispielsweise das Anbringen von Anschlusselementen an den Polen der Batteriezellen, das Befüllen und/oder Testen von Kühlvorrichtungen, das Anschließen und/oder Testen von Mess- oder Steuervorrichtungen, das Durchführen von Qualitätsprüfungen hinsichtlich der Batteriezellen im Verbund oder das (End-) Fügen des Modulrahmens, bei dem die Druckplatten mit Zugankern verbunden werden.
Die vorgenannten Prozessschritte sowie andere am gespannten Stapel auszuführende Prozessschritte können in beliebiger Reihenfolge und insbesondere in kurzfristig änderbarer Reihenfolge ausgeführt werden. Für jeden der Prozessschritte kann eine separate Bearbeitungsstation vorgesehen sein. Alternativ können zwei oder mehr Prozessschritte gemeinsam von einer Bearbeitungsstation ausgeführt werden.
Ein oder mehrere Förderer sind dazu ausgebildet, eine Fügevorrichtung im gespannten Zustand (Spannposition) bzw. mit einem gespannten Stapel von einer Pressvorrichtung zu den ein oder mehreren Bearbeitungsstationen zu transportieren. Ferner ist durch die ein oder mehreren Förderer ein Transport zwischen den Bearbeitungsvorrichtungen sowie von und zu einem Pufferspeicher möglich.
Die Batteriemodule können jeweils einzeln im Assemblierungsprozess vorkonfektioniert und im Fügeprozess endgefertigt werden. Zwischen diesen Prozessen wird durch die ein oder mehreren Förderer eine funktionale Entkopplung erreicht, die die Flexibilität der Fertigung maximiert. Auf mangelhafte Teile, plötzliche Änderungen im Fertigungsplan oder sonstige Störungen des vorgesehenen Fertigungsablaufs kann bevorzugt an jeder Stelle des Prozesses sofort reagiert werden, indem NIO-markierte Transportcontainer oder Fügevorrichtungen ausgesondert und ggfs. ersetzt werden.
Tests und Qualitätsprüfungen können sowohl hinsichtlich einzelner Modulelemente, als auch einem Verbund von Modulelementen an variablen Stellen im Fertigungsablauf durchgeführt werden. Insbesondere kann das Zusammenwirken der Modulelemente in einem Bausatz geprüft werden, bevor die Modulelemente endgültig miteinander gefügt werden. Auf diese Weise können etwaige Fehler oder Störungen frühzeitig erkannt und behoben werden, ohne unnötigen Ausschuss zu produzieren. Es ist insbesondere möglich, aus einem Bausatz ein einziges Modulelement oder einzelne Modulelemente zu entnehmen und den Bausatz mit neuen gleichartigen Modulelementen zu bestücken und dem Fertigungsablauf erneut zuzuführen, ohne dass eine Unterbrechung der vorgelagerten oder nachgelagerten Abläufe erforderlich wird.
Die in einem Bausatz bzw. in einem Transportcontainer zusammengestellten Modulteile können unabhängig von dem Fügeprozess einer Qualitätskontrolle, Funktionskontrolle oder sonstigen Untersuchung unterzogen werden. Wenn hierbei ein unzulässiger Zustand eines einzelnen Modulteils oder eines ganzen Bausatzes festgestellt wird, kann der zugehörige Transportcontainer aus dem Förderkreislauf ausgeschleust und in schneller Weise durch einen anderen Transportcontainer mit einem identischen Bausatz ersetzt werden. Somit kann der Fügeprozess weitgehend unabhängig vom Assemblierungsprozess durchgeführt werden.
Die Assemblierungsstation(en), Pressvorrichtung(en) und sonstigen Bearbeitungsstationen können jeweils einzeln oder mehrfach vorhanden sein und in beliebiger Reihenfolge angefahren werden. Ferner sind weitere Bearbeitungsstationen nachträglich anfügbar, die mit einem Transportcontainer oder einer Fügevorrichtung belieferbar sind. Somit kann der Fertigungsprozess jederzeit flexibel an sich ändernde Produktionskapazitäten sowie geänderte oder neue Typenpläne angepasst werden.
Das Fertigungsverfahren wird bevorzugt insgesamt oder in Teilen durch eine Assemblierungsstation und eine Fügestation ausgeführt. Eine Fertigungsstation kann mindestens eine Assemblierungsstation und/oder mindestens eine Fügestation gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweisen.
Eine Assemblierungsstation weist eine Modulteilbereitstellung, eine Modulteilzuführung und bevorzugt mindestens einen Transportcontainer mit mehreren Modulteil-Aufnahmen auf. Alternativ kann der mindestens eine Transportcontainer Bestandteil der Fertigungsstation sein.
An der Modulteilbereitstellung werden verschiedene Arten von Modulteilen vorgehalten. Dies können bspw. eine oder mehrere Arten von Batteriezellen sein. An der Modulteilbereitstellung können alternativ oder zusätzlich Vorbehandlungen erfolgen, wie bspw. das Aufbringen von Isolierungen und/oder Abstandshaltern auf eine Batteriezelle, eine Druckplatte oder ein sonstiger Basismodul. Alternativ oder zusätzlich können Sortiervorgänge und/oder Qualitätsprüfungen mit etwaiger Aussortierung von unzulässigen Teilen ausgeführt werden.
Die Modulteilzuführung ist dazu ausgebildet, die Modulteile von der Modulteilbereitstellung in Modulteil-Aufnahmen des Transportcontainers zu bewegen und in derjenigen Reihenfolge zusammenzustellen, die für die Fertigung eines bestimmten Batteriemoduls vorgesehen ist. Die Zusammenstellung erfolgt bevorzugt gemäß einem Typenplan für ein bestimmtes herzustellendes Batteriemodul. Eine Modulteil-Aufnahme des TransportContainers kann beliebig ausgebildet sein, bspw. als Ablagefach, als Greif- oder Haltevorrichtung etc. Bevorzugt sind an einem Transport-Container Universal-Aufnahmen vorgesehen, die mit verschiedenen Arten von Modulteilen bestückbar sein. Insbesondere können alle Modulteil-Aufnahmen als Universal-Aufnahme ausgebildet und geeignet sein, jede beliebige Art von Modulteil aufzunehmen, sodass jeder beliebige Typenplan bzw. jede beliebige Zusammenstellung eines Bausatzes ermöglicht wird.
Alternativ oder zusätzliche können unterschiedliche Arten von Modulteil-Aufnahmen und/oder unterschiedliche Arten von Transportcontainern vorgesehen sein, die jeweils nur mit einem bestimmten Bausatz oder einer bestimmten Auswahl von Bausätzen bestückbar sind.
Die Modulteile sind in dem Transportcontainer bevorzugt zueinander beabstandet angeordnet. Die Modulteile können etwaig mit aktivierten Klebeflächen versehen sein, die im gefügten Zustanden zwei benachbarte Modulteile verbinden sollen. Durch die beabstandete Anordnung der Modulteile im Transportcontainer wird ein unbeabsichtigtes Verkleben oder ein sonstiger unbeabsichtigter Kontakt vermieden. Ferner wird es ermöglicht, ein einziges Modulteil oder einzelne Modulteile in dem Transportcontainer selektiv zu ersetzen, bspw. wenn eine Qualitäts- oder Funktionskontrolle des Bausatzes dies erforderlich erscheinen lässt. Besonders bevorzugt kann jeweils genau ein Modulteil in einer Modulteil-Aufnahme aufgenommen sein.
An der Modulteilzuführung sind bevorzugt separate Zuführwege für unterschiedliche Arten von Modulteilen vorgesehen, insbesondere mindestens einen separaten Zuführweg für jede Art von Modulteil. Mit anderen Worten werden an den Zuführwegen die Modulteile jeweils sortenrein bereitgestellt.
