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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzellen-Verbindungsanlage zum Fertigen von Solarzellen-Strings
aus einzelnen Solarzellen und elektrisch leitfähigen Verbindern (nachfolgend
auch als Streifen bezeichnet) mit einer Vorbereitungseinrichtung
zum Auflegen von Solarzellen und Streifen, einer Verbindungseinrichtung
zum Verbinden von Solarzellen und Streifen und einer Transporteinrichtung zum
Transport der Solarzellen und Streifen von der Vorbereitungseinrichtung
durch die Verbindungseinrichtung hindurch in einen Endbereich. Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus ein Verfahren zum Zusammenfü gen von Solarzellen und elektrisch
leitfähigen Streifen
zu einem Solarzellen-String.
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Solarzellen-Verbindungsanlagen
sind allgemein bekannt. Sie dienen dazu, einzelne Solarzellen elektrisch
miteinander zu verbinden, wobei das Ergebnis eine Reihenschaltung
einzelner Solarzellen zu einem sogenannten Solarzellen-String ist.
In der Druckschrift
DE
201 12 309 U1 ist bspw. ein solcher Solarzellen-String
angegeben. Typischerweise besteht ein Solarzellen-String aus mehreren
Solarzellen, die beispielsweise jeweils ein Kontaktgrid aus einzelnen
dünnen
elektrischen Leitungen besitzen. Die Vorder- und/oder Rückseiten-Kontakte
der Solarzellen werden mit elektrisch leitfähigen Streifen verbunden. Diese
Streifen können
sich über
die gesamte Länge
einer Solarzelle und über
die Länge
der nächsten
benachbarten Solarzelle erstrecken, wobei die Streifen dann auf
die gegenüberliegende
Seite (bspw. Unterseite) der Solarzelle gehen. Die Streifen bzw.
das Streifenpaar verbindet folglich die Oberseite einer Solarzelle
mit der Unterseite der benachbarten Solarzelle. Darüber hinaus
gibt es auch Solarzellen, bei denen die Streifen bzw. Verbinder
auf den Rückseiten
der Solarzellen verlaufen und dadurch Vorläufer- und Nachfolgerzelle entsprechender
Polung miteinander verbindet.
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Ferner
ist es auch möglich,
die Streifen so anzuordnen, dass sie sich in Längsrichtung benachbarter Zellen
ineinander geschachtelt erstrecken. Die Streifen verbinden dann
Rückseite
mit Rückseite
von benachbarten Zellen. Da sich die Streifen nur auf der Rückseite
der Solarzellen befinden, spricht man in diesen Fällen von
Rückseitenkontaktzellen.
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Die
vorgenannten Verbindungsarten werden dann für die gesamte Reihe von Solarzellen
wiederholt, so dass am Ende ein aus einer Vielzahl von einzelnen
Solarzellen aufgebauter Solarzellen-String entsteht, wobei die elektrische
Verbindung der einzelnen Solarzellen über die Streifen erfolgt. Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird mit dem Begriff „Streifen" allgemein ein elektrisch
leitfähiger
Verbinder bezeichnet, der von einer reinen Streifenform bis zu konturangepassten
Geometrien reichen kann.
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Zur
Herstellung eines solchen Solarzellen-Strings wurden Solarzellen-Lötvorrichtungen
vorgeschlagen, wie bspw. in
DE 102 97 633 T5 offenbart. Bei der dort
gezeigten Solarzellen-Aufreihungsmaschine
liegen die zu verbindenden Solarzellen auf einer Platte, die mit
Hilfe von Schrittmotoren durch die Maschine geführt wird. Auf dieser Platte
sind Greifelemente vorgesehen, die die einzelnen Solarzellen greifen
und deren Positionen zueinander fixieren. Die zur Verbindung der
einzelnen Solarzellen benötigten
Streifen werden aufgelegt, ebenfalls an der Solarzelle festgeklemmt
und dann durch eine Lötstation
gefahren.
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Die
Verwendung einer mit einem leeren Rückhub arbeitenden Platte zum
Transport des Solarzellen-Strings ist unter anderem im Hinblick
auf eine hohe Taktzahl nachteilig. Darüber hinaus ist sie wenig flexibel
im Hinblick auf unterschiedliche Solarzellengrößen, Abstände der Solarzellen im String (Spaltmaß) bzw.
eine unterschiedliche Anzahl von Solarzellen in einem Solarzellen-String.
Ebenso entstehen Nachteile bei den verschiedenen Zonen des Verbindungsprozesses
(z.B. Vorwärm-,
Löt-, Abkühlzonen),
die auf Grund einer hohen Qualität
des Verbindungsprozes ses spezifische Prozessparameter erfordern
und sich ggf. über
größere Streckenlängen erstrecken.
Des Weiteren ist die Anzahl der zu verbindenden Solarzellen von
der Länge
der horizontal bewegten Platte abhängig. Beim Zurückfahren
der Platte entsteht ein Leerhub, der sich auf die Ausbringung negativ
auswirkt.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
unter anderem darin, eine Solarzellen-Verbindungsanlage zu schaffen, die diese
Nachteile nicht mehr besitzt. Insbesondere soll die Solarzellen-Verbindungsanlage
flexibel einsetzbar sein, einen höheren Durchsatz ermöglichen
und möglichst
große
räumliche
(z.B. „Zonenlängen") und prozesstechnische
Unabhängigkeit
von der eingesetzten Verbindungstechnologie (bspw. eines Lötprozesses
nach einem Zonen-Durchlaufprinzip)
aufweisen.
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Diese
Aufgabe wird bei der Eingangs genannten Solarzellen-Verbindungsanlage
dadurch gelöst,
dass die Transporteinrichtung eine sich von der Vorbereitungseinrichtung
bis zum Endbereich erstreckende Führungseinheit zum Führen von
Werkstückträgern und
eine Antriebseinheit zum Transport der Werkstückträger aufweist.
