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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine vakuumunterstützte Mehrfachpositions-Hubbalkenvorrichtung,
die Produkte, die auf derselben für geradlinige Produktionsvorgänge in einer
Reihe platziert und vorwärts
bewegt werden, präzise
vorwärts
bewegt und anordnet.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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In
der Photovoltaikindustrie werden Siliziumscheiben (Wafer) oder -zellen
zu Platten zusammengesetzt, indem man sie in einer x-y-Matrix anordnet. Dieser
Prozess wurde manuell und durch den Einsatz von Automatisierung
ausgeführt.
Die Automatisierungskonzepte können
in zwei grundlegende Methoden zusammengefasst werden. Die erste
Methode wird im allgemeinen als Matrixbildung oder -methode (engl.:
matrixing) bezeichnet und umfasst das Plazieren jeder einzelnen
Zelle nacheinander in einer Gittervorrichtung und das anschließende Herumdrehen
des Gitters, um alle Zellen zusammenzulöten. Der zweite Ansatz wird
im allgemeinen als Strangbildung (engl.: stringing) bezeichnet und
umfasst das individuelle Plazieren und Löten jeder Zelle in eine Reihe
der Matrix, wodurch "Stränge" von Zellen gebildet
werden. Diese Stränge
können
dann in Speicherpuffer oder direkt auf ein Glas platziert werden, um
die Platte zu bilden. Das Verfahren der Strangbildung stellt eine
kompaktere Lösung
dar, die letzten Endes weniger Bodenfläche benötigt und in der Industrie an
Popularität
gewinnt. Die Automatisierung, die derzeit zur Strangbildung von
Solarzellen zur Verfügung
steht, macht Gebrauch von einem metallenen Riemen, um den Strang
während
seiner Herstellung zu transportieren. Die metallene Riemenvorrichtung weist
viele Probleme auf, wie Riemenlauf, Riemenverformung, Riemenlebensdauer,
Schwierigkeiten beim genauen Halten und Stützen der Siliziumscheiben beim
Transport und beim Löten
sowie die Kosten zum Warten und Betreiben der Anlage.
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Hubbalkenförderer sind
allgemein bekannt, vgl. beispielsweise US-A-3 850 287, die die Merkmale
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 offenbart.
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Die
vakuumunterstützte
Mehrfachpositions-Hubbalkenvorrichtung der Erfindung ist in der Photovoltaikindustrie
und in jeder Industrie von Nutzen, in der siliziumscheibenartige
Produkte zur Verarbeitung genau in einer geraden Linie ange ordnet und
vorwärts
bewegt werden müssen,
wobei die Vorrichtung ein genaues Anordnen, Transportieren und Halten
der Produkte für
eine Verarbeitung bereitstellt, ohne die Probleme der bisher zur
Verfügung
stehenden Anlagen aufzuweisen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Bei
der Entwicklung einer Vorrichtung zum Zusammenbauen von Strängen aus
photovoltaischen Zellen waren mehrere Kriterien zu erfüllen. Die Vorrichtung
muss die Ausrichtung der Zellen in Nebeneinanderanordnung aufrechterhalten,
darf die Zellenkanten weder berühren
noch beschädigen
und muss eine einfache Konfiguration für verschiedene Zellgrößen und
Stranglängen
haben. Da die Zellenkanten zerbrechlich sind, war ein Konzept notwendig,
bei dem zum Bewegen der Zelle oder des Strangs die Zellenkanten
nicht berührt
werden. Ein Vakuum wurde als beste Methode ausgewählt, um die
Zelle zu fassen oder zu halten, nachdem sie in den Strang platziert
wurde. Das Hubbalkenkonzept wurde zum Transportieren und Verarbeiten
der Stränge
ausgewählt,
wobei dieses Konzept einen beweglichen Mittelbalken und zwei feststehende
Seitenbalken umfasste. Bei einem herkömmlichen Hubbalkenmechanismus
werden zwei getrennte Balken verwendet. Ein Balken bleibt ortsfest,
während
sich der andere Balken in der vertikalen Achse nach oben und unten
bewegt und in der horizontalen Achse vor und zurück bewegt. Der sich bewegende
Balken wird den Strang von dem feststehenden Balken abheben, den
Strang nach vorne befördern,
den Strang auf den feststehenden Balken absenken, sich unter der
Höhe des
Stranges bewegen und in die Ausgangsposition zurückziehen. Um die Zellen zu
halten, wurde sowohl an dem sich bewegenden Balken als auch an den feststehenden
Balken ein Vakuum angelegt. Eine Vakuumschaltung wurde vorgesehen,
um zu arbeiten, wenn der sich bewegende Balken genau koplanar mit den
feststehenden Balken ist, so dass die Zelle nicht von dem Vakuum
gezogen wird und bricht. Um dieses Problem zu lösen, wurde eine dritte Position
für den
Mittelbalken eingeführt.
