EP4680463A1 - Laminiervorrichtung mit vorheizeinrichtung zum laminieren eines elektrochemischen schichtstapels - Google Patents

Laminiervorrichtung mit vorheizeinrichtung zum laminieren eines elektrochemischen schichtstapels

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Publication number
EP4680463A1
EP4680463A1 EP24711886.2A EP24711886A EP4680463A1 EP 4680463 A1 EP4680463 A1 EP 4680463A1 EP 24711886 A EP24711886 A EP 24711886A EP 4680463 A1 EP4680463 A1 EP 4680463A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece carrier
laminating
layer stack
laminate
laminating device
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
EP24711886.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Moser
Gerhard Schacht
Denny Uhlig
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.)
MB Automation GmbH and Co KG
Original Assignee
MB Automation GmbH and Co KG
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 MB Automation GmbH and Co KG filed Critical MB Automation GmbH and Co KG
Publication of EP4680463A1 publication Critical patent/EP4680463A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/06—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the heating method
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/30—Feeding material to presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B30B—PRESSES IN GENERAL
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    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
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    • B32B37/18—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating involving the assembly of discrete sheets or panels only
    • B32B37/187—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating involving the assembly of discrete sheets or panels only the layers being placed in a carrier before going through the lamination process
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    • B32B37/08—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the cooling method

Definitions

  • the present invention relates to a laminating device for laminating an electrochemical layer stack.
  • the electrochemical layer stack can in particular be an electrode stack with at least one anode electrode, at least one cathode electrode, and a respective separator between each anode electrode and a cathode electrode.
  • a layer stack can in particular be an electrode stack for lithium-ion battery cells.
  • it can be an electrode stack for a battery cell for a vehicle battery, in particular a high-voltage battery, which is designed as an energy source for vehicle drives of so-called battery-electric vehicles (BEV) or hybrid vehicles (HEV).
  • BEV battery-electric vehicles
  • HEV hybrid vehicles
  • a layer stack examples include a membrane-electrode assembly (MEA) or a membrane-electrode-frame assembly (MEFA) for a fuel cell, particularly of the PEM type.
  • MEA membrane-electrode assembly
  • MEFA membrane-electrode-frame assembly
  • the individual layers of an electrochemical layer stack can in particular consist of individual plate-shaped, film-shaped or strip-shaped layers that are stacked on top of one another to produce the layer stack and then firmly connected to one another by lamination. During lamination, the layers stacked on top of one another are connected to form a laminate under pressure and, depending on the type of lamination, optionally with additional heat.
  • a first aspect of the solution presented here concerns a laminating device for laminating an electrochemical layer stack.
  • the laminating device has: (i) a movable first workpiece carrier for carrying a layer stack of individual substrates stacked on top of one another in layers;
  • a laminating press for applying pressure, and optionally additionally heat, to the layer stack carried by the first workpiece carrier, such that the layer stack is pressed against the first workpiece carrier by means of the laminating press in order to bond the substrates of the layer stack to form a laminate.
  • the laminating device is configured to feed the first workpiece carrier, when it is loaded with the layer stack, to the preheating device in order to heat the first workpiece carrier therewith (and thus also indirectly heat the layer stack via this), and subsequently to feed the heated and loaded first workpiece carrier to the laminating press for laminating the layer stack.
  • lamination device refers to a device, in particular a system with one or more processing stations, which is designed to join two or more substrates, in particular sheet or film-like substrates, to form a laminate by means of lamination.
  • lamination here refers to a joining process in which several overlapping layers (substrates) are joined together to form a multi-layer composite material (laminate). Joining the layers together can in particular involve pressing the substrates together, introducing heat, producing a material-to-material connection and/or a welding process.
  • electrochemical layer stack as used herein is to be understood as a multilayer stack of different, overlapping substrates which are selected and arranged relative to one another in such a way that together, at least after the laminate has been produced therefrom, they form at least one galvanic cell or an electrochemically active assembly thereof.
  • a galvanic cell can in particular be a primary cell, a secondary cell (accumulator) or a tertiary cell (fuel cell), or an electrolysis cell.
  • workpiece carrier as used herein is to be understood in particular as a carrier structure, in particular in the form of a plate or framework, into or on which one or more workpieces can be inserted or placed, in particular placed or placed, in order to be able to transport them by a workpiece conveyor along a production device, in particular a production line, through several production stations and to be able to process them there.
  • the workpiece carrier can in particular have a fixing device for fixing the at least one workpiece to the workpiece carrier.
  • the laminating device according to the first aspect can be considered to be such a production device.
  • the layer stack in particular serves as the workpiece.
  • substrate as used herein is to be understood in particular as a homogeneous or heterogeneous material layer. It can be present in particular as a solid at room temperature (25°C), so that several such substrates can be stacked by placing them on top of one another.
  • a substrate can in particular have a plate-shaped, film-shaped or strip-shaped shape, at least in sections.
  • the material used can in particular be a cathode material, an anode material, a separator material or a fuel cell membrane.
  • the layer stack carried by the first workpiece carrier can be preheated indirectly by means of the preheating device by heating the first workpiece carrier, so that the time required for subsequent lamination in the laminating press can be reduced because only less additional heat needs to be introduced into the layer stack in order to connect the individual layers.
  • Preheating can take place in the laminating device in particular during transport of the first workpiece carrier loaded with the layer stack to the laminating press, so that only a small amount of time or even no additional time is required for preheating.
  • the layers closer to the first workpiece carrier can be exposed to a stronger heat input than the layers further away, so that as a result a workpiece carrier.
  • the subsequent lamination process in the lamination press can, however, result in an opposite temperature gradient, since the more distant layers that come into direct contact with the lamination press can be heated more quickly by the lamination process (through pressure and/or heat supply from the lamination press) than the layers closer to the first workpiece carrier, which are only indirectly in contact with the lamination press via the first workpiece carrier.
  • the two opposing temperature gradients can at least partially compensate each other during lamination, so that the interaction of both heating processes (during preheating on the one hand and during laminating pressing on the other) quickly achieves a temperature profile across the entire layer stack that is required to form the lamination between the layers, in particular an approximately constant one. This can counteract (viewed in the stacking direction) a lag in the heating of one side of the layer stack compared to the other side, and shorten the laminating process and thus achieve a higher throughput.
  • the preheating device has a heating element for emitting heat to the first workpiece carrier.
  • the preheating device is configured to bring the heating element into thermal contact with the first workpiece carrier in order to heat it when the first workpiece carrier is in a preheating position before it is fed to the laminating press.
  • the preheating device can be configured to preheat the heating element itself and bring it to the required temperature so that it can be heated without Without any loss of time, heat can be immediately transferred to the first workpiece carrier as soon as it is brought into thermal contact with it.
  • thermal contact is to be understood in particular as a constellation in which a first body (e.g. first workpiece carrier) and a second body (e.g. heating element or cooling element) are brought into direct contact (touch) or into indirect contact via at least one medium located therebetween (e.g. third body) in such a way that a heat exchange (supply and/or removal of heat) is possible between the first body and the second body by means of heat conduction.
  • the thermal conductivity along the heat conduction path for this heat exchange is preferably higher than that of air, preferably at least 1W/(m K), in particular at least 10W/(m K).
  • the preheating device is designed such that the heating element is movable between a waiting position and a heating position, for example horizontally or with a horizontal movement component, wherein the heating element is not in thermal contact with the first workpiece carrier in the waiting position. If, on the other hand, the heating element is in a heating position, it comes into thermal contact with the first workpiece carrier, which is in the preheating position in order to be heated.
  • a heating element that is movable in this way offers the possibility in particular that it can only be introduced into the transport path of the first workpiece carrier and brought into thermal contact with it when the first workpiece carrier loaded with the layer stack has reached the preheating position. The transport path can thus be kept clear during the movement of the first workpiece carrier without affecting the subsequent or preceding heating of the first workpiece carrier by the heating element.
  • the laminating device further comprises a transport device for transporting the first workpiece carrier along a defined transport path through the laminating device, starting from a starting position.
  • the transport path extends over several spaced-apart, in particular parallel, such as horizontal, levels, and the transport device comprises a lifting device for transporting the first workpiece carrier between two or more of the levels.
  • a design optimized (i.e. compact) with regard to the required footprint for the laminating device can be achieved, since individual processing stations or associated processing processes occurring along the transport path can be arranged one above the other above the base. Even if the laminating device is designed with a high degree of spatial compactness, crossings in the transport path on the same level can easily be avoided and sections of the transport path that lie one above the other or cross one another on different levels can still be implemented.
  • the transport device is configured to move the loaded first workpiece carrier by means of the lifting device between one of the levels lying one above the other, in which the loaded first workpiece carrier can be fed to the lifting device, and another of the levels lying one above the other, in which the preheating position is located.
  • the preheating device can be combined with the lifting device in such a way that the preheating position of the first workpiece carrier is arranged along a travel path of the lifting device, so that the heating of the first workpiece carrier loaded with the layer stack can take place during the level change and thus in a particularly time-saving manner.
  • the preheating device for heating the first workpiece carrier has an induction heater.
  • the induction heater can be accommodated in or on the aforementioned heating element.
  • the first workpiece carrier can in particular be configured such that it has a current path, e.g. a conductor loop, for an eddy current that can be generated by the induction heater along the current path and is subject to ohmic losses, so that the eddy current losses associated with the eddy current, in particular ohmic losses, can be used to heat the first workpiece carrier.
  • the first workpiece carrier has a thermal conductivity of at least 1W/(m K), in particular at least 10W/(m K), with respect to a heat conduction path that connects at least one point in or on the first workpiece carrier, at which heat can be supplied to it by means of the preheating, to at least one support surface on the first workpiece carrier for receiving the layer stack in a heat-conducting manner.
  • the preheating can lead to a rapid introduction of heat into the first workpiece carrier and, on the other hand, a rapid release of heat from the heated first workpiece carrier to the layer stack carried by it.
  • the laminating device further comprises a cooling device for removing heat from the laminate after its production using the laminating press.
  • the laminating device is configured to feed the first workpiece carrier, when it is loaded with the laminate after its production, to the cooling device in order to cool the first workpiece carrier there (and thus indirectly via it the laminate produced).
  • the cooling of the laminate carried by the first workpiece carrier which can be effected using the cooling device, can in turn shorten the throughput time until the laminate, which has cooled sufficiently again after lamination, is cured and released.
  • the cooling device has a first heat sink for cooling the first workpiece carrier.
  • the cooling device is configured to bring the first heat sink into thermal contact with the first workpiece carrier in order to cool it when the first workpiece carrier loaded with the laminate is in a cooling position located downstream of the laminating press along the transport path.
  • the cooling device is designed such that the first heat sink is movable between a waiting position and a cooling position, for example horizontally or with a horizontal movement component, wherein the first heat sink is not in thermal contact with the first workpiece carrier in its waiting position, but in its cooling position is in thermal contact with the first workpiece carrier in order to cool it.
  • a heat sink that is movable in this way also offers the possibility in particular that it can only be introduced into the transport path of the first workpiece carrier and brought into thermal contact with it when the first workpiece carrier loaded with the laminate has reached the cooling position. The transport path can thus be kept clear during the movement of the first workpiece carrier without impairing the subsequent or preceding cooling of the first workpiece carrier by the heat sink.
  • the cooling device further comprises a second heat sink and the laminating device is configured to bring the laminate into thermal contact with the second heat sink on its side opposite the first workpiece carrier in order to cool the laminate. In this way, the laminate can be cooled on both sides and thus more quickly. This also serves to shorten the processing time.
  • the preheating position and the cooling position of the first workpiece carrier are located on the same level. In addition, a position in which the first workpiece carrier is located during the laminating process carried out by means of the laminating press can also be located on this same level.
  • the laminating device further comprises a stacking device which is configured to apply the layer stack to be subsequently preheated and laminated to the first workpiece carrier or to produce it by stacking its layers on top of one another while the first workpiece carrier is in a stacking position, which can in particular be on a different level than the preheating position and the cooling position.
  • the stacking device is thus arranged upstream of the preheating in relation to the transport path and can in particular be a processing station of the laminating device that is the first along the transport path.
  • the stacking device can be arranged entirely or partially below or above one of the other processing stations (preheating device, laminating press, cooling device, etc.) and thus an optimized (small) footprint of the laminating device can be achieved, in particular because the workpiece carrier, which is empty after the output of the fully processed layer stack, can be transported back to the stacking device on a different level than the processing stations mentioned in order to be reloaded with a new layer stack to be processed.
  • the layer stack can be formed on the workpiece carrier using the stacking device and, after completion, can be immediately fixed by clamping, in particular before further processing begins. It is also conceivable to load several workpiece carriers arranged one behind the other at the same time.
  • the laminating device also has a welding device that is configured to weld conductor contacts of same-pole electrodes of the laminate to one another, while the first workpiece carrier is located at a welding position that can in particular be on a different level than the preheating position and the cooling position.
  • the welding device can in particular be located downstream of the cooling position in relation to the transport path, so that welding can be carried out on the workpiece that has already cooled down and is therefore (compared to the heated state before cooling) in a mechanically more robust state of the laminate.
  • the laminating device further comprises a movable transport carrier for carrying the first workpiece carrier.
  • the laminating device is configured to move the first workpiece carrier, carried by the transport carrier, through the laminating device during processing of the layer stack, but to feed the first workpiece carrier loaded with the layer stack to the laminating press without the transport carrier to produce the laminate.
  • the laminating device can further be configured to move the first workpiece carrier, carried by the transport carrier, through the laminating device before and/or after the laminate is produced by the laminating press.
  • the designs with a transport carrier can be used particularly advantageously when a transport system is to be used to transport the first workpiece carrier along the transport path, which is set up to transport one or more of the transport carriers (which are to be distinguished from the first workpiece carrier).
  • this can be a transport system that is designed for a variety of different applications (particularly beyond laminating devices), such as a belt conveyor.
  • the first workpiece carrier can thus be adapted in particular for transporting the layer stack or the laminate resulting from it, while such an adaptation is not necessary for the transport carrier.
  • the transport carrier is not involved in the actual laminating process on the laminating press, unlike the first workpiece carrier, it does not have to be designed in such a way that it has to withstand the pressure acting on the first workpiece carrier during lamination in the laminating press.
  • At least one of the paths along which the first workpiece carrier can be moved along the transport path through the laminating device, carried by the transport carrier, is located on a different plane than a laminating position in which the first workpiece carrier is located when the laminate is produced by means of the laminating press.
  • the laminating device can be configured to move the transport carrier along a transport path running on the other plane and thus not through the laminating press to a receiving position, at which after the layer stack has been laminated at the laminating press, the first workpiece carrier loaded with the laminate is brought back together with the transport carrier in order to be transported further by it.
  • the receiving position can be located, in relation to the transport path of the first workpiece carrier, in particular downstream of the cooling device (if present).
  • the multi-level concept is advantageous, since the first workpiece carrier and the transport carrier can be moved one above the other on the different levels in a space-saving manner, in particular asynchronously, during their separation.
  • the laminating device is further configured to return the transport carrier together with the now empty first workpiece carrier carried by it along a return path to the starting position after the laminate that has been fully processed by the laminating device has been removed from the first workpiece carrier.
  • a circular process in particular a periodic (e.g. clocked) process, can be implemented to increase efficiency, in which the same first workpiece carrier or transport carrier can be used again for processing another stack of layers.
  • the return path can in particular be located on one of the levels that is not used for the transport path of the first workpiece carrier and/or the transport carrier to an unloading position at which the laminate that has been fully processed by the laminating device is removed from the first workpiece carrier. In this way, the advantages of the multi-level concept can be used again and, in particular in the case of the simultaneous movement of several first workpiece carriers and transport carriers in the laminating device, collisions between them can be easily avoided.