Eine Fügestation gemäß der vorliegenden Offenbarung weist mindestens eine Fügevorrichtung und mindestens eine Transportvorrichtung auf. Die Transportvorrichtung ist dazu ausgebildet, eine Mehrzahl von Modulteilen aus einem Transportcontainer zu entnehmen und an oder in der Fügevorrichtung zu positionieren. Die Modulteile werden dabei bevorzugt in Gruppen, insbesondere als vollständiger Bausatz entnommen. Ggfs. können die Modulteile zwischen der Entnahme aus dem Transportcontainer und dem Einsetzen in die Fügevorrichtung untereinander angenähert werden. Alternativ kann das Annähern der Modulteile in der Fügevorrichtung erfolgen. Mit anderen Worten kann die Transportvorrichtung dazu ausgebildet sein, dass sie die Modulteile zunächst in der Fügevorrichtung vorpositioniert, wobei eine Endpositionierung in einem separaten Schritt erfolgt.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich auch den Unteransprüchen.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Es zeigen:

1: Eine Explosionsdarstellung eines Bausatezs für ein Batteriemodul;
2: Das aus dem Bausatz gemäß 1 gefügte Batteriemodul;
3: Eine schematische Draufsicht auf eine Assemblierungsstation;
4: Eine schematische Darstellung einer Fertigungsstation mit zwei Assemblierungsstationen, einem Transportcontainer-Förderer und zwei Fügestationen;
5-9: Eine Fügevorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung mit einem gespannten Stapel bei der Ausführung verschiedener Prozessschritte;
10: Ein Ablaufdiagramm für ein Fertigungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung.

Eine beispielhafte Stapelanordnung (Typenplan) bzw. ein Teilesatz (1) für ein Batteriemodul (12) ist in 1 gezeigt. Es umfasst eine Mehrzahl an Modulteilen (2-7), die zueinander benachbart angeordnet sind.
Ein Modulteil umfasst ein Basis-Modul (bspw. eine Batteriezelle, eine Druckplatte oder ein Kühl- oder Steuerteil), das in einer bestimmten Orientierung bereitgestellt wird und ggfs. eine bestimmte Ausstattung (Abstandshalter, Klebeflächen, Isolierung etc.) umfasst. Aus einem einzigen Typ von Basis-Modul können zwei oder mehr Modulteil-Typen hergestellt werden, was nachfolgend auf Basis der Darstellung in 1 und 3 erläutert wird.
Ein erster Modulteil-Typ ist in dem Beispiel eine vordere Druckplatte (2) mit zwei Abstandshaltern (11). Ein zweiter Modulteil-Typ, der zweifach vorhanden ist, ist eine Batteriezelle (3) von einer ersten Zellenart, die mit einer Isolierung (10) und Abstandshaltern (11) ausgestattet ist. Ein dritter und vierter Modulteil-Typ, die ebenfalls zweifach vorhanden sind, sind eine Batteriezelle (4, 5) von einer zweiten und dritten Zellenart, die ebenfalls mit einer Isolierung (10) und Abstandshaltern (11) ausgestattet sind. Ein fünfter Modulteil-Typ ist ein im Stapel zwischen den Batteriezellen anzuordnendes Zusatz-Element (6) wie bspw. ein Kühlteil (Kühlplatte) oder ein Steuerteil. Im gezeigten Beispiel ist eine Ausstattung mit zwei Abstandshaltern (11) vorgesehen. Ein sechtser Modulteil-Typ ist eine hintere Druckplatte (7), die ebenfalls zwei Abstandshalter (11) tragen kann.
Alternativ können beliebige andere Modulteil-Typen vorliegen. Bspw. kann eine Batteriezelle einer ersten Zellenart mit einer bestimmten ersten Ausrichtung (bspw. Plus-Pol vorne) einen Modulteil-Typ bilden und mit einer anderen Ausrichtung (Minus-Pol vorne) einen anderen Modulteil-Typ bilden.
Wiederum alternativ oder zusätzlich kann ein Basis-Modul mit einer bestimmten Ausstattung einen Modulteil-Typ bilden, während dasselbe Basis-Modul mit einer anderen Ausstattung einen anderen Modulteil-Typ bildet. Beispielsweise kann eine Batteriezelle mit Isolierung (10) und Abstandshalter (11) einen Modulteil-Typ bilden, während eine identische Batteriezelle ohne Isolierung (10) und/oder ohne Abstandshalter (11) einen anderen Modulteil-Typ bildet. Es ist insbesondere möglich, dass nur Batteriezellen einer einzigen Zellenart vorgesehen sind, die jedoch mit unterschiedlichen Ausstattungen versehen werden und/oder mit unterschiedlicher Ausrichtung als separate Modulteil-Typen bereitgestellt werden.
An einem Abstandshalter (11) kann eine Klebefläche vorgesehen sein, die ggfs. aktivierbar ist. Alternativ oder zusätzlich können separate Klebeflächen vorgesehen sein, die bspw. als Klebebänder aufgebracht werden.
2 zeigt ein Batteriemodul (12), das aus dem Teilesatz (1) gemäß 1 gefügt ist. Der Stapel (Stack) mit den benachbart angeordneten Modulteilen (2-7) wird durch einen Rahmen (Modulrahmen) in einer kompaktierten Form gehalten. Der Modulrahmen wird in dem gezeigten Beispiel durch die vordere und hintere Druckplatte (2, 7) und zwei seitliche Rahmenelemente (8, 9) gebildet, die nachfolgend auch als Zuganker bezeichnet werden. Die seitlichen Rahmenelemente (8, 9) werden bevorzugt beim Fügen mit den Druckplatten (2, 7) fest verbunden. Sie können zusätzlich kraft-oder formschlüssig mit einem oder mehreren Modulelementen (2-7) verbunden sein, bspw. durch Verkleben.
Besonders bevorzugt werden in einer weiter unten erläuterten Fügevorrichtung (35) die Modulelemente (2-7) eines Bausatzes in der Axialrichtung des Stapels kompaktiert und gleichzeitig oder anschließend wird der Modulrahmen gebildet, insbesondere durch Fügen der seitlichen Rahmenelemente (8, 9) mit den Druckplatten (2, 7). Die seitlichen Rahmenelemente sind in den Figuren nur skizziert dargestellt. Sie können eine beliebige Ausbildung haben, bspw. als Flachstahlelemente, Profilstahlelemente, Gewindestangen, Bolzen, Umreifungen oder Spanngurte. Die Befestigung der seitlichen Rahmenelemente an den Druckplatten und/oder untereinander kann auf beliebige Art und Weise erfolgen, bspw. durch Schweißen, Nieten oder Schrauben. Besonders bevorzugte Verbindungsverfahren sind Laserschweißen, Toxen, MIG oder MAG Schweißen, Punktschweißen.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Assemblierungsstation (20). Diese ist bevorzugt dazu ausgebildet, ein Assemblierungsverfahren durchzuführen, das einen Bestandteil des Fertigungsverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung bildet. Alle nachfolgend für die Assemblierungsstation (20) erläuterten Funktionen und Anordnungen können Bestandteil des Assemblierungsverfahrens sein.
Die Assemblierungsstation (20) umfasst eine Modulteilbereitstellung (21) und eine Modulteilzuführung (22) gemäß der obigen Erläuterung. Die Assemblierungsstation ist bevorzugt dazu ausgebildet, aus einem Basis-Modul mehrere Modulteil-Typen herzustellen. An der Modulteilbereitstellung können bspw. Basis-Module wie Batteriezellen, Zusatz-Elemente und Druckplatten angeliefert und in Modulteile der verschiedenen Typen gewandelt werden. Bspw. können die vordere und hintere Druckplatte (2, 7) eine identische Formgebung haben, jedoch mit unterschiedlicher Ausrichtung und/oder Ausstattung als separate Modulteil-Typen bereitgestellt werden, usw.
