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Die Erfindung betrifft ein Elektrodenstapelrad, welches ausgebildet ist, flächige Elektrodenelemente aufzunehmen und zu befördern. Das Elektrodenstapelrad weist eine Rotationsachse, welche zur Drehung des Elektrodenstapelrads ausgebildet ist, auf. Weiterhin weist das Elektrodenstapelrad mehrere radial zur Rotationsachse ausgebildet Stapelfinger, welche um die Rotationsachse umlaufend angeordnet sind, auf. Ferner weist das Elektrodenstapelrad mehrere Zwischenräume auf, welche jeweils zwischen den Stapelfingern ausgebildet sind, wobei ein jeweiliger Zwischenraum dazu ausgebildet ist, ein Elektrodenelement aufzunehmen. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Elektrodenstapelvorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Elektrodenstapels.
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Das Stapeln von flächigen Elektrodenelementen ist bekannt. So werden Elektrodenelemente zur Herstellung von elektrochemischen Energiespeichern, wie Lithium-Ionen-Batterien, oder Energiewandlern, wie Brennstoffzellen, üblicherweise gestapelt. Insbesondere bei der Herstellung von Pouch-Zellen, einer weit verbreiteten Bauform eines Lithium-Ionen-Akkumulators, werden Elektrodenelemente gestapelt.
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Die Elektrodenelemente sind dabei üblicherweise als Kathode, basierend beispielsweise auf Aluminiumfolie, und/oder Anode, basierend beispielsweise auf Kupferfolie, ausgebildet. Die kleinste Einheit jeder Lithium-Ionen-Zelle besteht aus zwei Elektroden und zumindest einem Separator, der die Elektroden voneinander trennt. Dazwischen befindet sich später nach der Befüllung der ionenleitfähige Elektrolyt.
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Beim Stapelvorgang werden die Elektrodenelemente in einem wiederholenden Zyklus aus Anode, Separator, Kathode, Separator und so weiter gestapelt.
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Neben den übrigen Schritten der Herstellung von elektrochemischen Energiespeichern oder Brennstoffzellen, wie beispielsweise der Konfektionierung oder der Kontaktierung, stellt der Schritt des Stapelns bei der Herstellung oftmals den Flaschenhals für den Fertigungsdurchsatz dar. Eine Beschleunigung des Stapelns ist deshalb von großem Interesse.
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Bekannte Verfahren zum Stapeln der Elektrodenelemente setzen auf einen Greifarm eines Roboters, welcher das Elektrodenelement greift und platziert. Nach bisherigem Wissen ist hier jedoch keine deutliche Geschwindigkeitserhöhung mehr zu erwarten.
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Weitere bekannte Verfahren setzen für die Stapelbildung auf ein rotierendes Stapelrad, mit welchem die Elektrodenelemente auf einem Elektrodenstapel abgelegt werden.
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Die
WO 2020/212316 A1 beschreibt hierzu ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels aus Anoden und Kathoden für eine Lithium-Ionen-Batterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, bei dem die Anoden und die Kathoden in Aufnahmen eines rotatorisch angetriebenen oder rotatorisch antreibbaren Stapelrads gefördert werden, und die in den Aufnahmen aufgenommenen Anoden und Kathoden anhand einer Rotation des Stapelrads zu einem Stapelfach gefördert werden.
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Ein wichtiger Schritt beim Stapeln der Elektrodenelemente mithilfe eines Stapelrads ist die Genauigkeit des Transsport der Elektrodenelemente durch das Stapelrad. Die Genauigkeit des Transports wirkt sich unmittelbar auf die Stapelgenauigkeit aus. Vereinfacht lässt sich sagen, je genauer der Transport mit dem Stapelrad ist, desto genauer kann der Elektrodenstapel erzeugt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein Elektrodenstapelrad, eine Elektrodenstapelvorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines Elektrodenstapels zu schaffen, mit welchem bzw. mit welcher bzw. bei welchem ein Elektrodenelement genauer gestapelt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Elektrodenstapelrad, eine Elektrodenstapelvorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Elektrodenstapelrad ist ausgebildet, um flächige Elektrodenelemente aufzunehmen und zu befördern. Das Elektrodenstapelrad umfasst folgendes:
- - eine Rotationsachse, ausgebildet zur Drehung des Elektrodenstapelrads;
- - mehrere radial zur Rotationsachse ausgebildete Stapelfinger, welche um die Rotationsachse umlaufend angeordnet sind; und
- - mehrere Zwischenräume, welche jeweils zwischen den Stapelfingern ausgebildet sind, wobei ein jeweiliger Zwischenraum dazu ausgebildet ist, zumindest eines der Elektrodenelemente aufzunehmen bzw. aufnehmen zu können.
