WO2022199885A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines elektrodenstapels - Google Patents

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WO2022199885A1
WO2022199885A1 PCT/EP2022/025088 EP2022025088W WO2022199885A1 WO 2022199885 A1 WO2022199885 A1 WO 2022199885A1 EP 2022025088 W EP2022025088 W EP 2022025088W WO 2022199885 A1 WO2022199885 A1 WO 2022199885A1
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stacker wheel
electrode
stack
wheel
fingers
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PCT/EP2022/025088
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Markus Sperl
Wolfgang KÖNIGER
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Giesecke+Devrient Currency Technology Gmbh
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    • B65H2801/72—Fuel cell manufacture

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing an electrode stack with flat electrodes.
  • flat electrodes are usually stacked to produce electrochemical energy stores, such as lithium-ion batteries, or energy converters, such as fuel cells. Electrodes are stacked in particular in the manufacture of pouch cells, a widespread type of lithium-ion battery.
  • the smallest unit of a lithium-ion cell usually consists of two electrodes and a separator that separates the electrodes from one another. In between is the ion-conductive electrolyte later after filling.
  • the step of stacking during production represents a bottle neck for the production throughput.
  • Known methods for stacking the electrodes are placed on a gripper arm of a robot, which picking up and placing the electrode. According to current knowledge, however, no significant increase in speed is to be expected here.
  • WO 2020/212316 A1 describes a method for producing an electrode stack consisting of anodes and cathodes for a lithium-ion battery of an electrically powered motor vehicle, in which the anodes and the cathodes are conveyed into receptacles of a rotary-driven stacker wheel the anodes and cathodes received in the receptacles are conveyed to a stacking compartment by means of a rotation of the stacking wheel.
  • the disadvantage here is that the position of the deposited electrodes is imprecise.
  • the object of the invention is to specify a method and a stacking device which make it possible to produce an electrode stack with improved alignment of the electrodes.
  • an electrode stack with flat electrodes in particular an electrochemical energy store or energy converter, is produced.
  • the following steps are carried out:
  • the device according to the invention for producing the electrode stack has at least one stacker wheel which can be rotated about a stacker wheel axis and has a plurality of stacker wheel fingers distributed over the circumference of the stacker wheel, between which a compartment for receiving an electrode is formed.
  • the device has a stripper which is designed to strip the electrodes accommodated in the compartments of the stacker wheel from the respective compartment when the stacker wheel rotates about its axis, the electrodes be placed on an electrode stack by stripping.
  • the device according to the invention may also have a stack receptacle, which is designed to receive the electrode stack.
  • Electrode stacks are rotated about an axis in the same direction of rotation as the stacker wheel.
  • the elastically deformable fingers are present in the area of the stacker wheel, either in the stacker wheel or under the stacker wheel, in the latter case in particular on the side of the stripper facing away from the deposited electrode stack or on the side of the rear wall of the stack receptacle facing away from the deposited electrode stack.
  • the respective elastically deformable finger is arranged and designed in such a way and is rotated about the axis in such a way that when the respective electrode is pulled out of the stacker wheel and/or when the respective electrode is placed on the electrode stack, it comes into engagement with the respective electrode in order to move the respective To pull the electrode in the direction of the stripper and/or in the direction of the rear wall of the stack holder.
  • the elastically deformable fingers are arranged in such a way that, before the electrodes are stripped out, they do not touch the electrodes accommodated in the stacker wheel or are not in contact with one of the electrodes. Only when the electrodes are stripped off and/or when the electrodes are placed on the electrode stack do the elastically deformable fingers engage with the electrodes.
  • the interaction between the respective elastically deformable fin ger and the surface of the respective electrode exerts a force on the respective electrode, by which the respective electrode is pulled in the direction of the stripper or in the direction of the rear wall.
  • the action of the finger on the electrode to be stripped can be frictional or form-fitting (eg hooking the finger or a thickening of the finger on the rear edge of the electrode).
  • the elastically deformable fingers are designed in particular as elastomer fingers.
  • at each azimuthal position there are at least two elastically deformable fingers running parallel to one another, which are rotatable about the (common) axis and which are spaced apart from one another in the axial direction along this axis, preferably by at least 10 cm. This avoids torque on the electrodes during alignment and achieves a straight alignment of the electrodes.
  • the device can have the at least one forklift wheel, the forklift wheel fingers being distributed over the circumference of which, the forklift wheel fingers each being formed at the radially outer end of the forklift wheel, and having at least one finger wheel, preferably at least two finger wheels, at the radially outer end of which the elastic deformable fingers are formed.
  • the at least one finger wheel can be rotatable about the stacker wheel axis, with the stacker wheel and the finger wheel preferably being mechanically coupled in such a way (eg attached to a common shaft) that they can be rotated synchronously with one another about the stacker wheel axis.
  • the at least one finger wheel can also be rotatable about another axis, which is arranged in particular on the side of the stripper or the rear wall of the stack receptacle facing away from the deposited electrode stack.
  • the elastically deformable fingers are rotatable about an axis that differs from the axis of the forklift wheel, which is under the forklift wheel, is arranged on the side of the rear wall of the stack receptacle facing away from the deposited electrode stack.
  • the elastically deformable fingers grip like a rake in the rear wall of the stack receptacle, which is provided with corresponding recesses.
  • the axis can also be arranged further up, on the side of the stripper facing away from the deposited electrode stack, and the elastically deformable fingers can grip it like a rake.
  • the respective elastically deformable finger comes into engagement with the respective electrode in order to move the respective electrode in the direction of the Ausstreifers and / o- to pull towards the rear wall.
  • the elastically deformable fingers are rotated about their axis during operation of the device, for example synchronously with the forklift wheel or at a higher frequency than the forklift wheel.
  • the elastically deformable fingers can be parts of the above-mentioned finger wheel.
  • the elastically deformable fingers can be rotated about the forklift wheel axis of the forklift wheel.
  • several elastically deformable fingers are distributed over the circumference of the stacker wheel. During operation of the device, these are rotated about the axis of the forklift wheel, preferably synchronously with the forklift wheel.
  • the arrangement of the elastically deformable fingers in the forklift wheel ensures that the force for aligning the electrodes already acts on the electrodes during stripping, ie at an early stage. This means that subsequent alignment of the electrode stack can be dispensed with.
  • the action of the elastically deformable fingers on the electrodes takes place over a relatively long period of time.
  • the rear wall of the stack receptacle is preferably arranged under the stacker wheel at such a small distance from the stacker wheel that the elastically deformable fingers not only align with the scraper, but also align with the rear wall of the stack receptacle.
  • the elastically deformable fingers are arranged in the radially outer area of the forklift wheel. In the azimuthal direction of the forklift wheel, they are offset in particular from the electrodes accommodated in the compartments of the forklift wheel in such a way that the respective finger is not in contact with one of the electrodes before the electrodes are stripped out.
  • the elastically deformable fingers Only by stripping the electrodes are the elastically deformable fingers, starting from their extended initial position, elastically deflected, in particular due to the positional displacement of the electrodes relative to the forklift wheel and/or due to the electrodes hitting the electrode stack during stripping.
  • the elastically deformable fingers are arranged offset axially with respect to the axis of rotation of the stacker wheel relative to the stacker wheel fingers.
  • the elastically deformable fingers are arranged at a position of the stacker wheel radially forward of the outer end of the stacker wheel fingers, with the elastically deformable fingers extending beyond the radially outer end of the stacker wheel fingers.
  • At least two elastically deformable fingers are preferably present at the respective azimuthal position of the stacker wheel, which (viewed along the axis of rotation of the stacker wheel) are axially spaced from one another, preferably by at least 10 cm, and in particular run parallel to one another.
  • the elastically deformable fingers can be attached to the forklift wheel body on which the forklift wheel fingers lie.
  • the stacking device can also at least one stacker wheel and--arranged coaxially thereto--have at least one finger wheel which can be rotated about the stacker wheel axis and has the elastically deformable fingers at its radially outer end.
  • the respective finger wheel can be rotated synchronously with the stacker wheel. If it is attached to a different shaft, it could also be rotated with a different frequency and/or phase than the forklift wheel.
  • the compartments of the forklift wheel are each delimited by two forklift wheel fingers and run from the outside to the inside of the forklift wheel.
  • the stacker wheel fingers can be designed so that the pockets are arcuate, e.g., spiral, or have a straight shape, e.g., slot-like.
  • the device preferably has two or more similar stacker wheels on the same axis of rotation, which are axially offset from one another and, for example, rotate synchronously with one another.
  • the scraper can be in one piece or in several pieces, e.g. engage like a rake between the forklift wheels so that it meshes with the forklift wheel(s).
  • the stripper may be stationary or moveable relative to the stacker wheel (e.g. moveable over a limited azimuthal angle section). For example, the grazing edge of the scraper runs at an angle of at least 60°, in particular about 90°, to the stack receiving base.
