DE102022203005A1

DE102022203005A1 - Process arrangement for producing an electrode/separator stack for a battery cell

Info

Publication number: DE102022203005A1
Application number: DE102022203005.2A
Authority: DE
Inventors: Kartik Jamadar
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Powerco SE
Priority date: 2022-03-28
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2023-09-28
Also published as: CN116826132A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung zur Fertigung eines Elektroden-/Separatorstapels (9) für eine Batteriezelle, mit einer Stapelstation (1), bei der Stapelbestandteile (4) in Reihe hintereinander kontinuierlich einer Transfereinheit (5) zuführbar sind, von der die Stapelbestandteile unter Bildung des Elektroden-/Separatorstapels (9) in ein Stapelmagazin (7) transferierbar sind. Erfindungsgemäß weist die Transfereinheit (5) zumindest ein Hubelement (17) auf. Die Stapelbestandteile (4) sind in einem Stapelprozess auf das Hubelement (17) stapelbar. Mit steigender Stapelhöhe der auf das Hubelement (17) gestapelten Stapelbestandteile (4) ist das Hubelement (17) über einen Hubweg (h) von einer oberen Hubstellung (Ho) in Richtung einer unteren Hubstellung (Hu) hubverstellbar, in der für eine Stapel-Übergabe das Hubelement (17) vom Elektroden-/Separatorstapel (9) gelöst ist und der Elektroden-/Separatorstapel (9) auf einer Bodengruppe des Stapelmagazins (7) abgelegt ist.

The invention relates to a process arrangement for producing an electrode/separator stack (9) for a battery cell, with a stacking station (1), in which stack components (4) can be continuously fed in series to a transfer unit (5), from which the stack components are formed of the electrode/separator stack (9) can be transferred into a stack magazine (7). According to the invention, the transfer unit (5) has at least one lifting element (17). The stacking components (4) can be stacked on the lifting element (17) in a stacking process. As the stack height of the stack components (4) stacked on the lifting element (17) increases, the lifting element (17) can be adjusted over a stroke path (h) from an upper lifting position (Ho) towards a lower lifting position (Hu), in which for a stacking Transfer the lifting element (17) is detached from the electrode/separator stack (9) and the electrode/separator stack (9) is placed on a base group of the stack magazine (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung zur Fertigung eines Elektroden-/Separatorstapels für eine Batteriezelle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a process arrangement for producing an electrode/separator stack for a battery cell according to the preamble of claim 1.

Eine gattungsgemäße Prozessanordnung weist eine Stapelstation auf, bei der Stapelbestandteile in Reihe hintereinander kontinuierlich einer Transfereinheit zugeführt werden. Ein solcher Stapelbestandteil kann beispielhaft ein Mehrlagenaufbau sein, der aus einer Anode, einem Separator, einer Kathode sowie einem weiteren Separator aufgebaut ist. Von der Transfereinheit werden die Stapelbestandteile unter Bildung des Elektroden-/Separatorstapels in ein Stapelmagazin transferiert.A generic process arrangement has a stacking station in which stack components are continuously fed to a transfer unit in rows one behind the other. Such a stack component can, for example, be a multi-layer structure which is made up of an anode, a separator, a cathode and a further separator. The stack components are transferred from the transfer unit into a stack magazine to form the electrode/separator stack.

Beim Stapeln werden die einzelnen Stapel von Anoden, Separatoren und Kathoden übereinander gelegt. Dies geschieht derzeit hauptsächlich durch die Pick-and-Place-Methode innerhalb des Magazins. Die einzelnen Segmente werden mit Hilfe eines Vakuums entnommen und nacheinander in das Magazin gelegt. Das Magazin wird auf einem Drehtisch platziert und von einer Station zur anderen bewegt. Dies ist ein sehr zeitaufwändiger Prozess.When stacking, the individual stacks of anodes, separators and cathodes are placed on top of each other. This is currently done primarily through the pick-and-place method within the magazine. The individual segments are removed using a vacuum and placed one after the other in the magazine. The magazine is placed on a turntable and moved from one station to another. This is a very time-consuming process.

Normalerweise ist der Separator von allen Seiten um einen Überstand (zum Beispiel 3 mm) größer als die Kathode und die Anode. Die Anode ist an allen Seiten wiederum geringfügig größer als die Kathode (zum Beispiel um 1,5 mm). Dieses Maß muss beibehalten werden. Wenn sich im Stapelprozess der Separator zufällig zwischen Anode und Kathode verschiebt, kann dies zu einem Kurzschluss während des Betriebs der Zelle führen.Normally the separator is larger than the cathode and anode by a projection (for example 3 mm) on all sides. The anode is again slightly larger than the cathode on all sides (for example by 1.5 mm). This dimension must be maintained. If the separator accidentally moves between the anode and cathode during the stacking process, this can lead to a short circuit during cell operation.

Bei der Hochgeschwindigkeitsstapelung ist es nicht möglich, den Stapelvorgang zu stoppen, sobald das erste Magazin gefüllt ist und ein anderes zweites Magazin die Position des ersten Magazins einnehmen soll. Dies kann derzeit erreicht werden, indem der gesamte Prozess verlangsamt wird, so dass das Magazin leicht ausgetauscht werden kann. Dies ist jedoch keine optimale Lösung, da die Maschine mit niedriger Geschwindigkeit laufen muss.With high speed stacking, it is not possible to stop the stacking process once the first magazine is full and another second magazine is about to take the position of the first magazine. This can currently be achieved by slowing down the entire process so that the magazine can be easily replaced. However, this is not an optimal solution as the machine needs to run at low speed.

Normalerweise werden die Elektrodenstapel vor dem Eintritt in das Magazin freigegeben. Das bedeutet, dass sich die Elektroden im Magazin unkontrolliert bewegen und nur durch ihr Gewicht frei fallen können. Das bedeutet, dass jede unkontrollierte Bewegung zu Toleranzproblemen bei der Stapelung führen kann.Normally the electrode stacks are released before entering the magazine. This means that the electrodes in the magazine move uncontrollably and can only fall freely due to their weight. This means that any uncontrolled movement can lead to stacking tolerance problems.

Aus der WO 2014/014196 A1 ist eine Prozessanordnung zur Fertigung eines solchen Elektroden-/Separatorstapels bekannt.From the WO 2014/014196 A1 a process arrangement for producing such an electrode/separator stack is known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Prozessanordnung zur Fertigung eines Elektroden-/Separatorstapels für eine Batteriezelle bereitzustellen, der im Vergleich zum Stand der Technik mit gesteigerter Prozessgeschwindigkeit durchführbar ist.The object of the invention is to provide a process arrangement for producing an electrode/separator stack for a battery cell, which can be carried out with increased process speed compared to the prior art.

Die Aufgabe ist durch Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The task is solved by features of claim 1. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.

Die Erfindung geht von einer Prozessanordnung aus, die eine Stapelstation aufweist. Bei der Stapelstation werden Stapelbestandteile in Reihe hintereinander kontinuierlich einer Transfereinheit zugeführt. Die Transfereinheit transferiert die Stapelbestandteile unter Bildung des Elektroden-/Separatorstapels bis in ein Stapelmagazin. Von dort wird der Elektroden-/Separatorstapel einer Weiterbearbeitung zugeführt. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist die Transfereinheit zumindest ein Hubelement auf. Die Stapelbestandteile werden in einem Stapelprozess unmittelbar auf das Hubelement gestapelt. Mit steigender Stapelhöhe der auf das Hubelement gestapelten Stapelbestandteile wird das Hubelement über einen Hubweg in Richtung einer unteren Hubstellung hubverstellt. In der unteren Hubstellung ist eine Übergabe erfolgt, in der das Hubelement von dem (sich bildenden oder bereits gebildeten) Elektroden-/Separatorstapel gelöst ist und ist der Elektroden-/Separatorstapel auf einer Bodengruppe des Stapelmagazins abgelegt ist.The invention is based on a process arrangement that has a stacking station. At the stacking station, stack components are continuously fed to a transfer unit in rows one behind the other. The transfer unit transfers the stack components into a stack magazine to form the electrode/separator stack. From there, the electrode/separator stack is sent for further processing. According to the characterizing part of claim 1, the transfer unit has at least one lifting element. The stack components are stacked directly onto the lifting element in a stacking process. As the stack height of the stack components stacked on the lifting element increases, the lifting element is adjusted via a lifting path towards a lower lifting position. In the lower lifting position, a transfer has taken place in which the lifting element is released from the (forming or already formed) electrode/separator stack and the electrode/separator stack is placed on a base group of the stack magazine.

