Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels anhand eines Stapelrads.

Eine Lithium-Ionen-Batterie weist zumindest eine Batteriezelle auf, in welcher ein Elektrodenstapel mit einer Anzahl an blattartigen Kathoden (Kathodenblättern, Kathodenfolien) und blattartigen Anoden (Anodenblättern, Anodenfolien) aufgenommen ist, wobei die Kathoden und die Anoden beispielsweise übereinander gestapelt sind, und wobei zwischen den Kathoden und den Anoden jeweils ein Separator angeordnet ist.

Der Elektrodenstapel mit übereinandergestapelten Anoden und Kathoden wird beispielsweise mittels des sogenannten Einzelblattstapelns hergestellt. Typischerweise werden die einzelnen Anoden und die Kathoden hierbei mittels eines Greifersystems (Greifsystems) bewegt. Ein Greifer dieses Greifersystems nimmt die jeweilige Elektrode, also die jeweilige Anode oder Kathode, auf, fördert diese haltend an einen Stapelort und legt die Elektrode dort ab. Allerdings sind solche Greifersysteme vergleichsweise langsam. Infolgedessen ist der Herstellungsprozess eines solchen Elektrodenstapels nachteilig vergleichsweise zeitaufwändig.

Alternativ hierzu ist aus der WO 2020/212317 A1 eine Vorrichtung bekannt, welche ein Stapelrad zur Herstellung eines Elektrodenstapels aus Monozellen verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels anzugeben. Insbesondere soll dabei eine möglichst zeitsparende Herstellung des Elektrodenstapels realisiert sein und/oder eine Gefahr der Beschädigung der zu stapelnden Elektrodenstapelelemente reduziert werden.

Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 7 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Vorrichtung sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.

Die Vorrichtung dient zur Herstellung eines Elektrodenstapels aus Elektrodenstapelelementen. Ein solches Elektrodenstapelelement ist dabei beispielsweise eine Anode, eine Kathode, ein Separator, eine mit einem Separator laminierte Anode oder Kathode. Bevorzugt wird als Elektrodenstapelelement ein als Monozelle oder als Einheitszelle bezeichneter Verbund bezeichnet, der mittels einer (einzigen) Anode und einer (einzigen) Kathode gebildet ist, wobei zwischen der Anode und der Kathode ein Separator (eine Separatorfolie) angeordnet ist. Weiterhin ist auf der der Anode abgewandten Seite der Kathode oder auf der der Kathode abgewandten Seite der Anode ein weiterer Separator angeordnet. Vorzugsweise sind die Anode, die Kathode sowie die Separatoren, insbesondere mittels Laminieren, miteinander gefügt. Die Anoden und die Kathoden werden zusammenfassend auch als Elektroden bezeichnet. Diese sind insbesondere folienartig ausgebildet. Die Elektroden weisen also in einer Raumrichtung eine vergleichsweise kleine Ausdehnung auf, mit anderen Worten sind die Elektroden flächig ausgebildet. Der Elektrodenstapel ist bevorzugt für eine Lithium-Ionen-Batteriezelle vorgesehen und eingerichtet, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Batteriezelle einer Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug.

