EP4490794A1 - Zellstapelanlage und verfahren zum stapeln - Google Patents

Zellstapelanlage und verfahren zum stapeln

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Publication number
EP4490794A1
EP4490794A1 EP23709691.2A EP23709691A EP4490794A1 EP 4490794 A1 EP4490794 A1 EP 4490794A1 EP 23709691 A EP23709691 A EP 23709691A EP 4490794 A1 EP4490794 A1 EP 4490794A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
segments
cell stacking
material stream
drum
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23709691.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcus Wagner
Manfred Folger
Michael Kleine Wächter
Jan Kreysern
Nils Hofmann
Karsten Meinke
Alexander Gansewig
Patrick Gögel
Albert-Berend Hebels
Marwyn SCHAEFER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koerber Technologies GmbH
Original Assignee
Koerber Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koerber Technologies GmbH filed Critical Koerber Technologies GmbH
Publication of EP4490794A1 publication Critical patent/EP4490794A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H29/00—Delivering or advancing articles from machines; Advancing articles to or into piles
    • B65H29/38—Delivering or advancing articles from machines; Advancing articles to or into piles by movable piling or advancing arms, frames, plates, or like members with which the articles are maintained in face contact
    • B65H29/40—Members rotated about an axis perpendicular to direction of article movement, e.g. star-wheels formed by S-shaped members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G29/00—Rotary conveyors, e.g. rotating discs, arms, star-wheels or cones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G47/00—Article or material-handling devices associated with conveyors; Methods employing such devices
    • B65G47/52—Devices for transferring articles or materials between conveyors i.e. discharging or feeding devices
    • B65G47/68—Devices for transferring articles or materials between conveyors i.e. discharging or feeding devices adapted to receive articles arriving in one layer from one conveyor lane and to transfer them in individual layers to more than one conveyor lane or to one broader conveyor lane, or vice versa, e.g. combining the flows of articles conveyed by more than one conveyor
    • B65G47/71—Devices for transferring articles or materials between conveyors i.e. discharging or feeding devices adapted to receive articles arriving in one layer from one conveyor lane and to transfer them in individual layers to more than one conveyor lane or to one broader conveyor lane, or vice versa, e.g. combining the flows of articles conveyed by more than one conveyor the articles being discharged or distributed to several distinct separate conveyors or to a broader conveyor lane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G57/00—Stacking of articles
    • B65G57/02—Stacking of articles by adding to the top of the stack
    • B65G57/03—Stacking of articles by adding to the top of the stack from above
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    • B65H2301/40—Type of handling process
    • B65H2301/44—Moving, forwarding, guiding material
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    • B65H2301/4452—Regulating space between separated articles
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    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2801/00—Application field
    • B65H2801/72—Fuel cell manufacture

Definitions

  • the present invention relates to a cell stacking system for stacking segments of energy cells, in particular battery cells according to the preamble of claim 1 and a method for stacking segments of energy cells with a cell stacking system according to the preamble of claim 12.
  • Energy cells or energy storage devices within the meaning of the invention are used, for example, in motor vehicles, other land vehicles, ships, aircraft or in stationary storage systems in the form of battery cells or fuel cells, in which very large amounts of energy have to be stored over long periods of time.
  • Such energy cells in particular battery cells, often have a structure made up of a large number of segments stacked to form a stack.
  • the segments can, for example, be mono cells of a battery, which are placed on top of one another and connected to one another in the manufacturing process of the battery cell.
  • a condition for the high production output is a high production rate of the stacks of energy cells, in particular battery cells, which are formed from several segments stacked on top of one another, in particular mono cells, of the type described at the beginning.
  • the segments are placed on top of each other to form the so-called monocells consisting of a first separator sheet, an anode sheet arranged thereon, a second separator sheet arranged thereon and a cathode sheet arranged thereon.
  • the finished stack consisting of the large number of monocells and the end cell is then characterized by the fact that it has a separator sheet on its top and bottom and thus the anode sheets and cathode sheets are each covered by separator sheets on the top and bottom and are not in contact with each other.
  • a cell stacking system for stacking segments of energy cells, in particular battery cells, is proposed, with a feed device being provided which feeds segments in a material stream, the segments being able to be fed to successive positions in the material stream.
  • a plurality of cell stacking devices are provided for stacking the segments one on top of the other.
  • a switch is provided in the material flow, which is set up to divide the material flow into partial material flows in such a way that two segments are transferred to different cell stacking devices of the cell stacking system at immediately successive positions in the material flow.
  • the material stream is preferably conveyed continuously, with the segments each being able to be fed one behind the other, for example on a conveyor belt or a drum of the cell stacking system, from the feed device.
  • the positions in the material flow each correspond to the space required for a segment, with the segments in adjacent positions preferably being at a distance from one another, for example 1 mm.
  • the material stream usually has empty spaces. Accordingly, positions in the material flow may be unoccupied, which means that the material flow may be incomplete.
  • individual segments can be ejected by the feed system, thus creating empty spaces in the product flow. Individual segments or monocells can, for example, be removed from the material stream after a quality control or for a quality control.
  • the majority of the cell stacking devices are intended to stack the material stream of the segments in successive positions to form a stack or cell stack of monocells.
  • the switch in the material flow divides the material flow into partial material flows, so that two segments are transferred to different cell stacking devices of the cell stacking system in immediately successive positions in the material flow. This can ensure that a cell stacking device is not loaded with two segments in successive positions, each of which is only separated by their distance in the material flow.
  • By dividing the material flows in the switch it can be achieved that the segments transferred to the cell stacking device are at least at a distance from one position or a segment width or width of a monocell of the incoming material flow. If the material stream is divided into more than two partial material streams, the distance between two segments to be stacked on a cell stack increases. device accordingly.
  • the proposed division can ensure that several cell stacking devices can stack segments in parallel, whereby the material flow can be accelerated accordingly and the production rate can be increased. Furthermore, it is possible to increase the accuracy of the positioning of the segments on the stack due to the lower demands on the processing speed of the individual cell stacking devices. Any limitations on the production rate when transferring the segments or monocells to the cell stacking device and when releasing them from the cell stacking device onto the stack can be eliminated in this way.
  • the switch comprises at least one switch drum, which divides the material flow or a partial material stream by transferring segments to at least one transfer drum and / or at least one cell stacking device and / or at least one deflection drum and / or another switch drum.
  • a diverter drum enables the material flow to be divided, for example, into two or more partial material flows at high transport speeds for the segments.
  • the requirements for the distances between segments at successive positions tions are particularly low in a switch drum, so that in advantageous embodiments in a switch drum in the cell stacking system, measures to increase the distances or to change the pitch of two segments in successive positions can be dispensed with.
  • further elements can be provided to increase the distances between segments in successive positions in the material flow, for example in the feed device, in order to possibly have sufficient switching time for the switch, which is shown below.
  • the diverter drum divides the material flow preferably by transferring it to at least two further units, which further process the divided material flow of the segments as partial material flows.
  • Such units are, for example, transfer drums, which take over the corresponding segments or monocells from the switch drum and deliver them to another unit, or a deflection drum, which is used to rotate the segments by further transferring them to another drum.
  • transfer drums which take over the corresponding segments or monocells from the switch drum and deliver them to another unit
  • a deflection drum which is used to rotate the segments by further transferring them to another drum.
  • such units can be a cell stacking device to which a partial material stream can be transferred directly from the switch drum in possible embodiments.
  • a partial material stream can be transferred from one switch drum to at least one further switch drum in the switch, so that a total of 3 or 4 or more partial material streams can be formed.
  • a partial material stream transferred to a deflection drum is transferred to a further diverter drum. This makes it possible to use several switch drums in the switch, with the switch The segments conveyed by drums each face the same segment side towards the switch drum.
  • the switch in particular the switch drum, carries out a variable division of successive segments of the material stream into at least three partial material streams, the cell stacking system comprising at least three cell stacking devices.
  • a correspondingly variable assignment of the segments or monocells to the at least three partial material flows can be carried out, for example, via an active switching of valves.
  • a division by the switch into at least three partial material streams makes it possible to temporarily not transfer any segments or partial material stream to at least one of the at least three cell stacking devices, with the remaining at least two cell stacking devices still not having two segments directly on top of each other handed over to the following positions in the material flow.
  • This interruption of one of the at least three partial material flows can be used, for example, to transport away a completely formed stack of segments or to change the stack, so that the possible time period for the removal is increased. Accordingly, with a variable division of the partial material flows through the switch, for example, two cell stacking devices can be actively loaded with segments and one cell stacking device can be held passively.
  • the cell stacking devices each have a fan wheel, which receives and releases segments of a partial material stream.
  • a fan wheel for example, is also known under the terms stacking wheel or fan drum.
  • the segments can be taken over directly from a drum, for example a transfer drum or a switch drum, so that the fan wheel takes over the segments into the cell stacking device. Accordingly, the fan wheel can mesh directly with the transferring drum.
  • the proposed cell stacking system with a switch is particularly suitable in combination with a fan wheel, since, depending on the division into partial material streams, there is a distance between two segments in a partial material stream of at least one segment width when entering the fan wheel, which simplifies takeover by the fan wheel.
  • the segments are pushed out of the fan wheel, preferably by means of a comb that engages in the fan wheel, whereby the transfer of the Segments or a storage on a stack of segments is made possible.
  • the cell stacking devices each have an intermediate drum, which receives segments of a partial material stream, in particular from a transfer drum, and delivers them, in particular to a fan wheel of the cell stacking device.
  • the intermediate drum is preferably driven at a swelling rotational speed.
  • a corresponding intermediate drum takes over the segments at the feed speed, for example from a transfer drum or a switch drum, and transfers the segments or monocells in a slowed movement or at a standstill, the delivery preferably taking place to a fan wheel.
  • the delivery can take place to a receptacle to form a stack.