  • the first workpiece carrier has a clamping device that can be activated and deactivated, by means of which the layer stack can be fixed to the first workpiece carrier by means of a clamp.
  • a clamping device that can be activated and deactivated, by means of which the layer stack can be fixed to the first workpiece carrier by means of a clamp.
  • the laminating device can be configured to continuously fix the layer stack carried by the first workpiece carrier after its production and before its transport through the laminating device by activating the clamping device by means of clamping at least until either the entire processing of the layer stack up to the finished laminate by the laminating device is completed or until, during the production of the laminate in the laminating press, the individual substrates of the layer stack are otherwise secured against slipping by the laminating press and/or by their connection to the laminate before the clamping device for releasing the laminate is deactivated. In this way, the layer stack can be continuously secured against slipping and thus against resulting manufacturing defects during its processing up to its processing into the laminate.
  • the laminating press has a hold-down device and is configured to secure the layer stack against slipping from a point in time before or during the production of the laminate by the laminating press by means of at least partial pressing of the layer stack against the first workpiece carrier by means of the hold-down device.
  • the clamping device can thus be deactivated when the hold-down device has taken over the fixing of the layer stack on the first workpiece carrier without interrupting the fixing of the layer stack.
  • the holding-down device can be designed in particular in such a way that it
  • Layer stack is subjected to a higher clamping force than the clamping device in order to ensure particularly reliable fixation of the layer stack on or in the first workpiece carrier during the pressing process, which typically exerts strong forces on the layer stack.
  • the laminating device in addition to the first workpiece carrier, has a number N of further workpiece carriers, in particular of identical construction to the first workpiece carrier, each of which is configured to receive a layer stack.
  • N is a natural number and the laminating device is configured to process each of the N+1 workpiece carriers, including the layer stack to be carried by it, in the same way to produce a respective laminate from the respective layer stack, in particular as described in detail above in connection with the various embodiments of the laminating device for the first workpiece carrier.
  • up to N+1 layer stacks can be processed simultaneously in the laminating device, each carried by one of the workpiece carriers, in the same way, in particular sequentially one after the other, or in groups simultaneously, or a mixture of both.
  • the laminating device can be configured to process a plurality of layer stacks, each to be processed on an associated workpiece carrier, as part of a parallel processing in order to produce a corresponding laminate from each of the layer stacks.
  • the laminating device can also be configured in particular to hold the workpiece carriers to be processed in parallel in a predetermined relative arrangement to one another as part of the parallel processing, whereby the mutual distance between the workpiece carriers adjacent to one another in the arrangement can be varied in such a way that this distance per pair of workpiece carriers is greater during the laminating process on the laminating press than during at least one common transport path of the workpiece carriers upstream or downstream of the laminating press.
  • the relative arrangement can in particular be defined such that the workpiece carriers are arranged parallel to one another in the same orientation.
  • the designs of the laminating device mentioned here in which a transport device for transporting the first workpiece carrier along a defined transport path through the laminating device starting from a starting position, which extends over several spaced-apart levels, and a lifting device are provided, can in principle also be used in a (different) laminating device for laminating an electrochemical layer stack if this (different) laminating device does not have the above-mentioned preheating.
  • This also applies to all other embodiments described here and any combinations thereof, insofar as they do not themselves technically require the presence of the preheating.
  • a second aspect of the present solution relates to a method for laminating an electrochemical layer stack.
  • the method comprises: (i) providing a layer stack of substrates that are to be connected to form a laminate by lamination and are stacked on top of one another in layers on a movable first workpiece carrier for supporting the layer stack; (ii) heating the first workpiece carrier loaded with the layer stack; and (iii) following the heating, applying pressure to the layer stack carried by the first workpiece carrier in such a way that the layer stack is pressed against the first workpiece carrier by means of the laminating press in order to connect the substrates of the layer stack to form a laminate.
  • the method according to the second aspect can be configured in particular for execution by means of the laminating device according to the first aspect, in particular according to one of the embodiments of the laminating device described herein or a combination of two or more of these embodiments.
  • the laminating device according to the first aspect can be configured in particular for carrying out the method according to the second aspect.
  • Fig. 1 shows a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of a laminating device and at the same time the corresponding sequence of process steps when laminating a layer stack by means of the laminating device;
  • Fig. 2 shows various views of an exemplary embodiment of a workpiece carrier which is loaded with a layer stack to be laminated or a laminate already produced therefrom;
  • Fig. 3 shows various views of an exemplary embodiment of a clamp of the workpiece carrier from Fig. 2;
  • Fig. 4 shows a perspective view of an exemplary embodiment of a transport carrier for receiving the workpiece carrier from Fig. 2;
  • Fig. 5 shows a cross-sectional view of an exemplary embodiment of a preheating arrangement in which the workpiece carrier loaded with the layer stack is in a preheating position in the preheating device, where it can be heated by means of an induction heater;
  • Fig. 6A shows a top view of an exemplary embodiment of an arrangement of several workpiece carriers for parallel processing
  • Fig. 6B is a plan view of an exemplary embodiment of a gripping device for jointly gripping the workpiece carriers from Fig. 6A;
  • Fig. 6C is a perspective view of the gripping device of Fig. 6B.
  • Fig. 7A-C a sequence of positions of the laminating press during lamination.
  • Fig. 1 illustrates a laminating device 100 according to an exemplary embodiment in a cross-sectional view (in a cross-sectional plane spanned by the coordinates X and Z).
  • the laminating device 100 has a plurality of processing stations 102 to 110 which are arranged along a production line.
  • the laminating device 100 has a transport system by means of which a workpiece carrier 200 (see Fig. 2) can be moved along the production line from processing station to processing station.
  • the transport system is set up in such a way that it can transport the workpiece carrier along the production line in sections on a further carrier, which is referred to herein as transport carrier 400 (see Fig. 4).
  • the forward transport path 114 of the workpiece carrier 200 which runs between the first processing station 102 and the last processing station 110
  • the forward transport path 116 of the transport carrier 400 which partially coincides with it and also runs between the processing stations 102 and 110, are shown in the XZ plane.
  • the transport paths also contain paths that have at least one component along the Y direction running orthogonal to the XZ plane.
  • a common return transport path 118 which leads from the processing station 110 back to the first processing station 102 and, when the laminating device 100 is in operation, from the workpiece carrier is moved together with the transport carrier 400 that carries it.
  • the transport path 114 runs in one section of the route in a first (upper) level 120 extending in the X/Y direction, while in other sections of the route it runs in a second (middle) level 122 below it, also extending in the X/Y direction.
  • the transport path 116 runs continuously in the middle level 122 up to the last processing station.
  • the common return transport path 118 of the workpiece carrier 200 and the transport carrier 400 runs in a third (lower) level 124, which is still below the level 122 and also extends in the X/Y direction.
  • the laminating device 100 has lifts set up for this purpose.
  • the laminating device 100 (as shown in Fig. 1) to have one or more further processing stations 112 along the production line of the processing station 110.
  • the outward transport paths 114 and 116 extend to the last of the processing stations 112 and the return transport path starts from this last of the processing stations 112.
  • Such a processing station 112 could, for example, be an output device for the laminate that can be produced using the laminating device 100 or a laminate stacker for stacking such laminates after their respective production.
  • the layer stack 204 can have a repeatedly repeating sequence of an anode/cathode pair with a separator inserted between the anode and cathode.
  • Such layer stacks 204 are known in particular as electrode stacks for high-voltage batteries for supplying vehicle drives, such as electrode stacks for lithium-ion battery cells, in particular in the form of a pouch cell.
  • Other examples of electrochemical layer stacks have already been mentioned at the beginning (eg MEA or MEAFA for a fuel cell).
  • the individual substrates are placed on top of one another in the desired order, e.g. in the order anode-separator-cathode/anode-separator-cathode/etc. that makes sense for a series connection of elementary cells (anode, separator, cathode) to form a battery cell.
  • the layer stack is already built up on a workpiece carrier 200 for further processing or is placed on the workpiece carrier 200 as a whole or one after the other in partial stacks. For reasons of efficiency, it can be advantageous to build the layer stack 204 directly on the workpiece carrier 200.
  • a further processing station along the production line is a preheating device 104, which is configured to heat the layer stack 204 carried by the workpiece carrier 200 (preheating) and thus to heat it to a desired target temperature before the actual lamination follows, in which the layer stack is joined together to form the laminate and connected in the process.
  • the preheating can be used in particular to bring adhesives present on one or more of the substrates or the substrate material itself to or close to a suitable joining temperature for the subsequent lamination.
  • the preheating device 104 has a heating element 126 which can be introduced, in particular pivoted or pushed into, the transport path 114 or below the first (upper) level 120, in particular between the first (upper) level 120 and the middle level 122, in such a way that it comes into the immediate vicinity or even into heat-conducting contact (thermal contact) with the workpiece carrier 200 for heating in order to heat it and, via the resulting heating, also to introduce heat into the layer stack 204 in order to bring it to the target temperature.
  • a heating element 126 which can be introduced, in particular pivoted or pushed into, the transport path 114 or below the first (upper) level 120, in particular between the first (upper) level 120 and the middle level 122, in such a way that it comes into the immediate vicinity or even into heat-conducting contact (thermal contact) with the workpiece carrier 200 for heating in order to heat it and, via the resulting heating, also to introduce heat into the layer stack 204 in order to bring it to the target temperature.
  • the heating element 126 can in particular be traversed by one or more channels through which a heated heating fluid can be passed in order to heat the heating element. Additionally or alternatively, the heating element 126 can in particular have an induction heater which is designed to generate an alternating magnetic field in the workpiece carrier 200 or parts thereof in order to cause lossy eddy currents there for heating the workpiece carrier. This will be explained in more detail below with reference to Fig. 5.
  • a further processing station along the production line is a laminating press 106, which is configured to join the individual substrates of the layer stack 204 together to form a multilayer laminate by applying pressure (pressing) and optionally adding additional heat.
  • the laminating press 206 will be explained in more detail below with reference to Fig. 7A-C.
  • the stack of layers is pressed by the press against the heated workpiece carrier 200 that supports it.
  • the pressing itself regularly results in a first temperature gradient emanating from the side of the stack facing away from the workpiece carrier 200 and in direct contact with the press, while on the other hand, at the start of the pressing process, due to the preheating, there is a second temperature gradient emanating from the workpiece carrier 200.
  • the two temperature gradients thus overlap during pressing, resulting in an overall modified, approximately homogeneous temperature profile along the stacking direction of the substrates.
  • the layer stack 204 already has the target temperature that is at least close to the joining temperature due to its preheating on the preheating device 104, no or only a shortened period of time is required for the laminating process on the laminating press 106 to bring the layer stack 204 to the joining temperature.
  • a synchronized operation of the laminating device in which several layer stacks, each stored on an associated workpiece carrier 200, are processed simultaneously at different processing stations in the same cycle.
  • a layer stack can be joined together to form a laminate on the laminating press 106, while the next layer stack to be laminated is being preheated in the preheating device 104.
  • a cooling device 108 follows as a further processing station along the production line, which is configured to cool the laminate created in the laminating press from the layer stack 204, in particular to solidify any material-locking connections created during the lamination.
  • the cooling device has a first cooling body 128, which in particular is similar to the heating element 126 is designed to be movable in order to be able to be introduced into the transport path 114 and brought into thermal contact with the workpiece carrier 200 when the workpiece carrier 200 is in a cooling position for cooling on the cooling device 108.
  • the cooling device 108 has a second cooling element 130, which can also be movable and which is configured to be brought into direct thermal contact with the laminate, for example with the side of the laminate facing away from the workpiece carrier 200.
  • the laminate can thus be cooled effectively and quickly on several sides.
  • the first cooling element 128 and/or the second cooling element 130 can each be cooled in particular via a coolant that can be passed through one or more channels formed in it.
  • the transport paths 114 and 116 run separately from one another in the area of the preheating device 104, the laminating press 106 and the cooling device 108, while otherwise they coincide.
  • a further processing station is provided along the production line in the form of a welding device 108, which is configured to connect electrode contacts of the electrode stack with the same polarity by means of welding in the case of an electrode stack as a layer stack 204.
  • the electrode contacts can be designed in particular in a manner known to those skilled in the art as conductor lugs 206a (positive pole) and 206b (negative pole) protruding laterally from the laminate (see Fig. 2).
  • the transport paths can also contain paths that have at least one component along the Y direction running orthogonal to the X-Z plane in order to feed workpiece carriers 200 loaded with layer stacks 204 to these further processing stations.
  • Fig. 2 shows in various views (a) to (d) an exemplary embodiment of the workpiece carrier 200, which, depending on the state of processing, is initially provided with the laminating layer stack 204 or after lamination with the laminate already produced therefrom.
  • Views (a) and (b) are side cross-sectional views along a long side or a front side of the loaded workpiece carrier 200.
  • View (c) is a plan view of the layer stack 204 or the laminate as well as the workpiece carrier 200 loaded therewith and view (d) is a corresponding perspective view.
  • the workpiece carrier 200 has a base plate 202 that is highly electrically conductive, in particular metallic. One of its main sides is intended to hold the layer stack 204 or the laminate resulting from it during the process on a support surface and to carry it along the production line.
  • several clamps 208 are arranged on the side of the support surface, each of which is configured to press the layer stack 204 or the laminate against the workpiece carrier 200 in order to fix it by means of a clamping effect.
  • the clamps 208 will be explained in more detail below with reference to Fig. 3.
  • the workpiece carrier 200 has a plurality of gripping pins 210, in particular nail-head-shaped, on its base plate 202 in order to enable simple and safe grasping and handling of the workpiece carrier 200 by a gripping device (see Fig. 6B) during loading and/or unloading into or out of the laminating device 100 and during transport along the production line, in particular by the lifts.
  • a gripping device see Fig. 6B
  • Fig. 3 shows in various views (a) to (d) an exemplary embodiment of the clamp 208 of the workpiece carrier 200 from Fig. 2.
  • Views (a) and (b) are each side cross-sectional views along a long side or an end face of the clamp 208.
  • View (c) is a plan view of clamp 208 in the direction of the workpiece carrier 200 and view (d) is a corresponding perspective view.
  • the clamp 208 has a base part 302, which serves to attach the clamp 208 to the workpiece carrier 200 and as a (direct or indirect) holding structure for the other components of the clamp 208.
  • a clamp lever 304 is pivotable about a pivot axis 306 on the base part 302.
  • a spring 308, which can be designed in particular (as shown) as a leg spring mounted on a bolt-like spring carrier 314, is arranged in such a way that it clamps the clamp lever 304 with a torque with respect to the pivot axis 306.
  • the spring carrier 314 can be secured to the base part in particular by means of a locking washer 316.
  • a cylindrical roller 310 mounted so that it can rotate about its axis of symmetry.
  • a clamping piece 312 mounted so that it can rotate about its central axis. It can in particular have a cylindrical basic shape, but flat partial surfaces are optionally formed on the outer surface of the clamping piece in order to enable it to be placed flat on the layer stack.
  • the spring 308 is arranged such that the torque exerted by it on the clamp lever 304 presses the clamping piece at least partially in the direction of the base plate 202 in order to be able to bring about a clamping effect on the layer stack when it is located between the support surface on the base plate 202 and the clamping piece.
  • the roller 310 serves to temporarily open the clamp 308 during the lamination process in the laminating press 106 by means of a clamp opener 710 acting on the roller 310, as will be explained in more detail below with reference to Figures 7A-C.
  • Fig. 4 shows a perspective view of an exemplary embodiment of the transport carrier 400 for receiving the workpiece carrier 200 from Fig. 2.
  • the transport carrier 400 has a carrier plate 402 in which one or more recesses 404 can optionally be formed (as shown), be it as continuous openings, mere depressions or a combination of both.