  • the rear wall of the stacker, on which the front edges of the electrodes are aligned, and the stripper can be formed by the same mechanical part, the upper part of which forms the stripper and the lower part of which forms the rear wall of the stacker.
  • the rear wall of the stacking device can also be a mechanical part that is designed separately from the stripper and that is arranged under the stacker wheel as an extension to the stripper. It can also run at a different angle to the electrodes of the electrode stack than the stripper.
  • the respective elastically deformable finger comes into engagement, in particular, with an upper side of one of the electrodes to be stripped and/or with an underside of one (another) of the electrodes that are currently being stripped, in order to to pull the respective electrode in the direction of the stripper and/or in the direction of the rear wall of the stack receptacle.
  • Each respective elastically deformable finger in particular its upper side, comes into contact with the underside (facing the electrode stack) of that particular electrode when stripped, which is located azimuthally after the respective finger in the direction of rotation of the stacker wheel.
  • This elastically deformable finger (located under the electrode to be detected) is deflected elastically upwards from its extended starting position by the opposing force of the preceding electrode just hitting the electrode stack, so that the elastically deformable finger engages with the underside of the electrode to be detected.
  • the respective elastically deformable finger (in particular its underside) comes into contact with the upper side (facing away from the electrode stack) of that electrode which is located azimuthally in front of the respective finger, viewed in the direction of rotation of the stacker wheel.
  • the electrode stack preferably rests on a stack receiving base of a stack receptacle, which is arranged at an angle relative to the horizontal, in particular is arranged at an angle such that the force of gravity of the electrodes placed on the stack receptacle base has a force component which is directed in the direction of the rear wall of the stack receptacle, at which the front edges of the electrodes of the electrode stack are aligned.
  • the skew helps align the front edges with the back wall.
  • the stacking tray is preferably inclined at an angle of at least 20° relative to the horizontal.
  • the stack receiving base on which the electrode stack is placed can vibrate or be connected to a vibration device which is designed to cause the stack receiving base to vibrate, with the vibration preferably occurring at a frequency of at least 10 Hz, in particular in one direction vertical and/or horizontal to the electrode stack.
  • the elastically deformable fingers can taper off thinly at their radially outer end (similar to the forklift wheel fingers), so that their cross section decreases monotonically in the radial direction from the inside to the outside. This ensures that the electrodes are treated gently.
  • the elastically deformable fingers can have a thickening at their radially outer end, which is designed to come into contact with the respective electrode to be stripped when being stripped.
  • the thickening increases the local mechanical pressure on the electrode.
  • the thickening ensures that the respective elastically deformable finger acts more strongly on the electrode and the force for pulling the electrodes along with the rotating finger onto the stop is increased.
  • the thickening extends in the azimuthal direction both along the direction of rotation of the forklift wheel and opposite to the direction of rotation of the forklift wheel.
  • the bulge may be cylindrical or spherical. The selection of the shape and size of the thickening allows adjustment of the pull-in force acting on the electrodes and their exposure time.
  • the invention also relates to a device for transporting and depositing the electrodes, which has the device according to the invention for producing an electrode stack and at least one transport device for transporting electrodes one after the other to the stacker wheel of the device and for introducing one of the electrodes into one of the compartments cher of the forklift wheel, and possibly a stack receiving floor, which is so under the Stacker wheel is arranged and designed so that the electrodes stripped out of the stacker wheel can be placed on the stack receiving base.
  • Two or more than two transport devices per stacking device can also be used, which are connected to the stacking wheel of the stacking device at different angular positions, e.g.
  • Fig. 2 embodiment of a forklift wheel body with integrated elastomer fingers
  • Fig. 4-5 embodiment with fingers thickened at their radial end with the thickening in the azimuthal direction along (Fig. 4) or opposite (Fig. 5) to the direction of rotation of the stacker wheel,
  • Electrodes 1a-e show an exemplary embodiment of a device for transporting and depositing electrodes with a stacking device which is designed to produce an electrode stack which contains flat electrodes (and possibly other elements).
  • the electrodes are e.g. cathodes, based e.g. on aluminum foil, and/or anodes, based e.g. on copper foil, or a combination of both.
  • anode, separator, cathode, separator, etc. can be stacked in a repeating cycle.
  • the electrodes are transported individually one after the other to the stacking device by means of a transport device 20 .
  • the transport device can be formed by belts running around rollers, between which the electrodes are guided. Alternatively, pairs of rollers can also be used to transport the electrodes, between which the electrode elements are guided, see FIGS.
  • the stacking device has at least one stacker wheel axis A rotierba res stacker wheel 10, which has a plurality of stacker wheel fingers 11 distributed over the circumference of the stacker wheel, between which a compartment for receiving an electrode is formed.
  • the stacker wheel 10 has a stacker wheel body 14 that can be rotated in a disk-like manner about the stacker wheel axis, and the stacker wheel fingers 11 are distributed over the circumference of which, the stacker wheel fingers are each formed at the radial outer end of the stacker wheel body 14 and are attached to the stacker wheel body 14.
  • at least two Gleichar term forklift wheels 10 are mounted on a common axle shaft along the axis A are arranged axially offset from one another.
  • the stacker wheel fingers 11 and compartments run spirally around the axis of rotation A, but alternatively they can also be straight, for example radial, and possibly have a larger compartment width than shown, so that the electrodes are not bent too much by the shape of the compartment will.
  • the stacker wheel fingers are shown relatively thin in the figures, but they can also have a significantly greater azimuthal width.
  • the forklift wheel in addition to the forklift wheel fingers 11—has several elastically deformable fingers 12, which are designed, for example, as elastomer fingers.
  • the fingers are designed so elastic and soft that they do not cause any damage to the electrodes when sliding along them.
  • the elastomeric fingers 12 are attached to the radially outer end of the stacker wheel body 14, axially offset from the stacker wheel fingers 11, and rotate synchronously with the stacker wheel about the stacker wheel axis A.
  • Elastomer fingers 12 come when the respective electrode is stripped from the stacker wheel into engagement with the electrode to be stripped in each case in order to pull the electrode in the direction of the stripper 15 . This ensures that the front edge of the respective electrode is aligned with stripper 15 . Any rebound of the electrodes from the stripper 15 is prevented by the tensile force of the elastomer fingers 12.
  • Fig. La shows the time before the first electrodes for a new electrode stack on a stacker shelf 30 are stored.
  • three electrodes 1, 2, 3 are shown as an example, which are being placed on an electrode stack that has already started. Due to the rotation of the stacker wheel about its axis A, the electrodes accommodated in the compartments are transported in the direction of rotation R (cf. FIG deposits the electrode stack, which rests on the stack pick-up meboden 30 of a stack pick-up.
  • stripper 15 is the rear wall 25 of the stack receptacle against which the leading edges of the electrodes of the electrode stack remain aligned. The back wall 25 begins at the top edge of the completed electrode stack.
  • the stripper 15 and the rear wall 25 are preferably formed by different sections of the same mechanical part, but can also be formed by different mechanical parts arranged in extension of each other, e.g .
  • the rear wall 25 of the stack receptacle is preferably arranged under the stacker wheel 10 at such a small distance from the stacker wheel 10 that the elastomer fingers 12 can also be used to align the electrodes on the rear wall 25 of the stack receptacle. This can prevent the front edges of the electrodes from moving away from the rear wall 25 on the way from the stripper 15 to the rear wall 25 when the electrodes are laid down.
  • the electrode 1 has already been placed further, but is still pulled by the two above-mentioned elastomer fingers 12 in the direction of strip 15.
  • the electrode 2 has just hit the stripper 15 and is shot out of its compartment as a result. ben.
  • the elastomer finger 12 located under the electrode 2 is elastically deflected upwards from its stretched initial position by the opposing force of the electrode 1 just hitting the electrode stack, so that the thickened portion 13 of this elastomer finger 12 comes into engagement with the underside of the electrode 2 , which is thereby drawn in the direction of the stripper 15.
  • the electrode 1 has already been placed on the electrode stack, but is still being pulled in the direction of the stripper 15 by the elastomer finger 12 located above.
  • the elastomer finger 12 which was still under the electrode 1 at the time in FIG.
  • the elastomer finger 12 located above the electrode 2 engages with the thickening 13 of the electrode 2 and exerts a frictional force from above onto the electrode 2 as a result of its movement.
  • the electrode 2 is then pulled in the direction of the stripper 15 both by the elastomer finger 12 located above and by the one located below the electrode 2 .
  • the electrode 3 has just hit the stripper 15 and thereby pushed something out of its compartment.
  • the elastomer finger 12 located under the electrode 3 is elastically deflected upwards by the opposing force of the electrode 2 just hitting the electrode stack, so that the thickened portion 13 of this elastomer finger 12 engages with the underside of the electrode 3, which is thereby pushed in the direction of the scraper 15 is drawn.