  • the intermediate drum has at least two transfer stamps arranged at identical angles to one another for receiving the segments, and the intermediate drum is decelerated and accelerated during a revolution in accordance with the number of transfer stamps. Due to the plurality of transfer stamps, the transfer rate of the segments by the intermediate drum can be increased or, conversely, the required rotational speed of the intermediate drum can be reduced for a given number of segments to be transferred per unit of time.
  • the number of takeover stamps is odd.
  • the transfer position of the segments from the feed device and the transfer position to the storage element can be opposite, i.e. at an angle of 180 degrees in relation to the axis of rotation of the intermediate drum can be arranged, and there is always a transfer stamp in the transfer position, without another transfer stamp being arranged in the transfer position and vice versa.
  • the proposed further development allows the transfer position and the transfer position to be arranged opposite one another, thereby enabling a structurally simple construction of the cell stacking system without two transfer stamps passing through the transfer point and the transfer point at the same time.
  • the cell stacking devices are each set up to transfer the stacks to a removal device.
  • the removal device is, for example, a conveyor belt on which the stacks or segment stacks formed, which can also be referred to as mono-cell stacks or cell stacks, can be conveyed for further processing.
  • the movable holder of the cell stacking device is used to hold the segments during the stacking process.
  • the holder preferably transports the stacks away in the direction of the surface normal of the segments. Thanks to the holder, which can be moved linearly in the proposed direction, the stacks or the segments stacked therein are transported away without any transverse forces acting on them. This prevents the segments or stacks from losing their position. Lose the exact arrangement again during transport.
  • the cell stacking device has a lifting device which moves the receptacle via a linear guide device when activated.
  • a lifting device which moves the receptacle via a linear guide device when activated.
  • the cell stacking devices each have a movable converter, which receives and releases segments of a partial material stream.
  • the converter can be moved from a standby position into a holding position, which is positioned in the holding position during the removal of the respective stacks, for example when moving a receptacle, and forms an intermediate support for depositing the segments.
  • the intended converter makes it possible to deposit the segments even if the receptacle filled with the previously assembled stack is moved to a delivery location for the transfer of the stack and is therefore not available for taking over the segments in the transfer position.
  • This enables an uninterrupted and continuous transfer of the segments from the stacking device at a high stacking rate. So that the segments are only placed on the converter when the holder is not in the transfer position, the The converter is moved from the stop position back to the standby position as soon as the recording has been moved back to the transfer point.
  • the converter is then moved from the standby position to the holding position when a predetermined number of segments are stacked in the receptacle or when a predetermined stack height is reached, namely immediately after the last segment has been placed on the stack.
  • the converter is moved into the storage path of the segments, so that the storage of the next segment on the stack is interrupted and the next segment is placed on the converter instead.
  • the converter practically takes over the function of the recording for a short time by forming a clipboard until the recording is moved back to the transfer point.
  • the receptacle and the converter each have a support surface, which is formed by the surfaces of a plurality of webs arranged parallel and equidistant from one another, and the converter and the receptacle during their movements for transferring the stacks of segments their webs interlock with each other. Due to the proposed design of the support surfaces, the receptacle can be moved back to the transfer point after the stack has been delivered without colliding with the converter. When moving into the transfer point, the receptacle is moved with the webs of its support surface between the webs of the support surface of the converter and thus supplements the support surface of the converter to form an enlarged receiving surface. After the recording is arranged again in the transfer point, the converter is again which moves from the holding position back to the ready position and thereby transfers the already stacked segments to the holder. The stack is practically “relocated”.
  • the feed device is preferably formed by a drum barrel, which enables a very high conveying rate of the segments both in their direct contact with one another or with small distances as well as with increased distances.
  • the feed device preferably has a spreading device which increases the distance between the successive segments in the material stream, so that the successive segments in the material flow have an increased distance from one another in the inlet to the cell stacking system. The spreading device increases the distance between the segments from one another.
  • the spreading device can preferably be formed by at least a first and a second drum of the drum barrel, the segments being transferred from a lateral surface of the first drum to a lateral surface of the second drum, and the first drum moving the segments at a first peripheral speed of its lateral surface in one Transfer point transfers to the lateral surface of the second drum, and the second drum takes over the segments with a second peripheral speed of its lateral surface, and the second peripheral speed is greater than the first peripheral speed.
  • the segments are practically pulled apart due to the higher peripheral speed of the second drum and transported further with the increased distances.
  • the spreading device can also be formed by at least one pitch changing drum integrated into the drum barrel and the pitch change drum can have a plurality of transport segments arranged on the circumference for transporting one segment of the material stream, the transport segments being movable in the radial direction of the pitch change drum, and the segments from the transfer point to the transfer point from a smaller radius to a larger one Radius can be moved.
  • the proposed pitch change drum allows the distance to be increased on a rotating drum itself. The increase in the distance between the segments from one another is brought about by the transport segments and their movement in that the segments held on the transport segments are moved by the transport segments themselves into an alignment with an increased distance from one another.
  • At least two pitch changing drums arranged in series are provided in the drum barrel.
  • the distance increase made on a pitch change drum can be reduced by a factor corresponding to the number of pitch change drums compared to a distance increase to be realized. This in turn allows the required relative speeds of the transport segments and the associated accelerations of the transport segments and the segments held thereon to the pitch changing drum to be reduced, which in turn leads to lower transverse forces acting on the segments during the distance increase.
  • the pitch changing drum can preferably increase the distance between the successive segments in the material flow by at least 10 mm, preferably by 13 mm.
  • a method for stacking segments of energy cells, in particular battery cells, with a cell stacking system according to one of claims 1 to 11 is also proposed, wherein a feed device is provided which feeds segments in a material stream, the segments in the material stream being on top of each other following positions are supplied, and a plurality of cell stacking devices are provided for placing the segments on top of one another to form stacks, with a switch being provided in the material flow, which divides the material flow into partial material flows in such a way that two segments in each case are in different cell stacking devices in immediately successive positions in the material flow Cell stacking system to be handed over.
  • the cell stacking system is accordingly operated in such a way that none of the cell stacking devices is fed two segments in successive positions of the material flow during operation. Nevertheless, it is possible, for example, for two successive segments in the material flow, which are separated by a blank space and are therefore not arranged in successive positions in the material flow, to be assigned to the same partial material flow by the switch. Accordingly, these two segments would be stacked one after the other by a cell stacking device.
  • the proposed division of the material flow by means of the switch of the cell stacking system results in a partial material flow after each segment or each monocell, which is fed to one of the cell stacking devices.
  • At least one empty space is created between two segments, so that the necessary production rate on a single cell stacking device is at least halved, whereby the production rate of the cell stacking system as a whole can be increased.
  • the transfer to, for example, an intermediate drum and / or a fan wheel and the placing on a stack can be carried out correspondingly slower and therefore more precisely and more gently on the product .
  • the cell stacking system is therefore not limited by the production rate of a cell stacking device, whereby the processable material flow of the cell stacking system can be increased overall and the segments can be gently stacked into cell stacks.
  • the proposed method distinguishes between a possible redirection of the material flow to, for example, two cell stacking devices, which each successively form a stack, and wherein the material flow is redirected to a second cell stacking device after the first stack has been formed on the first cell stacking device.
  • the stacking system has at least three cell stacking devices, the switch being controlled in such a way that at least two cell stacking devices are each loaded with a partial material stream at the same time. are sent, with at least one cell stacking device temporarily not being charged with a partial material stream.
  • the proposed control of the cell stacking system makes it possible to feed several cell stacking devices in parallel with partial material streams, whereby, for example, one cell stacking device does not take over any segments or mono-cells.
  • the cell stacking device which is temporarily not charged with a partial stream of material, preferably conveys the stack formed during the resulting interruption. Furthermore, for example, in the event of a fault in a cell stacking device, the cell stacking system can continue to be operated.
  • the division of the material flow into partial material flows by controlling the switch is, particularly in this embodiment, preferably dynamic or demand-controlled. Compared to a possible deterministic division of the material flow, this offers the advantage that the cell stacking system can compensate for a random distribution of empty spaces at positions in the material flow.
  • the segments stacked on top of each other by a cell stacking device are counted. This makes it possible to easily ensure the predetermined number of segments or monocells on a stack regardless of possible empty spaces in the supplied material stream and/or partial material stream.
  • the cell stacking system and/or the respective cell stacking device therefore preferably have a counting device which is used to count the segments or monocells deposited on a stack, preferably in a receptacle.
  • a counting device which is used to count the segments or monocells deposited on a stack, preferably in a receptacle.
  • Fig. 1 shows a cell stacking system with a switch drum and two cell stacking devices
  • FIG. 3 shows a detail of a cell stacking system with a cell stacking device with a fan wheel
  • FIG. 4 shows a section of a cell stacking system with a cell stacking device with an intermediate drum and a fan wheel;
  • FIG. 5 shows a section of a cell stacking system with a cell stacking device with a fan wheel and a converter
  • FIG. 6 shows a section of a cell stacking system with a cell stacking device with an intermediate drum, a fan wheel and a converter
  • FIG. 7 shows a section of a cell stacking system with a cell stacking device with an intermediate drum and a converter; and Fig. 8 shows a cell stacking system with pitch changing drums in the feed device.
  • FIG. 1 an exemplary embodiment of a proposed cell stacking system 10 is shown in a schematic representation.
  • the cell stacking system 10 has a feed device 12, which feeds segments 20 for an energy cell, for example mono cells for a Li-ion battery cell, in a material stream 21.
  • the material stream 21 made of segments 20 has an arrangement of segments 20 in a sequence, with the flat segments 20 being conveyed to positions one behind the other.
  • a position in the material stream has sufficient space for a segment 20, whereby the segments 20 in the material stream 21 and thus also the positions in the material stream 21 can have a distance or a gap from one another.
  • the segments 20 therefore do not necessarily abut one another with their edges.
  • the corresponding distances or the division between two segments 20 can arise, for example, from cutting processes when separating the individual segments 20.
  • the material stream 21 can also have voids where the distance between two segments is made up of the width of a segment 20 and the distance between the segments 20 provided in the feed. Accordingly, not all successive positions for segments 20 in the material stream 21 are necessarily occupied or occupied by a segment. Such voids can be created, for example, by ejecting segments 20 the material stream 21 for or after a quality inspection.