Der sich bewegende Mittelbalken hat daher drei vertikale Positionen,
die beschrieben werden als: über
den feststehenden Balken, koplanar mit den feststehenden Balken
und unter den feststehenden Balken. Ein Vakuum wird in den sich
bewegenden Balken hineingerichtet, wenn der Strang angehoben, vorwärts getragen
und in die koplanare Position abgesenkt wird. Wenn der sich bewegende
Balken koplanar mit den feststehenden Balken ist, wird das Vakuum
von dem sich bewegenden Balken auf die feststehenden Balken umgeschaltet,
und der Strang/die Zellen wird bzw. werden dann an den feststehenden
Balken "verankert". Der sich bewegende
Balken, an dem nunmehr kein Vakuum angelegt ist, kann uneingeschränkt unter
den Strang abfallen und sich als Vorbereitung auf den nächsten Schritt
zurückziehen.
Zu diesem Zeitpunkt wird die nächste
Zelle auf den feststehenden Balken platziert und an die angrenzende
Zelle gelötet.
Der Strang wird ständig
von einem Vakuum gehalten, egal ob er an die feststehenden Balken
oder an den sich bewegenden Balken gehalten wird. Zu keinem Zeitpunkt ist
an dem Strang kein Vakuum angelegt. Dies ist wichtig, da die Ästhetik
und die Leistung des Solarmoduls zum Teil auf die Ausrichtung und
die Positionierung der Zellen innerhalb des Moduls zurückgehen.
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Man
hat nunmehr festgestellt, dass eine vakuumunterstützte Mehrfachpositions-Hubbalkenvorrichtung
konstruiert werden kann, auf der siliziumscheibenartige Produkte
platziert sind, wobei die Vorrichtung einen beweglichen Mittelbalken
und feststehende Seitenbalken hat, jeweils einen auf jeder Seite des
Mittelbalkens, wobei ein Vakuum selektiv am Mittelbalken und an
den Seitenbalken angelegt wird, um die Produkte während des
Transports und der Verarbeitung zu stützen.
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Das
Hauptziel der Erfindung ist, eine vakuumunterstützte Mehrfachpositions-Hubbalkenvorrichtung
zum Stützen,
Halten und Transportieren von Produkten in einer Strangkonfiguration
vorzusehen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung der vorgenannten
Art vorzusehen, die im Betrieb genau und sicher ist.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung der vorgenannten
Art vorzusehen, die eine stabile Konstruktion hat.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung der vorgenannten
Art vorzusehen, die verschleiß-
und ermüdungsfest
ist.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung der vorgenannten
Art vorzusehen, die sich für
eine große
Vielzahl von Produkten und Herstellungsvorgängen eignet.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung der vorgenannten
Art vorzusehen, die einfach zu konstruieren ist, jedoch robust und
langlebig im Betrieb ist.