  • the electrode 2 is pulled in the direction of the stripper 15 both by the elastomer finger located above and by the one located below the electrode 2 . In this way, the electrodes 1 , 2 , 3 are placed one after the other on the electrode stack that rests on the stack receiving base 30 .
  • the bottom 30 for receiving the stack can be stationary provided the electrode stack to be produced is not too high.
  • the stack receiving base 30 can also be moved downwards during the formation of the stack in order to produce a higher stack or to avoid the electrodes falling too far onto an electrode stack to be newly formed on the stack receiving base 30 .
  • the stack receiving base 30 is arranged obliquely relative to the horizontal in such a way that the force of gravity of the electrodes placed on the stack receiving base has a force component which is directed in the direction of the rear wall 25 of the stack receptacle. This ensures that the front edges of the electrodes of the electrode stack remain aligned on the rear wall 25 .
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a forklift wheel body 14 with elastomer fingers 12 integrated in the forklift wheel.
  • two adjacent stacker wheel fingers 11 are formed, which extend pa rallel to one another and are arranged offset from one another axially (along the axis A of the stacker wheel 10).
  • the respective elastically deformable finger 12 is attached to the stacker wheel body 14 or to the stacker wheel fingers 11 in such a way that it lies in the intermediate space that is formed between the respective two adjacent stacker wheel fingers 11 due to the axial offset. This ensures that the elastically deformable finger dips between the two adjacent stacker wheel fingers 11 of the stacker wheel body 14 when it is stripped (at least in its radially inner area).
  • FIG. 3 an embodiment of a stacking device is shown, which has four identical stacker wheels 10 on a common axle shaft.
  • the fingers 11, 11′, 11′′, 11′′′′ of the four forklift wheels 10 are shown in FIG. 3 by way of example.
  • two finger wheels 16 are additionally attached on the same axle shaft.
  • Viewed along the axis A in this example the four stacker wheels 10 are in the space between the two Arranged finger wheels 16, but the order of the wheels can also be different.
  • the stacking device shown has two finger wheels 16 which are arranged coaxially to the stacker wheels 10 and can be rotated about the stacker wheel axis A, the distance between which is at least 10 cm axially.
  • the elastically deformable fingers 12 are formed at the radially outer end of the respective finger wheel 16 .
  • the finger wheels 16 are made entirely of elastomer, for example.
  • the stack receiving base 30 is connected to a vibrating device 18 which can, for example, vibrate the stack receiving base perpendicularly to the stacking direction.
  • FIGS. 4 and 5 show exemplary embodiments in which the elastomer fingers 12 have a thickened area 13 at their radially outer end that is different in shape than in the examples in FIGS. 1-3.
  • the thickening 13 of the elastomer fingers extends only in the azimuthal direction along the direction of rotation R of the forklift wheel. The thickening 13 therefore comes into contact with the strip (facing away from the electrode stack) upper side of that electrode which is viewed in the direction of rotation of the stacker wheel azimuthally in front of the respective elastomer finger 12 when stripping off.
  • the thickening 13 of the elastomer fingers 12 extends opposite to the direction of rotation R of the stacker wheel 10.
  • the thickening 13 therefore comes into engagement with the underside (facing the electrode stack) of the electrode that is in the direction of rotation of the forklift wheel viewed azimuthally after the respective elastomer finger 12 is located. This shortens the exposure time of the elastomer finger 12 to the electrode.
  • the scraper 15 can also have an angled shape, see FIG. 6, or be curved. In this way, the angle between the stripper 15 and the deepening electrodes can be adjusted or an angle between them which is too acute can be avoided.
  • the section of the mechanical part lying below the apex of the angle, which forms the stripper 15 forms the rear wall 25 of the stack receptacle.
  • FIG. 7 an embodiment of a stacking device is shown in which three finger wheels 17 are arranged under a stacker wheel 10 on the side of the stripper 15 or the rear wall 25 of the stacking device facing away from the deposited electrode stack.
  • the stacking device shown has three finger wheels 17 rotating about the same axis A*, each with four elastomer fingers 12 which have a thickening 13 at their radial end.
  • the rotating fingers 12 engage with the respective electrode 1, 2, 3 to be stripped and pull it to the left towards the rear wall 25 of the stack shot.
  • an electrode 1 that has just been placed on the electrode stack is pulled from above by an elastomer finger 12 in the direction of the rear wall 25.
  • Fig. 7b, c show how shortly thereafter an electrode 2 that has just been stretched out falls onto the electrode stack and its underside hits an elastomer finger 12, which intercepts the front edge of the electrode 2 falling forth and the elec- trode 2 on its Underside towards the rear wall 25 pulls.
  • the same elastomeric finger 12 continues to pull the underlying electrode 1 (at the top thereof) towards the rear wall 25 with its underside.
  • the front edges of the electrodes 1, 2, 3 are aligned with the rear wall 25 of the stacker receptacle.
  • the tilted stacking receptacle floor 30 of the stacking receptacle could also be arranged less inclined or horizontally.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels mit flächigen Elektroden, mit einem um eine Staplerradachse (A) rotierbaren Staplerrad (10), das über den Umfang des Staplerrads verteilt mehrere Staplerradfinger (11) aufweist, zwischen denen jeweils ein Fach zur Aufnahme einer Elektrode gebildet ist. Darüber hinaus weist die Vorrichtung einen Ausstreifer (15) auf, der dazu ausgebildet ist, die in den Fächern des Staplerrads aufgenommenen Elektroden aus dem jeweiligen Fach auszustreifen, wenn das Staplerrad um seine Staplerradachse rotiert, wobei die Elektroden durch das Ausstreifen auf einen Elektrodenstapel abgelegt werden. Zusätzlich zu den Staplerradfingern sind mehrere elastisch verformbare Finger (12) vorhanden. Diese werden beim Betrieb der Vorrichtung um eine Achse rotiert. Der jeweilige elastisch verformbare Finger kommt beim Ausstreifen und/oder Ablegen der jeweiligen Elektrode in Eingriff mit der jeweiligen Elektrode, um die Vorderkante der Elektrode auszurichten.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Elektrodenstapels
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Elektrodenstapels mit flächigen Elektroden.
Das Stapeln von flächigen Elektroden ist bekannt. So werden flächige Elektroden zur Herstellung von elektrochemischen Energiespeichern, wie Lithium-Ionen- Batterien, oder Energiewandlern, wie Brennstoffzellen, üblicherweise gestapelt. Insbesondere bei der Herstellung von Pouch-Zellen, einer weit verbreiteten Bau form eines Lithium-Ionen- Akkumulators, werden Elektroden gestapelt. Die kleinste Einheit einer Lithium-Ionen-Zelle besteht üblicherweise aus zwei Elekt roden und einem Separator, der die Elektroden voneinander trennt. Dazwischen befindet sich später nach der Befüllung der ionenleitfähige Elektrolyt.
Neben den übrigen Schritten der Herstellung von elektrochemischen Energie speichern oder Brennstoffzellen, wie beispielsweise der Konfektionierung oder der Kontaktierung, stellt der Schritt des Stapelns bei der Herstellung einen Fla schenhals für den Fertigungsdurchsatz dar. Bekannte Verfahren zum Stapeln der Elektrodensetzen auf einen Greifarm eines Roboters, welcher die Elektrode greift und platziert. Nach bisherigem Wissen sind hier jedoch keine deutlichen Ge schwindigkeitserhöhung mehr zu erwarten.