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Ein wichtiger Gedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Elektrodenstapelrad ein Elektrodenklemmelement umfasst, welches jeweils in den Zwischenräumen ausgebildet ist. Das Elektrodenklemmelement ist dazu ausgebildet, im klemmenden Zustand eine Hauptfläche eines der Elektrodenelemente mit Klemmkraft zu beaufschlagen und das jeweilige Elektrodenelement durch die Kraftbeaufschlagung gegen den jeweiligen Stapelfinger zu drücken.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Genauigkeit des Transports gesteigert werden kann, indem die Elektrodenelemente von dem Elektrodenstapelrad in eingeklemmtem Zustand transportiert werden. Dadurch kann verhindert werden, dass sich die Elektrodenelemente innerhalb des Elektrodenstapelrads bewegen und als Folge ungenau auf den Elektrodenstapel abgelegt werden.
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Das jeweilige Elektrodenklemmelement kann zwei unterschiedliche Zustände aufweisen. Ein klemmender Zustand, welcher vorliegt, wenn ein Elektrodenelemente im Zwischenraum angeordnet ist und das Elektrodenklemmelement die Klemmkraft auf das Elektrodenelemente ausübt. Und ein klemmfreier Zustand, welcher vorliegt, wenn der Zwischenraum frei ist, also kein Elektrodenelement darin angeordnet ist. Im klemmfreien Zustand kann das Elektrodenklemmelement spannungsfrei bzw. entspannt ausgebildet sein.
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Insbesondere weist das Elektrodenstapelrad mehrere Stapelfinger auf. Zwischen den Stapelfingern ist vorzugsweise jeweils ein Zwischenraum ausgebildet. In dem jeweiligen Zwischenraum ist vorzugsweise zumindest eines der Elektrodenklemmelemente ausgebildet. Der einfacheren Beschreibung zuliebe wird die Beschreibung der Elektrodenklemmelemente, der Stapelfinger oder der Zwischenräume im Folgenden gelegentlich anhand nur eines jeweiligen Exemplars ausgeführt.
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Die Stapelfinger sind vorzugsweise jeweils länglich ausgebildet. Weiterhin verjüngen sich die Stapelfinger jeweils vorzugsweise mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse.
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Das Elektrodenklemmelement ist vorzugsweise länglich und/ oder fingerförmig ausgebildet. Insbesondere ist das Elektrodenklemmelement am freien Ende, also dem von einer Kontaktstelle mit dem Stapelfinger abgewandten Ende, flach zulaufend ausgebildet.
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Weiterhin ist das Elektrodenklemmelement vorzugsweise zumindest im Bereich der Kontaktstelle unter Krafteinwirkung biegbar ausgebildet, insbesondere bewegt sich das Elektrodenklemmelement bei Wegfall der Krafteinwirkung wieder in die Ausgangsposition zurück. Dadurch kann das Elektrodenklemmelement von dem Elektrodenelement verdrängt werden, übt dann aber die Klemmkraft auf das Elektrodenelement aus, da es wieder in die ursprüngliche Position möchte.
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Weiterhin vorzugsweise sind das Elektrodenstapelrad, die Stapelfinger und insbesondere die Elektrodenklemmelemente aus einem Stück ausgebildet.
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Die Hauptfläche des Elektrodenelements ist insbesondere als eine Fläche mit größerer Oberfläche als die Seitenflächen ausgebildet. Insbesondere ist die Hauptfläche diejenige Fläche, welche im klemmenden Zustand in Richtung der Stapelfinger ausgebildet ist, also insbesondere keine Stirnfläche oder Seitenfläche, welche im Vergleich zur Hauptfläche um ein Vielfaches schmäler ausgebildet ist.
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Die Zwischenräume sind jeweils vorzugsweise in axialer Richtung offen ausgebildet.
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Insbesondere weisen die Stapelfinger eine Krümmung auf. Die Krümmung ist insbesondere entgegen der Laufrichtung des Elektrodenstapelrads ausgebildet.