Im Bereich der Modulteilbereitstellung können für jedes Basis-Modul folgende Schritte einzeln oder in Kombination ausgeführt werden: Entpacken, Vereinzeln / Entnehmen aus Anlieferverpackung, Sortieren, Oberflächenreinigung, Aufbringen einer Isolierung, Aufbringen von ein oder mehreren Abstandshaltern, Aufbringen von Klebestrukturen, Aktivieren von Oberflächen (bspw. durch Ionisieren, Bestrahlen, Abziehen eines Liners etc.). Die genannten Schritte können alternativ oder zusätzlich an einem nachfolgend erläuterten Zuführweg ausgeführt werden.
Eine Assemblierungsstation umfasst dementsprechend bevorzugt eine mindestens eine der nachfolgenden Einrichtungen, die der Modulteilbereitstellung und/oder mindetsens einem Zuführweg zugeordnet sein können: Entpackungsvorrichtung, Vereinzeler, Entnahmevorrichtung, Sortiervorrichtung, Isolationsapplikator, Applikator für einen Abstandshalter, Applikator für eine Klebestruktur, Oberflächenaktivator (insbesondere Ionisierer, Bestrahlungsvorrichtung, Abziehvorrichtung für Liner).
Alternativ oder zusätzlich können bereits jeweils unterschiedlich ausgestattete Basismodule angeliefert und als unterschiedliche Modulteil-Typen bereitgestellt werden.
Die Modulteile (2-7) der verschiedenen Typen werden bevorzugt über separate Zuführwege (25 -30) für die weitere Verarbeitung bereitgestellt werden. Ein Zuführweg (25-30) kann bspw. als Förderband ausgebildet sein. In dem Beispiel von 3 erfolgt eine sortenreine Zuführung, d.h. für jede Art bzw. jeden Typ von Modulteil ist (mindestens) ein separater Zuführweg (25-30) vorgesehen. Für besonders häufig benötigte Modulteil-Typen können auch zwei oder mehr Zuführwege vorgesehen werden. Weiterhin können Zuführwege (nicht dargestellt) für die seitlichen Rahmenelemente (8, 9) oder sonstige Komponenten vorgesehen werden, die dem zu fertigenden Batteriemodul beizufügen sind.
Die Zuführwege (25-30) werden auf beliebige Weise mit Modulteilen (2-7) von der Modulteilbereitstellung versorgt. In dem Beispiel von 3 ist ein Manipulator (33) in der Form eines Linearschlitten-Manipulators vorgesehen, der bspw. Batteriezellen als Basis-Module aus angelieferten Trays entnimmt oder von einem angelieferten Satz abgreift und zum Aufnahmebereich eines Zuführweges (25-30) bewegt. Alternativ kann als Manipulator (33) ein Industrieroboter oder ein Leichtbauroboter vorgesehen sein.
Der Manipulator (33) kann beim Umsetzen etwaig eine Sortierung und/oder Ausrichtungen von Basis-Modulen vornehmen, oder ein Basis-Modul mit einer bestimmten Ausstattung (bspw. Isolierung und/oder Abstandshalter) versehen. Bspw. kann ein Basis-Modul beim Umsetzen an einer Oberflächen-Reinigungsvorrichtung, einem Isolationsapplikator, einem Applikator für einen Abstandshalter, einem Applikator für eine Klebestruktur, und/oder einem Oberflächenaktivator vorbeibewegt werden. Alternativ können für derartige Maßnahmen eine oder mehrere separate Vorrichtungen vorgesehen sein, insbesondere eine separate Sortiervorrichtung und/oder eine separate Ausrichtungsvorrichtung und/oder eine separate Ausstattungsvorrichtung.
Das Überführen eines Modulteils (2-7) von einem Zuführweg (25-30) zu einem Transportcontainer (23) und insbesondere zu einer Modulteil-Aufnahme (24) kann auf beliebige Weise erfolgen. Im vorliegenden Beispiel weist die Assemblierungsstation (20) und insbesondere die Modulteilzuführung (22) eine Bewegungsvorrichtung (32) auf, die ein Modulteil (2-7) von einem Abgabebereich (33) eines Zuführweges (25-30) in oder an eine Modulteil-Aufnahme (24) bewegt. Die Bewegungsvorrichtung kann bspw. durch einen beweglichen Greifer, einen Industrieroboter mit einem Greifwerkzeug oder eine Schubvorrichtung gebildet sein. Alternativ sind Mehrfachanordnungen oder Kombinationen der vorgenannten Werkzeuge oder Vorrichtungen möglich. Wiederum alternativ kann eine Bewegungsvorrichtung an einem Transportcontainer angeordnet sein.
Die Modulteilzuführung (22) ist dazu ausgebildet, mehrere Modulteile (2-7) in den Modulteil-Aufnahmen (24) mit jeweils einer solchen Orientierung zusammenzustellen, die für die Fertigung eines bestimmten Batteriemoduls (12) vorgesehen ist. Besonders bevorzugt ist die richtige Orientierung der Modulteile (2-7) bereits im Abgabebereich (32) der Zuführwege (25-30) hergestellt, sodass es lediglich einer linearen Bewegung eines Modulteils in eine gemäß dem Typenplan vorgesehene Modulteil-Aufnahme (24) bedarf. Die Bewegungsvorrichtung (23) wird bevorzugt in Abhängigkeit von einem Typenplan für ein bestimmtes Batteriemodul (12) gesteuert, um die Modulteile (2-7) der richtigen Modulteil-Typen in der richtigen Anzahl von den Abgabebereichen (32) in die Modulteil-Aufnahmen zu bewegen, insbesondere zur Bildung eines Bausatzes (Teilesatzes) (1) an dem Transportcontainer (23) bzw. in den Modulteil-Aufnahmen (24), der die Stapelreihenfolge des Typenplans einhält.
Ein Transportcontainer (23) kann eine beliebige Form und Größe haben. Bevorzugt ist ein Transportcontainer für eine Wechselbestückung ausgebildet, sodass er alternativ die Modulteile (2-7) für eines von mindestens zwei Batteriemodulen aufnehmen kann. Besonders bevorzugt ist ein Transportcontainer für eine Universalbestückung ausgebildet, sodass mit einem Bausatz für jedes der verfügbaren Batteriemodule bestückbar ist. Alternativ können typenspezifische Transportcontainer vorgesehen sein.
Ein Transportcontainer (23) umfasst bevorzugt für jedes Modulelement (2-7) im Stapel (1) eine Modulteil-Aufnahme (24). Die Anzahl der Modulteil-Aufnahmen kann sich an dem Typenplan des größten verfügbaren Batteriemoduls orientieren. Ein Transportcontainer kann das Einbringen eines Modulteils in einer ersten Richtung, insbesondere in horizontaler Richtung, und das spätere Entnehmen des Modulteils in einer anderen Richtung, insbesondere in vertikaler Richtung gestatten. Beispielweise kann ein Transportcontainer in der Art eines Diarahmens ausgebildet sein und eine Mehrfachanordnung von benachbarten Modulteil-Aufnahmen umfassen, wobei jede Modulteil-Aufnahme ein horizontales Einschieben eines Modulteils und ein vertikales Entnehmen ermöglicht. Mit anderen Worten weist eine Modulteil-Aufnahme bevorzugt eine horizontale Seitenöffnung und eine vertikale obere Öffnung auf.