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Das
heißt
mit anderen Worten, dass die erfindungsgemäße Solarzellen-Verbindungsanlage dazu
ausgelegt ist, die Solarzellen eines Solarzellen-Strings mit Hilfe
von Werkstückträgern zu
transportieren, die in einer Führungseinheit
geführt
sind.
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Damit
kann die Vorrichtung deutlich flexibler gestaltet werden, als dies
mit den Lösungen
aus dem Stand der Technik möglich
wäre. Durch
den Einsatz von einzelnen, voneinander getrennten Werkstückträgern, die
jeweils eine Solarzelle und die entsprechenden Streifen tragen,
kann der Transportprozess individuell angepasst werden. Darüber hinaus
ist es möglich,
Leerlaufzeiten zu vermeiden, da der Rücktransport der Werkstückträger vom
Ende der Solarzellen-Verbindungsanlage zum Anfangsbereich die gesamte
Vorrichtung nicht blockiert.
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Ferner
lässt der
Einsatz von Werkstückträgern unterschiedliche
Transportantriebe zu, die bspw. ermöglichen, dass keine Antriebselemente
im Wirkungsbereich der Verbindungseinrichtung, bspw. eines Mehrzonen-Tunnel-Lötofens liegen.
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Im
Gegensatz zu den früheren
technischen Lösungen
ermöglicht
die vorliegende Erfindung, die Anzahl der einen String bildenden
einzelnen Solarzellen einfach zu verändern, da bauliche Veränderungen
nicht erforderlich sind. Es muss lediglich die Anzahl der mit Solarzellen
bestückten
Werkstückträger geändert werden.
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An
dieser Stelle sei noch angemerkt, dass die elektrisch leitfähigen Streifen
auch in anderen nicht-streifenförmigen
Geometrien ausgeführt
sein können.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Solarzellen-Verbindungsanlage weist
die Führungseinrichtung
zumindest zwei parallel angeordnete Führungsschienen auf, in denen
die Werkstückträger geführt sind,
wobei die Führungsschienen
mit den Werkstückträgern derart
zusammenwirken, dass die Werkstückträger nur
in einem translatorischen Freiheitsgrad (Transportrichtung) bewegbar
sind.
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Diese
Art der Führung
hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Insbesondere kann damit sichergestellt werden, dass die Werkstückträger nicht
aus der Transportebene gelangen, was zu einer Beschädigung oder
einem Bruch der Produkte, insbesondere der die einzelnen Solarzellen
verbindenden Streifen, führen
könnte.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Mittel zum Koppeln der Werkstückträger vorgesehen, um
zumindest die Werkstückträger, die
die Solarzellen eines Solarzellen-Strings tragen, während des Transports
von der Vorbereitungseinrichtung durch die Verbindungseinrichtung
in einem festen räumlichen
Verhältnis
zueinander zu halten.
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Das
heißt
mit anderen Worten, dass die in der Führungseinheit geführten Werkstückträger so zu bewegen
sind, dass der Abstand zu den benachbarten Werkstückträgern konstant
bleibt. Dies ist wünschenswert,
da ansonsten die zwischen den Werkstückträgern verlaufenden Streifen
beschädigt
werden könnten.
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Das
Mittel zum Koppeln der Werkstückträger könnte bspw.
ein einfaches Anschlagelement oder ein mechanisches Koppelelement
an jedem Werkstückträger sein,
das eine feste mechanische Verbindung zu dem benachbarten Werkstückträger bereitstellen
kann. Derartige Koppelelemente könnten bspw.
hakenförmige
Verriegelungselemente sein oder bspw. magnetische Elemente. Selbstverständlich sind
auch andere Koppelelemente denkbar. Allerdings müssen diese Koppelelemente lösbar sein, so
dass die Kopplung im Endbereich der Solarzellen-Verbindungsanlage
wieder gelöst
werden kann.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung weist die Transporteinrichtung eine
im Bereich der Vorbereitungseinrichtung angeordnete Schiebeeinheit
auf, die die Werkstückträger taktend
um eine Position verschiebt.
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Das
heißt
mit anderen Worten, dass der Transport der in der Führungseinheit
geführten
Werkstückträger durch
Schieben der entsprechenden Werkstückträger-Reihe erfolgt. Bevorzugt
ist im Bereich der Vorbereitungseinrichtung eine Hubeinrichtung
vorgesehen, die einen Werkstückträger aus
einem Rücktransportbereich
in den Transportbereich führt.
Es versteht sich jedoch, dass die Werkstückträger auch auf andere Weise,
bspw. über
eine Querverschiebeeinrichtung statt der Hubeinrichtung, in den Transportbereich
gebracht werden können.
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Weiter
bevorzugt ist die Schiebeeinheit so ausgebildet, dass sie mit dem
von der Hubeinrichtung in den Transportbereich geführten Werkstückträger zusammenwirkt.
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Das
heißt
mit anderen Worten, dass sich die Schiebeeinheit zum Transport der
Werkstückträger nicht über die
gesamte Länge
der Solarzellen-Verbindungsanlage erstrecken muss, sondern dass
der Bewegungsbereich der Schiebeeinheit auf eine Werkstückträgerlänge begrenzt
sein kann. Die Schiebeeinheit schiebt den Werkstückträger im Bereich der Hubeinrichtung
in die nächste
Position, wodurch die anderen Werkstückträger in der Führungseinheit ebenfalls
um eine Position verschoben werden. Anschließend fährt die Schiebeeinheit wieder
um eine Position zurück,
so dass die Hubeinrichtung einen weiteren Werkstückträger in den Transportbereich bringen
kann.