Der Hubweg erstreckt sich von einer oberen Hubstellung des Hubelements über einen Hubweg bis zu einer unteren Hubstellung. Der Hubweg kann in einer technischen Umsetzung aufgeteilt sein in einen ersten Teilhubweg und in einen daran anschließenden zweiten Teilhubweg. Der erste Teilhubweg erstreckt sich von der oberen Hubstellung bis zu einer Zwischenstellung. Während des ersten Teilhubwegs befindet sich das Hubelement noch außerhalb des Stapelmagazins. Der zweite Teilhubweg erstreckt sich von der Zwischenstellung bis zur unteren Hubstellung. Während des zweiten Teilhubwegs befindet sich das Hubelement innerhalb des Stapelmagazins.The stroke path extends from an upper stroke position of the lifting element over a stroke path to a lower stroke position. In a technical implementation, the stroke path can be divided into a first partial stroke path and an adjoining second partial stroke path. The first partial stroke extends from the upper stroke position to an intermediate position. During the first partial stroke, the lifting element is still outside the stacking magazine. The second partial stroke extends from the intermediate position to the lower stroke position. During the second partial stroke, the lifting element is located inside the stacking magazine.

Mit der erfindungsgemäßen Prozessanordnung kann der Stapelprozess bereits außerhalb des Stapelmagazins gestartet werden: So kann bei einer Hubbewegung des Hubelements über den ersten Teilhubweg der Stapelprozess bereits außerhalb des Stapelmagazins durchgeführt werden. Das heißt, dass der Stapelprozess auch dann durchführbar ist, wenn das Stapelmagazin zum Beispiel für einen Stapelmagazinwechsel aus der Stapelstation entfernt ist. Bevorzugt kann das Stapelmagazin für einen solchen Stapelmagazinwechsel zwischen der Stapelstation und einer weiteren Bearbeitungsstation transportiert werden, in der eine weitere Bearbeitung des Elektroden-/Separatorstapels durchgeführt werden kann.With the process arrangement according to the invention, the stacking process can be started outside the stacking magazine: Thus, when the lifting element moves over the first partial stroke path, the stacking process can already be carried out outside the stacking magazine. This means that the stacking process can also be carried out if the stacking magazine is removed from the stacking station, for example for a stacking magazine change. The stack magazine can preferably be used for such a stack magazine change between the Stacking station and a further processing station are transported, in which further processing of the electrode/separator stack can be carried out.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft die Ausgestaltung des Stapelmagazins, während ein weiterer Aspekt den Stapelprozess (Anoden-Separator-Kathoden-Separator) innerhalb des Magazins betrifft. Beispielhaft besteht ein Stapelbestandteil aus einem Mehrlagenaufbau aus Anoden-Separator-Kathoden-Separator, die nicht laminiert sein können. Der Mehrlagenaufbau kann mit Klammern einer Greifereinheit gehalten werden, so dass die Maßtoleranz erhalten bleibt. Ein Stromabnehmerbereich an der Anode und Kathode kann trapezförmig ausgebildet sein, um eine später beschriebene lagerichtige Positionierung zu gewährleisten. Es ist hervorzuheben, dass sich die Stapelbestandteile während des Stapelprozesses zu keinem Zeitpunkt in einer unkontrollierten Freifallbewegung befinden. Das Stapelmagazin ist so konstruiert, dass jeder Stapelbestandteil im Inneren des Magazins auch an allen Seiten fixiert ist und nicht verrutschen kann. Die kontinuierliche Bewegung der Stapelbestandteile wird auch dann nicht gestoppt, wenn das gefüllte Stapelmagazin von der Stapelstation wegbewegt wird und ein neues leeres Magazin in die Stapelstation eingeführt wird. Durch die Erfindung werden also die Stapelbestandteile (zum Beispiel Anode-Separator-Kathode-Separator) mit hoher Prozessgeschwindigkeit und geringer Toleranz genau im Stapelmagazin platziert.One aspect of the invention relates to the design of the stacking magazine, while another aspect relates to the stacking process (anode-separator-cathode-separator) within the magazine. By way of example, a stack component consists of a multi-layer structure of anode-separator-cathode-separator, which cannot be laminated. The multi-layer structure can be held with clamps from a gripper unit so that the dimensional tolerance is maintained. A current collector area on the anode and cathode can be trapezoidal in shape to ensure correct positioning as described later. It should be emphasized that the stack components are not in an uncontrolled free-fall movement at any time during the stacking process. The stacking magazine is designed in such a way that every stacking component inside the magazine is fixed on all sides and cannot slip. The continuous movement of the stack components is not stopped even if the filled stack magazine is moved away from the stack station and a new empty magazine is inserted into the stack station. The invention means that the stack components (for example anode-separator-cathode-separator) are placed precisely in the stack magazine with high process speed and low tolerance.

Nachfolgend werden zunächst relevante Komponenten der Prozessanordnung erläutert, bevor auf die Einzelheiten der Innovation eingegangen wird. Der jeweilige Stapelbestandteil (das heißt der Mehrlagenaufbau aus Anode, Separator, Kathode und Separator) wird in die gewünschte Form gebracht und mit Hilfe von Klammern (das heißt Greifereinheiten), die sich im Inneren eines Endlosförderbands befinden, in Richtung Magazin transportiert. Die Klemmen haben Backen, die die Stapelbestandteile halten und von oben und unten zusammenklemmen. Die Backen können sich auch horizontal in Richtung der Klammer und von der Klammer wegbewegen. Auf diese Weise kann die Klammer das Stapelbestandteil loslassen und sich in Querrichtung zurück an ihre ursprüngliche Position bewegen.Relevant components of the process arrangement are explained below before the details of the innovation are discussed. The respective stack component (i.e. the multi-layer structure consisting of anode, separator, cathode and separator) is brought into the desired shape and transported towards the magazine with the help of clamps (i.e. gripper units), which are located inside an endless conveyor belt. The clamps have jaws that hold the stack components and clamp them together from above and below. The jaws can also move horizontally toward and away from the clamp. In this way, the clamp can release the stacking component and move transversely back to its original position.

