WO2023072343A1 - Method and device for producing z-folded cell stacks - Google Patents

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WO2023072343A1
WO2023072343A1 PCT/DE2022/100793 DE2022100793W WO2023072343A1 WO 2023072343 A1 WO2023072343 A1 WO 2023072343A1 DE 2022100793 W DE2022100793 W DE 2022100793W WO 2023072343 A1 WO2023072343 A1 WO 2023072343A1
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WO
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cell
gripper
cell component
separator
separator web
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/100793
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German (de)
French (fr)
Inventor
Patrick HIERL
Tobias SCHATZ
Michael Rathgeb
Moritz GLÜCK
Original Assignee
Grob-Werke Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404Machines for assembling batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0459Cells or batteries with folded separator between plate-like electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
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    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
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    • H01M10/0583Construction or manufacture of accumulators with folded construction elements except wound ones, i.e. folded positive or negative electrodes or separators, e.g. with "Z"-shaped electrodes or separators
    • HELECTRICITY
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    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H01M50/466U-shaped, bag-shaped or folded

Definitions

  • the invention relates to a method for producing z-folded cell stacks.
  • the invention further relates to a device for producing z-folded cell stacks.
  • the invention lies in the field of manufacturing electrode arrangements and in particular battery cells and cell assemblies therefor. More particularly, the invention is in the technical field of large-scale systems for large-scale production of battery cells.
  • battery cells for use in electromobility in particular battery cells for the main power supply of electric vehicles, such as in particular passenger cars and trucks, are to be mass-produced.
  • [14] discloses a first basic method for producing a z-stacked cell stack from first cell components, such as in particular anodes, and second cell components, such as in particular cathodes, and a z-folded separator web in between, in which the cell stack is produced by moving a stacking table becomes.
  • [15] discloses a second basic method for producing a z-stacked cell stack from first cell components, such as in particular anodes, and second cell components, such as in particular cathodes, and a z-folded separator web in between, in which the cell stack is produced by supplying the cell components and the stacking table stops.
  • a gripping device such as a device with Bernoulli grippers, is used to transport the electrodes from a supply to the stacking station.
  • the separator is fed continuously and can be moved from one side of a stacking station to the opposite side of the stacking station with a corresponding separator guide unit and deposited on the stacking station.
  • hold-down devices are used which can be moved in several directions relative to the stacking station and with which the stack formed on the stacking station can be clamped.
  • the method is carried out similarly in reference [10].
  • the band-shaped separator is guided over the stacking table with a reciprocating device and the electrodes are fed in via a corresponding holding and moving device.
  • Hold-down devices that can be inserted from the side are also described here.
  • a protective function is shown here, since the hold-down devices are designed in such a way that they protect the edges of the electrodes when the separator is folded around the electrode edge in each case.
  • the electrodes are also fed to the stacking table and the cell stack is fixed in each case via a holding element (down clamp) after the separator has been applied.
  • the electrodes are arranged on two opposite sides of the stacking table and are lifted from there by means of suction grippers and fed to the cell stack, although they are positioned in a pre-depositing position before being placed on the stack.
  • Axis 1 put the anode on
  • Axis 1 put the anode on
  • Axis 2 Turn over separator etc.
  • the object of the invention is to provide a device and a method for Z-folding cell components, in particular for a battery cell or the like, in which the process time is reduced.
  • the invention provides a method and a device according to the independent claims.
  • a controller and a computer program with instructions for automatically carrying out the method are also specified.
  • Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims.
  • the invention provides a method for producing z-folded cell stacks, comprising: a) providing first and second cell components and providing a separator web, b) alternately stacking the first and second cell components, the separator web being inserted in between in a z-shaped or meandering manner in such a way that that it is alternately wrapped around a first cell component on a first side and then wrapped around a subsequently deposited second cell component on a second side opposite the first side, in order to obtain a cell stack in this way, step b) comprising: b1) gripping a first cell component with a first gripper and feeding the first cell component with the first gripper by moving to the first side and depositing the first cell component, b2) wrapping the separator web around the first cell component fed in step b1) by means of a first wrapping element arranged on the first gripper, wherein the first wrapping element grips the separator web when the first cell component is fed in and moves it to the first side and releases it again when the first gripper is returned after the
  • Step b) preferably includes b7) guiding a region of the separator web located above the grippers by means of a guide element which is arranged on one of the grippers and moves with it.
  • step b1) and/or step b4) includes: ba) aligning the cell component to be deposited by means of an adjustment mechanism on the associated gripper.
  • Step ba) preferably includes the step: ba1) detecting the current position of the cell component on the gripper and comparing it with a target position.
  • Step ba) preferably includes the step: ba2) optically detecting the position of at least two spaced cell component areas before or after being gripped by the gripper.
  • Step ba) preferably comprises the step: ba3) rotating the cell component about an axis extending transversely to the cell component.
  • Step ba) preferably comprises the step: ba4) displacing the cell component transversely to the direction of movement of the grippers.
  • the cell component (in particular its current position) is preferably recorded after it has been recorded, in particular after it has been sucked in, with the gripper.
  • Step a) preferably includes the step: a1) Providing the first cell components by means of a first cell component magazine and providing the second cell components by means of a second cell component magazine.
  • step a) comprises the step: a2) detecting the position of the first and second cell components by means of image processing.
  • Step a) preferably includes the step: a3) detecting the position of the cell components by means of image processing on an associated magazine.
  • Step a) preferably includes the step: a4) gripping and depositing the first and second cell components on at least one intermediate location and position detection at the intermediate location, in particular by means of image processing and providing the first and second cell components on the at least one intermediate location.
  • the invention provides a device for producing z-folded cell stacks in which first cell components and second cell components are stacked alternately on top of one another, with a separator web being inserted between adjacent cell components in a z-shaped or meandering manner in such a way that they alternate on a first side a first cell component is folded over in each case and a second cell component is folded over in each case on a second side opposite the first side, the device comprising: a first gripper for supplying a first cell component to the cell stack, a second gripper for supplying a second cell component to the cell stack, a separator web feed for feeding the separator web with a wrapping device with at least one wrapping element for wrapping the separator web around the cell components respectively supplied by the grippers, and a controller for controlling the grippers and the separator web guide, the wrapping device having a first wrapping element arranged to move along with the first gripper for wrapping the separator web around a first cell component supplied by the first gripper and a second wrapping element
  • the respective cover element is arranged laterally to a gripping area for receiving the cell component.
  • the respective turning element is configured as a roller rotatably mounted on the associated gripper or as a sliding edge arranged on the associated gripper.
  • the respective envelope element can also be or have a blowing bar with blowing nozzles.
  • the wrapping device has a guide element for guiding a region of the separator web to be guided to the wrapping elements, the guiding element being arranged on one of the grippers above the wrapping element arranged on this one gripper and offset from this wrapping element in the direction of the other gripper .
  • the guide element has at least one guide roller or at least one guide edge for guiding the separator web. It is preferred that the guide member has a plurality of guide rollers and/or guide edges for guiding the separator sheet therebetween. In addition or as an alternative, the guide element can also be equipped with blower strips or blower nozzles.
  • the grippers each have a base movable by a gripper moving device and a gripping portion.
  • the gripping area is provided with a suction device.
  • the gripping area can be adjusted at least one-dimensionally or at least two-dimensionally relative to the base by means of an adjustment mechanism in order to align the cell components to be deposited.
  • the device has a preferably optical position detection device for detecting the position of the cell component to be deposited, the adjustment mechanism being designed to align the cell component as a function of the detection.
  • At least one position detection device is preferably provided for each cell component.
  • a first position detection device is preferably provided for detecting the position of the first cell component.
  • a second position detection device is preferably provided for detecting the position of the second cell component.
  • the adjustment mechanism is preferably designed to rotate the cell component on the gripper about an axis running transversely to the extension of the cell component.
  • the adjustment mechanism is preferably designed to rotate the cell component in the plane of the cell component (preferably horizontally).
  • the adjustment mechanism is preferably designed to displace the cell component transversely to the direction of movement of the gripper during feeding.
  • the device preferably also comprises a holding device for holding down the deposited cell components.
  • the holding device has at least one first hold-down finger, which can preferably be retracted and pulled out transversely to the separator web, for holding down the deposited cell component or the deposited cell component and the separator web on the first side.
  • the holding device has at least one second hold-down finger, which can preferably be retracted and pulled out transversely to the separator web, for holding down the deposited cell component or the deposited cell component and the separator web on the second side.
  • the device preferably has a device for moving the at least one hold-down finger up and down (vertical axis, eg y-axis). Holding down preferably takes place in a force-controlled manner.
  • the device for moving the at least one hold-down finger up/down is preferably set up to carry out the hold-down in a force-controlled manner.
  • the device preferably has a stationary stacking table on which the stacking takes place.
  • the device preferably has a first magazine for providing the first cell components.
  • the device preferably has a second magazine for providing the second cell components.
  • controller is set up to control the device for carrying out the method according to one of the above method configurations.
  • the invention provides a controller for a device according to one of the above device configurations, the controller being set up to control the device for carrying out the method according to one of the above method configurations.
  • the invention creates a computer program, comprising instructions which cause a device according to one of the above device configurations to carry out the method according to one of the above method configurations.
  • Preferred configurations of the invention relate to a method for turning over separators in cell stack formation.
  • Preferred configurations of the invention relate to a method for stacking, in particular laminated and/or glued, cell stacks, in particular for battery cells, with a first cell component and a second component being stacked on top of one another in alternation with a separator in between, with the separator being designed as a separator web which Z-shaped or meandering through the cell stack.
  • Preferred configurations of the method include the step: combined depositing of the respective cell component and simultaneous turning over of the separator.
  • Preferred configurations of the invention further relate to a device for stacking cell stacks, in particular laminated and/or glued ones, in particular for battery cells, wherein a first cell component and a second component are stacked alternately on top of one another with a separator in between, the separator being designed as a separator web, which is guided through the cell stack in a Z-shape or in a meandering shape and is wrapped around the cell components.
  • Preferred configurations of the device include: a first gripper for supplying a first cell component to the cell stack, a second gripper for supplying a second cell component to the cell stack, and a separator web feed for supplying the separator web and a controller designed in particular as an electronic control unit or computer unit for controlling the gripper and the separator web guide in such a way that the separator web is folded over at the same time as the cell component is deposited.
  • Preferred embodiments operate according to the basic second method with a preferably stationary stacking table and moveable grippers.
  • the great advantage of the second method is that the cell stack that is being built up is not moved. Thus, due to no dynamic influences, higher positional accuracies (position of the individual electrode sheets to one another) can be ensured.
  • each individual electrode in relation to one another is also decisive for the quality of a cell stack. For this reason, it is advantageous if the electrodes are aligned before they are placed on the stacking table and fixed using hold-down fingers.
  • the electrodes can be aligned passively, e.g. via mechanical stops, or actively. Active means that the position of the electrode is checked (e.g. using image processing) and then corrected using an adjustment mechanism. Either the position when picking up the electrode or the position of the electrode in the gripper can be changed.
  • positioning occurs after picking up the cell component from a pre-delivery position and feeding it to the stack. Pre-storage can be done in order to reduce the cycle time, especially when capturing the position of the electrode using a camera.
  • first and second grippers feed anodes and cathodes, respectively, and tumble the separator.
  • folding elements are provided on the gripper, which act on the separator web when the cell component is placed in order to support folding.
  • one or more hold-down fingers are provided or provided, which is/are designed to fix the electrode/cell component and the separator after the cell component/electrode has been laid down.
  • the at least one hold-down finger retracts laterally.
  • the at least one hold-down finger is preferably designed to prevent the individual layers or the entire stack from slipping/slipping.
  • the at least one hold-down finger is preferably designed to hold the separator in position when the gripper and the cover element move away from the stack again.
  • the laying-down movement of the cell component/electrode, which is held by the gripper, in particular a suction gripper or a mechanically acting gripper corresponds to an arcuate path, in particular a circular path.
  • the arcuate path/circular path is matched to the present dimensions of the electrode/cell component, in particular the width of the electrode/cell component, more particularly in such a way that a parameter of the movement path, in particular the radius, corresponds to the width of the cell component such as the electrode in particular.
  • the separator web before laying on a further electrode, with its free section essentially transversely, e.g. at an approximate 90° angle, to the stack, e.g.
  • the separator web is held in (this) position by hold-down fingers, so that the horizontal section of the separator covers the electrode laid down last; and/or iii) the next component (eg electrode) is placed on the last-placed component while the section of the separator web is held down in an overlapping manner; and/or iv) when the gripper is laid on, it is moved away in a circular motion, the separator being simultaneously placed with its free section over the last stacked electrode in a circular motion, the separator being guided by the folding element arranged on the gripper; and/or vi) in the method the sequence of steps i) ->ii) -> iii) -> iv) is carried out or in the device the control unit is designed (in particular programmed) the device for carrying out the sequence of steps i) ->ii)- >iii)->iv) to control.
  • an empty fold of the separator without a cell component is produced during stacking at the start of the stacking process or at the end of the stacking process for a cell stack.
  • the separator web is held in place for this purpose without a cell component being present on the corresponding gripper.
  • FIG. 1 shows a front view of a cell stack that is produced with an embodiment of a device and a method for producing cell stacks
  • Fig. 2 is a front view of the apparatus with a schematic representation of the stacking step of the method
  • FIG. 3 shows a front view of the initial situation on a stacking device of the device before the first cell component is placed on it;
  • FIG. 4 shows a front view of the stacking device and the cell stack formed by the stacking after the stacking step—it shows the situation after the end of the stacking process;
  • FIG. 5 shows a top view of the stacking device and the cell stack formed by the stacking after the stacking step—the situation after the end of the stacking process is shown;
  • FIG. 6 shows a schematic front view of parts of the device with a stylized, simplified representation of the function of a turnover device when building a cell stack—here when turning a separator to the right;
  • FIG. 9 shows a schematic front view of a gripper of the device according to an embodiment during depositing, with a first embodiment of a combined depositing and turning being indicated;
  • FIG. 10 shows a schematic front view of a gripper of the device according to a further embodiment during depositing, a second embodiment of a combined depositing and turning over being indicated;
  • FIG. 11 is a perspective view of a second gripper of the device according to a specific one preferred embodiment, wherein the second gripper is shown from the right and from the front (relative to the representation of Fig. 2);
  • FIG 12 is another perspective view of the second gripper, the second gripper being shown from the left and from the front;
  • FIG. 13 is a perspective view of a first gripper of the device according to a specific preferred embodiment, the first gripper being shown from the right and from the front (relative to the representation of FIG. 2);
  • FIG 14 is another perspective view of the first gripper, showing the first gripper from the left and from the front;
  • Fig. 15 is a front view of part of the apparatus showing the first and second grippers laying down a first cell component fed from the left in the figure;
  • FIG. 16 is a view as in FIG. 15, with the first and second grippers laying down a second cell component which is supplied from the right in the figure; is shown;
  • Figure 17 is a front view of part of the apparatus with the first and second grippers showing the geometry and arrangement of elements of a folder;
  • Figs. 18a and 18b are plan views showing examples of cell components arranged on one of the grippers, with their position on the gripper being corrected;
  • FIG. 19 shows a schematic representation of the kinematics of an adjustment mechanism on the respective gripper for correcting the position of the cell components to be deposited.
  • 20 is a partially perspective, partially cut-away view of one of the grippers showing the components of the adjustment mechanism.
  • the cell stack 10 has first cell components 12 and second cell components 14, which are stacked alternately on top of one another and are separated from one another by means of a separator 16 folded around the cell components 12, 14 in a Z-shape or meander-shape.
  • the separator 16 formed by a separator sheet 26 is folded in FIG. 1 around the ends or edges of the first cell component 12 shown on the left and around the ends or edges of the second cell component 14 shown on the right.
  • the cell components 12, 14 are, for example, electrodes; in some embodiments, the first cell components 12 are anodes A and the second cell components are cathodes K. As can be seen in Figure 1, in the illustrated embodiment the anodes A and cathodes K have different dimensions in the direction of extension of the separator 16.
  • the separator 16 has an empty fold 18 below the bottom electrode A.
  • the separator 16 is also wrapped around the entire stack of cell components 12, 14 once more.
  • a free end 20 of the separator 16 is fixed by a suitable fixing means such as an adhesive strip 22 .
  • the cell stack shown in FIG. 1 is produced by Z-folding.
  • Z-folding represents one of the main processes for producing cell stacks 10 for battery cell assembly. Other processes include, for example, laminate stacking of mono cells, winding or single-sheet stacking. During Z-folding, cell components 12, 14 such as anodes A and cathodes K are alternately superimposed.
  • the insulating layer is formed by the separator 16, which is always placed between the layers in this process as a continuous material—separator web 26.
  • the separator 16 is always folded around the individual electrodes A, K so that it runs in the cell stack 10 in a Z-shape.
  • the separator 16 is finally wrapped around the entire cell stack 10 . This allows the entire cell stack 10 to be pre-fixed. After the separator 16 has been wound up, it is separated and the end 20 is fixed on the cell stack 10 with an adhesive strip 22 .
  • the complete separator 16 comes from one web. Therefore, in the embodiments of the device and method for production shown here, the stacking and winding takes place with a continuous separator 16.
  • an empty fold 18 This is either below the first layer, as shown in FIG. 1, or above the last layer.
  • the void fold 18 may be provided either before the first electrode - particularly anode A - or after the last electrode - particularly anode A. In some embodiments, this depends only on the folding direction of the separator 16 . In the illustrated embodiment, the separator 16 is always folded around the anode edge on the left in the illustration; this is just one of several examples.
  • FIG 1 shows the cell stack 10 after it has been wound and with the adhesive strip 22 applied.
  • the device 24 is a stacking system for large-scale production of battery cells.
  • other aspects are also in the foreground.
  • FIGS. 9 to 20 illustrate special features and functions of grippers 56.1, 56.2 of the device 24.
  • the device 24 comprises a first gripper 56.1 for feeding a first cell component 12 to the cell stack 10, a second gripper 56.2 for feeding a second cell component 14 to the cell stack, and a separator web feed 52 for feeding the separator web 26.
  • the separator web feed 52 has a device for providing the separator web 26, not shown in detail, which can have, for example, a roller holder with a roller for delivering the separator web and stationary guide elements such as deflection rollers or sliding edges for preparing the separator web 26 for the grippers 56.1, 56.2. Such elements are from the literature references mentioned at the outset and are therefore not explained in more detail.
  • the separator web feed 52 for feeding the separator web 26 into the cell stack 10 also has a wrapping device 28 with at least one wrapping element 30.1, 30.2 for wrapping the separator web 26 around the cell components 12, 14 fed by the grippers 56.1, 56.2.
  • the device 24 also has a controller 34 for controlling the grippers 56.1, 56.2 and the separator web feed 52.
  • the wrapping device 52 has a first wrapping element 30.1, arranged to move with the first gripper 56.1, for wrapping the separator web 26 around a first cell component 12 fed by the first gripper 56.1, and a second wrapping element 30.2, arranged to move with it on the second gripper 56.2, for wrapping the separator web 26 around a second cell component 14 fed to the second gripper 56.2.
  • the device 24 has the electronic control 34 indicated in FIG. 2 with a corresponding computer program.
  • the controller 34 is designed to control the individual devices/units or stations of the device 24, which are explained in more detail below, for carrying out the method, which is also explained in more detail below.
  • the computer program contains the appropriate instructions for this.
  • the device 24 has a stacking device 36, of which embodiments are explained in more detail below.
  • the stacker 36 includes a stacking table 38 (example of pad) and a holding means 40 having first and spaced apart second hold down fingers 42a, 42b for holding down the stacked cell components 12, 14 during the Z-folding of the separator 16.
  • At least one hold-down finger 42a, 42b is provided in each corner area, i.e. a total of at least four hold-down fingers 42a, 42b, which move in a direction that is essentially parallel to the surface of stacking table 38 for feeding in and out and in a direction that is essentially parallel to the surface of stacking table 38 vertical direction for clamping and descendants are movable in height.
  • the hold down fingers 42a, 42b are set at a slight angle so that there is no relative movement on the cell stack.
  • the hold-down fingers 42a, 42b can also be moved obliquely to the surface of the stacking table 38.
  • the hold-down fingers 42a, 42b can be moved up and down by means of a device not shown in detail. Holding down is force-controlled.
  • the stacking device 36 of the illustrated embodiment has a cathode magazine 44, a cathode gripper that can be moved back and forth between the cathode magazine 44 and the stacking table 38 for supplying cathodes K as an exemplary embodiment for the first gripper 56.1, an anode magazine 48 and one between the anode magazine 48 and the stacking table 38 for delivering anodes K to and fro movable anode gripper as an embodiment of the second gripper 56.2.