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Diese
Art des Transports der Werkstückträger durch
die Solarzellen-Verbindungsanlage, und insbesondere durch die Verbindungseinrichtung
hat den Vorteil, dass insbesondere im Bereich der Verbindungseinrichtung
keinerlei Antriebselemente vorgesehen sein müssen. Auf Grund der hohen Wärmeentwicklung
ist es gerade in diesem Bereich häufig problematisch, Antriebselemente,
wie bspw. Rollen, Motoren, Stangen, Indexierwellen, etc. vorzusehen.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung ist der Schiebeeinheit eine im Endbereich
angeordnete Gegendruckeinheit zugeordnet, die den im Endbereich liegenden
Werkstückträger mit
einer der Transportrichtung entgegengesetzten Kraft beaufschlagt.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass auf Koppelelemente an den Werkstückträgern verzichtet werden
kann, da die Gegendruckeinheit dafür sorgt, dass die Werkstückträger in der
Führungseinheit
in Kontakt zueinander bleiben.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung ist im Bereich der Vorbereitungseinrichtung
eine Halteeinrichtung vorgesehen, die zumindest zu Beginn des Werkstückträgertransports
die Solarzelle und/oder die Streifen bezüglich des Werkstückträgers örtlich fixiert.
Bevorzugt weist die Halteinrichtung zumindest zwei Saugeinheiten
auf, die während
der ersten Takte des Werkstückträgertransports
jeweils mit einem Werkstückträger zusammenwirken.
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Das
heißt
mit anderen Worten, dass die lose auf die Werkstückträger aufgelegten Streifen und
Solarzellen zumindest zu Beginn des Transports bezüglich des
jeweiligen Werkstückträgers ört lich fixiert sind,
so dass die gewünschte
Position von Solarzellen und Streifen bis zum Verbinden der Bauelemente in
der Verbindungseinrichtung gehalten wird. Bevorzugt werden die Saugeinheiten
von unten in den Bereich des Werkstückträgers gefahren, um die Streifen und
die Solarzellen anzusaugen und damit zu fixieren. Die Saugeinheiten
sind dabei so ausgelegt, dass sie beim Transport des Werkstückträgers von
einer Position in die nächste
Position mitwandern, bis der Werkstückträger die Positionierung komplett übernimmt.
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Bevorzugt
weisen die Werkstückträger Klemmelemente
auf, die die Streifen während
des Transports durch die Verbindungseinrichtung auf die Solarzelle
drücken.
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Das
heißt
mit anderen Worten, dass diese Klemmelemente dann zum Einsatz kommen,
sobald die Streifen auf der Oberseite der Solarzelle liegen. Dadurch,
dass die Klemmelemente die Streifen auf die Solarzelle und die Solarzelle
auf den Werkstückträger drücken und
damit diese Einheit fixieren, wird die Saugeinheit nicht mehr benötigt, so
dass sie zurück
in die vorherige Position gebracht werden kann.
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Die
vorgenannten Maßnahmen
haben insgesamt den Vorteil, dass eine präzise Platzierung von Solarzelle
und Streifen auch während
des Transports gehalten werden kann. Damit lässt sich gewährleisten,
dass eine hohe Qualität
im Hinblick auf die elektrische Kontaktierung erreicht werden kann.
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Die
Verbindungseinrichtung ist vorzugsweise als tunnelförmiger Durchlauf-Lötofen ausgelegt,
wobei bevorzugt mehrere Temperaturzonen vorgesehen sind, die jeweils
durch Schottwände und/oder entsprechende
Wärmeführungen/Strömungsführungen
voneinander getrennt sind. Besonders bevorzugt weist der Lötofen zur
Wärmeerzeugung
Konvektoren auf, die bei Bedarf durch IR-Strahlungsquellen ergänzt werden
können.
Weiter bevorzugt weist jede Temperaturzone zumindest einen Wärmeregler
auf.
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Diese
Auslegung des Lötofens
hat den Vorteil, dass eine sehr genaue Temperaturregelung in den
einzelnen Zonen möglich
ist, so dass der Lötvorgang
sehr präzise
ausgeführt
werden kann. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Wärmequellen,
nämlich
Konvektoren und IR-Strahlern, ist es einerseits möglich, eine
sehr homogene Wärmeverteilung
innerhalb der Zonen zu erreichen und andererseits auch schnell Temperaturveränderungen
herbeizuführen.
Insgesamt soll innerhalb des Lötofens
und hier insbesondere innerhalb der einzelnen Heizzonen eine möglichst
homogene Luftströmung
erreicht werden.
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In
der Praxis haben sich insgesamt fünf Heizzonen als besonders
vorteilhaft herausgestellt, wobei die Temperatur in den ersten vier
Heizzonen langsam ansteigt und in der vierten und der fünften Heizzone wieder
abfällt,
um damit am Ende des Lötofens
eine Abkühlung
zu erreichen.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung weist jeder Werkstückträger ein
Kopplungselement auf, um eine mechanische lose Kopplung mit einem
benachbarten Werkstückträger herzustellen.
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Diese
Maßnahme
soll gewährleisten,
dass die Werkstückträger bei
Ausfall der Schiebeeinheit aus der Verbindungseinrichtung herausgezogen
werden können,
indem ein Werkstückträger am Ende
der Verbindungseinrichtung in Richtung des Endbereichs gezogen wird.
Die Kopplungselemente an den Werkstückträgern sorgen dann dafür, dass
die anderen Werkstückträger mitgezogen
werden. Es ist jedoch darauf zu achten, dass diese Kopplungselemente eine
lose Kopplung bereitstellen, d.h. dass die Kopplungswirkung erst
bei Erreichen eines bestimmten Abstands zwischen den benachbarten
Werkstückträgern wirkt.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch von einem Verfahren
zum Zusammenfügen
von Solarzellen und elektrisch leitfähigen Streifen zu einem Solarzellen-String
gelöst,
das folgende Schritte aufweist:
- a) Auflegen
zumindest eines Streifens auf einen ersten und einen zweiten Werkstückträger,
- b) Auflegen einer Solarzelle auf den zweiten Werkstückträger,
- c) Auflegen zumindest eines Streifens auf die Solarzelle und
einen dritten Werkstückträger,
- d) Transport der Werkstückträger um eine
Werkstückträgerlänge, so
dass sich der dritte Werkstückträger in der
vorhergehenden Position des zweiten Werkstückträgers befindet,
- e) Einbringen eines weiteren Werkstückträgers in die vorhergehende Position
des dritten Werkstückträgers,
- f) Wiederholen der Schritte b) bis e) und/oder Schritt e) bis
die Werkstückträger mit
den Solarzellen eines Strings eine Verbindungseinrichtung zum mechanischen
und elektrischen Verbinden von Streifen und Solarzellen durchlaufen
haben.