  • the switch drum 18 delivers the segments 20 in successive positions alternately to the deflection drum 19 and to the first cell stacking device 15, on the left in the schematic representation of Figure 1.
  • the deflection drum 19 transfers the partial material stream 24 to a further transfer drum 14, which transfers the segments 20 to the second cell stacking device 15.
  • the cell stacking devices 15 take over the segments 20 of the respective partial material stream 23, 24, the successive segments 20, as illustrated in FIG. 1, being at a distance of one segment width or even a blank space.
  • the cell stacking devices 15 place the acquired segments 20 with their main surfaces on top of each other, so that a stack 26 is formed in a receptacle 29. If the predetermined number of segments 20 or monocells is present on the stack 26, the respective stack 26 is removed from the cell stacking system 10 by means of a removal device 27.
  • the cell stacking devices 15 in FIG. 1 are shown schematically as a box, which are shown further developed in the illustrations in FIGS. 3 to 7.
  • FIG. 2 A further exemplary embodiment of a cell stacking system 10 is shown schematically in FIG. 2, the switch 17 comprising two switch drums 18, unlike the exemplary embodiment in FIG. Accordingly, the material stream 21 can be divided into three partial material streams 23, 24, 25 in this exemplary embodiment.
  • the cell stacking system 10 therefore has three cell stacking devices 15, each of which removes the supplied partial material stream 23, 24, 25.
  • the first switch drum 18 takes over the material stream 21 from the feed device 12 and divides the material stream 21, with the first switch drum 18 acting as a transfer drum 14 transferring the partial material stream 23 directly to a first cell stacking device 15.
  • the partial material streams 24, 25 are transferred via a deflection drum 19 to the second switch drum 18, which transfers the partial material stream 24 to a second cell stacking device 15 as a transfer drum 14.
  • the partial material stream 25 is transferred via a further deflection drum 19 to a transfer drum 14, which transfers the segments 20 of the partial material stream 25 to a third cell stacking device 15.
  • Figure 3 shows schematically a section of a cell stacking system 10, for example according to the exemplary embodiments of Figures 1 and 2, the cell stacking device 15 having a fan wheel 16.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a cell stacking system 10 schematically, with the cell stacking device 15 having an intermediate drum 30 in addition to a fan wheel 16 in the detail shown.
  • the intermediate drum 30 takes over the segments 20 of one of the partial material streams 23, 24, 25 from the transfer drum 14 or switch drum 18 and transfers the taken over segments 20 to the fan drum 16, which deposits the segments 20 into a stack 26 in the receptacle 29.
  • the cell stacking device 15 additionally has a movable converter 31, which can be moved into the area between the fan wheel 16 and the receptacle 29, so that the segments 20 to be deposited by the fan wheel 16 can be temporarily stored or buffered on the converter 26 for storage on the stack 26. This increases, for example, the time available for the removal of the stack 26 via the removal device 27.
  • the segment 20 or the buffered segments 20 buffered on the movable converter 31 are then placed in the receptacle 29, so that the production rate of the cell stacking device 15 is not limited by the necessary Times for removing the stack 26 when it is complete and has the intended number of segments, for example 50 to 100, further for example 80 to 90, is limited.
  • FIG. 10 A further exemplary embodiment of a cell stacking system 10 is shown schematically in FIG.
  • the stacking wheel 16 places the segments on the stack 26 in the receptacle 29 by rotation and the engagement of the comb 28.
  • a movable converter 31 is also provided, which temporarily picks up segments to be deposited from the stacking wheel 16 in order to allow more process time for the stack 26 to be removed with the removal device 27.
  • the segment 20 stored on the movable converter 31 can then be stored in the receptacle 29, for example as the lowest segment 20 for a new stack 26.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of a cell stacking device 15 in a section of a cell stacking system 10, an intermediate drum 30 being provided, which in this exemplary embodiment deposits the segments 20 from a partial material stream 23, 24, 25 onto a stack 26 in the receptacle 29.
  • a movable converter 31 is provided, which is designed to move into the storage position of the intermediate drum 30. In this retracted position, at least one segment 20 can be transferred from the intermediate drum 30 to the converter 31. The segment 20 can then be created, for example, by combing the converter 31 with the receptacle 29. In the meantime, the additional time period achieved in this way can be used to transport a complete stack 26, ie a stack 26 with the intended number of segments 20, in particular monocells.
  • a converter 31 can also be dispensed with.
  • FIG 8 shows a further exemplary embodiment of a cell stacking system 10, wherein the feed device 12, which feeds the material stream 21 of the segments 20 or the monocells of the switch 17, has a first pitch changing drum 32 and a second pitch changing drum 33, which are connected in series.
  • the pitch changing drums 32, 33 form an expanding device which increases the distance between the segments 20 at successive positions in the material stream 21.
  • the pitch changing drums 32, 33 have a plurality of transport segments arranged on the circumference for transporting one segment 20 of the material stream 21.
  • the transport segments move in the radial direction of the respective pitch changing drum 32, 33, so that the segments 20 are moved from a smaller radius to a larger radius from the transfer point to the transfer point.
  • the segments 20 in the material stream 21 can initially have a distance of 1 mm from one another, which is increased to 14 mm by the first pitch changing drum 32 and to 27 mm by the second pitch changing drum 33.
  • the intermediate drum 30 of the exemplary embodiments in Figures 4, 6, 7 and 8 can be driven in particular at a swelling rotational speed, so that the takeover of a segment 20 of a transfer drum 14 or a switch drum 18 can take place at an adjusted high rotational speed, the transfer being carried out at a fan wheel 16 or to a receptacle 29 can be done with a reduced rotation speed.
  • the intermediate drum 30 can then accelerate again in order to take over the next segment 20.
  • the intermediate drum 30 can have several, for example three, receiving stamps evenly distributed over the circumference, so that the intermediate drum 30 is not in engagement with the respective element at the same time at the takeover and transfer point.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zellstapelanlage (10) für das Stapeln von Segmenten (20) von Energiezellen, insbesondere Batteriezellen, wobei eine Zuführeinrichtung (12) vorgesehen ist, welche Segmente (20) in einem Materialstrom (21 ) zuführt, wobei im Materialstrom (21) die Segmente (20) auf aufeinander folgenden Positionen (22) zuführbar sind. Eine Mehrzahl von Zellstapelvorrichtungen (15) ist zum Aufeinanderlegen der Segmente (20) zu Stapeln (26) vorgesehen, wobei eine Weiche (17) im Materialstrom (21) vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, den Materialstrom (21 ) derart in Teilmaterialströme (23, 24, 25) aufzuteilen, dass jeweils zwei Segmente (20) auf unmittelbar aufeinander folgenden Positionen (22) im Materialstrom (21) jeweils unterschiedlichen Zellstapelvorrichtungen (15) der Zellstapelanlage (10) übergeben werden.

Description

Zellstapelanlage und Verfahren zum Stapeln
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zellstapelanlage für das Stapeln von Segmenten von Energiezellen, insbesondere Batteriezellen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Stapeln von Segmenten von Energiezellen mit einer Zellstapelanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 12.
Energiezellen oder auch Energiespeicher im Sinne der Erfindung werden z.B. in Kraftfahrzeugen, sonstigen Landfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen oder auch in stationären Speicheranlagen in Form von Batteriezellen oder Brennstoffzellen verwendet, bei denen sehr große Energiemengen über größere Zeiträume gespeichert werden müssen.
Derartige Energiezellen, insbesondere Batteriezellen, weisen häufig eine Struktur aus einer Vielzahl von zu einem Stapel gestapelten Segmenten auf. Die Segmente können beispielsweise Monozellen einer Batterie sein, welche in dem Herstellungsprozess der Batteriezelle aufeinandergelegt und miteinander verbunden werden.
Um die Produktionskosten der Batterieherstellung zu senken, muss sich unter anderem die Produktionsleistung der Maschinen erhöhen. Eine Bedingung für die hohe Produktionsleistung ist dabei eine hohe Fertigungsrate der Stapel der Energiezellen, insbesondere Batteriezellen, welche aus mehreren aufeinander gestapelten Segmenten, insbesondere Monozellen, der eingangs beschriebenen Art gebildet sind. Die Segmente werden in einem vorgelagerten Herstellungsschritt dabei zu den sogenannten Monozellen bestehend aus einem ersten Separatorblatt, einem darauf angeordneten Anodenblatt, einem darauf angeordneten zweiten Separatorblatt und einem darauf angeordneten Kathodenblatt aufeinandergelegt.
Die Segmente werden dann zu einem Stapel aus einer Vielzahl von Segmenten aufeinandergestapelt. Sofern es sich bei den Segmenten um Monozellen oder Separatorblätter mit darauf angeordneten Anoden- oder Kathodenblättern handelt, befindet sich an einer freien Seitenfläche des Stapels eine Kathode oder Anode, welche dann durch die Anordnung einer sogenannten Abschlusszelle abgedeckt wird. Die Abschlusszelle umfasst ein erstes Separatorblatt, ein darauf angeordnetes Anoden- oder Kathodenblatt und ein darauf angeordnetes zweites Separatorblatt, auf der jedoch kein Kathoden- oder Anodenblatt angeordnet ist. Damit kann die Abschlusszelle auch als eine Monozelle ohne ein Kathoden- oder Anodenblatt angesehen werden. Der fertige Stapel aus der Vielzahl von Monozellen und der Abschlusszelle zeichnet sich dann dadurch aus, dass er an seiner Oberseite und seiner Unterseite jeweils ein Separatorblatt aufweist und somit die Anodenblätter und Kathodenblätter jeweils zu der Ober- und zu der Unterseite hin durch Separatorblätter abgedeckt sind und untereinander nicht im Kontakt stehen.