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Die Stapelfinger und/oder die Zwischenräume können aber auch ohne Krümmung, insbesondere zur Aufnahme gering flexibler oder starrer Elektrodenelemente, ausgeführt sein. Die Lage im Elektrodenstapelrad kann dann radial oder sekantial sein.
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Insbesondere werden mehrere Elektrodenelemente mit dem Elektrodenstapelrad befördert, um den Elektrodenstapel zu erzeugen. Die Elektrodenelemente können als Kathode und/oder Anode ausgebildet sein. Insbesondere werden Kathode und Anode abwechselnd befördert. Zwischen die Elektrodenelemente, insbesondere zwischen Kathode und Anode, wird insbesondere ein Separator bzw. eine Trennschicht angeordnet.
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Alternativ können die Elektrodenelemente auch schon als vorgefertigte Zelle, welche eine Kathode, eine Anode und vorzugsweise auch zumindest eine Trennschicht umfasst, ausgebildet sein. Das Elektrodenelement kann bereits als Zelle ausgebildet sein und es können fertige Zellen durch das Elektrodenstapelrad aufeinander abgestapelt werden.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Elektrodenklemmelement, insbesondere elastisch, federnd ausgebildet ist, und das Elektrodenelement durch das Elektrodenklemmelement mit einer Federkraft beaufschlagt werden kann. Insbesondere wird die federnde Eigenschaft durch das Material und die Materialstärke des Elektrodenklemmelement ermöglicht. Durch die federnde Ausgestaltung kann die Klemmkraft passiv, also fremdenergiefrei bereitgestellt werden. Auf einen elektrischen Aktuator kann in diesem Fall verzichtet werden. Das Elektrodenklemmelement kann im klemmfreien Zustand an dem benachbarten Stapelfinger anliegen und wird von diesem erst durch das in den Zwischenraum eingeführte Elektrodenelement wegbewegt bzw. weggedrückt.
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Ergänzend oder alternativ kann das Elektrodenklemmelement die Klemmkraft aktiv, insbesondere durch einen, vorzugsweise elektrisch ausgebildeten, Aktuator, bereitstellen.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Elektrodenklemmelement als Teil des jeweiligen Stapelfingers ausgebildet ist. So kann das Elektrodenklemmelement beispielsweise als Ast oder Abzweigung des Stapelfingers ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Elektrodenklemmelement schmäler oder dünner als der jeweilige Stapelfinger ausgebildet. So kann das Elektrodenklemmelement beispielsweise erzeugt werden, indem in den Stapelfinger ein Halbschlitz eingebracht wird. Durch den Halbschlitz wird das Elektrodenklemmelement teilweise vom Stapelfinger abgetrennt. Durch die teilweise Abtrennung bleibt das Elektrodenklemmelement aber vorzugsweise noch an einer Kontaktstelle mit dem Stapelfinger verbunden und kann daran federnd ausgebildet sein.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Elektrodenklemmelement durch eine Kontaktstelle mit dem jeweiligen Stapelfinger verbunden ist. Die Fläche der Kontaktstelle ist vorzugsweise nur so groß ausgebildet, dass das Elektrodenklemmelement flexibel an dem Stapelfinger ausgebildet sein kann. Durch die Kontaktstelle wird eine Möglichkeit geschaffen, damit das Elektrodenklemmelement die Klemmkraft zuverlässig bereitstellen kann.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Elektrodenklemmelement aus demselben Material wie der Stapelfinger ausgebildet ist. Das Material ist beispielsweise als Kunststoff ausgebildet. Dadurch kann das Elektrodenklemmelement kostengünstig und zuverlässig ausgebildet werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Elektrodenstapelvorrichtung, insbesondere zum Erzeugen eines Elektrodenstapels für einen Akkumulator oder eine Brennstoffzelle. Die Elektrodenstapelvorrichtung weist zumindest ein erfindungsgemäßes Elektrodenstapelrad auf.