In einer technischen Umsetzung sind neben dem Stapelmagazin ein Pufferschacht vorgesehen, der für die Ablage von Stapeln bestimmt ist. Der Pufferschacht befindet sich immer unter dem Endlosförderband. Dieser wird mit Stapelbestandteilen gefüllt, wie später noch erklärt wird. Das Stapelmagazin unterhalb des Pufferschachts bewegt sich auf Transportschienen, so dass das mit dem Elektroden-/Separatorstapel gefüllte Stapelmagazin wegfahren werden kann und das leere Magazin den freien Platz in der Stapelstation einnehmen kann. Ein wichtiger Teil dieser Erfindung sind die Hubelemente, die die Stapelbestandteile tragen. Diese werden von den Klemmbacken gelöst und dann im Magazin bzw. im Pufferschacht nach unten bewegt. Auf diese Weise können die Stapelbestandteile nicht mehr unkontrolliert herunterfallen. Die Hubelemente werden mittels einer Stelleinheit nach Art einer Endlosförderbands bewegt. Der Kern der Erfindung besteht darin, eine lagerichtige und schnelle Platzierung von Stapelbestandteilen im Stapelmagazin zu ermöglichen.In a technical implementation, a buffer shaft is provided next to the stacking magazine, which is intended for storing stacks. The buffer shaft is always located under the endless conveyor belt. This is filled with stack components, as will be explained later. The stacking magazine below the buffer shaft moves on transport rails so that the stacking magazine filled with the electrode/separator stack can be moved away and the empty magazine can take up the free space in the stacking station. An important part of this invention are the lifting elements that carry the stack components. These are released from the clamping jaws and then moved down in the magazine or buffer shaft. In this way, the stack components can no longer fall down uncontrollably. The lifting elements are moved by means of an actuating unit in the manner of an endless conveyor belt. The core of the invention is to enable stack components to be placed correctly and quickly in the stack magazine.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung können die Ableiterfahnen der Elektroden trapezförmig gestaltet sein, so dass diese von allen Seiten im Inneren des Magazins mit Seitenschlägen zusammenwirken. Die Anordnung der Stapelbstandteile innerhalb des Magazins ist so, dass die horizontalen Freiheitsgrade (x und y) eingeschränkt sind. Die Stapelbestandteile können innerhalb des Magazins nur nach unten gehen. Der Separator wird auch durch ein Profil an der Ecke geführt, so dass der Separator auch nur vertikal nach unten fahren kann. Die Klammern sind ebenfalls mit einer Führung versehen, so dass sich die Klammern nur in vertikaler Richtung bewegen können, ohne sich in horizontaler Richtung zu verschieben.According to a first aspect of the invention, the arrester tabs of the electrodes can be designed trapezoidal, so that they interact with side impacts from all sides inside the magazine. The arrangement of the stacked components within the magazine is such that the horizontal degrees of freedom (x and y) are restricted. The stack components can only go downwards within the magazine. The separator is also guided by a profile at the corner, so that the separator can only move vertically downwards. The brackets are also provided with a guide so that the brackets can only move in the vertical direction without shifting in the horizontal direction.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung befinden sich am Boden des Stapelmagazins Federn. Diese sind im unbelasteten Zustand voll ausgefahren. Wenn der Stapel durch das Hubelement auf die Feder gelegt wird, wird die Feder langsam zusammengedrückt. Die Feder sorgt dafür, dass die Stapel nicht unkontrolliert auf den Boden des Magazins fallen. Stattdessen werden die Stapel allmählich auf der Feder abgelegt. Es sind bevorzugt mehrere Hubelemente vorgesehen. Diese bewegen sich gemeinsam mit der vorgeschriebenen Geschwindigkeit nach unten und legen die Stapel schließlich auf den Federn ab, bevor sie das Magazin verlassen und durch eine rechtwinklige Bewegung wieder in die ursprüngliche Position gelangen. Auf dem Hubelement können die Stapelbestandteile bis Erreichen des Elektroden-/Separatorstapels gestapelt werden. Wenn die Anzahl der Stapelbestandteile auf dem Hubelement die anvisierte Anzahl erreicht, werden sofort die benachbarten Stapelbestandteile in Position gebracht und auf diesen Stapelbestandteilen platziert- Das Hubelement beginnt sich ebenfalls nach unten zu bewegen. Auf diese Weise wird die kontinuierliche horizontale Bewegung der Stapelbestandteile mit Hilfe der Hubelemente in eine vertikale Bewegung im Magazin umgewandelt. Sobald die Feder vollständig zusammengedrückt ist, bedeutet dies, dass die Anzahl der Stapelbestandteile im Magazin erreicht ist. Das gefüllte Magazin bewegt sich auf der Magazinschiene seitlich nach außen. Ein neues Magazin nimmt die Bestückungsposition ein. Die Hubelemente bewegen sich mit den Stapelbestandteilen weiter nach unten, und zwar entlang der Durchgangsöffnungen im neuen Magazin.According to a second aspect of the invention, there are springs at the bottom of the stacking magazine. These are fully extended when unloaded. When the stack is placed on the spring by the lifting element, the spring is slowly compressed. The spring ensures that the stacks do not fall uncontrollably to the bottom of the magazine. Instead, the stacks are gradually deposited onto the spring. Several lifting elements are preferably provided. These move downwards together at the prescribed speed and finally place the stacks on the springs before leaving the magazine and returning to the original position through a right-angled movement. The stack components can be stacked on the lifting element until they reach the electrode/separator stack. When the number of stack components on the lifting element reaches the targeted number, the neighboring stack components are immediately brought into position and placed on these stack components - the lifting element also begins to move downwards. In this way, the continuous horizontal movement of the stack components is converted into a vertical movement in the magazine with the help of the lifting elements. Once the spring is fully compressed, it means that the number of stacking components in the magazine has been reached. The filled magazine moves laterally outwards on the magazine rail. A new magazine takes the loading position a. The lifting elements move further downwards with the stack components, namely along the through openings in the new magazine.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist neben dem Stapelmagazin ein Pufferschacht vorgesehen, bei dem sich das Hubelement nach unten bewegt und die darauf gestapelten Stapelbestandteile mitnimmt. Das Stapelmagazin weist bodenseitig die Federn auf. Zudem weist das Stapelmagazin schlitzförmige Durchlässe auf, durch die sich das Hubelement nach unten bewegt und die Stapelbestandteile auf die Federn legt. Sobald die gewünschte Anzahl von Stapelbestandteilen aufgestapelt ist, bewegt sich das untere Stapelmagazin auf der Magazinschiene in Richtung der Tapingprozess. Ein neues leeres Stapelmagazin wird unterhalb des Pufferschachts positioniert.According to a third aspect of the invention, a buffer shaft is provided next to the stacking magazine, in which the lifting element moves downward and takes the stack components stacked thereon with it. The stacking magazine has springs on the bottom. In addition, the stacking magazine has slot-shaped passages through which the lifting element moves downwards and places the stack components on the springs. As soon as the desired number of stack components has been stacked, the lower stack magazine moves on the magazine rail in the direction of the taping process. A new empty stacking magazine is positioned below the buffer shaft.

Das Stapelmagazin kann Führungen für den Separator und Profilführungen für Anode und Kathode aufweisen. Es hat auch Führungen für die Bewegung der Greifereinheiten und Schlitze für die Bewegung der Hubelemente. Es enthält auch Federn an der Basis. Das Hubelement trägt die Stapelbestandteile und legt diese auf die Federn ab. Durch das Gewicht der Stapelbestandteile werden die Federn zusammengedrückt. Sobald das Magazin voll ist, bewegt es sich seitlich nach außen und wird durch ein neues leeres Magazin ersetzt. Die Bewegung des Stapelmagazins erfolgt über Transportschienen. Der Boden des Stapelmagazins lässt sich in der Mitte öffnen, so dass es nach dem nächsten Arbeitsgang von unten geöffnet werden kann und die Stapel aus dem Magazin auf das Förderband gebracht werden können. Das Stapelmagazin ist fest mit dem Pufferschacht verbunden. Auch hier gibt es eine Profilführung für die Elektrode und eine Führung für den Separator und die Klammern. Es hat auch Schlitze für Hubelemente. Durch die Teilung in Pufferschacht und in Stapelmagazin ist es möglich, kontinuierlich Stapel zu platzieren, ohne die Stapelzufuhr vom Förderband zu stoppen, sobald die Anzahl der Stapel in der Zelle erreicht ist. Die Klammern geben die Stapel an die Stopper weiter, die die Stapel nach unten nehmen und auf einer Feder im Stapelmagazin ablegen.The stacking magazine can have guides for the separator and profile guides for the anode and cathode. It also has guides for the movement of the gripper units and slots for the movement of the lifting elements. It also contains feathers at the base. The lifting element carries the stack components and places them on the springs. The weight of the stack components compresses the springs. Once the magazine is full, it moves out to the side and is replaced by a new empty magazine. The stacking magazine is moved via transport rails. The bottom of the stacking magazine can be opened in the middle so that it can be opened from below after the next operation and the stacks can be brought from the magazine onto the conveyor belt. The stacking magazine is firmly connected to the buffer shaft. Here too there is a profile guide for the electrode and a guide for the separator and the clamps. It also has slots for lifting elements. Due to the division into a buffer shaft and a stacking magazine, it is possible to place stacks continuously without stopping the stack feed from the conveyor belt as soon as the number of stacks in the cell is reached. The clamps pass the stacks to the stoppers, which take the stacks down and place them on a spring in the stack magazine.