Weitere bekannte Verfahren setzen für die Stapelbildung auf ein rotierendes Staplerad, mit welchem die Elektroden auf einem Elektrodenstapel abgelegt wer den. Die WO 2020/212316 Al beschreibt hierzu ein Verfahren zur Herstellung ei nes Elektrodenstapels aus Anoden und Kathoden für eine Lithium-Ionen-Batterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, bei dem die Anoden und die Ka thoden in Aufnahmen eines rotatorisch angetriebenen Staplerads gefördert wer den, und die in den Aufnahmen aufgenommenen Anoden und Kathoden anhand einer Rotation des Staplerads zu einem Stapelfach gefördert werden. Nachteilig ist dabei, dass die Position der abgelegten Elektroden ungenau ist. Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren bzw. eine Stapelvorrichtung anzuge ben, das/ die es ermöglicht, einen Elektrodenstapel mit verbesserter Ausrichtung der Elektroden herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie eine Stapelvor richtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängi gen Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Elektrodenstapel mit flächigen Elektroden, insbesondere eines elektrochemischen Energiespeichers oder Ener- gieum wandlers hergestellt. Es werden folgende Schritte durchgeführt:
- Einbringen jeweils einer Elektrode in jeweils ein Fach mindestens eines um eine Staplerradachse rotierenden Staplerrads, das über den Umfang des Staplerrads verteilt mehrere Staplerradfinger aufweist, zwischen denen jeweils ein Fach zur Aufnahme einer Elektrode gebildet ist, und
- Ausstreifen der in den Fächern des Staplerrads aufgenommenen Elektroden aus dem jeweiligen Fach des Staplerrads mittels eines Ausstreifers, während das Staplerrad um seine Achse rotiert, wobei die Elektroden durch das Ausstreifen auf einen Elektrodenstapel abgelegt werden, der insbesondere auf einem unter dem Staplerrad angeordneten Stapelaufnahmeboden einer Stapelaufnahme auf liegt bzw. abgelegt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung des Elektrodenstapels weist mindestens ein um eine Staplerradachse rotierbares Staplerrad auf, das über den Umfang des Staplerrads verteilt mehrere Staplerradfinger aufweist, zwischen de nen jeweils ein Fach zur Aufnahme einer Elektrode gebildet ist. Darüber hinaus weist die Vorrichtung einen Ausstreifer auf, der dazu ausgebildet ist, die in den Fächern des Staplerrads aufgenommenen Elektroden aus dem jeweiligen Fach auszustreifen, wenn das Staplerrad um seine Achse rotiert, wobei die Elektroden durch das Ausstreifen auf einen Elektrodenstapel abgelegt werden. Die erfin dungsgemäße Vorrichtung weist ggf. auch eine Stapelaufnahme auf, die zur Auf nahme des Elektrodenstapels ausgebildet ist.
Während die Elektroden ausgestriffen bzw. auf den Elektrodenstapel abgelegt werden, werden die Elektroden, insbesondere deren Vorderkanten, mit Hilfe von elastisch verformbaren Fingern an dem Ausstreifer und/ oder an einer Rückwand der Stapelaufnahme ausgerichtet, wobei die elastisch verformbaren Fingern beim Ablegen der Elektroden auf den Elektrodenstapel, in derselben Rotationsrichtung wie das Staplerrad, um eine Achse rotiert werden.
Die elastisch verformbaren Finger sind im Bereich des Staplerrads vorhanden, entweder im Staplerrad oder unter dem Staplerrad, in letzterem Fall insbeson dere auf der dem abgelegten Elektiodenstapel abgewandten Seite des Ausstrei fers bzw. auf der dem abgelegten Elektiodenstapel abgewandten Seite der Rück wand der Stapelaufnahme. Der jeweilige elastisch verformbare Finger ist derart angeordnet und ausgebildet und wird derart um die Achse rotiert, dass er beim Ausstreifen der jeweiligen Elektrode aus dem Staplerrad und/ oder beim Ablegen der jeweiligen Elektrode auf den Elektrodenstapel in Eingriff mit der jeweiligen Elektrode kommt, um die jeweilige Elektrode in Richtung des Ausstreifers und/ oder in Richtung der Rückwand der Stapelaufnahme zu ziehen. Dadurch wird die Vorderkante der Elektrode an dem Ausstreifer und/ oder an der Rück wand der Stapelaufnahme ausgerichtet. Gegebenenfalls werden dabei zusätzlich auch die Vorderkanten der bereits auf den Stapel abgelegten Elektroden an der Rückwand der Stapelaufnahme ausgerichtet. Die elastisch verformbaren Finger sind derart angeordnet, dass sie vor dem Ausstreifen der Elektroden die in dem Staplerrad aufgenommenen Elektroden nicht berühren bzw. in keinem Eingriff mit einer der Elektroden stehen. Erst beim Ausstreifen der Elektroden und/ oder beim Ablegen der Elektroden auf den Elektiodenstapel kommen die elastisch verformbaren Finger in Eingriff mit den Elektroden. Durch die Wechselwirkung zwischen dem jeweiligen elastisch verformbaren Fin ger und der Oberfläche der jeweiligen Elektrode wird eine Kraft auf die jeweilige Elektrode ausgeübt, durch die die jeweilige Elektrode in Richtung des Ausstrei fers bzw. in Richtung der Rückwand gezogen wird. Die Einwirkung des Fingers auf die jeweils auszustreifende Elektrode kann reibschlüssig sein oder form schlüssig (z.B. Einhaken des Fingers bzw. einer Verdickung des Fingers an der Rückkante der Elektrode). Die elastisch verformbaren Finger sind insbesondere als Elastomerfinger ausgebildet. Vorzugsweise sind an jeder azimutalen Position jeweils mindestens zwei parallel zueinander verlaufende elastisch verformbare Finger vorhanden, die um die (ge meinsame) Achse rotierbar sind und die in axialer Richtung entlang dieser Achse, vorzugsweise um mindestens 10 cm, voneinander beabstandet sind. Damit wird ein Drehmoment auf die Elektroden bei der Ausrichtung vermieden und ein ge- rades Ausrichten der Elektroden erreicht.
Insbesondere kann die Vorrichtung das mindestens eine Staplerrad aufweisen, über dessen Umfang verteilt die Staplerradfinger angeordnet sind, wobei die Staplerradfinger jeweils am radial äußeren Ende des Staplerrads ausgebildet sind, und mindestens ein Fingerrad aufweisen, vorzugsweise mindestens zwei Fingerräder, an dessen radial äußerem Ende die elastisch verformbaren Finger ausgebildet sind. Das mindestens eine Fingerrad kann dabei um die Staplerrad achse rotierbar sein, wobei das Staplerrad und das Fingerrad vorzugsweise der art mechanisch gekoppelt sind (z.B. auf einer gemeinsamen Welle befestigt sind) dass sie synchron zueinander um die Staplerradachse rotierbar sind. Alternativ kann das mindestens eine Fingerrad auch um eine andere Achse rotierbar sein, die insbesondere auf der dem abgelegten Elektrodenstapel abgewandten Seite des Ausstreifers bzw. der Rückwand der Stapelaufnahme angeordnet ist. In einem Ausführungsbeispiel sind die elastisch verformbaren Finger um eine von der Staplerradachse verschiedene Achse rotierbar, die unter dem Staplerrad, auf der dem abgelegten Elektrodenstapel abgewandten Seite der Rückwand der Stapelaufnahme angeordnet ist. Die elastisch verformbaren Finger greifen dabei rechenartig in die mit entsprechenden Aussparungen versehene Rückwand der Stapelaufnahme. Alternativ kann die Achse auch weiter oben, auf der dem abge legten Elektrodenstapel abgewandten Seite des Ausstreifers angeordnet sein und die elastisch verformbaren Finger rechenartig in diesen greifen. Der jeweilige elastisch verformbare Finger kommt - je nach Anordnung - bereits beim Aus streifen der jeweiligen Elektrode aus dem Staplerrad und/ oder erst beim Able gen der jeweiligen Elektrode auf den Elektrodenstapel, in Eingriff mit der jewei ligen Elektrode, um die jeweilige Elektrode in Richtung des Ausstreifers und/ o- der in Richtung der Rückwand zu ziehen. Die elastisch verformbaren Finger wer den beim Betrieb der Vorrichtung um ihre Achse rotiert, z.B. synchron mit dem Staplerrad oder mit höherer Frequenz als das Staplerrad. Insbesondere können die elastisch verformbaren Finger Teile des oben genannten Fingerrads sein.
In anderen Ausführungsbeispielen sind die elastisch verformbaren Finger um die Staplerradachse des Staplerrads rotierbar. Dabei sind - zusätzlich zu den Stapler radfingern - mehrere elastisch verformbare Finger über den Umfang des Stapler rads verteilt. Diese werden beim Betrieb der Vorrichtung, vorzugsweise synchron mit dem Staplerrad, um die Staplerradachse rotiert. Durch die Anordnung der elastisch verformbaren Finger im Staplerrad wird erreicht, dass die Kraft zum Ausrichten der Elektroden bereits während des Ausstreifens, d.h. frühzeitig, auf die Elektroden einwirkt. Damit kann ein nachträgliches Ausrichten des Elektro denstapels verzichtet werden. Die Einwirkung der elastisch verformbaren Finger auf die Elektroden erfolgt dabei über einen relativ langen Zeitraum. Vorzugs weise ist die Rückwand der Stapelaufnahme unter dem Staplerrad in so gerin gem Abstand zum Staplerrad angeordnet, dass mit den elastisch verformbaren Fingern nicht nur ein Ausrichten an dem Ausstreifer, sondern auch ein Ausrich ten an der Rückwand der Stapelaufnahme erreicht wird. Die elastisch verformbaren Finger sind bei den anderen Ausführungsbespielen im radial äußeren Bereich des Staplerrads angeordnet. Sie sind in azimutaler Richtung des Staplerrads insbesondere derart versetzt zu den in den Fächern des Staplerrads aufgenommenen Elektroden angeordnet, dass der jeweilige Finger vor dem Ausstreifen der Elektroden in keinem Eingriff mit einer der Elektroden steht. Erst durch das Ausstreifen der Elektroden werden die elastisch verformba ren Finger- ausgehend von ihrer gestreckten Ausgangsstellung - elastisch ausge lenkt, insbesondere aufgrund der beim Ausstreifen stattfindenden Positionsver schiebung der Elektroden relativ zum Staplerrad und/ oder aufgrund des Auf treffens der Elektroden auf den Elektrodenstapel.
