WO2023194046A1 - Stapeleinheit zur herstellung von modulen oder vorstufen von modulen - Google Patents

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WO2023194046A1
WO2023194046A1 PCT/EP2023/056416 EP2023056416W WO2023194046A1 WO 2023194046 A1 WO2023194046 A1 WO 2023194046A1 EP 2023056416 W EP2023056416 W EP 2023056416W WO 2023194046 A1 WO2023194046 A1 WO 2023194046A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stacking
layers
individual
workpiece carrier
anode
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/056416
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Penzl
Konstantin KOCH
Original Assignee
Mb Atech Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mb Atech Gmbh filed Critical Mb Atech Gmbh
Publication of WO2023194046A1 publication Critical patent/WO2023194046A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries

Definitions

  • modules or precursors of modules can be fuel or battery cells containing sheet material. Details about this are defined in the claims. The description also contains relevant information about the structure and functionality as well as variants of the device and the method.
  • JP 2014 078464 A relates to a laminating machine for producing a laminated body from a rectangular film as a positive electrode, a rectangular film as a negative electrode, which are alternately laminated via a rectangular release film.
  • a conveyor serves to sequentially pick up and convey the cathode foil, the anode foil and the release foil to a predetermined stacking position and to align and stack the cathode foil, the anode foil and the release foil at the stacking position.
  • First horizontal displacement means can shift the position of the first holding elements in the horizontal direction from a retracted position at least outside the cathode foil or the separating foil to a holding position corresponding to the four corners of the cathode foil or the separating foil.
  • a first means for shifting in the vertical direction serves to shift the position of the first holding element in the vertical direction from a released position, which is separated at least upwardly from the cathode foil or the separating foil, into a contact position which is able to touching the cathode foil or the separating foil.
  • Four second holding elements are provided at the four corners of the laminated body to be stacked at the stacking position in order to press from above the four corners of the negative electrode film located at the stacking position or the four corners of the separating film located at the stacking position to under the negative Electrode foil to be stacked.
  • Second horizontal displacement devices serve to shift the position of the second holding elements in the horizontal direction from a retraction position at least outside the anode foil or the separating foil into a holding position which is the four corners corresponds to the anode foil or the separating foil.
  • the second displacement devices for displacement in the vertical direction serve to shift the position of the second holding element in the vertical direction from a position that is at least upwardly separated from the anode foil or the separating foil into a contact position in which the second holding element holds the anode foil or touches the separating film.
  • the height of the first and second holding members when moving from the holding position to the holding position is set to be higher than the height of the first and second holding members when returning from the holding position to the retraction position.
  • the stroke paths of the holding elements are higher than the stroke paths when moving from the holding position to the retraction position.
  • WO 2021 171 946 A1 relates to a testing device for checking the position of the electrode layer in a laminate in which a release film and an electrode layer are bonded by an adhesive, from the release film side.
  • An infrared irradiation unit irradiates the laminate with infrared light from the release film side.
  • a camera that is sensitive to infrared light records the infrared light that is transmitted through the separating film and reflected by the electrode layer.
  • a detection unit detects the position of the electrode layer based on the image captured by the camera.
  • WO 2021 171 946 A1 also relates to a stacking table on which laminate stacks made of release films and electrode layers are stacked.
  • a transport unit is used to transport the separating films and electrode layer and to place them on the stacking table.
  • the above testing device checks the position of the electrode layer in the laminate stack released by the transport unit.
  • DE 10 2017 216 152 Al relates to a stacking device for multi-layer, flat electrode stacks.
  • the stacking device can be moved in the Y direction and optionally in the X direction and includes a changeable carrier.
  • the interchangeable carrier is detachably mounted on guide elements, designed to be interchangeable and includes a Support surface, which is acted upon by first biasing springs, which continuously position the electrode stacks stacked on the support surface against the counterholder when handling the interchangeable carrier.
  • the procedure includes at least the steps listed below.
  • a band-shaped separator element is provided.
  • the separator element is moved by a transport device in a transport direction, while electrode segments are placed on the separator element by a conveyor unit in a conveying direction.
  • the conveyor unit includes a correction device that has position sensors that detect the angular position and position of the electrode segments before they are deposited.
  • DE 10 2018 221 571 Al relates to a method and a device for producing an electrode stack made of anodes and cathodes for a lithium-ion battery.
  • Anode and cathode are each provided in a magazine, are conveyed without a gripper and stacked alternately in a chamber.
  • Such a stacking unit is used to produce modules or precursors of modules, including fuel or battery cells, which contain layer material.
  • a first lifting device with a receptacle is provided at at least one stacking point and is set up to use the receptacle to remove the at least one empty workpiece carrier from a central transport route and to transfer it to the central transport path after filling. to return the port route for conveying to a subsequent process station.
  • One or more stacking devices are provided and set up to alternately transport individual anode layers and individual cathode layers to the stacking point to form an electrode stack and stack them on the workpiece carrier located at the stacking point.
  • At least one first and at least one second clamping finger are provided and designed to engage with the uppermost one of the anode and cathode layers and to force them against the electrode stack.
  • the device variants of the stacking unit and process variants for stacking layer material presented here allow a very high level of precision, since the individual layers are continuously pressed together into an (electrode) stack both during production and during transport. Both during the stacking of the individual anode and cathode layers and during transport to the next process station, the individual layers are constantly pressed against the floor of a storage space for the electrode stack on the workpiece carrier.
  • the stacking of the individual layers on the workpiece carrier which is always secured by the clamping fingers, and the secure clamping of the modules or their precursors on the workpiece carriers during transport to the next process station can lead to more precise production of the modules compared to the prior art and a comparatively higher output of modules per unit of time.
  • the stacking unit has a second lifting device and at least one adjusting device, which are provided and set up to raise or lower the at least first and at least second clamping fingers relative to the workpiece carrier in the z direction, and/or to move them transversely to the electrode stack to engage or disengage the uppermost of the anode and cathode layers, and/or to force the uppermost of the anode and cathode layers against the electrode stack.
  • the stacking unit has at least one actuator, which is provided and set up to open or close at least one clamp on the workpiece carrier. In one variant, the actuator is set up to bring the clamp into an open position during the stacking of the anode and cathode layers.
  • the clamp is set up to hold the electrode stack on the workpiece carrier without actuation by the actuator while the workpiece carrier is being conveyed to a subsequent process station.
  • the stacking unit has several stacking points.
  • the second lifting device is provided and set up to at least to move the first and at least second clamping fingers and the at least one adjusting device at all of the several stacking points (vertically) in the z direction.
  • one or two stacking devices are provided at each stacking point and are set up to alternately transport the individual anode layers and the individual cathode layers from two opposite sides of the central transport path into a stacking position above the workpiece carrier and stack them on the workpiece carrier.
  • two stacking devices at each stacking point an increased throughput is achieved compared to an embodiment with one stacking device at each stacking point.
  • the stacking devices are provided and set up to accommodate the individual anode layers and the individual cathode layers by means of controlled pneumatic vacuum and to hold them above the workpiece carrier during transport to the stacking position. Additionally or alternatively, the stacking devices are provided and set up to deliver the individual anode layers and the individual cathode layers into the stacking position by means of a controlled pneumatic overpressure in order to stack the layers on the workpiece carrier .
  • the first lifting device for example a servo motor or linear drive, is provided and is set up to lower the workpiece carrier when stacking the individual anode layers and individual cathode layers by a distance that corresponds to the thickness of an individual anode layer or essentially corresponds to a single cathode layer. This allows the individual anode layers and cathode layers to be brought in and delivered quickly without having to carry out time-consuming positioning processes of the stacking devices.
  • a first of the stacking devices is provided and set up to transport only individual of the anode layers to the stacking point, and a second of the stacking devices is provided and set up to transport only individual of the cathode layers to be transported to the stacking point.
  • each of the stacking devices has a system for the individual layers.
  • the system has at least one negative/overpressure opening or a porous negative/overpressure surface on which the individual layers are placed during transport to the stacking position.
  • the system has recesses that are provided and are dimensioned to receive the at least two clamping fingers, before stacking the individual layers on the workpiece carrier, and to release the at least two clamping fingers in the direction of the electrode stack, around the uppermost one of the anode and cathode layers against the electrode stack to urge.
  • each of the stacking devices is provided and set up to be brought into the stacking position in a controlled manner at a distance above the electrode stack that is less than the thickness of the individual anode layers or the individual cathode layers, for example approximately 0.2 - 5 layers, corresponds to the individual anode layers and the individual cathode layers from there by switching off a pneumatic negative pressure, and / or building up a pneumatic positive pressure, and / or lowering at least one of the at least two clamping fingers in order to always keep the layers to push against the electrode stack on the workpiece carrier.
  • the at least two clamping fingers are provided and are designed to alternately push and clamp the individual layers onto the workpiece carrier.
  • the clamping fingers are assigned to a group of first clamping fingers and a group of second clamping fingers, and are provided and set up in groups from one or two sides of the anode and cathode layers, the topmost of the anode and cathode layers against the Push electrode stack.
  • each of the group of first clamping fingers and the group of second clamping fingers is divided into at least two clamping fingers on two opposite sides of each stacking point.
  • clamping fingers of a group located on the same side of the stacking point have a common drive.
  • each of the stacking devices is provided and set up to move into the stacking position in a controlled manner at a distance (a) above the electrode stack on the workpiece carrier, the distance (a) being the thickness of one or several individual anode layers or cathode layers, for example about 0.2 - 5 layers, in order to stack the individual anode and cathode layers on the workpiece carrier by lowering at least one of the clamping fingers.
  • a receptacle is provided at each stacking point and is set up to receive at least one empty workpiece carrier and to pick it up in a precise position in at least one direction.
  • each workpiece carrier has a top side on which one or more clamps are arranged and are designed to stack electrodes located on the top side of the workpiece carrier during transport to the next process station.
  • each clamp has at least one clamping jaw, which is designed to load on the electrode stack in a first position and to release a storage space for the electrode stack on the workpiece carrier in a second position.
  • each clamp has a spring device which is designed to push the clamping jaw into the first position on the electrode stack, and has a pressing point which is designed to absorb the introduction of force by the actuator in the stacking unit , whereby the force introduced is directed against the spring device and causes the clamping jaw to release the storage space.
  • a method for producing modules or precursors of modules, in particular fuel or battery cells containing layer material comprises - in any order, for example the following - the steps:
  • a receptacle from a central transport route receives at least one empty workpiece carrier.
  • a first lifting device removes the at least one empty workpiece carrier from the central transport route by means of the holder and, after filling, returns it to the central transport route for conveyance to a subsequent process station.
  • One or more stacking devices alternately transport individual anode layers and individual cathode layers to the stacking point to form an electrode stack and stack the layers on the workpiece carrier located at the stacking point. At least a first and at least a second clamping finger comes into engagement with the uppermost one of the anode and cathode layers and pushes them against the electrode stack.
  • the central transport route in the stacking unit includes a carriage that can be moved in a controlled manner in and against the conveying direction of the workpiece carriers.
  • This carriage is designed to accommodate one or more of the workpiece carriers, to convey it into a receiving area of the stacking unit, from the receiving area to a stacking area, and from the stacking area to a delivery area.
  • the stacking unit comprises one or more first lifting devices, which are set up to vertically remove and reset one or more workpiece carriers from the central transport path, by each of the first lifting devices lifting or lifting these workpiece carriers in the z direction under control of the carriage . in the z direction.
  • the stacking unit comprises a first transport section with a receiving area, a stacking area and a delivery area; several first lifting devices in the stacking area; a carriage, which can be positioned in and against an outward path along a first transport section and is set up, several empty workpiece carriers in groups from the receiving area into the stacking area and / or several workpiece carriers, each of which carries a stack created in the stacking area, from the stacking area into the delivery area to position.
  • the lifting devices are set up to lift the respective workpiece carrier from the carriage for stacking individual anode and individual cathode layers onto the electrode stack located on the workpiece carrier.
  • the carriage has a length in the conveying direction of the workpiece carriers which at least approximately corresponds to the extent of the receiving area and the stacking area or the stacking area and the delivery area in the conveying direction of the workpiece carriers.
  • the carriage is arranged to be longitudinally movable on two opposite linear guides and has 2 x N sensors for N workpiece carriers to be positioned on each long side, the lifting devices being set up to reach between the linear guides.
  • a lifting device in the receiving area and a lifting device in the delivery area are provided for the workpiece carriers.