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Dieses
Verfahren hat die bereits im Zusammenhang mit der Solarzellen-Verbindungsanlage
genannten Vorteile, so dass auf die vorherige Beschreibung Bezug
genommen werden kann.
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Bevorzugt
erfolgt der Transport der Werkstückträger durch
Aufbringen einer Kraft auf den dritten Werkstückträger, so dass dieser alle nachfolgenden
Werkstückträger verschiebt.
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Das
heißt
mit anderen Worten, dass das Grundprinzip des Werkstückträgertransports
darin besteht, durch stetiges Einbringen eines Werkstückträgers am
Anfang einer Werkstückträger-Reihe
und Verschieben dieser Reihe um eine Werkstückträgerlänge die gesamte Reihe und folglich
jeden einzelnen Werkstückträger zu transportieren.
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Bevorzugt
werden während
des Transports der Werkstückträger die
Streifen und/oder die Solarzellen bezüglich des Werkstückträgers fixiert,
wobei bevorzugt das Fixieren durch eine Ansaugeinrichtung erfolgt,
die zumindest teilweise mit den Werkstückträgern von einer ersten Position
in eine zweite Position mitwandert.
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Bevorzugt
wird die Ansaugeinrichtung nach Erreichen der zweiten Position zurück in die
erste Position gebracht.
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Diese
Maßnahmen
haben – wie
bereits zuvor ausgeführt – den Vorteil,
dass eine sehr präzise
Verbindung von Streifen und Solarzellen möglich ist, da sich deren Position
zueinander während
des Transports nicht verändern
kann.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die Zeichnung beispielhaft erläutert. Es versteht sich, dass
es neben der gezeigten bevorzugten Ausführungsform auch weitere technischen
Ausführungsvarianten
gibt, die der erfindungsgemäßen Lehre
folgen.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Solarzellen-Verbindungsanlage, in
der alle für
die Erläuterung
wesentlichen Merkmale gezeigt sind;
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2 eine
schematische Darstellung der Funktionsweise des Transports von Werkstückträgern;
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3 eine
schematische Darstellung der Vorgänge innerhalb der Vorbereitungseinrichtung;
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4 eine
nicht detailgetreue Zeichnung eines Werkstückträgers;
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5 eine
nicht detailgetreue Zeichnung des Werkstückträgers von 4 in
einer Vorderansicht;
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6 eine
nicht detailgetreue Zeichnung des Werkstückträgers von oben;
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7 eine
Zeichnung der Vorbereitungseinrichtung in einem Querschnitt von
vorne;
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8 eine
Zeichnung der Vorbereitungseinrichtung in einer Seitenansicht; und
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9 verschiedene
Zeichnungen des Werkstückträgers und
einer Ansaugeinrichtung, die mit dem Werkstückträger zusammenwirkt.
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In 1 ist
eine schematische Darstellung einer Solarzellen-Verbindungsanlage gezeigt und mit dem
Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. In dieser schematischen
Darstellung sind alle die Erfindung betreffenden Merkmale gezeigt,
ohne jedoch auf den genauen technischen Aufbau wiederzugeben.
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Die
Solarzellen-Verbindungsanlage 10 dient insgesamt dazu,
mehrere in einer Reihe angeordnete Solarzellen mittels elektrisch
leitfähiger
Streifen elektrisch zu verbinden, so dass eine mehrere Solarzellen
umfassende elektrische Solarzellen-Einheit entsteht. Diese Solarzellen-Einheit
wird auch als Solarzellen-String bezeichnet. Bei den elektrisch
leitfähigen
Streifen handelt es sich beispielsweise um Streifen aus Kupfer mit
einer Lotschicht, so dass durch Zuführen von Wärme diese Lotschicht verflüssigt wird,
um eine Verbindung mit der Solar zellenoberfläche, zumindest mit den dort
vorgesehenen elektrischen Leitungen eingehen zu können.
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Die
Solarzellen-Verbindungsanlage weist eine Vorbereitungseinrichtung 12 auf,
in der die Solarzellen und die Streifen in die gewünschte Konfiguration
gebracht werden.
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Die
Solarzellen-Verbindungsanlage weist ferner eine Verbindungseinrichtung 14 auf,
die vorzugsweise als Lötofen 15 ausgebildet
ist.
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Im
Endbereich der Solarzellen-Verbindungsanlage 10 ist eine
Ausbringungseinrichtung 18 vorgesehen, die eine Handhabungseinrichtung 19 aufweist,
mit deren Hilfe der erstellte Solarzellen-String aus der Vorrichtung
heraustransportiert wird.
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Der
Vorbereitungseinrichtung 12 ist ein Solarzellenmagazin 30 sowie
ein Streifenmagazin 32 zugeordnet, aus denen – nicht
dargestellte – Handhabungseinrichtungen
die jeweiligen für
die Konfiguration erforderlichen Teile holen.
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Um
die Konfiguration aus Solarzellen und Streifen von der Vorbereitungseinrichtung 12 in
den Endbereich zur Ausbringungseinrichtung 18 zu transportieren,
ist eine Transporteinrichtung 20 vorgesehen, die über Führungsschienen 21 verfügt, in denen einzelne
Werkstückträger 34 geführt sind.