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Insbesondere weist die Elektrodenstapelvorrichtung mehrere erfindungsgemäße Elektrodenstapelräder auf.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Elektrodenstapelvorrichtung axial versetzt zum Elektrodenstapelrad zumindest ein dieselbe Rotationsachse aufweisendes klemmelementfreies Stapelrad aufweist. Durch die Kombination von Elektrodenstapelrädern mit Elektrodenklemmelementen und Stapelrädern ohne Elektrodenklemmelemente kann die Genauigkeit des Transportes der Elektrodenelemente weiter gesteigert werden. Es kann sein, dass wenige Elektrodenstapelräder mit Elektrodenklemmelementen, beispielsweise eines oder zwei ausreichend sind, um des jeweilige Elektrodenelement während des Transportes festzuklemmen. Eine zu hohe Anzahl an Elektrodenklemmelementen kann den Nachteil haben, dass das Einführen des Elektrodenelements in den Zwischenraum unnötigerweise erschwert wird, da der Widerstand sämtlicher Elektrodenklemmelemente beim Einführen zu überwinden ist.
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Die Erfindung betrifft einen weiteren Aspekt bei einer Elektrodenstapelvorrichtung mit mehreren Stapelrädern bzw. Elektrodenstapelräder, welche auf einer gemeinsamen Rotationsachse angeordnet sind. Gemäß dem weiteren Aspekt können die Stapelräder bzw. Elektrodenstapelräder ergänzend oder alternativ zur Ausstattung mit dem Elektrodenklemmelement bezüglich der Rotationsachse verdreht angeordnet sein, d.h. durch die Verdrehung in Rotationsrichtung so verdreht sein, dass die Zwischenräume nicht mehr exakt in axiale Richtung fluchten, sondern nur noch schräg zur axialen Richtung fluchten. Vorteilhaft ist das, da die Elektrodenelemente durch die zueinander verdrehten Stapelräder eingeklemmt werden. Die verdrehten Stapelräder können zusätzlich zu den Elektrodenklemmelementen oder aber auch ohne die Elektrodenklemmelementen ausgebildet sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Elektrodenstapel, insbesondere für einen Akkumulator oder eine Brennstoffzelle, mit flächigen Elektrodenelementen erzeugt. Es werden folgende Schritte durchgeführt:
- a) Bereitstellen eines Elektrodenelements;
- b) Rotieren eines Elektrodenstapelrads um eine Rotationsachse;
- c) Einbringen des bereitgestellten Elektrodenelements in einen durch Stapelfinger des Elektrodenstapelrads gebildeten Zwischenraum;
- d) Bewegen des eingebrachten Elektrodenelements durch das um die Rotationsachse rotierende Elektrodenstapelrad;
- e) Entfernen des bewegten Elektrodenelements aus dem Zwischenraum; und
- f) Erzeugen des Elektrodenstapels mit dem aus dem Zwischenraum entfernten Elektrodenelement.
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Als wichtiger Gedanke ist es vorgesehen, dass das Elektrodenelement mittels einem Elektrodenklemmelement während der Bewegung durch das Elektrodenstapelrad in einer Klemmposition mit einer Klemmkraft beaufschlagt wird.
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Insbesondere ist das Elektrodenelement in der Klemmposition, wenn es durch das Elektrodenklemmelement fixiert ist.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Elektrodenelement im Schritt e) mit einem passiven Ausstreifelement, welches die Klemmkraft überwindet, aus dem Zwischenraum entfernt wird. Das passive Ausstreifelement kann beispielsweise aus Ausstreifarm ausgebildet sein, gegen welchen die Elektrodenelemente nach absolvierter Transportstrecke durch das Elektrodenstapelrad verschränkt werden und durch die weiterlaufende Drehung des Elektrodenstapelrads automatisch ausgestreift werden.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Elektrodenelement im Schritt e) mit einem aktiven Ausstreifelement, welches die Klemmkraft überwindet, aus dem Zwischenraum entfernt wird. Das aktive Ausstreifelement kann beispielsweise als Kurvenrad ausgebildet sein. Das Kurvenrad kann beispielsweise an den Elektrodenelementen entlanglaufen und diese nach absolvierter Transsportstrecke aktiv Ausstreifen. Das aktiven Ausstreifelement kann dabei von dem Antrieb des Elektrodenstapelrads oder einem separaten, insbesondere eigenen Antrieb, angetrieben werden.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Elektrodenelement im Schritt c) durch das Elektrodenklemmelement abgebremst wird. Durch die abbremsende Wirkung des Elektrodenklemmelements kann das Elektrodenelement genauer im Zwischenraum angeordnet und transportiert werden. Durch die genauere Anordnung im Elektrodenstapelrad wiederum kann das Elektrodenelement auch genauer auf dem Elektrodenstapel abgelegt werden.