Gemäß dem Beispiel in 3 kann ein Transportcontainer (23) nach und nach mit den Modulteilen der verschiedenen Typen bestückt werden, wobei eine Versatzbewegung des Transportcontainers und eine Übertragungsbewegung von ein oder mehreren Modulteilen iterativ ausgeführt werden. Die Versatzbewegung des Transportcontainers erfolgt, um eine Modulteil-Aufnahme (24) mit dem Abgabebereich (32) eines Zuführweges (25-30) in Deckung zu bringen, insbesondere in lineare Deckung, sodass eine Modulteil-Aufnahme (24) direkt vor einem Abgabebereich (32) positioniert ist. Die Die Übertragungsbewegung eines Modulteiles erfolgt, um das Modulteil vom Bereitstellungsbereich in die Modulteil-Aufnahme (24) zu verlagern. Die Übertragungsbewegung kann insbesondere eine horizontale Schubbewegung sein.
Die Binnen-Abstände der Modulteil-Aufnahmen (24) am Transportcontainer (23) einerseits und der Abgabebereiche (25-30) andererseits weisen bevorzugt eine gemeinsame Teilung auf, sodass durch eine Versatzbewegung des Transportcontainers (23) eine Deckung zwischen mehreren Paaren aus jeweils einer Modulteil-Aufnahme und einem Abgabebereich erzeugt wird. Beispielsweise können die Modulteil-Aufnahme einheitliche Binnen-Abstände haben, während der Binnen-Abstand zwischen zwei Abgabebereichen (25-30) jeweils ein X-faches beträgt, wobei X ein Teilungsfaktor ist, der beispielsweise 1, 1.5, 2, 2.5 oder 3 beträgt. Im Beispiel von 3 beträgt der Teilungsfaktor 2.
Der Transportcontainer (23) kann bevorzugt jeweils vor, während oder nach einer Bewegung eines Modulteils (2-7) bewegt werden, um eine bestimmte Modulteil-Aufnahme (24) in Deckung mit einem Abgabebereich (32) eines gemäß dem vorgesehenen Modulteil-Typ entsprechenden Zuführweges (25-30) zu bringen. Die Bewegung eines Transportcontainers (23) kann durch beliebige Mittel erfolgen.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Fertigungsstation (37) gemäß der vorliegenden Offenbarung, die über zwei Assemblierungsstationen (20, 20a) und zwei Fügestationen (34, 34a) verfügt. Alternativ können beliebige andere Anzahlen an Assemblierungs- und Fügestationen vorgesehen sein. Die Fertigungsstation (37) weist einen Förderer auf, der eine oder mehrere Transportcontainer (23) zwischen den ein oder mehreren Assemblierungsstationen (20, 20a) und den ein oder mehreren Fügestationen (34, 34a) bewegt. Besonders bevorzugt kann der Förderer einen modularen oder erweiterbaren Aufbau haben, sodass bei steigender Nachfrage weitere Assemblierungs- und/oder Fügestationen oder bspw. Speicherstationen (nicht dargestellt) für leere oder bestückte Transportcontainer (23) nachgerüstet werden können.
Die Fertigungsstation (37) ist dazu ausgebildet, verschiedene Typen von Batteriemodulen (12) zu fertigen. Sie kann eine zentralisierte oder verteilte Fertigungssteuerung (nicht dargestellt) aufweisen, in der mehrere Typenpläne für mehrere Batteriemodule hinterlegt sind. Die Fertigungssteuerung ist bevorzugt mit der mindestens einen Assemblierungsstation (20, 20a), der mindestens einen Fügestation (34, 34a) sowie dem Förderer verbunden. Sie führt einer Fügestation (34) gemäß einer Fertigungsanforderung einen Transportcontainer (23) zu, der einen passenden Teilesatz (1) für das zu fertigende Batteriemodul umfasst.
An der Fügestation (34, 34a) wird der Teilesatz (1) von dem Transportcontainer (23) in eine Fügevorrichtung (35) bewegt, bevorzugt indem mit dem oben erwähnten Transportwerkzeug (36) die Modulteile (2-7) des Teilesatzes (1) gruppenweise oder als vollständiger Satz gehandhabt werden.
Die Fügevorrichtungen (35) können beliebig ausgebildet sein. Bevorzugt kann eine Fügevorrichtung (35) dazu geeignet sein, zwei oder mehr Typen von Batteriemodulen herzustellen. Alternativ kann für jeden oder manche Typen von Batteriemodulen (12) eine separate Fügevorrichtung (35) vorhanden sein, die ggfs. gemäß der Fertigungsanforderung gewechselt werden. In dem Beispiel von 4 umfasst eine Fügestation (34, 34a) eine Pressvorrichtung (39), die dazu ausgebildet ist, eine Presskraft (F) auf eine Fügevorrichtung (35, 50) und die in der Fügevorrichtung (35, 50) enthaltenen Modulteile (2-7) des Stapels (1) auszuwirken.
Nachfolgend werden die Fügevorrichtung (35, 50) und einige an dem Stapel (1) ausführbare Prozessschritte unter Bezugnahme auf 5 bis 9 erläutert.
5 zeigt eine Fügevorrichtung (50) in einer bevorzugten Ausführungsvariante. Die Fügevorrichtung umfasst einen Rahmen (51) mit einer ersten und einer zweiten Stirnwandung (57, 58). Die Stirnwandungen (57, 58) sind durch geeignete Mittel zueinander starr verbunden. Im gezeigten Beispiel sind die Stirnwandungen (57, 58) durch zwei seitliche zugfeste Träger verbunden, die gleichzeitig Führungen (59, 60) bilden. Alternativ können die Führungen (59, 60) separat vorliegen. Der Rahmen (51) ist bevorzugt als verwindungssteifer Spannrahmen ausgeführt.
Auf oder an den Führungen (59, 60) ist ein beweglicher Körper (54) angeordnet, der insbesondere als Pressschlitten ausgebildet ist. Der bewegliche Körper (54) ist entlang der Führungen (59, 60) linear verschiebbar. Zwischen der ersten Stirnwandung (57) und dem beweglichen Körper (54) sind die Modulteile (2-7) eines Stapels (1) für ein Batteriemodul (12, 12a, 12b) aufnehmbar und mit einer Spannkraft (F') beaufschlagbar. Die nach innen weisenden Seiten der ersten Stirnwandung (57) und des beweglichen Körpers (54) sind als erste und zweite Anlageflächen (52, 53) ausgebildet und ggfs. mit einem Druckstück (63, 64) ausgestattet. Ein Druckstück (63, 64) kann eine Oberfläche haben, die an die Struktur oder Form einer bestimmten Druckplatte (2, 7) angepasst ist. Ein Druckstück (63, 64) kann ggfs. in Abhängigkeit des zu fertigenden Batteriemoduls auswechselbar sein.
5 zeigt die Fügevorrichtung (35, 50) in einem geöffneten Zustand bzw. in einer Einlegeposition (S1). In diesem Zustand ist der bewegliche Körper (54) so weit von der ersten Stirnwandung (57) entfernt angeordnet, dass die Modulteile (2-7) für einen Stapel (1) zwischen den Anlageflächen (52, 53) anordenbar und insbesondere einsetzbar sind. Das Einsetzen erfolgt bevorzugt gruppenweise oder als vollständiger Bausatz.
Die Fügevorrichtung (35) weist bevorzugt einen Aufnahmebereich (61) auf, der mit dem Rahmen (51) fest verbunden ist. Der Aufnahmebereich ist beispielsweise als Auflagefläche ausgebildet, auf dem oder an dem die Modulteile absetzbar sind. Die Auflagefläche kann gemäß der Darstellung in 5 eine ebene und im Wesentlichen geschlossene Fläche sein. Alternativ kann der Aufnahmebereich zu zwei oder mehr Teilflächen, Stege oder sonstige geeignete Tragstrukturen gebildet sein.
Nachfolgend wird zur Angabe von Richtungen das repräsentativ in 1 und 5 gezeigte Koordinatensystem verwendet. Darin bezeichnet eine (horizontale) z-Richtung die Längsrichtung des Stapels (1), die im Wesentlichen senkrecht zu den Berührungsflächen der Modulteile (2-7) im Stapel (1) ausgerichtet ist. Quer zur z-Richtung erstrecken sich eine x-Richtung, die hier beispielhaft vertikal orientiert ist, und eine y-Richtung, die hier horizontal orientiert ist.