  • the magazines 44, 48 provide the first and second cell components 12, 14.
  • the separator web feed 52 is also shown in FIG. 2 .
  • Its turning device 28 causes the separator web 26 to be turned over with its turning elements 30.1, 30.2 arranged to move along with it on the grippers 56.1, 56.2.
  • the stacking method that can be carried out by means of the device 24 is shown schematically in FIGS.
  • the stacking method includes: a) providing the first and second cell components 12, 14, here in the form of the anodes and cathodes A, K, and providing the separator web 26 and b) generating the cell stack 10 by alternately placing the anodes A and cathodes K of both sides (see Fig. 2).
  • step b) includes: alternately stacking the first and second cell components 12, 14, wherein the separator web 26 is inserted in a z-shaped or meandering manner in between such that it alternates on a first side S1 (see Fig. 1). a first cell component 12 is turned over and then on a second side S2 opposite the first side S1 is turned over a subsequently deposited second cell component 14 in order to obtain a cell stack 10 in this way.
  • step b) comprises the sub-steps: b1) gripping a first cell component 12 with the first gripper 56.1 and feeding the first cell component 12 with the first gripper 56.1 by moving to the first side S1 and depositing the first cell component 12, b2) turning over the Separator web 26 around the first cell component 12 supplied in step b1) by means of a first wrapping element 30.1 arranged on the first gripper 56.1, wherein the first wrapping element 30.1 grips the separator web 26 when the first cell component 12 is fed in and moves it to the first side S1 and when the first gripper 56.1 releases again after depositing the first cell component 12, b3) holding the deposited first cell component 12, b4) gripping a second cell component 14 with the second gripper 56.2 and feeding the second cell component 14 with the second gripper 56.2 by moving to the second Side S2 and depositing the second cell component 14, b5) wrapping the separator web 26 around the second cell component 14 supplied in step b4) by means of a second wrapping element 30.2 arranged on the second gripper 56.2,
  • step b) bi)
  • the separator 16 is fixed on the stacking table 38 in front of the first layer using hold-down fingers 42a, 42b.
  • the separator web 26 is fed in from the right side from above (see FIG. 3).
  • the first anode A is then inserted from the right, positioned on the stacking table 38 and then held down on the left side of the stacking table 38 by the first hold-down fingers 42a.
  • the empty fold 18 is produced at the same time, since the separator 16 is turned over from right to left.
  • the wrapping with the separator sheet 26 can take place. Wrapping is only one advantageous embodiment of the method, according to other embodiments the cell stacks 10 are fixed in a different way or used without wrapping. Accordingly, the device 24 may or may not be provided with further wrapping devices (not shown here).
  • FIGS. 6 to 8 show a schematic front view of parts of the stacking device 36 with a stylized, simplified representation of the handling device 28 during the construction of a cell stack 10 - here when the separator 16 is being folded over to the right - while FIGS. 7 and 8 also show the above-mentioned Feeding the first hold-down finger 42a and pressing down the separator 16 onto the cell stack 10 is shown.
  • the separator 16 is folded over the last deposited cell component 12 by means of the folding device 28 and the folding elements 30.1, 30.2 acting on the separator 16.
  • the hold-down finger 42a then presses the separator 16 onto the cell stack 10.
  • the second hold-down fingers 42b are pulled out of the cell stack 10 on the left-hand side.
  • the envelope unit of the envelope device 28 then moves to the left again, so that the separator 16 is now folded around the right hold-down fingers 42a.
  • the left-hand hold-down fingers 42b press the separator 16 down again, so that the z-folded cell stack 10 is formed.
  • the embodiments of the method and the device described here initially have the advantage of minimizing the process times for laying and turning to a significant extent.
  • the electrode gripper is designed to be displaceable and rotatable in the plane.
  • the folding element 30.1, 30.2 is preferably aligned in a fixed manner in the plane in order to deposit the separator 16 correctly.
  • the separate tucking motion or holding down of the separator is replaced by a combined deposition of the electrode and simultaneous tucking of the separator.
  • a novel gripper design enables active position correction of the electrode.
  • the depositing movement of the cell component 12, 14, which is held by one of the grippers 56.1, 56.2, embodied, for example, as a suction gripper or as a mechanically acting gripper, can correspond to a circular path.
  • This circular path is in turn matched to the existing cell component dimensions (usually the electrode width of the electrodes to be laid down in each case).
  • folding elements 30.1, 30.2 of the folding device 28 are attached to the grippers 56.1, 56.2.
  • these turn-up elements 30.1, 30.2 can be embodied as either rollers or slide elements. Blow bars with blow nozzles are also possible.
  • FIG. 9 the movement sequence for the deposit is shown schematically with a circular path.
  • 10 shows a variant of the movement sequence with a circular path in combination with a straight deposit and/or straight delivery of the grippers 56.1, 56.2.
  • the overall structure of the device 24 thus provides at least two grippers 56.1 , 56.2 which respectively feed in anodes and cathodes and turn the separator 16 over.
  • the device 24 according to some exemplary embodiments has a first and a second position detection device 54.1, 54.2 for detecting the position of the cell components 12, 14 before gripping, during gripping or preferably shortly after gripping.
  • the position of the cell components 12, 14 is preferably detected by image processing in the respective magazine 44, 48. It is sufficient if two opposite corners of a cell component 12, 14, in particular electrodes A, K, are detected.
  • the system structure is also expanded by one, two or more intermediate locations, ie the electrodes K, A are not transferred directly from the magazine 44, 48 to the cell stack 10, but are previously placed again in an intermediate location and there captured by image processing.
  • the position detection devices 54.1, 54.2 are assigned to the at least one intermediate location.
  • the wrapping device 28 has a first wrapping element 30.1 arranged to move with it on a first gripper 56.1 and a second wrapping element 30.2 arranged to move with it on a second gripper 56.2.
  • the first wrapping element 30.1 serves to wrap the separator web 26 around a first cell component 12 supplied by the first gripper 56.1.
  • the second wrapping element 30.2 serves to wrap the separator web 26 around the second cell component 14 supplied by the second gripper 56.2.
  • the turning device 28 also has a guide element 58 for guiding an area of the separator web 26 to be guided to the turning elements 30.1, 30.2.
  • the guide element 58 is arranged on one of the grippers 56.2 above the turn-up element 30.2 arranged on this one gripper 56.2 and offset from this turn-up element 30.2 in the direction of the other gripper 56.1.
  • the guide element 58 can optionally be arranged on the first or second gripper 56.1, 56.2, ie for example the anode gripper or the cathode gripper.
  • the guide element 58 is arranged on the second gripper 56.2, which can be fed in from the left in the figures and feeds in the second cell components 14, here e.g. the cathodes.
  • the guide element 58 has at least one guide roller 60.1 or alternatively or additionally at least one guide edge.
  • the guide element 58 can also have a plurality of guide rollers 60.1, 60.2 or guide edges, e.g. the separator web 26 can be guided between a pair of rollers 60.1, 60.2 or edges, respectively. Blow strips or blow nozzles for guiding the separator web 26 on an air cushion are also possible.
  • the grippers 56.1, 56.2 each have a base 64, which can be moved by a gripper movement device 62, and a gripping area 66.
  • the gripper moving device 62 is controlled by the controller 34 and is designed to move the grippers 56.1, 56.2 between the respective magazines 44, 48, the stacking table 38 and possibly the optional intermediate locations.
  • the gripper movement device 62 is e.g. as a linear movement device for moving the grippers 56.1, 56.2 in the x-direction (the coordinate system is indicated in Fig. 15 and 18b), possibly with a lifting arrangement for moving in the vertical y-direction or as a portal arrangement or x-y adjusting device formed or has e.g. robotic arms.
  • the gripping area 66 is designed to grasp and hold the respective cell component 12, 14 in place. This can be done in different ways.
  • the gripping area 66 is provided with a suction device 68 .
  • the suction device 68 includes at least one suction connection 76 for a line to a pump or the like and a suction plate 78 Suction openings (not visible in the figures).
  • the cell components 12 , 14 are in contact with the suction plate 78 during suction.
  • the first flap element 30.1 is fixed to the base 64 of the first gripper 56.1 - stationary to this base 64 - while the second flap element 30.2 to the base 64 of the second gripper 56.2 - fixed to this base 64 - is fixed.
  • the respective folding element 30.1, 30.2 is arranged at the level of the gripping area 66, more precisely at the level of the suction plate 78.
  • the respective base 64 can have, for example in one piece or as an additional construction, an envelope element holder 72 for holding or storing the envelope element 30.1, 30.2.
  • 30.2 are designed here as envelope rollers, which are rotatably mounted on the envelope element holder 72.
  • the guide element 58 is also attached to the base 64 of one of the grippers 56.2.
  • the cover element holder 72 for example of the second gripper 56.2, has an additional arm 74, on which the guide element 58, viewed from the first cover element 30.1, can be attached laterally in the x-direction (direction of movement of the grippers). is arranged offset towards the other gripper 56.2 and is arranged in the vertical direction (y-direction) above the first envelope element 30.1 and here also above the second envelope element 30.2.
  • the guide element 58 has a first and a second guide roller 80.1,
  • 15 and 16 illustrate the combined movement of the grippers 56.1, 56.2 with the moving handling device 28, as a result of which the separator is deposited directly on the cell stack.
  • FIG. 15 shows the placement of an electrode from the left. In particular, the laying down of the electrode and the simultaneous turning over of the separator (coming from the left) are shown.
  • the guidance of the separator 16 on the guide element 58 and the second turning element 30.2 when the second cell component 14 is fed in by the second gripper 56.2 is shown.
  • the upper part of the separator 16 is guided by means of the guide element 58, while the separator 16 is gripped by the second wrapping element 30.2 when the second gripper 56.2 moves to the right in Fig. 15 (ie towards the second side S2) in order to move the separator 16 around to turn supplied second cell component 14 on the second side S2.
  • FIG. 16 shows the placement of an electrode from the right. In particular, the laying down of the electrode and the simultaneous turning over of the separator (coming from the right) are shown.
  • the guide of the separator 16 on the guide element 58 and the first turning element 30.1 when the first cell component 14 is fed in by the first gripper 56.1 is shown.
  • the upper part of the separator 16 is guided by means of the guide element 58, while the separator 16 is gripped by the first wrapping element 30.1 when the first gripper 56.1 moves to the right in Fig. 16 (i.e. towards the first side S1) in order to move the separator 16 when Feeding the first gripper 56.1 to turn over the fed first cell component 12 on the first side S1.
  • Fig. 17 shows the relative arrangement of guide element 58 and turnover elements 30.1, 30.2 in the exemplary embodiment shown as an example of the design of the deflection units 30.1, 30.2, 58 of the turnover device 28.
  • the respective gripper 56.1, 56.2 has an adjustment mechanism 70.
  • the independent adjustment mechanism 70 is integrated into the grippers 56.1, 56.2 so that the electrodes can always be placed in the correct position on the cell stack 10 despite the folding elements 30.1, 30.2 located on the grippers 56.1, 56.2.
  • the adjustment mechanism enables position correction in a longitudinal and in a rotational direction.
  • the two corrections are shown in FIGS. 18a and 18b.
  • 18a shows the position correction in the z-axis.
  • 18b shows the position correction around the y-axis.
  • the gripping area 66 can be adjusted at least one-dimensionally or at least two-dimensionally relative to the base 64 by means of the adjustment mechanism 70 in order to align the cell components 12, 14 to be deposited.
  • the adjustment mechanism 70 is designed in particular to move the respective cell component 12, 14 by relative movement of the gripping area 66 relative to the base 64 in the transverse direction z, transversely to the movement of the grippers 56.1, 56.2 when the cell components 12, 14 ( x-direction).
  • the adjustment mechanism 70 is designed to align the cell components 12, 14 by rotating the gripping area 66 relative to the base about the vertical axis y.
  • the position of the cell component 12, 14 on the gripper 56.1, 56.2 is optically detected by the position detection device 54.1, 54.2 during or shortly after the gripping. Any corrections to be made in the x-direction are made by the gripper movement device 62, corrections in the z-direction and in the angle by the adjusting mechanism 70 the gripper 56.1,
  • the adjustment in the z-axis and around the y-axis can be combined so that the position of the electrodes can be adjusted correctly at any time.
  • the adjustment mechanism 70 is thus designed to move the gripper 56.1,
  • the gripped cell component 12, 14 in the extension plane of the cell component 12, 14 (e.g. electrode plane, i.e. e.g. the horizontal plane referred to as the x-z plane in the illustration in Fig. 18a, 18b).
  • electrode plane i.e. e.g. the horizontal plane referred to as the x-z plane in the illustration in Fig. 18a, 18b.
  • FIG. 19 schematically shows the structure of the adjusting mechanism 70 with a first drive 82.1, a second drive 82.2 and a lever kinematics 94 for connecting the gripping area 66 to the base 68 and for adjusting the respective gripper 56.1, 56.2.
  • the lever kinematics 84 has connecting levers 90.1, 90.2 and swivel joints 92.1, 92.2.
  • the gripping area 66 is rotated relative to the base about the vertical axis y.
  • the gripping area 66 is rotated relative to the base in the transverse direction z delay.
  • the 20 shows the structural design of the bearing in the form of a gripper connection 84 for connecting the gripping area 66 to the base.
  • the drives 82.1, 82.2 are arranged on the base 66.
  • the gripper connection 84 is designed as a rod-shaped or tubular connecting element with two ends that can be rotated relative to one another by means of a pivot bearing 88, one end of which is attached to the base 66 with a linear guide 86 and the other end is attached to the gripping area 66, here with the suction plate 78 and the ones on it attached suction ports 76, carries.
  • the electrode and separator 16 are fixed using hold-down finders 42a, 42b, which retract laterally. These prevent the individual layers or the entire stack from slipping/slipping.
  • the hold-down fingers 42a, 42b thus hold the separator 16 in position when the grippers 56.1, 56.2 and the envelope element 30.1, 30.2 move away from the stack again.
  • Shape and geometry of the turning element 30.1, 30.2, this can be designed either as a mounted roller or deflection roller or as a fixed element (e.g. milled part with deflection edge).
  • Advantages of particularly preferred embodiments of the method and the device 24 lie in a reduced cycle time and in the increase in process reliability by avoiding the formation of folds.
  • the vertical strokes of the hold-down fingers 42a, 42b can be reduced, which in turn creates space in the system.
  • actuators and sensors can also be saved. In this way, the system costs can also be reduced accordingly.
  • a method and a device (24) for producing z-folded cell stacks have been described, wherein a separator web (26) is z-shaped around alternately stacked first and second Cell component (24, 26) is handled.
  • a turning over takes place when the respective cell component (12, 14) is fed in by means of a turning over element (30.1, 30.2) arranged to move along with a respective gripper (56.1, 56.2).

Abstract

The invention relates to a method and a device (24) for producing z-folded cell stacks, wherein a separator web (26) is wrapped over alternately stacked first and second cell components (24, 26) in zig-zag fashion. In order to substantially reduce process time, the wrapping is carried out by means of a wrapping element (30.1, 30.2) that is arranged on a respective gripper (56.1, 56.2) and moves along with it when the respective cell component is supplied.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung z-gefalteter Zellstacks Process and device for producing z-folded cell stacks
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung z-gefalteter Zellstacks. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung z-gefalteter Zellstacks. The invention relates to a method for producing z-folded cell stacks. The invention further relates to a device for producing z-folded cell stacks.
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fertigung von Elektrodenanordnungen und insbesondere von Batteriezellen und Zellverbünden hierfür. Mehr insbesondere liegt die Erfindung auf dem technischen Gebiet von Großserienanlagen zur Großserienherstellung von Batteriezellen. Insbesondere sollen Batteriezellen zur Verwendung in der Elektromobilität, insbesondere Batteriezellen für die Hauptstromversorgung von Elektrofahrzeugen, wie insbesondere Personenkraftwagen und Lastkraftwagen, in Großserie gefertigt werden. The invention lies in the field of manufacturing electrode arrangements and in particular battery cells and cell assemblies therefor. More particularly, the invention is in the technical field of large-scale systems for large-scale production of battery cells. In particular, battery cells for use in electromobility, in particular battery cells for the main power supply of electric vehicles, such as in particular passenger cars and trucks, are to be mass-produced.
Zum technologischen Hintergrund der Erfindung wird insbesondere auf folgende Literaturstellen verwiesen: For the technological background of the invention, reference is made in particular to the following references:
[1] EP 2 866 293 B1 [1] EP 2 866 293 B1
[2] EP 2 557 626 B1 [2] EP 2 557 626 B1
[3] KR 100832801 B1 [3] KR 100832801 B1
[4] DE 10 2007 057 129 B4 [4] DE 10 2007 057 129 B4
[5] EP 3 415 265 A1 [5] EP 3 415 265 A1
[6] DE 10 2017 131 345 A1 [6] DE 10 2017 131 345 A1
[7] WO 2020/216758 [7] WO 2020/216758
[8] WO 2020/192845 A1 [8] WO 2020/192845 A1
[9] US 2006/0 051 652 A1 [9] US 2006/0 051 652 A1
[10] EP 2 149 927 A1 [10] EP 2 149 927 A1
[1 1] DE 10 2012 000 615 A1 [1 1] DE 10 2012 000 615 A1
[12] DE 10 2012 000 616 A1 [12] DE 10 2012 000 616 A1
[13] JP 2000 001 261 A1 [13] JP 2000 001 261 A1
[14] https://www. youtube. com/watch?v=YAedsOH-VXo [14] https://www. youtube. com/watch?v=YAedsOH-VXo
[15] https://www. youtube. com/watch?v=XYy7rt49fc8 [15] https://www. youtube. com/watch?v=XYy7rt49fc8
Aus [14] ist ein erstes grundlegendes Verfahren zum Erzeugen eines z-gestapelten Zellstapels aus ersten Zellkomponenten, wie insbesondere Anoden, und zweiten Zellkomponenten, wie insbesondere Kathoden, und einer z-gefalteten Separatorbahn dazwischen bekannt, bei dem der Zellstapel durch Verfahren eines Stapeltischs erzeugt wird. [14] discloses a first basic method for producing a z-stacked cell stack from first cell components, such as in particular anodes, and second cell components, such as in particular cathodes, and a z-folded separator web in between, in which the cell stack is produced by moving a stacking table becomes.
Aus [15] ist ein zweites grundlegendes Verfahren zum Erzeugen eines z-gestapelten Zellstapels aus ersten Zellkomponenten, wie insbesondere Anoden, und zweiten Zellkomponenten, wie insbesondere Kathoden, und einer z-gefalteten Separatorbahn dazwischen bekannt, bei dem der Zellstapel durch Zuführen der Zellkomponenten erzeugt wird und der Stapeltisch stehen bleibt. [15] discloses a second basic method for producing a z-stacked cell stack from first cell components, such as in particular anodes, and second cell components, such as in particular cathodes, and a z-folded separator web in between, in which the cell stack is produced by supplying the cell components and the stacking table stops.
Verfahren zum Z-Falten mit dazu gehörigen Anlagen, bei dem die Erzeugung des Zellstapels nicht durch eine Verfahrbewegung des Stapeltisches, sondern durch eine Zufuhr der Elektroden zu einem Stapeltisch erreicht wird, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Der grundlegende Aufbau einer solchen Anlage ist in der Literaturstelle [9] beschrieben: Hier wird eine Greifvorrichtung, wie zum Beispiel eine Vorrichtung mit Bernoulli-Greifern, dafür verwendet, um die Elektroden von einem Vorrat zur Stapelstation zu befördern. Der Separator wird kontinuierlich zugeführt und kann mit einer entsprechenden Separator-Führungseinheit von einer Seite einer Stapelstation auf die gegenüberliegende Seite der Stapelstation bewegt und auf der Stapelstation abgelegt werden. Außerdem werden Niederhalter verwendet, die in mehreren Richtungen relativ zur Stapelstation bewegbar sind und mit denen der auf der Stapelstation gebildete Stapel geklemmt werden kann. Methods for Z-folding with the associated systems, in which the cell stack is not produced by moving the stacking table but by feeding the electrodes to a stacking table, are known in principle from the prior art. The The basic structure of such a system is described in reference [9]: Here, a gripping device, such as a device with Bernoulli grippers, is used to transport the electrodes from a supply to the stacking station. The separator is fed continuously and can be moved from one side of a stacking station to the opposite side of the stacking station with a corresponding separator guide unit and deposited on the stacking station. In addition, hold-down devices are used which can be moved in several directions relative to the stacking station and with which the stack formed on the stacking station can be clamped.