  • a method is used to produce modules or precursors of modules, in particular layer material and/or fuel or battery cells, in which one or more workpiece carriers are removed from the central transport route in a first process station designed as a stacking unit. Individual anode layers and individual cathode layers are alternately stacked on at least one workpiece carrier removed from the central transport path at at least one stacking point of the stacking unit to form an electrode stack on the respective workpiece carrier. The one or more workpiece carriers with the electrode stack on them are then returned to the central transport route.
  • FIG. 1 shows an assembly line for producing modules or precursors of modules in a schematic top view
  • FIG. 2 shows a stacking unit-designed process station of the assembly line from FIG. 1 in a schematic side view
  • FIG. 3 shows a flat system of the stacking device for the individual layers in a schematic view from below with different positions for clamping fingers;
  • Fig. 1 schematically illustrates part of an assembly line 100 for producing modules or precursors of modules.
  • the assembly line 100 is explained using the example of the production of fuel or battery cells that contain layer material and / or fluid.
  • a central transport route 110 conveys a large number of workpiece carriers 120 between several process stations.
  • the central transport route 110 is set up to convey the workpiece carriers 120 in groups in individual transport sections by means of drives (not shown).
  • a first cutting or punching station is set up to divide a first endless layer material coming from a roll into uniform rectangular pieces and to deliver them onto a carrier 82 as a result of isolated anode layers AL.
  • a second cutting or punching station is set up to divide a second endless layer material 92 coming from a roll into uniform rectangular pieces and to deliver them onto a carrier 92 as a result of isolated cathode layers KL.
  • a first storage station 80 feeds the combined Anode layers AL are placed on a first transport route 210.
  • a second storage station 90 feeds the isolated cathode layers KL onto a second transport route 310 in order to feed them to a stacking unit 130.
  • the anode and cathode layers AL, KL are guided through an inspection station 84, 94 assigned to the respective transport route 210, 310 in order to check their quality and/or alignment.
  • the cathode is a metal foil with a conductive coating on both sides and a protruding arrester tab.
  • the anode is a metal foil that is conductive on both sides and is laminated between two dielectric foils (separators), with the current collector tab protruding laterally, ie on one of the short sides, between the separators.
  • Such an assembly line 100 has a first transport section 116 with the receiving area 132, the stacking area 134 and the delivery area 136.
  • a plurality of first lifting devices 135 are provided in the stacking area 134 in order to lift workpiece carriers 120 from the carriage 140 in the Z direction.
  • the carriage 140 can be positioned in and against the outward path 112 along a first transport section 116.
  • the carriage 140 is set up to position several empty workpiece carriers 120 in groups from the receiving area 132 into the stacking area 134 and/or several workpiece carriers, each of which carries a stack created in the stacking area 134, from the stacking area 134 into the delivery area 136.
  • Each lifting device 135 is set up to lift the respective workpiece carrier 120 from the carriage 140 for stacking.
  • the carriage 140 has a length in the conveying direction (x direction) of the workpiece carriers 120, which at least approximately corresponds to the extent of the receiving area 132 and the stacking area 134, or the stacking area 134 and the delivery area 136 in the conveying direction of the workpiece carriers 120.
  • the carriage 140 is arranged to be longitudinally movable on two opposite linear guides and has 2xN sensors 142 on each long side for N workpiece carriers 120 to be positioned.
  • the lifting devices 135 extend between the linear guides and can thus hold the N workpiece carriers 120 at their respective x, y positions remaining raised in the z direction while the carriage 140 is moved along the linear guides (in the x direction).
  • the lifting device 150 is provided in the receiving area 132 and one lifting device in the delivery area 136 for the N workpiece carriers 120.
  • the central transport route 110 has a lifting device 150 upstream of the stacking unit 130 in the receiving area 132, which in a variant can be part of the central transport route 110, here in the form of a Scissor lift table.
  • the lifting device 150 is set up to lift a group of four workpiece carriers 120 from the central transport route 110 in the receiving area 132 and place them on a carriage 140.
  • the carriage 140 can also be part of the central transport route 110.
  • This carriage 140 in the stacking unit 130 is controlled in and against the conveying direction x of the workpiece carriers 120 by means of a drive (not shown) in order to pick up the group of workpiece carriers 120, into the receiving area 132 of the stacking unit 130, from the receiving area 132 into one Stacking area 134, and from the stacking area 134 into a delivery area 136. Details of this movement sequence are explained below with reference to FIGS. 2a - 2f.
  • a number of stacking devices 138 (here four) corresponding to the number of workpiece carriers 120 in the group are provided from a respective first and second transport path 210, 310 located on both long sides of the central transport path 120 with suppression or adhesive trays 212, 312, also called shuttles, transports individual anode layers AL and individual cathode layers KL into the stacking area 134 (see also FIG. 1).
  • two stacking devices 138 are assigned to each workpiece carrier 120 in the stacking area 134.
  • the arrangement of the stacking devices 138 is equipped with respective drives, not further illustrated, in order to move the stacking devices 138 individually vertically in the z-direction for raising and lowering the individual anode and cathode layers KL.
  • Further drives serve to move the stack devices 138 individually horizontally in the y direction, transverse to the central transport route 110, in order to remove the individual anode and cathode layers AL, KL from the trays of the first and second transport route 210, 310 to be transported to the respective stacking point 133 on the workpiece carrier 120 in the stacking area 134.
  • individual anode layers AL from a first side of the workpiece carrier 120, and individual cathode layers KL from a second side of the workpiece carrier 120 alternately become the respective workpiece carriers on workpiece carriers 120 removed from the central transport route 110 at the respective stacking points 133 of the stacking unit 130 120 brought and stacked to form an electrode stack ES on the respective workpiece carrier 120.
  • the assembly line 100 / the stacking unit 130 according to FIG. 1 includes, for example, 4 stacking points 133.
  • the stacking unit 130 also has a plurality of first lifting devices 135 acting in the z direction, one per workpiece carrier 120, around the workpiece carrier 120 controlled by the carriage 140 in z direction and thus to separate it from the carriage 140, and to place this workpiece carrier 120 on the carriage 140 in the z direction in a controlled manner. This allows the workpiece carriers ger 120 can be loaded with the layer material to form the electrode stack ES, while the carriage 140 can be moved back and forth in the x direction.
  • each workpiece carrier 120 has a top on which one or more clamps 122 are arranged.
  • clamps 122 on two opposite sides of the workpiece carrier 120.
  • These clamps 122 clamp an electrode stack ES located on the top of the workpiece carrier 120 while it is being transported to the next process station.
  • each clamp 122 has a pivotable roller as a clamping jaw 124, which is designed to load on the electrode stack ES in a first position (see FIG. 2) and in a second position, which is raised in this variant (see FIG.
  • Each clamp 122 has a preloaded coil spring as a spring device 128 which is designed to urge the clamping jaw 124 into the first position on the electrode stack ES.
  • each clamp 122 has a pivotable roller as a press point 127, which is designed to receive the introduction of force by the actuator in the stacking unit, the force introduced being directed against the spring device 128 and causing the storage space 126 to be released by the clamping jaws 124.
  • each clamp 122 has a roller-shaped clamping jaw 124, which is arranged on a rocker 125 in order to load on the electrode stack ES in a first position (see FIG. 2), and one in a second position (see FIG. 2a). To release storage space 126 for the electrode stack ES on the workpiece carrier 120 upwards for the stacking devices 138 or other processing tools.
  • Each clamp 122 has a spring device 128 adapted to urge the clamping jaw 124 into the first position on the electrode stack ES.
  • each actuator 129 is designed as a linear actuator, for example in the form of a pneumatic cylinder, and is set up to hold one or more clamps 122 on the workpiece carrier 120 or on several adjacent workpiece carriers 120 during the stacking of the anode and cathode layers AL, KL in to bring and hold an open position so that the anode and cathode layers AL, KL can be placed unhindered on the workpiece carrier 120.
  • the actuator(s) 129 then releases the terminal(s) 122 so that the Clamp(s) 122 go into a closed position without actuator actuation and hold the electrode stack ES on the workpiece carrier 120 while the workpiece carrier 120 is conveyed to a subsequent process station.
  • FIG. 2 shows a workpiece carrier 120 located in the stacking unit 130 on one of the first lifting devices 135, which is lifted out of the carriage 140 (not shown) and located at a stacking point 133.
  • the empty workpiece carrier 120 is filled as described below and then returned to the central transport route 110 for conveyance to a subsequent process station.
  • the first lifting device 135 serves to remove the at least one empty workpiece carrier 120 from the central transport route 110.
  • a stacking device 138 transports the individual anode layers AL (bottom in FIG. 1) and a stacking device 138 transports the individual cathode layers KL (top in FIG. 1) alternately from both sides of the workpiece carrier 120 into and against the y direction and stack them in the z direction on the workpiece carrier 120.
  • the electrode stack ES grows to the desired number of layers.
  • At least one first and at least one second clamping finger 410, 420 are provided on both sides of the workpiece carrier 120, which come into engagement with the uppermost one of the anode and cathode layers AL, KL and always hold them against the pushing the growing electrode stack ES.
  • the clamping fingers 410, 420 are arranged along the long sides of the workpiece carrier 120 located on the receptacle 137 in the Y direction adjacent to the clamps 122.
  • a second lifting device 145 which also acts in the z direction, lifts a plate 155 in the z direction, on which the adjusting devices 157, 159 for the clamping fingers 410, 420, which act on both sides of the receptacle 137, are arranged.
  • adjusting devices 157 which act vertically in the z direction for raising and lowering the clamping fingers 410, 420 are arranged on the plate 155.
  • adjusting devices 159 acting horizontally in the x direction for moving the clamping fingers 410, 420 in and out into the stacking path of the anode and cathode layers AL, KL are arranged on the plate 155.
  • the vertically acting adjusting device 157 is moved together with the clamping fingers 410, 420 in the X direction by the horizontally acting adjusting device 159.
  • the clamping fingers 410, 420 are made here of spring steel in order to load resiliently on the anode and cathode layers AL, KL.
  • the plate 155 has an opening 155a approximately in its center. A part of the first lifting device 135, for example a lifting spindle, passes through the opening of the plate 155.
  • the second lifting device 145 enables the empty or filled workpiece carriers 120 to be conveyed in and away by the carriage 140 into the stacking area 134 or out of the stacking area 134 without the clamping fingers colliding with the carriage 140.
  • the clamping fingers 410, 420 can be raised or lowered or moved transversely to the electrode stack ES using the adjusting devices 157, 159.
  • the clamping fingers 410, 420 can thus come into or out of engagement with the uppermost of the anode and cathode layers AL, KL and push the uppermost of the anode and cathode layers AL, KL against the electrode stack ES.
  • Each of the stacking devices 138 is intended and set up to hold either the individual anode layers AL / the individual cathode layers KL by means of controlled pneumatic vacuum and to hold them during transport to the stack position above the workpiece carrier 120. In a variant, it is also provided to release the individual anode layers AL and the individual cathode layers KL into the stacking position by means of a short controlled pneumatic overpressure shock in order to stack the layers AL, KL on the workpiece carrier 120.
  • each of the stacking devices 138 has a flat system 141 for the individual layers AL, KL, which has several negative/overpressure openings 143.
  • the individual layers AL, KL adhere to this through controlled pneumatic negative pressure during transport to the stacking position 133.
  • the flat system 141 also has recesses 147 in which one of the clamping fingers 410, 420 can be accommodated.
  • one of the clamping fingers 410, 420 is introduced laterally in a controlled manner into the corresponding recess 147 by its adjusting device 159, which acts horizontally in the x direction.
  • the respective clamping finger 410, 420 is then moved downwards in the z-direction in the direction of the electrode stack ES by its adjusting device 159, which acts vertically in the z-direction, in order to move the uppermost one of the anode and cathode layers AL, KL - together with the short controlled pneumatic overpressure shock - to push against the electrode stack ES on the workpiece carrier 120.
  • Each of the stacking devices 138 has an actuator (not further illustrated) acting horizontally in the y direction and an actuator (not further illustrated) acting vertically in the z direction. This means that each of the stacking devices 138 can be brought into the stacking position in a controlled manner at a distance a above the electrode stack ES, which corresponds to the thickness of a few of the individual layers AL, KL, for example approximately 0.2 - 5 layers, in the variant shown here of one layer .
  • the individual layers AL, KL are switched off of the pneumatic negative pressure p- and building up the pneumatic positive pressure p++, as well as by lowering at least one of the clamping fingers 410, 420 from the respective stacking device 138, while the layers AL, KL are always pressed against the electrode stack ES on the workpiece carrier 120.
  • clamping finger 410, 420 is shown on both sides of the workpiece carrier 120 in order to alternately press the individual layers AL, KL against the electrode stack ES on the workpiece carrier 120 and there to clamp.