Zur Erzielung von sehr hohen Fertigungsraten der Energiezellen bzw. Energiespeicher ist es dabei wünschenswert, die hergestellten Segmente mit einer möglichst hohen Fertigungsrate mit einer möglichst hohen Positionsgenauigkeit aufzustapeln und als Stapel weiterzuverarbeiten. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zellstapelanlage für das Stapeln von Segmenten von Energiezellen, insbesondere Batteriezellen, sowie ein Verfahren zum Stapeln von Segmenten von Energiezellen, insbesondere Batteriezellen, mit einer entsprechenden Zellstapelanlage anzugeben, welche eine sehr hohe Fertigungsrate ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Zellstapelanlage mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Stapeln mit einer Zellstapelanlage mit den Merkmalen von Anspruch 12 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Demnach wird eine Zellstapelanlage für das Stapeln von Segmenten von Energiezellen, insbesondere Batteriezellen, vorgeschlagen, wobei eine Zuführeinrichtung vorgesehen ist, welche Segmente in einem Materialstrom zuführt, wobei im Materialstrom die Segmente auf aufeinander folgenden Positionen zuführbar sind. Eine Mehrzahl von Zellstapelvorrichtungen ist zum Aufeinanderlegen der Segmente zu Stapeln vorgesehen. Weiterhin ist eine Weiche im Materialstrom vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, den Materialstrom derart in Teilmaterialströme aufzuteilen, dass jeweils zwei Segmente auf unmittelbar aufeinander folgenden Positionen im Materialstrom jeweils unterschiedlichen Zellstapelvorrichtungen der Zellstapelanlage übergeben werden.
Der Materialstrom wird vorzugsweise kontinuierlich gefördert, wobei die Segmente jeweils hintereinander, beispielsweise auf einem Förderband oder einer Trommel der Zellstapelanlage von der Zuführeinrichtung zugeführt werden können. Die Positionen im Materialstrom entsprechen jeweils dem Platzbedarf für ein Segment, wobei die Segmente auf angrenzenden Positionen vorzugsweise einen Abstand, beispielsweise 1 mm, zueinander aufweisen.
Der Materialstrom weist üblicherweise Leerstellen auf. Dementsprechend können Positionen im Materialstrom unbesetzt sein, wodurch der Materialstrom lückenhaft sein kann. Beispielsweise können durch die Zuführanlage einzelne Segmente ausgeworfen und somit Leerstellen im Produktstrom geschaffen werden. Einzelne Segmente oder Monozellen können beispielsweise nach einer Qualitätskontrolle oder für eine Qualitätskontrolle aus dem Materialstrom entnommen werden.
Die Mehrzahl der Zellstapelvorrichtungen ist hierbei dafür vorgesehen, den Materialstrom der Segmente auf aufeinander folgenden Positionen jeweils zu einem Stapel bzw. Zellstapel von Monozellen aufzustapeln. Die Weiche im Materialstrom teilt den Materialstrom in Teilmaterialströme auf, so dass jeweils zwei Segmente auf unmittelbar aufeinander folgenden Positionen im Materialstrom jeweils unterschiedlichen Zellstapelvorrichtungen der Zellstapelanlage übergeben werden. Hierdurch kann erreicht werden, dass eine Zellstapelvorrichtung nicht mit zwei Segmenten auf aufeinander folgenden Positionen, welche jeweils nur durch ihren Abstand im Materialstrom getrennt sind, beaufschlagt wird. Durch die Aufteilung der Materialströme in der Weiche kann erreicht werden, dass die an die Zellstapelvorrichtung übergebenen Segmente mindestens den Abstand von einer Position bzw. einer Segmentbreite oder Breite einer Monozelle des eingehenden Materialstroms aufweisen. Bei einer Aufteilung des Materialstroms auf mehr als zwei Teilmaterialströme erhöht sich der Abstand zwischen zwei zu stapelnden Segmenten an einer Zellsta- pelvorrichtu ng entsprechend.
Es steht dem Grundgedanken nicht entgegen, wenn bei einer möglichen Leerstelle auf einer Position im Materialstrom zwei aufeinander folgende Segmente im Materialstrom der gleichen Zellstapelvorrichtung übergeben werden, da diese in diesem Fall nicht auf der aneinander folgenden Position im Materialstrom vorliegen.
Weiterhin kann durch die vorgeschlagene Aufteilung erreicht werden, dass mehrere Zellstapelvorrichtungen parallel Segmente stapeln können, wodurch der Materialstrom entsprechend beschleunigt und die Fertigungsrate erhöht werden kann. Weiterhin ist es möglich die Genauigkeit der Positionierung der Segmente auf dem Stapel durch die geringere Anforderung an die Verarbeitungsgeschwindigkeit der einzelnen Zellstapelvorrichtungen zu erhöhen. Etwaige Limitierungen der Fertigungsrate bei der Übergabe der Segmente bzw. Monozellen auf die Zellstapelvorrichtung und bei der Abgabe von der Zellstapelvorrichtung auf den Stapel können auf diese Weise aufgehoben werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Weiche mindestens eine Weichentrommel umfasst, welche den Materialstrom oder einen Teilmaterialstrom durch Übergabe von Segmenten an wenigstens eine Übergabetrommel und/oder wenigstens eine Zellstapelvorrichtung und/oder wenigstens eine Umlenktrommel und/oder eine weitere Weichentrommel aufteilt.
Eine Weichentrommel ermöglicht die Aufteilung des Materialstroms beispielsweise in zwei oder mehr Teilmaterialströme bei hohen Transportgeschwindigkeiten der Segmente. Die Anforderungen an die Abstände zwischen Segmenten auf aufeinander folgenden Posi- tionen sind bei einer Weichentrommel besonders gering, so dass in vorteilhaften Ausführungsformen bei einer Weichentrommel in der Zellstapelanlage auf Maßnahmen zur Erhöhung der Abstände bzw. zur Teilungsänderung von zwei Segmenten auf aufeinander folgenden Positionen verzichtet werden kann. Alternativ können weitere Elemente zur Erhöhung der Abstände von Segmenten auf aufeinander folgenden Positionen im Materialstrom beispielsweise in der Zuführeinrichtung vorgesehen sein, um ggf. genügend Umschaltzeit für die Weiche zur Verfügung zu haben, was weiter unten dargestellt wird.
Die Weichentrommel teilt den Materialstrom vorzugsweise durch Übergabe an mindestens zwei weitere Einheiten auf, welche den aufgeteilten Materialstrom der Segmente als Teilmaterialströme weiterverarbeiten. Derartige Einheiten sind beispielsweise Übergabetrommeln, welche die entsprechenden Segmente bzw. Monozellen von der Weichentrommel übernehmen und an eine andere Einheit abgeben, oder eine Umlenktrommel, welche zur Drehung der Segmente durch eine weitere Übergabe auf eine weitere Trommel dienen. Weiterhin können derartige Einheiten eine Zellstapelvorrichtung sein, an die ein Teilmaterialstrom in möglichen Ausführungsformen direkt von der Weichentrommel übergeben werden kann. In möglichen Ausführungsformen kann in der Weiche ein Teilmaterialstrom von einer Weichentrommel auf mindestens eine weitere Weichentrommel übergeben werden, so dass insgesamt 3 oder 4 oder mehr Teilmaterialströme gebildet werden können.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass ein auf eine Umlenktrommel übergebener Teilmaterialstrom einer weiteren Weichentrommel übergeben wird. Dies ermöglicht es mehrere Weichentrommeln in der Weiche zu verwenden, wobei auf den Weichen- trommeln geförderte Segmente jeweils mit der gleichen Segmentseite zur Weichentrommel weisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Weiche, insbesondere die Weichentrommel, eine mechanisch vorbestimmte Aufteilung von Segmenten auf aufeinander folgenden Positionen des Materialstroms auf wenigstens zwei Teilmaterialströme vornimmt. Dies ermöglicht eine einfache, wartungsarme und robuste Ausführung der Weiche, insbesondere einer Weichentrommel, welche eine deterministische Aufteilung des Materialstroms ermöglicht. Eine entsprechende Betätigung von Stellelementen einer Weichentrommel oder Weiche und Aufteilung des Materialstroms kann beispielsweise über eine mechanische Kulisse erfolgen. Es kann somit auf eine aktiv geschaltete pneumatische oder elektrische Ansteuerung von Stellelementen auf einer Weichentrommel verzichtet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Weiche, insbesondere Weichentrommel, eine variable Aufteilung aufeinander folgender Segmente des Materialstroms auf wenigstens drei Teilmaterialströme vornimmt, wobei die Zellstapelanlage wenigstens drei Zellstapelvorrichtungen umfasst.
Eine entsprechend variable Zuordnung der Segmente bzw. Monozellen zu den wenigstens drei Teilmaterialströmen kann beispielsweise über eine aktive Schaltung von Ventilen erfolgen. Eine Aufteilung durch die Weiche auf wenigstens drei Teilmaterialströme ermöglicht es, zumindest an eine der wenigstens drei Zellstapelvorrichtungen temporär keine Segmente bzw. keinen Teilmaterialstrom zu übergeben, wobei die übrigen mindestens zwei Zellstapelvorrichtungen weiterhin jeweils keine zwei Segmente auf unmittelbar aufeinander folgenden Positionen im Materialstrom übergeben bekommen. Diese Unterbrechung einer der mindestens drei Teilmaterialströme kann genutzt werden, um beispielsweise einen fertig gebildeten Stapel aus Segmenten abzufördern bzw. einen Stapelwechsel vorzunehmen, so dass die mögliche Zeitspanne für die Abförderung vergrößert wird. Dementsprechend können bei einer variablen Aufteilung der Teilmaterialströme durch die Weiche beispielsweise zwei Zellstapelvorrichtungen aktiv und mit Segmenten beschickt und eine Zellstapelvorrichtung passiv gehalten werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Zellstapelvorrichtungen jeweils ein Fächerrad aufweisen, welche Segmente eines Teilmaterialstroms aufnehmen und abgeben. Ein Fächerrad ist beispielsweise auch unter den Begriffen Stapelrad oder Fächertrommel bekannt.