Vorzugsweise ist bei den anderen Ausführungsbespielen für jedes der Fächer des Staplerrads jeweils (mindestens) ein (eigener) elastisch verformbarer Finger vor handen. Damit wird sichergestellt, dass auch jede einzelne Elektrode eine Kraft zum Ausrichten ihrer Vorderkante erfährt. Insbesondere sind die elastisch ver formbaren Finger bezüglich der Rotationsachse des Staplerrads axial versetzt zu dem Staplerradfingern angeordnet. Beispielsweise sind die elastisch verformba ren Finger an einer Position des Staplerrads angeordnet, die radial betrachtet vor dem äußeren Ende der Staplerradfinger liegt, wobei sich die elastisch verformba ren Finger über das radial äußere Ende der Staplerradfinger hinaus erstrecken.
Bevorzugt sind bei den anderen Ausführungsbespielen an der jeweiligen azi mutalen Position des Staplerrads jeweils mindestens zwei elastisch verformbare Finger vorhanden, die (entlang der Rotationsachse des Staplerrads betrachtet) axial voneinander beabstandet sind, vorzugsweise um mindestens 10 cm, und insbesondere parallel zueinander verlaufen.
Die elastisch verformbare Finger können bei den anderen Ausführungsbespielen an dem Staplerradkörper des Staplerrads befestigt sein, an dem die Staplerradfin ger liegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Stapelvorrichtung auch mindes- tens ein Staplerrad und - koaxial dazu angeordnet - mindestens ein um die Stap lerradachse rotierbares Fingerrad aufweisen, das an seinem radial äußeren Ende die elastisch verformbaren Finger aufweist. Das jeweilige Fingerrad kann syn chron mit dem Staplerrad rotiert werden. Falls es auf einer anderen Welle befes tigt ist, könnte es ggf. aber auch mit einer anderen Frequenz und/ oder Phase ro tiert werden als das Staplerrad.
Die Fächer des Staplerrads sind jeweils durch zwei Staplerradfinger begrenzt und verlaufen im Staplerrad von außen nach innen. Die Staplerradfinger können so gestaltet sein, dass die Fächer bogenförmig sind, z.B. spiralförmig, oder eine gerade Form aufweisen, z.B. schlitzartig sind. Vorzugsweise weist die Vorrich tung zwei oder mehrere gleichartige Staplerräder auf derselben Rotationsachse auf, die axial zueinander versetzt sind und z.B. synchron zueinander rotieren.
Der Ausstreifer kann einteilig oder mehrteilig sein, z.B. rechenartig zwischen die Staplerräder eingreifen, so dass er mit dem/ den Staplerrad/ rädern kämmt. Der Ausstreifer kann ortsfest sein oder relativ zum Staplerrad bewegbar (z.B. über be grenzten azimutalen Winkelabschnitt bewegbar). Beispielsweise verläuft die aus streifende Kante des Ausstreifers in einem Winkel von mindesten 60°, insbeson dere etwa 90° zum Stapelaufnahmeboden.
Die Rückwand der Stapelaufnahme, an der die Vorderkanten der Elektroden aus gerichtet werden, und der Ausstreifer können durch dasselbe mechanische Teil gebildet werden, dessen oberer Teil den Ausstreifer bildet und dessen unterer Teil die Rückwand der Stapelaufnahme bildet. Die Rückwand der Stapelauf nahme kann aber auch eine getrennt von dem Ausstreifer ausgebildetes mechani sches Teil sein, das in Verlängerung zum Ausstreifer unter dem Staplerrad ange ordnet ist. Sie kann auch in einem anderen Winkel als der Ausstreifer zu den Elektroden des Elektrodenstapels verlaufen. Durch das beim Ausstreifen stattfindende Ausschieben der Elektroden aus den Fächern des Staplerrads kommt der jeweilige elastisch verformbare Finger insbe sondere mit einer Oberseite einer der jeweils gerade auszustreifenden Elektroden und/ oder mit einer Unterseite einer (anderen) der jeweils gerade auszustreifen den Elektroden in Eingriff, um die jeweilige Elektrode in Richtung des Ausstrei fers und/ oder in Richtung der Rückwand der Stapelaufnahme zu ziehen. Der je weilige elastisch verformbare Finger, insbesondere dessen Oberseite, kommt beim Ausstreifen mit der (dem Elektrodenstapel zugewandten) Unterseite derje nigen Elektrode in Eingriff, die sich in Rotationsrichtung des Staplerrads betrach tet azimutal nach dem jeweiligen Finger befindet. Dieser (unter der zu erfassen den Elektrode befindliche) elastisch verformbare Finger wird dabei durch die Ge genkraft der vorauslaufenden, gerade auf den Elektrodenstapel treffenden Elekt rode, ausgehend von seiner gestreckten Ausgangsstellung - elastisch nach oben ausgelenkt, so dass der elastisch verformbare Finger in Eingriff mit der Unter seite der zu erfassenden Elektrode kommt. Alternativ oder zusätzlich kommt der jeweilige elastisch verformbare Finger (insbesondere dessen Unterseite) beim Ausstreifen mit der (von dem Elektrodenstapel abgewandten) Oberseite derjeni gen Elektrode in Eingriff, die sich in Rotationsrichtung des Staplerrads betrachtet azimutal vor dem jeweiligen Finger befindet.
Vorzugsweise liegt der Elektrodenstapel auf einem Stapelaufnahmeboden einer Stapelaufnahme auf, der gegenüber der Horizontalen schräg angeordnet ist, ins besondere derart schräg angeordnet ist, dass die Schwerkraft der auf dem Sta pelaufnahmeboden abgelegten Elektroden eine Kraftkomponente aufweist, die in Richtung der Rückwand der Stapelaufnahme gerichtet ist, an der die Vorderkan ten der Elektroden des Elektrodenstapels ausgerichtet werden. Die Schrägstel lung unterstützt die Ausrichtung der Vorderkanten an der Rückwand. Der Sta pelaufnahmebodens ist gegenüber der Horizontalen vorzugsweise um einem Winkel von mindestens 20° schräggestellt. Der Stapelaufnahmeboden, auf den der Elektrodenstapel abgelegt wird, kann vibrieren bzw. mit einer Vibrationseinrichtung verbunden sein, die dazu ausge bildet ist, den Stapelaufnahmeboden vibrieren zu lassen, wobei das Vibrieren be vorzugt mit einer Frequenz von mindestens 10 Hz erfolgt, insbesondere in einer Richtung vertikal und/ oder horizontal zum Elektrodenstapel.
Die elastisch verformbaren Finger können an ihrem radial äußeren Ende dünn auslaufen (analog zu den Staplerradfingern), so dass ihr Querschnitt sich in radi aler Richtung von innen nach außen monoton verkleinert. Damit wird eine scho nende Einwirkung auf die Elektroden erreicht.