Ähnlich ausgeführt wird das Verfahren in der Literaturstelle [10], Mit einer Hin- und Herbewegungseinrichtung wird der bandförmige Separator über dem Stapeltisch geführt und die Elektroden werden über eine entsprechende Halte- und Bewegungseinrichtung zugeführt. Dabei werden auch hier Niederhalter beschrieben, die seitlich einführbar sind. Zusätzlich wird hier eine Schutzfunktion dargestellt, da die Niederhalter so ausgeführt sind, dass sie die Ränder der Elektroden schützen, wenn der Separator jeweils um den Elektrodenrand herum gefaltet wird. The method is carried out similarly in reference [10]. The band-shaped separator is guided over the stacking table with a reciprocating device and the electrodes are fed in via a corresponding holding and moving device. Hold-down devices that can be inserted from the side are also described here. In addition, a protective function is shown here, since the hold-down devices are designed in such a way that they protect the edges of the electrodes when the separator is folded around the electrode edge in each case.
In der Literaturstelle [11 ] werden die Elektroden ebenfalls zum Stapeltisch zugeführt und der Zellstapel nach dem Applizieren des Separators jeweils über ein Halteelement (Niederhalter) fixiert. Die Elektroden sind an zwei gegenüberliegenden Seiten des Stapeltisches angeordnet und werden mittels Sauggreifern von dort abgehoben und dem Zellstapel zugeführt, allerdings werden sie vor dem Ablegen auf dem Stapel zuvor auf einer Vorablageposition positioniert. In reference [11], the electrodes are also fed to the stacking table and the cell stack is fixed in each case via a holding element (down clamp) after the separator has been applied. The electrodes are arranged on two opposite sides of the stacking table and are lifted from there by means of suction grippers and fed to the cell stack, although they are positioned in a pre-depositing position before being placed on the stack.
Konventionelle Vorrichtungen, wie sie z.B. aus den eingangs erwähnten Literaturstellen bekannt sind, arbeiten entweder mit einzelnen Bewegungsabläufen bzw. Achsen (d.h. Bewegungsapparate/Ak- toren) oder kombinieren die Verfahrbewegung der Elektrodenzuführung mit dem Umschlag des Separators, (vgl. [15]). Bei derartigen konventionellen einzelnen Bewegungsabläufen ergibt sich folgender, wiederkehrender Ablauf: Conventional devices, such as those known from the literature mentioned above, work either with individual movement sequences or axes (i.e. locomotor systems/actuators) or combine the movement of the electrode feed with the reversal of the separator (cf. [15]). With such conventional individual movement sequences, the following recurring sequence results:
Achse 1 : Anode auflegen Axis 1 : put the anode on
Achse 2: Separator umschlagen Axis 2: Turn over the separator
Achse 3 Kathode auflegen Place axis 3 cathode
Achse 2: Separator umschlagen Axis 2: Turn over the separator
Achse 1 : Anode auflegen Axis 1 : put the anode on
Achse 2: Separator umschlagen Usw. Axis 2: Turn over separator etc.
Dieser Prozess wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Lagenzahl erreicht ist. This process is repeated until the desired number of layers is reached.
Da in der industriellen Massenproduktion, v.a. im Automobilbereich, die Taktzeiten eine enorm große Rolle spielen, besteht der große Wunsch, taktzeitkritische Bewegungen zu minimieren. Im Stand der Technik werden viele Schritte durchgeführt, die zusätzlichen Zeitverlust bedeuten. Since cycle times play an extremely important role in industrial mass production, especially in the automotive sector, there is a great desire to minimize movements that are critical to cycle times. In the state of the art, many steps are carried out which mean additional loss of time.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Z-Falten von Zellkomponenten, insbesondere für eine Batteriezelle oder dergleichen, zur Verfügung zu stellen, bei denen die Prozesszeit verringert ist. The object of the invention is to provide a device and a method for Z-folding cell components, in particular for a battery cell or the like, in which the process time is reduced.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weiter werden eine Steuerung und ein Computerprogramm mit Anweisungen zum automatischen Durchführen des Verfahrens angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. To solve this object, the invention provides a method and a device according to the independent claims. A controller and a computer program with instructions for automatically carrying out the method are also specified. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung z-gefalteter Zellstacks, umfassend: a) Bereitstellen von ersten und zweiten Zellkomponenten und Bereitstellen einer Separatorbahn, b) wechselweises Stapeln der ersten und zweiten Zellkomponenten, wobei die Separatorbahn z- förmig oder mäanderförmig derart dazwischen eingefügt wird, dass sie wechselweise auf einer ersten Seite um eine erste Zellkomponente umgeschlagen wird und dann auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite um eine nachfolgend abgelegte zweite Zellkomponente umgeschlagen wird, um so einen Zellstapel zu erhalten, wobei Schritt b) umfasst: b1) Greifen einer ersten Zellkomponente mit einem ersten Greifer und Zuführen der ersten Zellkomponente mit dem ersten Greifer durch Bewegung zu der ersten Seite und Ablegen der ersten Zellkomponente, b2) Umschlagen der Separatorbahn um die in Schritt b1) zugeführte erste Zellkomponente mittels eines am ersten Greifer angeordneten ersten Umschlagelements, wobei das erste Umschlagelement beim Zuführen der ersten Zellkomponente die Separatorbahn erfasst und zu der ersten Seite hin versetzt und beim Zurückführen des ersten Greifers nach dem Ablegen der ersten Zellkomponente wieder freigibt, b3) Festhalten der abgelegten ersten Zellkomponente, b4) Greifen einer zweiten Zellkomponente mit einem zweiten Greifer und Zuführen der zweiten Zellkomponente mit dem zweiten Greifer durch Bewegung zu der zweiten Seite und Ablegen der zweiten Zellkomponente, b5) Umschlagen der Separatorbahn um die in Schritt b4) zugeführte zweite Zellkomponente mittels eines am zweiten Greifer angeordneten zweiten Umschlagelements, wobei das zweite Umschlagelement beim Zuführen der zweiten Zellkomponente die Separatorbahn erfasst und zu der zweiten Seite hin versetzt und beim Zurückführen des zweiten Greifers nach dem Ablegen der zweiten Zellkomponente wieder freigibt, b6) Festhalten der abgelegten zweiten Zellkomponente, und The invention provides a method for producing z-folded cell stacks, comprising: a) providing first and second cell components and providing a separator web, b) alternately stacking the first and second cell components, the separator web being inserted in between in a z-shaped or meandering manner in such a way that that it is alternately wrapped around a first cell component on a first side and then wrapped around a subsequently deposited second cell component on a second side opposite the first side, in order to obtain a cell stack in this way, step b) comprising: b1) gripping a first cell component with a first gripper and feeding the first cell component with the first gripper by moving to the first side and depositing the first cell component, b2) wrapping the separator web around the first cell component fed in step b1) by means of a first wrapping element arranged on the first gripper, wherein the first wrapping element grips the separator web when the first cell component is fed in and moves it to the first side and releases it again when the first gripper is returned after the first cell component has been deposited, b3) holding the deposited first cell component in place, b4) gripping a second cell component with a second gripper and feeding the second cell component with the second gripper by moving to the second side and depositing the second cell component, b5) wrapping the separator web around the second cell component fed in step b4) by means of a second wrapping element arranged on the second gripper, the second wrapping element Supplying the second cell component grips the separator web and moves it to the second side and releases it again when the second gripper is returned after the second cell component has been deposited, b6) holding the deposited second cell component in place, and
Wiederholen der Schritte b1) bis b6) zum Erhalt des Zellstacks. Repeating steps b1) to b6) to obtain the cell stack.
Bevorzugt umfasst Schritt b): b7) Führen eines oberhalb der Greifer befindlichen Bereichs der Separatorbahn mittels eines an einem der Greifer angeordneten und sich damit mitbewegenden Führungselements. Step b) preferably includes b7) guiding a region of the separator web located above the grippers by means of a guide element which is arranged on one of the grippers and moves with it.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b1) und/oder Schritt b4) umfasst: ba) Ausrichten der abzulegenden Zellkomponente mittels eines Verstellmechanismus am zugeordneten Greifer. It is preferred that step b1) and/or step b4) includes: ba) aligning the cell component to be deposited by means of an adjustment mechanism on the associated gripper.
Vorzugsweise umfasst Schritt ba) den Schritt: ba1) Erfassen der aktuellen Position der Zellkomponente am Greifer und Vergleich mit einer Sollposition. Step ba) preferably includes the step: ba1) detecting the current position of the cell component on the gripper and comparing it with a target position.
Vorzugsweise umfasst Schritt ba) den Schritt: ba2) Optisches Erfassen der Lage wenigstens zweier beabstandeter Zellkomponentenbereiche vor oder nach dem Greifen durch den Greifer. Vorzugsweise umfasst Schritt ba) den Schritt: ba3) Drehen der Zellkomponente um eine sich quer zur Zellkomponente erstreckende Achse. Step ba) preferably includes the step: ba2) optically detecting the position of at least two spaced cell component areas before or after being gripped by the gripper. Step ba) preferably comprises the step: ba3) rotating the cell component about an axis extending transversely to the cell component.
Vorzugsweise umfasst Schritt ba) den Schritt: ba4) Versetzen der Zellkomponente quer zur Richtung der Bewegung der Greifer. Step ba) preferably comprises the step: ba4) displacing the cell component transversely to the direction of movement of the grippers.
Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Zellkomponente (insbesondere deren aktuellen Position) nach Erfassen, insbesondere einem Ansaugen, mit dem Greifer. The cell component (in particular its current position) is preferably recorded after it has been recorded, in particular after it has been sucked in, with the gripper.
Vorzugsweise umfasst Schritt a) den Schritt: a1) Bereitstellen der ersten Zellkomponenten mittels eines ersten Zellkomponentenmagazins und Bereitstellen der zweiten Zellkomponenten mittels eines zweiten Zellkomponentenmagazins. Step a) preferably includes the step: a1) Providing the first cell components by means of a first cell component magazine and providing the second cell components by means of a second cell component magazine.
Vorzugsweise umfasst Schritt a) den Schritt: a2) Erfassen der Position der ersten und zweiten Zellkomponenten mittels Bildverarbeitung. Preferably step a) comprises the step: a2) detecting the position of the first and second cell components by means of image processing.
Vorzugsweise umfasst Schritt a) den Schritt: a3) Erfassen der Position der Zellkomponenten mittels Bildverarbeitung an einem zugeordneten Magazin. Step a) preferably includes the step: a3) detecting the position of the cell components by means of image processing on an associated magazine.
Vorzugsweise umfasst Schritt a) den Schritt: a4) Greifen und Ablegen der ersten und zweiten Zellkomponenten auf wenigstens einem Zwischenplatz und Positionserfassung an dem Zwischenplatz, insbesondere mittels Bildverarbeitung und Bereitstellen der ersten und zweiten Zellkomponenten auf dem wenigstens einen Zwischenplatz. Step a) preferably includes the step: a4) gripping and depositing the first and second cell components on at least one intermediate location and position detection at the intermediate location, in particular by means of image processing and providing the first and second cell components on the at least one intermediate location.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung z-gefalteter Zellstacks, in denen erste Zellkomponenten und zweite Zellkomponenten alternierend aufeinandergestapelt sind, wobei eine Separatorbahn z-förmig oder mäanderförmig derart zwischen benachbarten Zellkomponenten eingefügt ist, dass sie wechselweise auf einer ersten Seite um jeweils eine erste Zellkomponente umgeschlagen ist und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite um jeweils eine zweite Zellkomponente umgeschlagen ist, wobei die Vorrichtung umfasst: einen ersten Greifer zum Zuführen einer ersten Zellkomponente zu dem Zellstapel, einen zweiten Greifer zum Zuführen einer zweiten Zellkomponente zu dem Zellstapel, eine Separatorbahnzuführung zum Zuführen der Separatorbahn mit einer Umschlageinrichtung mit wenigstens einem Umschlagelement zum Umschlagen der Separatorbahn um die jeweils durch die Greifer zugeführten Zellkomponente, und eine Steuerung zum Steuern der Greifer und der Separatorbahnführung, wobei die Umschlageinrichtung ein am ersten Greifer mitbewegend angeordnetes erstes Umschlagelement zum Umschlagen der Separatorbahn um eine durch den ersten Greifer zugeführte erste Zellkomponente und ein am zweiten Greifer mitbewegend angeordnetes zweites Umschlagelement zum Umschlagen der Separatorbahn um eine durch den zweiten Greifer zugeführte zweite Zellkomponente aufweist. According to a further aspect, the invention provides a device for producing z-folded cell stacks in which first cell components and second cell components are stacked alternately on top of one another, with a separator web being inserted between adjacent cell components in a z-shaped or meandering manner in such a way that they alternate on a first side a first cell component is folded over in each case and a second cell component is folded over in each case on a second side opposite the first side, the device comprising: a first gripper for supplying a first cell component to the cell stack, a second gripper for supplying a second cell component to the cell stack, a separator web feed for feeding the separator web with a wrapping device with at least one wrapping element for wrapping the separator web around the cell components respectively supplied by the grippers, and a controller for controlling the grippers and the separator web guide, the wrapping device having a first wrapping element arranged to move along with the first gripper for wrapping the separator web around a first cell component supplied by the first gripper and a second wrapping element arranged to move along with the second gripper for wrapping the separator web around a second cell component supplied by the second gripper.
Es ist bevorzugt, dass das jeweilige Umschlagelement seitlich zu einem Greifbereich zur Aufnahme der Zellkomponente angeordnet ist. It is preferred that the respective cover element is arranged laterally to a gripping area for receiving the cell component.
Es ist bevorzugt, dass das jeweilige Umschlagelement als an dem zugeordneten Greifer drehbar gelagerte Rolle oder als an dem zugeordneten Greifer angeordnete Gleitkante ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann das jeweilige Umschlagelement auch eine Blasleiste mit Blasdüsen sein oder aufweisen. It is preferred that the respective turning element is configured as a roller rotatably mounted on the associated gripper or as a sliding edge arranged on the associated gripper. Alternatively or in addition, the respective envelope element can also be or have a blowing bar with blowing nozzles.
Es ist bevorzugt, dass die Umschlageinrichtung ein Führungselement zum Führen eines zu den Umschlagelementen nachzuführenden Bereichs der Separatorbahn aufweist, wobei das Führungselement an einem der Greifer oberhalb des an diesem einen Greifer angeordneten Umschlagselements und von diesem Umschlagelement in Richtung auf den anderen Greifer zu versetzt angeordnet ist. It is preferred that the wrapping device has a guide element for guiding a region of the separator web to be guided to the wrapping elements, the guiding element being arranged on one of the grippers above the wrapping element arranged on this one gripper and offset from this wrapping element in the direction of the other gripper .
Es ist bevorzugt, dass das Führungselement wenigstens eine Führungsrolle oder wenigstens eine Führungskante zum Führen der Separatorbahn aufweist. Es ist bevorzugt, dass das Führungselement eine Mehrzahl von Führungsrollen und/oder Führungskanten zum Führen der Separatorbahn dazwischen aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann das Führungselement auch mit Blasleisten oder Blasdüsen ausgestattet sein. It is preferred that the guide element has at least one guide roller or at least one guide edge for guiding the separator web. It is preferred that the guide member has a plurality of guide rollers and/or guide edges for guiding the separator sheet therebetween. In addition or as an alternative, the guide element can also be equipped with blower strips or blower nozzles.
Es ist bevorzugt, dass die Greifer jeweils eine durch eine Greiferbewegungseinrichtung bewegbare Basis und einen Greifbereich aufweisen. It is preferable that the grippers each have a base movable by a gripper moving device and a gripping portion.
Es ist bevorzugt, dass der Greifbereich mit einer Saugeinrichtung versehen ist. It is preferred that the gripping area is provided with a suction device.
Es ist bevorzugt, dass der Greifbereich mittels eines Verstellmechanismus relativ zu der Basis wenigstens eindimensional oder wenigstens zweidimensional verstellbar ist, um die abzulegenden Zellkomponenten auszurichten. It is preferred that the gripping area can be adjusted at least one-dimensionally or at least two-dimensionally relative to the base by means of an adjustment mechanism in order to align the cell components to be deposited.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung hat die Vorrichtung eine vorzugsweise optische Lageerfassungseinrichtung zur Erfassung der Lage der abzulegenden Zellkomponente, wobei der Verstellmechanismus dazu ausgerichtet ist, die Zellkomponente abhängig von der Erfassung auszurichten. Vorzugsweise ist wenigstens eine Lageerfassungseinrichtung pro Zellkomponente vorgesehen. Vorzugsweise ist eine erste Lageerfassungseinrichtung zur Erfassung der Lage der ersten Zellkomponente vorgesehen. Vorzugsweise ist eine zweite Lageerfassungseinrichtung zur Erfassung der Lage der zweiten Zellkomponente vorgesehen. According to a preferred embodiment, the device has a preferably optical position detection device for detecting the position of the cell component to be deposited, the adjustment mechanism being designed to align the cell component as a function of the detection. At least one position detection device is preferably provided for each cell component. A first position detection device is preferably provided for detecting the position of the first cell component. A second position detection device is preferably provided for detecting the position of the second cell component.
Vorzugsweise ist der Verstellmechanismus dazu ausgebildet, die Zellkomponente am Greifer um eine quer zur Erstreckung der Zellkomponente verlaufende Achse zu drehen. Vorzugsweise ist der Verstellmechanismus dazu ausgebildet, die Zellkomponente in der Ebene der Zellkomponente (vorzugsweise horizontal) zu drehen. The adjustment mechanism is preferably designed to rotate the cell component on the gripper about an axis running transversely to the extension of the cell component. The adjustment mechanism is preferably designed to rotate the cell component in the plane of the cell component (preferably horizontally).
Vorzugsweise ist der Verstellmechanismus dazu ausgebildet, die Zellkomponente quer zur Richtung der Bewegung des Greifers beim Zuführen zu versetzen. The adjustment mechanism is preferably designed to displace the cell component transversely to the direction of movement of the gripper during feeding.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung weiter eine Halteeinrichtung zum Niederhalten der abgelegten Zellkomponenten. The device preferably also comprises a holding device for holding down the deposited cell components.
Es ist bevorzugt, dass die Halteeinrichtung wenigstens einen, vorzugsweise quer zur Separatorbahn einfahrbaren und herausziehbaren, ersten Niederhaltefinger zum Niederhalten der abgelegten Zellkomponente oder der abgelegten Zellkomponente und der Separatorbahn auf der ersten Seite aufweist. It is preferred that the holding device has at least one first hold-down finger, which can preferably be retracted and pulled out transversely to the separator web, for holding down the deposited cell component or the deposited cell component and the separator web on the first side.
Es ist bevorzugt, dass die Halteeinrichtung wenigstens einen, vorzugsweise quer zur Separatorbahn einfahrbaren und herausziehbaren, zweiten Niederhaltefinger zum Niederhalten der abgelegten Zellkomponente oder der abgelegten Zellkomponente und der Separatorbahn auf der zweiten Seite aufweist. Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum Auf-/Ab-Bewegen (Hochachse, z.B. y- Achse) des wenigstens einen Niederhaltefingers auf. Vorzugsweise erfolgt das Niederhalten kraftgeregelt. Vorzugsweise ist die Einrichtung zum Auf-/Ab-Bewegen des wenigstens einen Niederhaltefingers dazu eingerichtet, das Niederhalten kraftgeregelt auszuführen. It is preferred that the holding device has at least one second hold-down finger, which can preferably be retracted and pulled out transversely to the separator web, for holding down the deposited cell component or the deposited cell component and the separator web on the second side. The device preferably has a device for moving the at least one hold-down finger up and down (vertical axis, eg y-axis). Holding down preferably takes place in a force-controlled manner. The device for moving the at least one hold-down finger up/down is preferably set up to carry out the hold-down in a force-controlled manner.
Vorzugsweise hat die Vorrichtung einen stationären Stapeltisch, auf dem das Stapeln erfolgt. Vorzugsweise hat die Vorrichtung ein erstes Magazin zum Bereitstellen der ersten Zellkomponenten. Vorzugsweise hat die Vorrichtung ein zweites Magazin zum Bereitstellen der zweiten Zellkomponenten. The device preferably has a stationary stacking table on which the stacking takes place. The device preferably has a first magazine for providing the first cell components. The device preferably has a second magazine for providing the second cell components.