  • the recesses can be configured in particular to reduce weight and/or, if present, to receive protruding parts of the workpiece carrier 200.
  • one or more stop pieces 406 can be provided for aligning and laterally securing the workpiece carrier 200 during its application and subsequent transport on the transport carrier 400.
  • Fig. 5 shows a cross-sectional view of an exemplary embodiment of a preheating arrangement 500, in which the workpiece carrier 200 loaded with the layer stack 204 is in a preheating position in the preheating device 104 on the heating element 126.
  • the heating element 126 has an induction heater 502 carried by a support structure 504, which is configured to cause lossy eddy currents in the base plate 202 of the workpiece carrier 200 by means of induction, which can heat the base plate 202 and thus indirectly also the layer stack.
  • the heating element 126 can in particular be configured to have several, for example, four, six or eight workpiece carriers 200 loaded with a respective layer stack 204.
  • a lifting device with a vertically adjustable gripper can be provided, which lifts one or more workpiece carriers 200 on gripping pins formed thereon from the middle level 122 upwards above the travel plane of the heating element 126 and, after moving the heating element 126, deposits the workpiece carrier(s) 200 on the heating element 126.
  • Fig. 6A shows a top view of an exemplary embodiment of an arrangement 600 of a group of several, here four, workpiece carriers 200a to 200d, wherein the laminating device 100 is configured to transport this group of workpiece carriers 200a to 200d simultaneously along the production line in the sense of parallel processing and to simultaneously process the layer stacks 204 stored thereon or the laminates resulting therefrom.
  • the workpiece carriers 200a to 200d of the group can be preheated simultaneously, then processed simultaneously in the laminating press and then cooled in the cooling device 108.
  • Stacking on the stacking device 102 and/or welding in the welding device 110 can also take place simultaneously for the entire group, as can any processing in any other processing stations 112.
  • the workpiece carriers 200a to 200d of the group can be transported on those routes where the transport paths 114 and 116 coincide, in particular each on its own transport carrier 400 or together on a single transport carrier 400.
  • the relative distance 602 in the area of the laminating press is set differently, in particular larger, than in the area of the preheating device 104 and/or the cooling device 108. In this way, for example, an increased space requirement of the laminating tools during the laminating process can be taken into account.
  • FIG. 6B illustrates an exemplary embodiment of a gripping device 604 for jointly gripping one or simultaneously several workpiece carriers 200 to be processed together. More precisely, Fig. 6B shows in a top view an exemplary embodiment for simultaneous gripping of the four parallel aligned workpiece carriers 200a-d from Fig. 6A.
  • the gripping device 604 consists of two assemblies 608a and 608b, which are identical in construction except for their mirrored design and are each aligned along the X-direction. In Fig. 6C, the assembly 608a is shown in more detail in a perspective view.
  • Each of the assemblies 608a and 608b has one or more grippers 606 for each workpiece carrier to be gripped, in the present example two grippers 606 per workpiece carrier.
  • the grippers 606 each assigned to the same workpiece carrier 200 form a group and have a fixed distance 614 from one another, which is defined such that the grippers 606 of the group can grip the gripper pins 210 of the workpiece carrier 200 arranged on the side of the workpiece carrier 200 facing them in order to be able to grasp the workpiece carrier 200 and move it in a controlled manner, in particular to raise and/or lower it.
  • the distance 602 between any two adjacent groups is, as already mentioned above, variably adjustable.
  • each group is mounted on a carriage which is mounted so as to be translationally movable along a rail 610 in the X direction.
  • a drive (not shown) arranged on the rail 610 can be provided, which moves the groups or their associated slides in a translational manner.
  • a drive 612 in particular a spindle drive, can be provided for the joint movement of all groups or grippers in the X direction.
  • the assemblies 608a, b each additionally have a bidirectional drive for this movement.
  • the workpiece carriers 200 to be processed together can be grasped and moved together, in particular as part of a raising or lowering by a lifting device. This can be used in particular to lift the workpiece carriers 200 from the respective associated transport carriers 400 or, conversely, to place them on them.
  • Figures 7A-C show a sequence 700 of positions of the laminating press 106 during lamination.
  • Fig. 7A shows in view (a) a starting position of the laminating process.
  • the laminating press 106 has a laminating tool Upper tool 702 and a lower tool 704.
  • the workpiece carrier 200 with the layer stack 204 fixed thereon by means of the clamps 208 is mounted on the lower tool 704.
  • the upper tool 702 is, at least in part, arranged to be movable relative to the lower tool in order to be able to press the layer stack 204 and workpiece carrier 200 onto the lower tool 704 in a pressing position.
  • the upper tool 702 and/or the lower tool 704 can also be heated and one of the laminating tools or both can be spring-mounted (not shown), in particular in order to achieve a limitation of the maximum contact pressure.
  • the upper tool 702 has a press ram 714 for applying pressure to the layer stack 204 when the press ram 714 is moved against the layer stack 204, as will be described below. In the starting position according to view (a), however, the upper tool is not yet in contact with the workpiece carrier 200 or with the layer stack 204 mounted thereon.
  • the upper tool 702 has one or more hold-down devices 706, each spring-mounted via a hold-down spring (e.g. spiral spring, leaf spring element, gas spring, or pneumatic cylinder), and for each clamp 208 of the workpiece carrier 200, a clamp opener 710, each spring-mounted via a clamp opener spring 712 (e.g. spiral spring).
  • a hold-down spring e.g. spiral spring, leaf spring element, gas spring, or pneumatic cylinder
  • FIG. 7A shows a subsequent position in which the laminating press 106, more precisely the upper tool 702, has left the starting position and moved in the direction of the lower tool 704, so that the hold-down devices 706 have just come into contact with the layer stack 204.
  • the clamp openers 710 on the other hand, have not yet made contact with the workpiece carrier 200.
  • View (c) in Fig. 7B shows a subsequent position in which the upper tool 702 has moved even further in the direction of the lower tool 704, so that the hold-down devices 706 now apply a compressive force to the layer stack 204 and thus additionally fix it to the workpiece carrier 200.
  • the clamp openers 710 have also just come into contact with the respective associated clamps 208 of the workpiece carrier 200, more precisely with their rollers 310.
  • the clamps 208 are still closed, however, and thus still contribute to fixing the layer stack 204 to the workpiece carrier 200.
  • FIG. 7B shows a further subsequent position in which the upper tool 702 has moved even further in the direction of the lower tool 704, so that the hold-down devices 706 continue to apply a compressive force to the layer stack 204 and thus fix the workpiece carrier 200.
  • Each of the clamp openers 710 now presses on the roller 310 of the clamp 208 assigned to it and in doing so exerts a torque on the clamp lever 304 of the clamp 308 that counteracts the spring action of the spring 308 and is stronger than the spring, so that the clamp opens and its clamping effect on the layer stack is canceled.
  • the task of fixing the layer stack 204 on the workpiece carrier 200 has thus been transferred without interruption from the clamps 308 to the hold-down devices 706.
  • FIG. 7C shows a further subsequent position in which the upper tool 702 has moved even further in the direction of the lower tool 704, so that compared to the position in view (d), the clamp levers 304 of the clamps 308 have been pivoted open even further by the pressure effect of the clamp openers 710 and completely clear the way for the press ram 714 to the layer stack 204, which is still fixed by the hold-down devices 706.
  • view (f) in Fig. 7C shows an even further subsequent position in which the upper tool 702 has moved even further in the direction of the lower tool 704, so that the press ram 714 has rested on the layer stack 204 and presses it against the workpiece carrier held by the lower tool 704 in order to join the layer stack 204 together to form the laminate under pressure and, if necessary, heat supply from the heatable laminating tools 702 and/or 704.
  • the hold-down devices 706 and the clamp openers 710 are now strongly compressed.
  • the surface of the press ram 714 that touches the layer stack 204 is dimensioned such that it completely covers or overlaps the surface of the layer stack 204 facing it.
  • the laminating press can then be opened by raising the upper tool 702 and the workpiece carrier 200 can be transported out together with the former layer stack 204 carried by it and now converted into a laminate and processed further along the production line.
  • the transporting out can be carried out in particular using the gripping device 604 (see Figures 6B and 6c).
  • the mutual distance 602 between the workpiece carriers can be varied again, in particular reduced, before, during or after reaching the subsequent processing station (cooling device 108).
  • the initial loading of the workpiece carrier 200 on the stacking device 102 can be carried out in a comparable manner with regard to the actuation of the clamps 308.
  • the stacking device 102 also has clamp openers of the same or a different design as the clamp openers 710 in order to initially open the clamps 308 at least far enough by exerting pressure on the respective rollers 310 and thereby bring them into a corresponding loading position so that the layer stack 204 can be applied to the support surface of the workpiece carrier without being hindered by the clamps 308.
  • the loading position can in particular correspond to the position of the clamps 308 shown in view (f) in Fig. 7C.

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Abstract

Eine Laminiervorrichtung zum Laminieren eines elektrochemischen Schichtstapels weist auf: einen beweglichen ersten Werkstückträger zum Tragen eines Schichtstapels aus einzelnen schichtförmig aufeinander gestapelten Substraten; eine Vorheizungseinrichtung zum Beheizen des ersten Werkstückträgers, wenn dieser mit dem Schichtstapel beladen ist; und eine Laminierpresse zum Beaufschlagen des vom ersten Werkstückträger getragenen Schichtstapels mit Druck, und optional zusätzlich mit Wärme, derart, dass der Schichtstapel dabei mittels der Laminierpresse gegen den ersten Werkstückträger gepresst wird, um die Substrate des Schichtstapels zu einem Laminat zu verbinden. Es wird auch ein entsprechendes Laminationsverfahren beschrieben.

Description

LAMINIERVORRICHTUNG MIT VORHEIZEINRICHTUNG ZUM LAMINIEREN EINES ELEKTROCHEMISCHEN SCHICHTSTAPELS
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laminiervorrichtung zum Laminieren eines elektrochemischen Schichtstapels.
Der elektrochemische Schichtstapel kann insbesondere ein Elektrodenstapel mit zumindest einer Anodenelektrode, zumindest einer Kathodenelektrode, und einem jeweiligen Separator zwischen je einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode sein. Ein derartiger Schichtstapel kann insbesondere ein Elektrodenstapel für Lithium- lonen-Batteriezellen sein. Beispielsweise kann es sich um einen Elektrodenstapel für eine Batteriezelle für eine Fahrzeugbatterie, insbesondere Hochvoltbatterie, handeln, die als Energiequelle für Fahrzeugantriebe von sog. batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) oder Hybridfahrzeugen (HEV) ausgelegt ist.
Weitere Beispiele für einen solchen Schichtstapel sind eine Membran-Elektroden- Baugruppe (MEA, für engl. membrane-elektrode-assembly) oder eine Membran- Elektroden-Rahmen-Baugruppe (MEFA, für engl. membrane-elektrode-frame assembly) für eine Brennstoffzelle, insbesondere vom PEM-Typ.
Die einzelnen Schichten eines elektrochemischen Schichtstapels können insbesondere aus einzelnen plattenförmigen, folienförmigen oder bandförmigen Schichten bestehen, die zur Herstellung des Schichtstapels aufeinandergestapelt und sodann durch Laminieren miteinander fest verbunden werden. Beim Laminieren werden die aufeinander gestapelten Schichten unter Druck und je nach Laminationsart optional mit zusätzlicher Wärmezufuhr zu einem Laminat verbunden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Laminieren von elektrochemischen Schichtstapeln, insbesondere hinsichtlich der dabei erreichbaren Fertigungseffizienz weiter zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der hier vorgestellten Lösung betrifft eine Laminiervorrichtung zum Laminieren eines elektrochemischen Schichtstapels. Die Laminiervorrichtung weist auf: (i) einen beweglichen ersten Werkstückträger zum Tragen eines Schichtstapels aus einzelnen schichtförmig aufeinander gestapelten Substraten;
(ii) eine Vorheizungseinrichtung zum Beheizen des ersten Werkstückträgers, wenn dieser mit dem Schichtstapel beladen ist; und
(iii) eine Laminierpresse zum Beaufschlagen des vom ersten Werkstückträger getragenen Schichtstapels mit Druck, und optional zusätzlich mit Wärme, derart, dass der Schichtstapel dabei mittels der Laminierpresse gegen den ersten Werkstückträger gepresst wird, um die Substrate des Schichtstapels zu einem Laminat zu verbinden.
Die Laminiervorrichtung ist konfiguriert, den ersten Werkstückträger, wenn er mit dem Schichtstapel beladen ist, der Vorheizungseinrichtung zuzuführen, um mit dieser den ersten Werkstückträger zu beheizen (und somit auch mittelbar über diesen den Schichtstapel zu erwärmen), und nachfolgend den erwärmten und beladenen ersten Werkstückträger zum Laminieren des Schichtstapels der Laminierpresse zuzuführen.
Unter dem Begriff „Laminiervorrichtung“, wie hierin verwendet, ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Anlage mit einer oder mehreren Bearbeitungsstationen, zu verstehen, die eingerichtet ist, zwei oder mehr Substrate, insbesondere blatt- oder folienartige Substrate, mittels Lamination zu einem Laminat zu verbinden. Unter dem Begriff „Lamination“ ist hierbei ein Fügeverfahren zu verstehen, bei dem mehrere überlappende Schichten (Substrate) miteinander zu einem mehrschichtigen Verbundmaterial (Laminat) zusammengefügt werden. Das Zusammenfügen der Schichten kann insbesondere ein Aufeinanderpressen der Substrate, ein Einbringen von Wärme, das Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung und/oder ein Schweißverfahren umfassen.
Unter dem Begriff „elektrochemischer Schichtstapel“, wie hierin verwendet, ist ein mehrschichtiger Stapel aus verschiedenen, überlappend angeordneten Substraten zu verstehen, die so ausgewählt und relativ zueinander angeordnet sind, dass sie zusammen, jedenfalls nach Herstellung des Laminats daraus, zumindest eine galvanische Zelle oder eine elektrochemisch wirkende Baugruppe davon bilden. Eine galvanische Zelle kann insbesondere eine Primärezelle, eine Sekundärzelle (Akkumulator) oder eine Tertiärzelle (Brennstoffzelle), oder eine Elektrolysezelle sein. Einige Beispiele für elektrochemische Schichtstapel wurden bereits weiter oben genannt. Unter dem Begriff „Werkstückträger“, wie hierin verwendet, ist insbesondere eine, insbesondere platten- oder gerüstförmige, Trägerstruktur zu verstehen, in oder auf der ein oder mehrere Werkstücke ein- bzw. aufbringbar, insbesondere ein- oder auflegbar sind, um sie von einem Werkstückförderer entlang einer Fertigungsvorrichtung, insbesondere einer Fertigungslinie, durch mehrere Fertigungsstationen transportieren und dort bearbeiten zu können. Der Werkstückträger kann insbesondere eine Fixiereinrichtung zum Fixieren des zumindest einen Werkstücks am Werkstückträger aufweisen. Die Laminiervorrichtung nach dem ersten Aspekt kann als eine solche Fertigungsvorrichtung betrachtet werden. Vorliegend dient insbesondere der Schichtenstapel als Werkstück.
Unter dem Begriff „Substrat“, wie hierin verwendet, ist insbesondere eine homogene oder heterogene Materialschicht zu verstehen. Sie kann bei Raumtemperatur (25°C) insbesondere als Festkörper vorliegen, sodass mehrere solcher Substrate durch Aufeinanderlegen gestapelt werden können. Ein Substrat kann insbesondere eine, zumindest abschnittsweise plattenförmige, folienförmig oder bandförmige Gestalt aufweisen. Als Material kommt je nach Art des auszubildenden Schichtstapels und betrachteter Schicht insbesondere ein Kathodenmaterial, ein Anodenmaterial, ein Separatormaterial oder eine Brennstoffzellenmembran in Frage.