Die Vorrichtung weist ein Stapelrad auf, welches mindestens ein Stapelradelement, insbesondere mindestens eine Stapelradscheibe, aufweist, das um eine Drehachse rotatorisch antreibbar (drehantreibbar) ist. Das jeweilige Stapelradelement umfasst Fächer zur Aufnahme der Elektrodenstapelelemente. Die Fächer werden hier und im Folgenden auch als Taschen oder als Aufnahmen bezeichnet. Das jeweilige Stapelradelement weist hierbei sogenannte Finger (Arme) auf, die sich von einem zentralen Bereich nach radial außen erstrecken, wobei jeweils eine Tasche zwischen zwei Fingern (Armen) gebildet ist. Zweckmäßiger Weise sind dabei die Finger bzw. die Fächer gebogen, insbesondere spiralförmig ausgebildet. Also weisen die Fächer in einer Ebene senkrecht zur Drehachse Ebene einen bogenförmigen, insbesondere einen spiralförmigen, Querschnitt auf. Mit anderen Worten verläuft das jeweilige Fach von dessen umfangsseitigen Facheingang zu dessen drehachsenseitigen Fachende bogen bzw. spiralförmig. Vorzugsweise wird dabei eine Krümmung der bogenförmigen Aufnahme von der Umfangsseite zur Drehachse hin, also mit kleiner werdendem Radialabstand zur Drehachse, größer. Aufgrund dessen wird eine Reibungskraft zwischen den Aufnahmen und den in diese geförderten Elektrodenstapelelemente von der Umfangsseite zur Drehachse, also nach innen, größer, sodass die Elektrodenstapelelemente zunehmend stark abgebremst werden. Somit werden die Elektrodenstapelelemente zuverlässig zeitlich vor dem Halten der Monozellen durch den Abstreifarm bzw. durch die Abstreifarme relativ zur Aufnahme in den Stillstand abgebremst.

Vorzugsweise umfasst das Stapelrad mehr als ein solches Stapelradelement, insbesondere zwei, drei, vier oder fünf Stapelradelemente. Diese sind in einer Axialrichtung, also in einer Richtung entlang der Drehachse, zueinander beabstandet angeordnet. Zweckmäßiger weise sind die Stapelradelemente anhand einer die Drehachse definierenden Achse gemeinsam rotatorisch antreibbar. Bevorzugt fluchten die Stapelradelemente in Axialrichtung miteinander. Mit anderen Worten sind die Stapelradelemente gleich ausgebildet und überdecken sich hinsichtlich der Axialrichtung.

Die Vorrichtung umfasst des Weiteren einen Ausstreifer zum Ausstreifen der Elektrodenstapelelemente aus den Fächern bei einer Rotation des Stapelrads. So werden die in den Fächern aufgenommenen Elektrodenstapelelemente bei einer Rotation des Stapelrads gegen eine weitere Mitnahme durch das Stapelrad gehalten und aus dem Fach ausgestreift. Der Ausstreifer bildet also eine Art Anschlag für die Elektrodenstapelelemente. Dabei werden die Elektrodenstapelelemente in einer Ablage aufeinander gestapelt, also unter Bildung des Elektrodenstapels aufeinander abgelegt. Die Anschlagsfläche des Ausstreifers für die Elektrodenstapelelemente ist dabei in Axialrichtung vor und/oder hinter dem Stapelradelement, und/oder - sofern mehr als ein Stapelradelement verwendet wird - zwischen den Stapelradelementen angeordnet. Bevorzugt ist (und/oder wird im Zuge des Verfahrens zur Herstellung des Elektrodenstapels) der Abstand der Anschlagsfläche, insbesondere deren der Ablage abgewandten Kante, zur Drehachse derart eingestellt, dass dieser kleiner ist als der kleinste Abstand des Elektrodenstapelelements zur Drehachse während dessen Mitnahme im Fach. Folglich ist ein Anschlägen des Elektrodenstapelelements am Abstreifer vermieden und eine Beschädigung dessen vermieden. Beispielsweise ist ein radialer Abstand des Ausstreifers, insbesondere dessen Anschlagsfläche zur Drehachse kleiner ist als das drehachsenseitige Ende der Fächer.