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In
der 1 sind einzelne Werkstückträger 34 dargestellt,
wobei an dieser Stelle jedoch anzumerken ist, dass im Betrieb der
Vorrichtung eine Reihe von Werkstückträgern 34 vorliegt,
die sich von der Vorbereitungseinrichtung 12 im Wesentlichen
lü ckenlos
bis in den Endbereich zur Ausbringungseinrichtung 18 erstreckt.
Aus Übersichtlichkeitsgründen ist
dies in der 1 nicht in dieser Weise dargestellt.
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Die
Werkstückträger 34,
deren genauer Aufbau später
noch erläutert
wird, dienen dazu, jeweils eine Solarzelle 40 und Streifen 42 aufzunehmen.
Wie sich aus der 1 ergibt, erstrecken sich die
Streifen jeweils über
zwei einzelne Werkstückträger hinweg.
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Die
Werkstückträger 34 weisen
Elemente auf, die mit den Führungsschienen 21 zusammenwirken,
so dass eine Bewegung der Werkstückträger im Wesentlichen
nur in Transportrichtung (und entgegengesetzt zur Transportrichtung)
möglich
ist. Sowohl eine Bewegung der Werkstückträger schräg zur Transportrichtung oder
senkrecht zur Transportebene wird mit den Führungsschienen unterbunden.
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Die 1 lässt noch
eine schematisch dargestellte Hubeinrichtung 46 erkennen,
die einen Werkstückträger 34 aus
einer unteren Rücktransportebene
in die Transportebene (die von den Führungsschienen 21 aufgespannt
wird) befördert.
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Eine ähnlich arbeitende
Hubeinrichtung 48 ist im Endbereich an der Ausbringungseinrichtung 18 vorgesehen,
die einzelne Werkstückträger 34 aus
der Transportebene in die darunter liegende Rücktransportebene befördert. Von
dort gelangen dann die Werkstückträger über eine
Rücktransporteinrichtung 49 zurück in den
Bereich der Hubeinrichtung 46.
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Eine
Hubeinrichtung besteht im einfachsten Fall aus zwei seitlich umlaufenden
Ketten, an denen Auflagewinkel angebracht sind. Die Auflagewinkel heben
einen Werkstückträger aus
beispielsweise der Rücktransportebene
und transportieren ihn nach oben in die Transportebene. Dort angelangt
wird der Werkstückträger von
den Auflagewinkeln in die Führungseinheit
geschoben.
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Es
wird folglich ein Werkstückträger-Kreislauf
gebildet, in dem die einzelnen Werkstückträger 34 in der Transportebene
von der Vorbereitungseinrichtung 12 zur Ausbringungseinrichtung 18 und dann
in einer darunter liegenden Rücktransportebene
zurück
zu der Vorbereitungseinrichtung 12 transportiert werden.
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Es
versteht sich, dass der Rücktransport nicht
nur in einer darunter liegenden Rücktransportebene erfolgen kann,
sondern auch in anderen Ebenen. Aus baulicher Sicht ist der Rücktransport
unterhalb der Transportebene jedoch bevorzugt.
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Zum
Transport der Werkstückträger 34 von der
Vorbereitungseinrichtung 12 zur Ausbringungseinrichtung 18 und
damit durch die Verbindungseinrichtung 14 hindurch, umfasst
die Transporteinrichtung 20 einen Antrieb 24,
der einen in der Transportebene liegenden Werkstückträger 34 aus dem Bereich
der Hubeinrichtung 46 um eine Werkstückträger-Länge in Transportrichtung schiebt.
Da dieser Werkstückträger 34 sofort
an dem benachbarten Werkstückträger 34 in
der Vorbereitungseinrichtung anstößt, wird auch dieser und dadurch
alle vorhergehenden Werkstückträger um eine
Werkstückträger-Länge nach
rechts in Transportrichtung verschoben.
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An
dem dem Antrieb 24 gegenüberliegenden Ende der Solarzellen-Verbindungsanlage
kann ein komplementärer
Antrieb 26 vorgesehen, der den Werkstückträger 34 mit einer Kraft
beaufschlagt, die der Transportrichtung entgegengesetzt ist. Dieses Gegendruckelement,
das auch als Gegenschieber 26 bezeichnet werden kann, dient
dazu, alle in der Transporteinrichtung 20, d.h. in den
Führungsschienen 21 liegenden
Werkstückträger 34 beim
Transport in Transportrichtung aneinandergedrückt zu halten, so dass die
Abstände
zwischen den einzelnen Werkstückträgern immer
konstant sind. Die Funktion des Gegenschiebers kann auch durch eine
entsprechende Ausgestaltung der Werkstückträger erreicht werden.
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Um
im Bereich der Vorbereitungseinrichtung 12 zu verhindern,
dass ein Werkstückträger 34 durch den
Gegenschieber 26 nach links über eine gewünschte Position
hinaus gedrückt
wird (was dann passieren könnte,
wenn der Antrieb 24 nicht wirksam ist), ist zumindest ein
Halteelement 28 (auch als Indexelement bezeichnet) vorgesehen.
Dieses Halteelement 28 verhindert, dass der benachbarte
Werkstückträger 34 nach
links über
die Position der Halteelemente 28 hinaus transportiert
werden kann.
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Eine
funktionsidentische Einheit ist bevorzugt auch im Bereich der Ausbringungseinrichtung 18 vorgesehen,
um zu verhindern, dass ein Werkstückträger 34 bei fehlender
Gegenkraft durch den Gegenschieber 26 nach rechts in den
Bereich der Hubeinrichtung 48 bewegt werden kann.
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Die
in 1 gezeigte Solarzellen-Verbindungsanlage nutzt
erfindungsgemäß einzelne
voneinander unabhängige
Werkstückträger 34,
um die einen Solarzellen-String bildenden Solarzellen und Streifen
durch den Lötofen 15 zu
transportieren.
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Wie
sich aus der 1 deutlich ergibt, trägt ein Werkstückträger 34 jeweils
eine Solarzelle 40 und die dazugehörenden Streifen 42.