Die Segmente können in einer vorteilhaften Ausführungsform direkt von einer Trommel, beispielsweise einer Übergabetrommel oder einer Weichentrommel, übernommen werden, so dass das Fächerrad die Segmente in die Zellstapelvorrichtung übernimmt. Dementsprechend kann das Fächerrad direkt mit der übergebenden Trommel kämmen.
Die vorgeschlagene Zellstapelanlage mit einer Weiche eignet sich besonders in Kombination mit einem Fächerrad, da sich entsprechend der Aufteilung in Teilmaterialströme ein Abstand zwischen zwei Segmenten in einem Teilmaterialstrom von mindestens einer Segmentbreite beim Einlauf in das Fächerrad ergibt, was eine Übernahme durch das Fächerrad vereinfacht. Die Segmente werden aus dem Fächerrad vorzugsweise mittels eines Kamms, der in das Fächerrad eingreift, herausgeschoben, wodurch eine Übergabe des Segments oder eine Ablage auf einen Stapel aus Segmenten ermöglicht wird.
In einer möglichen Ausführungsform weist die übergebende Trommel, beispielsweise die Übergabetrommel, einen Auslass für Druckluft auf, welcher der Lage einer führenden Kante eines geförderten Segments oder Monozelle zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die Trommel, insbesondere die Übergabetrommel, dazu eingerichtet, die führende Kante des Segments bzw. der Monozelle auf der übergebenden Trommel mit Druckluft anzuheben, so dass die Übergabe insbesondere in ein Fächerrad verbessert werden kann.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Zellstapelvorrichtungen jeweils eine Zwischentrommel aufweisen, welche Segmente eines Teilmaterialstroms aufnehmen, insbesondere von einer Übergabetrommel, und abgeben, insbesondere an ein Fächerrad der Zellstapelvorrichtung.
Vorzugsweise ist die Zwischentrommel mit einer schwellenden Drehgeschwindigkeit angetrieben. Eine entsprechende Zwischentrommel übernimmt die Segmente in der Zuführgeschwindigkeit beispielsweise von einer Übergabetrommel oder einer Weichentrommel und übergibt die Segmente bzw. Monozellen in einer verlangsamten Bewegung oder in einem Stillstand, wobei die Abgabe vorzugsweise an ein Fächerrad erfolgt. In alternativen Ausführungsformen kann die Abgabe an eine Aufnahme zur Bildung eines Stapels erfolgen.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass die Segmente von der Zwischentrommel in der Zuführgeschwindigkeit der Zuführeinrichtung übernommen werden und dann durch eine Verzögerung der Bewegung der Zwischentrommel mit einer geringe- ren Geschwindigkeit oder sogar im Stillstand an das Fächerrad oder an die Aufnahme übergeben werden. Hierdurch kann durch die Übernahme der Segmente in der Zuführgeschwindigkeit der Zuführeinrichtung einerseits eine ununterbrochene Abnahme der Segmente in einer hohen Transportgeschwindigkeit von der Zuführeinrichtung mit einer möglichst geringen Belastung der Segmente bei der Übernahme verwirklicht werden. Andererseits kann durch die verzögerte Geschwindigkeit der Zwischentrommel an das Fächerrad oder beispielsweise bei einer Aufnahme durch den Stillstand der Zwischentrommel eine Übergabe der Segmente mit geringeren auf die Segmente einwirkenden Querkräften verwirklicht werden. Dies ermöglicht eine prozesssichere Abgabe an das Fächerrad oder eine positionsgenauere Abgabe an die Aufnahme, so dass die Segmente positionsgenauer zu Stapeln aufgestapelt werden können.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Zwischentrommel wenigstens zwei in identischen Winkeln zueinander angeordnete Übernahmestempel zur Aufnahme der Segmente aufweist, und die Zwischentrommel während eines Umlaufes entsprechend der Anzahl der Übernahmestempel verzögert und beschleunigt wird. Durch die Mehrzahl der Übernahmestempel kann die Übernahmerate der Segmente durch die Zwischentrommel erhöht bzw. im Umkehrschluss kann die erforderliche Drehgeschwindigkeit der Zwischentrommel bei einer vorgegebenen zu Anzahl von zu übernehmenden Segmenten je Zeiteinheit reduziert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Anzahl der Übernahmestempel ungerade ist. Hierdurch können die Übernahmestellung der Segmente von der Zuführeinrichtung und die Übergabestellung an das Ablageorgan gegenüberliegend also in einem Winkel von 180 Grad in Bezug zu der Drehachse der Zwischentrommel angeordnet werden, und es befindet sich immer ein Übernahmestempel in der Übernahmestellung, ohne dass ein anderer Übernahmestempel in der Übergabestellung und umgekehrt angeordnet ist. Durch die vorgeschlagene Weiterentwicklung können die Übernahmestellung und die Übergabestellung gegenüberliegend angeordnet werden, wodurch ein konstruktiv einfacher Aufbau der Zellstapelanlage ermöglicht wird, ohne dass zwei Übernahmestempel zeitgleich die Übernahmestelle und die Übergabestelle durchlaufen.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Zellstapelvorrichtungen jeweils zu einer Übergabe der Stapel an eine Abführeinrichtung eingerichtet sind.
Die Abführeinrichtung ist beispielsweise ein Förderband, auf welchem die gebildeten Stapel bzw. Segmentstapel, welche auch als Monozellenstapel oder Zellstapel bezeichnet werden können, zu einer weiteren Verarbeitung gefördert werden können.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Zellstapelvorrichtungen jeweils eine verfahrbare, insbesondere linear verfahrbare, Aufnahme aufweisen, welcher Segmente eines Teilmaterialstroms aufnehmen und als Stapel an die Abführeinrichtung abgeben.
Die verfahrbare Aufnahme der Zellstapelvorrichtung dient zur Aufnahme der Segmente beim Stapelprozess. Die Aufnahme transportiert die Stapel vorzugsweise in Richtung der Flächennormalen der Segmente ab. Durch die linear in die vorgeschlagene Richtung verfahrbare Aufnahme werden die Stapel bzw. die darin aufgestapelten Segmente ohne einwirkende Querkräfte abtransportiert. Hierdurch wird verhindert, dass die Segmente bzw. Stapel ihre positionsge- naue Anordnung während des Abtransportes wieder verlieren.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Zellstapelvorrichtung eine Hubeinrichtung aufweist, welche die Aufnahme bei einer Aktivierung über eine lineare Führungseinrichtung verfährt. Durch die lineare Führungseinrichtung und die zugehörige Hubeinrichtung werden die Aufnahme und der darin gehaltene Stapel in einem vorbestimmten Verfahrweg abtransportiert, und die Aufnahme kann in einer sehr genau zu steuernden Bewegung nach dem Abgeben des Stapels zurück in die Übergabestelle, beispielsweise des Fächerrads oder der Zwischentrommel, zugeführt werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Zellstapelvorrichtungen jeweils einen bewegbaren Umsetzer aufweisen, welche Segmente eines Teilmaterialstroms aufnehmen und abgeben.
Vorzugsweise ist der Umsetzer aus einer Bereitschaftsstellung in eine Haltestellung bewegbar, welcher während des Abtransports der jeweiligen Stapel, beispielsweise bei einem Verfahren einer Aufnahme, in der Haltestellung positioniert wird und eine Zwischenauflage zum Ablegen der Segmente bildet. Durch den vorgesehenen Umsetzer wird eine Ablage der Segmente auch dann ermöglicht, wenn die mit dem vorangehend fertig aufgebauten Stapel gefüllte Aufnahme zur Übergabe des Stapels zu einem Abgabeort verfahren wird und damit zur Übernahme der Segmente in der Übergabestellung nicht zur Verfügung steht. Hierdurch kann eine ununterbrochene also kontinuierliche Übernahme der Segmente von der Stapelvorrichtung mit einer hohen Stapelrate ermöglicht werden. Damit die Segmente nur dann auf dem Umsetzer abgelegt werden, wenn die Aufnahme nicht in der Übergabestellung angeordnet ist, wird der Umsetzer aus der Haltstellung zurück in die Bereitschaftsstellung bewegt, sobald die Aufnahme wieder zurück in die Übergabestelle verfahren wurde. Damit wird der Stapelvorgang und insbesondere die Verfahrbewegung der Aufnahme aus der Übergabestellung heraus nicht durch den Umsetzer gestört oder eingeschränkt. Der Umsetzer wird dann aus der Bereitschaftsstellung in die Haltestellung bewegt, wenn eine vorbestimmte Anzahl der Segmente in der Aufnahme aufgestapelt sind, bzw. wenn eine vorbestimmte Stapelhöhe erreicht ist, und zwar unmittelbar nach dem Ablegen des letzten Segmentes auf den Stapel. Dabei wird der Umsetzer in den Ablageweg der Segmente eingefahren, so dass die Ablage des nächsten Segmentes auf den Stapel unterbrochen und das nächste Segment stattdessen auf dem Umsetzer abgelegt wird. Der Umsetzer übernimmt damit praktisch kurzzeitig die Funktion der Aufnahme, indem er eine Zwischenablage bildet, bis die Aufnahme zurück in die Übergabestelle bewegt ist.
Dabei wird weiter vorgeschlagen, dass die Aufnahme und der Umsetzer jeweils eine Auflagefläche aufweisen, welche durch die Oberflächen von einer Mehrzahl von parallel und äquidistant zueinander angeordneten Stegen gebildet ist, und wobei der Umsetzer und die Aufnahme während ihrer Bewegungen zum Übergeben der Stapel der Segmente mit ihren Stegen ineinander eingreifen. Durch die vorgeschlagene Ausbildung der Auflageflächen kann die Aufnahme nach dem Abgeben des Stapels zurück in die Übergabestelle verfahren werden, ohne dabei mit dem Umsetzer zu kollidieren. Die Aufnahme wird dabei beim Bewegen in die Übergabestelle mit den Stegen ihrer Auflagefläche zwischen die Stege der Auflagefläche des Umsetzers bewegt und ergänzt somit die Auflagefläche des Umsetzers zu einer vergrößerten Aufnahmefläche. Nachdem die Aufnahme wieder in der Übergabestelle angeordnet ist, wird der Umsetzer wie- der aus der Haltestellung zurück in die Bereitschaftsstellung bewegt und übergibt dabei die bereits aufgestapelten Segmente an die Aufnahme. Der Stapel wird praktisch „umgesetzt“.