  • FIG. 2a shows an already partially stacked electrode stack ES on the workpiece carrier 120, with a stacking device 138 having conveyed a cathode layer KL in order to bring it into the stacking position at a distance a above the electrode stack ES.
  • the clamping finger 420 (on the right in FIG. 2a) loads on the electrode stack ES, the top layer of which at the current stage is an anode layer AL.
  • FIG. 2b shows how the clamping finger 410 (on the left in FIG. 2a) is inserted horizontally in the x direction into the recess 147 of the system 141 above the cathode layer KL, which is held on the system 141 by suppression p- in Fig. 2b left adjusting device 159.
  • FIG. 2c illustrates how the clamping finger 410 (on the left in FIG. 2a) is moved vertically in the z direction from the recess 147 of the system 141 by the adjusting device 157 on the left in FIG. 2c and the cathode position KL towards the electrode stack ES.
  • an overpressure surge p++ occurs from the underpressure/overpressure openings 143 of the system 141.
  • Fig. 2d shows how the clamping finger 420 (right in Fig. 2a) emerges horizontally in the x direction from the recess 147 of the system 141 is pulled out by the actuating device 159 on the right in FIG. in Fig. 2a left) pushes the cathode layer KL towards the electrode stack ES and holds it in position.
  • FIG. 2e illustrates how the workpiece carrier 120 with the electrode stack ES, which has grown by one layer, is moved vertically by the thickness of one layer downwards in the z direction by the first lifting device 135.
  • the workpiece carrier is lowered by the thickness of one layer after each deposit of a cathode layer KL or an anode layer AL.
  • This vertical movement by the thickness of a layer downwards in the z direction, actuated by the left adjusting device 157 simultaneously leads to the clamping finger 410 (on the left in FIG. 2a), which moves the cathode layer KL in the direction of the electrode.
  • Stack ES pushes and holds it in position.
  • the one stacking device 138 which has transported the cathode layer KL, moves out of the stacking position, whereby the space at the stacking position becomes free for the stacking device 138, which transports the next anode layer KL.
  • Fig. 2f the situation shown in Fig. 2b is shown - with the sides swapped.
  • the clamping finger 420 (on the right in FIG. 2f) is inserted horizontally in the x direction into the recess 147 of the system 141 of the newly introduced stacking device 138 above the anode layer AL, which is held on the system 141 by suppression p-, through the in Fig 2f right adjusting device 159.
  • the clamping finger 410 keeps the top cathode layer KL pressed onto the electrode stack ES and pushed into position.
  • the workpiece carrier 120 When the electrode stack ES has reached its required height of anode layers AL and cathode layers KL, the workpiece carrier 120 is placed on the receiver 142 of the slide 140 located in the appropriate x position by the first lifting device 135. The same thing happens for the remaining workpiece carriers 120 of the group by a respective first lifting device 135. The carriage 140 then transports the group of four workpiece carriers 120 with the respective electrode stacks ES located thereon from the stacking area 134 into the delivery area 136.
  • FIG. 3 shows the underside of the stacking device 138 with its recesses 147 for one of the clamping fingers 410, 420, which faces the workpiece carrier 120 on which the electrode stack ES is built.
  • a possible arrangement of the negative/overpressure openings 143 is shown, to which the individual layers AL, KL adhere firmly by controlled pneumatic negative pressure p- during transport to the stacking position.
  • the depressions 147 shown in FIG. 3 and the positions A - L for the clamping fingers are not all present in specific embodiments. In the following variants, only some of the positions A - L are used for the clamping fingers.
  • positions C and I are used for the clamping fingers, which alternately, approximately as illustrated in FIGS. 2a - 2f, the uppermost of the rectangular anode and cathode layers AL, KL on their opposite long ones Press the edges against the electrode stack ES and fix it in position.
  • the positions F and L on the opposite short edges of the rectangular anode and cathode layers AL, KL are used for the clamping fingers.
  • these can also be diagonally opposite positions for the clamping fingers, such as positions A and G, E and K, B and H, or D and
  • positions L and F alternate in groups with the positions C and I, or the positions D and F alternate with the positions I and L in engagement with the top layer in order to push it against the electrode stack ES and in to fix their position.
  • positions A and G alternate in groups with the positions E and K, or the positions B and H alternate with the positions D and J in engagement with the top layer in order to push it against the electrode stack ES and in to fix their position.
  • the positions A and E are in groups alternating with the positions G and K, or the positions B and D are alternating with the positions H and J in engagement with the top layer in order to push it against the electrode stack ES and in to fix their position.
  • the positions A, F and G are in groups in engagement with the top layer in order to push them against the electrode stack ES and fix them in their position
  • the positions L, K and E engages with the top layer to push it against the electrode stack ES and fix it in its position
  • the positions B, F and H are in groups in engagement with the top layer in order to push it against the electrode stack ES and fix it in its position
  • the positions L, J and D in Intervention with the top layer to push it against the electrode stack ES and fix it in its position.
  • the positions B, D, H and J are in groups in engagement with the top layer in order to push it against the electrode stack ES and fix it in its position
  • the positions A , E, G and K in engagement with the top layer in order to push it against the electrode stack ES and fix it in its position.
  • the clamping fingers of the opposite positions A, K and B, J and D, H and E, G can each be assigned to a common horizontal actuator 159 with a counter-rotating spindle.
  • the positions A, B, H and G are in groups in engagement with the top layer in order to push them against the electrode stack ES and fix them in their position
  • the positions D , E, J and K engage with the top layer to push it against the electrode stack ES and fix it in its position.
  • the clamping fingers of the adjacent positions A, B and H, G and D, E and J, K can each be assigned to a common horizontal actuator 159. It should be understood that the individual clamping fingers of the individual positions can also each be assigned to their own horizontal actuator 159.
  • positions A, D, G and J are in groups in engagement with the top layer in order to push them against the electrode stack ES and fix them in their position
  • positions B , E, H and K engage with the top layer to push it against the electrode stack ES and fix it in its position.
  • This variant is illustrated schematically in FIG. 3a. This variant optimizes the advantages of clamping near the corners of the layers. The further away from a corner the clamping finger is placed on the layer, the more likely the stack is to slip in the outer area or the layers will wrinkle. Each clamping finger has its own horizontal actuator 159. This variant from Fig.
  • 3a can be modified in such a way that the clamping fingers that engage and disengage together are on the same long side A and D, B and E, K and H, J and G are each assigned to a common horizontal actuator 159, see Fig. 3b.
  • two clamping fingers that are not immediately adjacent, for example A and D have a common actuator 159. Consequently, there is a first carrier plate connected to the plate 155 and displaceable in the X direction, on which the two adjusting devices 157 for the fingers A and D which act vertically in the z direction are arranged.
  • a common actuator 159 positions the first carrier plate.
  • the two adjusting devices 157 for the fingers B and E are arranged on a second carrier plate.

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Abstract

Eine Stapeleinheit dient zur Herstellung von Modulen oder Vorstufen von Modulen, insbesondere von Lagenmaterial enthaltenden Brennstoff- oder Batterie-Zellen, wobei an wenigstens einer Stapelstelle eine erste Hubeinrichtung mit einer Aufnahme den wenigstens einen leeren Werkstückträger von einer zentralen Transportstrecke entnehmen und diesen nach einem Befüllen auf die zentrale Transportstrecke zum Fördern zu einer nachfolgenden Prozess-Station zurückgeben kann; eine oder mehrere Stapelvorrichtungen einzelne Anoden-Lagen und einzelne Kathoden-Lagen zum Bilden eines Elektroden-Stapels abwechselnd zu der Stapelstelle herantransportieren und auf dem an der Stapelstelle befindlichen Werkstückträger stapeln können; und wenigstens ein erster und wenigstens ein zweiter Klemmfinger vorgesehen und dazu eingerichtet sind, mit der jeweils obersten der Anoden- und Kathoden-Lagen in Eingriff zu kommen und diese gegen den Elektroden-Stapel zu drängen.

Description

Stapeleinheit zur Herstellung von Modulen oder Vorstufen von Modulen
Beschreibung
Hintergrund
Hier werden eine Stapeleinheit und ein Verfahren zur Herstellung von Modulen oder Vorstufen von Modulen offenbart. Diese Module oder Vorstufen von Modulen können Lagenmaterial enthaltende Brennstoff- oder Batterie-Zellen sein. Details hierzu sind in den Ansprüchen definiert. Auch die Beschreibung enthält relevante Angaben zur Struktur und zur Funktionsweise sowie zu Varianten der Vorrichtung und des Verfahrens.
Stand der Technik
Die JP 2014 078464 A betrifft eine Laminiermaschine zur Herstellung eines laminierten Körpers aus einer rechteckigen Folie als positive Elektrode, einer rechteckigen Folie als negative Elektrode, die abwechselnd laminiert werden über eine rechteckige Trennfolie. Ein Förderer dient zum aufeinanderfolgenden Aufnehmen und Fördern der Kathodenfolie, der Anodenfolie und der Trennfolie zu einer vorbestimmten Stapel position und zum Ausrichten und Stapeln der Kathodenfolie, der Anodenfolie und der Trennfolie an der Stapelposition. Vier erste Halteelemente sind an den vier Ecken des an der Stapel position zu stapelnden laminierten Körpers angeordnet und dienen dazu, die vier Ecken der Kathodenfolie, die von dem Förderer zu der Stapel position transportiert und dort platziert werden, oder die vier Ecken der Trennfolie, die von dem Förderer zu der Stapelposition transportiert und dort platziert werden, von oben zu drücken, um sie unter der Kathodenfolie zu stapeln. Erste horizontale Verschiebungseinrichtungen können die Position der ersten Halteelemente in horizontaler Richtung von einer zurückgezogenen Position zumindest außerhalb der Kathodenfolie oder der Trennfolie zu einer Halteposition verschieben, die den vier Ecken der Kathodenfolie oder der Trennfolie entspricht. Ein erstes Mittel zur Verschiebung in vertikaler Richtung dient dazu, die Position des ersten Halteelements in vertikaler Richtung von einer gelösten Position, die zumindest nach oben hin von der Kathodenfolie oder der Trennfolie getrennt ist, in eine Kontaktposition zu verschieben, die in der Lage ist, die Kathodenfolie oder die Trennfolie zu berühren. Vier zweite Halteelemente sind an den vier Ecken des an der Stapel position zu stapelnden laminierten Körpers vorgesehen, um von oben die vier Ecken der an der Stapelposition befindlichen negativen Elektrodenfolie oder die vier Ecken der der an der Stapelposition befindlichen Trennfolie zu drücken, um unter die negative Elektrodenfolie gestapelt zu werden. Zweite horizontale Verschiebungseinrichtungen dienen dazu, die Position der zweiten Halteelemente in horizontaler Richtung von einer Rückzugsposition zumindest außerhalb der Anodenfolie oder der Trennfolie in eine Halteposition zu verschieben, die den vier Ecken der Anodenfolie oder der Trennfolie entspricht. Die zweiten Verschiebungseinrichtungen zur Verschiebung in vertikaler Richtung dienen dazu, die Position des zweiten Halteelements in vertikaler Richtung von einer Position, die zumindest nach oben von der Anodenfolie oder der Trennfolie getrennt ist, in eine Kontaktposition zu verschieben, in der das zweite Halteelement die Anodenfolie oder die Trennfolie berührt. Wenn eine neue Kathodenfolie, Anodenfolie oder Trennfolie heran gefördert und in die Stapelposition gebracht wird, wird die neu platzierte Kathodenfolie, Anodenfolie oder die Trennfolie durch niedergehalten, und die vier Ecken der bereits darunter platzierten Kathodenfolie, Anodenfolie oder der Trennfolie niedergehalten. Nachdem die vier ersten oder zweiten Halteelemente herausgezogen wurden, werden die vier Ecken der neu platzierten Kathodenfolie, Anodenfolie oder der Trennfolie von den entsprechenden vier ersten oder zweiten Halteelementen festgehalten. Die vier Ecken der neu platzierten Kathodenfolie, Anodenfolie oder des Separators werden durch vier entsprechende erste oder zweite Halteelemente gedrückt. Die Höhe der ersten und zweiten Halteelemente, wenn sie sich von der Halteposition in die Halteposition bewegen, ist so eingestellt, dass sie höher ist als die Höhe der ersten und zweiten Halteelemente, wenn sie von der Halteposition in die Rückzugsposition zurückkehren. Die Hubwege der Halteelemente sind beim Niederhalten der Kathodenfolie, der Anodenfolie oder der Trennfolie bei der Bewegung von der Halteposition in die Rückzugsposition höher als die Hubwege bei der Bewegung von der Halteposition in die Rückzugsposition.