Mit der Laminiervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann insbesondere ein hoher Durchsatz für den Laminierprozess erreicht werden. Hierbei können mehrere Effekte zum Tragen kommen.
Zum einen kann der vom ersten Werkstückträger getragene Schichtenstapel mittels der Vorheizungseinrichtung mittelbar durch die Beheizung des ersten Werkstückträgers vorgewärmt werden, sodass die zum nachfolgenden Laminieren erforderliche Verweildauer in der Laminierpresse reduziert werden kann, weil dort nur noch weniger zusätzliche Wärme in den Schichtenstapel eingebracht werden muss, um die Verbindung der einzelnen Schichten zu bewerkstelligen. Das Vorheizen kann in der Laminiervorrichtung insbesondere während des Transports des mit dem Schichtstapel beladenen ersten Werkstückträgers zur Laminierpresse erfolgen, sodass für das Vorheizen nur ein geringer oder sogar gar kein zusätzlicher Zeitbedarf besteht.
Zum anderen können bei der Vorheizung aufgrund des dabei vom beheizten ersten Werkstückträger ausgehenden Wärmeeintrags in den Schichtenstapel, die dem ersten Werkstückträger näher liegenden Schichten einer stärkeren Wärmezufuhr ausgesetzt werden als die ferner liegenden Schichten, sodass in der Folge ein vom ersten Werkstückträger ausgehendes Temperaturgefälle auftritt. Durch den anschließenden Laminiervorgang in der Laminierpresse kann sich dagegen ein gegenläufiges Temperaturgefälle ergeben, da hierbei die ferner liegenden Schichten, die unmittelbar mit der Laminierpresse in Kontakt kommen, durch den Laminiervorgang (durch Druck und/oder Wärmezufuhr von der Laminierpresse) schneller erwärmt werden können als die dem ersten Werkstückträger näher liegenden Schichten, welche nur mittelbar über den ersten Werkstückträger mit der Laminierpresse in Kontakt stehen.
Geht also, der Laminiervorrichtung entsprechend, die Vorheizung dem Pressvorgang in der Laminierpresse voraus, so können sich während der Lamination die beiden gegenläufigen Temperaturgefälle gegenseitig zumindest anteilig kompensieren, sodass sich durch das Zusammenwirken beider Erwärmungen (beim Vorheizen einerseits und beim Laminierpressen andererseits) rasch ein über den gesamten Schichtenstapel hinweg ein zur Ausbildung der Lamination zwischen den Schichten benötigter, insbesondere näherungsweise konstanter, Temperaturverlauf erzielen lässt. Damit kann (in Stapelrichtung betrachtet) einem Nacheilen der Erwärmung einer Seite des Schichtenstapels gegenüber der anderen Seite entgegengewirkt werden und der Laminiervorgang verkürzt und somit ein höherer Durchsatz erreicht werden. Dies ist insbesondere dann für eine Verkürzung der Gesamtdurchlaufzeit des Laminationsprozesses entscheidend, wenn - wie regelmäßig der Fall - der eigentliche Laminierprozess mittels der Laminierpresse die Gesamtdurchlaufzeit maßgeblich prägt. Letzteres kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Laminierprozess die mögliche Taktzeit für eine getaktete serielle Verarbeitung von Schichtenstapeln (oder gleichzeitig prozessierbaren Gruppen von Schichtenstapeln) begrenzt.
Nachfolgend werden verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Laminiervorrichtung beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen zweiten Aspekt der vorliegenden Lösung kombiniert werden können.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Vorheizungseinrichtung einen Heizkörper zum Abgeben von Wärme an den ersten Werkstückträger auf. Zudem ist die Vorheizungseinrichtung konfiguriert, den Heizkörper mit dem ersten Werkstückträger in Wärmekontakt zu bringen, um diesen zu beheizen, wenn sich der erste Werkstückträger, bevor er der Laminierpresse zugeführt wird, in einer Vorheizposition befindet. Insbesondere kann die Vorheizungseinrichtung konfiguriert sein, den Heizkörper selbst bereits vorzuheizen und auf die benötigte Temperatur zu bringen, so dass er ohne Zeitverlust sofort Wärme an den ersten Werkstückträger abgeben kann, sobald er damit in Wärmekontakt gebracht ist.
Unter dem Begriff „Wärmekontakt“, wie hier verwendet, ist insbesondere eine Konstellation zu verstehen, bei der ein erster Körper (z.B. erster Werkstückträger) und ein zweiter Körper (z.B. Heizkörper oder Kühlkörper derart in unmittelbarem Kontakt (Berührung) oder über zumindest ein dazwischen befindliches Medium (z.B. dritter Körper) in mittelbaren Kontakt gebracht sind, dass zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper ein Wärmeaustausch (Zuführen und/oder Abführen von Wärme) auf dem Wege der Wärmeleitung ermöglicht ist. Die Wärmeleitfähigkeit entlang des Wärmeleitungswegs für diesen Wärmeaustausch liegt dabei bevorzugt über derjenigen von Luft, vorzugsweise bei mindestens 1W/(m K), insbesondere bei mindestens 10W/(m K).
Bei einigen Ausführungsformen ist die Vorheizungseinrichtung so ausgebildet, dass der Heizkörper zwischen einer Wartestellung und einer Heizstellung beweglich ist, beispielsweise horizontal oder mit einer horizontalen Bewegungskomponente beweglich, wobei der Heizkörper in der Wartestellung nicht mit dem ersten Werkstückträger in Wärmekontakt steht. Wenn sich der Heizkörper dagegen in einer Heizstellung befindet, kommt er mit dem ersten Werkstückträger in Wärmekontakt, der sich dabei in der Vorheizposition befindet, um dabei beheiz zu werden. Ein derart beweglicher Heizkörper bietet insbesondere die Möglichkeit, dass er erst dann in den Transportweg des ersten Werkstückträgers eingebracht und mit diesem in Wärmekontakt gebracht werden kann, wenn der mit dem Schichtenstapel beladene erste Werkstückträger in der Vorheizposition angelangt ist. So kann der Transportweg während der Bewegung des ersten Werkstückträgers freigehalten werden, ohne die nachfolgende oder vorausgehende Beheizung des ersten Werkstückträgers durch den Heizkörper zu beeinträchtigen.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Laminiervorrichtung des Weiteren eine Transportvorrichtung zum Transport des ersten Werkstückträgers entlang eines von einer Ausgangsposition ausgehenden definierten Transportwegs durch die Laminiervorrichtung auf. Der Transportweg erstreckt sich dabei über mehrere voneinander beabstandet übereinanderliegende, insbesondere parallele, wie z.B. horizontale, Ebenen und die Transportvorrichtung weist eine Lifteinrichtung zum Transport des ersten Werkstückträgers zwischen zwei oder mehr der Ebenen auf. Auf diese Weise lässt sich zum einen eine im Hinblick auf die benötigte Standfläche (engl. „footprint“) für die Laminiervorrichtung optimierte (d.h. kompakte) Bauform erreichen, da einzelne entlang des Transportwegs auftretenden Bearbeitungsstationen bzw. zugehörige Bearbeitungsprozesse oberhalb der Standfläche übereinander angeordnet werden können. Auch lassen sich so selbst bei einem Aufbau der Laminiervorrichtung mit hoher räumlicher Kompaktheit Kreuzungen im Transportweg auf gleicher Ebene leicht vermeiden und dennoch übereinanderliegende oder sich auf verschiedenen Ebenen kreuzende Abschnitte des Transportwegs verwirklichen.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Transportvorrichtung konfiguriert, den beladenen ersten Werkstückträger mittels der Lifteinrichtung zwischen einer der übereinanderliegenden Ebenen, in welcher der beladende erste Werkstückträger der Lifteinrichtung zuführbar ist, und einer weiteren der übereinanderliegenden Ebenen, in der die Vorheizposition liegt, zu verfahren. So lässt sich ein Ebenenwechsel auf engem Raum umsetzen. Insbesondere kann die Vorheizungseinrichtung derart mit der Lifteinrichtung kombiniert sein, dass die Vorheizposition des ersten Werkstückträgers entlang eines Verfahrwegs der Lifteinrichtung angeordnet ist, so dass das Beheizen des mit dem Schichtstapel beladenen ersten Werkstückträgers während des Ebenenwechsels und somit auf besonders zeitsparende Weise erfolgen kann.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Vorheizungseinrichtung zum Beheizen des ersten Werkstückträgers eine Induktionsheizung auf. Dies ist aufgrund der geringen thermischen Trägheit einer Induktionsheizung besonders im Hinblick auf kurze Durchlaufzeiten vorteilhaft. Insbesondere kann die Induktionsheizung im oder am vorgenannten Heizkörper untergebracht sein. Der erste Werkstückträger kann hierbei insbesondere so konfiguriert sein, dass er einen Strompfad, z.B. eine Leiterschleife, für einen von der Induktionsheizung entlang des Strompfads erzeugbaren, mit ohmschen Verlusten behafteten Wirbelstrom aufweist, so dass die mit dem Wirbelstrom einhergehenden Wirbelstromverluste, insbesondere Ohm’sche Verluste, zum Beheizen des ersten Werkstückträgers genutzt werden können.
Bei einigen Ausführungsformen weist der erste Werkstückträger bezogen auf einen Wärmeleitungsweg, der zumindest eine Stelle im oder am ersten Werkstückträger, an der ihm mittels der Vorheizung Wärme zuführbar ist, mit zumindest einer Auflagefläche am ersten Werkstückträger zum Aufnehmen des Schichtstapels wärmleitend verbindet, eine Wärmeleitfähigkeit auf, die mindestens 1W/(m K), insbesondere mindestens 10W/(m K) beträgt. Auf diese Weise kann zum einen durch die Vorheizung ein schneller Wärmeeintrag in den ersten Werkstückträger und zum anderen eine schnelle Wärmeabgabe vom erwärmten ersten Werkstückträger an den von ihm getragenen Schichtstapel erfolgen. Bei einigen Ausführungsformen weist die Laminiervorrichtung des Weiteren eine Kühleinrichtung zum Abführen von Wärme aus dem Laminat nach dessen Herstellung mittels der Laminierpresse auf. Hierbei ist die Laminiervorrichtung konfiguriert, den ersten Werkstückträger, wenn er mit dem Laminat nach dessen Herstellung beladen ist, der Kühleinrichtung zuzuführen, um dort den ersten Werkstückträger (und somit mittelbar über diesen das erzeugte Laminat) zu kühlen. Durch das mittels der Kühleinrichtung bewirkbare Abkühlen des vom ersten Werkstückträger getragenen Laminats kann wiederum die Durchlaufzeit bis zur Aushärtung und Ausgabe des nach der Lamination wieder ausreichend abgekühlten Laminats verkürzt werden.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Kühleinrichtung einen ersten Kühlkörper zum Kühlen des ersten Werkstückträgers auf. Zudem ist dabei die Kühleinrichtung konfiguriert, den ersten Kühlkörper mit dem ersten Werkstückträger in Wärmekontakt zu bringen, um ihn zu kühlen, wenn sich der mit dem Laminat beladene erste Werkstückträgerin einer entlang des Transportpfads stromabwärts der Laminierpresse gelegenen Kühlposition befindet.
Insbesondere ist bei einigen dieser Ausführungsformen die Kühleinrichtung so ausgebildet, dass der erste Kühlkörper zwischen einer Wartestellung und einer Kühlstellung beweglich ist, beispielsweise horizontal oder mit einer horizontalen Bewegungskomponente beweglich, wobei der erste Kühlkörper in seiner Wartestellung nicht mit dem ersten Werkstückträger in Wärmekontakt steht, in seiner Kühlstellung dagegen mit dem ersten Werkstückträger in Wärmekontakt steht, um ihn zu kühlen. Ähnlich der Situation beim o.g. Heizkörper, bietet auch ein derart beweglicher Kühlkörper insbesondere die Möglichkeit, dass er erst dann in den Transportweg des ersten Werkstückträgers eingebracht und mit diesem in Wärmekontakt gebracht werden kann, wenn der mit dem Laminat beladene ersten Werkstückträger in der Kühlposition angelangt ist. So kann der Transportweg während der Bewegung des ersten Werkstückträgers freigehalten werden, ohne die nachfolgende oder vorausgehende Kühlung des ersten Werkstückträgers durch den Kühlkörper zu beeinträchtigen.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Kühleinrichtung des Weiteren einen zweiten Kühlkörper auf und die Laminiervorrichtung ist konfiguriert, das Laminat an seiner dem ersten Werkstückträger gegenüberliegenden Seite mit dem zweiten Kühlkörper in Wärmekontakt zu bringen, um das Laminat zu kühlen. So lässt sich eine beidseitige und somit schnellere Abkühlung des Laminats erreichen. Auch dies dient einer Verkürzung der Durchlaufzeit. Bei einigen Ausführungsformen befinden sich die Vorheizposition und die Kühlposition des ersten Werkstückträgers auf einer selben der Ebenen. Zudem kann eine Position, in der sich der erste Werkstückträger während des mittels der Laminierpresse ausgeführten Laminiervorgangs befindet, ebenfalls auf dieser selben Ebene liegen. Damit lassen sich bei Beibehaltung der sich aus dem Mehrebenenkonzept ergebenden Vorteile im Hinblick auf andere Abschnitte des Transportwegs aufgrund der somit möglichen sehr kurzen Wege zwischen Vorheizposition, Laminierpresse und Kühlposition ohne Erfordernis eines Lifts dazwischen besonders schnelle Überführungen des beladenen ersten Werkstückträgers zwischen diesen Positionen erreichen.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Laminiervorrichtung des Weiteren eine Stapeleinrichtung auf, die konfiguriert ist, während sich der erste Werkstückträger an einer Stapelposition befindet, die insbesondere auf einer anderen Ebene liegen kann als die Vorheizposition und die Kühlposition, den nachfolgend vorzuheizenden und zu laminierenden Schichtstapel auf dem ersten Werkstückträger aufzubringen oder durch Aufeinanderstapeln seiner Schichten herzustellen. Die Stapeleinrichtung ist somit auf den Transportweg bezogen stromaufwärts der Vorheizung angeordnet und kann insbesondere eine als erste entlang des Transportwegs gelegene Bearbeitungsstation der Laminiervorrichtung sein. Beispielsweise kann die Stapelvorrichtung ganz oder teilweise unterhalb oder oberhalb einer der anderen Bearbeitungsstationen (Vorheizungseinrichtung, Laminierpresse, Kühleinrichtung usw.) angeordnet sein und so eine optimierter (kleine) Grundfläche (footprint) der Laminiervorrichtung erreicht werden, insbesondere weil der nach der Ausgabe des fertig prozessierten Schichtstapel leere Werkstückträger auf einer anderen Ebene als die genannten Bearbeitungsstationen zur Stapeleinrichtung zurücktransportiert werden kann um erneut mit einem neuen zu prozessierenden Schichtstapel beladen zu werden. Der Schichtstapel kann anhand der Stapeleinrichtung auf dem Werkstückträger gebildet und nach Fertigstellung umgehend per Klemmung fixiert werden, insbesondere bevor seine weitere Verarbeitung beginnt. Auch ist es denkbar, mehrere Werkstückträger hintereinander angeordnet gleichzeitig zu beladen. Bei einigen Ausführungsformen weist die Laminiervorrichtung des Weiteren eine Schweißeinrichtung auf, die konfiguriert ist, Ableiterkontakte gleichpoliger Elektroden des Laminats miteinander zu verschweißen, während sich der erste Werkstückträger an einer Schweißposition befindet, die insbesondere auf einer anderen Ebene liegen kann als die Vorheizposition und die Kühlposition. Auch hier lassen sich die genannten Vorteile des Mehrebenenkonzepts verwirklichen. Die Schweißeinrichtung kann auf den Transportweg bezogen insbesondere stromabwärts der Kühlposition liegen, sodass das Schweißen am bereits abgekühlten und somit (gegenüber dem erwärmten Zustand vor der Kühlung) mechanisch robusteren Zustand des Laminats erfolgt.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Laminiervorrichtung des Weiteren einen beweglichen Transportträger zum Tragen des ersten Werkstückträgers auf. Zudem ist hierbei die Laminiervorrichtung konfiguriert, einerseits während der Verarbeitung des Schichtstapels den ersten Werkstückträger streckenweise von dem Transportträger getragen durch die Laminiervorrichtung zu bewegen, andererseits aber den mit dem Schichtstapel beladenen ersten Werkstückträger ohne den Transportträger der Laminierpresse zum Herstellen des Laminats zuzuführen. Insbesondere kann die Laminiervorrichtung des Weiteren konfiguriert sein, den ersten Werkstückträger streckenweise vor und/oder nach dem Herstellen des Laminats durch die Laminierpresse von dem Transportträger getragen durch die Laminiervorrichtung zu bewegen.