Es ist bevorzugt, dass die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einer der voranstehenden Verfahrens-Ausgestaltungen anzusteuern. It is preferred that the controller is set up to control the device for carrying out the method according to one of the above method configurations.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Steuerung für eine Vorrichtung nach einer der voranstehenden Vorrichtungs-Ausgestaltungen, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einer voranstehenden Verfahrens-Ausgestaltungen anzusteuern. According to a further aspect, the invention provides a controller for a device according to one of the above device configurations, the controller being set up to control the device for carrying out the method according to one of the above method configurations.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Anweisungen, die eine Vorrichtung nach einem der voranstehenden Vorrichtungs-Ausgestaltungen veranlassen, das Verfahren nach einer voranstehenden Verfahrens-Ausgestaltungen durchzuführen. According to a further aspect, the invention creates a computer program, comprising instructions which cause a device according to one of the above device configurations to carry out the method according to one of the above method configurations.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen ein Verfahren zum Umschlag von Separatoren in der Zellstapelbildung. Preferred configurations of the invention relate to a method for turning over separators in cell stack formation.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen ein Verfahren zum Stapeln von, insbesondere laminierten und/oder geklebten, Zellstacks, insbesondere für Batteriezellen, wobei eine erste Zellkomponente und eine zweite Komponente alternierend mit einem Separator dazwischen aufeinander gestapelt werden, wobei der Separator als Separatorbahn ausgeführt ist, die Z-förmig oder mäanderförmig durch den Zellstapel geführt ist. Preferred configurations of the invention relate to a method for stacking, in particular laminated and/or glued, cell stacks, in particular for battery cells, with a first cell component and a second component being stacked on top of one another in alternation with a separator in between, with the separator being designed as a separator web which Z-shaped or meandering through the cell stack.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens umfassen den Schritt: kombiniertes Ablegen der jeweiligen Zellkomponente und gleichzeitiges Umschlagen des Separators. Preferred configurations of the method include the step: combined depositing of the respective cell component and simultaneous turning over of the separator.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen weiter eine Vorrichtung zum Stapeln von, insbesondere laminierten und/oder geklebten, Zellstacks, insbesondere für Batteriezellen, wobei eine erste Zellkomponente und eine zweite Komponente alternierend mit einem Separator dazwischen aufeinander gestapelt werden, wobei der Separator als Separatorbahn ausgeführt ist, die Z-förmig oder mäanderförmig durch den Zellstapel geführt ist und um die Zellkomponenten umgeschlagen ist. Preferred configurations of the invention further relate to a device for stacking cell stacks, in particular laminated and/or glued ones, in particular for battery cells, wherein a first cell component and a second component are stacked alternately on top of one another with a separator in between, the separator being designed as a separator web, which is guided through the cell stack in a Z-shape or in a meandering shape and is wrapped around the cell components.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung umfassen: einen ersten Greifer zum Zuführen einer ersten Zellkomponente zu dem Zellstapel, einen zweiten Greifer zum Zuführen einer zweiten Zellkomponente zu dem Zellstapel, und eine Separatorbahnzuführung zum Zuführen der Separatorbahn und eine insbesondere als elektronische Steuereinheit oder Rechnereinheit ausgebildete Steuerung, zum Steuern der Greifer und der Separatorbahnführung derart, dass ein Umschlagen der Separatorbahn gleichzeitig mit dem Ablegen der Zellkomponente erfolgt. Preferred configurations of the device include: a first gripper for supplying a first cell component to the cell stack, a second gripper for supplying a second cell component to the cell stack, and a separator web feed for supplying the separator web and a controller designed in particular as an electronic control unit or computer unit for controlling the gripper and the separator web guide in such a way that the separator web is folded over at the same time as the cell component is deposited.
Bevorzugte Ausgestaltungen arbeiten gemäß dem grundlegenden zweiten Verfahren mit einem vorzugsweise stationären Stapeltisch und beweglichen Greifern. Der große Vorteil im zweiten Verfahren liegt darin, dass der sich aufbauende Zellstapel nicht bewegt wird. Somit können aufgrund keinerlei dynamischer Einflüsse höhere Lagegenauigkeiten (Position der einzelnen Elektrodenblätter zueinander) sichergestellt werden. Preferred embodiments operate according to the basic second method with a preferably stationary stacking table and moveable grippers. The great advantage of the second method is that the cell stack that is being built up is not moved. Thus, due to no dynamic influences, higher positional accuracies (position of the individual electrode sheets to one another) can be ensured.
Des Weiteren ist für die Qualität eines Zellstapels auch die Lage jeder einzelnen Elektrode zueinander entscheidend. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Elektroden ausgerichtet werden, bevor sie auf dem Stapeltisch abgelegt und über Niederhaltefinger fixiert werden. Das Ausrichten der Elektroden kann dabei passiv, z.B. über mechanische Anschläge oder aber aktiv erfolgen. Aktiv bedeutet, dass die Lage der Elektrode geprüft wird (z.B. über eine Bildverarbeitung) und anschließend über einen Stellmechanismus korrigiert wird. Dabei kann entweder die Position beim Abholen der Elektrode verändert werden oder die Lage der Elektrode im Greifer. The position of each individual electrode in relation to one another is also decisive for the quality of a cell stack. For this reason, it is advantageous if the electrodes are aligned before they are placed on the stacking table and fixed using hold-down fingers. The electrodes can be aligned passively, e.g. via mechanical stops, or actively. Active means that the position of the electrode is checked (e.g. using image processing) and then corrected using an adjustment mechanism. Either the position when picking up the electrode or the position of the electrode in the gripper can be changed.
Durch die Positionierung der Elektroden vor dem Zuführen zum Zellstapel ist bei der anschließenden Ablage der Elemente auf dem Stapel durch die Sauggreifer kein Toleranzausgleich mehr nötig. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt das Positionieren nach dem Aufnehmen der Zellkomponente von einer Vorablageposition und der Zuführung zum Stapel. Eine Vorablage kann erfolgen, um die Taktzeit zu reduzieren, insbesondere beim Erfassen der Position der Elektrode mittels Kamera. Due to the positioning of the electrodes before they are fed to the cell stack, tolerance compensation is no longer necessary when the elements are then placed on the stack by the suction pads. In some embodiments, positioning occurs after picking up the cell component from a pre-delivery position and feeding it to the stack. Pre-storage can be done in order to reduce the cycle time, especially when capturing the position of the electrode using a camera.
Bei der Vorrichtung oder Verfahren gemäß bevorzugten Ausgestaltungen führen ein erster und ein zweiter Greifer jeweils Anoden und Kathoden zu und schlagen den Separator um. In the apparatus or method according to preferred embodiments, first and second grippers feed anodes and cathodes, respectively, and tumble the separator.
Insbesondere sind Umschlagelemente an dem Greifer vorgesehen, die beim Auflegen der Zellkomponente an der Separatorbahn angreifen, um ein Umschlagen zu unterstützen. In particular, folding elements are provided on the gripper, which act on the separator web when the cell component is placed in order to support folding.
Es ist bevorzugt, dass einer oder mehrere Niederhaltefinger vorgesehen oder bereitgestellt sind, der/die dazu ausgebildet ist/sind, nach dem Ablegen der Zellkomponente/Elektrode, die Elektrode/Zell- komponente und den Separator zu fixieren. It is preferred that one or more hold-down fingers are provided or provided, which is/are designed to fix the electrode/cell component and the separator after the cell component/electrode has been laid down.
Es ist bevorzugt, dass der wenigstens eine Niederhaltefinger seitlich einfährt. It is preferred that the at least one hold-down finger retracts laterally.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Niederhaltefinger dazu ausgebildet zu verhindern, dass die einzelnen Lagen bzw. der gesamte Stapel verrutschen/verrutscht. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Niederhaltefinger dazu ausgebildet, den Separator in Position zu halten, wenn Greifer und Umschlagelement wieder vom Stapel weg fahren. The at least one hold-down finger is preferably designed to prevent the individual layers or the entire stack from slipping/slipping. The at least one hold-down finger is preferably designed to hold the separator in position when the gripper and the cover element move away from the stack again.
Bei der Vorrichtung oder Verfahren nach bevorzugten Ausgestaltungen ist weiter vorgesehen, dass die Ablegebewegung der Zellkomponente/Elektrode, die über den Greifer, insbesondere einen Sauggreifer oder einen mechanisch wirkenden Greifer, gehalten wird, einer Bogenbahn, insbesondere Kreisbahn entspricht. In the device or method according to preferred configurations, it is further provided that the laying-down movement of the cell component/electrode, which is held by the gripper, in particular a suction gripper or a mechanically acting gripper, corresponds to an arcuate path, in particular a circular path.
Bei der Vorrichtung oder Verfahren nach bevorzugten Ausgestaltungen ist weiter vorgesehen, dass die Bogenbahn/ Kreisbahn auf die vorliegenden Abmessungen der Elektrode/Zellkomponente, insbesondere die Breite der Elektrode/Zellkomponente abgestimmt ist, mehr insbesondere derart, dass ein Parameter der Bewegungsbahn, insbesondere der Radius, der Breite der Zellkomponente wie insbesondere der Elektrode entspricht. In the device or method according to preferred embodiments, it is further provided that the arcuate path/circular path is matched to the present dimensions of the electrode/cell component, in particular the width of the electrode/cell component, more particularly in such a way that a parameter of the movement path, in particular the radius, corresponds to the width of the cell component such as the electrode in particular.
Bei der Vorrichtung oder Verfahren nach bevorzugten Ausgestaltungen ist weiter vorgesehen, dass i) die Separatorbahn vor dem Auflegen einer weiteren Elektrode mit seinem freien Abschnitt im Wesentlichen quer, z.B. in einem ungefähren 90°-Winkel, zum Stapel, z.B. Elektrodenstapel, ausgerichtet ist; und/oder ii) die Separatorbahn durch Niederhaltefinger in (dieser) Position gehalten wird, so dass der Separator mit seinem horizontalen Abschnitt die zuletzt abgelegte Elektrode überdeckt; und/oder iii) bei auf der zuletzt abgelegten Komponente überdeckend niedergehaltenem Abschnitt der Separatorbahn die nächste Komponente (z.B. Elektrode) aufgelegt wird; und/oder iv) beim Auflegen der Greifer in einer kreisbahnförmigen Bewegung wegbewegt wird, wobei der Separator mit seinem freien Abschnitt gleichzeitig ebenfalls in einer kreisbahnförmigen Bewegung über die zuletzt gestapelte Elektrode gelegt wird, wobei der Separator durch das am Greifer angeordnete Umschlagelement geführt wird; und/oder vi) beim Verfahren die Schrittfolge i) ->ii)-> iii)-> i v) durchgeführt wird oder bei der Vorrichtung die Steuereinheit ausgebildet (insbesondere programmiert ist) die Vorrichtung zum Durchführen der Schrittfolge i) ->ii)->iii)->iv) anzusteuern. In the device or method according to preferred configurations, it is further provided that i) the separator web, before laying on a further electrode, with its free section essentially transversely, e.g. at an approximate 90° angle, to the stack, e.g. electrode stack, is aligned; and/or ii) the separator web is held in (this) position by hold-down fingers, so that the horizontal section of the separator covers the electrode laid down last; and/or iii) the next component (eg electrode) is placed on the last-placed component while the section of the separator web is held down in an overlapping manner; and/or iv) when the gripper is laid on, it is moved away in a circular motion, the separator being simultaneously placed with its free section over the last stacked electrode in a circular motion, the separator being guided by the folding element arranged on the gripper; and/or vi) in the method the sequence of steps i) ->ii) -> iii) -> iv) is carried out or in the device the control unit is designed (in particular programmed) the device for carrying out the sequence of steps i) ->ii)- >iii)->iv) to control.
Bei einigen Ausführungsformen wird beim Stapeln am Anfang des Stapelprozesses oder am Ende des Stapelprozesses für einen Zellstapel noch eine Leerfalte des Separators ohne Zellkomponente erzeugt. Bei einigen Ausführungsformen wird hierzu die Separatorbahn festgehalten, ohne dass eine Zellkomponente an dem entsprechenden Greifer vorhanden ist. In some embodiments, an empty fold of the separator without a cell component is produced during stacking at the start of the stacking process or at the end of the stacking process for a cell stack. In some embodiments, the separator web is held in place for this purpose without a cell component being present on the corresponding gripper.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt: Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1 eine Frontansicht eines Zellstapels, der mit einer Ausführungsform einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Herstellen von Zellstapeln hergestellt ist; 1 shows a front view of a cell stack that is produced with an embodiment of a device and a method for producing cell stacks;
Fig. 2 eine Frontansicht der Vorrichtung mit schematischer Darstellung des Stapelschritts des Verfahrens; Fig. 2 is a front view of the apparatus with a schematic representation of the stacking step of the method;
Fig. 3 eine Frontansicht der Ausgangssituation an einer Stapeleinrichtung der Vorrichtung vor Auflegen der ersten Zellkomponente; 3 shows a front view of the initial situation on a stacking device of the device before the first cell component is placed on it;
Fig. 4 eine Frontansicht der Stapeleinrichtung und des durch das Stapeln gebildeten Zellstapels nach dem Stapelschritt - es ist die Situation nach Beendigung des Stapelprozesses dargestellt; 4 shows a front view of the stacking device and the cell stack formed by the stacking after the stacking step—it shows the situation after the end of the stacking process;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Stapeleinrichtung und den durch das Stapeln gebildeten Zellstapel nach dem Stapelschritt - es ist die Situation nach Beendigung des Stapelprozesses dargestellt; 5 shows a top view of the stacking device and the cell stack formed by the stacking after the stacking step—the situation after the end of the stacking process is shown;
Fig. 6 eine schematische Frontansicht von Teilen der Vorrichtung mit stilisierter vereinfachter Darstellung der Funktion einer Umschlageinrichtung beim Aufbau eines Zellstapels - hier beim Umschlagen eines Separators nach rechts; 6 shows a schematic front view of parts of the device with a stylized, simplified representation of the function of a turnover device when building a cell stack—here when turning a separator to the right;
Fig. 7 und Seine Ansicht wie in Fig. 6, wobei das Zuführen eines Niederhaltefingers und das Niederdrücken des Separators auf den Zellstapel dargestellt ist; FIG. 7 and its view as in FIG. 6, showing the delivery of a hold-down finger and the depressing of the separator onto the cell stack;
Fig. 9 eine schematische Frontansicht eines Greifers der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform beim Ablegen, wobei eine erste Ausgestaltung eines kombinierten Ablegens und Umschlagens angedeutet ist; 9 shows a schematic front view of a gripper of the device according to an embodiment during depositing, with a first embodiment of a combined depositing and turning being indicated;
Fig. 10 eine schematische Frontansicht eines Greifers der Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform beim Ablegen, wobei eine zweite Ausgestaltung eines kombinierten Ablegens und Umschlagens angedeutet ist; 10 shows a schematic front view of a gripper of the device according to a further embodiment during depositing, a second embodiment of a combined depositing and turning over being indicated;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Greifers der Vorrichtung gemäß einer konkreten bevorzugten Ausführungsform, wobei der zweite Greifer von rechts und von vorne (bezogen auf die Darstellung von Fig. 2) dargestellt ist; 11 is a perspective view of a second gripper of the device according to a specific one preferred embodiment, wherein the second gripper is shown from the right and from the front (relative to the representation of Fig. 2);
Fig. 12 eine weitere perspektivische Ansicht des zweiten Greifers, wobei der zweite Greifer von links und von vorne dargestellt ist; 12 is another perspective view of the second gripper, the second gripper being shown from the left and from the front;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines ersten Greifers der Vorrichtung gemäß einer konkreten bevorzugten Ausführungsform, wobei der erste Greifer von rechts und von vorne (bezogen auf die Darstellung von Fig. 2) dargestellt ist; 13 is a perspective view of a first gripper of the device according to a specific preferred embodiment, the first gripper being shown from the right and from the front (relative to the representation of FIG. 2);
Fig. 14 eine weitere perspektivische Ansicht des ersten Greifers, wobei der erste Greifer von links und von vorne dargestellt ist; 14 is another perspective view of the first gripper, showing the first gripper from the left and from the front;
Fig. 15 eine Frontansicht eines Teils der Vorrichtung, wobei der erste und der zweite Greifer beim Ablegen einer ersten Zellkomponente, die von links in der Figur zugeführt wird, dargestellt ist; Fig. 15 is a front view of part of the apparatus showing the first and second grippers laying down a first cell component fed from the left in the figure;
Fig. 16 eine Ansicht wie in Fig. 15, wobei der erste und der zweite Greifer beim Ablegen einer zweiten Zellkomponente, die von rechts in der Figur zugeführt wird; dargestellt ist; FIG. 16 is a view as in FIG. 15, with the first and second grippers laying down a second cell component which is supplied from the right in the figure; is shown;
Fig. 17 eine Frontansicht eines Teils der Vorrichtung mit dem ersten und zweiten Greifer, wobei die Geometrie und Anordnung von Elementen einer Umschlageinrichtung dargestellt sind; Figure 17 is a front view of part of the apparatus with the first and second grippers showing the geometry and arrangement of elements of a folder;
Fig. 18a und 18bDraufsichten auf Beispiele von Zellkomponenten, die an einem der Greifer angeordnet sind, wobei deren Lage am Greifer korrigiert wird; Figs. 18a and 18b are plan views showing examples of cell components arranged on one of the grippers, with their position on the gripper being corrected;
Fig. 19 eine schematische Darstellung der Kinematik eines Verstellmechanismus an dem jeweiligen Greifer zur Lagekorrektur der abzulegenden Zellkomponenten; und 19 shows a schematic representation of the kinematics of an adjustment mechanism on the respective gripper for correcting the position of the cell components to be deposited; and
Fig. 20 eine teils perspektivische, teils weggeschnittene Darstellung eines der Greifer zur Darstellung der Komponenten des Verstellmechanismus. 20 is a partially perspective, partially cut-away view of one of the grippers showing the components of the adjustment mechanism.
In Fig. 1 ist ein z-gefalteter und umwickelter Zellstapel 10 für eine Batterie dargestellt. Der Zellstapel 10 weist erste Zellkomponenten 12 und zweite Zellkomponenten 14 auf, die wechselweise aufeinandergestapelt sind und mittels eines z-förmig oder mäanderförmig um die Zellkomponenten 12, 14 gefalteten Separators 16 voneinander getrennt sind. Der durch eine Separatorbahn 26 gebildete Separator 16 ist in Fig. 1 um die links dargestellten Enden oder Kanten der ersten Zellkomponente 12 und um die rechts dargestellten Enden oder Kanten der zweiten Zellkomponente 14 gefaltet. Die Zellkomponenten 12, 14 sind beispielsweise Elektroden; bei einigen Ausführungsformen sind die ersten Zellkomponenten 12 Anoden A und die zweiten Zellkomponenten Kathoden K. Wie man Fig. 1 entnehmen kann, haben bei der dargestellten Ausführungsform die Anoden A und Kathoden K unterschiedliche Dimensionen in der Richtung der Erstreckung des Separators 16. 1 shows a z-folded and wrapped cell stack 10 for a battery. The cell stack 10 has first cell components 12 and second cell components 14, which are stacked alternately on top of one another and are separated from one another by means of a separator 16 folded around the cell components 12, 14 in a Z-shape or meander-shape. The separator 16 formed by a separator sheet 26 is folded in FIG. 1 around the ends or edges of the first cell component 12 shown on the left and around the ends or edges of the second cell component 14 shown on the right. The cell components 12, 14 are, for example, electrodes; in some embodiments, the first cell components 12 are anodes A and the second cell components are cathodes K. As can be seen in Figure 1, in the illustrated embodiment the anodes A and cathodes K have different dimensions in the direction of extension of the separator 16.
Der Separator 16 hat hier unterhalb der untersten Elektrode A eine Leerfalte 18. Weiter ist der Separator 16 noch einmal um den gesamten Stapel aus Zellkomponenten 12, 14 gewickelt. Ein freies Ende 20 des Separators 16 ist mittels eines geeigneten Fixierungsmittels wie z.B. eines Klebestreifens 22 fixiert. The separator 16 has an empty fold 18 below the bottom electrode A. The separator 16 is also wrapped around the entire stack of cell components 12, 14 once more. A free end 20 of the separator 16 is fixed by a suitable fixing means such as an adhesive strip 22 .
Die Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Zellstapels erfolgt durch Z-Falten. The cell stack shown in FIG. 1 is produced by Z-folding.