Die WO 2021 171 946 Al betrifft eine Prüfvorrichtung zum Prüfen der Position der Elektrodenlage in einem Laminat, in dem eine Trennfolie und eine Elektrodenlage durch einen Klebstoff gebunden sind, von der Trennfolienseite aus. Eine Infrarot-Bestrahlungseinheit bestrahlt das Laminat von der Trennfolienseite aus mit Infrarotlicht. Eine für Infrarotlicht empfindliche Kamera nimmt das durch die Trennfolie hindurchgelassene und von der Elektrodenlage reflektierte Infrarotlicht auf. Eine Erfassungseinheit erfasst die Position der Elektrodenlage auf der Grundlage des von der Kamera aufgenommenen Bildes.
Die WO 2021 171 946 Al betrifft auch einen Stapeltisch, auf dem Laminatstapel aus Trennfolien und Elektrodenlage gestapelt werden. Eine Transporteinheit dient zum Transportieren der Trennfolien und Elektrodenlage und zum Ablegen auf dem Stapeltisch. Die obige Prüfvorrichtung prüft die Position der Elektrodenlage in den von der Transporteinheit freigegebenen Laminatstapel.
Die DE 10 2017 216 152 Al betrifft eine Stapelvorrichtung für mehrlagige, flache Elektrodenstapel. Hierbei ist die Stapelvorrichtung in Y-Richtung und optional in X-Richtung verfahrbar und umfasst einen Wechselträger. Der Wechselträger ist lösbar an Führungselementen aufgenommen, austauschbar ausgeführt und umfasst eine Auflagefläche, die durch erste Vorspannfedern beaufschlagt ist, die die auf der Auflagefläche gestapelten Elektrodenstapel bei der Handhabung des Wechselträgers kontinuierlich an Gegenhalter anstellen. Das Verfahren umfasst dabei mindestens die nachfolgend aufgeführten Schritte.
Die DE 10 2017 216 184 Al betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle. Zunächst wird ein bandförmiges Separatorelement bereitgestellt. Das Separatorelement wird von einer Transportvorrichtung in eine Transportrichtung bewegt, während Elektrodensegmente von einer Fördereinheit in einer Förderrichtung auf das Sepe- ratorelement abgelegt werden. Die Fördereinheit umfasst eine Korrekturvorrichtung, die Positionssensoren aufweisen, die die Winkellage und Position der Elektrodensegmente vor dem Ablegen erfassen.
DE 10 2018 221 571 Al betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels aus Anoden und Kathoden für eine Lithium-Ionen Batterie. Anode und Kathode sind jeweils einem Magazin bereitgestellt, werden greiferlos gefördert und in einer Kammer alternierend gestapelt.
Der Transfer des jeweiligen Zwischenprodukts von einer Maschine zur nächsten zu Abweichungen bei der Fertigungspräzision und zu Verzögerungen. Insgesamt ergeben sich so große Schwankungen in der Produktqualität.
Technisches Problem
Ausgehend von dieser Situation soll eine kostengünstige und robuste Anordnung einer Stapeleinheit und eine Vorgehensweise beim Stapeln von Lagenmaterial mit hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit bereitgestellt werden, um Module oder Vorstufen von Modulen, zum Beispiel von Lagenmaterial enthaltenden Brennstoff- oder Batterie-Zellen mit hoher Präzision zu fertigen.
Vorqeschlaqene Lösung
Zur Lösung dieses Problems werden eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Eine solche Stapeleinheit dient zur Herstellung von Modulen oder Vorstufen von Modulen, auch von Brennstoff- oder Batterie-Zellen, die Lagenmaterial enthalten. An wenigstens einer Stapelstelle ist eine erste Hubeinrichtung mit einer Aufnahme dazu vorgesehen und dazu eingerichtet, mit der Aufnahme den wenigstens einen leeren Werkstückträger von einer zentralen Transportstrecke zu entnehmen und diesen nach einem Befüllen auf die zentrale Trans- portstrecke zum Fördern zu einer nachfolgenden Prozess-Station zurückzugeben. Eine oder mehrere Stapelvorrichtungen sind vorgesehen und dazu eingerichtet, einzelne Anoden-Lagen und einzelne Kathoden-Lagen zum Bilden eines Elektroden-Stapels abwechselnd zu der Stapelstelle heranzutransportieren und auf dem an der Stapelstelle befindlichen Werkstückträger zu stapeln. Wenigstens ein erster und wenigstens ein zweiter Klemmfinger sind vorgesehen und dazu eingerichtet, mit der jeweils obersten der Anoden- und Kathoden-Lagen in Eingriff zu kommen und diese gegen den Elektroden-Stapel zu drängen.
Die hier vorgestellten Vorrichtungs-Varianten der Stapeleinheit und Verfahrens-Varianten beim Stapeln von Lagenmaterial erlauben eine sehr hohe Präzision, da die einzelnen Lagen sowohl bei der Herstellung als auch beim Transport durchgehend zu einem (Elektroden- )Stapel zusammengedrängt werden. Sowohl während des Aufstapelns der einzelnen Anoden- und Kathoden-Lagen, als auch beim Transport zur nächsten Prozess-Station werden die einzelnen Lagen permanent gegen den Boden eines Ablageraums für den Elektroden- Stapel auf dem Werkstückträger gedrängt. Das stets durch die Klemmfinger gesicherte Aufstapeln der einzelnen Lagen auf dem Werkstückträger und das sichere Klemmen der Module oder ihrer Vorstufen auf den Werkstückträgern beim Transport zur nächsten Prozess-Station kann zu im Vergleich zum Stand der Technik präziserer Fertigung der Module führen und einen vergleichsweise höheren Ausstoß an Module pro Zeiteinheit erlauben.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Vorrichtungen und der Verfahrensweisen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einer Variante hat die Stapeleinheit eine zweite Hubeinrichtung sowie wenigstens eine Stelleinrichtung, die vorgesehen und dazu eingerichtet sind, den wenigstens ersten und wenigstens zweiten Klemmfinger relativ zum Werkstückträger in z-Richtung anzuheben oder abzusenken, und/oder quer zu dem Elektroden-Stapel zu bewegen, um mit der jeweils obersten der Anoden- und Kathoden-Lagen in oder außer Eingriff zu kommen, und/oder die jeweils oberste der Anoden- und Kathoden-Lagen gegen den Elektroden-Stapel zu drängen. In einer Variante hat die Stapeleinheit wenigstens einen Aktor, der vorgesehen und dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Klemme an dem Werkstückträger zu öffnen oder zu schließen. In einer Variante ist der Aktor dazu eingerichtet, die Klemme während des Stapelns der Anoden- und Kathoden-Lagen in eine Offen-Position zu bringen. In einer Variante ist die Klemme dazu eingerichtet, ohne Betätigung durch den Aktor während des Förderns des Werkstückträgers zu einer nachfolgenden Prozess-Station den Elektroden-Stapel auf dem Werkstückträger festzuhalten. In einer Variante hat die Stapeleinheit mehrere Stapelstellen. In einer Variante ist die zweite Hubeinrichtung vorgesehen und dazu eingerichtet, die wenigstens ersten und wenigstens zweiten Klemmfinger sowie die wenigstens eine Stelleinrichtung an allen der mehreren Stapelstellen (vertikal) in z-Richtung zu bewegen.
In einer Variante sind an jeder Stapelstelle jeweils eine oder zwei Stapelvorrichtungen vorgesehen und dazu eingerichtet, die einzelnen Anoden-Lagen und die einzelnen Kathoden-Lagen von zwei gegenüberliegenden Seiten der zentralen Transportstrecke abwechselnd in eine Stapelposition über dem Werkstückträger heranzutransportieren und auf dem Werkstückträger zu stapeln. Im Fall zweier Stapelvorrichtungen an jeder Stapelstelle wird ein erhöhter Durchsatz erreicht gegenüber einer Ausgestaltung mit einer Stapelvorrichtung an jeder Stapelstelle.
In einer Variante sind die Stapelvorrichtungen vorgesehen und dazu eingerichtet, die einzelnen Anoden-Lagen und die einzelnen Kathoden-Lagen mittels gesteuertem pneumatischem Unterdrück aufzunehmen und während des Transports zu der Stapelposition über dem Werkstückträger halten. Zusätzlich oder alternativ sind die Stapelvorrichtungen vorgesehen und dazu eingerichtet, die einzelnen Anoden-Lagen und die einzelnen Kathoden-Lagen mittels einem gesteuertem pneumatischem Überdruck die einzelnen Anoden-Lagen und die einzelnen Kathoden-Lagen in der Stapelposition abzugeben um die Lagen auf dem Werkstückträger zu stapeln.
In einer Variante der Stapeleinheit ist die erste Hubeinrichtung, zum Beispiel ein Servomotor oder Linearantrieb, vorgesehen und dazu eingerichtet, den Werkstückträger beim Stapeln der einzelnen Anoden-Lagen und einzelnen Kathoden-Lagen um eine Wegstrecke abzusenken, die einer Dicke einer einzelnen Anoden-Lage oder einer einzelnen Kathoden-Lage im Wesentlichen entspricht. Dies erlaubt ein schnelles Heranführen und Abgeben der einzelnen Anoden-Lagen und Kathoden-Lagen, ohne zeitaufwendige Positioniervorgänge der Stapelvorrichtungen ausführen zu müssen.
In einer Variante der Stapeleinheit sind im Fall von zwei einer Stapelstelle zugeordneten Stapelvorrichtungen eine erste der Stapelvorrichtungen vorgesehen und dazu eingerichtet, nur einzelne der Anoden-Lagen zu der Stapelstelle heranzutransportieren, und eine zweite der Stapelvorrichtungen vorgesehen und dazu eingerichtet, nur einzelne der Kathoden-Lagen zu der Stapelstelle heranzutransportieren.
In einer Variante der Stapeleinheit hat jede der Stapelvorrichtungen eine Anlage für die einzelnen Lagen. In einer Variante hat die Anlage wenigstens eine Unter-/Überdruck-Öffnung oder eine poröse Unter-/Überdruck-Fläche, woran die einzelnen Lagen während des Transports zu der Stapelposition. In einer Variante hat die Anlage Vertiefungen, die vorgesehen und dimensioniert sind zum Aufnehmen der wenigstens zwei Klemmfinger, vor dem Stapeln der einzelnen Lagen auf dem Werkstückträger, und zum Freigeben der wenigstens zwei Klemmfinger in Richtung des Elektroden-Stapels, um die jeweils oberste der Anoden- und Kathoden-Lagen gegen den Elektroden-Stapel zu drängen.
In einer Variante der Stapeleinheit ist jede der Stapelvorrichtungen vorgesehen und dazu eingerichtet, gesteuert in einen Abstand über dem Elektroden-Stapel in die Stapelposition gebracht zu werden, der der Dicke weniger der einzelnen Anoden-Lagen oder der einzelnen Kathoden-Lagen, zum Beispiel etwa 0.2 - 5 Lagen, entspricht, um von dort die einzelnen Anoden-Lagen und die einzelnen Kathoden-Lagen durch Abschalten eines pneumatischem Unterdrucks, und/oder Aufbauen eines pneumatischem Überdrucks, und/oder Absenken wenigstens eines der wenigstens zwei Klemmfinger abzugeben, um die Lagen stets gegen den Elektroden-Stapel auf dem Werkstückträger zu drängen.
In einer Variante der Stapeleinheit sind die wenigstens zwei Klemmfinger vorgesehen und dazu eingerichtet, die einzelnen Lagen abwechselnd auf den Werkstückträger zu drängen und festzu klemmen. In einer Variante der Stapeleinheit sind die Klemmfinger einer Gruppe erster Klemmfinger und einer Gruppe zweiter Klemmfinger zugeordnet, und vorgesehen und dazu eingerichtet, gruppenweise von einer oder zwei Seiten der Anoden- und Kathoden-Lagen die jeweils oberste der Anoden- und Kathoden-Lagen gegen den Elektroden-Stapel zu drängen. In einer Variante der Stapeleinheit ist jede der Gruppe erster Klemmfinger und der Gruppe zweiter Klemmfinger auf zwei gegenüberliegende Seiten jeder Stapelstelle in jeweils mindestens zwei Klemmfinger aufgeteilt. In einer Variante der Stapeleinheit haben auf derselben Seite der Stapelstelle befindliche Klemmfinger einer Gruppe einen gemeinsamen Antrieb.