Da die Greifereinheiten die Stapelbestandteile auf das sich vertikal nach unten bewegenden Hubelement legen, stauen sich die Stapelbestandteile auf dem Hubelement. Bis sich das Hubelement im Pufferschacht befindet, ist eine Verschiebung des Stapelmagazins möglich. Das Stapelmagazin muss an den Pufferschacht gekoppelt sein, kurz bevor das Hubelement den Pufferschacht verlässt und sich in das Stapelmagazin bewegt. Im Stapelmagazin befinden sich Federn, auf denen die Stapelbestandteile durch das Hubelement platziert werden und der das Hubelement schließlich das Stapelmagazin verlässt. Sobald das Hubelement das Stapelmagazin verlässt, bewegt sich das Stapelmagazin auf der Transportschiene seitlich nach außen und wird es einem Tapingprozess unterworfen. Das neue leere Magazin die Bestückungsposition unterhalb des Pufferschachts ein. Sobald das Stapelmagazin mit dem Pufferschacht verbunden ist, wird das nächste Hubelement in das Stapelmagazin eingeführt. Das bedeutet, dass die Bewegung des Stapelmagazins und die vertikale Bewegung des Hubelements gut synchronisiert sein müssen. Jedes Mal, wenn ein neues Hubelement kommt, muss die Anzahl der Stapelbestandteile auf dem vorherigen Hubelement den gewünschten Wert erreicht haben. Das Stapelmagazin wird daher immer mit der gleichen Anzahl von Stapelbestandteilen gefüllt, wie es für die zu fertigende Zelle erforderlich ist. Anschließend folgt der Tapingprozess. Die Höhe des Pufferschachts ist so gewählt, dass sie die Bewegung des Stapelmagazins ermöglicht. Das heißt, wenn sich das Stapelmagazin auf der Magazinschiene bewegt, bewegen sich die Hubelemente im Pufferschacht weiter nach unten. Wenn sich das Hubelement im Pufferschacht befindet, weist es normalerweise die gleiche niedrige Geschwindigkeit wie das (die Greifereinheiten fördernde) Endlosförderband auf. Das Hubelement weist hat eine höhere Geschwindigkeit auf, sobald die gewünschte Anzahl der Stapelbestandteile erreicht ist und er sich im Stapelmagazin bewegt. Auf diese Weise wird ein Zeitraum für den Transport des Stapelmagazins bereitgestellt. Die Schiene des Stapelmagazins kann auch parallel zur Hubelement-Bewegung angeordnet werden. In diesem Fall kann sich das Hubelement immer innerhalb der Schlitze im Stapelmagazin bewegen. Dies ist vorzuziehen, da so mehr Zeit für den Transport des Stapelmagazins vorhanden ist. Allerdings kann sich das Magazin nur in eine Richtung bewegen, da sich in der anderen Richtung die Stelleinheit für die Hubelemente befindet.Since the gripper units place the stack components on the lifting element that moves vertically downwards, the stack components accumulate on the lifting element. The stack magazine can be moved until the lifting element is in the buffer shaft. The stacking magazine must be coupled to the buffer shaft just before the lifting element leaves the buffer shaft and moves into the stacking magazine. There are springs in the stacking magazine on which the stack components are placed by the lifting element and which the lifting element finally leaves the stacking magazine. As soon as the lifting element leaves the stacking magazine, the stacking magazine moves laterally outwards on the transport rail and is subjected to a taping process. The new empty magazine enters the loading position below the buffer shaft. As soon as the stacking magazine is connected to the buffer shaft, the next lifting element is inserted into the stacking magazine. This means that the movement of the stacking magazine and the vertical movement of the lifting element must be well synchronized. Every time a new lifting element comes, the number of stack components on the previous lifting element must have reached the desired value. The stack magazine is therefore always filled with the same number of stack components as is required for the cell to be manufactured. The taping process then follows. The height of the buffer shaft is chosen so that it allows the stacking magazine to move. This means that when the stacking magazine moves on the magazine rail, the lifting elements in the buffer shaft move further downwards. When the lifting element is in the buffer shaft, it normally has the same low speed as the endless conveyor belt (feeding the gripper units). The lifting element has a higher speed as soon as the desired number of stack components is reached and it moves in the stack magazine. In this way, a period of time is provided for the transport of the stack magazine. The rail of the stacking magazine can also be arranged parallel to the lifting element movement. In this case, the lifting element can always move within the slots in the stacking magazine. This is preferable as it allows more time to transport the stacking magazine. However, the magazine can only move in one direction, as the actuating unit for the lifting elements is located in the other direction.

Nachfolgend sind die Hauptunterschiede der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik stichpunktartig aufgelistet: Die Ableiterfahnen an Anode und Kathode sind nicht rechteckig, sondern haben eine Trapezform, um sich mit der Profilführung zu positionieren. Es wird ein Stapelmagazin und ein ortsfest in der Stapelstation angeordneter Pufferschacht bereitgestellt. Unterhalb des Pufferschachts befindet sich das Stapelmagazin, das sich auf einer Transportschiene bewegen kann, sobald es mit der erforderlichen Anzahl von Stapelbestandteilen gefüllt ist. Das Stapelmagazin verfügt über Führungen, die verhindern, dass sich Elektrode und Separator beim Einsetzen verschieben. Die Greifereinheiten des Endlosförderbands gehen in den Pufferschacht und legen die Stapelbestandteile nach und nach auf die Hubelemente. Sobald die Stapelbestandteile auf den Hubelementen platziert sind, bewegen sich die Greifereinheiten im Pufferschacht nach unten und verlassen schließlich den Pufferschacht, um in die Ausgangsposition zurückzukehren und um neue Stapelbestandteile zu klammern. Die Hubelemente sind wichtig, um die Stapelbestandteile darauf abzulegen. Sie bewegen sich mit etwas geringerer Geschwindigkeit als das Endlosförderband nach unten. Auf diese Weise bewegen sich die Stapelbestandteile im Magazin nicht im freien Fall. Die Stapelbestandteile stauen sich auf dem Hubelement. Das Hubelement weist eine geringere Geschwindigkeit im Pufferschacht und eine höhere Geschwindigkeit im Stapelmagazin auf. Sobald das nächste Hubelement in den Pufferschacht kommt, bewegt sich das Hubelement (das sich noch im Pufferschacht befindet) schnell in das Stapelmagazin und legt alle Stapelbestandteile auf der Feder ab. Dieses Hubelement verlässt dann das Stapelmagazin und nimmt eine neue Position in der Stelleinheit ein. Mindestens drei Hubelemente können mit Hilfe der Stelleinheit bewegt werden. Die Stapelbestandteile werden bereits im ortsfesten Pufferschacht auf ein Hubelement abgelegt. Der Tapingprozess erfolgt im Stapelmagazin, ohne dass der Stapel aus dem Stapelmagazin entfernt werden muss. Der Boden des Stapelmagazins kann in der Mitte geöffnet werden, damit der Stapel auf ein Förderband gelegt werden kann. Nach dem Tapingvorgang werden die Ableiterfahnen von Anode und Kathode verschweißt und dann von der Trapezform auf die endgültige gewünschte Form und Abmessung getrimmt. Die Trapezform wurde durch Ausklinken hergestellt, um eine Verschiebung der Elektrode beim Einsetzen in das Magazin zu verhindern.The main differences between the invention and the prior art are listed in bullet points below: The arrester lugs on the anode and cathode are not rectangular, but have a trapezoidal shape in order to position themselves with the profile guide. A stacking magazine and a buffer shaft arranged stationary in the stacking station are provided. Below the buffer shaft is the stacking magazine, which can move on a transport rail as soon as it is filled with the required number of stack components. The stacking magazine has guides that prevent the electrode and separator from moving when inserted. The gripper units of the endless conveyor belt go into the buffer shaft and gradually place the stack components onto the lifting elements. As soon as the stack components are placed on the lifting elements, the gripper units move down in the buffer shaft and leave Finally, use the buffer shaft to return to the starting position and to clamp new stack components. The lifting elements are important for placing the stack components on them. They move downwards at a slightly slower speed than the endless conveyor belt. In this way, the stack components in the magazine do not move in free fall. The stack components accumulate on the lifting element. The lifting element has a lower speed in the buffer shaft and a higher speed in the stacking magazine. As soon as the next lifting element comes into the buffer shaft, the lifting element (which is still in the buffer shaft) moves quickly into the stacking magazine and deposits all stack components on the spring. This lifting element then leaves the stacking magazine and takes up a new position in the actuating unit. At least three lifting elements can be moved using the actuating unit. The stack components are already placed in the stationary buffer shaft on a lifting element. The taping process takes place in the stacking magazine without the stack having to be removed from the stacking magazine. The bottom of the stacking magazine can be opened in the middle so that the stack can be placed on a conveyor belt. After the taping process, the arrester tabs of the anode and cathode are welded and then trimmed from the trapezoidal shape to the final desired shape and dimensions. The trapezoidal shape was created by notching to prevent the electrode from shifting when inserted into the magazine.