Das Z-Falten stellt einen der Hauptprozesse zur Herstellung von Zellstapeln 10 für die Batteriezellassemblierung dar. Weitere Prozesse sind bspw. das Laminatstapeln von Monozellen, das Wickeln oder das Einzelblattstapeln. Beim Z-Falten werden abwechselnd Zellkomponenten 12, 14 wie Anoden A und Kathoden K übereinandergelegt. Z-folding represents one of the main processes for producing cell stacks 10 for battery cell assembly. Other processes include, for example, laminate stacking of mono cells, winding or single-sheet stacking. During Z-folding, cell components 12, 14 such as anodes A and cathodes K are alternately superimposed.
Die isolierende Schicht bildet dabei der Separator 16, der in diesem Prozess als Endlosmaterial - Separatorbahn 26 -immer zwischen den Lagen platziert wird. Dabei wird der Separator 16 immer um die einzelnen Elektroden A, K geschlagen, so dass er Z-förmig im Zellstapel 10 verläuft. The insulating layer is formed by the separator 16, which is always placed between the layers in this process as a continuous material—separator web 26. The separator 16 is always folded around the individual electrodes A, K so that it runs in the cell stack 10 in a Z-shape.
Nachdem mittels abwechselnden Stapelns der Elektroden A, K die gewünschte Lagenanzahl im Zellstapel 10 erreicht wurde, wird der Separator 16 abschließend noch um den gesamten Zellstapel 10 gewickelt. Dadurch lässt sich der gesamte Zellstapel 10 vorfixieren. Nachdem der Separator 16 aufgewickelt wurde, wird dieser abgetrennt und das Ende 20 auf dem Zellstapel 10 mit einem Klebestreifen 22 fixiert. After the desired number of layers in the cell stack 10 has been reached by alternately stacking the electrodes A, K, the separator 16 is finally wrapped around the entire cell stack 10 . This allows the entire cell stack 10 to be pre-fixed. After the separator 16 has been wound up, it is separated and the end 20 is fixed on the cell stack 10 with an adhesive strip 22 .
Aufgrund des Zelldesigns und der Zellfunktion ist es zudem bei den hier in Rede stehenden Zellstapeln 10 gewünscht, dass der komplette Separator 16 aus einer Bahn stammt. Daher erfolgt das Stapeln und Wickeln bei den hier dargestellten Ausführungsformen von Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung mit einem durchgängigen Separator 16. Due to the cell design and the cell function, it is also desirable for the cell stacks 10 under discussion here that the complete separator 16 comes from one web. Therefore, in the embodiments of the device and method for production shown here, the stacking and winding takes place with a continuous separator 16.
Je nach Stapel- und Wickelrichtung kann es zudem gewünscht sein, eine Leerfalte 18 einzuplanen. Diese befindet sich entweder wie in Fig. 1 dargestellt unterhalb der ersten Lage oder über der letzten Lage. Bei einigen Ausführungen kann die Leerfalte 18 entweder vor der ersten Elektrode - insbesondere Anode A - oder nach der letzten Elektrode - insbesondere Anode A - vorgesehen sein. Dies hängt bei einigen Ausführungen nur von der Faltrichtung des Separators 16 ab. Bei der dargestellten Ausführung wird der Separator 16 immer um die in der Darstellung links angeordnete Anodenkante gefaltet; dies ist nur eines von mehreren Beispielen. Depending on the stacking and winding direction, it may also be desirable to include an empty fold 18. This is either below the first layer, as shown in FIG. 1, or above the last layer. In some embodiments, the void fold 18 may be provided either before the first electrode - particularly anode A - or after the last electrode - particularly anode A. In some embodiments, this depends only on the folding direction of the separator 16 . In the illustrated embodiment, the separator 16 is always folded around the anode edge on the left in the illustration; this is just one of several examples.
In Fig. 1 ist der Zellstapel 10 nach dem Wickeln und mit aufgebrachtem Klebestreifen 22 dargestellt. 1 shows the cell stack 10 after it has been wound and with the adhesive strip 22 applied.
Im Folgenden werden besondere Eigenschaften von Ausführungsformen einer Vorrichtung 24 zum Herstellen des z-gefalteten Zellstapels 10 erläutert. Insbesondere handelt es sich bei der Vorrichtung 24 um eine Stapelanlage für die Großserie zur Fertigung von Batteriezellen. Dabei stehen neben den prozesstechnischen Herausforderungen auch weitere Gesichtspunkte im Vordergrund. Special properties of embodiments of a device 24 for producing the z-folded cell stack 10 are explained below. In particular, the device 24 is a stacking system for large-scale production of battery cells. In addition to the process technology challenges, other aspects are also in the foreground.
Insbesondere steht bei Ausführungsformen der Vorrichtung 24 und des damit durchführbaren Verfahrens zur Herstellung eine schnelle Produktion im Vordergrund. Wirtschaftliche Anlagen und Prozesse sollen sehr geringe Taktzeiten aufweisen; dem wenden sich Ausführungsformen der Erfindung zu. In particular, in embodiments of the device 24 and the manufacturing method that can be carried out with it, rapid production is in the foreground. Economical systems and processes should have very short cycle times; this is addressed by embodiments of the invention.
In Fig. 2 ist eine Übersichtdarstellung der Vorrichtung 24 gezeigt, während die Figuren 9 bis 20 besondere Merkmale und Funktionen von Greifern 56.1 , 56.2 der Vorrichtung 24 illustrieren. 2 shows an overview of the device 24, while FIGS. 9 to 20 illustrate special features and functions of grippers 56.1, 56.2 of the device 24.
Die Vorrichtung 24 umfasst einen ersten Greifer 56.1 zum Zuführen einer ersten Zellkomponente 12 zu dem Zellstapel 10, einen zweiten Greifer 56.2 zum Zuführen einer zweiten Zellkomponente 14 zu dem Zellstapel, und eine Separatorbahnzuführung 52 zum Zuführen der Separatorbahn 26. The device 24 comprises a first gripper 56.1 for feeding a first cell component 12 to the cell stack 10, a second gripper 56.2 for feeding a second cell component 14 to the cell stack, and a separator web feed 52 for feeding the separator web 26.
Die Separatorbahnzuführung 52 weist eine nicht näher dargestellte Einrichtung zum Bereitstellen der Separatorbahn 26 auf, die beispielsweise einen Rollenhalter mit einer Rolle zum Liefern der Separatorbahn sowie stationäre Führungselemente wie Umlenkrollen oder Gleitkanten zum Bereitstellen der Separatorbahn 26 zu den Greifern 56.1 , 56.2 aufweisen kann. Derartige Elemente sind aus den eingangs erwähnten Literaturstellen gut bekannt und werden daher nicht näher erläutert. Weiter weist die Separatorbahnzuführung 52 zum Zuführen der Separatorbahn 26 in den Zellstapel 10 eine Umschlageinrichtung 28 mit wenigstens einem Umschlagelement 30.1 , 30.2 zum Umschlagen der Separatorbahn 26 um die jeweils durch die Greifer 56.1 , 56.2 zugeführten Zellkomponente 12, 14 auf. The separator web feed 52 has a device for providing the separator web 26, not shown in detail, which can have, for example, a roller holder with a roller for delivering the separator web and stationary guide elements such as deflection rollers or sliding edges for preparing the separator web 26 for the grippers 56.1, 56.2. Such elements are from the literature references mentioned at the outset and are therefore not explained in more detail. The separator web feed 52 for feeding the separator web 26 into the cell stack 10 also has a wrapping device 28 with at least one wrapping element 30.1, 30.2 for wrapping the separator web 26 around the cell components 12, 14 fed by the grippers 56.1, 56.2.
Die Vorrichtung 24 weist weiter eine Steuerung 34 zum Steuern der Greifer 56.1 , 56.2 und der Separatorbahnzuführung 52 auf. The device 24 also has a controller 34 for controlling the grippers 56.1, 56.2 and the separator web feed 52.
Die Umschlageinrichtung 52 weist ein am ersten Greifer 56.1 mitbewegend angeordnetes erstes Umschlagelement 30.1 zum Umschlagen der Separatorbahn 26 um eine durch den ersten Greifer 56.1 zugeführte erste Zellkomponente 12 und ein am zweiten Greifer 56.2 mitbewegend angeordnetes zweites Umschlagelement 30.2 zum Umschlagen der Separatorbahn 26 um eine durch den zweiten Greifer 56.2 zugeführte zweite Zellkomponente 14 auf. The wrapping device 52 has a first wrapping element 30.1, arranged to move with the first gripper 56.1, for wrapping the separator web 26 around a first cell component 12 fed by the first gripper 56.1, and a second wrapping element 30.2, arranged to move with it on the second gripper 56.2, for wrapping the separator web 26 around a second cell component 14 fed to the second gripper 56.2.
Bei den darstellten Ausführungen weist die Vorrichtung 24 die in Fig. 2 angedeutete elektronische Steuerung 34 mit entsprechendem Computerprogramm auf. Die Steuerung 34 ist dazu ausgebildet, die einzelnen im Folgenden näher erläuterten Einrichtungen/Einheiten oder Stationen der Vorrichtung 24 zum Durchführen des im Folgenden ebenfalls näher erläuterten Verfahrens anzusteuern. Das Computerprogramm enthält die entsprechenden Anweisungen hierzu. In the illustrated embodiments, the device 24 has the electronic control 34 indicated in FIG. 2 with a corresponding computer program. The controller 34 is designed to control the individual devices/units or stations of the device 24, which are explained in more detail below, for carrying out the method, which is also explained in more detail below. The computer program contains the appropriate instructions for this.
Die Vorrichtung 24 weist eine Stapeleinrichtung 36 auf, von der Ausführungsformen im Folgenden noch näher erläutert werden. Die Stapeleinrichtung 36 weist einen Stapeltisch 38 (Beispiel für Unterlage) und eine Halteeinrichtung 40 mit ersten und beabstandeten zweiten Niederhaltefingern 42a, 42b zum Niederhalten der gestapelten Zellkomponenten 12, 14 während des Z-Faltens des Separators 16 auf. Es sind jeweils wenigstens ein Niederhaltefinger 42a, 42b pro Eckbereich, also insgesamt wenigstens vier Niederhaltefinger 42a, 42b vorgesehen, die in im Wesentlich zu der Oberfläche des Sta- peltischs 38 paralleler Richtung zum Zustellen und Wegführen und in im Wesentlichen zu der Oberfläche des Stapeltischs 38 senkrechter Richtung zum Klemmen und Nachfahren in der Höhe bewegbar sind. The device 24 has a stacking device 36, of which embodiments are explained in more detail below. The stacker 36 includes a stacking table 38 (example of pad) and a holding means 40 having first and spaced apart second hold down fingers 42a, 42b for holding down the stacked cell components 12, 14 during the Z-folding of the separator 16. At least one hold-down finger 42a, 42b is provided in each corner area, i.e. a total of at least four hold-down fingers 42a, 42b, which move in a direction that is essentially parallel to the surface of stacking table 38 for feeding in and out and in a direction that is essentially parallel to the surface of stacking table 38 vertical direction for clamping and descendants are movable in height.
Bei einigen Ausführungsformen werden die Niederhaltefinger 42a, 42b unter einem leichten Winkel angestellt, damit keine Relativbewegung auf dem Zellstapel entsteht. Somit können die Niederhaltefinger 42a, 42b auch schräg zur Oberfläche des Stapeltischs 38 bewegbar sein. Die Niederhaltefinger 42a, 42b sind mittels einer nicht näher dargestellten Einrichtung zum Auf- und Ab-Bewegen bewegbar. Das Niederhalten erfolgt kraftgeregelt. In some embodiments, the hold down fingers 42a, 42b are set at a slight angle so that there is no relative movement on the cell stack. Thus, the hold-down fingers 42a, 42b can also be moved obliquely to the surface of the stacking table 38. The hold-down fingers 42a, 42b can be moved up and down by means of a device not shown in detail. Holding down is force-controlled.
Weiter weist die Stapeleinrichtung 36 der dargestellten Ausführungsform ein Kathodenmagazin 44, einen zwischen dem Kathodenmagazin 44 und dem Stapeltisch 38 zum Liefern von Kathoden K hin- und her fahrbaren Kathodengreifer als Ausführungsbeispiel für den ersten Greifer 56.1 , ein Anodenmagazin 48 und einen zwischen dem Anodenmagazin 48 und dem Stapeltisch 38 zum Liefern von Anoden K hin- und her fahrbaren Anodengreifer als Ausführungsbeispiel für den zweiten Greifer 56.2 auf. Durch die Magazine 44, 48 werden die ersten und zweiten Zellkomponenten 12, 14 bereitgestellt. Furthermore, the stacking device 36 of the illustrated embodiment has a cathode magazine 44, a cathode gripper that can be moved back and forth between the cathode magazine 44 and the stacking table 38 for supplying cathodes K as an exemplary embodiment for the first gripper 56.1, an anode magazine 48 and one between the anode magazine 48 and the stacking table 38 for delivering anodes K to and fro movable anode gripper as an embodiment of the second gripper 56.2. The magazines 44, 48 provide the first and second cell components 12, 14.
Weiter ist in Fig. 2 die Separatorbahnzuführung 52 dargestellt. Deren Umschlageinrichtung 28 bewirkt mit ihren an den Greifern 56.1 , 56.2 mitbewegend angeordneten Umschlagelementen 30.1 , 30.2 ein Umschlagen der Separatorbahn 26. In Fig. 2 bis 5 ist das mittels der Vorrichtung 24 durchführbare Stapelverfahren schematisch dargestellt. Das Stapelverfahren umfasst: a)Bereitstellen der ersten und zweiten Zellkomponenten 12, 14, hier in Form der Anoden und Kathoden A, K, und Bereitstellen der Separatorbahn 26 und b)Erzeugung des Zellstapels 10 durch abwechselndes Auflegen der Anoden A und Kathoden K von beiden Seiten (siehe Fig. 2). The separator web feed 52 is also shown in FIG. 2 . Its turning device 28 causes the separator web 26 to be turned over with its turning elements 30.1, 30.2 arranged to move along with it on the grippers 56.1, 56.2. The stacking method that can be carried out by means of the device 24 is shown schematically in FIGS. The stacking method includes: a) providing the first and second cell components 12, 14, here in the form of the anodes and cathodes A, K, and providing the separator web 26 and b) generating the cell stack 10 by alternately placing the anodes A and cathodes K of both sides (see Fig. 2).
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens umfasst Schritt b): wechselweises Stapeln der ersten und zweiten Zellkomponenten 12, 14, wobei die Separatorbahn 26 z- förmig oder mäanderförmig derart dazwischen eingefügt wird, dass sie wechselweise auf einer ersten Seite S1 (siehe Fig. 1) um eine erste Zellkomponente 12 umgeschlagen wird und dann auf einer der ersten Seite S1 gegenüberliegenden zweiten Seite S2 um eine nachfolgend abgelegte zweite Zellkomponente 14 umgeschlagen wird, um so einen Zellstapel 10 zu erhalten. According to preferred embodiments of the method, step b) includes: alternately stacking the first and second cell components 12, 14, wherein the separator web 26 is inserted in a z-shaped or meandering manner in between such that it alternates on a first side S1 (see Fig. 1). a first cell component 12 is turned over and then on a second side S2 opposite the first side S1 is turned over a subsequently deposited second cell component 14 in order to obtain a cell stack 10 in this way.
Im Einzelnen umfasst Schritt b) die Unterschritte: b1) Greifen einer ersten Zellkomponente 12 mit dem ersten Greifer 56.1 und Zuführen der ersten Zellkomponente 12 mit dem ersten Greifer 56.1 durch Bewegung zu der ersten Seite S1 und Ablegen der ersten Zellkomponente 12, b2) Umschlagen der Separatorbahn 26 um die in Schritt b1) zugeführte erste Zellkomponente 12 mittels eines am ersten Greifer 56.1 angeordneten ersten Umschlagelements 30.1 , wobei das erste Umschlagelement 30.1 beim Zuführen der ersten Zellkomponente 12 die Separatorbahn 26 erfasst und zu der ersten Seite S1 hin versetzt und beim Zurückführen des ersten Greifers 56.1 nach dem Ablegen der ersten Zellkomponente 12 wieder freigibt, b3) Festhalten der abgelegten ersten Zellkomponente 12, b4) Greifen einer zweiten Zellkomponente 14 mit dem zweiten Greifer 56.2 und Zuführen der zweiten Zellkomponente 14 mit dem zweiten Greifer 56.2 durch Bewegung zu der zweiten Seite S2 und Ablegen der zweiten Zellkomponente 14, b5) Umschlagen der Separatorbahn 26 um die in Schritt b4) zugeführte zweite Zellkomponente 14 mittels eines am zweiten Greifer 56.2 angeordneten zweiten Umschlagelements 30.2, wobei das zweite Umschlagelement 30.2 beim Zuführen der zweiten Zellkomponente 14 die Separatorbahn 26 erfasst und zu der zweiten Seite S2 hin versetzt und beim Zurückführen des zweiten Greifers 56.2 nach dem Ablegen der zweiten Zellkomponente 14 wieder freigibt, b6) Festhalten der abgelegten zweiten Zellkomponente 14, und Wiederholen der Schritte b1) bis b6) zum Erhalt des Zellstacks 10. Specifically, step b) comprises the sub-steps: b1) gripping a first cell component 12 with the first gripper 56.1 and feeding the first cell component 12 with the first gripper 56.1 by moving to the first side S1 and depositing the first cell component 12, b2) turning over the Separator web 26 around the first cell component 12 supplied in step b1) by means of a first wrapping element 30.1 arranged on the first gripper 56.1, wherein the first wrapping element 30.1 grips the separator web 26 when the first cell component 12 is fed in and moves it to the first side S1 and when the first gripper 56.1 releases again after depositing the first cell component 12, b3) holding the deposited first cell component 12, b4) gripping a second cell component 14 with the second gripper 56.2 and feeding the second cell component 14 with the second gripper 56.2 by moving to the second Side S2 and depositing the second cell component 14, b5) wrapping the separator web 26 around the second cell component 14 supplied in step b4) by means of a second wrapping element 30.2 arranged on the second gripper 56.2, wherein the second wrapping element 30.2, when the second cell component 14 is fed in, the separator web 26 and shifted to the second side S2 and released again when the second gripper 56.2 is returned after the second cell component 14 has been deposited, b6) holding the deposited second cell component 14, and repeating steps b1) to b6) to obtain the cell stack 10.
Im Folgenden werden besondere Merkmale, Funktionen und Effekte von bevorzugten Ausgestaltungen der Vorrichtung 24 und des Verfahrens näher erläutert. Special features, functions and effects of preferred configurations of the device 24 and the method are explained in more detail below.