Weiterhin weist die Vorrichtung eine Fördereinrichtung zum Fördern der Elektrodenstapelelemente in die Fächer des Stapelrads auf. Zum einen umfasst die Fördereinrichtung eine Übergabeeinrichtung, welche zum Übergeben der Elektrodenstapelelemente in die Fächer dient. Zum anderen umfasst die Fördereinrichtung eine, insbesondere zur Übergabeeinrichtung separate, also baulich getrennte, Zufuhreinrichtung, welchen dem Zuführen der Elektrodenstapelelemente zur Übergabeeinrichtung dient. Die Zufuhreinrichtung ist zweckmäßigerweise ein Förderband, beispielsweise ein Vakuumförderband. Besonders vorteilhaft ist anhand der Vorrichtung eine vergleichsweise genaue und definierte Positionierung der Elektrodenstapelelemente im Elektrodenstapel realisiert. Des Weiteren werden die Elektrodenstapelelemente mittels des Stapelrads greiferlos, also ohne die Verwendung eines Greifers oder einer Greifvorrichtung in das Stapelfach überführt. Vorteilhaft erfolgt aufgrund dessen das alternierende Stapeln der Elektrodenstapelelemente, insbesondere im Vergleich zu der eingangs erwähnten Herstellung des Elektrodenstapels mittels einer Greifvorrichtung, vergleichsweise schnell, also zeitsparend. Somit ist eine Prozessrate der Herstellung des Elektrodenstapels vorteilhaft erhöht, mit anderen Worten ist ein Durchsatz erhöht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist anhand der Übergabeeinrichtung, insbesondere lediglich anhand der Übergabeeinrichtung, der Übergabezeitpunkt, also derjenige Zeitpunkt, zu dem die in Übergaberichtung vordere Kante des jeweiligen Elektrodenstapelelements in das Stapelrad eintritt, insbesondere zu dem die vordere Kante des jeweiligen Elektrodenstapelelements das Stapelrad erstmals berührt, änderbar, insbesondere an die Position des zur Aufnahme des jeweiligen Elektrodenstapelelements vorgesehenen Fachs anpassbar. Also ist ein Anpassen (Synchronisieren) des Übergabezeitpunkts und/oder der Übergabegeschwindigkeit, an die Drehgeschwindigkeit und/oder an die (Dreh-, Winkel-)Position des Stapelrads vergleichsweise einfach ermöglicht. Insbesondere sofern das Stapelrad mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit rotiert, ist ein derartiges Anpassen lediglich anhand der Übergabeeinrichtung vergleichsweise effizient, da das Stapelrad mit einer vergleichsweise hohen Trägheit nicht beschleunigt werden muss. Zweckmäßigerweise umfasst das Stapelrad und/oder eine Antriebseinheit zum Drehantreiben des Stapelrads hierbei einen Positionssensor, anhand dessen die (Winkel-, Dreh-) Position des Stapelrads bzw. dessen Stapelradelements bzw. Stapelradelemente und daraus die Position des jeweiligen Fachs bestimmt werden kann. Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung des Weiteren einen Sensor, beispielsweise eine Kamera, zum Erfassen der Position des jeweiligen Elektrodenstapelelements in der Zufuhreinrichtung, so dass anhand dieser Position der Zufuhrzeitpunkt (Übergabezeitpunkt) bestimmt werden kann.

Weiter vorteilhaft kann im Vergleich zur Förderung der Elektrodenstapelelemente lediglich anhand eines Förderbandes, ist aufgrund der zur Zufuhreinrichtung separaten Ausgestaltung der Übergabeeinrichtung der Übergabezeitpunkt des jeweiligen Elektrodenstapelelementes änderbar, ohne auch die Fördergeschwindigkeit der Zufuhreinrichtung (zumindest zeitweise) zu ändern.

Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung umfasst die Übergabeeinrichtung zumindest zwei obere Transportelemente, welche beispielsweise als Riemenbänder oder als Rollen ausgebildet sind, und welche in einer Richtung quer zur Übergaberichtung, also in Axialrichtung, zueinander beabstandet sind. Bei der Ausgestaltung der Transportelemente als Riemenbänder sind die Rollen zweckmäßiger Weise zum Antreiben der oberen Riemenbänder anhand einer gemeinsamen ersten Welle mit einem Motor verbunden. Weiterhin umfasst die Übergabeeinrichtung zumindest zwei untere Transportelemente, welche beispielsweise als Riemenbänder oder als Rollen ausgebildet sind, und welche in einer Richtung quer zur Übergaberichtung, also in Axialrichtung, zueinander beabstandet sind. Bei der Ausgestaltung der Transportelemente als Riemenbänder sind die Rollen zweckmäßiger Weise zum Antreiben der unteren Riemenbänder anhand einer gemeinsamen zweiten Welle miteinander verbunden. Insbesondere sind erste und die zweite Welle anhand eines mit Zahnradpaares miteinander gekoppelt.