Nachfolgend sind die Vorteile der Erfindung stichpunktartig aufgelistet: Genaue Platzierung der Stapel im Magazin, so dass die Toleranz beim Stapeln nicht verloren geht. Es gibt kein unkontrolliertes und freies Fallen der Stapelbestandteile. Diese sind während des Stapelprozesses durchgängig abgestützt und erfahren eine kontrollierte vertikale Bewegung. Der Stapel- und Ablageprozess ist kontinuierlich. Das Magazin wird gewechselt, aber die Bewegung der Stapelbestandteile wird dadurch nicht unterbrochen. Sobald die Hubelementbewegung mit dem Magazintransport und dem Stapelzuführband synchronisiert ist, läuft der Prozess kontinuierlich und ohne manuelle Eingriffe. Die Verunreinigung durch Partikel ist sehr gering, da die Elektroden nur wenig mit den Maschinenelementen in Berührung kommen. Elektrode und Separator werden lokalisiert, bevor sie in das Stapelmagazin eintreten, das heißt sie haben immer eine genaue Position. Die Trapezform des Stromabnehmers ermöglicht es, den Freiheitsgrad der Elektrodenverschiebung einzuschränken. Das neue Design des Stapelmagazins ermöglicht es auch, im selben Magazin den Tapingprozess durchzuführen, ohne den Stapel hierfür aus dem Stapelmagazin zu entfernen.The advantages of the invention are listed in bullet points below: Precise placement of the stacks in the magazine so that the tolerance is not lost when stacking. There is no uncontrolled and free falling of the stack components. These are continuously supported during the stacking process and experience controlled vertical movement. The stacking and filing process is continuous. The magazine is changed, but the movement of the stack components is not interrupted. Once the lifting element movement is synchronized with the magazine transport and the stack feed belt, the process runs continuously and without manual intervention. Particle contamination is very low because the electrodes only come into little contact with the machine elements. The electrode and separator are located before they enter the stacking magazine, meaning they always have an exact position. The trapezoidal shape of the current collector makes it possible to limit the degree of freedom of electrode displacement. The new design of the stacking magazine also makes it possible to carry out the taping process in the same magazine without removing the stack from the stacking magazine.

Nachfolgend werden Erfindungsaspekte nochmals im Einzelnen hervorgehoben: In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann die Transfereinheit einen Pufferschacht aufweisen. In dem Pufferschacht kann das Hubelement über den ersten Teilhubweg hubverstellt werden. An den Pufferschacht kann vertikal nach unten unmittelbar das Stapelmagazin anschließen.Aspects of the invention are highlighted again in detail below: In a preferred embodiment variant, the transfer unit can have a buffer shaft. In the buffer shaft, the lifting element can be adjusted over the first partial stroke path. The stack magazine can be connected vertically downwards to the buffer shaft.

Eine lagerichtige Positionierung der Stapelbestandteile während des Stapelprozesses ist von großer Bedeutung. Vor diesem Hintergrund kann der Pufferschacht und/oder das Stapelmagazin ein Führungsprofil aufweisen. Mit Hilfe des Führungsprofils können die Stapelbestandteile lagerichtig, das heißt ohne Querversätze quer zur Stapelrichtung, gestapelt werden. In einer ersten Ausführungsvariante kann das Führungsprofil eine Elektroden-Führungskontur aufweisen. Mit deren Hilfe können die seitlich mit Überstand aus dem Stapel abragenden Elektroden-/Ableiterfahnen in einer quer zur Stapelrichtung ausgerichteten Querebene lagefest positioniert sein, jedoch in Stapelrichtung leichtgängig verstellbar sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Führungsprofil eine Separator-Führungskontur aufweisen, die die Separatorecken der Stapelbestandteile konturangepasst einfasst. Auf diese Weise können die Separatoren im Stapel in der Querrichtung lagefest positioniert werden, jedoch in Stapelrichtung leichtgängig verstellt werden.Correct positioning of the stack components during the stacking process is of great importance. Against this background, the buffer shaft and/or the stacking magazine can have a guide profile. With the help of the guide profile, the stack components can be stacked in the correct position, that is, without transverse offsets across the stacking direction. In a first embodiment variant, the guide profile can have an electrode guide contour. With their help, the electrode/arrester flags that protrude laterally from the stack can be positioned in a fixed position in a transverse plane aligned transversely to the stacking direction, but can be easily adjusted in the stacking direction. Alternatively and/or additionally, the guide profile can have a separator guide contour which surrounds the separator corners of the stack components in a contour-adapted manner. In this way, the separators can be positioned in a fixed position in the stack in the transverse direction, but can be easily adjusted in the stacking direction.

Die Bodengruppe des Stapelmagazins kann zumindest ein Federelement aufweisen, auf dem der Elektroden-/Separatorstapel elastisch nachgiebig abgestützt werden kann. Eine solche elastisch nachgiebige Abstützung findet nach einer erfolgten Übergabe des Stapels vom Hubelement auf die Bodengruppe des Stapelmagazins statt.The base assembly of the stack magazine can have at least one spring element on which the electrode/separator stack can be supported in an elastically flexible manner. Such an elastically flexible support takes place after the stack has been transferred from the lifting element to the base assembly of the stacking magazine.

Im Hinblick auf einen vollautomatischen Prozess ist es bevorzugt, wenn eine Zuführung der Stapelbestandteile zur Transfereinheit mit Hilfe eines Endlosförderbands mit Greifereinheiten erfolgt. Von den mit Hilfe des Endlosförderbands geförderten Greifereinheiten trägt jede Greifereinheit einen Stapelbestandteil. Dieser ist in einem Übergabeprozess auf das Hubelement stapelbar. Nachfolgend wird eine spezielle Ausgestaltung des Endlosförderbands beschrieben, mittels der ein einfacher Übergabeprozess durchführbar ist: so kann mit Hilfe des Endlosförderbands jede Greifereinheit den zugeordneten Stapelbestandteil in einer Zufuhrbewegung bis in Vertikalflucht oberhalb des Hubelements führen. Anschließend folgt eine Vertikalbewegung nach unten, und zwar bis der Stapelbestandteil auf dem Hubelement gestapelt ist. Danach folgt eine Reversierbewegung, in der der Greifkontakt zwischen Greifereinheit und gestapeltem Stapelbestandteil gelöst ist und die gelöste Greifereinheit vom gestapelten Stapelbestandteil entfernt wird.With regard to a fully automatic process, it is preferred if the stack components are fed to the transfer unit using an endless conveyor belt with gripper units. Of the gripper units conveyed with the help of the endless conveyor belt, each gripper unit carries a stack component. This can be stacked on the lifting element in a transfer process. A special design of the endless conveyor belt is described below, by means of which a simple transfer process can be carried out: with the help of the endless conveyor belt, each gripper unit can guide the assigned stack component in a feed movement up to vertical alignment above the lifting element. This is followed by a vertical movement downwards until the stack component is stacked on the lifting element. This is followed by a reversing movement in which the gripping contact between the gripper unit and the stacked stack component is released and the released gripper unit is removed from the stacked stack component.

Bevorzugt ist es, wenn die Greifereinheiten und/oder das Hubelement von außerhalb des Stapelmagazins und/oder des Pufferschachts auf die Stapelbestandteile zugreifen können. Vor diesem Hintergrund kann das Stapelmagazin und/oder der Pufferschacht an seinen Seitenwänden Durchlässe aufweisen, durch die das Hubelement und/oder die jeweilige Greifereinheit von außen in den Innenraum des Stapelmagazins bzw. des Pufferschachts einragt.It is preferred if the gripper units and/or the lifting element can access the stack components from outside the stack magazine and/or the buffer shaft. Against this background, the stacking magazine and/or the buffer shaft can have passages on its side walls through which the lifting element and/or the respective gripper unit protrudes from the outside into the interior of the stacking magazine or the buffer shaft.

Um eine Prozessgeschwindigkeit weiter zu erhöhen, ist es bevorzugt, wenn die Transfereinheit eine Mehrzahl von Hubelementen aufweist. Die Hubelemente sind bevorzugt hintereinander mit Hilfe einer Stelleinheit nach Art eines Endlosförderbands zwischen den unteren und oberen Hubstellungen förderbar. Zudem kann die Stelleinheit die Hubelemente in Horizontalrichtung zwischen einer Tragposition und einer Reversierposition quer verstellen. In der Tragposition ragt das Hubelement in den Innenraum des Pufferschachts bzw. des Stapelmagazins ein, so dass der Stapelprozess durchführbar ist. Demgegenüber befindet sich das jeweilige Hubelement in der Reversierposition außerhalb des Pufferschachts bzw. des Stapelmagazins, um eine Vertikalverstellung zwischen der oberen und unteren Hubstellung zu ermöglichen.In order to further increase the process speed, it is preferred if the transfer unit has a plurality of lifting elements. The lifting elements can preferably be conveyed one behind the other with the aid of an adjusting unit in the manner of an endless conveyor belt between the lower and upper lifting positions. In addition, the actuating unit can adjust the lifting elements transversely in the horizontal direction between a carrying position and a reversing position. In the carrying position, the lifting element projects into the interior of the buffer shaft or the stacking magazine, so that the stacking process can be carried out. In contrast, the respective lifting element is in the reversing position outside the buffer shaft or the stacking magazine in order to enable vertical adjustment between the upper and lower lifting positions.