In Bezug auf die Darstellungen in Fig. 2 bis Fig. 5 werden zum Erzeugen des Zellstapels 10 (Schritt b)) insbesondere folgende Schritte durchgeführt: b.i) Auf dem Stapeltisch 38 wird vor der ersten Lage der Separator 16 über Niederhaltefinger 42a, 42b fixiert. Die Separatorbahn 26 wird dabei von der rechten Seite von oben zugeführt (siehe Fig. 3). b.ii) Anschließend wird die erste Anode A von rechts eingelegt, auf dem Stapeltisch 38 positioniert und dann über die ersten Niederhaltefinger 42a auf der linken Seite des Stapeltisches 38 festgehalten. Dabei wird bei dem dargestellten Verfahren zeitgleich die Leerfalte 18 erzeugt, da der Separator 16 von rechts nach links umgeschlagen wird. Hinweis: Die Anordnung Anode/Kathode A/K links oder rechts und entsprechend Leerfalte 18 unten/oben wird in Abhängigkeit des Zelldesigns definiert. b.iii) Sobald die Anode A fixiert wurde, wird diese vom Anodengreifer gelöst und dieser fährt wieder zum Anodenmagazin 48 zurück. b.iv) Anschließend fährt von der linken Seite der Kathodengreifer mit einer Kathode K ein. b.v) In der Einfahrbewegung wird der Separator 16 nach rechts geschoben, wobei er über die beiden ersten Niederhaltefinger 42a am Stapeltisch 38 umgeschlagen wird. b.vi) Ist die Kathode K abgelegt, so wird diese über zwei zweite Niederhaltefinger 42b, in der Darstellung der Fig. 2 bis 4 auf der rechten Seite des Stapeltischs 38 fixiert. b.vii) Anschließend werden die ersten Niederhaltefinger 42a auf der linken Seite horizontal aus der Separatorfalte, die beim Umschlagen entstanden ist, herausgezogen. b.viii) Nun fährt der Kathodengreifer wieder in die Grundstellung und holt die nächste Kathode K aus dem Kathodenmagazin 46. Zeitgleich führt der Anodengreifer die nächste Anode A zu. b.ix) Die Prozessschritte b.iii) - b.viii) werden nun so oft wiederholt, bis die gewünschte Lagenanzahl erreicht wurde. b.x) Als letzte Lage wird bei der dargestellten Ausführung immer eine Anode A auf dem Stapel abgelegt (dies hängt jedoch wie oben erwähnt vom Zelldesign ab). b.xi) Nachdem diese letzte Lage abgelegt und über die ersten Niederhaltefinger 42a fixiert wurde, wird nochmals der Separator 16 über den Kathodengreifer umgeschlagen, jedoch ohne dabei eine Kathode K abzulegen. b.xii) Abschließend werden alle vier Niederhaltefinger 42a, 42b auf der Stapeloberseite platziert, so dass sie den Zellstapel 10 fixieren (siehe Fig. 4 und Fig. 5). With regard to the illustrations in FIGS. 2 to 5, the following steps in particular are carried out to produce the cell stack 10 (step b)): bi) The separator 16 is fixed on the stacking table 38 in front of the first layer using hold-down fingers 42a, 42b. The separator web 26 is fed in from the right side from above (see FIG. 3). b.ii) The first anode A is then inserted from the right, positioned on the stacking table 38 and then held down on the left side of the stacking table 38 by the first hold-down fingers 42a. In the process shown, the empty fold 18 is produced at the same time, since the separator 16 is turned over from right to left. Note: The arrangement of anode/cathode A/K on the left or right and correspondingly empty fold 18 below/above is defined depending on the cell design. b.iii) As soon as the anode A has been fixed, it is released from the anode gripper and this moves back to the anode magazine 48 again. b.iv) Then the cathode gripper with a cathode K moves in from the left side. bv) During the retraction movement, the separator 16 is pushed to the right, being turned over on the stacking table 38 by the first two hold-down fingers 42a. b.vi) Once the cathode K has been deposited, it is fixed on the right-hand side of the stacking table 38 in the representation of FIGS. 2 to 4 by means of two second hold-down fingers 42b. b.vii) Subsequently, the first hold-down fingers 42a on the left-hand side are pulled out horizontally from the separator fold that has arisen during the folding. b.viii) Now the cathode gripper returns to the basic position and fetches the next cathode K from the cathode magazine 46. At the same time, the anode gripper feeds the next anode A. b.ix) The process steps b.iii) - b.viii) are now repeated until the desired number of layers has been reached. bx) As the last layer, an anode A is always placed on the stack in the illustrated embodiment (however, as mentioned above, this depends on the cell design). b.xi) After this last layer has been deposited and fixed using the first hold-down fingers 42a, the separator 16 is again folded over the cathode gripper, but without depositing a cathode K in the process. b.xii) Finally, all four hold-down fingers 42a, 42b are placed on the top of the stack so that they fix the cell stack 10 (see Figures 4 and 5).
Danach kann das Umwickeln mit der Separatorbahn 26 erfolgen. Das Umwickeln ist nur eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens, gemäß anderen Ausgestaltungen werden die Zellstapel 10 auf andere Art fixiert oder ohne Umwicklung verwendet. Entsprechend kann die Vorrichtung 24 mit weiteren Einrichtungen zum Umwickeln (hier nicht dargestellt) versehen sein oder auch nicht. Thereafter, the wrapping with the separator sheet 26 can take place. Wrapping is only one advantageous embodiment of the method, according to other embodiments the cell stacks 10 are fixed in a different way or used without wrapping. Accordingly, the device 24 may or may not be provided with further wrapping devices (not shown here).
Im Folgenden wird anhand der Darstellungen der Fig. 6 bis 8 die grundsätzliche Funktion der Umschlageinrichtung 28 und der Umschlagelemente 30.1 , 30.2 beim Z-Stapeln näher erläutert. In Fig. 6 ist eine schematische Frontansicht von Teilen der Stapeleinrichtung 36 mit stilisierter vereinfachter Darstellung der Umschlageinrichtung 28 beim Aufbau eines Zellstapels 10 - hier beim Umschlagen des Separators 16 nach rechts - dargestellt, während in den Fig. 7 und 8 zusätzlich das bereits oben erwähnte Zuführen des ersten Niederhaltefingers 42a und das Niederdrücken des Separators 16 auf den Zellstapel 10 dargestellt ist. Mittels der Umschlageinrichtung 28 und den an dem Separator 16 angreifenden Umschlagelementen 30.1 , 30.2 wird der Separator 16 um die zuletzt abgelegte Zellkomponente 12 umgeschlagen. Der Niederhaltefinger 42a drückt dann den Separator 16 auf den Zellstapel 10. The basic function of the envelope device 28 and the envelope elements 30.1, 30.2 during Z-stacking is explained in more detail below with reference to the illustrations in FIGS. 6 to 8. 6 shows a schematic front view of parts of the stacking device 36 with a stylized, simplified representation of the handling device 28 during the construction of a cell stack 10 - here when the separator 16 is being folded over to the right - while FIGS. 7 and 8 also show the above-mentioned Feeding the first hold-down finger 42a and pressing down the separator 16 onto the cell stack 10 is shown. The separator 16 is folded over the last deposited cell component 12 by means of the folding device 28 and the folding elements 30.1, 30.2 acting on the separator 16. The hold-down finger 42a then presses the separator 16 onto the cell stack 10.
Nach diesem Prozessschritt werden die zweiten Niederhaltefinger 42b auf der linken Seite aus dem Zellstapel 10 herausgezogen. Anschließend bewegt sich die Umschlageinheit der Umschlageinrichtung 28 wieder nach links, so dass der Separator 16 nun um die rechten Niederhaltefinger 42a gefaltet wird. Anschließend drücken wiederrum die linken Niederhaltefinger 42b den Separator 16 nach unten, so dass der z-gefaltete Zellstapel 10 entsteht. After this process step, the second hold-down fingers 42b are pulled out of the cell stack 10 on the left-hand side. The envelope unit of the envelope device 28 then moves to the left again, so that the separator 16 is now folded around the right hold-down fingers 42a. Then the left-hand hold-down fingers 42b press the separator 16 down again, so that the z-folded cell stack 10 is formed.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Elektroden - erste und zweite Zellkomponenten 12, 14 - vor dem Ablegen und Fixieren ausgerichtet werden. Gemäß einigen Ausführungen ist weiter vorgesehen, dass die Position der Separatorbahn 26 dabei nicht geändert wird, damit diese nicht an Genauigkeit verliert. Dies steht eigentlich im Widerspruch zu einem kombinierten Verfahren, da die Umlenkeinheit des Separators 16 bei Korrektur der Elektrodenposition im Greifer in ihrer Lage nicht verändert werden darf (Drehung in der Ebene). According to some embodiments, provision is made for the electrodes—first and second cell components 12, 14—to be aligned before they are laid down and fixed. According to some embodiments, it is further provided that the position of the separator track 26 is not changed in the process, so that it does not lose accuracy. This actually contradicts a combined method, since the deflection unit of the separator 16 must not be changed in its position when correcting the electrode position in the gripper (rotation in the plane).
Die hier beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung haben gegenüber konventionellen Vorrichtungen und Verfahren zunächst den Vorzug, die Prozesszeiten für das Auflegen und Umschlagen auf ein Wesentliches zu minimieren. Bei einigen Ausführungsformen ist es, um die höchste Lagegenauigkeit jeder einzelnen Elektrode im Zellstapel zu erreichen, außerdem möglich, die Elektrode direkt vor dem Ablegen auszurichten. Hierzu ist bei einigen Ausführungsformen vorgesehen, dass der Elektrodengreifer in der Ebene verschiebbar und drehbar aufgebaut ist. Vorzugsweise ist zeitgleich das Umschlagelement 30.1 , 30.2 aber in der Ebene feststehend ausgerichtet ist, um den Separators 16 korrekt abzulegen. Compared to conventional devices and methods, the embodiments of the method and the device described here initially have the advantage of minimizing the process times for laying and turning to a significant extent. In some embodiments, in order to achieve the highest level of registration of each individual electrode in the cell stack, it is also possible to align the electrode just prior to placement. For this purpose it is provided in some embodiments that the electrode gripper is designed to be displaceable and rotatable in the plane. At the same time, however, the folding element 30.1, 30.2 is preferably aligned in a fixed manner in the plane in order to deposit the separator 16 correctly.
Demgemäß werden bei Ausführungsformen der Vorrichtung 24 und des Verfahrens die separate Umschlagbewegung bzw. das Niederhalten des Separators durch ein kombiniertes Ablegen der Elektrode und gleichzeitiges Umschlagen des Separators ersetzt. Bei einigen Ausführungsformen ermöglicht ein neuartiger Greiferaufbau eine aktive Lagekorrektur der Elektrode. Accordingly, in embodiments of the apparatus 24 and method, the separate tucking motion or holding down of the separator is replaced by a combined deposition of the electrode and simultaneous tucking of the separator. In some embodiments, a novel gripper design enables active position correction of the electrode.
Dabei kann - wie in Fig. 9 dargestellt -die Ablegebewegung der Zellkomponente 12, 14, die über einen der z.B. als Sauggreifer oder als mechanisch wirkende Greifer ausgebildeten Greifer 56.1 , 56.2 gehalten wird, einer Kreisbahn entsprechen. Diese Kreisbahn ist wiederrum auf die vorliegenden Zellkomponentenabmessungen (im Regelfall Elektrodenbreite von jeweils abzulegenden Elektroden) abgestimmt. As shown in FIG. 9, the depositing movement of the cell component 12, 14, which is held by one of the grippers 56.1, 56.2, embodied, for example, as a suction gripper or as a mechanically acting gripper, can correspond to a circular path. This circular path is in turn matched to the existing cell component dimensions (usually the electrode width of the electrodes to be laid down in each case).
Um das kombinierte Ablegen der Elektrode und Positionieren des Separators 16 zu ermöglichen, werden Umschlagelemente 30.1 , 30.2 der Umschlageinrichtung 28 an den Greifern 56.1 , 56.2 angebracht. Bei einigen Ausführungsformen können diese Umschlagelemente 30.1 , 30.2 entweder als Rollen oder Gleitelemente ausgeführt werden. Auch Blasleisten mit Blasdüsen sind möglich. In order to enable the electrode to be laid down and the separator 16 to be positioned in a combined manner, folding elements 30.1, 30.2 of the folding device 28 are attached to the grippers 56.1, 56.2. In some embodiments, these turn-up elements 30.1, 30.2 can be embodied as either rollers or slide elements. Blow bars with blow nozzles are also possible.
In Fig. 9 ist der Bewegungsablauf für das Ablegen schematisch mit einer Kreisbahn dargestellt. Fig. 10 zeigt eine Variante des Bewegungsablaufs mit einer Kreisbahn in Kombination mit geradem Ablegen und/oder geradem Zustellen der Greifer 56.1 , 56.2. In Fig. 9, the movement sequence for the deposit is shown schematically with a circular path. 10 shows a variant of the movement sequence with a circular path in combination with a straight deposit and/or straight delivery of the grippers 56.1, 56.2.
Wie in der schematischen Ansicht von Fig. 2 gezeigt, sieht der Gesamtaufbau der Vorrichtung 24 somit mindestens zwei Greifer 56.1 , 56.2 vor, die jeweils Anoden und Kathoden zuführen und den Separator 16 umschlagen. Wie in Fig. 2 weiter dargestellt, weist die Vorrichtung 24 gemäß einigen Ausführungsbeispielen eine erste und eine zweite Lageerfassungseinrichtung 54.1 , 54.2 zur Erfassung der Lage der Zellkomponenten 12, 14 vor dem Greifen, bei dem Greifen oder vorzugsweise kurz nach dem Greifen auf. Die Lageerfassung der Zellkomponenten 12, 14 erfolgt dabei vorzugsweise über eine Bildverarbeitung im jeweiligen Magazin 44, 48. Dabei reicht es aus, wenn zwei gegenüberliegende Ecken einer Zellkomponente 12, 14, insbesondere Elektrode A, K, erfasst werden. Bei alternativen, nicht dargestellten Ausführungsformen ist der Systemaufbau auch um ein, zwei oder mehr Zwischenplätze erweitert, d.h. dass die Elektroden K, A nicht direkt aus dem Magazin 44, 48 in den Zellstapel 10 übergeben werden, sondern vorher nochmals auf einem Zwischenplatz abgelegt und dort mittels Bildverarbeitung erfasst werden. Bei diesen Ausführungen sind die Lageerfassungseinrichtungen 54.1 , 54.2 dem wenigstens einen Zwischenplatz zugeordnet. As shown in the schematic view of FIG. 2 , the overall structure of the device 24 thus provides at least two grippers 56.1 , 56.2 which respectively feed in anodes and cathodes and turn the separator 16 over. As further illustrated in FIG. 2, the device 24 according to some exemplary embodiments has a first and a second position detection device 54.1, 54.2 for detecting the position of the cell components 12, 14 before gripping, during gripping or preferably shortly after gripping. The position of the cell components 12, 14 is preferably detected by image processing in the respective magazine 44, 48. It is sufficient if two opposite corners of a cell component 12, 14, in particular electrodes A, K, are detected. In alternative, not-shown embodiments, the system structure is also expanded by one, two or more intermediate locations, ie the electrodes K, A are not transferred directly from the magazine 44, 48 to the cell stack 10, but are previously placed again in an intermediate location and there captured by image processing. In these versions, the position detection devices 54.1, 54.2 are assigned to the at least one intermediate location.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Greifer 56.1 , 56.2 anhand der Darstellungen der Fig. 11 bis 20 näher erläutert. Preferred embodiments of the grippers 56.1, 56.2 are explained in more detail below with reference to the illustrations in FIGS. 11 to 20.
Die Umschlageinrichtung 28 weist bei bevorzugten Ausführungsformen ein an einem ersten Greifer 56.1 damit mitbewegend angeordnetes erstes Umschlagelement 30.1 und ein an einem zweiten Greifer 56.2 damit mitbewegend angeordnetes zweites Umschlagelement 30.2 auf. Das erste Umschlagelement 30.1 dient zum Umschlagen der Separatorbahn 26 um eine durch den ersten Greifer 56.1 zugeführte erste Zellkomponente 12. Das zweite Umschlagelement 30.2 dient zum Umschlagen der Separatorbahn 26 um die durch den zweiten Greifer 56.2 zugeführte zweite Zellkomponente 14. In preferred embodiments, the wrapping device 28 has a first wrapping element 30.1 arranged to move with it on a first gripper 56.1 and a second wrapping element 30.2 arranged to move with it on a second gripper 56.2. The first wrapping element 30.1 serves to wrap the separator web 26 around a first cell component 12 supplied by the first gripper 56.1. The second wrapping element 30.2 serves to wrap the separator web 26 around the second cell component 14 supplied by the second gripper 56.2.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Umschlageinrichtung 28 weiter ein Führungselement 58 zum Führen eines zu den Umschlagelementen 30.1 , 30.2 nachzuführenden Bereichs der Separatorbahn 26 auf. Wie insbesondere Fig. 17 entnehmbar ist das Führungselement 58 an einem der Greifer 56.2 oberhalb des an diesem einen Greifer 56.2 angeordneten Umschlagselements 30.2 und von diesem Umschlagelement 30.2 in Richtung auf den anderen Greifer 56.1 zu versetzt angeordnet. Das Führungselement 58 kann wahlweise an dem ersten oder zweiten Greifer 56.1 , 56.2, also beispielsweise dem Anodengreifer oder dem Kathodengreifer, angeordnet sein. Bei der gezeigten Ausführung ist das Führungselement 58 an dem von links in den Figuren zuführbaren zweiten Greifer 56.2 angeordnet, der die zweiten Zellkomponenten 14, hier z.B. die Kathoden, zuführt. In a preferred embodiment, the turning device 28 also has a guide element 58 for guiding an area of the separator web 26 to be guided to the turning elements 30.1, 30.2. As can be seen in particular in FIG. 17, the guide element 58 is arranged on one of the grippers 56.2 above the turn-up element 30.2 arranged on this one gripper 56.2 and offset from this turn-up element 30.2 in the direction of the other gripper 56.1. The guide element 58 can optionally be arranged on the first or second gripper 56.1, 56.2, ie for example the anode gripper or the cathode gripper. In the embodiment shown, the guide element 58 is arranged on the second gripper 56.2, which can be fed in from the left in the figures and feeds in the second cell components 14, here e.g. the cathodes.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Führungselement 58 wenigstens eine Führungsrolle 60.1 oder alternativ oder zusätzlich wenigstens eine Führungskante auf. Das Führungselement 58 kann auch eine Mehrzahl von Führungsrollen 60.1 , 60.2 oder Führungskanten aufweisen, z.B. kann die Separatorbahn 26 jeweils zwischen einem Paar Rollen 60.1 , 60.2 oder Kanten geführt werden. Auch Blasleisten oder Blasdüsen zum Führen der Separatorbahn 26 auf einem Luftpolster sind möglich. In some embodiments, the guide element 58 has at least one guide roller 60.1 or alternatively or additionally at least one guide edge. The guide element 58 can also have a plurality of guide rollers 60.1, 60.2 or guide edges, e.g. the separator web 26 can be guided between a pair of rollers 60.1, 60.2 or edges, respectively. Blow strips or blow nozzles for guiding the separator web 26 on an air cushion are also possible.
Wie man den Fig. 2 und 11 bis 20 entnehmen kann, weisen die Greifer 56.1 , 56.2 jeweils eine durch eine Greiferbewegungseinrichtung 62 bewegbare Basis 64 und einen Greifbereich 66 auf. As can be seen from FIGS. 2 and 11 to 20, the grippers 56.1, 56.2 each have a base 64, which can be moved by a gripper movement device 62, and a gripping area 66.
Die Greiferbewegungseinrichtung 62 ist durch die Steuerung 34 gesteuert und dazu ausgebildet, die Greifer 56.1 , 56.2 zwischen den jeweiligen Magazinen 44, 48, dem Stapeltisch 38 und eventuell den optionalen Zwischenplätzen zu bewegen. Die Greiferbewegungseinrichtung 62 ist z.B. als Linearbewegungseinrichtung zum Bewegen der Greifer 56.1 , 56.2 in x-Richtung (das Koordinatensystem ist in Fig. 15 und 18b angedeutet), eventuell mit einer Hubanordnung zum Bewegen in der vertikalen y-Richtung oder als Portalanordnung oder x-y-Stelleinrichtung ausgebildet oder weist z.B. Roboterarme auf. The gripper moving device 62 is controlled by the controller 34 and is designed to move the grippers 56.1, 56.2 between the respective magazines 44, 48, the stacking table 38 and possibly the optional intermediate locations. The gripper movement device 62 is e.g. as a linear movement device for moving the grippers 56.1, 56.2 in the x-direction (the coordinate system is indicated in Fig. 15 and 18b), possibly with a lifting arrangement for moving in the vertical y-direction or as a portal arrangement or x-y adjusting device formed or has e.g. robotic arms.
Der Greifbereich 66 ist dazu ausgebildet, die jeweilige Zellkomponente 12, 14 zu erfassen und festzuhalten. Dies kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Bei den dargestellten Ausführungen ist der Greifbereich 66 mit einer Saugeinrichtung 68 versehen. Die Saugeinrichtung 68 umfasst wenigstens einen Sauganschluss 76 für eine Leitung zu einer Pumpe oder dergleichen sowie eine Saugplatte 78 mit Säugöffnungen (in den Fig. nicht zu sehen). Beim Ansaugen liegen die Zellkomponenten 12, 14 an der Saugplatte 78 an. The gripping area 66 is designed to grasp and hold the respective cell component 12, 14 in place. This can be done in different ways. In the illustrated embodiments, the gripping area 66 is provided with a suction device 68 . The suction device 68 includes at least one suction connection 76 for a line to a pump or the like and a suction plate 78 Suction openings (not visible in the figures). The cell components 12 , 14 are in contact with the suction plate 78 during suction.
Wie man Fig. 11 bis 17 entnehmen kann, ist das erste Umschlagelement 30.1 an der Basis 64 des ersten Greifers 56.1 - ortsfest zu dieser Basis 64 - befestigt, während das zweite Umschlagelement 30.2 an der Basis 64 des zweiten Greifers 56.2 - ortsfest zu dieser Basis 64 - befestigt ist. As can be seen from FIGS. 11 to 17, the first flap element 30.1 is fixed to the base 64 of the first gripper 56.1 - stationary to this base 64 - while the second flap element 30.2 to the base 64 of the second gripper 56.2 - fixed to this base 64 - is fixed.