Die Bauformen mit Transportträger können insbesondere dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn zum streckenweisen Transport des ersten Werkstückträgers entlang des T ransportwegs eine T ransportanlage zum Einsatz kommen soll, die zum T ransport eines oder mehrerer der (vom ersten Werkstückträger zu unterscheidenden) Transportträger eingerichtet ist. Es kann sich insbesondere um eine Transportanlage handeln, die für eine Vielzahl verschiedener Anwendungsfälle (insbesondere auch jenseits von Laminiervorrichtungen) konzipiert ist, wie etwa ein Bandförderer. Der erste Werkstückträger kann so insbesondere für den Transport des Schichtstapel bzw. des daraus entstehenden Laminats angepasst sein, während eine solche Anpassung für den Transportträger nicht erforderlich ist. Da der Transportträger nicht am eigentlichen Laminiervorgang an der Laminierpresse beteiligt ist, muss er, anders als der ersten Werkstückträger, auch nicht so ausgelegt sein, dass er dem beim Laminieren in der Laminierpresse auf den ersten Werkstückträger wirkendem Druck standhalten muss.
Bei einigen Ausführungsformen befindet sich zumindest eine der Strecken, entlang welcher der erste Werkstückträger entlang des Transportwegs streckenweise von dem Transportträger getragen durch die Laminiervorrichtung bewegbar ist, auf einer anderen Ebene als eine Laminierposition, in der sich der erste Werkstückträger befindet, wenn mittels der Laminierpresse das Laminat hergestellt wird. Die Laminiervorrichtung kann hierzu insbesondere konfiguriert sein, während der erste Werkstückträger vom Transportträger getrennt ist, den Transportträger entlang einer auf der anderen Ebene verlaufenden und somit nicht durch die Laminierpresse führenden Transportstrecke zu einer Aufnahmeposition zu bewegen, an der nach dem Laminieren des Schichtstapels an der Laminierpresse der mit dem Laminat beladene erste Werkstückträger wieder mit dem Transportträger zusammengeführt wird, um von diesem weiter transportiert zu werden. Die Aufnahmeposition kann, auf den Transportweg des ersten Werkstückträgers bezogen, insbesondere stromabwärts der Kühleinrichtung (soweit vorhanden) liegen. Auch hier kommt das Mehrebenenkonzept vorteilhaft zum Tragen, da der erste Werkstückträger und der Transportträger während ihrer Trennung platzsparend, insbesondere asynchron, übereinander auf den verschiedenen Ebenen bewegt werden können.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Laminiervorrichtung des Weiteren konfiguriert, nach einem Entfernen des von der Laminiervorrichtung fertig prozessierten Laminats von dem ersten Werkstückträger den Transportträger zusammen mit dem von ihm getragenen und nunmehr leeren ersten Werkstückträger entlang einer Rückführungsstrecke zur Ausgangsposition zurückzuführen. So lässt sich effizienzsteigernd ein, insbesondere periodischer (z.B. getakteter), Kreisprozess umsetzen, bei dem derselbe erste Werkstückträger bzw. Transportträger erneut für die Prozessierung eines weiteren Schichtenstapels eingesetzt werden können. Die Rückführungsstrecke kann insbesondere auf einer derjenigen Ebenen liegen, die nicht für den Transportweg des ersten Werkstückträgers und/oder des Transportträgers hin zu einer Entladeposition, an der das Entfernen des von der Laminiervorrichtung fertig prozessierten Laminats von dem ersten Werkstückträger erfolgt, genutzt wird. Auf diese Weise lassen sich wieder die Vorteile des Mehrebenenkonzepts nutzen und insbesondere im Falle der simultanen Bewegung mehrerer erster Werkstückträger und Transportträger in der Laminiervorrichtung auf einfache Weise Kollisionen dazwischen vermeiden.
Bei einigen Ausführungsformen weist der erste Werkstückträger eine aktivierbare und deaktivierbare Klemmeinrichtung auf, mittels der der Schichtstapel an dem ersten Werkstückträger mittels Klemmung fixierbar ist. Auf diese Weise können sowohl der Schichtstapel als Ganzes als auch die einzelnen in ihm gestapelten Substrate bei aktivierter Klemmeinrichtung gegen ein Verrutschen gesichert werden. Bei deaktivierter Klemmeinrichtung ist dagegen ein Be- oder Entladen des Werkstückträgers ergmöglicht, da dann der Schichtstapel nicht durch Klemmeinrichtung fixiert ist.
Insbesondere kann dabei die Laminiervorrichtung konfiguriert sein, den vom ersten Werkstückträger getragenen Schichtstapel nach dessen Herstellung und vor dessen Transport durch die Laminiervorrichtung durch Aktivieren der Klemmeinrichtung fortwährend mittels Klemmung zumindest so lange durchgängig zu fixieren, bis entweder die gesamte Verarbeitung des Schichtstapels bis hin zum fertigen Laminat durch die Laminiervorrichtung abgeschlossen ist oder bis im Rahmen der Herstellung des Laminats in der Laminierpresse die einzelnen Substrate des Schichtstapels von der Laminierpresse und/oder durch ihre Verbindung zum Laminat gegen ein Verrutschen anderweitig gesichert sind, bevor die Klemmeinrichtung zum Freigeben des Laminats deaktiviert wird. So lässt sich während seiner Prozessierung bis hin zu seiner Verarbeitung in das Laminat eine durchgängige Sicherung des Schichtenstapels gegen Verrutschen und somit gegen dadurch bedingte Fertigungsmängel bewerkstelligen.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Laminierpresse eine Niederhaltereinrichtung auf und ist konfiguriert, den Schichtstapel ab einem Zeitpunkt vor oder während der Herstellung des Laminats durch die Laminierpresse mittels eines zumindest stellenweisen Anpressens des Schichtstapels mittels der Niederhaltereinrichtung gegen den ersten Werkstückträger gegen das Verrutschen zu sichern. Die Klemmeinrichtung kann somit deaktiviert werden, wenn die Niederhaltereinrichtung die Fixierung des Schichtenstapels auf dem ersten Werkstückträger übernommen hat, ohne dass es zu einer Unterbrechung der Fixierung des Schichtenstapels kommt. Die
Niederhaltereinrichtung kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass sie den
Schichtenstapel mit einer höheren Klemmkraft beaufschlagt als die Klemmvorrichtung, um während des, typischerweise starke Kräfte auf den Schichtenstapel ausübenden Pressvorgangs eine besonders zuverlässige Fixierung des Schichtenstapels an oder in dem ersten Werkstückträger gewährleisten zu können.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Laminiervorrichtung zusätzlich zu dem ersten Werkstückträger noch eine Anzahl N weiterer, insbesondere mit dem ersten Werkstückträger baugleicher, Werkstückträger auf, die jeweils zur Aufnahme jeweils eines Schichtstapels konfiguriert sind. Hierbei ist N eine natürliche Zahl und die Laminiervorrichtung ist konfiguriert, jeden der N+1 Werkstückträger einschließlich des durch ihn jeweils zu tragenden Schichtenstapels auf gleiche Weise zur Herstellung eines jeweiligen Laminates aus dem jeweiligen Schichtenstapel zu prozessieren, insbesondere wie vorausgehend im Einzelnen im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsformen der Laminiervorrichtung für den ersten Werkstückträger im Einzelnen beschrieben. Somit können bis zu N+1 Schichtstapel gleichzeitig in der Laminiervorrichtung, jeweils durch einen der Werkstückträger getragen, auf gleiche Weise prozessiert werden insbesondere sequenziell nacheinander, oder gruppenweise simultan oder einer Mischform aus beidem. Hiermit kann der Durchsatz und somit die Effizienz der Laminiervorrichtung noch weiter gesteigert werden. Insbesondere kann dazu die Laminiervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen konfiguriert sein, eine Mehrzahl von jeweils auf einem zugeordneten der Werkstückträger zu prozessierenden Schichtstapeln im Rahmen einer Parallelprozessierung zu verarbeiten, um aus jedem der Schichtstapel ein entsprechendes Laminat herzustellen. Hierbei kann die Laminiervorrichtung insbesondere auch konfiguriert sein, im Rahmen der Parallelprozessierung die parallel zu prozessierenden Werkstückträger in einer vorbestimmten relativen Anordnung zueinander zu halten, wobei jedoch der gegenseitige Abstand zwischen den in der Anordnung jeweils benachbarten Werkstückträgern derart variierbar ist bzw. wird, dass dieser Abstand je Werkstückträgerpaar während des Laminiervorgangs an der Laminierpresse größer ist als während zumindest einer der Laminierpresse vorgelagerten oder nachgelagerten gemeinsamen Transportstrecke der Werkstückträger. Die relative Anordnung kann insbesondere so definiert sein, dass dabei die Werkstückträger in gleicher Ausrichtung parallel zueinander angeordnet sind.
Die hierin genannten Bauformen der Laminiervorrichtung, bei denen eine Transportvorrichtung zum Transport des ersten Werkstückträgers entlang eines von einer Ausgangsposition ausgehenden definierten Transportwegs durch die Laminiervorrichtung, der sich über mehrere voneinander beabstandet übereinanderliegende Ebenen erstreckt und eine Lifteinrichtung vorgesehen sind, sind grundsätzlich auch in einer (anderen) Laminiervorrichtung zum Laminieren eines elektrochemischen Schichtstapels einsetzbar, wenn diese (andere) Laminiervorrichtung die o.g. Vorheizung nicht aufweist. Dies gilt auch für alle weiteren hierin beschriebenen Ausführungsformen und deren beliebige Kombinationen, soweit sie nicht selbst das Vorhandensein der Vorheizung technisch voraussetzen.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Lösung betrifft ein Verfahren zum Laminieren eines elektrochemischen Schichtstapels. Das Verfahren weist auf: (i) Bereitstellen eines Schichtstapels aus durch das Laminieren zu einem Laminat zu verbindenden, schichtförmig aufeinander gestapelten Substraten auf einem beweglichen ersten Werkstückträger zum Tragen des Schichtstapels; (ii) Beheizen des mit dem Schichtstapel beladenen ersten Werkstückträgers; und (iii) dem Beheizen nachfolgendes Beaufschlagen des vom ersten Werkstückträger getragenen Schichtstapels mit Druck derart, dass der Schichtstapel dabei mittels der Laminierpresse gegen den ersten Werkstückträger gepresst wird, um die Substrate des Schichtstapels zu einem Laminat zu verbinden. Das Verfahren nach dem zweiten Aspekt kann insbesondere zur Ausführung mittels der Laminiervorrichtung nach dem ersten Aspekt, insbesondere gemäß einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen der Laminiervorrichtung oder einer Kombination von zwei oder mehr dieser Ausführungsformen, konfiguriert sein. Die Laminiervorrichtung nach dem ersten Aspekt kann insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach dem zweiten Aspekt konfiguriert sein.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Lösung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten somit entsprechend auch für das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Lösung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Lösung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Dabei zeigt:
Fig. 1 in einer schematischen Querschnittsansicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Laminiervorrichtung und zugleich der dazu korrespondierenden Abfolge von Verfahrensschritten beim Laminieren eines Schichtstapels mittels der Laminiervorrichtung;
Fig. 2 in verschiedenen Ansichten eine beispielhafte Ausführungsform eines Werkstückträgers, der mit einem zu laminierenden Schichtstapel bzw. einem bereits daraus hergestellten Laminat beladen ist;
Fig. 3 in verschiedenen Ansichten eine beispielhafte Ausführungsform einer Klemme des Werkstückträgers aus Fig. 2;
Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Transportträgers zur Aufnahme des Werkstückträgers aus Fig. 2;
Fig. 5 in einer Querschnittsansicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorheizanordnung, bei der der mit dem Schichtstapel beladene Werkstückträger sich in einer Vorheizposition in der Vorheizungseinrichtung befindet, wo er mittels einer Induktionsheizung beheizbar ist;
Fig. 6A in einer Aufsicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Anordnung mehrerer Werkstückträger zur Parallelprozessierung; Fig. 6B eine Aufsicht auf eine beispielhafte Ausführungsform einer Greifeinrichtung zum gemeinsamen Greifen der Werkstückträger aus Fig. 6A;
Fig. 6C eine perspektivische Ansicht der Greifeinrichtung aus Fig. 6B; und
Fig. 7A-C eine Abfolge von Stellungen der Laminierpresse während des Laminierens.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche, ähnliche oder einander entsprechende Elemente. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich werden. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden.
Fig. 1 illustriert in einer Querschnittsansicht (in einer durch die Koordinaten X und Z aufgespannten Querschnittsebene) eine Laminiervorrichtung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Laminiervorrichtung 100 weist eine Mehrzahl von Verarbeitungsstationen 102 bis 110 auf, die entlang einer Fertigungsstrecke angeordnet sind.
Die Laminiervorrichtung 100 weist ein Transportsystem auf, mittels dessen ein Werkstückträger 200 (vgl. Fig. 2) entlang der Fertigungsstrecke von Verarbeitungsstation zu Verarbeitungsstation bewegt werden kann. Das Transportsystem ist hierbei so eingerichtet, dass es den Werkstückträger streckenweise auf einem weiteren Träger gelagert, der hierin als Transportträger 400 bezeichnet wird (vgl. Fig. 4), entlang der Fertigungsstrecke transportieren kann.
In Fig. 1 sind der zwischen der ersten Verarbeitungsstation 102 und der letzten Verarbeitungsstation 110 verlaufende Hin-Transportweg 114 des Werkstückträgers 200 sowie der streckenweise damit übereinstimmende und ebenfalls zwischen den Verarbeitungsstationen 102 und 110 verlaufende Hin-Transportweg 116 des Transportträgers 400 in der X-Z-Ebene eingezeichnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Transportwege auch Wegstrecken enthalten, die zumindest eine Komponente entlang der orthogonal zur X-Z-Ebene verlaufenden Y-Richtung haben. Ebenso ist ein gemeinsamer Rücktransportweg 118, der von der Verarbeitungsstation 110 zurück zur ersten Verarbeitungsstation 102 führt und beim Betrieb der Laminiervorrichtung 100 von dem Werkstückträger gemeinsam mit dem ihn dazu tragenden Transportträger 400 zurückgelegt wird, eingezeichnet.