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Elektrodenelement im Schritt a) durch eine Zuführungseinrichtung kontrolliert in die Klemmposition befördert wird. Kontrolliert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Bewegung des Elektrodenelements nicht dem Zufall überlassen wird, wie es beispielsweise bei einem ungeführten bzw. freien Flug durch die Luft der Fall ist. Bei einer kontrollierten Beförderung kann auf die Position des Elektrodenelement im Wesentlichen zu jedem Zeitpunkt Einfluss genommen werden. Eine kontrollierte Beförderung liegt beispielsweise vor, wenn das Elektrodenelement mittels Riemen eingespannt ist. Vorzugsweise wird des Elektrodenelement vorliegend kontrolliert durch Riemen direkt in das Elektrodenstapelrad bzw. den jeweiligen Zwischenraum hineintransportiert und dort durch die Elektrodenklemmelemente eingeklemmt. Vorzugsweise frühestens mit der Einklemmung durch die Elektrodenklemmelemente wird die Riemenführung durch die Zuführungseinrichtung beendet.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Kontrolle über das Elektrodenelement ab dem Zeitpunkt, an welchem sich das Elektrodenelement in der Klemmposition befindet von der Zuführungseinrichtung an das Elektrodenstapelrad übergeht. So wird das Elektrodenelement vorzugsweise von der Zuführungseinrichtung in den Zwischenraum hineingeschoben, bis das Elektrodenelement im eingeklemmten Zustand vorliegt, dann beendet die Zuführungseinrichtung die Bewegung und die Kontrolle des Elektrodenelements. Im Wesentlichen nahtlos wird die Bewegung und die Kontrolle des Elektrodenelements anschließend vom Elektrodenstapelrad übernommen bzw. weitergeführt. Der Elektrodenstapel kann dadurch genauer erzeugt werden.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Elektrodenelement durch ein Vorschubrad, insbesondere der Zuführungseinrichtung, mit einem nur teilweise um das Vorschubrad umlaufenden, erhabenen Kontaktaufsatz in den Zwischenraum eingebracht wird. Der Kontaktaufsatz ist dabei insbesondere als nur teilweise umlaufendes, erhabenes Segment ausgebildet. Durch den Kontaktaufsatz kann das jeweilige Elektrodenelement genauer in die Klemmposition gebracht werden, da Anfang und Ende der Kontrolle durch das Vorschubrad bzw. die Zuführungseinrichtung genauer bestimmt werden können.
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Das Elektrodenelement kann einen Zellableiter aufweisen. Der Zellableiter wird zur elektrisch leitenden Kontaktierung des jeweiligen Elektrodenelements genutzt.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Elektrodenstapelrad vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Stapelvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 in seitlicher Ansicht eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Elektrodenstapelrads mit Elektrodenklemmelementen;
- 2 eine schematische Detaildarstellung der Elektrodenklemmelemente;
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Elektrodenstapelvorrichtung mit dem Elektrodenstapelrad und einer Zuführungseinrichtung;
- 4 eine schematische Detaildarstellung der Zuführungseinrichtung; und
- 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Elektrodenstapelvorrichtung mit mehreren Elektrodenstapelrädern und klemmelementfreien Stapelrädern.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Elektrodenstapelrads 1 mit einer Rotationsachse 2.
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Um die Rotationsachse 2 umlaufend sind Stapelfinger 3 angeordnet. Die Stapelfinger 3 sind insbesondere radial zur Rotationsachse 2 angeordnet, d.h. die Stapelfinger 3 sind von der Rotationsachse 2 abstehend angeordnet.
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Weiterhin weisen die Stapelfinger 3 gemäß dem Ausführungseispiel eine Krümmung 4 auf. Die Krümmung 4 verläuft entgegen einer Laufrichtung bzw. Rotationsrichtung 5 des Elektrodenstapelrads 1. Die Stapelfinger 3 sind also, insbesondere gegen den Uhrzeigersinn, gekrümmt ausgebildet.
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Ferner verjüngt sich die Dicke des jeweiligen Stapelfingers 3 im Wesentlichen mit zunehmender Entfernung von der Rotationsachse 2.