Durch diese Maßnahme
wird die Solarzellen-Verbindungsanlage äußerst flexibel,
da die Solarzellen-Strings beliebige Anzahlen von Solarzellen aufweisen
können.
Bei der Fertigung muss jeweils nur die passende Anzahl von Werkstückträgern mit
Solarzellen bestückt
werden. Weitere Anpassungsmaßnahmen
sind hierfür
nicht notwendig.
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Der
Transport der Werkstückträger von
der Vorbereitungseinrichtung 12 in den Endbereich zu der
Ausbringungseinrichtung 18 wird nun anhand der Darstellungen
in 2 erläutert.
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An
dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass es sich hierbei nur um
eine bevorzugte Möglichkeit des
Transports der Werkstückträger handelt.
Die Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Andere Arten des Transports
sind auch denkbar, möglicherweise
jedoch nicht ganz so vorteilhaft wie der Transport gemäß 2.
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Der
Transport der Werkstückträger 34 erfolgt nun
dadurch, dass der Antrieb in Form eines Schiebers 24 den
in der Position P0 liegenden Werkstückträger in Transportrichtung (in 2 nach
rechts) schiebt und zwar in die Position P1. Dadurch, dass die Werkstückträger 34 alle
aneinander liegen, bewegt sich die gesamte Werkstückträgerreihe
nach rechts um eine Position, die üblicherweise einer Werkstückträger-Länge entspricht.
Um zu gewährleisten,
dass die Werkstückträger in der
Reihe alle dicht aneinander liegen und diese Position beim Verschieben
nach rechts auch beibehalten wird, ist der Gegenschieber 26 vorgesehen,
der den letzten Werkstückträger in der
Reihe (im Bereich der Ausbringungseinrichtung 18) mit einer
Kraft beaufschlagt, die der Transportrichtung entgegengesetzt ist.
Diese Kraft ist jedoch so einzustellen, dass insgesamt ein Transport
der Reihe nach rechts möglich
ist.
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Sobald
der Träger
der Reihe von der Position P0 in die Position P1 verschoben ist,
fährt der
Schieber 24 wieder zurück
(entgegen der Transportrichtung), so dass an die Stelle P0 aus dem
Rücktransportbereich
ein neuer Werkstückträger 34 hineintransportiert
werden kann. Darüber
hinaus wird am Ende der Werkstückträgerreihe
ein Werkstückträger aus
der Transportebene nach unten in die Rücktransportebene befördert. Danach
wird der Gegenschieber 26 nach links verfahren, um die
Position in der oberen Darstellung von 2 zu erreichen.
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Anschließend werden
die vorgenannten Schritte wiederholt, so lange, bis in der Ausbringungseinrichtung 18 jene
Werkstückträger angekommen
sind, die den gewünschten
Solarzellen-String tragen.
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Aus
der 2 ergibt sich, dass der Transport der einzelnen
Werkstückträger mit
sehr einfachen Mitteln möglich
ist, wobei hierbei deutlich erkennbar ist, dass innerhalb der Verbindungseinrichtung 14, d.h.
des Lötofens 15,
keinerlei Transportelemente, wie Rollen, Antriebe etc., vorgesehen
sein müssen. Dies
ist ein entscheidender Punkt im Hinblick auf die Langlebigkeit der
gesamten Vorrichtung, da gerade bewegte Teile, die möglicherweise
neben Metall auch andere Materialien aufweisen, bedingt durch die hohe
Hitze im Lötofen
einem hohen Verschleiß ausgesetzt
wären.
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Mit
Bezug auf die 3 wird nachfolgend kurz erläutert, wie
die Konfiguration des Solarzellen-Strings im Bereich der Vorbereitungseinrichtung 12 erfolgt.
Es ist jedoch an dieser Stelle anzumerken, dass die in 3 gewählte Darstellung
rein erläuternden
Charakter hat und nicht die konkrete technische Ausgestaltung zeigt.
Darüber
hinaus sind in der Beschreibungseinleitung verschiedene Konfigurationen
von Solarzellen-Strings beschrieben, für die die erfindungsgemäße Lehre
ebenfalls anwendbar ist. Die erforderlichen Modifikationen hierfür sind dem Fachmann
ohne weiteres erschließbar.
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In
den einzelnen Darstellungen von 3 sind wiederum
die bereits zuvor erwähnten
Positionen P0 bis P4 dargestellt, wobei im Gegensatz zu 2 die
Transportrichtung jetzt nach links verläuft. Im ersten Bild A von 3 wird
von einer Situation ausgegangen, in der die Streifen 42 bereits
auf die beiden Werkstückträger 34 in
den Positionen P2 und P3 aufgelegt sind. Anschließend wird
mit Hilfe eines Solarzellen-Greifers 50 eine Solarzelle
aus dem Solarzellenmagazin 30 geholt und auf den Werkstückträger 34 in
der Position P2 aufgelegt. Wie sich aus der 3 ergibt,
liegt die entsprechende Solarzelle 40 auf den zuvor aufgelegten
Streifen 42 auf.
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Anschließend holt
ein Streifen-Greifer 52 beispielsweise zwei Streifen aus
dem Streifenmagazin 32 und legt sie auf die beiden Werkstückträger in den
Positionen P1 und P2 auf. Wie sich aus Bild B von 3 ergibt,
liegen die Streifen 42 dabei auf der Solarzelle 40 des
Werkstückträgers in
der Position P2 auf.
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Anschließend wird
die Werkstückträger-Reihe über den
Schieber 24 um eine Position verschoben, so dass der Werkstückträger aus der
Position P0 in die Position P1, der Werkstückträger aus der Position P1 in
die Position P2 usw. gelangt. Dies ist in dem Diagramm oberhalb
des Bildes D von 3 dargestellt. Das bedeutet,
dass der Werkstückträger mit
dem aufliegenden Streifen aus Position P1 nunmehr in der Position
P2 liegt. Dann wird mit Hilfe des Solarzellen-Greifers 50 eine
Solarzelle 40 auf den Werkstückträger in der Position P2 aufgelegt,
so dass nunmehr der gleiche Zustand wie in Bild A von 3 erreicht
ist.