Alternativ können die elastisch verformbaren Finger an ihrem radial äußeren Ende eine Verdickung haben, die dazu ausgebildet ist, beim Ausstreifen in Ein griff mit der jeweils auszustreifenden Elektrode zu kommen. Durch die Verdi ckung erhöht sich der lokale mechanische Druck auf die Elektrode. Durch die Verdickung wird erreicht, dass der jeweilige elastisch verformbare Finger die Elektrode stärker auf die Elektrode einwirkt und die Kraft zum Mitziehen der Elektroden mit dem rotierenden Finger auf den Anschlag erhöht wird. Beispiels weise erstreckt sich die Verdickung in azimutaler Richtung sowohl entlang der Rotationsrichtung des Staplerrads als auch entgegengesetzt zur Rotationsrich tung des Staplerrads. Die Verdickung kann z.B. zylindrisch oder kugelförmig sein. Die Wahl der Form und Größe der Verdickung erlaubt ein Einstellen der auf die Elektroden einwirkende Mitziehkraft und deren Einwirkzeit.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Transportieren und Ablegen der Elektroden, die die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Elektiodenstapels aufweist sowie mindestens einer Transporteinrichtung zum Transportieren von Elektroden einzeln nacheinander zu dem Staplerrad der Vor richtung und zum Einbringen jeweils einer der Elektroden in jeweils eines der Fä cher des Staplerrads, und ggf. einem Stapelaufnahmeboden, der so unter dem Staplerrad angeordnet und ausgebildet ist, dass die aus dem Staplerrad ausge streiften Elektroden auf dem Stapelaufnahmeboden abgelegt werden können. Es können auch zwei oder mehr als zwei Transporteinrichtungen pro Stapelvorrich tung verwendet werden, die an verschiedenen Winkelpositionen mit dem Stap- lerrad der Stapelvorrichtung verbunden sind, z.B. um Kathoden und Anoden voneinander getrennt demselben Staplerrad zuzuführen, wobei in den Fächern des Staplerrads abwechselnd die von den verschiedenen Transporteinrichtungen herantransportierten Elektroden (z.B. Kathoden und Anoden) landen. Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungs formen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungs gemäße Stapelvorrichtung und umgekehrt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schema tischen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. la Ablegen der ersten Elektroden eines Elektrodenstapels auf einem Staplerfachboden gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. lb-e Ablegen von weiteren Elektroden des Elektrodenstapels auf einem bereits auf dem Staplerfachboden gebildeten Elektrodenstapel beim ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 Ausführungsbeispiel eines Staplerradkörpers mit integrierten Elastomerfingern,
Fig. 3 Ausführungsbeispiel eines Staplerrads mit zwei in axialer Richtung dazu versetzten Fingerrädern,
Fig. 4-5 Ausführungsbeispiel mit an ihrem radialen Ende verdickten Fin gern mit der Verdickung in azimutaler Richtung entlang (Fig. 4) bzw. entgegengesetzt (Fig. 5) zur Rotationsrichtung des Staplerrads,
Fig. 6 Ausführungsbeispiel mit abgewinkeltem Ausstreifer, Fig. 7 Ausführungsbeispiel mit einem unter dem Staplerrad angeordneten
Fingerrad.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. la-e zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Transportieren und Ablegen von Elektroden mit einer Stapelvorrichtung, die zur Herstellung ei nes Elektrodenstapels ausgebildet ist, der flächige Elektroden (und ggf. weitere Elemente) enthält. Die Elektroden sind z.B. Kathoden, basierend z.B. auf Alumi niumfolie, und/ oder Anoden, basierend z.B. auf Kupferfolie, oder eine Kombina tion aus beiden. Beim Stapelvorgang können z.B. Anode, Separator, Kathode, Se parator, usw. in einem sich wiederholenden Zyklus gestapelt werden.
Die Elektroden werden einzeln nacheinander mittels einer Transporteinrichtung 20 zu der Stapelvorrichtung herantransportiert. Die Transporteinrichtung kann durch um Rollen umlaufende Riemen gebildet sein, zwischen denen die Elektro den geführt werden. Alternativ können auch Rollenpaare zum Herantransportie ren der Elektroden verwendet werden, zwischen denen die Elektrodenelemente geführt werden, vgl. Fig. 3-6.
Die Stapelvorrichtung weist mindestens ein um eine Staplerradachse A rotierba res Staplerrad 10 auf, das über den Umfang des Staplerrads verteilt mehrere Staplerradfinger 11 aufweist, zwischen denen jeweils ein Fach zur Aufnahme ei ner Elektrode gebildet ist. Das Staplerrad 10 weist einen scheibenartig um die Staplerradachse rotierbaren Staplerradkörper 14 auf, über dessen Umfang verteilt die Staplerradfinger 11 angeordnet sind, wobei die Staplerradfinger jeweils am radialen äußeren Ende des Staplerradkörpers 14 ausgebildet sind und an dem Staplerradkörper 14 befestigt sind. Vorzugsweise sind mindestens zwei gleichar tige Staplerräder 10 auf einer gemeinsamen Achswelle befestigt die entlang der Achse A axial versetzt zueinander angeordnet sind. Die Staplerradfinger 11 und Fächer verlaufen in diesem Beispiel spiralartig um die Rotationsachse A herum, können alternativ aber auch gerade, z.B. radial, aus gebildet sein und ggf. eine größere Fachweite aufweisen als dargestellt, damit die Elektroden durch die Form des Fachs nicht zu stark verbogen werden. Die Stap lerradfinger sind in den Figuren relativ dünn dargestellt, sie können aber auch eine wesentlich größere azimutale Breite aufweisen.
Über den Umfang des Staplerrads verteilt weist das Staplerrad - zusätzlich zu den Staplerradfingern 11 - mehrere elastisch verformbare Finger 12 auf, die z.B. als Elastomerfinger ausgebildet sind. Die Finger sind so elastisch bzw. weich ge staltet, dass sie beim Entlanggleiten auf den Elektroden keinerlei Beschädigungen der Elektroden verursachen. Die Elastomerfinger 12 sind am radial äußeren Ende des Staplerradkörpers 14 befestigt, axial versetzt zu den Staplerradfingern 11, und rotieren synchron mit dem Staplerrad um die Staplerradachse A. Die
Elastomerfinger 12 kommen beim Ausstreifen der jeweiligen Elektrode aus dem Staplerrad in Eingriff mit der jeweils auszustreifenden Elektrode, um die jewei lige Elektrode in Richtung des Ausstreifers 15 zu ziehen. Damit wird erreicht, dass die Vorderkante der jeweiligen Elektrode an dem Ausstreifer 15 ausgerichtet wird. Ein eventuelles Zurückprallen der Elektroden von dem Ausstreifer 15 wird durch die Zugkraft der Elastomerfinger 12 verhindert.
Fig. la zeigt den Zeitpunkt bevor die ersten Elektroden für einen neuen Elektro denstapels auf einen Staplerfachboden 30 abgelegt werden. In Fig. lb-e sind bei- spielhaft drei Elektroden 1, 2, 3 bezeichnet, die gerade auf einen bereits angefan genen Elektrodenstapel abgelegt werden. Durch die Rotation des Staplerrads um seine Achse A werden die in den Fächern aufgenommenen Elektroden in Rotati onsrichtung R (vgl. Fig. la) auf einen Ausstreifer 15 zu transportiert, der die in den Fächern des Staplerrads aufgenommenen Elektroden aus dem jeweiligen Fach ausstreift und auf den Elektrodenstapel ablegt, der auf dem Stapelaufnah meboden 30 einer Stapelaufnahme aufliegt. In Verlängerung zum Ausstreifer 15 befindet sich die Rückwand 25 der Stapelaufnahme, an der die Vorderkanten der Elektroden des Elektrodenstapels ausgerichtet bleiben. Die Rückwand 25 beginnt an der Oberkante des fertig gestellten Elektrodenstapel.
Der Ausstreifer 15 und die Rückwand 25 sind vorzugsweise durch verschiedene Abschnitte desselben mechanischen Teils gebildet, können aber auch durch ver schiedene mechanische Teile gebildet werden, die in Verlängerung zueinander angeordnet sind, wobei sie z.B. rechenartig ineinander greifen, so dass sie senk recht zur Stapelrichtung überlappen. Die Rückwand 25 der Stapelaufnahme ist unter dem Staplerrad 10 vorzugsweise in so geringem Abstand zu dem Stapler rad 10 angeordnet, dass mit den Elastomerfingern 12 auch ein Ausrichten der Elektroden an der Rückwand 25 der Stapelaufnahme erreicht wird. Dadurch kann verhindert werden, dass sich beim Ablegen der Elektroden die Vorderkan ten der Elektroden auf dem Weg vom Ausstreifer 15 zur Rückwand 25 von der Rückwand 25 entfernen.
Zum Zeitpunkt der Fig. lb wird gerade eine Elektrode 1, die mit ihrer Vorder kante am Ausstreifer 15 anstößt, auf den Elektrodenstapel abgelegt und dabei so wohl von dem oberhalb als auch von dem unterhalb der Elektrode 1 befindlichen Elastomerfinger 12 in Richtung des Ausstreifers 15 gezogen. Das Ziehen wird durch die Reibungskraft erreicht, die beim Rotieren der Elastomerfinger 12 zwi schen den Verdickungen 13 am Ende des jeweiligen Fingers und an der Oberflä che der Elektrode 1 erzeugt wird. Zum Zeitpunkt der Fig. lb befinden sich die Elektroden 2 und 3 noch in ihrem jeweiligen Fach des Staplerrads und stehen noch in keinem Eingriff mit einem Elastomerfinger 12.
Zum Zeitpunkt der Fig. lc ist die Elektrode 1 schon weiter abgelegt, wird aber weiterhin von den beiden oben genannten Elastomerfingern 12 in Richtung Aus streifer 15 gezogen. Zu diesem Zeitpunkt ist außerdem die Elektrode 2 gerade auf den Ausstreifer 15 getroffen und dadurch etwas aus ihrem Fach herausgescho- ben. Der unter der Elektrode 2 befindliche Elastomerfinger 12 wird durch die Ge genkraft der gerade auf den Elektrodenstapel treffenden Elektrode 1, ausgehend von seiner gestreckten Ausgangsstellung - elastisch nach oben ausgelenkt, so dass die Verdickung 13 dieses Elastomerfingers 12 in Eingriff mit der Unterseite der Elektrode 2 kommt, die dadurch in Richtung auf den Ausstreifer 15 gezogen wird.