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Weitere
Ziele und vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und den Ansprüchen.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Art und die charakteristischen Merkmale der Erfindung werden leichter
anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
verstanden, die einen Teil derselben bilden und in denen zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer vakuumunterstützten Mehrfachpositions-Hubbalkenvorrichtung
in der Ausgangsposition mit einer einzigen darauf angeordneten Siliziumscheibe,
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2 eine
Endansicht der Vorrichtung der 1,
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3 eine
der 1 ähnliche
Ansicht, wobei der Mittelbalken der Vorrichtung in angehobener Position
ist,
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4 eine
Endansicht der Vorrichtung der 3,
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5 eine
der 3 ähnliche
Ansicht, die den Mittelbalken in der vorderen oder vorgerückten Position
zeigt,
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6 eine
Endansicht der Vorrichtung der 5,
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7 eine
der 1 ähnliche
Ansicht, wobei sich der Mittelbalken in neutraler Position auf gleicher
Höhe wie
die Seitenbalken befindet,
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8 eine
Endansicht der Vorrichtung der 7,
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9 eine
der 7 ähnliche
Ansicht, wobei der Mittelbalken unter die Seitenbalken abgesenkt
ist,
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10 eine
Endansicht der Vorrichtung der 9,
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11 eine
der 9 ähnliche
Ansicht, wobei sich der Mittelbalken im Rückzug befindet,
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12 eine
Endansicht der Vorrichtung der 11,
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13 eine
der 1 ähnliche
Ansicht, wobei sich der Mittelbalken in der Ausgangsposition befindet,
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14 eine
Endansicht der Vorrichtung der 13,
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15 eine
der 1 ähnliche
Ansicht, wobei ein Strang Siliziumscheiben auf der Vorrichtung vorhanden
und der Mittelbalken in der vorderen Position ist,
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16 eine
vergrößerte Draufsicht
auf die Vorrichtung der Erfindung.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Beschreibung und die
vorliegenden Zeichnungen selbstverständlich rein beispielhaft sind
und dass verschiedene Modifizierungen und Änderungen an den offenbarten
Strukturen vorgenommen werden können,
ohne dass der Schutzumfang der Erfindung verlassen wird.
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Gleiche
Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Teile in den verschiedenen
Ansichten.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Bei
der Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel wird der Klarheit
wegen eine bestimmte Terminologie verwendet. Der Gebrauch derartiger
Terminologie soll aber nicht nur das beschriebene Ausführungsbeispiel
betreffen, sondern ebenso technisch äquivalente Elemente, die im
wesentlichen auf die gleiche Weise arbeiten und funktionieren, um das
gleiche Ergebnis zu erzielen.
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Im
folgenden wird auf die 1 bis einschließlich 14 Bezug
genommen, in denen die Hubbalkenvorrichtung 10 der Erfindung
gezeigt ist. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Paar länglicher
Seitenbalken 11 und 12, die feststehend und an
einem Rahmen (nicht gezeigt) einer Maschine (nicht gezeigt) befestigt
sind, mit der sie benutzt werden. Die Balken 11 und 12 sind
zueinander beabstandet, und ein Mittelbalken 14 ist zwischen
den feststehenden Balken 11 und 12 vorgesehen.
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Der
Mittelbalken 14 ist, wie beschrieben wird, zwischen den
feststehenden Balken vertikal und horizontal beweglich.
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Der
Mittelbalken 14 ist an einem allgemein bekannten Mechanismus
(nicht gezeigt) angebracht, der seine Bewegung vorsieht. Die feststehenden
Balken 11 und 12 und der Mittelbalken 14 sind
vorzugsweise aus Metall, wobei eine Vielzahl zueinander beabstandete
Vakuumlöcher 15 darin
vorgesehen sind, die an eine selektiv gesteuerte Vakuumquelle (nicht gezeigt)
allgemein bekannter Art angeschlossen sind.
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Von
der Vorrichtung 10 zu transportierende Produkte sind in
den Figuren gezeigt, und wie dargestellt handelt es sich dabei um
photovoltaische Zellen 20, die miteinander verbunden werden
sollen, um einen Strang 21 zu bilden, wobei die Stränge dann
platziert werden, um Solarplatten (nicht gezeigt) zu bilden.
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Im
Betrieb werden die photovoltaischen Zellen 20 auf den Balken 11, 12 und 14 platziert,
wie in den 1 und 2 gezeigt.