Der Transportweg 114 verläuft in einem Streckenabschnitt in einer ersten (oberen), sich in X/Y-Richtung erstreckende Ebene 120, während er an anderen Streckenabschnitten in einer darunterliegenden, zweiten (mittleren) sich ebenfalls in X/Y-Richtung erstreckenden Ebene 122 verläuft. Der Transportweg 116 verläuft bis hin zur letzten Verarbeitungsstation durchgängig in der mittleren Ebene 122. Der gemeinsame Rücktransportweg 118 von Werkstückträger 200 und Transportträger 400 verläuft in einer noch unter der Ebene 122 liegenden, dritten (unteren) Ebene 124, die sich ebenfalls in X/Y-Richtung erstreckt. Zur Bewerkstelligung der Ebenenwechsel des Werkstückträgers 200 entlang des Transportwegs 114 sowie beider Träger hinab zum Rücktransportweg 118 weist die Laminiervorrichtung 100 dazu eingerichtete Lifte auf.
Es ist optional möglich, dass die Laminiervorrichtung 100 (wie in Fig. 1 dargestellt) entlang der Fertigungsstrecke der Verarbeitungsstation 110 nachfolgend noch eine oder mehrere weitere Verarbeitungsstationen 112 aufweist. In diesem Falle erstrecken sich, abweichend von der vorausgegangenen Beschreibung der Transportwege, die Hin- Transportwege 114 und 116 bis zur letzten der Verarbeitungsstationen 112 und der Rücktransportweg geht von dieser letzten der Verarbeitungsstationen 112 aus. Eine solche Verarbeitungsstation 112 könnte beispielsweise eine Ausgabeeinrichtung für das mittels der Laminiervorrichtung 100 herstellbare Laminat oder ein Laminatstapler zum Aufstapeln solcher Laminate nach ihrer jeweiligen Herstellung sein.
Am Beginn der Fertigungsstrecke findet sich als Verarbeitungsstation 102 eine Stapeleinrichtung, die konfiguriert ist, mehrere verschiedene Substrate zu einem elektrochemischen Schichtenstapel 204 (vgl. Fig. 2) aufeinander zu stapeln. Beispielsweise kann der Schichtenstapel 204 eine sich mehrfach wiederholende Abfolge eines Anoden/Kathoden-Paares mit einem zwischen Anode und Kathode eingebrachten Separator aufweisen.
Derartige Schichtenstapel 204 sind insbesondere als Elektrodenstapel für Hochvoltbatterien zur Versorgung von Fahrzeugantrieben bekannt, so etwa als Elektrodenstapel für Lithium-Ionen-Batteriezellen, insbesondere in der Bauform einer Pouch-Zelle. Andere Beispiele für elektrochemische Schichtenstapel wurden bereits eingangs genannt (z.B. MEA oder MEAFA für eine Brennstoffzelle). Beim Stapeln an der Stapeleinrichtung 102 werden die einzelnen Substrate in der gewünschten Reihenfolge aufeinandergelegt, z.B. in der für eine Reihenschaltung von Elementarzellen (Anode, Separator, Kathode) zur Bildung einer Batteriezelle sinnvollen Reihenfolge Anode-Separator-Kathode/Anode-Separator Kathode/ usw. Der Schichtenstapel wird dabei zur weiteren Prozessierung bereits auf einem Werkstückträger 200 aufgebaut oder nach dem Stapel auf dem Werkstückträger 200 als Ganzes oder nacheinander in Teilstapeln abgelegt. Aus Effizienzgründen kann es vorteilhaft sein, den Schichtenstapel 204 unmittelbar auf dem Werkstückträger 200 aufzubauen.
Entlang der Fertigungsstrecke folgt als weitere Verarbeitungsstation eine Vorheizungseinrichtung 104, die konfiguriert ist, den vom Werkstückträger 200 getragenen Schichtenstapel 204 zu beheizen (Vorheizen) und somit auf eine gewünschte Zieltemperatur zu erwärmen, bevor das eigentliche Laminieren folgt, bei dem der Schichtenstapel zum Laminat zusammengefügt und dabei verbunden wird. Je nach Art der auszuführenden Lamination (z.B. Heißlaminieren) kann das Vorheizen insbesondere dazu dienen, auf einem oder mehreren der Substrate vorhandene Klebstoffe oder das Substratmaterial selbst auf eine oder in die Nähe einer geeignete Fügetemperatur für die nachfolgende Lamination zu bringen.
Die Vorheizungseinrichtung 104 weist einen Heizkörper 126 auf, der in den Transportweg 114 oder unterhalb der ersten (oberen) Ebene 120, insbesondere zwischen die erste (obere) Ebene 120 und die mittlere Ebene 122, derart einbringbar, insbesondere einschwenkbar oder einschiebbar, ist, dass er zum Beheizen in die unmittelbare Nähe oder sogar in wärmeleitenden Kontakt (Wärmekontakt) mit dem Werkstückträger 200 kommt, um diesen zu beheizen und über dessen sich ergebende Erwärmung auch Wärme in den Schichtenstapel 204 einzutragen, um diesen auf die Zieltemperatur zu bringen.
Der Heizkörper 126 kann insbesondere von einem oder mehreren Kanälen durchzogen sein, durch die ein erhitztes Heizfluid geleitet werden kann, um den Heizkörper zu erwärmen. Zusätzlich oder alternativ kann der Heizkörper 126 insbesondere eine Induktionsheizung aufweisen, die eingerichtet ist, ein magnetisches Wechselfeld in dem Werkstückträger 200 oder Teilen davon zu erzeugen, um dort verlustbehaftete Wirbelströme zum Beheizen des Werkstückträgers zu bewirken. Dies wird im Weiteren unter Bezugnahme auf Fig. 5 noch genauer erläutert werden. Entlang der Fertigungsstrecke folgt als weitere Verarbeitungsstation eine Laminierpresse 106, die konfiguriert ist, die einzelnen Substrate des Schichtenstapels 204 und Druckbeaufschlagung (Pressen) und optional zusätzlicher Wärmezufuhr zu einem mehrschichtigen Laminat zusammenzufügen. Die Laminierpresse 206 wird im Weiteren unter Bezugnahme auf Fig. 7A-C noch genauer erläutert werden.
Beim Pressen wird der Schichtenstapel von der Presse gegen den erwärmten, ihn tragenden Werkstückträger 200 gepresst. Dadurch ergibt sich einerseits aus dem Pressen selbst regelmäßig ein von der dem Werkstückträger 200 abgewandten und unmittelbar mit der Presse in Kontakt stehenden Stapelseite ausgehendes erstes Temperaturgefälle, während andererseits zu Beginn des Pressvorgangs aufgrund der Vorheizung ein von dem Werkstückträger 200 ausgehendes zweites Temperaturgefälle vorliegt. Die beiden Temperaturgefälle überlagern sich somit während des Pressens, sodass sich insgesamt ein modifizierter, näherungsweise homogener Temperaturverlauf entlang der Stapelrichtung der Substrate ergibt.
Somit stehen mit der Vorheizung an der Vorheizungseinrichtung 104 und dem Laminieren an der Laminierpresse 106 zwei zeitlich versetzt auftretende Heizprozesse zur Erwärmung des Schichtenstapels auf die erforderliche Fügetemperatur zur Verfügung. Da der Schichtenstapel 204 somit aufgrund seiner Vorheizung an der Vorheizungseinrichtung 104 bereits die der Fügetemperatur zumindest angenäherten Zieltemperatur aufweist, ist für den Laminiervorgang an der Laminierpresse 106 keine oder nur noch eine verkürzte Zeitspanne erforderlich, um den Schichtenstapel 204 auf die Fügetemperatur zu bringen.
Auf diese Weise lässt sich hier ein Effizienzgewinn realisieren, insbesondere wenn ein getakteter Betrieb der Laminiervorrichtung vorgesehen ist, bei dem in einem selben Takt mehrere Schichtenstapel, jeweils auf einem zugeordneten Werkstückträger 200 gelagert, simultan an verschiedenen Verarbeitungsstationen bearbeitet werden. So kann etwa ein Schichtenstapel gerade an der Laminierpresse 106 zum Laminat zusammengefügt werden, während ein nächster zu laminierender Schichtenstapel gerade in der Vorheizungseinrichtung 104 vorgeheizt wird.
Entlang der Fertigungsstrecke folgt als weitere Verarbeitungsstation eine Kühleinrichtung 108, die konfiguriert ist, das in der Laminierpresse aus den Schichtenstapel 204 entstandene Laminat abzukühlen, insbesondere um ggf. im Rahmen der Lamination erzeugte stoffschlüssige Verbindungen zu verfestigen. Dazu weist die Kühleinrichtung einen ersten Kühlkörper 128 auf, der insbesondere ähnlich wie der Heizkörper 126 beweglich ausgestaltet ist, um in den Transportweg 114 eingebracht und mit dem Werkstückträger 200 in Wärmekontakt gebracht werden zu können, wenn sich der Werkstückträger 200 zum Kühlen an der Kühleinrichtung 108 in einer Kühlposition befindet. Zusätzlich weist die Kühleinrichtung 108 eine zweiten Kühlkörper 130 auf, der ebenfalls beweglich sein kann und der konfiguriert ist, unmittelbar mit dem Laminat in Wärmekontakt gebracht zu werden, etwa mit der dem Werkstückträger 200 abgewandten Seite des Laminats. Somit kann das Laminat effektiv und schnell mehrseitig abgekühlt werden. Der erste Kühlkörper 128 und/oder der zweite Kühlkörper 130 kann jeweils insbesondere über ein Kühlmittel, dass durch einen oder mehrere in ihm gebildete Kanäle geleitet werden kann, gekühlt werden.
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, verlaufen die Transportwege 114 und 116 im Bereich der Vorheizungseinrichtung 104, der Laminierpresse 106 und der Kühleinrichtung 108 getrennt voneinander, während sie im Übrigen zusammenfallen. Dies hat den Vorteil, dass der Transportträger 400 nicht für die beim Vorheizen, Pressen und Kühlen auftretenden hohen thermischen bzw. mechanischen Belastungen ausgelegt sein muss. Insbesondere lässt sich so ein Transportsystem nutzen, das auch für andere Anwendungen einsetzbar ist und somit nicht speziell für einen Laminierprozess ausgelegt sein muss. In anderen Ausführungsformen kann die Verwendung der Transportträger 400 entfallen.
Entlang der Fertigungsstrecke folgt optional (abhängig von der Art des Schichtstapels) als weitere Verarbeitungsstation eine Schweißeinrichtung 108, die konfiguriert ist, im Falle eines Elektrodenstapels als Schichtstapel 204 elektrisch gleichpolige Elektrodenkontakte des Elektrodenstapels mittels Schweißung zu verbinden. Die Elektrodenkontakte können dabei insbesondere in dem Fachmann bekannter Weise als seitlich aus dem Laminat herausstehende Ableiterfahnen 206a (Pluspol) und 206b (Minuspol) ausgebildet sein (vgl. Fig. 2).
Es ist optional möglich, dass einige der Verarbeitungsstationen, insbesondere die Vorheizungseinrichtung 104, die Laminierpresse 106 und/oder die Kühleinrichtung 108, doppelt vorhanden sind. In diesem Fall können die Transportwege auch Wegstrecken enthalten, die zumindest eine Komponente entlang der orthogonal zur X-Z-Ebene verlaufenden Y-Richtung haben, um mit Schichtenstapel 204 beladene Werkstückträger 200 diesen weiteren Verarbeitungsstationen zuzuführen.
Fig. 2 zeigt in verschiedenen Ansichten (a) bis (d) eine beispielhafte Ausführungsform des Werkstückträgers 200, der je nach Stand der Verarbeitung zunächst mit dem zu laminierenden Schichtstapel 204 bzw. nach der Lamination mit dem bereits daraus hergestellten Laminat beladen ist. Die Ansichten (a) und (b) sind jeweils seitliche Querschnittsansichten entlang einer Längsseite bzw. einer Stirnseite des beladenen Werkstückträgers 200. Die Ansicht (c) ist eine Aufsicht auf den Schichtenstapel 204 bzw. das Laminat sowie den damit beladenen Werkstückträger 200 und Ansicht (d) ist eine entsprechende perspektivische Ansicht.
Der Werkstückträger 200 weist eine elektrisch gut leitfähige, insbesondere metallische, Grundplatte 202 auf. Eine ihrer Hauptseiten ist dazu vorgesehen, den Schichtenstapel 204 bzw. das im Prozessverlauf daraus entstehende Laminat auf einer Auflagefläche aufzunehmen und entlang der Fertigungsstrecke zu tragen. Um den Schichtenstapel 204 bzw. das Laminat am Werkstückträger gegen Verrutschen zu sichern, sind seitlich der Auflagefläche mehrere Klemmen 208 angeordnet, die jeweils konfiguriert sind, den Schichtenstapel 204 bzw. das Laminat gegen Werkstückträger 200 zu drücken, um ihn bzw. es so mittels einer Klemmwirkung zu fixieren. Die Klemmen 208 werden im Weiteren unter Bezugnahme auf Fig. 3 noch in größerem Detail erläutert werden.
Zusätzlich weist der Werkstückträger 200 an seiner Grundplatte 202 mehrere, insbesondere nagelkopfförmige, Greifpins 210 auf, um ein einfaches und sicheres Erfassen und Handhaben des Werkstückträgers 200 durch eine Greifeinrichtung (siehe Fig. 6B) beim Beladen und/oder Entladen in bzw. aus der Laminiervorrichtung 100 sowie während des Transports entlang der Fertigungsstrecke, insbesondere durch die Lifte, zu ermöglichen.
Fig. 3 zeigt in verschiedenen Ansichten (a) bis (d) eine beispielhafte Ausführungsform der Klemme 208 des Werkstückträgers 200 aus Fig. 2. Die Ansichten (a) und (b) sind jeweils seitliche Querschnittsansichten entlang einer Längsseite bzw. einer Stirnseite der Klemme 208. Die Ansicht (c) ist eine Aufsicht auf Klemme 208 in Blickrichtung auf den Werkstückträger 200 und Ansicht (d) ist eine entsprechende perspektivische Ansicht.
Die Klemme 208 weist ein Basisteil 302 auf, das zur Befestigung der Klemme 208 am Werkstückträgers 200 sowie als (unmittelbare oder mittelbare) Haltestruktur für die weiteren Bestandteile der Klemme 208 dient. An dem Basisteil 302 ist um eine Schwenkachse 306 schwenkbar und mittels ein Klammerhebel 304 gelagert. Eine Feder 308, die insbesondere (wie dargestellt) als eine auf einen bolzenartigen Federträger 314 gelagerte Schenkelfeder ausgebildet sein kann, ist so angeordnet, dass sie den Klammerhebel 304 mit einem Drehmoment bezüglich der Schwenkachse 306 beaufschlagt. Der Federträger 314 kann insbesondere mittels einer Sicherungsscheibe 316 am Basisteil gesichert sein.
An einem Ende des Klammerhebels 304 ist eine um ihre Symmetrieachse drehbar gelagerte zylindrische Walze 310 angeordnet. Am anderen Ende des Klammerhebels 304 ist ein um seine zentrale Achse drehbar gelagertes Klemmstück 312 angeordnet. Es kann insbesondere eine zylindrische Grundform aufweisen, wobei jedoch optional flache Teilflächen an der Mantelfläche des Klemmstücks ausgebildet sind, um ein flaches Aufsetzen auf dem Schichtenstapel zu ermöglichen. Die Feder 308 ist so angeordnet, dass das von ihr auf den Klammerhebel 304 ausgeübte Drehmoment das Klemmstück zumindest richtungsanteilig in Richtung der Grundplatte 202 drückt, um eine Klemmwirkung auf den Schichtenstapel bewirken zu können, wenn sich dieser zwischen der Auflagefläche auf der Grundplatte 202 und dem Klemmstück befindet. Die Walze 310 dient dazu, während des Laminiervorgangs in der Laminierpresse 106, mittels eines auf die Walze 310 einwirkenden Klammeröffners 710 die Klemme 308 temporär öffnen zu können, wie im Weiteren unter Bezugnahme auf die Figuren 7A-C noch im Einzelnen erläutert werden wird.
Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine beispielhafte Ausführungsform des Transportträgers 400 zur Aufnahme des Werkstückträgers 200 aus Fig. 2. Der Transportträger 400 weist eine Trägerplatte 402 auf, in der optional (wie dargestellt) eine oder mehrere Aussparungen 404 ausgebildet sein können, sei es als durchgängige Öffnungen, bloße Vertiefungen oder eine Kombination aus beiden. Die Aussparungen können insbesondere zur Gewichtsreduktion und/oder, soweit vorhanden, zur Aufnahme von vorstehenden Teilen des Werkstückträgers 200 konfiguriert sein. Zusätzlich können ein oder mehrere Anschlagstücke 406 zum Ausrichten und seitlichen Sichern des Werkstückträgers 200 bei seinem Aufbringen und dem nachfolgenden Transport auf dem Transportträger 400 vorgesehen sein.
Fig. 5 zeigt in einer Querschnittsansicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorheizanordnung 500, bei der der mit dem Schichtstapel 204 beladene Werkstückträger 200 sich in einer Vorheizposition in der Vorheizungseinrichtung 104 auf dem Heizkörper 126 befindet. Der Heizkörper 126 weist eine von einer Tragestruktur 504 getragene Induktionsheizung 502 auf, die konfiguriert ist, in der Grundplatte 202 des Werkstückträgers 200 mittels Induktion verlustbehaftete Wirbelströme zu bewirken, welche die Grundplatte 202 und somit mittelbar auch den Schichtenstapel erwärmen können. Der Heizkörper 126 kann insbesondere konfiguriert sein, mehrere, beispielsweise vier, sechs oder acht, mit einem jeweiligen Schichtstapel 204 beladene Werkstückträger 200 aufzunehmen.
Zudem kann eine Lifteinrichtung mit vertikal verstellbarem Greifer vorhanden sein, der einen oder mehrere Werkstückträger 200 an daran ausgebildeten Greifpins aus der mittleren Ebene 122 nach oben über die Verfahrebene des Heizkörpers 126 anhebt und nach dem Bewegen des Heizkörpers 126 den/die Werkstückträger 200 auf dem Heizkörper 126 absetzt.
Fig. 6A zeigt in einer Aufsicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Anordnung 600 einer Gruppe mehrerer, hier vier, Werkstückträger 200a bis 200d, wobei die Laminiervorrichtung 100 konfiguriert ist, diese Gruppe von Werkstückträgern 200a bis 200d im Sinne einer Parallelprozessierung simultan entlang der Fertigungsstrecke zu transportieren und die darauf jeweils gelagerten Schichtenstapel 204 bzw. daraus entstehenden Laminate simultan zu verarbeiten. Insbesondere können die Werkstückträgern 200a bis 200d der Gruppe simultan vorgeheizt, danach simultan in der Laminierpresse verarbeitet und danach in der Kühleinrichtung 108 gekühlt werden. Auch das Stapeln an der Stapeleinrichtung 102 und/oder das Schweißen in der Schweißeinrichtung 110 können simultan für die ganze Gruppe erfolgen, ebenso etwaige Verarbeitungen in etwaigen weiteren Verarbeitungsstationen 112.
Die Werkstückträgern 200a bis 200d der Gruppe können dabei je nach Auslegung der Laminiervorrichtung 100 auf denjenigen Wegstrecken, an denen die Transportwege 114 und 116 zusammenfallen, insbesondere jeweils auf einem jeweiligen eigenen Transportträger 400 oder gemeinsam auf einem einzigen Transportträger 400 transportiert werden. Zudem ist es zumindest im erstgenannten Fall möglich, die Laminiervorrichtung 100 so zu definieren oder konfigurieren, dass die Bewegung der Transportträger 400 und somit der Werkstückträger 200 der Gruppe relativ zueinander mit variablem relativen Abstand 602 erfolgen kann. Beispielsweise kann so erreicht werden, dass der relative Abstand 602 im Bereich der Laminierpresse anders, insbesondere größer, eingestellt wird als im Bereich der Vorheizungseinrichtung 104 und/oder der Kühleinrichtung 108. So kann etwa einem erhöhten Platzbedarf der Laminierwerkzeuge während des Laminierprozesses Rechnung getragen werden.
Dies ist genauer in den Figuren 6B und 6C illustriert, wobei Fig. 6B eine beispielhafte Ausführungsform einer Greifeinrichtung 604 zum gemeinsamen Greifen eines oder simultan mehrerer gemeinsam zu prozessierender Werksstückträger 200 illustriert. Genauer zeigt Fig. 6B in einer Aufsicht beispielhaft eine Ausführungsform zum simultanen Greifen der vier parallel ausgerichteten Werkstückträger 200a-d aus Fig. 6A. Die Greifeinrichtung 604 besteht aus zwei, insbesondere bis auf ihre gespiegelte Ausführung baugleiche, jeweils entlang der X-Richtung ausgerichteten Baugruppen 608a bzw. 608b. In Fig. 6C ist in perspektivischer Ansicht beispielhaft die Baugruppe 608a genauer dargestellt.
Jede der Baugruppen 608a und 608b weist je zu greifendem Werkstückträger ein oder mehrere Greifer 606 auf, im vorliegenden Beispiel zwei Greifer 606 je Werksstückträger. Die jeweils einem selben Werkstückträger 200 zugeordneten Greifer 606 bilden eine Gruppe und haben darin einen festen Abstand 614 voneinander, der so definiert ist, dass die Greifer 606 der Gruppe die an der ihnen zugewandten Seite des Werkstückträgers 200 angeordneten Greiferpins 210 des Werkstückträgers 200 greifen können, um den Werkstückträger 200 zu erfassen und kontrolliert bewegen, insbesondere anheben und/oder absenken, zu können. Der Abstand 602 zwischen je zwei benachbarten Gruppen ist dagegen, wie bereits vorausgehend erwähnt, variabel einstellbar. Dies kann insbesondere so gelöst sein, dass jede Gruppe an einem Schlitten montiert ist, der entlang einer Schiene 610 in X-Richtung translatorisch beweglich gelagert ist. Zum Einstellen des Abstands 602 kann ein an der Schiene 610 angeordneter Antrieb (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welcher die Gruppen bzw. deren zugeordnete Schlitten translatorisch bewegt. Für das gemeinsame Bewegen aller Gruppen bzw. Greifer in X- Richtung kann ein Antrieb 612, insbesondere ein Spindelantrieb, vorgesehen sein.
Um die Greifer 606 von der jeweiligen zugehörigen Baugruppe 608a, b aus entlang der Y- Richtung zu den jeweils zugeordneten Greiferpins 210 hin (und später wieder weg davon) zu bewegen (vgl. Bewegungspfeil 616), sodass die Greifer 606 die Greiferpins 210 erfassen können, weisen die Baugruppen 608a, b jeweils zusätzlich einen bidirektionalen Antrieb für diese Bewegung auf.
Mittels der Greifeinrichtung 604 lassen sich somit die gemeinsam zu prozessierenden Werkstückträger 200 (bzw. ggf. der eine Werkstückträger 200 bei Wegfall einer rein seriellen Prozessierung) gemeinsam erfassen und bewegen, insbesondere im Rahmen einer Anhebung oder Absenkung durch eine Lifteinrichtung. Dies kann insbesondere dazu genutzt werden, die Werkstückträger 200 von den jeweiligen zugeordneten Transportträgern 400 abzuheben bzw. umgekehrt sie darauf abzulegen.
Die Figuren 7A-C zeigen eine Abfolge 700 von Stellungen der Laminierpresse 106 während der Lamination. Fig. 7A zeigt in Ansicht (a) eine Ausgangsstellung des Laminiervorgangs. Die Laminierpresse 106 weist als Laminierwerkzeuge ein Oberwerkzeug 702 sowie ein Unterwerkzeug 704 auf. Der Werkstückträger 200 mit dem darauf mittels der Klemmen 208 fixierten Schichtstapel 204 ist hierbei auf dem Unterwerkzeug 704 gelagert. Das Oberwerkzeug 702 ist, zumindest in Teilen, gegenüber dem Unterwerkzeug beweglich angeordnet, um in einer Pressstellung den Schichtenstapel 204 nebst Werkstückträger 200 auf das Unterwerkzeug 704 pressen zu können. Das Oberwerkzeug 702 und/oder das Unterwerkzeug 704 können zudem beheizbar sein und eines der Laminierwerkzeuge oder beide können federnd gelagert sein (nicht dargestellt), insbesondere um eine Begrenzung des maximalen Anpressdrucks zu erreichen.
Das Oberwerkzeug 702 weist einen Pressenstößel 714 zum Beaufschlagen des Schichtenstapels 204 mit Druck auf, wenn der Pressenstößel 714, wie nachfolgend noch beschrieben werden wird, gegen den Schichtenstapels 204 bewegt wird. In der Ausgangsstellung gemäß Ansicht (a) steht das Oberwerkzeug jedoch noch weder mit dem Werkstückträger 200 noch mit dem darauf gelagerten Schichtenstapels 204 in Berührungskontakt.
Des Weiteren weist das Oberwerkzeug 702 einen oder mehrere jeweils über eine Niederhalterfeder (z.B. Spiralfeder, Blattfederelement, Gasfeder, oder Pneumatikzylinder) federnd gelagerten Niederhalter 706 sowie je Klemme 208 des Werkstückträgers 200 einen jeweils über eine Klammeröffnerfeder 712 (z.B. Spiralfeder) federnd gelagerten Klammeröffner 710 auf.
Ansicht (b) in Fig. 7A zeigt eine nachfolgende Stellung, in der die Laminierpresse 106, genauer das Oberwerkzeug 702, die Ausgangsstellung verlassen und sich in Richtung des Unterwerkzeugs 704 bewegt hat, sodass die Niederhalter 706 gerade in Kontakt mit dem Schichtenstapel 204 getreten sind. Die Klammeröffner 710 haben dagegen noch keinen Kontakt mit dem Werkstückträger 200.
Ansicht (c) in Fig. 7B zeigt eine weiter nachfolgende Stellung, in der sich das Oberwerkzeug 702 noch weiter in Richtung des Unterwerkzeugs 704 bewegt hat, sodass die Niederhalter 706 nun den Schichtenstapel 204 mit einer Druckkraft beaufschlagen und damit zusätzlich am Werkstückträger 200 fixieren. Die Klammeröffner 710 sind zudem gerade in Kontakt mit den jeweils zugeordneten Klemmen 208 des Werkstückträger 200, genauer mit deren Walzen 310, getreten. Die Klemmen 208 sind jedoch noch geschlossen und tragen somit noch zur Fixierung des Schichtenstapels 204 auf dem Werkstückträger 200 bei. Ansicht (d) in Fig. 7B zeigt eine noch weiter nachfolgende Stellung, in der sich das Oberwerkzeug 702 noch weiter in Richtung des Unterwerkzeugs 704 bewegt hat, sodass die Niederhalter 706 weiterhin den Schichtenstapel 204 mit einer Druckkraft beaufschlagen und damit den Werkstückträger 200 fixieren. Jeder der Klammeröffner 710 drückt nun auf die Walze 310 der ihm jeweils zugeordnete Klemme 208 und übt dabei ein der Federwirkung der Feder 308 entgegenwirkendes und demgegenüber stärkeres Drehmoment auf den Klammerhebel 304 der Klemme 308 aus, sodass diese sich öffnet und ihre Klemmwirkung auf den Schichtenstapel aufgehoben wird. Die Aufgabe der Fixierung des Schichtenstapels 204 auf dem Werkstückträger 200 ist somit unterbrechungsfrei von den Klemmen 308 auf die Niederhalter 706 übergegangen.
Ansicht (e) in Fig. 7C zeigt eine noch weiter nachfolgende Stellung, in der sich das Oberwerkzeug 702 noch weiter in Richtung des Unterwerkzeugs 704 bewegt hat, sodass gegenüber der Stellung aus Ansicht (d) die Klammerhebel 304 der Klemmen 308 durch die Druckwirkung der Klammeröffner 710 noch weiter aufgeschwenkt sind und den Weg für den Pressenstößel 714 zum Schichtenstapel 204, dessen Fixierung weiterhin durch die Niederhalter 706 erfolgt, ganz frei machen.
Ansicht (f) in Fig. 7C zeigt schließlich eine noch weiter nachfolgende Stellung, in der sich das Oberwerkzeug 702 noch weiter in Richtung des Unterwerkzeugs 704 bewegt hat, sodass der Pressenstößel 714 auf dem Schichtenstapel 204 aufgesetzt hat und diesen gegen den vom Unterwerkzeug 704 gehaltenen Werkstückträger presst, um den Schichtenstapel 204 unter Druck und ggf. Wärmezufuhr aus den beheizbaren Laminierwerkzeugen 702 und/oder 704 zum Laminat zusammenfügt. Die Niederhalter 706 und die Klammeröffner 710 sind nun stark eingefedert. Vorzugsweise ist die den Schichtenstapel 204 berührende Fläche des Pressenstößels 714 so dimensioniert, dass sie die ihr zugewandte Oberfläche des Schichtenstapels 204 vollständig abdeckt oder überlappt..
Anschließend kann die Laminierpresse durch hochfahren des Oberwerkzeugs 702 geöffnet und der Werkstückträger 200 nebst dem von ihm getragenen und nunmehr zum Laminat umgewandelten ehemaligen Schichtenstapel 204 heraustransportiert und entlang der Fertigungstrecke weiter prozessiert werden. Das Heraustransportieren kann insbesondere anhand der Greifeinrichtung 604 (vgl. Figuren 6B und 6c) erfolgen. Dabei kann insbesondere auch der gegenseitige Abstand 602 der Werkstückträger untereinander vor, während oder nach dem Erreichen der nachfolgenden Verarbeitungsstation (Kühleinrichtung 108) wieder variiert, insbesondere verringert werden. Das ursprüngliche Beladen des Werkstückträgers 200 an der Stapeleinrichtung 102 kann im Hinblick auf die Betätigung der Klemmen 308 auf vergleichbare Weise erfolgen. Das bedeutet, dass auch die Stapeleinrichtung 102 Klammeröffner gleicher oder anderer Bauart wie die Klammeröffner 710 aufweist, um die Klemmen 308 zunächst durch Ausüben von Druck auf die jeweiligen Walzen 310 zumindest so weit zu öffnen und dabei in eine entsprechende Beladestellung zu bringen, dass der Schichtenstapel 204 ohne Behinderung durch die Klemmen 308 auf der Auflagefläche des Werkstückträgers aufgebracht werden kann. Die Beladestellung kann insbesondere der in Ansicht (f) in Fig. 7C dargestellten Stellung der Klemmen 308 entsprechen.
BEZUGSZEICHENLISTE
100 Laminiervorrichtung.
102 Stapeleinrichtung
104 Vorheizungseinrichtung
106 Laminierpresse
108 Kühleinrichtung
110 Schweißeinrichtung
112 ggf. weitere Verarbeitungseinrichtungen für das Laminat, z.B.