Zum Zeitpunkt der Fig. Id ist die Elektrode 1 bereits auf den Elektrodenstapel abgelegt, wird aber weiterhin von dem oberhalb befindlichen Elastomerfinger 12 in Richtung Ausstreifer 15 gezogen. Der Elastomerfinger 12, der sich zum Zeit punkt der Figur lc noch unter der Elektrode 1 befand, wurde durch sein Weiter rotieren an dem Ausstreifer 15 vorbei bewegt und geht aufgrund seiner Elastizi tät wieder in seine gestreckte Ausgangsstellung zurück. Der oberhalb der Elekt rode 2 befindliche Elastomerfinger 12 tritt zu diesem Zeitpunkt in Eingriff mit der Verdickung 13 der Elektrode 2 und übt durch seine Bewegung eine Rei bungskraft von oben auf die Elektrode 2 aus. Die Elektrode 2 wird dann sowohl von dem oberhalb als auch von dem unterhalb der Elektrode 2 befindlichen Elastomerfinger 12 in Richtung des Ausstreifers 15 gezogen. Zum Zeitpunkt der Fig. le ist die Elektrode 3 gerade auf den Ausstreifer 15 ge troffen und dadurch etwas aus ihrem Fach herausgeschoben. Der unter der Elekt rode 3 befindliche Elastomerfinger 12 wird durch die Gegenkraft der gerade auf den Elektrodenstapel treffenden Elektrode 2 elasüsch nach oben ausgelenkt, so dass die Verdickung 13 dieses Elastomerfingers 12 in Eingriff mit der Unterseite der Elektrode 3 kommt, die dadurch in Richtung des Ausstreifers 15 gezogen wird. Zum Zeitpunkt der Fig. Id ist die Elektrode 1 bereits auf den Elektroden stapel abgelegt, wird aber weiterhin von dem oberhalb befindlichen Elastomer finger in Richtung des Ausstreifers 15 gezogen. Die Elektrode 2 wird sowohl von dem oberhalb als auch von dem unterhalb der Elektrode 2 befindlichen Elastomerfinger in Richtung des Ausstreifers 15 gezogen. Auf diese Weise werden die Elektroden 1, 2, 3 nacheinander auf den Elektroden stapel abgelegt, der auf dem Stapelaufnahmeboden 30 aufliegt. Der Stapelaufnah meboden 30 kann ortsfest sein, sofern der zu herzustellende Elektrodenstapel nicht zu hoch ist. Alternativ kann der Stapelaufnahmeboden 30 während der Sta- pelbildung aber auch nach unten weggeführt werden, um einen höheren Stapel herzustellen bzw. um einen zu große Fallhöhe der Elektroden auf einen neu auf dem Stapelaufnahmeboden 30 zu bildenden Elektrodenstapel zu vermeiden. Der Stapelaufnahmeboden 30 ist gegenüber der Horizontalen derart schräg angeord net, dass die Schwerkraft der auf dem Stapelaufnahmeboden abgelegten Elektro- den eine Kraftkomponente aufweist, die in Richtung der Rückwand 25 der Sta pelaufnahme gerichtet ist. Damit wird erreicht, dass die Vorderkanten der Elekt roden des Elektrodenstapels an der Rückwand 25 ausgerichtet bleiben.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Staplerradkörpers 14 mit im Staplerrad integrierten Elastomerfingern 12 gezeigt. Am radial äußeren Ende des Staplerrad körpers 14 sind jeweils zwei benachbarte Staplerradfinger 11 ausgebildet, die pa rallel zueinander verlaufen und axial (entlang der Achse A des Staplerrads 10) zueinander versetzt angeordnet sind. Der jeweilige elastisch verformbare Finger 12 ist derart an dem Staplerradkörper 14 bzw. an den Staplerradfingern 11 befes- tigt, dass er in dem Zwischenraum liegt, der aufgrund des axialen Versatzes zwi schen den jeweiligen zwei benachbarten Staplerradfingern 11 gebildet ist. Damit wird erreicht, dass der elastisch verformbare Finger beim Ausstreifen (zumindest in seinem radial inneren Bereich) zwischen die zwei benachbarten Staplerradfin ger 11 des Staplerradkörpers 14 eintaucht.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Stapelvorrichtung gezeigt, die vier gleichartige Staplerräder 10 auf einer gemeinsamen Achswelle aufweist. Von den vier Staplerrädern 10 sind in Fig. 3 beispielhaft die Finger 11, 11', 11", 11'" be zeichnet. Auf derselben Achswelle, axial versetzt zu den Staplerrädern 10, sind zusätzlich zwei Fingerräder 16 befestigt. Entlang der Achse A betrachtet sind in diesem Beispiel die vier Staplerräder 10 im Zwischenraum zwischen den beiden Fingerrädern 16 angeordnet, die Reihenfolge der Räder kann aber auch anders sein. Die gezeigte Stapelvorrichtung weist zwei koaxial zu den Staplerrädern 10 angeordnete und um die Staplerradachse A rotierbare Fingerräder 16 auf, deren Abstand axial mindestens 10 cm beträgt. Am radial äußeren Ende des jeweiligen Fingerrads 16 sind die elastisch verformbaren Finger 12 ausgebildet. Die Finger räder 16 sind z.B. komplett aus Elastomer gebildet. Der Stapelaufnahmeboden 30 ist mit einer Vibrationseinrichtung 18 verbunden, die den Stapelaufnahmeboden z.B. senkrecht zur Stapelrichtung vibrieren lassen kann.
In Fig. 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele gezeigt, bei denen die Elastomerfinger 12 an ihrem radial äußeren Ende eine Verdickung 13 anderer Form haben als bei den Beispielen der Fig. 1-3. Die Verdickung 13 der Elastomerfinger erstreckt sich bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 nur in azimutaler Richtung entlang zur Rotationsrichtung R des Staplerrads. Die Verdickung 13 kommt daher beim Aus streifen in Eingriff mit der (von dem Elektrodenstapel abgewandten) Oberseite derjenigen Elektrode, die sich in Rotationsrichtung des Staplerrads betrachtet azi mutal vor dem jeweiligen Elastomerfinger 12 befindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 erstreckt sich die Verdickung 13 der Elastomerfinger 12 entgegengesetzt zur Rotationsrichtung R des Staplerrads 10. Die Verdickung 13 kommt daher beim Ausstreifen in Eingriff mit der (dem Elekt rodenstapel zugewandten) Unterseite derjenigen Elektrode, die sich in Rotations- richtung des Staplerrads betrachtet azimutal nach dem jeweiligen Elastomerfin ger 12 befindet. Die Einwirkzeit des Elastomerfingers 12 auf die Elektrode wird dadurch verkürzt.
Alternativ zu dem gerade ausgebildeten Ausstieifer der Fig. 1-5 kann der Aus- streifer 15 auch eine abgewinkelte Form aufweisen, vgl. Fig. 6, oder bogenförmig sein. Damit lässt sich der Winkel zwischen dem Ausstreifer 15 und den auftief- fenden Elektroden einstellen bzw. ein zu spitzer Winkel dazwischen vermeiden. Bei dem Beispiel aus Fig. 6 bildet der unter dem Winkelscheitel liegende Ab schnitt des mechanischen Teils, das den Ausstreifer 15 bildet, die Rückwand 25 der Stapelaufnahme. Mit den Elastomerfingern 12 wird hier nicht nur ein Aus richten an dem Ausstreifer 15, sondern auch ein Ausrichten an der Rückwand 25 der Stapelaufnahme erreicht.