In einer Variante der Stapeleinheit ist jede der Stapelvorrichtungen vorgesehen und dazu eingerichtet, gesteuert in einen Abstand (a) über dem Elektroden-Stapel auf dem Werkstückträger in die Stapelposition zu gelangen, wobei der Abstand (a) der Dicke einer oder einiger einzelnen Anoden-Lagen oder Kathoden-Lagen, zum Beispiel etwa 0.2 - 5 Lagen, entspricht, um von dort durch Absenken wenigstens eines der Klemmfinger die einzelnen Anoden- und Kathoden-Lagen auf dem Werkstückträger zu stapeln.
In einer Variante der Stapeleinheit ist an jeder Stapelstelle eine Aufnahme vorgesehen und dazu eingerichtet ist, wenigstens einen leeren Werkstückträger zu empfangen und in wenigstens einer Richtung positionsgenau aufzunehmen. In einer Variante der Stapeleinheit hat jeder Werkstückträger eine Oberseite, an der eine oder mehrere Klemmen angeordnet und dazu eingerichtet sind, auf der Oberseite des Werkstückträgers befindliche Elektroden-Stapel während des Transports zur nächsten Prozess-Station einzuklemmen. In einer Variante der Stapeleinheit hat jede Klemme wenigstens einen Klemmbacken, der dazu eingerichtet ist, in einer ersten Position auf dem Elektroden-Stapel zu lasten, und in einer zweiten Position einen Ablageraum für den Elektroden-Stapel auf dem Werkstückträger freizugeben. In einer Variante der Stapeleinheit hat jede Klemme eine Federeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Klemmbacken in die erste Position auf dem Elektroden-Stapel zu drängen, und eine Press-Stelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Krafteinleitung des Aktors in der Stapeleinheit aufzunehmen, wobei die eingeleitete Kraft gegen die Federeinrichtung gerichtet ist und bewirkt, dass der Klemmbacken den Ablageraum freigibt.
Ein Verfahren zur Herstellung von Modulen oder Vorstufen von Modulen, insbesondere von Lagenmaterial enthaltenden Brennstoff- oder Batterie-Zellen, umfasst - in beliebiger, zum Beispiel folgender Reihenfolge - die Schritte:
An wenigstens einer Stapelstelle empfängt eine Aufnahme von einer zentralen Transportstrecke wenigstens einen leeren Werkstückträger.
Eine erste Hubeinrichtung entnimmt mittels der Aufnahme den wenigstens einen leeren Werkstückträger von der zentralen Transportstrecke und gibt diesen nach einem Befüllen auf die zentrale Transportstrecke zum Fördern zu einer nachfolgenden Prozess-Station zurück. Eine oder mehrere Stapelvorrichtungen transportieren einzelne Anoden-Lagen und einzelne Kathoden-Lagen zum Bilden eines Elektroden-Stapels abwechselnd zu der Stapelstelle heran und stapeln die Lagen auf dem an der Stapelstelle befindlichen Werkstückträger. Wenigstens ein erster und wenigstens ein zweiter Klemmfinger kommen mit der jeweils obersten der Anoden- und Kathoden-Lagen in Eingriff und drängen diese gegen den Elektroden-Stapel.
In einer Variante umfasst die zentrale Transportstrecke bei der Stapeleinheit einen in der und gegen die Förderrichtung der Werkstückträger gesteuert zu bewegenden Schlitten. Dieser Schlitten ist dazu eingerichtet, einen oder mehrere der Werkstückträger aufzunehmen, in einen Aufnahmebereich der Stapeleinheit hinein, vom Aufnahmebereich in einen Stapelbereich, und von dem Stapelbereich in einen Abgabebereich zu fördern.
In einer Variante umfasst die Stapeleinheit eine oder mehrere erste Hubvorrichtungen, die dazu eingerichtet sind, einen oder mehrere Werkstückträger aus der zentralen Transportstrecke vertikal zu entnehmen und zurückzusetzen, indem jeweilige der ersten Hubvorrichtungen diese/n Werkstückträger gesteuert von dem Schlitten in z-Richtung anheben bzw. in z-Rich- tung absetzen.
Die Stapeleinheit umfasst in einer Variante einen ersten Transportabschnitt mit einem Aufnahmebereich, einem Stapelbereich und einem Abgabebereich; mehrere erste Hubvorrich- tungen im Stapelbereich; einen Schlitten, der in und entgegen eines Hinwegs entlang eines ersten Transportabschnitts positionierbar ist und eingerichtet ist, mehrere leere Werkstückträger gruppenweise von dem Aufnahmebereich in den Stapelbereich und/oder mehrere Werkstückträger, die jeweils einen im Stapelbereich erstellten Stapel tragen, von dem Stapelbereich in den Abgabebereich zu positionieren.
In einer Variante der Stapeleinheit sind die Hubvorrichtungen dazu eingerichtet, den jeweiligen Werkstückträger für ein Stapeln einzelner Anoden- und einzelner Kathoden-Lagen auf den auf dem Werkstückträger befindlichen Elektroden-Stapel von dem Schlitten zu heben.
In einer Variante der Stapeleinheit hat der Schlitten in Förderrichtung der Werkstückträger eine Länge, die der Erstreckung des Aufnahmebereichs und des Stapelbereichs oder des Stapelbereichs und des Abgabebereichs in Förderrichtung der Werkstückträger zumindest annähernd entspricht.
Der Schlitten ist in einer Variante der Stapeleinheit an zwei gegenüberliegenden Linearführungen längsbeweglich angeordnet ist und hat an jeder Längsseite 2 x N Aufnehmer für N zu positionierende Werkstückträger, wobei die Hubvorrichtungen dazu eingerichtet sind, zwischen den Linearführungen hindurch zu reichen.
In einer Variante der Stapeleinheit ist für die Werkstückträger eine Hubvorrichtung im Aufnahmebereich und eine Hubvorrichtung im Abgabebereich vorgesehen.
Zur Herstellung von Modulen oder Vorstufen von Modulen, insbesondere von Lagenmaterial und / oder Brennstoff- oder Batterie-Zellen dient ein Verfahren, wobei in einer als eine Stapeleinheit ausgestalteten ersten Prozess-Station ein oder mehrere Werkstückträger aus der zentralen Transportstrecke entnommen werden. Auf wenigstens einen aus der zentralen Transportstrecke entnommenen Werkstückträger an wenigstens einer Stapelstelle der Stapeleinheit werden einzelne Anoden-Lagen und einzelne Kathoden-Lagen zum Bilden eines Elektroden-Stapels auf dem jeweiligen Werkstückträger abwechselnd gestapelt. Anschließend werden der eine oder die mehreren Werkstückträger mit dem darauf befindlichen Elektroden-Stapel auf die zentrale Transportstrecke zurückgesetzt.
Vorstehend sind Verfahrensaspekte in Vorrichtungsbegriffen und vice versa dargestellt. Dabei dienen sowohl die Verfahrensaspekte als auch die Vorrichtungsbegriffe zur Erläuterung der Stapeleinheit und ihres Betriebes.
Kurzbeschreibunq der Figuren Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Vorrichtungen und der Verfahrensweisen sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Mögliche Abwandlungen werden für einen Fachmann anhand der nachstehenden Beschreibung deutlich, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist. Dabei zeigen die Fig. schematisch die hier erörterten Vorrichtungen und erläutern deren Betrieb.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Montagelinie zur Herstellung von Modulen oder Vorstufen von Modulen in einer schematischen Draufsicht;
Fig. 2 eine Stapeleinheit ausgestaltete Prozess-Station der Montagelinie aus Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht;
Fig. 2a - 2f aufeinanderfolgende Einstellungen der Stapeleinheit aus Fig. 2 in jeweiligen Verfahrensschritten in einer schematischen Seitenansicht;
Fig. 3 eine flächige Anlage der Stapelvorrichtung für die einzelnen Lagen in einer schematischen Ansicht von unten mit unterschiedlichen Positionen für Klemmfinger; und
Fig. 3a - 3b die flächige Anlage der Stapel Vorrichtung aus Fig. 3 mit jeweiligen Konfigurationen von Klemmfingern.
Detaillierte Beschreibung von Varianten der Vorrichtungen und der Verfahrensweisen
Fig. 1 veranschaulicht schematisch einen Teil einer Montagelinie 100 zur Herstellung von Modulen oder Vorstufen von Modulen. Hier wird die Montagelinie 100 exemplarisch anhand der Herstellung von Brennstoff- oder Batterie-Zellen erläutert, die Lagenmaterial und / oder Fluid enthalten. Eine zentrale Transportstrecke 110 fördert hier eine Vielzahl von Werkstückträgern 120 zwischen mehreren Prozess- Stationen. Die zentrale Transportstrecke 110 ist mittels nicht weiter dargestellter Antriebe dazu eingerichtet, in einzelnen der Transportabschnitte die Werkstückträger 120 gruppenweise zu fördern.
Als Zulieferstationen zu der Montagelinie 100 sind eine erste nicht weiter gezeigte Schneidoder Stanzstation dazu eingerichtet, ein von einer Rolle kommendes, erstes Endlos-Lagenmaterial in gleichförmige Rechteckstücke zu zerteilen und als Folge von vereinzelten Anoden- Lagen AL auf einen Träger 82 abzugeben. Eine nicht weiter gezeigte zweite Schneid- oder Stanzstation ist dazu eingerichtet, ein von einer Rolle kommendes zweites Endlos-Lagenma- terial 92 in gleichförmige Rechteckstücke zu zerteilen und als Folge von vereinzelten Katho- den-Lagen KL auf einen Träger 92 abzugeben. Eine erste Ablagestation 80 speist die verein- zelten Anoden-Lagen AL auf eine erste Transportstrecke 210. Eine zweite Ablagestation 90 speist die vereinzelten Kathoden-Lagen KL auf eine zweite Transportstrecke 310 um sie einer Stapeleinheit 130 zuzuführen. Auf ihrem Transport zur Stapeleinheit 130 werden die Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL durch eine der jeweiligen Transportstrecke 210, 310 zugeordneten Inspektionsstation 84, 94 geführt, um ihre Qualität und/oder Ausrichtung zu überprüfen. Die Kathode ist in einer Variante eine beidseitig leitfähig beschichtete Metallfolie mit einem abstehenden Ableiter-Tab. Die Anode ist in einer Variante eine beidseitig leitfähige beschichtete Metallfolie, welche zwischen zwei dielektrische Folien (Separatoren) einlaminiert ist, wobei der Stromableiter-Tab seitlich, d.h. an einer der kurzen Seiten zwischen den Separatoren hervorsteht.
Eine derartige Montagelinie 100 hat einen ersten Transportabschnitt 116 mit dem Aufnahmebereich 132, dem Stapelbereich 134 und dem Abgabebereich 136. Im Stapelbereich 134 sind mehrere erste Hubvorrichtungen 135 vorgesehen, um Werkstückträger 120 von dem Schlitten 140 in Z-Richtung abzuheben. Dabei ist der Schlitten 140 in und entgegen des Hinwegs 112 entlang eines ersten Transportabschnitts 116 positionierbar. Der Schlitten 140 ist eingerichtet, mehrere leere Werkstückträger 120 gruppenweise von dem Aufnahmebereich 132 in den Stapelbereich 134 und/oder mehrere Werkstückträger, die jeweils einen im Stapelbereich 134 erstellten Stapel tragen, von dem Stapelbereich 134 in den Abgabebereich 136 zu positionieren. Jede Hubvorrichtung 135 ist dazu eingerichtet, den jeweiligen Werkstückträger 120 für ein Stapeln von dem Schlitten 140 hochzuheben. Der Schlitten 140 hat in Förderrichtung (x-Richtung) der Werkstückträger 120 eine Länge, die etwa der Erstreckung des Aufnahmebereichs 132 und des Stapelbereichs 134, oder des Stapelbereichs 134 und des Abgabebereichs 136 in Förderrichtung der Werkstückträger 120 zumindest annähernd entspricht. Der Schlitten 140 ist an zwei gegenüberliegenden Linearführungen längsbeweglich angeordnet und hat an jeder Längsseite 2xN Aufnehmer 142 für N zu positionierende Werkstückträger 120. Die Hubvorrichtungen 135 reichen dazu zwischen den Linearführungen hindurch und können so die N Werkstückträger 120 an ihrer jeweiligen x-, y-Position verbleibend in z-Richtung anheben, während der Schlitten 140 entlang den Linearführungen (in x- Richtung) bewegt wird. Analog ist für die N Werkstückträger 120 die Hubvorrichtung 150 im Aufnahmebereich 132 und jeweils eine Hubvorrichtung im Abgabebereich 136 vorgesehen.