Die ein oder mehreren Modulteile werden durch den Kontakt mit dem Aufnahmebereich bevorzugt in einer ersten Querrichtung (x-Richtung) zur Längsrichtung (z) des Stapels (1) positioniert. Ggfs. können an dem Aufnahmebereich höhenveränderliche Zonen, Positioniereinlagen oder sonstige Hilfsmittel angeordnet sein, die eine ggfs. vom Typ des Batteriemoduls abhängige Feinpositionierung erlauben.
Am Rahmen (51) ist ferner bevorzugt ein Anschlag oder eine Seitenführung (62) vorgesehen, wobei ein oder mehrere Modulteile (2-7) im Kontakt mit dem Anschlag oder der Seitenführung in einer zweiten Querrichtung (y-Richtung) zur Längsrichtung (z) des Stapels (1) positioniert werden. Die Positionierung kann dadurch erfolgen, dass die Modulteile durch ihre Gewichtskraft und/oder eine von der Transportvorrichtung aufgeprägte Bewegung in Kontakt mit dem Aufnahmebereich und/oder dem Anschlag bzw. der Seitenführung gelangen. Alternativ oder zusätzlich kann die Fügevorrichtung (51) ein oder mehrere Halteelemente, die ein oder mehrere Modulelemente (2-7) in mindestens einer Querrichtung (x, y) des Stapels (1) gegen den Aufnahmebereich und/oder gegen den Anschlag oder die Seitenführung drängen. Ein Haltemittel kann auch dazu ausgebildet sein, ein oder mehrere Modulelemente (2-7) im anliegenden Kontakt zu dem Aufnahmebereich (61) und/oder dem Anschlag (62) bzw. der Seitenführung festzulegen.
Die Fügevorrichtung (35) weist bevorzugt mindestens einen Flansch (67) auf, an dem die Fügevorrichtung (35) greifbar oder gegenüber einer externen Kontur festlegbar ist. Die Fügevorrichtung (35) ist insbesondere über den Flansch (67) durch ein Werkzeug aufnehmbar und/oder an einer Bearbeitungsstation festlegbar.
In der Darstellung gemäß 5 ist das Einsetzen einer Gruppe aus vier Modulteilen (5-7) in die Fügevorrichtung (35) erläutert. Die Modulteile (5-7) werden beim Einsetzen bevorzugt auf Abstand gehalten, insbesondere durch eine entsprechende Ausbildung oder Betätigung der Transportvorrichtung (36). 6 zeigt die Fügevorrichtung (35) mit vollständiger Bestückung. Hier sind alle Modulteile (2-7) in den Freiraum zwischen den Anlageflächen (53, 54) eingesetzt.
Im Übergang von 6 zu 7 ist ein Pressvorgang bzw. eine Kompressionsbewegung (S2) illustriert. Bei dem Pressvorgang wird der bewegliche Körper (54) in der Längsrichtung (z) des Stapels (1) zur ersten Anlagefläche (53) hin bewegt. Dabei werden die Modulteile in direkten Kontakt gebracht. Die Bewegung des verschieblichen Körpers (54) kann durch einen separaten Antrieb (nicht dargestellt) an der Fügevorrichtung (35) hervorgerufen werden, der eine beliebige Ausbildung haben kann. Bevorzugt ist die Fügevorrichtung (35) jedoch als passive Fügevorrichtung ausgebildet und verfügt über keinen eigenen Bewegungsantrieb.
Die Fügevorrichtung (35) umfasst vielmehr den oben erläuterten Verriegelungsmechanismus (55), der bevorzugt eine Bewegung des verschieblichen Körpers (54) aufgrund einer von außen wirkenden Presskraft (F') der Längsrichtung (z) des Stapels (1) zu der ersten Anlagefläche (52) hin zulässt und in der Spannposition (S3) die vorgegebene Presskraft (F) auf den Stapel (1) unabhängig von der äußeren Presskraft (F') erhält. Der Verriegelungsmechanismus kann hierfür eine beliebige Ausbildung haben.
In der bevorzugten Ausführung gemäß 5 bis 9 umfasst die Fügevorrichtung (35) ein Kraftübertragungsmittel in Form einer Schubstange (56), die im Wesentlichen in der Längsrichtung (z) des Stapels (1) ausgerichtet ist und an einer ersten Endseite auf den beweglichen Körper (54) wirkt. Die zweite Endseite der Schubstange (56) kann außenseitig über den Rahmen (51) überstehen und bspw. durch die Pressvorrichtung (39) einer Fügestation (34, 34a) kontaktiert werden. Die Verriegelungsvorrichtung (55) ist bevorzugt an einer Stirnwandung (58) des Rahmens (51) angeordnet, sodass sie ein Lager, insbesondere eine Schiebelager für das Kraftübertragungsmittel (56) bildet. Alternativ kann die Verriegelungsvorrichtung (55) an dem Kraftübertragungsmittel angeordnet sein.
Die Schubstange (56) bzw. das Kraftübertragungsmittel überträgt eine von außen einwirkende Kraft (F'), die bspw. von der Pressvorrichtung (39) erzeugt wird, auf die zweite Anlagefläche (53) und ein dort anliegendes Modulelement (7).
Bevorzugt weist die Fügevorrichtung (35) und insbesondere die Verriegelungsvorrichtung (55) einen Kraftspeicher (65) auf, der in Kraftflussrichtung zwischen dem außenseitigen Ende des Kraftübertragungsmittels (56) und der zweiten Anlagefläche (53) angeordnet ist bzw. im Kraftfluss zwischen der von außen aufgebrachten Kraft (F') und der an der Anlagefläche (53) wirkenden Presskraft (F) wirkt. Der Kraftspeicher kann insbesondere als elastisch spannbarer Körper ausgebildet sein oder einen elastisch spannbaren Körper umfassen. Besonders bevorzugt kann der Kraftspeicher als ein Federspeicher oder als ein Gasdruckspeicher ausgebildet sein.
Bei einem Pressvorgang kann der Kraftspeicher unter Aufnahme von Verformungsenergie bzw. Spannungsenergie aus der Bewegung der Schubstange (56) bzw. aus der mit der Presskraft (F') von außen zugeführten Arbeit geladen werden.
7 zeigen den Modulverbund bzw. den Stapel (1) für ein Batteriemodul (12, 12a, 12b) in einer Spannposition (S3). Die Kompressionsbewegung wird bevorzugt kraft- und weggesteuert ausgeführt. Zum Ender der Kompressionsbewegung wird das Kraftübertragungsmittel (56) und/oder der verschiebliche Körper (54) gegenüber dem Rahmen (51) mittels der Verriegelungsvorrichtung festgelegt, insbesondere an einer stufenlos einstellbaren Position. Die Festlegung des Kraftübertragungsmittels kann insbesondere durch Klemmung erfolgen. Besonders bevorzugt ist die Verriegelungsvorrichtung (55) selbsthemmend ausgebildet, sodass nur zum Pressen und Verriegeln sowie ggfs. zum Entlasten Energie zuzuführen ist.
Das Entriegeln der Fügevorrichtung kann auf beliebige Weise erfolgen und ist in den Zeichnungen nicht dargestellt. Besonders bevorzugt kann der Kraftspeicher (65) ein Entlastungsmittel aufweisen, bei dessen Betätigung die in dem Kraftspeicher aufgenommene Energie abgelassen bzw. die aufgenommene Spannung gelöst wird. Das Entlastungsmittel kann eine beliebige Ausbildung haben, bspw. in Form eines Entlastungsventils oder einer schaltbaren Federabstützung. In den Figuren ist beispielhaft ein Kraftspeicher in Form eines Gasdruckspeichers dargestellt, der durch ein Entlastungsmittel in Form eines Entlastungsventils gelüftet werden kann. Durch die Betätigung des Entlastungsmittels kann ein kontrolliertes Leeren des Kraftspeichers erfolgen.