Mit Hilfe der Stelleinheit ist jedes der Hubelemente wie folgt verstellbar: so kann die Stelleinheit das jeweilige Hubelement in der oberen Hubstellung in die Tragposition verstellen, wodurch der Stapelprozess gestartet werden kann. Im Laufe des Stapelprozess verstellt die Stelleinheit das Hubelement in Richtung untere Hubstellung. Mit Erreichen der unteren Hubstellung wird das Hubelement in seine Reversierposition zurückgestellt, so dass sich das Hubelement außerhalb des Stapelmagazins befindet. Im weiteren Bewegungsablauf verstellt die Stelleinheit das Hubelement außerhalb des Stapelmagazins bzw. des Pufferschachts zurück in seine obere Hubstellung. In der oberen Hubstellung wird das Hubelement wieder von seiner Reversierposition in seine Tragposition gesteuert.With the help of the adjusting unit, each of the lifting elements can be adjusted as follows: the adjusting unit can move the respective lifting element in the upper lifting position into the carrying position, whereby the stacking process can be started. During the stacking process, the actuating unit moves the lifting element towards the lower lifting position. When the lower lifting position is reached, the lifting element is returned to its reversing position so that the lifting element is located outside the stacking magazine. As the movement continues, the actuating unit moves the lifting element outside the stacking magazine or the buffer shaft back into its upper lifting position. In the upper lifting position, the lifting element is again controlled from its reversing position to its carrying position.

Um einen kontinuierlichen Stapelprozess mit hoher Prozessgeschwindigkeit zu gewährleisten ist es bevorzugt, wenn die Bewegungen der Greifereinheiten, der Hubelemente sowie der Stapelmagazinwechsel zueinander synchronisiert sind. Bevorzugt ist es, wenn die Geschwindigkeit des Hubelements über den ersten Teilhubweg kleiner bemessen ist als die Fördergeschwindigkeit des Endlosförderbands der Greifereinheiten. Zudem ist es bevorzugt, wenn die Geschwindigkeit des Hubelements über den zweiten Teilhubweg größer bemessen ist als die Geschwindigkeit des Hubelements über den ersten Teilhubweg.In order to ensure a continuous stacking process with a high process speed, it is preferred if the movements of the gripper units, the lifting elements and the stack magazine change are synchronized with one another. It is preferred if the speed of the lifting element over the first partial stroke path is smaller than the conveying speed of the endless conveyor belt of the gripper units. In addition, it is preferred if the speed of the lifting element over the second partial stroke path is greater than the speed of the lifting element over the first partial stroke path.

Nach dem Stapelprozess kann ein Tapingprozess durchgeführt werden. Im Tapingprozess kann der Elektroden-/Separatorstapel mit zumindest einem Halteband umwickelt werden. Der Tapingprozess kann erfindungsgemäß innerhalb des Stapelmagazins erfolgen. Hierzu ist der Stapelmagazinboden mit einer bodenseitigen Öffnung versehen. Diese kann zur Durchführung des Tapingprozesses geöffnet werden, wodurch ein bodenseitiger Taping-Zugriff bereitgestellt ist.After the stacking process, a taping process can be carried out. In the taping process, the electrode/separator stack can be wrapped with at least one retaining tape. According to the invention, the taping process can take place within the stacking magazine. For this purpose, the stacking magazine base is provided with an opening at the bottom. This can be opened to carry out the taping process, thereby providing bottom-side taping access.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the attached figures.

Es zeigen:

1 bis 9 die Prozessanordnung zur Fertigung eines Elektroden-/Separatorstapels in unterschiedlichen Ansichten.

Show it:

1 until 9 The process arrangement for producing an electrode/separator stack in different views.

In der 1 ist eine Anlagenskizze einer Prozessanordnung angedeutet, mittels der ein Elektroden-/Separatorstapel 9 (1, 6 oder 8) für eine Batteriezelle gefertigt werden kann. Die Prozessanordnung weist eine Stapelstation 1, ein Endlosförderband 3 zur Zuführung von Stapelbestandteilen 4 in Richtung auf die Stapelstation 1, sowie eine Transfereinheit 5 auf. Mit Hilfe der Transfereinheit 5 werden die vom Endlosförderband 3 hintereinander zugeführten Stapelbestandteile 4 unter Bildung eines Elektroden-/Separatorstapels 9 in ein Stapelmagazin 7 transferiert. Beispielhaft ist jedes der Stapelbestandteile 4 ein Mehrlagenaufbau aus Anode A, Separator S, Kathode K und Separator S.In the 1 a system sketch of a process arrangement is indicated, by means of which an electrode/separator stack 9 ( 1 , 6 or 8th ) can be manufactured for a battery cell. The process arrangement has a stacking station 1, an endless conveyor belt 3 for feeding stack components 4 towards the stacking station 1, and a transfer unit 5. With the help of the transfer unit 5, the stack components 4, which are fed one after the other by the endless conveyor belt 3, are transferred into a stack magazine 7 to form an electrode/separator stack 9. By way of example, each of the stack components 4 is a multi-layer structure consisting of anode A, separator S, cathode K and separator S.

Die Zuführung der Stapelbestandteile 4 zur Transfereinheit 5 erfolgt durch Greifereinheiten 11, die mit dem Endlosförderband 3 gefördert werden. Jede der Greifereinheiten 11 trägt einen Stapelbestandteil 4. Jede der Greifereinheiten 11 weist insgesamt vier Spannelemente 13 auf, zwischen denen der Stapelbestandteil 4 geklemmt ist.The stack components 4 are fed to the transfer unit 5 by gripper units 11, which are conveyed with the endless conveyor belt 3. Each of the gripper units 11 carries a stack component 4. Each of the gripper units 11 has a total of four clamping elements 13, between which the stack component 4 is clamped.

Zudem weist die Transfereinheit 5 eine Stelleinheit 15 auf, mittels der insgesamt drei später beschriebene Hubelemente 17 nach Art einer Endlosbahnführung in vertikaler Richtung zwischen dem oberen Endlosförderband 3 und dem unteren Stapelmagazin 7 förderbar sind. Die von den Greifereinheiten 11 des Endlosförderbands 3 zugeführten Stapelbestandteile 4 werden in einem später beschriebenen Übergabeprozess zunächst auf eines der Hubelemente 17 gestapelt. Mit steigender Stapelhöhe der auf das Hubelement 17 gestapelten Stapelbestandteile 4 wird das Hubelement 17 über einen Hubweg h (7 oder 8) in Richtung einer unteren Hubstellung Hu hubverstellt. Während der Hubverstellung nach unten schreitet der Stapelprozess voran, bis der Elektroden-/Separatorstapel 9 (8) aufgebaut ist. In der unteren Hubstellung Hu ist das Hubelement 17 vom Elektroden-/Separatorstapel 9 gelöst und ist der Elektroden-/Separatorstapel 9 auf bodenseitigen Federelementen 20 abgelegt.In addition, the transfer unit 5 has an actuating unit 15, by means of which a total of three lifting elements 17, described later, can be conveyed in the vertical direction between the upper endless conveyor belt 3 and the lower stacking magazine 7 in the manner of an endless web guide. The stack components 4 supplied by the gripper units 11 of the endless conveyor belt 3 are first stacked on one of the lifting elements 17 in a transfer process described later. As the stack height of the stack components 4 stacked on the lifting element 17 increases, the lifting element 17 is moved over a lifting path h ( 7 or 8th ) is adjusted towards a lower stroke position Hu. During the downward stroke adjustment, the stacking process progresses until the electrode/separator stack 9 ( 8th ) is constructed. In the lower lifting position Hu the lifting element 17 is detached from the electrode/separator stack 9 and the electrode/separator stack 9 is placed on spring elements 20 on the bottom.