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel einer Stapelvorrichtung gezeigt, bei der drei Fingerräder 17 unter einem Staplerrad 10 auf der dem abgelegten Elektrodensta pel abgewandten Seite des Ausstreifers 15 bzw. der Rückwand 25 der Stapelauf nahme angeordnet sind. Die gezeigte Stapelvorrichtung weist drei um die gleiche Achse A* rotierende Fingerräder 17 mit jeweils vier Elastomerfingern 12 auf, die an ihrem radialen Ende eine Verdickung 13 aufweisen. Beim Ausstreifen der je weiligen Elektrode aus dem Staplerrad und/ oder beim Ablegen der jeweiligen Elektrode 1, 2, 3 auf den Elektrodenstapel kommen die rotierenden Finger 12 in Eingriff mit der jeweils auszustreifenden Elektrode 1, 2, 3 und ziehen diese nach links in Richtung Rückwand 25 der Stapelaufnahme. Zum Zeitpunkt der Fig. 7a wird eine gerade auf dem Elektrodenstapel abgelegte Elektrode 1 von oben durch einen Elastomerfinger 12 in Richtung Rückwand 25 gezogen. Die Fig. 7b, c zei gen, wie kurz darauf eine gerade ausgestriffene Elektrode 2 auf den Elektroden stapel herabfällt und dabei mit ihrer Unterseite auf einen Elastomerfinger 12 auf trifft, der die Vorderkante der her abfallenden Elektrode 2 abfängt und die Elekt rode 2 an ihrer Unterseite in Richtung der Rückwand 25 zieht. Derselbe Elastomerfinger 12 zieht mit seiner Unterseite die darunter liegende Elektrode 1 (an deren Oberseite) weiterhin in Richtung der Rückwand 25. Auf diese Weise werden die Vorderkanten der Elektroden 1, 2, 3 an der Rückwand 25 der Sta pelaufnahme ausgerichtet. Alternativ könnte der schräggestellte Stapelaufnah meboden 30 der Stapelaufnahme auch weniger schräg oder horizontal angeord net werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels, mit den Schritten: - Einbringen jeweils einer Elektrode (1, 2, 3) in jeweils ein Fach mindestens eines um eine Staplerradachse (A) rotierenden Staplerrads (10), das über den Umfang des Staplerrads verteilt mehrere Staplerradfinger (11) auf weist, zwischen denen jeweils ein Fach zur Aufnahme einer Elektrode ge bildet ist, - Ausstreifen der in den Fächern des Staplerrads aufgenommenen Elektro den aus dem jeweiligen Fach des Staplerrads mittels eines Ausstreifers (15), während das Staplerrad um seine Staplerradachse (A) rotiert, wobei die Elektroden durch das Ausstreifen auf einen Elektrodenstapel abgelegt werden, der auf einem Stapelaufnahmeboden (30) einer Stapelaufnahme aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Staplerrads (10) mehrere elastisch verformbare Finger (12) vorhanden sind, die beim Ablegen der Elektroden auf den Elektrodenstapel um eine Achse (A, A*) rotiert werden, wobei der jeweilige elastisch verformbare Finger (12), beim Ausstreifen der jeweiligen Elektrode (1, 2, 3) aus dem Staplerrad (10) und/ oder beim Ablegen der jeweiligen Elektrode (1, 2,
3) auf den Elektrodenstapel in Eingriff mit der jeweiligen Elektrode (1, 2, 3) kommt, um die jeweilige Elektrode in Richtung des Ausstreifers (15) und/ oder in Richtung einer Rückwand (25) der Stapelaufnahme zu ziehen. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch ver formbaren Finger (12) unter dem Staplerrad (10), auf der dem abgelegten Elektro denstapel abgewandten Seite des Ausstreifers (15) bzw. der Rückwand (25) der Stapelaufnahme angeordnet sind und um eine von der Staplerradachse (A) ver schiedene Achse (A*) rotiert werden, um die jeweilige Elektrode in Richtung des Ausstreifers (15) und/ oder der Rückwand (25) zu ziehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch ver formbaren Finger (12) über den Umfang des Staplerrads (10) verteilt angeordnet sind und um die Staplerradachse (A) rotiert werden, um die jeweilige Elektrode in Richtung des Ausstreifers (15) und/ oder in Richtung der Rückwand (25) zu ziehen.
4. Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels, mit
- mindestens einem um eine Staplerradachse rotierbaren Staplerrad (10), das über den Umfang des Staplerrads verteilt mehrere Staplerradfinger (11) aufweist, zwischen denen jeweils ein Fach zur Aufnahme einer Elekt rode gebildet ist, und
- einem Ausstreifer (15), der dazu ausgebildet ist, die in den Fächern des Staplerrads aufgenommenen Elektroden aus dem jeweiligen Fach auszu streifen, wenn das Staplerrad um seine Staplerradachse (A) rotiert, wobei die Elektroden durch das Ausstreifen auf einen Elektrodenstapel abgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im Bereich des Staplerrads (10) mehrere elastisch verformbare Finger (12) aufweist, die um eine Achse (A, A*) ro tierbar sind, wobei der jeweilige elastisch verformbare Finger derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er beim Ausstreifen der jeweiligen Elektrode aus dem Staplerrad und/ oder beim Ablegen der jeweiligen Elektrode (1, 2, 3) auf den Elektrodenstapel in Eingriff mit der jeweils auszustreifenden Elektrode kommt, um die jeweilige Elektrode in Richtung des Ausstreifers (15) und/ oder in Rich tung einer Rückwand (25) einer Stapelaufnahme zu ziehen, die zur Aufnahme des Elektrodenstapels ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder azi mutale Position jeweils mindestens zwei parallel zueinander verlaufende elas tisch verformbare Finger (12) vorhanden sind, die um die Achse (A, A*) rotierbar sind und die in axialer Richtung, vorzugsweise um mindestens 10 cm, voneinan der beabstandet sind. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes der Fächer des Staplerrads (10) jeweils mindestens ein elastisch verform barer Finger (12) vorhanden ist, der insbesondere bezüglich der Staplerradachse (A) axial versetzt zu den Staplerradfingern (11) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung über den Umfang des Staplerrads verteilt mehrere elastisch ver formbare Finger (12) aufweist, die um die Staplerradachse (A) rotierbar sind, wo- bei der jeweilige elastisch verformbare Finger derart ausgebildet ist, dass er beim Ausstreifen der jeweiligen Elektrode aus dem Staplerrad in Eingriff mit der je weils auszustreifenden Elektrode kommt, um die jeweilige Elektrode in Richtung des Ausstreifers (15) und/ oder in Richtung der Rückwand (25) zu ziehen. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Staplerrad (10) einen um die Staplerradachse (A) rotierbaren Staplerradkör per (14) aufweist, an dessen radial äußeren Ende die Staplerradfinger (11) ausge bildet sind, wobei am radial äußeren Ende des Staplerradkörpers (14) insbeson dere jeweils zwei benachbarte Staplerradfinger (11) ausgebildet sind, die parallel zueinander verlaufen und axial zueinander versetzt angeordnet sind und in de ren Zwischenraum der elastisch verformbare Finger (12) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung - mindestens ein Staplerrad (10) aufweist, über dessen Umfang verteilt die
Staplerradfinger (11) angeordnet sind, wobei die Staplerradfinger jeweils am ra dial äußeren Ende des Staplerrads ausgebildet sind, und
- mindestens ein Fingerrad (16, 17) aufweist, an dessen radial äußeren Ende die elastisch verformbaren Finger ausgebildet sind, wobei das Fingerrad (16, 17) um die Staplerradachse (A) oder um eine andere Achse (A*) rotierbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fingerrad
(16) um die Staplerradachse (A) rotierbar ist, wobei das Staplerrad (10) und das Fingerrad (16) derart mechanisch gekoppelt, dass sie synchron zueinander um die Staplerradachse (A) rotierbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fingerrad
(17) um eine andere Achse (A*) als die Staplerradachse (A) rotierbar ist, die insbe sondere auf der dem abgelegten Elektrodenstapel abgewandten Seite des Aus streifers (15) bzw. der Rückwand (25) der Stapelaufnahme angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbaren Finger (12) an ihrem radial äußeren Ende jeweils eine Verdickung (13) aufweisen, die dazu ausgebildet ist, beim Ausstreifen in Eingriff mit der jeweils auszustreifenden Elektrode zu kommen, wobei sich die Verdickung (13) des jeweiligen Fingers in azimutaler Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Staplerrads erstreckt und/ oder entlang der Rotations richtung des Staplerrads erstreckt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, gekennzeichnet durch einen Stapelaufnahmeboden (30), der zur Aufnahme des Elektrodenstapels ausgebildet ist, wobei der Stapelaufnahmeboden (30) vorzugsweise gegenüber der Horizon talen derart schräg angeordnet ist, dass die Schwerkraft der auf dem Stapelauf nahmeboden abgelegten Elektroden eine Kraftkomponente aufweist, die den Elektrodenstapel in Richtung der Rückwand (25) der Stapelaufnahme zieht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapelauf nahmeboden (30) mit einer Vibrationseinrichtung (18) verbunden ist, die dazu ausgebildet ist, den Stapelaufnahmeboden vibrieren zu lassen, insbesondere in einer Richtung vertikal und/ oder horizontal zum Elektrodenstapel.
15. Vorrichtung zum Transportieren und Ablegen von Elektroden, gekennzeich net durch
- eine Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels nach einem der Ansprüche 4 bis 14, und - mindestens einer Transporteinrichtung (20) zum Transportieren von
Elektroden (1, 2, 3) einzeln nacheinander zu dem Staplerrad (10) der Vor richtung und zum Einbringen jeweils einer der Elektroden in jeweils eines der Fächer des Staplerrads (10), und
- ggf. einem Stapelaufnahmeboden (30), der so unter dem Staplerrad (10) angeordnet und ausgebildet ist, dass die aus dem Staplerrad ausgestreiften
Elektroden auf dem Stapelaufnahmeboden abgelegt werden können.
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