Im Aufnahmebereich 132 sind in der hier gezeigten Variante jeweils mehrere - hier als Vierer-Gruppe - Werkstückträger 120 aus der zentralen Transportstrecke 110 zu entnehmen. In anderen Varianten sind auch mehr oder weniger als vier Werkstückträger 120 aus der zentralen Transportstrecke 110 zu entnehmen. Dazu hat die zentrale Transportstrecke 110 aufstromseitig zu der Stapeleinheit 130 im Aufnahmebereich 132 eine Hubvorrichtung 150, die in einer Variante Teil der zentralen Transportstrecke 110 sein kann, hier in Gestalt eines Scherenhubtischs. Die Hubvorrichtung 150 ist dazu eingerichtet, im Aufnahmebereich 132 eine Vierer-Gruppe der Werkstückträger 120 von der zentralen Transportstrecke 110 abzuheben und auf einen Schlitten 140 zu setzen. Der Schlitten 140 kann in einer Variante ebenfalls ein Teil der zentralen Transportstrecke 110 sein. Dieser Schlitten 140 bei der Stapeleinheit 130 ist in der und gegen die Förderrichtung x der Werkstückträger 120 gesteuert mittels eines nicht weiter veranschaulichten Antriebs zu bewegen um die Gruppe der Werkstückträger 120 aufzunehmen, in den Aufnahmebereich 132 der Stapeleinheit 130 hinein, von dem Aufnahmebereich 132 in einen Stapelbereich 134, und von dem Stapelbereich 134 in einen Abgabebereich 136 zu fördern. Details dieses Bewegungsablaufs sind weiter unten erläutert mit Bezug auf Fig. 2a - 2f erläutert.
Im Stapelbereich 134 werden mit einer der Anzahl der Werkstückträger 120 in der Gruppe entsprechenden Anzahl von Stapelvorrichtungen 138 (hier vier) von einer jeweiligen zu beiden Längsseiten der zentralen Transportstrecke 120 befindlichen ersten und zweiten Transportstrecke 210, 310 mit Unterdrück- oder Haft-Tabletts 212, 312, auch Shuttles genannt, einzelne Anoden-Lagen AL und einzelne Kathoden-Lagen KL in den Stapelbereich 134 transportiert (siehe auch Fig. 1). Mit anderen Worten sind jedem Werkstückträger 120 im Stapelbereich 134 zwei Stapelvorrichtungen 138 zugeordnet. Dazu ist die Anordnung der Stapelvorrichtungen 138 mit nicht weiter veranschaulichten jeweiligen Antrieben ausgestattet, um die Stapelvorrichtungen 138 individuell vertikal in z-Richtung zum Anheben und Absenken der einzelnen Anoden- und Kathoden-Lagen KL zu bewegen.
Weitere nicht veranschaulichte Antriebe dienen dazu, die Stapel Vorrichtungen 138 individuell horizontal in y-Richtung, quer zu der zentralen Transportstrecke 110, zu bewegen, um die einzelnen Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL von den Tabletts der ersten und zweiten Transportstrecke 210, 310 zur jeweiligen Stapelstelle 133 auf dem Werkstückträger 120 im Stapelbereich 134 zu transportieren. Dabei werden auf aus der zentralen Transportstrecke 110 entnommene Werkstückträger 120 an den jeweiligen Stapelstellen 133 der Stapeleinheit 130 einzelne Anoden-Lagen AL von einer ersten Seite der Werkstückträger 120, und einzelne Kathoden-Lagen KL von einer zweiten Seite der Werkstückträger 120 abwechselnd zum jeweiligen der Werkstückträger 120 herangebracht und zum Bilden eines Elektroden-Stapels ES auf dem jeweiligen Werkstückträger 120 gestapelt. Die Montagelinie 100 / die Stapeleinheit 130 gemäß Fig. 1 umfasst beispielhaft 4 Stapelstellen 133. Die Stapeleinheit 130 hat des Weiteren mehrere in z-Richtung wirkende erste Hubeinrichtungen 135, je eine pro Werkstückträger 120, um die Werkstückträger 120 gesteuert von dem Schlitten 140 in z-Richtung anzuheben und somit von dem Schlitten 140 zu trennen, und diese/n Werkstückträger 120 gesteuert auf dem Schlitten 140 in z-Richtung abzusetzen. Damit können die Werkstückträ- ger 120 mit dem Lagenmaterial zum Bilden der Elektroden-Stapel ES beschickt werden, während der Schlitten 140 in x-Richtung hin- und her-bewegt werden kann.
An jeder Stapelstelle 133 ist eine flächige Aufnahme 137 mit Positionierzapfen 139 vorgesehen, die einen leeren Werkstückträger 120 erhält und hier positionsgenau aufnimmt (siehe Fig. 2). Jeder Werkstückträger 120 hat eine Oberseite, an der eine oder mehrere Klemmen 122 angeordnet sind. Beispielsweise jeweils zwei Klemmen 122 an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Werkstückträgers 120. Diese Klemmen 122 klemmen einen auf der Oberseite des Werkstückträgers 120 befindlichen Elektroden-Stapel ES ein, während dieser zur nächsten Prozess-Station transportiert wird. Dazu hat jede Klemme 122 eine schwenkbare Rolle als Klemmbacken 124, der dazu eingerichtet ist, in einer ersten Position (siehe Fig. 2) auf dem Elektroden-Stapel ES zu lasten, und in einer zweiten, in dieser Variante hochgestellten Position (siehe Fig. 2a), einen Ablageraum 126 für den Elektroden-Stapel ES auf dem Werkstückträger 120 freizugeben. Jede Klemme 122 hat eine vorgespannte Schraubenfeder als Federeinrichtung 128, die dazu eingerichtet ist, den Klemmbacken 124 in die erste Position auf dem Elektroden-Stapel ES zu drängen. Außerdem hat jede Klemme 122 eine schwenkbare Rolle als Press-Stelle 127, die dazu eingerichtet ist, eine Krafteinleitung des Aktors in der Stapeleinheit aufzunehmen, wobei die eingeleitete Kraft gegen die Federeinrichtung 128 gerichtet ist und ein Freigeben des Ablageraums 126 durch den Klemmbacken 124 bewirkt.
Um einen sicheren Zusammenhalt und ein Verrutschen der einzelnen Anoden-Lagen AL und Kathoden-Lagen KL gegeneinander zu vermeiden, sind an der Oberseite der Werkstückträger 120 mehrere Klemmen 122 angeordnet und dazu eingerichtet, auf der Oberseite des Werkstückträgers 120 befindliche Elektroden-Stapel ES während des Transports zwischen den Prozess-Stationen einzuklemmen. Dazu hat jede Klemme 122 einen rollenförmigen Klemmbacken 124, der an einer Wippe 125 angeordnet ist, um in einer ersten Position (siehe Fig. 2) auf dem Elektroden-Stapel ES zu lasten, und in einer zweiten Position (siehe Fig. 2a) einen Ablageraum 126 für den Elektroden-Stapel ES auf dem Werkstückträger 120 nach oben für die Stapelvorrichtungen 138 oder andere Bearbeitungswerkzeuge freizugeben. Jede Klemme 122 hat eine Federeinrichtung 128, die dazu eingerichtet ist, den Klemmbacken 124 in die erste Position auf dem Elektroden-Stapel ES zu drängen. Insbesondere ist hier jeder Aktor 129 als Linearaktor, zum Beispiel in Form eines Pneumatikzylinders, ausgestaltet und dazu eingerichtet, eine oder mehrere Klemmen 122 an dem Werkstückträger 120 oder an mehreren benachbarten Werkstückträgern 120 während des Abstapelns der Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL in eine Offen-Position zu bringen und zu halten, so dass ein Ablegen der Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL auf dem Werkstückträger 120 unbehindert von statten gehen kann. Anschließend gibt der/die Aktor/en 129 die Klemme/n 122 frei, so dass der/die Klemme/n 122 ohne Aktor-Betätigung in eine Schließ-Position gehen und während des Förderns des Werkstückträgers 120 zu einer nachfolgenden Prozess-Station den Elektroden-Sta- pel ES auf dem Werkstückträger 120 festhalten.
In der Fig. 2 ist ein in der Stapeleinheit 130 auf einer der ersten Hubeinrichtungen 135 befindlicher Werkstückträger 120 gezeigt, der sich aus dem nicht gezeigten Schlitten 140 herausgehoben an einer Stapelstelle 133 befindet. An dieser Stapelstelle 133 wird der leere Werkstückträger 120 wie nachstehend beschrieben befüllt, und anschließend wieder auf die zentrale Transportstrecke 110 zum Fördern zu einer nachfolgenden Prozess-Station zurückgegeben. Die erste Hubeinrichtung 135 dient wie oben beschrieben dazu, den wenigstens einen leeren Werkstückträger 120 von der zentralen Transportstrecke 110 zu entnehmen. An jeder Stapelstelle 133 transportieren eine Stapelvorrichtung 138 die einzelnen Anoden-Lagen AL (in Fig. 1 unten) und eine Stapel Vorrichtung 138 die einzelnen Kathoden-Lagen KL (in Fig. 1 oben) abwechselnd von beiden Seiten des Werkstückträgers 120 in und gegen die y-Rich- tung heran und stapeln sie in z-Richtung auf dem Werkstückträger 120 ab. So wächst der Elektroden-Stapel ES auf die gewünschte Lagen-Anzahl.
Wie in Fig. 2 veranschaulicht, sind zu beiden Seiten des Werkstückträgers 120 wenigstens ein erster und wenigstens ein zweiter Klemmfinger 410, 420 vorgesehen, die mit der jeweils obersten der Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL in Eingriff kommen und diese stets gegen den wachsenden Elektroden-Stapel ES drängen. Dabei sind die Klemmfinger 410, 420 entlang der Längsseiten des auf der Aufnahme 137 befindlichen Werkstückträgers 120 in Y- Richtung benachbart zu den Klemmen 122 angeordnet. Eine zweite, ebenfalls in z-Richtung wirkende Hubeinrichtung 145 hebt in z-Richtung eine Platte 155 an, auf der die zu beiden Seiten der Aufnahme 137 wirkenden Stelleinrichtungen 157, 159 für die Klemmfinger 410, 420 angeordnet sind. Insbesondere sind auf der Platte 155 vertikal in z-Richtung wirkende Stelleinrichtungen 157 zum Anheben und Absenken der Klemmfinger 410, 420 angeordnet.
Des Weiteren sind auf der Platte 155 horizontal in x-Richtung wirkende Stelleinrichtungen 159 zum Ein- und Ausfahren der Klemmfinger 410, 420 in den Abstapelweg der Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL angeordnet. Die vertikal wirkende Stelleinrichtung 157 wird zusammen mit dem Klemmfinger 410, 420 durch die horizontal wirkende Stelleinrichtung 159 in X- Richtung bewegt. Die Klemmfinger 410, 420 sind hier aus Federstahl gebildet, um federnd nachgiebig auf den Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL zu lasten. Die Platte 155 hat etwa in ihrem Zentrum eine Öffnung 155a. Ein Teil der ersten Hubvorrichtung 135, z.B. eine Hubspindel, durchgreift die Öffnung der Platte 155. Dieser Aufbau gemäß Fig. 2 ermöglicht eine besonders kompakte Stapeleinheit 130. Die zweite Hubvorrichtung 145 ermöglicht ein Heranfördern und Wegfördern der leeren bzw. befüllten Werkstückträger 120 durch den Schlitten 140 in den Stapelbereich 134 bzw. aus dem Stapelbereich 134, ohne dass die Klemmfinger mit dem Schlitten 140 kollidieren.
Mit den Stelleinrichtungen 157, 159 sind die Klemmfinger 410, 420 anzuheben oder abzusenken, bzw. quer zu dem Elektroden-Stapel ES bewegen. So können die Klemmfinger 410, 420 mit der jeweils obersten der Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL in oder außer Eingriff kommen und die jeweils oberste der Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL gegen den Elektroden- Stapel ES drängen.
Jede der Stapelvorrichtungen 138 ist dazu vorgesehen und eingerichtet, jeweils entweder die einzelnen Anoden-Lagen AL / die einzelnen Kathoden-Lagen KL mittels gesteuertem pneumatischem Unterdrück aufzunehmen und während des Transports zu der Stapel position über dem Werkstückträger 120 halten. In einer Variante ist auch vorgesehen, mittels einem kurzen gesteuerten pneumatischen Überdruck- Stoß die einzelnen Anoden-Lagen AL und die einzelnen Kathoden-Lagen KL in der Stapel position abzugeben, um die Lagen AL, KL auf dem Werkstückträger 120 zu stapeln.