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Zwischen den Stapelfingern 3 ist jeweils ein taschenförmiger Zwischenraum 6 ausgebildet. Der Zwischenraum 6 ist ausgebildet zur Aufnahme eines flächigen Elektrodenelements 7 (in den 3 bis 5 dargestellt). Der Zwischenraum 6 ist vorzugsweise in beide axiale Richtungen geöffnet ausgebildet.
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Das Elektrodenstapelrad 1 dreht sich um die Rotationsachse 2. Insbesondere dreht sich das Elektrodenstapelrad 1 in der Bildebene von 1 betrachtet im Uhrzeigersinn. Die Rotationsgeschwindigkeit ist vorzugsweise mindestens 20 Umdrehungen pro Minute. Weiterhin kann die Rotationsgeschwindigkeit beispielsweise maximal bis 60 Umdrehungen pro Minute betragen sein. Insbesondere ist die Rotationsgeschwindigkeit von der Anzahl der Zwischenräume im Verhältnis zur Transportgeschwindigkeit der Elektrodenelemente abhängig.
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In den Zwischenräumen 6 ist jeweils ein Elektrodenklemmelement 8 ausgebildet.
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Durch das Elektrodenklemmelement 8 wird im klemmenden Zustand eine Hauptfläche 9 (in 5 dargestellt) des Elektrodenelements 7 mit einer Klemmkraft beaufschlagt. Die Klemmkraft weist eine Wirkungsrichtung 10 auf, welche im klemmenden Zustand in Richtung eines benachbarten Stapelfingers bzw. eines eingelegten Elektrodenelements 7 wirkt.
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Vorzugsweise ist das Elektrodenklemmelement 8 aus demselben Material, insbesondere Kunststoff, wie der Stapelfinger 3 ausgebildet.
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In 1 ist ein Detail 11 des Elektrodenstapelrads 1 gekennzeichnet, welches in 2 näher beschrieben ist.
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2 zeigt das Detail 11 des Elektrodenstapelrads 1. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Elektrodenklemmelement 8 als Teil des Stapelfingers 3 ausgebildet. Das Elektrodenklemmelement 8 ist lediglich durch einen Halbschlitz 12 von dem Stapelfinger 3 teilweise abgetrennt.
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An einer Kontaktstelle 23 ist das Elektrodenklemmelement 8 mit dem Stapelfinger 3 verbunden.
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Insbesondere ist das Elektrodenklemmelement 8 soweit flexibel ausgebildet, dass es federn kann bzw. eine Federkraft bereitstellen kann. Die Federkraft wird im klemmenden Zustand auf das Elektrodenelement 7 ausgeübt.
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3 zeigt schematisch eine Elektrodenstapelvorrichtung 13 mit dem Elektrodenstapelrad 1 und einer Zuführungseinrichtung 14.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Elektrodenstapelvorrichtung 13 mit mehreren Elektrodenstapelrädern 1 ausgebildet. Die Elektrodenstapelrädern 1 sind an der gemeinsamen Rotationsachse 2 angeordnet.
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Ferner weist die Elektrodenstapelvorrichtung 13 ein Ausstreifelement 15 und einen Stapelboden 16 auf. Auf dem Stapelboden 16 wird ein Elektrodenstapel 17 gebildet.
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Ein Stapelvorgang läuft beispielsweise wie folgt ab. Es werden Elektrodenelemente 7 mittels der Zuführungseinrichtung 14 zum Elektrodenstapelrad 1 bzw. den Elektrodenstapelrädern 1 zugeführt. In den jeweiligen Zwischenraum 6 aufgenommen und durch das zugehörige Elektrodenklemmelement 8 festgeklemmt. Dann wird das Elektrodenelement 7 mittels den Elektrodenstapelrädern 1 transportiert, indem sich die Elektrodenstapelrädern 1 drehen. Durch das Ausstreifelement 15 wird das Elektrodenelement 7 dann aus dem Zwischenraum 6 entfernt, wobei es auf den Stapelboden 16 oder Elektrodenelemente 8, welche bereits auf dem Stapelboden 16 liegen, abgelegt wird.
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Das Ausstreifelement 15 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel passiv ausgebildet. Es kann aber auch als aktives Ausstreifelement, beispielsweise als Kurvenrad ausgebildet sein, welches von einer elektrischen Antriebeinheit angetrieben wird.