Ausgabeeinrichtung für das hergestellte Laminat oder Laminatstapler
114 Transportweg (Hinweg) des Werkstückträgers
116 Transportweg (Hinweg) des Transportträgers
118 gemeinsamer Rücktransportweg (Rückweg) für Werkstückträger und
Transportträger
120 obere Ebene
122 mittlere Ebene
124 untere Ebene
126 Heizkörper
128 erster (unterer) Kühlkörper
130 zweiter (oberer) Kühlkörper
200, 200a-d Werkstückträger, mit Schichtenstapel oder bereits hergestelltem Laminat beladen
202 Grundplatte des Werkstückträgers
204 Schichtenstapel oder bereits hergestelltes Laminat
206a elektrische Anschlussfahnen für Pluspol des Schichtenstapels/Laminats
206b elektrische Anschlussfahnen für Minuspol des Schichtenstapels/Laminats
208 Klemme mit gefederter Klammer
210 Greiferpin
300 Verschiedene Ansichten der Klemme 208
302 Basisteil
304 Klammerhebel
306 Schwenkachse des Klammerhebels 304
308 Feder
310 Walze
312 Klemmstück
314 Federträger
316 Sicherungsscheibe
400 Transportträger 402 T rägerplatte
404 Aussparung in Trägerplatte (Vertiefung oder durchgängige Öffnung)
406 Anschlagstück zur Ausrichtung eines Werkstückträgers auf dem
Transportträger 500 Vorheizungsanordnung
502 Induktionsheizung, insbesondere Flächeninduktionsheizung
504 Tragestruktur für Induktionsheizung
600 Anordnung mehrerer Werkstückträger zur Parallelprozessierung
602 gegenseitiger Abstand benachbarter Werkstückträger 700 Abfolge von Stellungen der Laminierpresse beim Laminieren
702 Oberwerkzeug
704 Unterwerkzeug
706 Niederhalter
708 Niederhalterfeder 710 Klammeröffner
712 Klammeröffnerfeder
714 Pressenstößel

Claims

ANSPRÜCHE
1. Laminiervorrichtung (100) zum Laminieren eines elektrochemischen Schichtenstapels (204), wobei die Laminiervorrichtung (100) aufweist: einen beweglichen ersten Werkstückträger (200; 200a) (200) zum Tragen eines Schichtenstapels (204) aus einzelnen schichtförmig aufeinander gestapelten Substraten; eine Vorheizungseinrichtung (104) zum Beheizen des ersten Werkstückträgers (200; 200a), wenn dieser mit dem Schichtenstapel (204) beladen ist; und eine Laminierpresse (106) zum Beaufschlagen des vom ersten Werkstückträger (200; 200a) (200) getragenen Schichtenstapels (204) mit Druck derart, dass der Schichtenstapel (204) dabei mittels der Laminierpresse (106) gegen den ersten Werkstückträger (200; 200a) (200) gepresst wird, um die Substrate des Schichtenstapels (204) zu einem Laminat zu verbinden; wobei die Laminiervorrichtung (100) konfiguriert ist: den ersten Werkstückträger (200; 200a), wenn er mit dem Schichtenstapel (204) beladen ist, der Vorheizungseinrichtung (104) zuzuführen, um mit dieser den ersten Werkstückträger (200; 200a) (200) zu beheizen; und nachfolgend den erwärmten und beladenen ersten Werkstückträger (200;
200a) (200) zum Laminieren des Schichtenstapels (204) der Laminierpresse (106) zuzuführen.
2. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 , wobei: die Vorheizungseinrichtung (104) einen Heizkörper (126) zum Abgeben von Wärme an den ersten Werkstückträger (200; 200a) (200) aufweist; und die Vorheizungseinrichtung (104) konfiguriert ist, den Heizkörper (126) mit dem ersten Werkstückträger (200; 200a) in Wärmekontakt zu bringen, um diesen zu beheizen, wenn sich der erste Werkstückträger (200; 200a), bevor er der Laminierpresse (106) zugeführt wird, in einer Vorheizposition befindet.
3. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, wobei die Vorheizungseinrichtung (104) so ausgebildet ist, dass der Heizkörper (126) zwischen einer Wartestellung und einer Heizstellung beweglich ist, wobei der Heizkörper (126) in der Wartestellung nicht mit dem ersten Werkstückträger (200; 200a) in Wärmekontakt steht.
4. Laminiervorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, des
Weiteren aufweisend eine Transportvorrichtung zum Transport des ersten Werkstückträgers (200; 200a) entlang eines von einer Ausgangsposition ausgehenden definierten Transportwegs (114, 118) durch die
Laminiervorrichtung (100), wobei der Transportweg (114, 118) sich über mehrere voneinander beabstandet übereinanderliegende Ebene (120, 122, 124) erstreckt und die Transportvorrichtung eine Lifteinrichtung zum Transport des ersten Werkstückträgers (200; 200a) zwischen zwei oder mehr der Ebenen (120, 122, 124) aufweist.
5. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Transportvorrichtung konfiguriert ist, den beladenen ersten Werkstückträger (200; 200a) mittels der Lifteinrichtung zwischen einer der übereinanderliegenden Ebenen (120), in welcher der beladende erste Werkstückträger (200; 200a) der Lifteinrichtung zuführbar ist, und einer weiteren der übereinanderliegenden Ebenen (122), in der die Vorheizposition liegt, zu verfahren.
6. Laminiervorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Vorheizungseinrichtung (104) zum Beheizen des ersten Werkstückträgers (200; 200a) eine Induktionsheizung (502) aufweist.
7. Laminiervorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der erste Werkstückträger (200; 200a) bezogen auf einen Wärmeleitungsweg, der zumindest eine Stelle im oder am ersten Werkstückträger (200; 200a), an der ihm mittels der Vorheizung Wärme zuführbar ist, mit zumindest einer Auflagefläche am ersten Werkstückträger (200; 200a) zum Aufnehmen des Schichtenstapels (204) wärmleitend verbindet, eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die mindestens 1W/(m K), insbesondere mindestens 10W/(m K) beträgt.
8. Laminiervorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend eine Kühleinrichtung (108) zum Abführen von Wärme aus dem Laminat nach dessen Herstellung mittels der Laminierpresse (106), wobei die Laminiervorrichtung (100) konfiguriert ist, den ersten Werkstückträger (200; 200a), wenn er mit dem Laminat nach dessen Herstellung beladen ist, der Kühleinrichtung (108) zuzuführen, um dort den ersten Werkstückträger (200; 200a) zu kühlen.
9. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, wobei: die Kühleinrichtung (108) einen ersten Kühlkörper (128) zum Kühlen des ersten Werkstückträgers (200; 200a) aufweist; und die Kühleinrichtung (108) konfiguriert ist, den ersten Kühlkörper (128) mit dem ersten Werkstückträger (200; 200a) in Wärmekontakt zu bringen, um ihn zu kühlen, wenn sich der mit dem Laminat beladene erste Werkstückträger (200; 200a) in einer entlang des Transportpfads stromabwärts der Laminierpresse (106) gelegenen Kühlposition befindet.
10. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, wobei die Kühleinrichtung (108) so ausgebildet ist, dass der erste Kühlkörper (128) zwischen einer Wartestellung und einer Kühlstellung beweglich ist, wobei der erste Kühlkörper (128) in seiner Wartestellung nicht mit dem ersten Werkstückträger (200; 200a) in Wärmekontakt steht, in seiner Kühlstellung dagegen mit dem ersten Werkstückträger (200; 200a) in Wärmekontakt steht, um ihn zu kühlen.
11 . Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Kühleinrichtung (108) des Weiteren einen zweiten Kühlkörper (130) aufweist und die Laminiervorrichtung (100) konfiguriert ist, das Laminat an seiner dem ersten Werkstückträger (200; 200a) gegenüberliegenden Seite mit dem zweiten Kühlkörper (130) in Wärmekontakt zu bringen, um das Laminat zu kühlen.
12. Laminiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11 in Kombination mit Anspruch 4 oder 5, wobei sich die Vorheizposition und die Kühlposition des ersten Werkstückträgers (200; 200a) auf einer seiben der Ebenen (120) befinden.
13. Laminiervorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend eine Stapeleinrichtung (102), die konfiguriert ist, während sich der erste Werkstückträger (200; 200a) an einer Stapelposition befindetden nachfolgend vorzuheizenden und zu laminierenden Schichtenstapel (204) auf dem ersten Werkstückträger (200; 200a) aufzubringen oder durch Aufeinanderstapeln seiner Schichten herzustellen.
14. Laminiervorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend eine Schweißeinrichtung (110), die konfiguriert ist, während sich der erste Werkstückträger (200; 200a) an einer Schweißposition befindet, Ableiterkontakte (206a, 106b) gleichpoliger Elektroden des Laminats miteinander zu verschweißen.
15. Laminiervorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend einen beweglichen Transportträger (400) zum Tragen des ersten Werkstückträgers (200; 200a); wobei die Laminiervorrichtung (100) konfiguriert ist, während der Verarbeitung des Schichtenstapels (204) den ersten Werkstückträger (200; 200a) streckenweise von dem Transportträger (400) getragen durch die Laminiervorrichtung (100) zu bewegen, den mit dem Schichtenstapel (204) beladenen ersten Werkstückträger (200; 200a) aber ohne den Transportträger (400) der Laminierpresse (106) zum Herstellen des Laminats zuzuführen.
16. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 15, wobei die Laminiervorrichtung (100) des Weiteren konfiguriert ist, den ersten Werkstückträger (200; 200a) streckenweise vor und/oder nach dem Herstellen des Laminats durch die Laminierpresse (106) von dem Transportträger (400) getragen durch die Laminiervorrichtung (100) zu bewegen.
17. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 15 oder 16 in Kombination mit Anspruch 4 oder 5, wobei sich zumindest eine der Strecken, entlang welcher der erste Werkstückträger (200; 200a) entlang des Transportwegs (114, 118) streckenweise von dem Transportträger (400) getragen durch die Laminiervorrichtung (100) bewegbar ist, auf einer anderen Ebene (120) befindet als eine Laminierposition, in der sich der erste Werkstückträger (200; 200a) befindet, wenn mittels der Laminierpresse (106) das Laminat hergestellt wird.
18. Laminiervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17 in Kombination mit Anspruch 4 oder 5, wobei die Laminiervorrichtung (100) des Weiteren konfiguriert ist, nach einem Entfernen des von der Laminiervorrichtung (100) fertig prozessierten Laminats von dem ersten Werkstückträger (200; 200a) den Transportträger (400) zusammen mit dem von ihm getragenen und nunmehr leeren ersten Werkstückträger (200; 200a) entlang einer Rückführungsstrecke zur Ausgangsposition zurückzuführen.
19. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 9 in Kombination mit einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Transportträger (400) den ersten Kühlkörper (128) aufweist.
20. Laminiervorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der erste Werkstückträger (200; 200a) eine aktivierbare und deaktivierbare Klemmeinrichtung (208) aufweist, mittels der der Schichtenstapel (204) an dem ersten Werkstückträger (200; 200a) mittels Klemmung fixierbar ist.
21. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 20, wobei die Laminiervorrichtung (100) konfiguriert ist, den vom ersten Werkstückträger (200; 200a) getragenen Schichtenstapel (204) nach dessen Herstellung und vor dessen Transport durch die Laminiervorrichtung (100) durch Aktivieren der Klemmeinrichtung (208) fortwährend mittels Klemmung zumindest so lange durchgängig zu fixieren, bis entweder die gesamte Verarbeitung des Schichtenstapels (204) bis hin zum fertigen Laminat durch die Laminiervorrichtung (100) abgeschlossen ist oder bis im Rahmen der Herstellung des Laminats in der Laminierpresse (106) die einzelnen Substrate des Schichtenstapels (204) von der Laminierpresse (106) und/oder durch ihre Verbindung zum Laminat gegen ein Verrutschen anderweitig gesichert sind, bevor die Klemmeinrichtung (208) zum Freigeben des Laminats deaktiviert wird.
22. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 20, wobei die Laminierpresse (106) eine Niederhaltereinrichtung aufweist, und konfiguriert ist, den Schichtenstapel (204) ab einem Zeitpunkt vor oder während der Herstellung des Laminats durch die Laminierpresse (106) mittels eines zumindest stellenweisen Anpressens des Schichtenstapels (204) mittels der Niederhaltereinrichtung gegen den ersten Werkstückträger (200; 200a) gegen das Verrutschen zu sichern.
23. Laminiervorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Laminiervorrichtung (100) zusätzlich zu dem ersten Werkstückträger (200; 200a) noch eine Anzahl N weiterer, insbesondere baugleicher, Werkstückträger (200b,...,200d) aufweist, die jeweils zur Aufnahme jeweils eines Schichtenstapels (204) konfiguriert sind. Hierbei ist N eine natürliche Zahl und die Laminiervorrichtung (100) ist konfiguriert, jeden der N+1 Werkstückträger (200a,...,200d) einschließlich des durch ihn jeweils zu tragenden Schichtenstapels (204) auf gleiche Weise zur Herstellung eines jeweiligen Laminates aus dem jeweiligen Schichtenstapel (204) zu prozessieren.
24. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 23, wobei die Laminiervorrichtung (100) konfiguriert ist, eine Mehrzahl von jeweils auf einem zugeordneten der Werkstückträger (200a,..., 200d) zu prozessierenden Schichtenstapeln (204) im Rahmen einer Parallelprozessierung zu verarbeiten, um aus jedem der Schichtenstapel (204) ein entsprechendes Laminat herzustellen.
25. Laminiervorrichtung (100) gemäß Anspruch 24, wobei die Laminiervorrichtung (100) konfiguriert ist, im Rahmen der Parallelprozessierung die parallel zu prozessierenden Werkstückträger (200a,..., 200d) in einer vorbestimmten relativen Anordnung (600) zueinander zu halten, wobei jedoch der gegenseitige Abstand zwischen den in der Anordnung (600) jeweils benachbarten Werkstückträgern (200a,..., 200d) derart variierbar ist bzw. wird, dass dieser Abstand je Werkstückträgerpaar während des Laminierens größer ist als während zumindest einer der Laminierpresse (106) im vorgelagerten oder nachgelagerten gemeinsamen Transportstrecke der Werkstückträger (200a,...,200d).
26. Verfahren zum Laminieren eines elektrochemischen Schichtenstapels (204), wobei das Verfahren aufweist:
Bereitstellen eines Schichtenstapels (204) aus durch das Laminieren zu einem Laminat zu verbindenden, schichtförmig aufeinander gestapelten Substraten auf einem beweglichen ersten Werkstückträger (200; 200a) zum Tragen des Schichtenstapels (204);
Beheizen des mit dem Schichtenstapel (204) beladenen ersten Werkstückträgers (200; 200a); und dem Beheizen nachfolgendes Beaufschlagen des vom ersten Werkstückträger (200; 200a) getragenen Schichtenstapels (204) mit Druck derart, dass der Schichtenstapel (204) dabei mittels der Laminierpresse (106) gegen den ersten Werkstückträger (200; 200a) gepresst wird, um die Substrate des Schichtenstapels (204) zu einem Laminat zu verbinden.
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KR20120070580A (ko) * 2009-09-10 2012-06-29 기타가와 세이키 가부시키가이샤 큐어 처리 장치 및 라미네이트 가공 시스템
PL2669079T3 (pl) * 2011-01-27 2016-08-31 Sintokogio Ltd Laminowane urządzenie unieruchamiające, system do wytwarzania laminowanego zestawu i sposób wytwarzania laminowanego zestawu
DE102017112509A1 (de) * 2017-06-07 2018-12-13 Bundesdruckerei Gmbh Verfahren und Laminiervorrichtung zum Laminieren eines aus mehreren Substratschichten bestehenden Stapels zu einem Verbundkörper
DE102018119179A1 (de) * 2018-08-07 2020-02-13 Bundesdruckerei Gmbh Verfahren und Laminiervorrichtung zum Laminieren eines aus mehreren Substratschichten bestehenden Stapels zu einem Verbundkörper
KR102506335B1 (ko) * 2021-02-05 2023-03-06 (주)피엔티 전고체 이차전지 제조 장치 및 전고체 이차전지 제조 방법

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