Wie man insbesondere Fig. 17 entnehmen kann, ist das jeweilige Umschlagelement 30.1 , 30.2 auf Höhe des Greifbereichs 66, genauer auf Höhe der Saugplatte 78, angeordnet. Hierzu kann die jeweilige Basis 64 z.B. einstückig oder als zusätzliche Konstruktion eine Umschlagelement-Halterung 72 zum Halten oder Lagern des Umschlagelements 30.1 , 30.2 aufweisen. Die Umschlagelemente 30.1 ,As can be seen in particular from FIG. 17, the respective folding element 30.1, 30.2 is arranged at the level of the gripping area 66, more precisely at the level of the suction plate 78. For this purpose, the respective base 64 can have, for example in one piece or as an additional construction, an envelope element holder 72 for holding or storing the envelope element 30.1, 30.2. The envelope elements 30.1,
30.2 sind hier als Umschlagrollen ausgebildet, die an der Umschlagelement-Halterung 72 drehend gelagert sind. 30.2 are designed here as envelope rollers, which are rotatably mounted on the envelope element holder 72.
Das Führungselement 58 ist ebenfalls an der Basis 64 eines der Greifer 56.2 befestigt. Gemäß Fig. 11 , 12 und 15 bis 17 weist hierzu die Umschlagelement-Halterung 72 beispielsweise des zweiten Greifers 56.2 einen zusätzlichen Ausleger 74 auf, an dem das Führungselement 58 von dem ersten Umschlagelement 30.1 aus gesehen seitlich in x-Richtung (Bewegungsrichtung der Greifer) zu dem anderen Greifer 56.2 hin versetzt angeordnet ist und in Höhenrichtung (y-Richtung) oberhalb des ersten Umschlagelements 30.1 und hier auch oberhalb des zweiten Umschlagelements 30.2 angeordnet ist. Das Führungselement 58 weist gemäß Fig. 11 und 12 eine erste und eine zweite Führungsrolle 80.1 ,The guide element 58 is also attached to the base 64 of one of the grippers 56.2. According to FIGS. 11, 12 and 15 to 17, for this purpose the cover element holder 72, for example of the second gripper 56.2, has an additional arm 74, on which the guide element 58, viewed from the first cover element 30.1, can be attached laterally in the x-direction (direction of movement of the grippers). is arranged offset towards the other gripper 56.2 and is arranged in the vertical direction (y-direction) above the first envelope element 30.1 and here also above the second envelope element 30.2. According to FIGS. 11 and 12, the guide element 58 has a first and a second guide roller 80.1,
80.2 auf, die an dem Ausleger 74 drehbar gelagert sind und zwischen denen der Separator 16 hindurchgeführt ist. 80.2, which are rotatably mounted on the boom 74 and between which the separator 16 is passed.
Die Fig. 15 und 16 veranschaulichen die kombinierte Bewegung der Greifer 56.1 , 56.2 mit der mitbewegten Umschlageinrichtung 28, wodurch der Separator direkt auf dem Zellstapel abgelegt wird. 15 and 16 illustrate the combined movement of the grippers 56.1, 56.2 with the moving handling device 28, as a result of which the separator is deposited directly on the cell stack.
Fig. 15 zeigt das Ablegen einer Elektrode von links. Insbesondere ist das Ablegen der Elektrode und gleichzeitiges Umschlagen des Separators (von links kommend) dargestellt. Dabei ist die Führung des Separators 16 an dem Führungselement 58 und dem zweiten Umschlagelement 30.2 beim Zuführen der zweiten Zellkomponente 14 durch den zweiten Greifer 56.2 gezeigt. Mittels des Führungselements 58 wird der obere Teil des Separators 16 geführt, während der Separator 16 beim Bewegen des zweiten Greifers 56.2 nach rechts in Fig. 15 (d.h. zur zweiten Seite S2 hin) durch das zweite Umschlagelement 30.2 erfasst wird, um den Separator 16 um zugeführte zweite Zellkomponente 14 an der zweiten Seite S2 umzuschlagen. 15 shows the placement of an electrode from the left. In particular, the laying down of the electrode and the simultaneous turning over of the separator (coming from the left) are shown. The guidance of the separator 16 on the guide element 58 and the second turning element 30.2 when the second cell component 14 is fed in by the second gripper 56.2 is shown. The upper part of the separator 16 is guided by means of the guide element 58, while the separator 16 is gripped by the second wrapping element 30.2 when the second gripper 56.2 moves to the right in Fig. 15 (ie towards the second side S2) in order to move the separator 16 around to turn supplied second cell component 14 on the second side S2.
Fig. 16 zeigt das Ablegen einer Elektrode von rechts. Insbesondere ist das Ablegen der Elektrode und gleichzeitige Umschlagen des Separators (von rechts kommend) dargestellt. Dabei ist die Führung des Separators 16 an dem Führungselement 58 und dem ersten Umschlagelement 30.1 beim Zuführen der ersten Zellkomponente 14 durch den ersten Greifer 56.1 gezeigt. Mittels des Führungselements 58 wird der obere Teil des Separators 16 geführt, während der Separator 16 beim Bewegen des ersten Greifers 56.1 nach rechts in Fig. 16 (d.h. zur ersten Seite S1 hin) durch das erste Umschlagelement 30.1 erfasst wird, um den Separator 16 beim Zuführen des ersten Greifers 56.1 um die zugeführte erste Zellkomponente 12 auf der ersten Seite S1 umzuschlagen. 16 shows the placement of an electrode from the right. In particular, the laying down of the electrode and the simultaneous turning over of the separator (coming from the right) are shown. The guide of the separator 16 on the guide element 58 and the first turning element 30.1 when the first cell component 14 is fed in by the first gripper 56.1 is shown. The upper part of the separator 16 is guided by means of the guide element 58, while the separator 16 is gripped by the first wrapping element 30.1 when the first gripper 56.1 moves to the right in Fig. 16 (i.e. towards the first side S1) in order to move the separator 16 when Feeding the first gripper 56.1 to turn over the fed first cell component 12 on the first side S1.
Einen wesentlichen Einfluss auf den Umschlagvorgang hat dabei die Position der einzelnen Umschlagelemente 30.1 , 30.2 (hier Umlenkrollen) zu der Greifermitte, sowie des Führungselements 58 (hier erste und zweite Führungsrolle 60.1 , 60.2) in der Mitte. Die Ermittlung der richtigen Einzelpositionen erfolgt über eine komplexe Simulation und ist vom Format der Elektroden abhängig. Die Position der Umlenkpunkte beeinflusst im Wesentlichen die Abwicklung des Separators 16. Dadurch können die entstehenden Bahnspannungen, Beschleunigungen und Rücke minimal gehalten werden und somit sehr kurze Taktzeiten im Umlegeprozess realisiert werden. Fig. 17 zeigt die relative Anordnung von Führungselement 58 und Umschlagelementen 30.1 , 30.2 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Beispiel für die Auslegung der Umlenkeinheiten 30.1 , 30.2, 58 der Umschlageinrichtung 28. The position of the individual handling elements 30.1, 30.2 (here deflection rollers) in relation to the center of the gripper and of the guide element 58 has a significant influence on the handling process (here first and second guide roller 60.1, 60.2) in the middle. The correct individual positions are determined using a complex simulation and depends on the format of the electrodes. The position of the deflection points essentially influences the unwinding of the separator 16. As a result, the resulting web tensions, accelerations and jerks can be kept to a minimum and thus very short cycle times can be achieved in the folding process. Fig. 17 shows the relative arrangement of guide element 58 and turnover elements 30.1, 30.2 in the exemplary embodiment shown as an example of the design of the deflection units 30.1, 30.2, 58 of the turnover device 28.
Gemäß den Fig. 12, 13, 18a, 18b, 19 und 20 weist der jeweilige Greifer 56.1 , 56.2 einen Verstellmechanismus 70 auf. Der unabhängige Verstellmechanismus 70 ist in die Greifer 56.1 , 56.2 integriert, damit die Elektroden trotz der an den Greifern 56.1 , 56.2 befindlichen Umschlagelemente 30.1 , 30.2 immer lagerichtig auf dem Zellstapel 10 abgelegt werden können. According to FIGS. 12, 13, 18a, 18b, 19 and 20, the respective gripper 56.1, 56.2 has an adjustment mechanism 70. The independent adjustment mechanism 70 is integrated into the grippers 56.1, 56.2 so that the electrodes can always be placed in the correct position on the cell stack 10 despite the folding elements 30.1, 30.2 located on the grippers 56.1, 56.2.
Der Verstellmechanismus ermöglicht eine Lagekorrektur in einer Längs- und in der Drehrichtung. In Fig. 18a und 18b sind die beiden Korrekturen dargestellt. Fig. 18a zeigt die Lagekorrektur in der z-Achse. Fig. 18b zeigt die Lagekorrektur um die y-Achse. The adjustment mechanism enables position correction in a longitudinal and in a rotational direction. The two corrections are shown in FIGS. 18a and 18b. 18a shows the position correction in the z-axis. 18b shows the position correction around the y-axis.
Bei den konkreten Ausführungsbeispielen ist der Greifbereich 66 mittels des Verstellmechanismus 70 relativ zu der Basis 64 wenigstens eindimensional oder wenigstens zweidimensional verstellbar, um die abzulegenden Zellkomponenten 12, 14 auszurichten. In the specific exemplary embodiments, the gripping area 66 can be adjusted at least one-dimensionally or at least two-dimensionally relative to the base 64 by means of the adjustment mechanism 70 in order to align the cell components 12, 14 to be deposited.
Wie in Fig. 18a angedeutet, ist der Verstellmechanismus 70 insbesondere dazu ausgebildet, die jeweilige Zellkomponente 12, 14 durch Relativbewegung des Greifbereichs 66 relativ zur Basis 64 in der Querrichtung z quer zur Bewegung der Greifer 56.1 , 56.2 beim Einführen der Zellkomponenten 12, 14 (x-Richtung) auszurichten. As indicated in FIG. 18a, the adjustment mechanism 70 is designed in particular to move the respective cell component 12, 14 by relative movement of the gripping area 66 relative to the base 64 in the transverse direction z, transversely to the movement of the grippers 56.1, 56.2 when the cell components 12, 14 ( x-direction).
Wie in Fig. 18b angedeutet, ist der Verstellmechanismus 70 dazu ausgebildet die Zellkomponenten 12, 14 durch Drehen des Greifbereichs 66 relativ zur Basis um die Hochachse y auszurichten. As indicated in FIG. 18b, the adjustment mechanism 70 is designed to align the cell components 12, 14 by rotating the gripping area 66 relative to the base about the vertical axis y.
Zum Ausrichten wird beim oder kurz nach dem Greifen die Lage der Zellkomponente 12, 14 am Greifer 56.1 , 56.2 optisch mittels der Lageerfassungseinrichtung 54.1 , 54.2 erfasst. Eventuell vorzunehmenden Korrekturen in x-Richtung werden durch die Greiferbewegungseinrichtung 62 vorgenommen, Korrekturen in z-Richtung und im Winkel durch den Verstellmechanismus 70. Die Korrektur in der x- Achse erfolgt hier nicht über den Greifer 56.1 , 56.2, sondern das Achssystem, an dem der Greifer 56.1 ,For alignment, the position of the cell component 12, 14 on the gripper 56.1, 56.2 is optically detected by the position detection device 54.1, 54.2 during or shortly after the gripping. Any corrections to be made in the x-direction are made by the gripper movement device 62, corrections in the z-direction and in the angle by the adjusting mechanism 70 the gripper 56.1,
56.2 angebunden ist. Die Verstellung in der z-Achse und um die y-Achse ist kombinierbar, so dass die Lage der Elektroden jederzeit korrekt angepasst werden kann. 56.2 is connected. The adjustment in the z-axis and around the y-axis can be combined so that the position of the electrodes can be adjusted correctly at any time.
Der Verstellmechanismus 70 ist somit dazu ausgebildet, die von dem jeweiligen Greifer 56.1 ,The adjustment mechanism 70 is thus designed to move the gripper 56.1,
56.2 gegriffene Zellkomponente 12, 14 in der Erstreckungsebene der Zellkomponente 12, 14 (z.B. Elektrodenebene, d.h. z.B. bei der Darstellung in Fig. 18a, 18b die als x-z-Ebene bezeichnete Horizontalebene) auszurichten. 56.2 to align the gripped cell component 12, 14 in the extension plane of the cell component 12, 14 (e.g. electrode plane, i.e. e.g. the horizontal plane referred to as the x-z plane in the illustration in Fig. 18a, 18b).
Fig. 19 zeigt schematisch den Aufbau des Verstellmechanismus 70 mit einem ersten Antrieb 82.1 , einem zweiten Antrieb 82.2 und einer Hebelkinematik 94 zum Verbinden des Greifbereichs 66 mit der Basis 68 und zum Verstellen des jeweiligen Greifers 56.1 , 56.2. Die Hebelkinematik 84 weist Verbindungshebel 90.1 , 90.2 und Drehgelenke 92.1 , 92.2 auf. Durch gegenläufiges Betreiben der Antriebe19 schematically shows the structure of the adjusting mechanism 70 with a first drive 82.1, a second drive 82.2 and a lever kinematics 94 for connecting the gripping area 66 to the base 68 and for adjusting the respective gripper 56.1, 56.2. The lever kinematics 84 has connecting levers 90.1, 90.2 and swivel joints 92.1, 92.2. By operating the drives in opposite directions
82.1 . 82.2 wird der Greifbereich 66 relativ zu der Basis um die Hochachse y gedreht, bei gleichläufigem Betreiben der Antriebe 82,1 , 82,2 wird der Greifbereich 66 relativ zu der Basis in der Querrichtung z verschoben. Durch Bewegen der beiden Antriebe 82.1 , 82.2 kann der Greifbereich 66, der linear in der Z-Richtung und rotativ um die Y-Achse an der Basis 68 gelagert ist, verstellt werden. Die Exzenteranbindung der Hebel ermöglicht dabei sowohl eine reine Verdrehung, eine reine Linearbewegung, als auch eine kombinierte Bewegung. 82.1 . 82.2, the gripping area 66 is rotated relative to the base about the vertical axis y. When the drives 82.1, 82.2 are operated in the same direction, the gripping area 66 is rotated relative to the base in the transverse direction z delay. By moving the two drives 82.1, 82.2, the gripping area 66, which is mounted on the base 68 linearly in the Z direction and rotatably about the Y axis, can be adjusted. The eccentric connection of the levers enables both a pure rotation, a pure linear movement and a combined movement.
In Fig. 20 ist der konstruktive Aufbau der Lagerung in Form einer Greiferanbindung 84 zum Anbinden des Greifbereichs 66 an die Basis dargestellt. Die Antriebe 82.1 , 82.2 sind an der Basis 66 angeordnet. Die Greiferanbindung 84 ist als stabförmiges oder rohrförmiges Verbindungselement mit zwei zueinander mittels einer Drehlagerung 88 verdrehbaren Enden ausgebildet, von denen ein Ende mit einer Linearführung 86 an der Basis 66 befestigt ist und das andere Ende den Greifbereich 66, hier mit der Saugplatte 78 und den daran befestigten Sauganschlüssen 76, trägt. 20 shows the structural design of the bearing in the form of a gripper connection 84 for connecting the gripping area 66 to the base. The drives 82.1, 82.2 are arranged on the base 66. The gripper connection 84 is designed as a rod-shaped or tubular connecting element with two ends that can be rotated relative to one another by means of a pivot bearing 88, one end of which is attached to the base 66 with a linear guide 86 and the other end is attached to the gripping area 66, here with the suction plate 78 and the ones on it attached suction ports 76, carries.
Wie oben bereits anhand der Figuren 3 bis 8 erläutert werden nach dem Ablegen der jeweiligen Elektrode Elektrode und Separator 16 über Niederhaltefinder 42a, 42b fixiert, die seitlich einfahren. Diese verhindern, dass die einzelnen Lagen bzw. der gesamte Stapel verrutschen/verrutscht. As already explained above with reference to FIGS. 3 to 8, after the respective electrode has been laid down, the electrode and separator 16 are fixed using hold-down finders 42a, 42b, which retract laterally. These prevent the individual layers or the entire stack from slipping/slipping.
Die Niederhalterfinger 42a, 42b halten somit den Separator 16 in Position, wenn Greifer 56.1 , 56.2 und Umschlagelement 30.1 , 30.2 wieder vom Stapel weg fahren. The hold-down fingers 42a, 42b thus hold the separator 16 in position when the grippers 56.1, 56.2 and the envelope element 30.1, 30.2 move away from the stack again.
Folgende Parameter haben Einflüsse auf den Prozess und werden entsprechend den Bedürfnissen des jeweiligen Prozesses ausgelegt und ausgebildet (insbesondere mittels Simulationsverfahren, Optimierungsrechnungen oder einfachen Versuchen): The following parameters have an influence on the process and are designed and developed according to the needs of the respective process (in particular using simulation methods, optimization calculations or simple tests):
Die Länge der Niederhaltefinger 42a, 42b, da diese die Umschlagkante für den Separator 16 bilden (diese haben wesentlichen Einfluss auf die Bahnführung des Separators) The length of the hold-down fingers 42a, 42b, as these form the edge of the cover for the separator 16 (these have a significant influence on the path of the separator)
Die Druckkraft, mit der die Niederhaltefinder 42a, 42b auf den Stapel drücken The compressive force with which the hold down fingers 42a, 42b press down on the stack
Die Bahnspannung der Separatorbahn 26, da diese im Umschlagen Spannungsspitzen ausgleichen muss (diese kann über die NC-Steuerung und einen Tänzer reguliert werden) The web tension of the separator web 26, since this has to compensate for tension peaks during turnover (this can be regulated via the NC control and a dancer)
Form und Geometrie des Greifers 56.1 , 56.2 Shape and geometry of the gripper 56.1, 56.2
Form und Geometrie des Umschlagelements 30.1 , 30.2, dieses kann sowohl als gelagerte Rolle oder Umlenkwalze, als auch als feststehendes Element (z.B. Frästeil mit Umlenkkante) ausgeführt sein Shape and geometry of the turning element 30.1, 30.2, this can be designed either as a mounted roller or deflection roller or as a fixed element (e.g. milled part with deflection edge).
Beschichtung des Umschlagelements 30.1 , 30.2 die Beschichtung der Niederhaltefinger 42a, 42b das Material des Umschlagelements 30.1 , 30.2. Coating of the envelope element 30.1, 30.2 the coating of the hold-down fingers 42a, 42b the material of the envelope element 30.1, 30.2.
Vorteile besonders bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung 24 liegen in einer verringerten Taktzeit, sowie in der Erhöhung der Prozesssicherheit durch Vermeidung von Faltenbildung. Advantages of particularly preferred embodiments of the method and the device 24 lie in a reduced cycle time and in the increase in process reliability by avoiding the formation of folds.
Des Weiteren können bei den dargestellten Ausführungsformen die vertikalen Hübe der Niederhaltefinger 42a, 42b reduziert werden, was wiederrum Bauraum in der Anlage schafft. Furthermore, in the illustrated embodiments, the vertical strokes of the hold-down fingers 42a, 42b can be reduced, which in turn creates space in the system.
Im Vergleich zu einem separaten Umschlagen des Separators 16 können zudem Aktoren und Sensoren gespart werden. Somit können auch die Anlagenkosten im entsprechenden Maße gesenkt werden. Compared to a separate turning over of the separator 16, actuators and sensors can also be saved. In this way, the system costs can also be reduced accordingly.
Es sind ein Verfahren und eine Vorrichtung (24) zur Herstellung z-gefalteter Zellstacks beschrieben worden, wobei eine Separatorbahn (26) z-förmig um wechselweise gestapelte erste und zweite Zellkomponente (24, 26) umgeschlagen wird. Um die Prozesszeit wesentlich zu verringern, ist vorgesehen, dass das Umschlagen beim Zuführen der jeweiligen Zellkomponente (12, 14) mittels eines an einem jeweiligen Greifer (56.1 , 56.2) mitbewegend angeordneten Umschlagelements (30.1 , 30.2) erfolgt. A method and a device (24) for producing z-folded cell stacks have been described, wherein a separator web (26) is z-shaped around alternately stacked first and second Cell component (24, 26) is handled. In order to significantly reduce the process time, it is provided that the turning over takes place when the respective cell component (12, 14) is fed in by means of a turning over element (30.1, 30.2) arranged to move along with a respective gripper (56.1, 56.2).