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Die
vorgenannten Schritte, nämlich
Auflegen von Streifen, Auflegen von Solarzellen, Auflegen von Streifen
und anschließendem
Takten wiederholt sich nun so lange, bis die gewünschte Anzahl von Solarzellen
pro Solarzellen-String erreicht ist.
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In
den einzelnen Bildern von 3 sind weitere
Elemente gezeigt, die mit den Bezugszeichen 62 und 64 gekennzeichnet
sind. Es handelt sich hierbei um Saugeinheiten, die unterhalb der
Werkstückträger liegen
und von unten die aufgelegten Streifen und die Solarzellen ansaugen
und damit örtlich
fixieren.
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Um
diese Funktion auch während
des Transports der Werkstückträger von
Position P1 in Position P2 zu erbringen, sind die beiden Saugeinheiten 62, 64 so
ausgelegt, dass sie mit dem Werkstückträger jeweils mitwandern können.
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In
den beiden Bildern C und D ist zu erkennen, dass beispielsweise
die Saugeinheit 64 unter der anderen Saugeinheit 62 "wegtaucht", während die
Saugeinheit 62 aus der Position P1 in die Position P2 fährt. Danach
wird die andere Saugeinheit 64 in der Position P1 wieder
nach oben bewegt.
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Schließlich ist
in den einzelnen Bildern der 3 noch zu
erkennen, dass die Werkstückträger 34 über Klemmelemente
verfügen,
die aktiviert werden, sobald die Streifen 42 auf die Solarzelle 40 in der
Position P2 gelegt werden (vgl. Bild C in 3). Diese
Klemmelemente sorgen dafür,
dass die Streifen auf die Solarzelle 40, und diese wiederum
auf den Werkstückträger gedrückt werden.
Damit wird gewährleistet,
dass die noch nicht mechanisch miteinander verbundenen Elemente
die gewünschte
Position während
des Transports beibehalten. Erst nachdem die Werkstückträger 34 den
Lötofen 15 durchlaufen
haben, werden die Klemmelemente nicht mehr gebraucht, da dann eine
mechanisch stabile Einheit, nämlich
der Solarzellen-String, gebildet ist.
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Die
beiden Saugeinheiten 62 und 64 sind folglich so
lange aktiv, bis die Klemmelemente eines Werkstückträgers wirken können, d.h.
bis die Streifen auf der Solarzelle aufgelegt sind.
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Nachfolgend
wird anhand von detaillierten technischen Zeichnungen der Aufbau
der Werkstückträger und
des Vorbereitungsbereichs erläutert.
Hierbei ist jedoch anzumerken, dass die technischen Zeichnungen
in den 4 bis 9 nur eine von mehreren möglichen
Ausgestaltungen der Solarzellen-Verbindungsanlage zeigen. Der Fachmann
weiß, dass
Modifikationen möglich
sind. Nichtsdestotrotz ist festzuhalten, dass die in diesen Figuren
gezeigten Merkmale für
den konkreten Aufbau der Ausführungsform
wichtig sind, selbst wenn eine entsprechende Beschreibung fehlt.
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Nachfolgend
sollen nur einige wenige Merkmale der in den 4 bis 9 gezeigten
Teile erläutert
werden.
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In 4 ist
ein Werkstückträger 34 in
Draufsicht (und daneben in einer jeweiligen Schnittdarstellung)
gezeigt. Der Werkstückträger 34 umfasst
einen Rahmen 72 der – in
Draufsicht gesehen – rechteckförmig ist
und einen Innenraum umgibt. Dieser Innenraum wird von Leisten bzw.
Streben 74 überspannt, die
alle parallel zueinander angeordnet sind. Die Leisten 74 sind
so ausgebildet, dass sie eine ebene Auflagefläche bilden, wobei in 4 diese
Auflagefläche
parallel zur Zeichenebene liegt.
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Zwischen
den einzelnen Leisten 74 sind Spalten 76 gebildet,
die – von
oben gesehen – nach unten
offen sind. Die Funktion dieser Spalte 76 wird später noch
erläutert
werden.
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Schließlich sei
noch auf die beiden hakenförmigen
Halteelemente 78 hingewiesen, die so ausgebildet sind,
dass sie mit entsprechenden Verriegelungsnasen eines benachbarten
Werkstückträgers 34 zusammenwirken
können.
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Diese
Verriegelung über
die Halteelemente 78 ist jedoch so ausgelegt, dass der
benachbarte Werkstückträger 34 eine
Relativbewegung in Transportrichtung (parallel zur Zeichenebene
und senkrecht zu den Leisten 74) ausführen kann. Es handelt sich
also um eine lose (mit Spiel behaftete) Kopplung benachbarter Werkstückträger 34.
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Die
Halteelemente 78 sind so ausgelegt, dass sie im Endbereich
(d.h. im Bereich der Ausbringungseinrichtung 18) automatisch
gelöst
werden können.
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In
der 5 sowie in der 6 sind weitere Darstellungen
des Werkstückträgers 34 gezeigt.
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In
der Darstellung von 5 ist zu erkennen, dass der
Werkstückträger 34 über sog.
Niederhalteelemente 84 (auch Klemmelemente genannt) verfügt, die
(wie sich aus 6 ergibt) in zwei gegenüberliegenden
Reihen links und rechts des Werkstückträgers angeordnet sind. Die Niederhalteelemente 84 lassen
sich über
Betätigungshebel 86 aus
einer offenen Position in die in 5 gezeigte
geschlossene Position bringen. Mit Hilfe von Federkraft drücken die Spitzen
der Niederhalteelemente 84 auf den Werkstückträger, bzw.
bei aufgelegter Solarzelle und darauf liegenden Streifen auf die
Streifen.