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Insbesondere wird das jeweilige Elektrodenelement 7 dabei unterbrechungsfrei entweder von der Zuführungseinrichtung 14 oder den Elektrodenstapelrädern 1 kontrolliert.
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Die Zuführungseinrichtung 14 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel einen oberen Riemen 18 und einen unteren Riemen 19 auf. Die Riemen 18,19 werden so bewegt, dass die jeweiligen Elektrodenelemente 7 zum Elektrodenstapelrad 1 transportiert werden.
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Vorzugsweise ist der untere Riemen kürzer als der obere Riemen ausgebildet. Dadurch kann das jeweilige Elektrodenelement 7 kontrolliert in das Elektrodenstapelrad 1 eingeführt bzw. eingeschoben werden.
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4 zeigt eine schematische Detaildarstellung der Zuführungseinrichtung 14.
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Die Zuführeinrichtung 14 weist ein Vorschubrad 20 auf. Das Vorschubrad 20 schiebt das jeweilige Elektrodenelement 7 in den Zwischenraum 6 bis es vom Elektrodenklemmenelement 8 mit Klemmkraft beaufschlagt wird und dadurch fixiert wird.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist das Vorschubrad 20 einen Kontaktaufsatz 21 auf. Der Kontaktaufsatz 21 ist erhaben und nur teilweise, insbesondere weniger als 180°, um das Vorschubrad 20 umlaufend ausgebildet. Insbesondere kontaktiert nur der Kontaktaufsatz 21 das jeweilige Elektrodenelement 7, insbesondere die Hauptfläche 9. Ist das Vorschubrad 20 so ausgerichtet, dass der Kontaktaufsatz 21 nicht in Richtung des oberen Riemens 18 zeigt, so wird das Elektrodenelement 7 vom Vorschubrad 20 nicht mehr geschoben. Vorteilhaft ist der Kontaktaufsatz 21 also, um die Einwirkung der Vorschubkraft vom Vorschubrad 20 auf das jeweilige Elektrodenelement 7 zu unterbrechen.
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Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, die Klemmung des Elektrodenelements 7 zwischen dem Kontaktaufsatz 21 und dem oberen Riemen 18 bzw. einem Gegenrad des oberen Riemens 18 erst dann beginnen zu lassen, wenn das Elektrodenelement 7 bereits teilweise im Zwischenraum 6 ist. Weiterhin wird die Klemmung zwischen dem Kontaktaufsatz 21 und dem oberen Riemen 18 vorzugsweise beendet, bevor das Elektrodenelement 7 vollständig im Zwischenraum 6 ist.
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Das Vorschubrad 20 dreht sich weiter im Uhrzeigersinn in der Bildebene von 4 bis der Kontaktaufsatz 21 wieder gegenüber vom oberen Riemen 18 ausgerichtet ist. Dann kann wieder eines der Elektrodenelemente 7 kontaktiert und bewegt werden.
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Das Vorschubrad 20 kann mit dem Antrieb des unteren Riemens 19 gekoppelt sein oder aber mit einem separaten Antrieb angetrieben werden.
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5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Elektrodenstapelvorrichtung 13.
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Es sind zwei Elektrodenstapelräder 1 jeweils mit Elektrodenklemmelementen 8 an der Rotationsachse 2 angeordnet. Zwischen den zwei Elektrodenstapelrädern 1 ist ein klemmelementfreies Stapelrad 22 an der Rotationsachse 2 angeordnet. Das klemmelementfreie Stapelrad 22 weist keine Elektrodenklemmelemente 8 auf, ist jedoch sonst insbesondere analog zum Elektrodenstapelrad 1 ausgebildet. Durch die Kombination von den Elektrodenstapelrädern 1 mit dem klemmelementfreien Stapelrad 22 kann erreicht werden, dass die Elektrodenelemente 7 festgeklemmt werden, aber trotzdem leicht in die die Zwischenräume 6 eingeführt werden können.
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Ergänzend oder alternativ können die Elektrodenstapelräder 1 und/oder das Stapelrad 22 auf der Rotationsachse 2 leicht verdreht angeordnet werden, so dass die Zwischenräume 6 der jeweiligen Räder 1, 22 nicht exakt in axialer Richtung fluchten. Dadurch können die Elektrodenelemente 7 auch fixiert werden. Die verdrehten Stapelräder können eine Alternative oder eine Ergänzung zu den Elektrodenklemmelementen 8 sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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