Dazu hat jede der Stapelvorrichtungen 138 eine flächige Anlage 141 für die einzelnen Lagen AL, KL, die mehrere Unter-/Überdruck-Öffnung 143 hat. Hieran haften die einzelnen Lagen AL, KL durch gesteuerten pneumatischen Unterdrück während des Transports zu der Stapelposition 133 fest.
Die flächige Anlage 141 hat außerdem Vertiefungen 147, in denen jeweils einer der Klemmfinger 410, 420 Platz findet. Dabei wird in gesteuerter Weise vor dem Stapeln der einzelnen Lagen AL, KL auf dem Werkstückträger 120 jeweils einer der Klemmfinger 410, 420 in die entsprechende Vertiefung 147 durch seine horizontal in x-Richtung wirkende Stelleinrichtung 159 seitlich eingeführt. Anschließend wird der jeweilige Klemmfinger 410, 420 durch seine vertikal in z-Richtung wirkende Stelleinrichtung 159 in Richtung des Elektroden-Stapels ES in z-Richtung nach unten bewegt, um die jeweils oberste der Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL - zusammen mit dem kurzen gesteuerten pneumatischen Überdruck-Stoß - gegen den Elektroden-Stapel ES auf dem Werkstückträger 120 zu drängen.
Jede der Stapelvorrichtungen 138 hat einen nicht weiter veranschaulichten horizontal in y- Richtung wirkenden Stellantrieb und einen nicht weiter veranschaulichten vertikal in z-Rich- tung wirkenden Stellantrieb. Damit ist jede der Stapelvorrichtungen 138 gesteuert in einen Abstand a über dem Elektroden-Stapel ES in die Stapelposition zu bringen, der der Dicke weniger der einzelnen Lagen AL, KL, zum Beispiel etwa 0.2 - 5 Lagen, in der hier gezeigten Variante einer Lage entspricht. Von dort werden die einzelnen Lagen AL, KL durch Abschalten des pneumatischem Unterdrucks p- und Aufbauen des pneumatischem Überdrucks p++, sowie durch Absenken wenigstens eines der Klemmfinger 410, 420 von der jeweiligen Stapelvorrichtung 138 abgegeben, während die Lagen AL, KL stets gegen den Elektroden-Stapel ES auf dem Werkstückträger 120 gedrängt werden.
In den Fig. 2, 2a - 2f sind zur besseren Übersicht nur jeweils ein Klemmfinger 410, 420 zu beiden Seiten des Werkstückträgers 120 gezeigt, um die einzelnen Lagen AL, KL abwechselnd gegen den Elektroden-Stapel ES auf dem Werkstückträger 120 zu drängen und dort festzuklemmen.
In der Fig. 2a ist ein bereits teilweise aufgestapelter Elektroden-Stapel ES auf dem Werkstückträger 120 veranschaulicht, wobei eine Stapelvorrichtung 138 eine Kathoden-Lage KL herangefördert hat, um diese in den Abstand a über dem Elektroden-Stapel ES in die Stapelposition zu bringen. Aus einem vorherigen Verfahrensschritt lastet der Klemmfinger 420 (in Fig. 2a rechts) auf dem Elektroden-Stapel ES, dessen oberste Lage im jetzigen Stadium eine Anoden-Lage AL ist.
In der Fig. 2b ist veranschaulicht, wie der Klemmfinger 410 (in Fig. 2a links) horizontal in x- Richtung in die Vertiefung 147 der Anlage 141 oberhalb der an der Anlage 141 durch Unterdrück p- gehaltenen Kathoden-Lage KL eingeführt ist durch die in Fig. 2b linke Stelleinrichtung 159.
In der Fig. 2c ist veranschaulicht, wie der Klemmfinger 410 (in Fig. 2a links) vertikal in z- Richtung aus der Vertiefung 147 der Anlage 141 durch die in Fig. 2c linke Stelleinrichtung 157 nach unten bewegt wird und die Kathoden-Lage KL in Richtung des Elektroden-Stapels ES drängt. Gleichzeitig erfolgt ein Überdruck-Stoß p++ aus den Unter-/Überdruck-Öffnungen 143 der Anlage 141. In der Fig. 2d ist veranschaulicht, wie der Klemmfinger 420 (in Fig. 2a rechts) horizontal in x-Richtung aus der Vertiefung 147 der Anlage 141 herausgezogen wird durch die in Fig. 2d rechte Stelleinrichtung 159. Der Überdruck- Stoß p++ aus den Unter- /Überdruck-Öffnungen 143 der Anlage 141 drängt die Kathoden-Lage KL vollflächig in Richtung des Elektroden-Stapel ES, während der Klemmfinger 410 (in Fig. 2a links) die Kathoden-Lage KL in Richtung des Elektroden-Stapels ES drängt und in Position hält.
In der Fig. 2e ist veranschaulicht, wie der Werkstückträger 120 mit dem um eine Lage angewachsenen Elektroden-Stapel ES durch die erste Hubeinrichtung 135 vertikal um die Dicke einer Lage nach unten in z-Richtung bewegt wird. So erfolgt ein Absenken des Werkstückträgers um die Dicke einer Lage nach jedem Ablegen einer Kathoden-Lage KL bzw. einer Anoden-Lage AL. Diese vertikale Bewegung um die Dicke einer Lage nach unten in z-Richtung führt, betätigt durch die linke Stelleinrichtung 157 nach unten, gleichzeitig auch der Klemmfinger 410 (in Fig. 2a links) aus, der die Kathoden-Lage KL in Richtung des Elektroden-Stapels ES drängt und in Position hält. Währenddessen fährt die eine Stapelvorrichtung 138, welche die Kathoden-Lage KL herantransportiert hat, aus der Stapel position heraus, wodurch für die Stapelvorrichtung 138, welche die nächste Anoden-Lage KL herantransportiert, der Platz an der Stapelposition frei wird.
In der Fig. 2f ist - mit vertauschten Seiten - die in der Fig. 2b gezeigte Situation dargestellt. Hier ist der Klemmfinger 420 (in Fig. 2f rechts) horizontal in x-Richtung in die Vertiefung 147 der Anlage 141 der neu herangeführten Stapelvorrichtung 138 oberhalb der an der Anlage 141 durch Unterdrück p- gehaltenen Anoden-Lage AL, eingeführt durch die in Fig. 2f rechte Stelleinrichtung 159. Während der ganzen Zeit hält, betätigt durch die linke Stelleinrichtung 157 nach unten, der Klemmfinger 410 (in Fig. 2a links) die oberste Kathoden-Lage KL auf den Elektroden-Stapel ES gedrängt drängt und in Position.
Die Abfolge der in den Fig. 2b - 2f gezeigten Schritte - mit vertauschten Seiten - wird so oft fortgeführt, bis die erforderliche Höhe des Elektroden-Stapels ES erreicht ist.
Wenn der Elektroden-Stapel ES seine erforderliche Höhe aus Anoden-Lagen AL und Katho- den-Lagen KL erreicht hat, wird der Werkstückträger 120 auf in der geeigneten x-Position befindliche Aufnehmer 142 des Schlittens 140 durch die erste Hubeinrichtung 135 abgesetzt. Gleiches passiert für die übrigen Werkstückträger 120 der Gruppe durch eine jeweilige erste Hubeinrichtung 135. Anschließend transportiert der Schlitten 140 die Gruppe der vier Werkstückträger 120 mit den jeweiligen darauf befindlichen Elektroden-Stapeln ES von dem Stapelbereich 134 in den Abgabebereich 136.
In Fig. 3 ist die Unterseite der Stapelvorrichtung 138 mit ihren Vertiefungen 147 für jeweils einen der Klemmfinger 410, 420 veranschaulicht, die dem Werkstückträger 120 zugewandt ist, auf dem sich der Elektroden-Stapel ES aufbaut. Außerdem ist eine mögliche Anordnung der Unter-/Überdruck-Öffnungen 143 gezeigt, an denen die einzelnen Lagen AL, KL durch gesteuerten pneumatischen Unterdrück p- während des Transports zu der Stapelposition fest haften.
Damit die Klemmfinger 410, 420 als Gruppen erster und zweiter Klemmfinger von mehreren Seiten des Werkstückträgers 120 die jeweils oberste der Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL gegen den Elektroden-Stapel ES drängen, sind mehrere Bewegungsabfolgen möglich, von denen nachstehend einige erläutert sind. Die in der Fig. 3 gezeigten Vertiefungen 147 sowie die Positionen A - L für die Klemmfinger sind in konkreten Ausgestaltungen nicht alle vorhanden. In den nachfolgenden Varianten sind jeweils nur einige der Positionen A - L für die Klemmfinger eingesetzt.
In einer ersten Variante sind lediglich die Positionen C und I für die Klemmfinger im Einsatz, welche jeweils abwechselnd, etwa wie in den Fig. 2a - 2f veranschaulicht, die jeweils oberste der rechteckigen Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL an ihren gegenüberliegenden langen Kanten gegen den Elektroden-Stapel ES drängen und in ihrer Position fixieren. In einer Abwandlung hiervon sind die Positionen F und L an den gegenüberliegenden kurzen Kanten der rechteckigen Anoden- und Kathoden-Lagen AL, KL für die Klemmfinger im Einsatz. Alternativ dazu können dies auch einander diagonal gegenüberliegende Positionen für die Klemmfinger sein, wie zum Beispiel die Positionen A und G, E und K, B und H, oder D und
In einer weiteren Variante sind gruppenweise die Positionen L und F abwechselnd mit den Positionen C und I, oder die Positionen D und F abwechselnd mit den Positionen I und L im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren.
In einer weiteren Variante sind gruppenweise die Positionen A und G abwechselnd mit den Positionen E und K, oder die Positionen B und H abwechselnd mit den Positionen D und J im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren.
In einer weiteren Variante sind gruppenweise die Positionen A und E abwechselnd mit den Positionen G und K, oder die Positionen B und D abwechselnd mit den Positionen H und J im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren.
In einer weiteren Variante sind gruppenweise in einem ersten Schritt die Positionen A, F und G im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren, und in einem zweiten Schritt die Positionen L, K und E im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren. Alternativ sind gruppenweise in einem ersten Schritt die Positionen B, F und H im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren, und in einem zweiten Schritt die Positionen L, J und D im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren. In einer weiteren Variante sind gruppenweise in einem ersten Schritt die Positionen B, D, H und J im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren, und in einem zweiten Schritt die Positionen A, E, G und K im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren. Hierbei können die Klemmfinger der einander gegenüberliegenden Positionen A, K und B, J und D, H und E, G jeweils einem gemeinsamen horizontalen Stellantrieb 159 mit gegenläufiger Spindel zugeordnet sein.
In einer weiteren Variante sind gruppenweise in einem ersten Schritt die Positionen A, B, H und G im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren, und in einem zweiten Schritt die Positionen D, E, J und K im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren. Hierbei können die Klemmfinger der benachbarten Positionen A, B und H, G und D, E und J, K jeweils einem gemeinsamen horizontalen Stellantrieb 159 zugeordnet sein. Es sei verstanden, dass die einzelnen Klemmfinger der einzelnen Positionen auch jeweils einem eigenen horizontalen Stellantrieb 159 zugeordnet sein können.