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Wie
bereits erwähnt,
dienen diese Niederhalteelemente 84 bzw. Klemmelemente 84 dazu,
die Streifen relativ zu der Solarzelle und die Solarzelle relativ
zu dem Werkstückträger ortsfest
zu halten.
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In 5 sind
noch Führungselemente 80 zu erkennen,
die parallel zueinander verlaufen und seitlich am Werkstückträger 34 angebracht
sind. Diese Führungselemente 80 laufen
in den Führungsschienen 21 der
Transporteinheit 20 und sorgen dafür, dass der Werkstückträger 34 eine
Bewegung nur in Transportrichtung ausführen kann.
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Schließlich sind
in den beiden 5 und 6 noch Auflageelemente 82 gezeigt,
auf denen die Solarzelle aufliegt.
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In 7 ist
eine Schnittansicht der Vorbereitungseinrichtung 12 dargestellt,
wobei der Schnitt senkrecht zur Transportrichtung verläuft. Deutlich
zu erkennen ist in 7 der Werkstückträger 34 mit den beiden
Führungselementen 80 und
den Betätigungshebeln 86.
Es ist auch gut zu erkennen, dass die Füh rungselemente 80 in
Schienen 21 laufen, wobei eine Bewegung des Werkstückträgers nach
oben, nach unten und zur Seite durch die Ausgestaltung der Führungselemente 80 und
der Schiene 21 unterbunden wird.
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In 7 ist
noch auf die Ausgestaltung der Saugeinrichtung 60 hinzuweisen,
die die beiden Saugeinheiten 62 und 64 umfasst.
In 7 ist jedoch nur die Saugeinheit 62 gezeigt.
Die andere Saugeinheit 64 hat jedoch den gleichen Aufbau,
ist aber spiegelsymmetrisch zu der Mittelachse angeordnet.
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Die
Saugeinheit 62 liegt parallel zu der Solarzellenebene 92 und
weist an der linken Seite einen nach unten laufenden Arm auf, der
mit einem Trägerschlitten 90 gekoppelt
ist. Der Trägerschlitten 90 ermöglicht eine
Bewegung der Saugeinheit 62 senkrecht zur Zeichenebene,
d.h. parallel zur Transportrichtung der Werkstückträger.
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Der
nach unten verlaufende Arm der Saugeinheit 62 ist relativ
zu dem Trägerschlitten 90 senkrecht
zur Transportrichtung (d.h. nach oben und unten) bewegbar gehalten,
wobei ein Antrieb 94 (beispielsweise ein Spindelantrieb)
diese Bewegung der Saugeinheit 62 herbeiführt.
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An
dieser Stelle sei noch angemerkt, dass auch der Trägerschlitten 90 über einen
Antrieb verfügt,
der beispielsweise in 8 mit dem Bezugszeichen 96 gekennzeichnet
ist. Auch hier kann es sich beispielsweise um einen Spindelantrieb
handeln.
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Mit
Hilfe dieser Komponenten ist es möglich, die Saugeinheit 62 sowohl
in Transportrichtung zu transportieren als auch anzuhe ben und abzusenken jeweils
relativ zu der Solarzellenebene 92. Die andere Saugeinheit 64 ist
in gleicher Weise ausgestaltet und lässt sich ebenfalls unabhängig von
der Saugeinheit 62 in Transportrichtung sowie auf und ab
bezüglich
der Solarzellenebene 92 bewegen. Mit Hilfe dieser technischen
Ausgestaltung ist die mit Bezug auf die 3 beschriebene
Bewegung der Saugeinheiten 62, 64 möglich.
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Selbstverständlich kann
die beschriebene Funktion der Saugeinheiten auch auf andere technische
Weise umgesetzt werden.
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Die
Saugeinheiten 62 bzw. 64 verfügen über Saugelemente 98, über die
Luft angesaugt werden kann. Mit Hilfe dieser Saugelemente 98 ist
es möglich,
beispielsweise die Solarzelle 40 oder die Streifen 42 anzusaugen
und festzuhalten.
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Um
die Saugelemente 98 in den Bereich der Solarzellenebene
zu bringen, sind die Saugeinheiten 62, 64 so ausgelegt,
dass zumindest die Saugelemente 98 in den Spalt 76 zwischen
den Leisten 74 der Werkstückträger 34 eintauchen
können.
Dies ist in den einzelnen Darstellungen von 9 gezeigt.
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Da
die Saugeinheiten 62, 64 in Transportrichtung
bewegbar sind, lassen sie sich beim Transport des Werkstückträgers aus
der Position P1 in die Position P2 (vgl. 3) mit bewegen,
so dass sie während
dieser Zeit die unten liegenden Streifen und die darüber liegende
Solarzelle fixieren. Die Saugwirkung wird erst dann deaktiviert,
wenn die Niederhalteelemente des Werkstückträgers auf die Solarzelle drücken und
damit die Einheit aus Solarzelle und Streifen fixieren.
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Zurückkommend
auf 1 ist noch anzumerken, dass der Lötofen 15 mehrere
voneinander getrennt einstellbare Temperaturzonen besitzt, die über Konvektoren
und bei Bedarf über
zuschaltbare IR-Strahler erhitzt werden. Zur genauen Temperaturregelung
sind in jeder Temperaturzone ein oder mehrere Wärmeregler vorgesehen. Bevorzugt
wird ein Temperaturprofil gewählt,
das in den ersten Zonen ansteigt und gegen Ende, zumindest in der
letzten Temperaturzone, wieder absinkt.
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Selbstverständlich könnten auch
andere Lötöfen eingesetzt
werden.
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Insgesamt
zeigt sich, dass die erfindungsgemäße Solarzellen-Verbindungsanlage
eine kontinuierliche und flexible Fertigung von Solarzellen-Strings ermöglicht.
Insbesondere kann die Anzahl der Solarzellen pro Solarzellen-String
frei gewählt
werden. Umrüstzeiten
in der Anlage sind hierfür
nicht erforderlich.