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Am
Mittelbalken bzw. am beweglichen Balken 14 wird ein Vakuum
angelegt, wobei an den Balken 11 und 12 kein Vakuum
anliegt. Der Mittelbalken 12 wird angehoben, wie in den 3 und 4 gezeigt,
und dann nach vorne bewegt, wie in den 5 und 6 gezeigt,
wobei das Vakuum am Mittelbalken 14 angelegt bleibt. Der
Balken 14 wird nach unten in die neutrale Position bewegt,
wie in den 7 und 8 gezeigt,
wobei das Vakuum am Mittelbalken 14 abgeschaltet wird und
ein Vakuum an den feststehenden Balken 11 und 12 angelegt
wird, das von einem Sensor (nicht gezeigt) allgemein bekannter Art
gesteuert wird. Der Mittelbalken 14 wird nach unten abgesenkt,
wie in den 9 und 10 gezeigt,
und nach links zurückgezogen,
wie in den 11 und 12 gezeigt,
bis er die Position erreicht, die in den 13 und 14 gezeigt
ist, wenn er zum Kontakt mit der Zelle 20 angehoben wird,
wobei ein Vakuum an den Balken 11, 12 und 14 angelegt
wird. Wie in 16 gezeigt, wird eine zusätzliche
Zelle 20' wie
gezeigt neben der Zelle 20 platziert, ein Vakuum wird an
die feststehenden Balken angelegt und am Mittelbalken 14 abgeschaltet, wenn
dieser koplanar mit den Seitenbalken 11 und 12 ist,
wobei die Zelle 20' über den
feststehenden Balken 11 und 12 auf allgemein bekannte
Art an die Zelle 20 gelötet
wird, während
sich der Mittelbalken zurückzieht.
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Der
Vorgang setzt sich wie beschrieben mit zusätzlichen Zellen 20' etc. fort,
die auf den Balken 11, 12 und 14 platziert
und zusammengelötet
werden, um den Strang 21 zu bilden, wie in 15 gezeigt.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass, wenn die Länge der Balken 11, 12 und 14 zunimmt,
auch die Anzahl der Vakuumlöcher 15 in
den Balken 11, 12 und 14 zunimmt. Wenn
die Anzahl der Löcher 15 zunimmt,
nimmt auch die effektive Vakuumleckfläche zu. Durch Messen des Vakuumdruckes über die
Länge der
Balken 11, 12 und 14 ohne darauf angeordnete
Zellen 20, hat man beobachtet, dass das effektive Vakuum
abnimmt, je weiter man sich entlang der Balken in Richtung auf deren
jeweils anderes Ende bewegt, bis zu einem Punkt, an dem dann die
Zellen nicht richtig festgeklemmt wären. Wenn man die Löcher 15 blockiert,
nimmt der Vakuumdruck zu. Da die Zellen dem Strang 21 zugefügt werden,
während
der Strang 21 die Balken hinunter "geführt" wird, wirken die
Zellen wie Stopfen und ermöglichen,
dass der Vakuumdruck ungeachtet der Balkenlänge auf akzeptablen Höhen bleibt.
Durch Einbringen der Zellen 20 auf die Balken 11, 12 und 14 an
dem gleichen Ende, an dem sich die Vakuumquelle befindet, wird der
Vakuumdruckverlust dadurch ausgeglichen, dass die Löcher 15 mit
den Zellen 20 und 20' fortschreitend blockiert werden.
Dies ermöglicht
einen kleineren und energiesparenden Vakuumerzeuger als andernfalls
notwendig wäre
und eliminiert ferner den Bedarf, Vakuumzonen in dem Balken zu erzeugen.
Obgleich photovoltaische Zellen gezeigt sind, können beliebige siliziumscheibenartige
Produkte auf ähnliche
Weise verarbeitet werden.
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Somit
erkennt man, dass eine vakuumunterstützte Hubbalkenvorrichtung vorgesehen
wurde, mit der die Ziele der Erfindung erreicht werden.