Die Fügevorrichtung kann eine Sicherheitseinrichtung aufweisen, die ein Öffnen oder Deaktivieren der Verriegelungsvorrichtung nur gestattet, wenn zuvor der Kraftspeicher geleert oder entspannt worden ist, bzw. wenn zuvor das Entlastungsmittel betätigt worden ist. Auf diese Weise wird vermieden, dass sich das Kraftübertragungsmittel (56) beim Öffnen der Verriegelungsvorrichtung schlagartig nach außen bewegt.
Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein manueller Zugriff eines Werkers zu einer gespannten Fügevorrichtung nicht zweifelsfrei vermeidbar ist.
Besonders bevorzugt umfasst die Fügestation (34, 34a) eine Transportvorrichtung (36), die dazu ausgebildet ist, einen vollständigen Bausatz aus einem Transportcontainer (23) zu entnehmen und in eine Fügevorrichtung (35) einzusetzen. Die Transportvorrichtung kann insbesondere ein Multigreifer sein, der jedes Modulteil des Bausatzes einzeln erfasst. Alternativ kann die Transportvorrichtung (36) jeweils zwei, drei oder mehr Modulteile erfassen.
Die Fügevorrichtung (35) weist bevorzugt einen Freiraum neben dem vorgesehenen Stapel (1) auf, in den bzw. durch den mindestens zwei in einer Querrichtung (y) des Stapels (1) weisende Seitenflächen des Modulverbunds zugänglich sind. Durch bzw. in diesem Freiraum können die Zuganker (8, 9) an den gespannten Stapel (1) herangeführt werden, was beispielhaft in 8 gezeigt ist. Die Zuganker können auf beliebige Weise relativ zu dem Stapel (1) positioniert und ggfs. fixiert werden. Bevorzugt weist die Fügevorrichtung Positioniermittel (nicht dargestellt) und ggfs. Haltemittel auf, um einen Zuganker (8, 9) an einer Querseite des Stapels (1) zu positionieren und ggfs. zu fixieren.
9 illustriert zwei weitere Prozessschritte, die an dem gespannten Stapel (1) ausführbar sind, nämlich einerseits das Anbringen von Anschlusselementen an den elektrischen Anschlüssen oder Polverbindern (68) an den Batteriezellen und andererseits eine Qualitätskontrolle.
Bei der Qualitätskontrolle werden hier beispielhaft verschiedene Leitungen (69) mit ein oder mehreren Modulteilen verbunden, die bspw. zum Befüllen eines Kühlelements oder als Energieversorgung für ein Steuerteil oder ein Messmodul dienen. Alternativ oder zusätzlich können bei der Qualitätskontrolle Elektroden an verschiedene Stellen des Stapels (1) bzw. der Modulteile angelegt werden. Im Rahmen der Qualitätskontrolle werden beispielsweise die Spannungen (Hoch- und/oder Niederspannungsniveaus) von einer oder mehreren Batteriezellen gemessen, Isolationsprüfungen ausgeführt, die Funktionalität von Kühlteilen und/Steuerteilen überprüft oder Abstände zwischen Modulteilen gemessen.
10 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Fertigungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Schritte S11 bis S23 können einzeln oder in Kombination an einer Assemblierungsstation bzw. als Assemblierungsverfahren ausgeführt werden. Die Schritte S30 bis S44 können einzeln oder gemeinsam an einer Fügestation bzw. in einem Fügeverfahren ausgeführt werden.
Gemäß Schritt S11 werden die Modulteile für die Fertigung von Batteriezellen (12, 12a, 12b) eines oder bevorzugt verschiedener Typen sortenrein bereitsgestellt, insbesondere an den Abgabebereichen der Zuführwege (25-30). In Schritt S12 werden optionale Qualitätskontrollen ausgeführt. Schritt S12 kann ggfs. in der Abfolge vor Schritt S11 vorgesehen sein. Die Qualitätskontrolle kann insbesondere an einer Modulteilbereitstellung und/oder an einem Zuführweg (25-30) erfolgen. Ein bei der Überprüfung als NIO deklariertes Modulteil oder Basis-Modul wird bevorzugt ausgesondert und durch ein gleichartiges Modulteil oder Basis-Modul ersetzt. Die Qualitätskontrolle in Schritt S12 betrifft bevorzugt Modulteile oder Basis-Module als jeweils einzelne Prüfobjekte.
In Schritt S21 werden die Modulteile für ein bestimmtes Batteriemodul gemäß dem Typenplan für ein bestimmtes Batteriemodul ausgewählt und in oder an einer Transportvorrichtung mit der richtigen Reihenfolge und Orientierung als Bausatz zusammengestellt.
Schritte S22 und S23 umfassen das befördern eines Bausatzes im Transportcontainer (23) und optional weitere Qualitätskontrollen oder Tests, die insbesondere die Modulteile eines Bausatzes in der Zusammenstellung betreffen können. Die Schritte S21 bis S23 sind als Ablaufblock (S20) zusammengefasst, der an oder in einem Transportcontainer erfolgt. Ggfs. kann der gesamte Ablaufblock (S20) an einer Assemblierungsstation ausgeführt werden. Alternativ können die Schritte S22 und/oder S23 an hierfür separat vorgesehenen Bearbeitungsstationen ausgeführt werden.
In Schritt S30 werden die Modulteile für ein bestimmtes Batteriemodul in eine Fügevorrichtung eingesetzt, insbesondere durch vollständige oder gruppenweise Entnahme aus einem Transportcontainer mittels der oben erläuterten Transportvorrichtung (36). Schritt S30 kann bevorzugt an einer ersten Bearbeitungsstation (41) der Fügestation (34, 34a) ausgeführt werden, die insbesondere eine Spannstation ist.
Wenn das Fügeverfahren unabhängig von dem Assemblierungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt wird, kann das Einsetzen bzw. Verlagern der Modulteile für ein bestimmtes Batteriemodul auch auf andere Weise erfolgen, bspw. durch Einzel-Handling der Modulteile. Anschließend wird die Kompressionsbewegung (S2) ausgeführt und die Fügevorrichtung in die Spannposition (S3) versetzt. Mit anderen Worten werden die Modulteile bzw. wird der Stapel in der Fügevorrichtung (35) gespannt.
Die Fügevorrichtung (35) kann mit dem gespannten Stapel (1) ggfs. zu einer anderen Bearbeitungsstation (42, 43) transportiert werden. Dies kann durch beliebige Mittel erfolgen. In Figur (4) ist an einer Fügestation (34, 34a) jeweils ein eigener Förderer (40) in Form eines Karussells angeordnet, der ein eine oder mehrere Fügevorrichtungen (35) zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen (41, 42, 43) bewegt. Die Spannstation (41) umfasst die Vorgänge gemäß Schritt S30 und ist mit einer Pressvorrichtung (39) ausgestattet. Zwei weitere Bearbeitungsstationen (42, 43) sind als Teststation (42) und als Schweißstation (43) ausgebildet und beispielsweise zur Durchführung der Vorgänge gemäß Schritten S42, S43 und S44 vorgesehen. Im gezeigten Beispiel werden die Anschlusstücke (Polverbinder) sowie die Zuganker durch Schweißen dauerhaft mit den Modulteilen verbunden. Alternativ kann eine andere Befestigungsart vorgesehen sein.