In einer weiteren Variante sind gruppenweise in einem ersten Schritt die Positionen A, D, G und J im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren, und in einem zweiten Schritt die Positionen B, E, H und K im Eingriff mit der obersten Lage um diese gegen den Elektroden-Stapel ES zu drängen und in ihrer Position zu fixieren. Diese Variante ist als Fig. 3a schematisch veranschaulicht. Diese Variante optimiert die Vorteile des Klemmens in der Nähe der Ecken der Lagen. Je weiter weg von einer Ecke der Klemmfinger auf der Lage lastet, desto eher verrutscht der Stapel im äußeren Bereich oder ein treten Falten der Lagen auf. Hierbei hat jeder Klemmfinger einen eigenen horizontalen Stellantrieb 159. Diese Variante aus Fig. 3a kann dahingehend abgewandelt sein, dass die gemeinsam in und außer Eingriff kommenden Klemmfinger auf jeweils der gleichen Längsseite A und D, B und E, K und H, J und G jeweils einem gemeinsamen horizontalen Stellantrieb 159 zugeordnet sind, siehe Fig. 3b. In anderen Worten haben an einer oder an jeder der beiden Längsseiten zwei nicht unmittelbar benachbarte Klemmfinger, bspw. A und D, einen gemeinsamen Stellantrieb 159. Folglich gibt es eine erste mit der Platte 155 verbundene und in X-Richtung verschiebbare Trägerplatte, auf welcher die beiden vertikal in z-Richtung wirkende Stelleinrichtungen 157 für die Finger A und D angeordnet sind. Ein gemeinsamer Stellantrieb 159 positioniert die erste Trägerplatte. Auf einer zweiten Trägerplatte sind die beiden Stelleinrichtungen 157 für die Finger B und E angeordnet. Diese beiden Trägerplatten greifen während der Positionierung in x-Richtung teilweise ineinander. Dies gilt analog für die Klemmfinger K-H und J-G. Die vorangehend beschriebenen Varianten der Stapeleinheit, deren Aufbau- und Betriebsaspekte, sowie die Varianten der Verfahrensweise dienen lediglich dem besseren Verständnis der Struktur, der Funktionsweise und der Eigenschaften; sie schränken die Offenbarung nicht etwa auf die Ausführungsbeispiele ein. Die Fig. sind teilweise schematisch. Dabei sind we- sentliche Eigenschaften und Effekte zum Teil deutlich vergrößert dargestellt, um die Funktionen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen. Dabei kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede technische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches/welche in den Fig. oder im Text offenbart ist/sind, mit allen Ansprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Fig., anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen der beschriebenen Vorgehensweise zuzuordnen sind. Dabei sind auch Kombinationen zwischen allen einzelnen Ausführungen im Text, das heißt in jedem Abschnitt der Beschreibung, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Varianten im Text, in den AnSprüchen und in den Fig. umfasst. Auch die Ansprüche limitieren nicht die Offenbarung und damit die Kombinationsmöglichkeiten aller aufgezeigten Merkmale untereinander. Alle offenbarten Merkmale sind explizit auch einzeln und in Kombination mit allen anderen Merkmalen hier offenbart.

Claims

Patentansprüche
1. Eine Stapeleinheit (130) zur Herstellung von Modulen oder Vorstufen von Modulen, insbesondere von Lagenmaterial enthaltenden Brennstoff- oder Batterie-Zellen, wobei
- an wenigstens einer Stapelstelle (133) eine erste Hubeinrichtung (135) mit einer Aufnahme (137) dazu vorgesehen und dazu eingerichtet ist, mit der Aufnahme (137) den wenigstens einen leeren Werkstückträger (120) von einer zentralen Transportstrecke (110) zu entnehmen und diesen nach einem Befüllen auf die zentrale Transportstrecke (110) zum Fördern zu einer nachfolgenden Prozess-Station zurückzugeben;
- eine oder mehrere Stapelvorrichtungen (138) vorgesehen und dazu eingerichtet sind, einzelne Anoden-Lagen (AL) und einzelne Kathoden-Lagen (KL) zum Bilden eines Elektrodenstapels (ES) abwechselnd zu der Stapelstelle (133) heranzutransportieren und auf dem an der Stapelstelle (133) befindlichen Werkstückträger (120) zu stapeln; und
- wenigstens ein erster und wenigstens ein zweiter Klemmfinger (410, 420) vorgesehen und dazu eingerichtet sind, abwechselnd mit der jeweils obersten der Anoden- und Kathoden-Lagen (AL, KL) in Eingriff zu kommen und diese gegen den Elektroden-Stapel (ES) zu drängen.
2. Die Stapeleinheit nach Anspruch 1, wobei
- eine zweite Hubeinrichtung (145) sowie wenigstens eine Stelleinrichtung (157, 159) vorgesehen und dazu eingerichtet sind, den wenigstens ersten und wenigstens zweiten Klemmfinger (410, 420) anzuheben oder abzusenken, und/oder quer zu dem Elektroden-Stapel (ES) zu bewegen, um mit der jeweils obersten der Anoden- und Kathoden-Lagen (AL, KL) in oder außer Eingriff zu kommen und/oder die jeweils oberste der Anoden- und Kathoden-Lagen (AL, KL) gegen den Elektroden-Stapel (ES) zu drängen; und/oder
- wenigstens ein Aktor (129) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Klemme (122) an dem Werkstückträger (120) zu öffnen oder zu schließen, wobei der Aktor (129) dazu eingerichtet ist, die Klemme (122) während des Stapelns der Anoden- und Kathoden-Lagen (AL, KL) in eine Offen-Position zu bringen, und die Klemme (122) dazu eingerichtet ist, ohne Betätigung durch den Aktor (129) während des Förderns des Werkstückträgers (120) zu einer nachfolgenden Prozess-Station den Elektroden-Stapel (ES) auf dem Werkstückträger (120) festzuhalten; und/oder
- die zweite Hubeinrichtung (145) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, die wenigstens ersten und wenigstens zweiten Klemmfinger (410, 420) sowie die wenigstens eine Stelleinrichtung (157, 159) in z-Richtung zu bewegen; und/oder
- an jeder Stapelstelle (133) jeweils eine oder zwei Stapelvorrichtungen (138) vorgesehen und dazu eingerichtet sind, die einzelnen Anoden-Lagen (AL) und die einzelnen Kathoden- Lagen (KL) von zwei gegenüberliegenden Seiten der zentralen Transportstrecke (110) abwechselnd in eine Stapelposition über dem Werkstückträger (120) heranzutransportieren und auf dem Werkstückträger (120) zu stapeln; und/oder
- die Stapelvorrichtungen (138) vorgesehen und dazu eingerichtet sind, die einzelnen Anoden-Lagen (AL) und die einzelnen Kathoden-Lagen (KL) mittels gesteuertem pneumatischem Unterdrück (p-) aufzunehmen und während des Transports zu der Stapelposition über dem Werkstückträger (120) halten; und/oder mittels einem gesteuertem pneumatischem Überdruck (p++) die einzelnen Anoden-Lagen (AL) und die einzelnen Kathoden-Lagen (KL) in der Stapel position abzugeben um die Lagen (AL, KL) auf dem Werkstückträger (120) zu stapeln.
3. Die Stapeleinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- die erste Hubeinrichtung (135) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, den Werkstückträger (120) beim Stapeln der einzelnen Anoden-Lagen (AL) und einzelnen Kathoden-Lagen (KL) um eine Wegstrecke abzusenken, die einer Dicke einer einzelnen Anoden-Lage (AL) oder einer einzelnen Kathoden-Lage (KL) im Wesentlichen entspricht.
4. Die Stapeleinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei
- im Fall von zwei einer Stapelstelle (133) zugeordneten Stapelvorrichtungen (138) eine erste der Stapelvorrichtungen (138) vorgesehen und dazu eingerichtet sind, nur einzelne der Anoden-Lagen (AL) zu der Stapelstelle (133) heranzutransportieren, und eine zweite der Stapelvorrichtungen (138) vorgesehen und dazu eingerichtet sind, nur einzelne der Kathoden-Lagen (KL) zu der Stapelstelle (133) heranzutransportieren.
5. Die Stapeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- jede der Stapelvorrichtungen (138) eine Anlage (141) für die einzelnen Lagen (AL, KL) aufweist, die
- wenigstens eine Unter-/Überdruck-Öffnung (143) oder eine poröse Unter-/Überdruck-Flä- che aufweist, woran die einzelnen Lagen (AL, KL) während des Transports zu der Stapelposition halten; und/oder
- Vertiefungen (147) aufweist, die vorgesehen und dimensioniert sind zum Aufnehmen der wenigstens zwei Klemmfinger (410, 420), vor dem Stapeln der einzelnen Lagen (AL, KL) auf dem Werkstückträger (120), und zum Freigeben der wenigstens zwei Klemmfinger (410, 420) in Richtung des Elektroden-Stapels (ES), um die jeweils oberste der Anoden- und Kathoden-Lagen (AL, KL) stets gegen den Elektroden-Stapel (ES) zu drängen.
6. Die Stapeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- jede der Stapelvorrichtungen (138) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, gesteuert in einen Abstand über dem Elektroden-Stapel (ES) in die Stapelposition zu bringen ist, der der Dicke weniger der einzelnen Anoden-Lagen (AL) oder der einzelnen Kathoden-Lagen (KL), zum Beispiel etwa 0.2 - 5 Lagen, entspricht, um von dort die einzelnen Anoden-Lagen (AL) und die einzelnen Kathoden-Lagen (KL) durch Abschalten eines pneumatischem Unterdrucks, und/oder Aufbauen eines pneumatischem Überdrucks, und/oder Absenken wenigstens eines der wenigstens zwei Klemmfinger (410, 420) abzugeben, um die Lagen (AL, KL) stets gegen den Elektroden-Stapel (ES) auf dem Werkstückträger (120) zu drängen.
7. Die Stapeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die wenigstens zwei Klemmfinger (410, 420) vorgesehen und dazu eingerichtet sind, die einzelnen Lagen (AL, KL) abwechselnd auf den Werkstückträger (120) zu drängen und festzuklemmen; und/oder
- die Klemmfinger (410, 420) einer Gruppe erster Klemmfinger (410) und einer Gruppe zweiter Klemmfinger (420) zugeordnet, vorgesehen und dazu eingerichtet sind, gruppenweise von einer oder zwei Seiten der Anoden- und Kathoden-Lagen (AL, KL) die jeweils oberste der Anoden- und Kathoden-Lagen (AL, KL) gegen den Elektroden-Stapel (ES) zu drängen; und/oder
- jede der Gruppe erster Klemmfinger (410) und der Gruppe zweiter Klemmfinger (420) auf zwei gegenüberliegende Seiten jeder Stapelstelle (133) in jeweils mindestens zwei Klemmfinger aufgeteilt ist, wobei auf derselben Seite der Stapelstelle (133) befindliche Klemmfinger einer Gruppe einen gemeinsamen Antrieb (159) aufweisen.
8. Die Stapeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- jede der Stapelvorrichtungen (138) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, gesteuert in einen Abstand über dem Elektroden-Stapel (ES) auf dem Werkstückträger (120) in die Stapelposition zu bringen ist, wobei der Abstand (a) der Dicke einer oder einiger einzelnen Anoden- Lagen (AL) oder Kathoden-Lagen (KL), zum Beispiel etwa 0.2 - 5 Lagen, entspricht, um von dort durch Absenken wenigstens eines der Klemmfinger (410, 420) die einzelnen Anoden- und Kathoden-Lagen (AL, KL) auf dem Werkstückträger (120) zu stapeln.
9. Die Stapeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- an jeder Stapelstelle (133) eine Aufnahme (137) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, wenigstens einen leeren Werkstückträger (120) zu empfangen und in wenigstens einer Richtung positionsgenau aufzunehmen, wobei
- jeder Werkstückträger (120) eine Oberseite hat, an der eine oder mehrere Klemmen (122) angeordnet und dazu eingerichtet sind, auf der Oberseite des Werkstückträgers (120) befindliche Elektroden-Stapel (ES) während des Transports zur nächsten Prozess-Station einzuklemmen, und/oder
- jede Klemme (122) einen Klemmbacken (124) hat, der dazu eingerichtet ist, in einer ersten Position auf dem Elektroden-Stapel (ES) zu lasten, und in einer zweiten Position einen Ab- lageraum (126) für den Elektroden-Stapel (ES) auf dem Werkstückträger (120) freizugeben, und/oder
- jede Klemme (122) eine Federeinrichtung (128) aufweist, die dazu eingerichtet ist, den Klemmbacken (124) in die erste Position auf dem Elektroden-Stapel (ES) zu drängen, und eine Press-Stelle (127) aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Krafteinleitung des Aktors in der Stapeleinheit aufzunehmen, wobei die eingeleitete Kraft gegen die Federeinrichtung (128) gerichtet ist und ein Freigeben des Ablageraums (126) durch den Klemmbacken (124) bewirkt.
10. Ein Verfahren zur Herstellung von Modulen oder Vorstufen von Modulen, insbesondere von Lagenmaterial enthaltenden Brennstoff- oder Batterie-Zellen, wobei
- an wenigstens einer Stapelstelle eine Aufnahme von einer zentralen Transportstrecke wenigstens einen leeren Werkstückträger empfängt;
- eine erste Hubeinrichtung mittels der Aufnahme den wenigstens einen leeren Werkstückträger von der zentralen Transportstrecke entnimmt und diesen nach einem Befüllen auf die zentrale Transportstrecke zum Fördern zu einer nachfolgenden Prozess-Station zurückgibt;
- eine oder mehrere Stapelvorrichtungen einzelne Anoden-Lagen und einzelne Kathoden-La- gen zum Bilden eines Elektroden-Stapels abwechselnd zu der Stapelstelle herantransportieren und auf dem an der Stapelstelle befindlichen Werkstückträger stapeln;
- wenigstens ein erster und wenigstens ein zweiter Klemmfinger abwechselnd mit der jeweils obersten der Anoden- und Kathoden-Lagen in Eingriff kommen und diese gegen den Elektroden-Stapel drängen.
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