Bezugszeichenliste: Reference list:
10 Zellstapel 10 cell stacks
12 erste Zellkomponente 12 first cell component
14 zweite Zellkomponente 14 second cell component
16 Separator 16 separator
18 Leerfalte 18 empty fold
20 freies (hinteres) Ende des Separators 20 free (rear) end of the separator
22 Klebestreifen 22 adhesive strips
24 Vorrichtung 24 device
26 Separatorbahn 26 separator web
28 Umschlageinrichtung 28 envelope device
30.1 erstes Umschlagelement 30.1 first cover element
30.2 zweites Umschlagelement 30.2 second cover element
34 Steuerung 34 control
36 Stapeleinrichtung 36 Stacker
38 Stapeltisch 38 stacking table
40 Halteeinrichtung 40 holding device
42a erste Niederhaltefinger (rechts) 42a first hold down fingers (right)
42b zweite Niederhaltefinger (links) 42b second holddown fingers (left)
44 Kathodenmagazin 44 cathode magazine
48 Anodenmagazin 48 anode magazine
52 Separatorbahnzuführung 52 separator web feed
54.1 erste Lageerfassungseinrichtung 54.1 first position detection device
54.2 zweite Lageerfassungseinrichtung 54.2 second position detection device
56.1 erster Greifer 56.1 first gripper
56.2 zweiter Greifer 56.2 second gripper
58 Führungselement 58 guide element
60.1 erste Führungsrolle 60.1 First Leadership Role
60.2 zweite Führungsrolle 60.2 Second Leadership Role
62 Greiferbewegungseinrichtung 62 gripper moving device
64 Basis 64 base
66 Greifbereich 66 reach area
68 Saugeinrichtung 68 suction device
70 Verstellmechanismus 70 adjustment mechanism
72 Umschlagelement-Halterung 72 Envelope Element Holder
74 Ausleger Sauganschluss Saugplatte erster Antrieb zweiter Antrieb Greiferanbindung Linearführung Drehlagerung erster Verbindungshebel zweiter Verbindungshebel erstes Drehgelenk zweites Drehgelenk Hebelkinematik erste Seite zweite Seite 74 outriggers suction connection suction plate first drive second drive gripper connection linear guide pivot bearing first connecting lever second connecting lever first pivot joint second pivot joint lever kinematics first side second side

Claims

Ansprüche: Expectations:
1 . Verfahren zur Herstellung z-gefalteter Zellstacks, umfassend: a) Bereitstellen von ersten und zweiten Zellkomponenten (12, 14) und Bereitstellen einer Separatorbahn (26), b) wechselweises Stapeln der ersten und zweiten Zellkomponenten (12, 14), wobei die Separatorbahn (26) z-förmig oder mäanderförmig derart dazwischen eingefügt wird, dass sie wechselweise auf einer ersten Seite (S1) um eine erste Zellkomponente (12) umgeschlagen wird und dann auf einer der ersten Seite (S1) gegenüberliegenden zweiten Seite (S2) um eine nachfolgend abgelegte zweite Zellkomponente (14) umgeschlagen wird, um so einen Zellstapel (10) zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) umfasst: b1) Greifen einer ersten Zellkomponente (12) mit einem ersten Greifer (56.1) und Zuführen der ersten Zellkomponente (12) mit dem ersten Greifer (56.1) durch Bewegung zu der ersten Seite (S1) und Ablegen der ersten Zellkomponente (12), b2) Umschlagen der Separatorbahn (26) um die in Schritt b1) zugeführte erste Zellkomponente (12) mittels eines am ersten Greifer (56.1) angeordneten ersten Umschlagelements (30.1), wobei das erste Umschlagelement (30.1) beim Zuführen der ersten Zellkomponente (12) die Separatorbahn (26) erfasst und zu der ersten Seite (S1) hin versetzt und beim Zurückführen des ersten Greifers (56.1) nach dem Ablegen der ersten Zellkomponente (12) wieder freigibt, b3) Festhalten der abgelegten ersten Zellkomponente (12), b4) Greifen einer zweiten Zellkomponente (14) mit einem zweiten Greifer (56.2) und Zuführen der zweiten Zellkomponente (14) mit dem zweiten Greifer (56.2) durch Bewegung zu der zweiten Seite (S2) und Ablegen der zweiten Zellkomponente (14), b5) Umschlagen der Separatorbahn (26) um die in Schritt b4) zugeführte zweite Zellkomponente (14) mittels eines am zweiten Greifer (56.2) angeordneten zweiten Umschlagelements (30.2), wobei das zweite Umschlagelement (30.2) beim Zuführen der zweiten Zellkomponente (14) die Separatorbahn (26) erfasst und zu der zweiten Seite (S2) hin versetzt und beim Zurückführen des zweiten Greifers (56.2) nach dem Ablegen der zweiten Zellkomponente (14) wieder freigibt, b6) Festhalten der abgelegten zweiten Zellkomponente (14), und Wiederholen der Schritte b1) bis b6) zum Erhalt des Zellstacks. 1 . Method for producing z-folded cell stacks, comprising: a) providing first and second cell components (12, 14) and providing a separator web (26), b) alternately stacking the first and second cell components (12, 14), the separator web ( 26) is inserted between them in a z-shape or in a meandering manner in such a way that it is alternately wrapped around a first cell component (12) on a first side (S1) and then around a subsequent one on a second side (S2) opposite the first side (S1). deposited second cell component (14) is turned over in order to obtain a cell stack (10), characterized in that step b) comprises: b1) gripping a first cell component (12) with a first gripper (56.1) and supplying the first cell component ( 12) with the first gripper (56.1) by moving to the first side (S1) and depositing the first cell component (12), b2) wrapping the separator web (26) around the first cell component (12) supplied in step b1) by means of an am first gripper (56.1) arranged first wrapping element (30.1), wherein the first wrapping element (30.1) grips the separator web (26) when the first cell component (12) is fed in and is offset to the first side (S1) and when the first gripper ( 56.1) releases again after depositing the first cell component (12), b3) holding the deposited first cell component (12), b4) gripping a second cell component (14) with a second gripper (56.2) and feeding the second cell component (14) with it the second gripper (56.2) by moving to the second side (S2) and depositing the second cell component (14), b5) wrapping the separator web (26) around the second cell component (14) supplied in step b4) by means of a gripper ( 56.2) arranged second wrapping element (30.2), wherein the second wrapping element (30.2) grips the separator web (26) when the second cell component (14) is fed in and moves it to the second side (S2) and when the second gripper (56.2) returns the depositing of the second cell component (14) releases again, b6) holding the deposited second cell component (14), and repeating steps b1) to b6) to obtain the cell stack.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) weiter umfasst: b7) Führen eines oberhalb der Greifer (56.1 , 56.2) befindlichen Bereichs der Separatorbahn (26) mittels eines an einem der Greifer (56.2) angeordneten und sich damit mitbewegenden Führungselements (58). 2. The method according to claim 1, characterized in that step b) further comprises: b7) guiding a region of the separator web (26) located above the grippers (56.1, 56.2) by means of a one arranged on one of the grippers (56.2) and moving with it guide element (58).
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b1) und/oder Schritt b4) umfasst: ba) Ausrichten der abzulegenden Zellkomponente (12, 14) mittels eines Verstellmechanismus (70) am zugeordneten Greifer (56.1 , 56.2). 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that step b1) and / or step b4) comprises: ba) aligning the cell component (12, 14) to be deposited by means of an adjustment mechanism (70) on the associated gripper (56.1, 56.2).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt ba) wenigstens einen oder mehrere der Schritte umfasst: ba1) Erfassen der aktuellen Position der Zellkomponente (12, 14) am Greifer (56.1 , 56.2) und Vergleich mit einer Sollposition; ba2) Optisches Erfassen der Lage wenigstens zweier beabstandeter Zellkomponentenbereiche vor oder nach dem Greifen durch den Greifer (56.1 , 56.2); ba3) Drehen der Zellkomponente (12, 14) um eine sich quer zur Zellkomponente erstreckende Achse; ba4) Versetzen der Zellkomponente (12, 14) quer zur Richtung der Bewegung der Greifer (56.1 , 56.2). 4. The method according to claim 3, characterized in that step ba) comprises at least one or more of the steps: ba1) detecting the current position of the cell component (12, 14) on the gripper (56.1, 56.2) and comparison with a target position; ba2) optically detecting the position of at least two spaced cell component areas before or after being gripped by the gripper (56.1, 56.2); ba3) rotating the cell component (12, 14) about an axis extending transversely to the cell component; ba4) displacement of the cell component (12, 14) transversely to the direction of movement of the grippers (56.1, 56.2).
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) wenigstens einen oder mehrere der Schritte umfasst: al) Bereitstellen der ersten Zellkomponenten (12) mittels eines ersten Zellkomponentenmagazins (48) und Bereitstellen der zweiten Zellkomponenten (14) mittels eines zweiten Zellkomponentenmagazins (44); a2) Erfassen der Position der ersten und zweiten Zellkomponenten (12, 14) mittels Bildverarbeitung; a3) Erfassen der Position der Zellkomponenten (12, 14) mittels Bildverarbeitung an einem zugeordneten Magazin (44, 48); a4) Greifen und Ablegen der ersten und zweiten Zellkomponenten (12, 14) auf wenigstens einem Zwischenplatz und Positionserfassung an dem Zwischenplatz, insbesondere mittels Bildverarbeitung und Bereitstellen der ersten und zweiten Zellkomponenten (12, 14) auf dem wenigstens einen Zwischenplatz. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that step a) comprises at least one or more of the steps: al) providing the first cell components (12) by means of a first cell component magazine (48) and providing the second cell components (14) by means of a second cell component magazine (44); a2) detecting the position of the first and second cell components (12, 14) by means of image processing; a3) detecting the position of the cell components (12, 14) by means of image processing on an associated magazine (44, 48); a4) gripping and depositing the first and second cell components (12, 14) on at least one intermediate location and position detection at the intermediate location, in particular by means of image processing and providing the first and second cell components (12, 14) on the at least one intermediate location.
6. Vorrichtung (24) zur Herstellung z-gefalteter Zellstacks, in denen erste Zellkomponenten (12) und zweite Zellkomponenten (14) alternierend aufeinandergestapelt sind, wobei eine Separatorbahn (26) z-förmig oder mäanderförmig derart zwischen benachbarten Zellkomponenten (12, 14) eingefügt ist, dass sie wechselweise auf einer ersten Seite (S1) um jeweils eine erste Zellkomponente (12) umgeschlagen ist und auf einer der ersten Seite (S2) gegenüberliegenden zweiten Seite (14) um jeweils eine zweite Zellkomponente (14) umgeschlagen ist, wobei die Vorrichtung (24) umfasst: einen ersten Greifer (56.1) zum Zuführen einer ersten Zellkomponente (12) zu dem Zellstapel (10), einen zweiten Greifer (56.2) zum Zuführen einer zweiten Zellkomponente (14) zu dem Zellstapel (10), eine Separatorbahnzuführung (52) zum Zuführen der Separatorbahn (26) mit einer Umschlageinrichtung (28) mit wenigstens einem Umschlagelement (30.1 , 30.2) zum Umschlagen der Separatorbahn (26) um die jeweils durch die Greifer (56.1 , 56.2) zugeführten Zellkomponente (12, 14), und eine Steuerung (34) zum Steuern der Greifer (56.1 , 56.2) und der Separatorbahnführung (52), dadurch gekennzeichnet, dass die Umschlageinrichtung (28) ein am ersten Greifer (56.1) mitbewegend angeordnetes erstes Umschlagelement (30.1) zum Umschlagen der Separatorbahn (26) um eine durch den ersten Greifer (56.1) zugeführte erste Zellkomponente (12) und ein am zweiten Greifer (56.2) mitbewegend angeordnetes zweites Umschlagelement (30.2) zum Umschlagen der Separatorbahn (26) um eine durch den zweiten Greifer (56.2) zugeführte zweite Zellkomponente (14) aufweist. 6. Device (24) for producing z-folded cell stacks, in which first cell components (12) and second cell components (14) are stacked alternately on top of one another, with a separator web (26) being z-shaped or meandering in such a way between adjacent cell components (12, 14) is inserted in that it is alternately folded around a first cell component (12) on a first side (S1) and around a second cell component (14) on a second side (14) opposite the first side (S2), wherein the device (24) comprises: a first gripper (56.1) for feeding a first cell component (12) to the cell stack (10), a second gripper (56.2) for feeding a second cell component (14) to the cell stack (10), a Separator web feed (52) for feeding the separator web (26) with a wrapping device (28) with at least one wrapping element (30.1, 30.2) for wrapping the separator web (26) around the cell components (12, 14 ), and a controller (34) for controlling the grippers (56.1, 56.2) and the separator web guide (52), characterized in that the turning device (28) has a first turning element (30.1) arranged to move along with the first gripper (56.1) for turning the separator web (26 ) around a first cell component (12) supplied by the first gripper (56.1) and a second folding element (30.2) arranged to move along with the second gripper (56.2) for folding the separator web (26) around a second cell component supplied by the second gripper (56.2). (14).
7. Vorrichtung (24) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Umschlagelement (30.1 , 30.2) 7. Device (24) according to claim 6, characterized in that the respective envelope element (30.1, 30.2)
7.1 seitlich zu einem Greifbereich (66) zur Aufnahme der Zellkomponente (12, 14) angeordnet ist und/oder 7.1 is arranged laterally to a gripping area (66) for receiving the cell component (12, 14) and/or
7.2 als an dem zugeordneten Greifer (56.1 , 56.2) drehbar gelagerte Rolle oder 7.2 as a roller rotatably mounted on the associated gripper (56.1, 56.2) or
7.3 als an dem zugeordneten Greifer (56.1 , 56.2) angeordnete Gleitkante ausgebildet ist. 7.3 is designed as a sliding edge arranged on the associated gripper (56.1, 56.2).
8. Vorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschlageinrichtung (28) ein Führungselement (58) zum Führen eines zu den Umschlagelementen (30.1 , 30.2) nachzuführenden Bereichs der Separatorbahn (26) aufweist, wobei das Führungselement (58) an einem der Greifer (56.2) oberhalb des an diesem einen Greifer (56.2) angeordneten Umschlagselements (30.2) und von diesem Umschlagelement (30.2) in Richtung auf den anderen Greifer (56.1) zu versetzt angeordnet ist. 8. Device (24) according to one of Claims 6 or 7, characterized in that the turning device (28) has a guide element (58) for guiding a region of the separator web (26) to be guided towards the turning elements (30.1, 30.2), the Guide element (58) is arranged on one of the grippers (56.2) above the folding element (30.2) arranged on this one gripper (56.2) and offset from this folding element (30.2) in the direction of the other gripper (56.1).
9. Vorrichtung (24) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (58) 9. Device (24) according to claim 8, characterized in that the guide element (58)
9.1 wenigstens eine Führungsrolle (60.1 , 60.2) oder wenigstens eine Führungskante zum Führen der Separatorbahn (26), oder 9.1 at least one guide roller (60.1, 60.2) or at least one guide edge for guiding the separator web (26), or
9.2 eine Mehrzahl von Führungsrollen (60.1 , 60.2) und/oder Führungskanten zum Führen der Separatorbahn (26) dazwischen aufweist. 9.2 has a plurality of guide rollers (60.1, 60.2) and/or guide edges for guiding the separator web (26) between them.
10. Vorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifer (56.1) jeweils eine durch eine Greiferbewegungseinrichtung (62) bewegbare Basis (68) und einen Greifbereich (66) aufweisen, wobei der Greifbereich (66) 10. Device (24) according to one of Claims 6 to 9, characterized in that the grippers (56.1) each have a base (68) which can be moved by a gripper movement device (62) and a gripping area (66), the gripping area (66)
10.1 mit einer Saugeinrichtung (68) versehen ist; und/oder 10.1 is provided with a suction device (68); and or
10.2 mittels eines Verstellmechanismus (70) relativ zu der Basis (68) wenigstens eindimensional oder wenigstens zweidimensional verstellbar ist, um die abzulegenden Zellkomponenten (12, 14) auszurichten. 10.2 can be adjusted at least one-dimensionally or at least two-dimensionally relative to the base (68) by means of an adjustment mechanism (70) in order to align the cell components (12, 14) to be deposited.
11. Vorrichtung (24) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise optische Lageerfassungseinrichtung (54.1 , 54.2) zur Erfassung der Lage der abzulegenden Zellkomponente (12, 14), wobei der Verstellmechanismus (70) dazu ausgerichtet ist, die Zellkomponente (12, 14) abhängig von der Erfassung auszurichten. 11. Device (24) according to claim 10, characterized by a preferably optical position detection device (54.1, 54.2) for detecting the position of the cell component (12, 14) to be deposited, wherein the adjustment mechanism (70) is designed to align the cell component (12, 14) depending on the detection.
12. Vorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus (70) dazu ausgebildet ist, 12. Device (24) according to one of claims 10 or 11, characterized in that the adjusting mechanism (70) is designed to
12.1 die Zellkomponente (12, 14) am Greifer (56.1 , 56.2) um eine quer zur Erstreckung der Zellkomponente (12, 14) verlaufende Achse zu drehen und/oder 12.1 rotating the cell component (12, 14) on the gripper (56.1, 56.2) about an axis running transversely to the extension of the cell component (12, 14) and/or
12.2 die Zellkomponente (12, 14) quer zur Richtung der Bewegung des Greifers (56.1 , 56.2) beim Zuführen zu versetzen. 12.2 to displace the cell component (12, 14) transversely to the direction of movement of the gripper (56.1, 56.2) during feeding.
13. Vorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, weiter umfassend: eine Halteeinrichtung (40) zum Niederhalten der abgelegten Zellkomponenten (12, 14). 13. Device (24) according to any one of claims 6 to 12, further comprising: a holding device (40) for holding down the deposited cell components (12, 14).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (40) 14. The device according to claim 13, characterized in that the holding device (40)
14.1 wenigstens einen, vorzugsweise quer zur Separatorbahn (26) einfahrbaren und herausziehbaren, ersten Niederhaltefinger (42a) zum Niederhalten der abgelegten Zellkomponente (12, 14) oder der abgelegten Zellkomponente (12, 14) und der Separatorbahn (26) auf der ersten Seite (S1) und/oder14.1 at least one first hold-down finger (42a), which can be retracted and pulled out preferably transversely to the separator web (26), for holding down the deposited cell component (12, 14) or the deposited cell component (12, 14) and the separator web (26) on the first side ( S1) and/or
14.2 wenigstens einen, vorzugsweise quer zur Separatorbahn (26) einfahrbaren und herausziehbaren, zweiten Niederhaltefinger (42b) zum Niederhalten der abgelegten Zellkomponente (12, 14) oder der abgelegten Zellkomponente (12, 14) und der Separatorbahn (26) auf der zweiten Seite (S2) aufweist. 14.2 at least one second hold-down finger (42b), which can be retracted and pulled out preferably transversely to the separator web (26), for holding down the deposited cell component (12, 14) or the deposited cell component (12, 14) and the separator web (26) on the second side ( S2) has.
15. Vorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 6 bis 14, umfassend wenigstens eine oder mehrere der folgenden Einrichtungen: 15. Device (24) according to any one of claims 6 to 14, comprising at least one or more of the following devices:
15.1 einen stationären Stapeltisch (38), auf dem das Stapeln erfolgt, 15.1 a stationary stacking table (38) on which stacking takes place,
15.2 ein erstes Magazin (48) zum Bereitstellen der ersten Zellkomponenten (12), 15.2 a first magazine (48) for providing the first cell components (12),
15.3 ein zweites Magazin (44) zum Bereitstellen der zweiten Zellkomponenten (14). 15.3 a second magazine (44) for providing the second cell components (14).
16. Vorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (34) dazu eingerichtet ist, die Vorrichtung (24) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 anzusteuern. 16. Device (24) according to one of claims 6 to 15, characterized in that the controller (34) is set up to control the device (24) for carrying out the method according to one of claims 1 to 5.
17. Steuerung (34) für eine Vorrichtung (34) nach einem der Ansprüche 6 bis 16, wobei die Steuerung (34) dazu eingerichtet ist, die Vorrichtung (24) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 anzusteuern. 17. Controller (34) for a device (34) according to one of claims 6 to 16, wherein the controller (34) is set up to control the device (24) for carrying out the method according to one of claims 1 to 5.
18. Computerprogramm, umfassend Anweisungen, die eine Vorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 6 bis 16 dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen. 18. A computer program comprising instructions which cause a device (24) according to any one of claims 6 to 16 to carry out the method according to any one of claims 1 to 5.
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