In dem Ablaufdiagramm von 10 sind die Schritte S41 bis S44 zu einem Ablaufblock S40 zusammengefasst. Dieser Ablaufblock umfasst diejenigen Prozessschritte, die an oder mit dem gespannten Stapel (1) ausführbar sind. Die Reihenfolge der Schritte kann beliebig gewählt und insbesondere während der Produktion verändert werden. Ferner sind die genannten Prozessschritte auf eine beliebige Anzahl und Anordnung von Bearbeitungsstationen (41, 42, 43) verteilbar.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante kann der Förderer (38) dazu ausgebildet sein, sowohl Transportcontainer (23) als auch Fügevorrichtungen (35) zu bewegen. In diesem Fall können die Assemblierungsstation(en) (20, 20a) und die Bearbeitungsstationen (41, 42, 43) der Fügestation(en) (34, 34a) in beliebiger Form und Anzahl an dem Förderer (38) angeordnet sein. Eine derartige Anlagenstruktur kann zur Herstellung von Batteriemodulen in Schwarmfertigung ausgebildet sein. Bei der Schwarmfertigung kann für jeden Fertigungsauftrag bzw. für jeden Transportcontainer (23) mit einem Bausatz und/oder jede Fügevorrichtung mit einem gespannten Stapel (1) individuell ein Förderweg und eine Bearbeitungsreihenfolge festgelegt werden. Die Planung kann bspw. eine Optimierung hinsichtlich der geringsten Durchlaufzeiten, einer Minimierung von Transportwegen oder einer zeitlichen oder örtlichen Verteilung von Spitzenlasten erfolgen.
An jedem der Förderer (38, 40) können ein oder mehrere Pufferspeicher (44) angeordnet sein.
Die Transportvorrichtung kann ggfs. mehrfach vorhanden sein. Insbesondere kann für jede verfügbare Art von Batteriemodul bzw. für jede verfügbare Art eines Bausatzes (1) eine separate Transportvorrichtung vorgesehen sein, deren Greifmittel an die jeweilige Art, Anzahl und Form der Modulelemente angepasst ist. Bevorzugt ist die Transportvorrichtung mit einem Universalgreifer ausgebildet, sodass sie für das Greifen von mindestens zwei und bevorzugt allen Arten von Bausätzen geeignet ist.Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Für die Herstellung eines Batteriemoduls können zwei oder mehr Bausätze (Teilesätze) verwendet werden, die jeweils mehrere Modulteile umfassen. Für jeden Teilesatz kann ein separater Transportcontainer (23) vorgesehen sein.
Eine Fügevorrichtung (35) kann mit einem Transportcontainer (23) integriert sein. Bspw. kann an einer Fügevorrichtung in der geöffneten Position (S1) ein Register in dem Freiraum zwischen den Anlageflächen (52, 53) einsetzt sein, das die Modulteil-Aufnahmen (24) bildet). Anstelle des Transports eines Bausatzes von einem Transportcontainer zu einer Fügevorrichtung kann das Register entnommen oder weggeklappt werden, um die Beabstandung der Modulteile aufzuheben und den Kompressionsvorgang (S2) zu ermöglichen.
Die eine oder mehreren Assemblierungsstationen (20, 20a) und die eine oder mehreren Fügestationen (34, 34a) können auf einer gemeinsamen oder auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein. Der Förderer (38) kann dazu ausgebildet sein, verschiedene Stationen (20, 20a, 34, 34a) und etwaig Speicher für leere oder bestückte Transportcontainer in einer beliebigen Verteilung auf einer oder mehreren Ebenen anzufahren. Es können auch mehrere Förderer vorgesehen sein, die unterschiedliche Gruppen von Stationen bedienen.
Bezugszeichenliste

1: Teilesatz für Batteriemodul / Stapel aus Modulteilen
2: Modulteil / Erste Druckplatte / Endstück
3: Modulteil / Erste Zellenart
4: Modulteil / Zweite Zellenart
5: Modulteil / Dritte Zellenart
6: Modulteil / Zusatz-Element / Kühl- oder Steuerteil
7: Modulteil / Zweite Druckplatte / Endstück
8: Rahmenelement / Erster Zuganker
9: Rahmenelement / Zweiter Zuganker
10: Isolierung
11: Abstandshalter
12: Gefügtes Batteriemodul
12a: Erstes Batteriemodul
12b: Zweites Batteriemodul
20: Assemblierungsstation
20a: Zweite Assemblierungsstation
21: Modulteilbereitstellung
22: Modulteilzuführung
23: Transportcontainer
24: Modulteil-Aufnahme
25: Erster Zuführweg / Förderband
26: Zweiter Zuführweg / Förderband
27: Dritter Zuführweg / Förderband
28: Vierter Zuführweg / Förderband
29: Fünfter Zuführweg / Förderband
30: Sechster Zuführweg / Förderband
31: Bewegungsvorrichtung
32: Abgabebereich
33: Manipulator
34: Fügestation
34a: Zweite Fügestation
35: Fügevorrichtung
36: Transportvorrichtung
37: Fertigungsstation
38: Förderer / Bandförderer / Umlaufförderer
39: Pressvorrichtung
40: Förderer / Karussell
41: Erste Bearbeitungsstation / Spannstation
42: Zweite Bearbeitungsstation / Teststation
43: Dritte Bearbeitungsstation / Schweißstation
44: Pufferspeicher
50: Fügevorrichtung / Spannvorrichtung
51: Rahmen
52: Erste Anlagefläche
53: Zweite Anlagefläche
54: verschieblicher Körper / Pressschlitten
55: Verriegelungsvorrichtung
56: Kraftübertragungsmittel / Schubstange
57: Erste Stirnwandung
58: Zweite Stirnwandung
59: Erste Führung / Verbindungsstrebe
60: Zweite Führung / Verbindungsstrebe
61: Aufnahmebereich / Auflagefläche
62: Anschlag / Seitenführung
63: Erstes Druckstück / Einsatzplatte
64: Zweites Druckstück / Einsatzplatte
65: Kraftspeicher
66: Entlastungsmittel
67: Flansch / Griffstelle
68: Polverbinder
69: Leitung
x: Erste Querrichtung des Stapels / vertikal
y: Zweite Querrichtung des Stapels / horizontal
z: Längsrichtung des Stapels / horizontal
S1: Einlegeposition / geöffnete Position
S2: Kompressionsbewegung
S3: Spannposition

Claims

Transportcontainer zur Aufnahme einer Mehrzahl von Modulteilen (2-7) für den Stapel (1) einer Batteriezelle (12, 12a, 12b), wobei der Transportcontainer eine Mehrzahl von Modulteil-Aufnahmen (24) aufweist, und wobei die Modulteile (2-7) für ein bestimmtes Batteriemodul in der richtigen Orientierung und Reihenfolge in die Modulteil-Aufnahmen (24) einsetzbar sind.
Transportcontainer nach Anspruch 1, wobei die Modulteile (2-7) an oder in dem Transportcontainer beabstandet gehalten sind.
Transportcontainer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Transportcontainer eine Mehrfachanordnung von benachbarten Modulteil-Aufnahmen (24) umfasst, insbesondere ein Register, wobei jede Modulteil-Aufnahme eine horizontale seitliche Öffnung und eine vertikale obere Öffnung aufweist, sodass ein horizontales Einschieben eines Modulteils und ein vertikales Entnehmen eines Modulteils ermöglicht ist.
Transportcontainer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Transportcontainer für eine Wechselbestückung oder Universalbestückung mit den Modulteilen für zwei oder mehr Arten von Batteriemodulen ausgebildet ist.
Assemblierungsstation (20) für die Fertigung eines Batteriemoduls (12) aus einer Mehrzahl von Modulteilen (2-9), dadurch gekennzeichnet, dass die Assemblierungsstation (20) eine Modulteilbereitstellung (21), eine Modulteilzuführung (22) und mindestens einen Transportcontainer (23) mit mehreren Modulteil-Aufnahmen (24) aufweist, wobei die Modulteilzuführung (22) dazu ausgebildet ist, Modulteile (2-9) von der Modulteilbereitstellung (21) in Modulteil-Aufnahmen (24) des Transportcontainers (23) zu bewegen und als Bausatz in derjenigen Reihenfolge zusammenzustellen, die für die Fertigung eines bestimmten Batteriemoduls (12) vorgesehen ist.