In Vertikalrichtung zwischen dem unteren Stapelmagazin 7 und dem oberen Endlosförderband 3 befindet sich ein Pufferschacht 19. Der Hubweg h des jeweiligen Hubelements 17 ist gemäß den 7 und 8 aufgeteilt in einen ersten Teilhubweg h₁ und in einen daran anschließenden zweiten Teilhubweg h₂. Der erste Teilhubweg h₁ erstreckt sich von einer oberen Hubstellung H_o bis zu einer Zwischenstellung. Während des ersten Teilhubwegs h₁ bewegt sich das Hubelement 17 innerhalb des Pufferschachts 19. Der zweite Teilhubweg h₂ erstreckt sich von der Zwischenstellung bis zur unteren Hubstellung H_u. Während des zweiten Teilhubwegs h₂ bewegt sich das jeweilige Hubelement 17 innerhalb des Stapelmagazins 7.There is a buffer shaft 19 in the vertical direction between the lower stack magazine 7 and the upper endless conveyor belt 3. The lifting path h of the respective lifting element 17 is according to 7 and 8th divided into a first partial stroke path h ₁ and an adjoining second partial stroke path h ₂ . The first partial stroke path h ₁ extends from an upper stroke position H _o to an intermediate position. During the first partial stroke path h _{1 ,} the lifting element 17 moves within the buffer shaft 19. The second partial stroke path h ₂ extends from the intermediate position to the lower stroke position H _u . During the second partial stroke path h _2, the respective lifting element 17 moves within the stacking magazine 7.

Das Stapelmagazin 7 ist über eine Schienenanordnung 21 örtlich verstellbar zwischen der Stapelstation und einer weiteren (nicht gezeigten) Bearbeitungsstation. Nachdem das Stapelmagazin 7 mit dem Elektroden-/Separatorstapel 9 gefüllt ist, erfolgt ein Stapelmagazinwechsel, bei dem das bestückte Stapelmagazin 9 zur weiteren Bearbeitungsstation gefördert wird, während der Stapelstation 1 ein noch leeres Stapelmagazin 7 zugeführt wird. Nachfolgend wird ein Übergabeprozess beschrieben, bei dem eine der Greifereinheiten 11 den zugeordneten Stapelbestandteil 4 auf einem der Hubelemente 17 stapelt: Demnach führt die jede Greifereinheit 11 den zugeordneten Stapelbestandteil 4 mit Hilfe des Endlosförderbands 3 in einer Zufuhrbewegung Z (8) bis in Vertikalflucht oberhalb des Hubelements 17. Anschließend folgt eine Vertikalbewegung V (8) nach unten, bis der Stapelbestandteil 4 auf dem Hubelement 17 gestapelt ist. Im weiteren Bewegungsablauf folgt eine anschließende Reversierbewegung R der Greifereinheit 11 (1). In der Reversierbewegung R wird ein Greifkontakt zwischen der Greifereinheit 11 und dem gestapelten Stapelbestandteil 4 gelöst. Zudem wird die gelöste Greifereinheit 11 in der Reversierbewegung R vom gestapelten Stapelbestandteil 4 entfernt.The stacking magazine 7 is locally adjustable via a rail arrangement 21 between the stacking station and a further processing station (not shown). After the stacking magazine 7 is filled with the electrode/separator stack 9, a stacking magazine change takes place, in which the loaded stacking magazine 9 is conveyed to the further processing station, while the stacking station 1 is fed a stacking magazine 7 that is still empty. A transfer process is described below in which one of the gripper units 11 stacks the associated stacking component 4 on one of the lifting elements 17: Accordingly, each gripper unit 11 guides the associated stacking component 4 with the aid of the endless conveyor belt 3 in a feed movement Z ( 8th ) until in vertical alignment above the lifting element 17. This is followed by a vertical movement V ( 8th ) down until the stacking component 4 is stacked on the lifting element 17. The further sequence of movements is followed by a subsequent reversing movement R of the gripper unit 11 ( 1 ). In the reversing movement R, a gripping contact between the gripper unit 11 and the stacked stack component 4 is released. In addition, the detached gripper unit 11 is removed from the stacked stack component 4 in the reversing movement R.

Wie aus den 4 bis 6 hervorgeht, weisen sowohl das Stapelmagazin 7 als auch der Pufferschacht 19 in ihren Seitenwänden Durchlässen 23, 25 auf, durch die Hubelemente 17 sowie die Greifereinheiten 11 von außen in den Innenraum des Stapelmagazins 7 sowie in den Innenraum des Pufferschachts 19 einragen können.Like from the 4 until 6 As can be seen, both the stacking magazine 7 and the buffer shaft 19 have passages 23, 25 in their side walls, through which lifting elements 17 and the gripper units 11 can protrude from the outside into the interior of the stacking magazine 7 and into the interior of the buffer shaft 19.

Wie zum Beispiel aus der 4 hervorgeht, besteht die Transfereinheit 5 aus einer Mehrzahl von Hubelementen 17. Jedes der Hubelemente 17 besteht aus zwei Hubgabeln 27. Mit Hilfe der Stelleinheit 15 werden die Hubelemente 17 nach Art einer Endlosförderung zwischen der unteren Hubstellung Hu und der oberen Hubstellung Ho gefördert. Zudem können die Hubelemente 17 zwischen einer Tragposition und einer Reversierposition querverstellt werden. In der Tragposition ragt das jeweilige Hubelement 17 in den Pufferschacht 19 und/oder in das Stapelmagazin 7 ein, wodurch ein Stapelprozess durchführbar ist. Demgegenüber befindet sich in der Reversierposition das jeweilige Hubelement 17 außerhalb des Pufferschachts 19 bzw. des Stapelmagazins 7. Die Tragposition und die Reversierposition der Hubelemente 17 ist speziell in den 7 und 8 ersichtlich.Like for example from the 4 As can be seen, the transfer unit 5 consists of a plurality of lifting elements 17. Each of the lifting elements 17 consists of two lifting forks 27. With the help of the actuating unit 15, the lifting elements 17 are conveyed in the manner of an endless conveyance between the lower lifting position Hu and the upper lifting position Ho. In addition, the lifting elements 17 can be adjusted transversely between a carrying position and a reversing position. In the carrying position, the respective lifting element 17 projects into the buffer shaft 19 and/or into the stacking magazine 7, whereby a stacking process can be carried out. In contrast, in the reversing position, the respective lifting element 17 is located outside the buffer shaft 19 or the stacking magazine 7. The carrying position and the reversing position of the lifting elements 17 are specifically in the 7 and 8th visible.

Im Stapelprozess wird mit Hilfe der Stelleinheit 15 das jeweilige Hubelement 17 in seiner oberen Hubstellung H_o (8) in seine Tragposition verstellt, um einen Stapelprozess zu starten. Im weiteren Prozessverlauf wird das Hubelement 17 mit steigender Stapelhöhe nach unten in Richtung untere Hubstellung Hu (8) bewegt. In der unteren Hubstellung Hu ist das Hubelement 17 von dem (sich bildenden bzw. bereits gebildeten) Elektroden-/Separatorstapel 9 gelöst. Dieser liegt vielmehr elastisch nachgiebig auf den beiden Federelementen 20 des Spannmagazins 7 auf. In der unteren Hubstellung Hu kann das Hubelement 17 in seine Reversierposition gebracht werden, wie es in der 7 gezeigt ist. Anschließend kann die Stelleinheit 15 das Hubelement 17 außerhalb des Pufferschachts 19 bzw. des Stapelmagazins 7 zurück in seine obere Hubstellung Ho fördern. In der oberen Hubstellung Ho steuert die Stelleinheit 15 das Hubelement 17 wieder in seine Tragposition, um einen erneuten Stapelprozess zu starten.In the stacking process, the respective lifting element 17 is in its upper lifting position H _o ( 8th ) adjusted to its carrying position to start a stacking process. As the process continues, the lifting element 17 moves downwards towards the lower lifting position Hu ( 8th ) emotional. In the lower lifting position Hu, the lifting element 17 is detached from the (forming or already formed) electrode/separator stack 9. Rather, this rests in an elastically flexible manner on the two spring elements 20 of the clamping magazine 7. In the lower lifting position Hu, the lifting element 17 can be brought into its reversing position, as in the 7 is shown. The actuating unit 15 can then convey the lifting element 17 outside the buffer shaft 19 or the stacking magazine 7 back into its upper lifting position Ho. In the upper lifting position Ho, the actuating unit 15 controls the lifting element 17 back into its carrying position in order to start a new stacking process.

Die Bewegungen der Greifereinheiten 11, der Hubelemente 17 sowie der Stapelmagazinwechsel müssen zueinander synchronisiert sein. Bevorzugt kann die Geschwindigkeit des Hubelements 17 über den ersten Teilhubweg h₁ kleiner bemessen sein als die Fördergeschwindigkeit des Endlosförderbands 3 der Greifereinheiten 11. Zudem kann die Geschwindigkeit des Hubelements 17 über den zweiten Teilhubweg h₂ größer bemessen sein als die Geschwindigkeit des Hubelements 17 über den ersten Teilhubweg h₁.The movements of the gripper units 11, the lifting elements 17 and the stack magazine change must be synchronized with one another. Preferably, the speed of the lifting element 17 over the first partial stroke distance h ₁ can be smaller than the conveying speed of the endless conveyor belt 3 of the gripper units 11. In addition, the speed of the lifting element 17 over the second partial stroke distance h ₂ can be larger than the speed of the lifting element 17 over the first partial stroke distance h ₁ .