Die Zuführeinrichtung ist bevorzugt durch einen Trommellauf gebildet, welcher eine sehr hohe Förderrate der Segmente sowohl in ihrer unmittelbaren Anlage aneinander oder mit geringen Abständen als auch mit vergrößerten Abständen ermöglicht. Vorzugsweise weist die Zuführeinrichtung eine Spreizeinrichtung auf, welche den Abstand der aufeinander folgenden Segmente in dem Materialstrom vergrößert, so dass die aufeinander folgenden Segmente in dem Materialstrom im Zulauf zu der Zellstapelanlage einen vergrößerten Abstand zueinander aufweisen. Durch die Spreizeinrichtung wird der Abstand der Segmente zueinander vergrößert. Dabei kann die Spreizeinrichtung bevorzugt durch wenigstens eine erste und eine zweite Trommel des Trommellaufes gebildet sein, wobei die Segmente von einer Mantelfläche der ersten Trommel auf eine Mantelfläche der zweiten Trommel übergeben werden, und die erste Trommel die Segmente mit einer ersten Umfangsgeschwindigkeit ihrer Mantelfläche in einer Übernahmestelle an die Mantelfläche der zweiten Trommel übergibt, und die zweite Trommel die Segmente mit einer zweiten Umfangsgeschwindigkeit ihrer Mantelfläche übernimmt, und die zweite Umfangsgeschwindigkeit größer ist als die erste Umfangsgeschwindigkeit. Die Segmente werden bei der Übergabe von der ersten Trommel auf die zweite Trommel durch die höhere Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Trommel praktisch auseinandergezogen und mit den vergrößerten Abständen weiter transportiert.
Ferner kann die Spreizeinrichtung auch durch wenigstens eine in den Trommellauf integrierte Teilungsänderungstrommel gebildet sein, und die Teilungsänderungstrommel kann eine Mehrzahl von an dem Umfang angeordneten Transportsegmenten zum Transport von jeweils einem Segment des Materialstroms aufweisen, wobei die Transportsegmente in Radialrichtung der Teilungsänderungstrommel bewegbar sind, und die Segmente von der Übernahmestelle bis zur Übergabestelle von einem kleineren Radius auf einen größeren Radius bewegt werden. Durch die vorgeschlagene Teilungsänderungstrommel kann die Abstandsvergrößerung auf einer sich drehenden Trommel selbst vorgenommen werden. Dabei wird die Abstandsvergrößerung der Segmente zueinander durch die Transportsegmente und deren Bewegung bewirkt, indem die an den Transportsegmenten gehaltenen Segmente durch die Transportsegmente selbst in eine Ausrichtung mit einem vergrößerten Abstand zueinander bewegt werden.
Dabei wird weiter vorgeschlagen, dass in dem Trommellauf wenigstens zwei in Reihe angeordnete Teilungsänderungstrommeln vorgesehen sind. Durch das Vorsehen wenigstens einer weiteren Teilungsänderungstrommel kann die auf einer Teilungsänderungstrommel vorgenommene Abstandsvergrößerung gegenüber einer zu realisierenden Abstandsvergrößerung um einen der Anzahl der Teilungsänderungstrommel entsprechenden Faktor reduziert werden. Hierdurch können wiederum die erforderliche Relativgeschwindigkeiten der Transportsegmente und die damit verbundenen Beschleunigungen der Transportsegmente und der daran gehaltenen Segmente zu der Teilungsänderungstrommel reduziert werden, was wiederum zu geringeren auf die Segmente einwirkenden Querkräften während der Abstandsvergrößerung führt. Dabei kann die Teilungsänderungstrommel den Abstand bevorzugt zwischen den aufeinander folgenden Segmenten im Materialstrom um mindestens 10 mm, vorzugsweise um 13 mm, vergrößern.
Zur Lösung der Aufgabe wird weiterhin ein Verfahren zum Stapeln von Segmenten von Energiezellen, insbesondere Batteriezellen, mit einer Zellstapelanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 vorgeschlagen, wobei eine Zuführeinrichtung vorgesehen ist, welche Segmente in einem Materialstrom zuführt, wobei im Materialstrom die Segmente auf aufeinander folgenden Positionen zugeführt werden, und eine Mehrzahl von Zellstapelvorrichtungen zum Aufeinanderlegen der Segmente zu Stapeln vorgesehen ist, wobei eine Weiche im Materialstrom vorgesehen ist, welche den Materialstrom derart in Teilmaterialströme aufteilt, dass jeweils zwei Segmente auf unmittelbar aufeinander folgenden Positionen im Materialstrom jeweils unterschiedlichen Zellstapelvorrichtungen der Zellstapelanlage übergeben werden.
Die Zellstapelanlage wird dementsprechend so betrieben, dass keine der Zellstapelvorrichtungen beim Betrieb zwei Segmente auf aufeinander folgenden Positionen des Materialstroms zugeführt bekommt. Dennoch ist es beispielsweise möglich, dass zwei aufeinander folgende Segmente im Materialstrom, welche durch eine Leerstelle getrennt und dementsprechend nicht auf aufeinander folgenden Positionen im Materialstrom angeordnet sind, durch die Weiche dem gleichen Teilmaterialstrom zugeteilt werden. Entsprechend würden diese zwei Segmente nacheinander von einer Zellstapelvorrichtung aufgestapelt werden. Durch die vorgeschlagene Aufteilung des Materialstroms mittels der Weiche der Zellstapelanlage wird nach jedem Segment oder jeder Monozelle in einem Teilmaterialstrom, der einer der Zellstapelvorrichtungen zugeführt wird, we- nigstens eine Leerstelle zwischen zwei Segmenten geschaffen, so dass die notwendige Fertigungsrate an einer einzelnen Zellstapelvorrichtung mindestens halbiert wird, wodurch die Fertigungsrate der Zellstapelanlage insgesamt erhöht werden kann. Weiterhin kann durch den erheblich vergrößerten Abstand zwischen zwei Segmenten in einem Teilmaterialstrom, welcher beispielsweise ein, zwei oder drei Leerstellen betragen kann, die Übergabe auf beispielsweise eine Zwischentrommel und/oder ein Fächerrad und das Ablegen auf einen Stapel entsprechend langsamer und somit präziser und produktschonender erfolgen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass mindestens zwei Stapel aus Segmenten auf wenigstens zwei Zellstapelvorrichtungen der Zellstapelanlage parallel gebildet werden. Die Zellstapelanlage ist somit nicht durch die Fertigungsrate einer Zellstapelvorrichtung limitiert, wodurch der verarbeitbare Materialstrom der Zellstapelanlage insgesamt erhöht werden kann und die Segmente schonend zu Zellstapeln aufgestapelt werden können. Das vorgeschlagene Verfahren unterscheidet von einem möglichen Umlenken des Materialstroms zu beispielsweise zwei Zellstapelvorrichtungen, welche nacheinander jeweils einen Stapel bilden, und wobei der Materialstrom nach Bildung des ersten Stapels auf der ersten Zellstapelvorrichtung auf eine zweite Zellstapelvorrichtung umgelenkt wird.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Stapelanlage wenigstens drei Zellstapelvorrichtungen aufweist, wobei die Weiche derart gesteuert wird, dass wenigstens zwei Zellstapel- Vorrichtungen jeweils gleichzeitig mit einem Teilmaterialstrom be- schickt werden, wobei wenigstens eine Zellstapelvorrichtung temporär nicht mit einem Teilmaterialstrom beschickt wird.
Die vorgeschlagene Steuerung der Zellstapelanlage ermöglicht es, mehrere Zellstapelvorrichtungen parallel mit Teilmaterialströmen zu beschicken, wobei gleichzeitig beispielsweise eine Zellstapelvorrichtung keine Segmente oder Monozelle übernimmt. Die Zellstapelvorrichtung, welche temporär nicht mit einem Teilmaterialstrom beschickt wird, fördert vorzugsweise während der entstehenden Unterbrechung den gebildeten Stapel ab. Weiterhin kann beispielsweise bei einer Störung an einer Zellstapelvorrichtung die Zellstapelanlage weiter betrieben werden.
Die Aufteilung des Materialstroms in Teilmaterialströme durch die Steuerung der Weiche ist, insbesondere in dieser Ausführungsform, vorzugsweise dynamisch bzw. bedarfsgesteuert. Gegenüber einer möglichen deterministischen Aufteilung des Materialstroms bietet dies den Vorteil, dass die Zellstapelanlage eine zufällige Verteilung von Leerstellen auf Positionen im Materialstrom kompensieren kann.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die von einer Zellstapelvorrichtung zu Stapeln aufeinander gelegten Segmente gezählt werden. Dies ermöglicht es in einfacher Weise die vorgegebene Anzahl von Segmenten oder Monozellen auf einem Stapel unabhängig von möglichen Leerstellen im zugeführten Materialstrom und/oder Teilmaterialstrom sicherzustellen.