Assemblierungsstation nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Modulteilzuführung (22) separate Zuführwege (25, 26) für unterschiedliche Arten von Modulteilen (2-7) aufweist, insbesondere mindestens einen separaten Zuführweg für jede Art von Modulteil.
Assemblierungsstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulteilzuführung (22) eine Bewegungsvorrichtung (32) aufweist, die ein Modulteil (2-7) von einem Abgabebereich (33) eines Zuführwegs in eine Modulteil-Aufnahme (24) bewegt.
Assemblierungsstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulteilzuführung (22) dazu ausgebildet ist, mehrere Modulteile (2-7) in den Modulteil-Aufnahmen (24) mit jeweils einer solchen Orientierung zusammenzustellen, die für die Fertigung eines bestimmten Batteriemoduls (12) vorgesehen ist.
Fügevorrichtung zur Fertigung eines Batteriemoduls (12. 12a. 12b) aus einer Mehrzahl von in einem Stapel (1) anzuordnenden Modulteilen (2,3,4,5,6,7), wobei die Fügevorrichtung (35, 50) einen Rahmen (51) aufweist, in dem der Stapel anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - der Rahmen (51) eine erste Anlagefläche (52) und eine zweite Anlagefläche (53) für jeweils ein Modulteil (2) am Rand der Stapels (1) aufweist; wobei - die zweite Anlagefläche (53) an einem verschieblichen Körper (54) vorgesehen ist, der an dem Rahmen (51) in einer Richtung zur ersten Anlagefläche (52) beweglich gelagert ist; und wobei - der verschiebliche Körper (54) über eine Verriegelungsvorrichtung (55) gegenüber dem Rahmen (51) und insbesondere gegenüber der ersten Anlagefläche (52) abstützbar ist; und wobei - die Verriegelungsvorrichtung (55) dazu ausgebildet ist, den verschieblichen Körper (54) bzw. die zweite Anlagefläche (54) in einer Spannposition (S3) zu halten, in der der Stapel (1) zwischen den Anlageflächen (52, 53) bei einer Presskraft (F) aufgenommen ist, und wobei die Verriegelungsvorrichtung (55) weiterhin dazu ausgebildet ist, in der Spannposition (S3) eine vorgegebene Spannkraft (F) auf den Stapel (1) aufrecht zu erhalten.
Fügevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verriegelungsvorrichtung (55) dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des verschieblichen Körpers (54) aufgrund einer von außen wirkenden Presskraft (F') in Richtung zu der ersten Anlagefläche (52) zuzulassen und in der Spannposition (S3) die vorgegebene Presskraft (F) auf den Stapel (1) unabhängig von der äußeren Presskraft (F') aufrecht zu erhalten.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verriegelungsvorrichtung (55) ein Kraftübertragungsmittel (56) aufweist, das eine von außen einwirkende Kraft (F') auf die zweite Anlagefläche (53) und ein dort anliegendes Modulelement (7) überträgt.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügevorrichtung (35) einen Kraftspeicher (65) aufweist, insbesondere einen elastisch spannbaren Körper, der in Kraftflussrichtung zwischen dem Kraftübertragungsmittel (56) und der zweiten Anlagefläche (53) angeordnet ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftspeicher (65) ein Federspeicher ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftspeicher (65) ein Gasdruckspeicher ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftspeicher (65) ein Entlastungsmittel aufweist, insbesondere ein Entlastungsventil oder eine schaltbare Federabstützung, bei dessen Betätigung die in dem Kraftspeicher aufgenommene Spannung gelöst wird.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (51) mindestens einen Flansch (67) aufweist, an dem die Fügevorrichtung (35, 50) durch ein Transportwerkzeug aufnehmbar und/oder an einer Bearbeitungsstation festlegbar ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (51) als verwindungssteifer Spannrahmen ausgeführt ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verriegelungsvorrichtung (55) an einer Stirnwandung (58) des Rahmens (51) angeordnet ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verriegelungsvorrichtung (55) am Kraftübertragungsmittel (56) angeordnet ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verriegelungsvorrichtung (55) dazu ausgebildet ist, das Kraftübertragungsmittel (56) in einer Relativlage gegenüber dem Rahmen (51) festzulegen, insbesondere durch Klemmung.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftübertragungsmittel (56) und/oder der verschiebliche Körper (54) stufenlos gegenüber dem Rahmen (51) bzw. den Führungen (59, 50) positionierbar und festlegbar ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsvorrichtung (55) selbsthemmend ist, sodass insbesondere nur zum Pressen und Verriegeln sowie ggfs. zum Entlasten Energie zuzuführen ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (51) ein eine Transportvorrichtung (36) einsetzbar oder integriert ist.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (51) einen Aufnahmebereich (61) zur kontaktierenden Aufnahme der Modulelemente (2-7) eines Stapels (1) aufweist, insbesondere eine Auflagefläche, und wobei ein Modulelement (2-7) durch den Kontakt mit dem Aufnahmebereich im Stapel in einer ersten Querrichtung (x) des Stapels (1) positioniert ist, insbesondere in vertikaler Richtung.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (51) einen Anschlag zur kontaktierenden Anlage mindestens eines Modulelementes (2-7) aufweist, und wobei ein Modulelement (2-7) durch den Kontakt mit dem Anschlag (62) in einer zweiten Querrichtung (y) des Stapels (1) positioniert ist, insbesondere in einer horizontalen Richtung.
Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (51) mindestens ein Halteelement aufweist, um ein eingesetztes Modulelement (2-7) in anliegendem Kontakt zu dem Aufnahmebereich (61) und/oder dem Anschlag (62) festzulegen.
Fügestation zur Fertigung einer Batteriezelle (12, 12a, 12b) aus einer Mehrzahl von Modulteilen (2-7), die in einem Stapel (1) anzuordnen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügestation mindestens eine Fügevorrichtung (35, 50) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Fügestation nach dem Oberbegriff des vorhergehenden Anspruchs oder nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Fügestation (34) eine Transportvorrichtung (36) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Modulteilen (2-7) als Gruppe oder einen vollständigen Bausatz für den Stapel (1) eines Batteriemoduls (12, 12a, 12b) aus einem Transportcontainer (23) zu entnehmen und an oder in einer Fügevorrichtung (35) zu positionieren.
Fügestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügestation (34, 34a) einen Förderer (38, 40) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine oder mehrere Fügevorrichtungen (35) zwischen mehreren Bearbeitungsstationen (41, 42, 43) zu bewegen.
Fügestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügestation (34, 34a) eine Spannstation (41) mit einer Pressvorrichtung (39) umfasst.
Fügestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügestation (34, 34a) eine Teststation umfasst.
Fügestation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügestation (34, 34a) eine Schweißstation umfasst.
Fertigungsstation zum Fertigen eines Batteriemoduls (12) aus einer Mehrzahl an Modulteilen (2-9), dadurch gekennzeichnet , dass die Fertigungsstation mindestens eine Assemblierungsstation (20, 20a) und/oder mindestens eine Fügestation (34, 34a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Fertigungsstation nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Fertigungsstation (37) einen Förderer (38) aufweist, um einen oder mehrere Transportcontainer (23) zu bewegen, insbesondere zwischen mindestens einer Assemblierungsstation (20, 20a) und mindestens einer Fügestation (34).
Fertigungsstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fertigungsstation (37) dazu ausgebildet ist, verschiedene Typen von Batteriemodulen (12) zu fertigen.