Nach erfolgtem Stapelprozess wird erfindungsgemäß ein Tapingprozess durchgeführt. Im Tapingprozess wird der Elektroden-/Separatorstapel 9 mit zumindest einem Halteband umwickelt. Erfindungsgemäß erfolgt der Tapingprozess innerhalb des Stapelmagazins. Zur Durchführung des Tapingprozesses kann der Stapelmagazinboden 29 (8) nach unten geöffnet werden, um einen Taping-Zugriff bereitzustellen.According to the invention, after the stacking process has taken place, a taping process is carried out. In the taping process, the electrode/separator stack 9 is wrapped with at least one retaining tape. According to the invention, the taping process takes place within the stacking magazine. To carry out the taping process, the stack magazine base 29 ( 8th ) can be opened downwards to provide taping access.

Ein weiterer Kern der Erfindung besteht darin, dass sowohl der Pufferschacht 19 als auch das Stapelmagazin 7 ein Führungsprofil aufweisen, wie es in den 5, 6 und 9 gezeigt ist. Mit Hilfe des Führungsprofils sind die Stapelbestandteile 4 lagerichtig, das heißt ohne Querversätze quer zur Stapelrichtung, stapelbar. Das Führungsprofil weist eine Elektroden-Führungskontur 31 auf. Die Elektroden-Führungskontur 31 wirkt mit Elektroden-Ableiterfahnen 33 zusammen, die seitlich mit Überstand aus dem Stapel abragen. Die Elektroden-Ableiterfahnen 33 sind trapezförmig ausgebildet und mit der entsprechend konturangepassten Elektroden-Führungskontur 31 in Formschlussverbindung. Auf diese Weise bildet sich eine Feder-NutVerbindung, mit deren Hilfe die Elektroden A, K in einer quer zur Stapelrichtung ausgerichteten Horizontalebene lagefest positioniert sind, jedoch in Stapelrichtung leichtgängig verstellbar sind.Another core of the invention is that both the buffer shaft 19 and the stacking magazine 7 have a guide profile, as shown in FIGS 5 , 6 and 9 is shown. With the help of the guide profile, the stacking components 4 can be stacked in the correct position, that is, without transverse offsets across the stacking direction. The guide profile has an electrode guide contour 31. The electrode guide contour 31 interacts with electrode arrester tabs 33, which protrude laterally from the stack. The electrode arrester lugs 33 are trapezoidal and have a positive connection with the correspondingly contoured electrode guide contour 31. In this way, a tongue-and-groove connection is formed, with the help of which the electrodes A, K are positioned in a fixed position in a horizontal plane aligned transversely to the stacking direction, but can be easily adjusted in the stacking direction.

Zudem weist das Führungsprofil eine Separator-Führungskontur 35 auf, die die Separatorecken konturangepasst einfasst. Auf diese Weise sind die Separatoren S im Stapel in der Querebene lagefest positioniert, jedoch in Stapelrichtung leichtgängig verstellbar.In addition, the guide profile has a separator guide contour 35, which surrounds the separator corners in a contour-adapted manner. In this way, the separators S are positioned in a fixed position in the stack in the transverse plane, but can be easily adjusted in the stacking direction.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: StapelstationStacking station
33: EndlosförderbandEndless conveyor belt
44: StapelbestandteileStacking components
55: TransfereinheitTransfer unit
77: Stapelmagazinstacking magazine
99: Elektroden-/SeparatorstapelElectrode/separator stack
1111: GreifereinheitenGripper units
1313: SpannelementeClamping elements
1515: StelleinheitActuator unit
1717: HubelementeLifting elements
1919: PufferschachtBuffer shaft
2020: FederelementeSpring elements
2121: SchienenanordnungRail arrangement
23, 2523, 25: Durchlässeculverts
2727: HubgabelnLifting forks
2929: StapelmagazinbodenStacking magazine floor
3131: Elektroden-FührungskonturElectrode guide contour
3333: AbleiterfahnenArrester flags
3535: Separator-FührungskonturSeparator guide contour
hH: HubwegStroke path
h1h1: erster Teilhubwegfirst partial stroke
h2h2: zweiter Teilhubwegsecond partial stroke
HuHu: untere Hubstellunglower lifting position
HoHo: obere Hubstellungupper lifting position
ZZ: ZufuhrbewegungFeed movement
Vv: VertikalbewegungVertical movement
RR: ReversierbewegungReversing movement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2014014196 A1 [0007]

Claims

Process arrangement for producing an electrode/separator stack (9) for a battery cell, with a stacking station (1), in which stack components (4) can be continuously fed in series one after the other to a transfer unit (5), from which the stack components are transferred to form the electrode/separator stack (9). Separator stack (9) can be transferred into a stack magazine (7), characterized in that the transfer unit (5) has at least one lifting element (17), that the stack components (4) can be stacked on the lifting element (17) in a stacking process, and that As the stack height of the stack components (4) stacked on the lifting element (17) increases, the lifting element (17) can be adjusted over a stroke path (h) from an upper lifting position (Ho) towards a lower lifting position (Hu), in which for a stacking Transfer the lifting element (17) is detached from the electrode/separator stack (9) and the electrode/separator stack (9) is placed on a base group of the stack magazine (7).

Process arrangement according to Claim 1 , characterized in that the stroke path (h) of the lifting element (17) is divided into a first partial stroke path (h ₁ ) and an adjoining second partial stroke path (h ₂ ), and that the first partial stroke path (h ₁ ) is from the upper Lifting position (Ho) extends to an intermediate position, and in particular the lifting element (17) is located outside the stack magazine (7) in the first partial stroke path (h ₁ ), and in particular the second partial stroke path (h ₂ ) extends from the intermediate position to the lower stroke position (H _u ) and / or the lifting element (17) moves in the second partial stroke path (h ₂ ) within the stacking magazine (7).

Process arrangement according to Claim 2 , characterized in that when the lifting element (17) moves over the first partial stroke path (h ₁ ), the stacking process can be carried out outside the stacking magazine (7), so that the stacking process can also be carried out when the stacking magazine (7) is used for a stacking magazine change is removed from the stacking station (1), and that in particular the stacking magazine (7) can be transported between the stacking station (1) and a processing station in which further processing of the electrode/separator stack (9) can be carried out.

Process arrangement according to Claim 2 or 3 , characterized in that the transfer unit (5) has a buffer shaft (19) in which the lifting element (17) can be adjusted in stroke over the first partial stroke path (h ₁ ), and in particular the stack magazine is located vertically downwards on the buffer shaft (19). (7) connects.

Process arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the buffer shaft (19) and/or the stacking magazine (7) have a guide profile by means of which the stacking components (4) can be stacked in the correct position, that is to say without transverse offsets transversely to the stacking direction.

Process arrangement according to Claim 5 , characterized in that the guide profile has an electrode guide contour (31), by means of which the electrode arrester lugs (33) protruding laterally from the stack (9) are positioned in a fixed position in a transverse plane aligned transversely to the stacking direction, but adjustable in the stacking direction are.

Process arrangement according to Claim 5 or 6 , characterized in that the guide profile has a separator guide contour (35) which surrounds the separator corners in a contour-adapted manner, so that the separators (S) are positioned in a fixed position in the stack (9) in the transverse plane, but are adjustable in the stacking direction.

Process arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the base group of the stack magazine (7) has at least one spring element (20) on which the electrode/separator stack (9) can be supported in an elastically flexible manner, namely after the stack (9 ) from the lifting element (17) to the base assembly of the stacking magazine (7).

Process arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the stack components (4) are fed to the transfer unit (5) by means of an endless conveyor belt (3) with gripper units (11), of which each gripper unit (11) carries a stack component (4), which can be stacked on the lifting element (17) in a transfer process.

Process arrangement according to Claim 9 , characterized in that by means of the endless conveyor belt (3), each gripper unit (11) guides the associated stack component (4) in a feed movement (Z) up to vertical alignment above the lifting element (17), followed by a vertical movement (V) downwards, until the stacking component (4) is stacked on the lifting element (17), and a subsequent reversing movement (R), in which the gripping contact between the gripper unit (11) and the stacked stacking component (4) can be released and the detached gripper unit (11) is separated from the stacked stacking component ( 4) is removable.