Die Zellstapelanlage und/oder die jeweilige Zellstapelvorrichtung weisen daher vorzugsweise eine Zähleinrichtung auf, welche zur Zählung der auf einem Stapel, vorzugsweise in einer Aufnahme, abgelegten Segmente oder Monozellen zählt. Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Zellstapelanlage mit einer Weichentrommel und zwei Zellstapelvorrichtungen;
Fig. 2 eine Zellstapelanlage mit zwei Weichentrommeln und drei Zellstapelvorrichtungen;
Fig. 3 einen Ausschnitt einer Zellstapelanlage mit einer Zellstapelvorrichtung mit einem Fächerrad;
Fig. 4 einen Ausschnitt einer Zellstapelanlage mit einer Zellstapelvorrichtung mit einer Zwischentrommel und einem Fächerrad;
Fig. 5 einen Ausschnitt einer Zellstapelanlage mit einer Zellstapelvorrichtung mit einem Fächerrad und einem Umsetzer;
Fig. 6 einen Ausschnitt einer Zellstapelanlage mit einer Zellstapelvorrichtung mit einer Zwischentrommel, einem Fächerrad und einem Umsetzer;
Fig. 7 einen Ausschnitt einer Zellstapelanlage mit einer Zellstapelvorrichtung mit einer Zwischentrommel und einem Umsetzer; und Fig. 8 eine Zellstapelanlage mit Teilungsänderungstrommeln in der Zuführeinrichtung.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer vorgeschlagenen Zellstapelanlage 10 in einer schematischen Darstellung gezeigt. Die Zellstapelanlage 10 weist eine Zuführeinrichtung 12 auf, welche Segmente 20 für eine Energiezelle, beispielsweise Monozellen für eine Li-Ionen Batteriezelle, in einem Materialstrom 21 zuführt.
Der Materialstrom 21 aus Segmenten 20 weist eine Anordnung von Segmenten 20 in einer Reihenfolge auf, wobei die flachen Segmente 20 jeweils hintereinander auf Positionen gefördert werden. Eine Position im Materialstrom weist ausreichend Platz für ein Segment 20 auf, wobei die Segmente 20 im Materialstrom 21 und somit auch die Positionen im Materialstrom 21 einen Abstand oder eine Lücke zueinander aufweisen können. Die Segmente 20 liegen somit nicht zwangsläufig auf Stoß mit ihren Kanten aneinander. Die entsprechenden Abstände oder auch die Teilung zwischen zwei Segmenten 20 können beispielsweise aus Schneidprozessen bei der Separierung der einzelnen Segmente 20 entstehen. Ferner ist es möglich, dass eine Teilungsänderung oder Spreizung im Sinne einer Abstandsvergrößerung zwischen zwei Segmenten 20 auf aufeinander folgenden Positionen im Materialstrom 21 durch entsprechende Vorrichtungen und Verfahren vorgenommen wird. Der Materialstrom 21 kann auch Leerstellen aufweisen, an denen der Abstand zwischen zwei Segmenten sich aus der Breite eines Segments 20 und des in der Zuführung vorgesehenen Abstands der Segmente 20 zueinander zusammensetzt. Dementsprechend sind im Materialstrom 21 nicht zwangsläufig alle aufeinander folgenden Positionen für Segmente 20 mit einem Segment besetzt oder belegt. Derartige Leerstellen können beispielsweise durch einen Auswurf von Segmenten 20 aus dem Materialstrom 21 für oder nach einer Qualitätsprüfung erfolgen.
In der schematischen Darstellung der Figur 1 sind zur Vereinfachung keine Leerstellen im Materialstrom 21 gezeigt.
Die Segmente 20 werden von der Zuführeinrichtung 12 an eine Weichentrommel 18 übergeben, welche die Weiche 17 dieses Ausführungsbeispiels bildet. Die Weiche 17 teilt den Materialstrom 21 aus Segmenten 20 in diesem Ausführungsbeispiel in zwei Teilmaterialströme 23 und 24 auf. Dementsprechend werden zwei Segmente 20 oder Monozellen auf aufeinander folgenden Positionen im Materialstrom 21 auf der Weichentrommel 18 in unterschiedliche Teilmaterialströme 23, 24 getrennt, die jeweils unterschiedlichen Zellstapelvorrichtungen 15 zugeführt werden. In diesem Ausführungsbeispiel übergibt die Weichentrommel 18 Segmente auf jeweils jeder zweiten Position im Materialstrom 21 an eine Umlenktrommel 19. Die weiteren Segmente 20 werden von der Weichentrommel 18 in diesem Ausführungsbeispiel direkt an eine Zellstapelvorrichtung 15 übergeben, so dass die Weichentrommel 18 in diesem Fall auch die Funktion einer Übergabetrommel 14 ausführt. Die Weichentrommel 18 gibt die Segmente 20 auf aufeinander folgenden Positionen somit alternierend an die Umlenktrommel 19 und an die erste Zellstapelvorrichtung 15, links in der schematischen Darstellung der Figur 1 , ab. Die Umlenktrommel 19 übergibt den Teilmaterialstrom 24 an eine weitere Übergabetrommel 14, die die Segmente 20 an die zweite Zellstapelvorrichtung 15 übergibt.
Die Zellstapelvorrichtungen 15 übernehmen die Segmente 20 des jeweiligen Teilmaterialstroms 23, 24, wobei die aufeinander folgende Segmente 20, wie in der Figur 1 illustriert, einen Abstand von einer Segmentbreite oder auch einer Leerstelle aufweisen. Die Zellstapelvorrichtungen 15 legen die übernommenen Segmente 20 mit ihren Hauptflächen aufeinander, so dass jeweils ein Stapel 26 in einer Aufnahme 29 gebildet wird. Liegt die vorgegebene Anzahl Segmente 20 oder Monozellen auf dem Stapel 26 vor, wird der jeweilige Stapel 26 mittels einer Abführeinrichtung 27 aus der Zellstapelanlage 10 ausgeführt.
Die Zellstapelvorrichtungen 15 in der Figur 1 sind schematisch als Kasten dargestellt, welche in den Darstellungen der Figuren 3 bis 7 weiter ausgestaltet gezeigt sind.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zellstapelanlage 10 schematisch gezeigt, wobei die Weiche 17 abweichend vom Ausführungsbeispiel der Figur 1 zwei Weichentrommeln 18 umfasst. Dementsprechend kann der Materialstrom 21 in diesem Ausführungsbeispiel auf drei Teilmaterialströme 23, 24, 25 aufgeteilt werden. Die Zellstapelanlage 10 weist daher drei Zellstapelvorrichtungen 15 auf, die jeweils den zugeführten Teilmaterialstrom 23, 24, 25 abführen.
Die erste Weichentrommel 18 übernimmt den Materialstrom 21 von der Zuführeinrichtung 12 und teilt den Materialstrom 21 auf, wobei die erste Weichentrommel 18 als Übergabetrommel 14 den Teilmaterialstrom 23 direkt an einen erste Zellstapelvorrichtung 15 übergibt. Die Teilmaterialströme 24, 25 werden über eine Umlenktrommel 19 zu der zweiten Weichentrommel 18 übergeben, welche den Teilmaterialstrom 24 als Übergabetrommel 14 an eine zweite Zellstapelvorrichtung 15 übergibt. Der Teilmaterialstrom 25 wird über eine weitere Umlenktrommel 19 einer Übergabetrommel 14 übergeben, die die Segmente 20 des Teilmaterialstroms 25 auf eine dritte Zellstapelvorrichtung 15 übergibt. Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Zellstapelanlage 10, beispielsweise entsprechend der Ausführungsbeispiele der Figuren 1 und 2, wobei die Zellstapelvorrichtung 15 ein Fächerrad 16 aufweist. Das Fächerrad 16 kämmt in diesem Ausführungsbeispiel direkt mit der Übergabetrommel 14, welche auch gleichzeitig eine Weichentrommel 18 sein kann. Das Fächerrad 16 übernimmt somit die Segmente 20 aus einem der Teilmaterialströme 23, 24, 25 von der Übergabetrommel 14 und legt diese zu einem Stapel 20 in einer Aufnahme 29 ab. Die Ablage zu einem Stapel 26 in die Aufnahme 29 aus dem Fächerrad 16 erfolgt beispielsweise mittels eines Kamms 28, der das Fächerrad kämmt und die Segmente 20 auf den Stapel 26 abgelegt.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zellstapelanlage 10 schematisch gezeigt, wobei die Zellstapelvorrichtung 15 im gezeigten Ausschnitt neben einem Fächerrad 16 eine Zwischentrommel 30 aufweist. Die Zwischentrommel 30 übernimmt die Segmente 20 eines der Teilmaterialströme 23, 24, 25 von der Übergabetrommel 14 bzw. Weichentrommel 18 und übergibt die übernommenen Segmente 20 an die Fächertrommel 16, welche die Segmente 20 zu einem Stapel 26 in der Aufnahme 29 ablegt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel entsprechend der schematischen Darstellung der Figur 5 ist das Fächerrad 16 der Zellstapelvorrichtung 15 der Zellstapelanlage 10 analog zum Ausführungsbeispiel der Figur 3 unmittelbar an der Übergabetrommel 14 angeordnet, so dass die Segmente 20 von der Übergabetrommel 14 direkt übergeben werden. Die Zellstapelvorrichtung 15 weist zusätzlich einen beweglichen Umsetzer 31 auf, welcher in den Bereich zwischen dem Fächerrad 16 und der Aufnahme 29 bewegbar ist, so dass die von dem Fächerrad 16 abzulegenden Segmente 20 zur Ablage auf dem Stapel 26 auf dem Umsetzer 26 temporär gelagert oder auch gepuffert werden können. Dies vergrößert beispielsweise die verfügbare Zeitspanne für den Abtransport des Stapels 26 über die Abführeinrichtung 27. Das auf dem beweglichen Umsetzer 31 gepufferte Segment 20 oder die gepufferten Segmente 20 werden anschließend in die Aufnahme 29 abgelegt, so dass die Fertigungsrate der Zellstapelvorrichtung 15 nicht durch die notwendigen Zeiten für das Abführen des Stapels 26, wenn dieser vollständig ist und die vorgesehene Anzahl von Segmenten, beispielsweise 50 bis 100, weiter beispielsweise 80 bis 90, aufweist, limitiert wird.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zellstapelanlage 10 schematisch gezeigt, wobei die im Ausschnitt gezeigte Zellstapelvorrichtung 15 ein Stapelrad 16 aufweist, welches mittels einer Zwischentrommel 30 mit Segmenten 20 eines der Teilmaterialströme 23, 24, 25 bestückt wird. Das Stapelrad 16 legt die Segmente durch Drehung und den Eingriff des Kamms 28 auf den Stapel 26 in der Aufnahme 29 ab. Es ist weiterhin ein beweglicher Umsetzer 31 vorgesehen, welcher abzulegende Segmente vom Stapelrad 16 zwischenzeitlich aufnimmt, um einer Abführung des Stapels 26 mit der Abführeinrichtung 27 mehr Prozesszeit zu ermöglichen. Das auf dem beweglichen Umsetzer 31 gelagerte Segment 20 kann anschließend beispielsweise als unterstes Segment 20 für einen neuen Stapel 26 in der Aufnahme 29 abgelegt werden.
Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zellstapelvorrichtung 15 im Ausschnitt einer Zellstapelanlage 10, wobei eine Zwischentrommel 30 vorgesehen ist, welche die Segmente 20 aus einem Teilmaterialstrom 23, 24, 25 in diesem Ausführungsbeispiel auf einen Stapel 26 in der Aufnahme 29 ablegt. Zusätzlich ist ein beweglicher Umsetzer 31 vorgesehen, welcher dazu eingerichtet ist in die Ablageposition der Zwischentrommel 30 einzufahren. In dieser eingefahrenen Position kann mindestens ein Segment 20 von der Zwischentrommel 30 auf den Umsetzer 31 übernommen werden. Das Segment 20 kann anschließend beispielsweise durch Kämmen des Umsetzers 31 mit der Aufnahme 29 angelegt werden. Zwischenzeitlich kann die hierdurch erreichte zusätzliche Zeitspanne zur Abförderung eines vollständigen Stapels 26, d.h. eines Stapels 26 mit der vorgesehenen Anzahl Segmente 20, insbesondere Monozellen, genutzt werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann auch auf einen Umsetzer 31 verzichtet werden.
Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zellstapelanlage 10, wobei die Zuführeinrichtung 12, welche den Materialstrom 21 der Segmente 20 oder auch der Monozellen der Weiche 17 zuführt, eine erste Teilungsänderungstrommel 32 und eine zweite Teilungs- änderungstrommel 33 aufweist, welche in Reihe geschaltet sind. Die Teilungsänderungstrommeln 32, 33 bilden eine Spreizvorrrichtung, welche den Abstand der Segmente 20 auf aufeinander folgenden Positionen im Materialstrom 21 vergrößert.
Die Teilungsänderungstrommeln 32, 33 weisen in diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von an dem Umfang angeordneten Transportsegmenten zum Transport von jeweils einem Segment 20 des Materialstroms 21 auf. Die Transportsegmente bewegen sich in Radialrichtung der jeweiligen Teilungsänderungstrommel 32, 33, so dass die Segmente 20 von der Übernahmestelle bis zur Übergabestelle von einem kleineren Radius auf einen größeren Radius bewegt werden. Hierdurch kann der Abstand zwischen zwei Segmen- ten 20 auf aufeinander folgenden Positionen im Materialstrom 21 vergrößert werden. Beispielsweise können die Segmente 20 im Materialstrom 21 zunächst einen Abstand von 1 mm zueinander aufweisen, welcher von der ersten Teilungsänderungstrommel 32 auf 14 mm und von der zweiten Teilungsänderungstrommel 33 auf 27 mm vergrößert wird.
Die Zwischentrommel 30 der Ausführungsbeispiele in den Figuren 4, 6, 7 und 8 kann insbesondere mit einer schwellende Drehgeschwindigkeit angetrieben werden, so dass die Übernahme eines Segments 20 einer Übergabetrommel 14 oder einer Weichentrommel 18 mit einer angeglichenen hohen Drehgeschwindigkeit erfolgen kann, wobei die Übergabe an ein Fächerrad 16 oder an eine Aufnahme 29 mit einer verringerten Drehgeschwindigkeit erfolgen kann. Die Zwischentrommel 30 kann anschließend wieder beschleunigen, um das nächste Segment 20 zu übernehmen. Ferner kann die Zwischentrommel 30 mehrere, beispielsweise drei, gleichmäßig über den Umfang verteilte Aufnahmestempel aufweisen, so dass die Zwischentrommel 30 nicht gleichzeitig am Übernahme- und Übergabepunkt im Eingriff mit dem jeweiligen Element steht.
Bezugszeichenliste
10 Zellstapelanlage
12 Zuführeinrichtung
14 Übergabetrommel
15 Zellstapelvorrichtungen
16 Fächerrad
17 Weiche
18 Weichentrommel
19 Umlenktrommel
20 Segmenten
21 Materialstrom
23 Teilmaterialstrom
24 Teilmaterialstrom
25 Teilmaterialstrom
26 Stapel
27 Abführeinrichtung
28 Kamm
29 Aufnahme
30 Zwischentrommel
31 Umsetzer
32 erste Teilungsänderungstrommel
33 zweite Teilungsänderungstrommel

Claims

Ansprüche:
1. Zellstapelanlage (10) für das Stapeln von Segmenten (20) von Energiezellen, insbesondere Batteriezellen, wobei
- eine Zuführeinrichtung (12) vorgesehen ist, welche Segmente (20) in einem Materialstrom (21 ) zuführt, wobei im Materialstrom (21) die Segmente (20) auf aufeinander folgenden Positionen (22) zuführbar sind, und
- eine Mehrzahl von Zellstapelvorrichtungen (15) zum Aufeinanderlegen der Segmente (20) zu Stapeln (26) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Weiche (17) im Materialstrom (21 ) vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, den Materialstrom (21) derart in Teilmaterialströme (23, 24, 25) aufzuteilen, dass jeweils zwei Segmente (20) auf unmittelbar aufeinander folgenden Positionen (22) im Materialstrom (21) jeweils unterschiedlichen Zellstapelvorrichtungen (15) der Zellstapelanlage (10) übergeben werden.
2. Zellstapelanlage (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Weiche (17) mindestens eine Weichentrommel (18) umfasst, welche den Materialstrom (21) oder einen Teilmaterialstrom (23, 24, 25) durch Übergabe von Segmenten (20) an wenigstens eine Übergabetrommel (14) und/oder wenigstens eine Zellstapelvorrichtung (15) und/oder wenigstens eine Umlenktrommel (19) und/oder eine weitere Weichentrommel (18) aufteilt.
3. Zellstapelanlage (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf eine Umlenktrommel (19) übergebener Teil- materialstrom (24, 25) einer weiteren Weichentrommel (18) übergeben wird. Zellstapelanlage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiche (17) eine mechanisch vorbestimmte Aufteilung von Segmenten (20) auf aufeinander folgenden Positionen des Materialstroms (21 ) auf wenigstens zwei Teilmaterialströme (23,24,25) vornimmt. Zellstapelanlage (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiche (17) eine variable Aufteilung aufeinander folgender Segmente (20) des Materialstroms (21) auf wenigstens drei Teilmaterialströme (23,24,25) vornimmt, wobei die Zellstapelanlage (10) wenigstens drei Zellstapelvorrichtungen (15) umfasst. Zellstapelanlage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellstapelvorrichtungen (15)
- jeweils ein Fächerrad (16) aufweisen, welche Segmente (20) eines Teilmaterialstroms (23,24,25) aufnehmen und abgeben. Zellstapelanlage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellstapelvorrichtungen (15)
- jeweils eine Zwischentrommel (30) aufweisen, welche Segmente (20) eines Teilmaterialstroms (23,24,25) aufnehmen, insbesondere von einer Übergabetrommel (14), und abgeben, insbesondere an ein Fächerrad (16) der Zellstapelvorrichtung 8. Zellstapelanlage (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischentrommel (30) mit einer schwellenden Drehgeschwindigkeit angetrieben ist.
9. Zellstapelanlage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellstapelvorrichtungen (15)
- jeweils zu einer Übergabe der Stapel (26) an eine Abführeinrichtung (27) eingerichtet sind.
10. Zellstapelanlage (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellstapelvorrichtungen (15)
- jeweils eine verfahrbare Aufnahme (29) aufweisen, welcher Segmente (20) eines Teilmaterialstroms (23,24,25) aufnehmen und als Stapel (26) an die Abführeinrichtung (27) abgeben.
11. Zellstapelanlage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellstapelvorrichtungen (15)
- jeweils einen bewegbaren Umsetzer (31) aufweisen, welche Segmente (20) eines Teilmaterialstroms (23,24,25) aufnehmen und abgeben. 2. Verfahren zum Stapeln von Segmenten (20) von Energiezellen, insbesondere Batteriezellen, mit einer Zellstapelanlage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Zuführeinrichtung (12) vorgesehen ist, welche Segmente (20) in einem Materialstrom (21) zuführt, wobei im Materialstrom (21) die Segmente (20) auf aufeinander folgenden Positionen (22) zugeführt werden, und - eine Mehrzahl von Zellstapelvorrichtungen (15) zum Aufeinanderlegen der Segmente (20) zu Stapeln (26) vorgesehen ist, wobei eine Weiche (17) im Materialstrom (21 ) vorgesehen ist, welche den Materialstrom (21) derart in Teilmaterialströme (23, 24, 25) aufteilt, dass jeweils zwei Segmente (20) auf unmittelbar aufeinander folgenden Positionen (22) im Materialstrom (21) jeweils unterschiedlichen Zellstapelvorrichtungen (15) der Zellstapelanlage (10) übergeben werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Stapel (26) aus Segmenten (20) auf wenigstens zwei Zellstapelvorrichtungen (15) der Zellstapelanlage (10) parallel gebildet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelanlage (10) wenigstens drei Zellstapelvorrichtungen (15) aufweist, wobei die Weiche (17) derart gesteuert wird, dass wenigstens zwei Zellstapelvorrichtungen (15) jeweils gleichzeitig mit einem Teilmaterialstrom (23,24) beschickt werden, wobei wenigstens eine Zellstapelvorrichtung (15) temporär nicht mit einem Teilmaterialstrom (25) beschickt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die von einer Zellstapelvorrichtung (15) zu Stapeln aufeinander gelegten Segmente (20) gezählt werden.
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