Beispielsweise sind die oberen Transportelemente und die unteren Transportelemente in Axialrichtung zueinander versetzt angeordnet, mit anderen Worten sind die oberen und die unteren Transportelemente kämmend in Axialrichtung hintereinander angeordnet. Bevorzugt jedoch sind zum klemmenden Fördern der Elektrodenstapelelemente die oberen Transportelemente und die unteren Transportelemente in einer Richtung senkrecht zur Förderrichtung, also zur Richtung, in welcher die Elektrodenstapelelemente in der Übergabeeinrichtung gefördert werden, und/oder senkrecht zur Axialrichtung übereinander angeordnet. Also liegen in diesem Fall jeweils eines der oberen Transportelemente einem der unteren Transportelemente gegenüber. Mit anderen Worten ist bevorzugt jeweils ein Paar aus einem der oberen und einem der unteren Transportelemente gebildet, zwischen welchen das jeweilige Elektrodenstapelelement klemmend gefördert wird. Mit noch anderen Worten sind diese in Axialrichtung nicht zueinander versetzt angeordnet. Auf diese Weise ist ein Biegen der Elektrodenstapelelemente durch die Riemenbänder vermieden.

Beispielsweise beträgt eine Breite der Transportelemente, also deren Ausdehnung in Axialrichtung zwischen 1 mm und 250 mm. Beispielsweise wiesen die oberen Transportelemente jeweils eine Breite auf, die unterschiedlich zur Breite der unteren Transportelemente ist. Je nach Ausgestaltung der Elektrodenstapelelemente und einer für diese geeigneten Klemmkraft wird die Breite der Transportelemente und/oder deren Abstand zueinander entsprechend gewählt. Sofern die Elektrodenstapelelemente als Monozellen ausgebildet sind, sind die breiteren Transportelemente auf der Separatorseite der Monozelle vorgesehen, so dass die Gefahr einer Verschmutzung dessen Elektroden reduziert ist.

Vorzugsweise weist jedes der Transportelemente eine Breite, also eine Ausdehnung in Axialrichtung auf, welche kleiner als ein Viertel, vorzugsweise kleiner als ein Zehntel, der Ausdehnung des Stapelradelement in Axialrichtung ist, oder - sofern mehrere Stapelradelemente verwendet werden- welche kleiner als ein Viertel, vorzugsweise kleiner als ein Zehntel, der Ausdehnung des Abstands zwischen dem in Axialrichtung ersten und dem in Axialrichtung letzten Stapelradelements ist. Auf diese Weise werden die zu fördernden Elektrodenstapelelemente lediglich an einer vergleichsweise kleinen Fläche von den Riemenbändern berührt. Folglich ist die Gefahr einer Beschädigung oder der Verunreinigung des jeweiligen Elektrodenstapelelements durch die Übergabeeinrichtung zumindest reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die oberen Transportelemente gegen die unteren Transportelementen angefedert. Mit anderen Worten wirkt eine Federkraft, also eine Rückstellkraft, auf die oberen Transportelemente in Richtung zu den unteren Transportelementen hin, also nach unten. Zusätzlich oder alternativ hierzu sind die unteren Transportelemente gegen die oberen Transportelementen angefedert. Mit anderen Worten wirkt eine Federkraft, also eine Rückstellkraft, auf die unteren Transportelemente in Richtung zu den oberen Transportelementen hin, also nach oben. Auf diese Weise werden also bei der Zufuhr des jeweiligen Elektrodenstapelelements in die Übergabeeinrichtung die oberen bzw. die unteren Transportelemente gegen die Federkraft verstellt. Dies resultiert in einer besseren Klemmung des jeweiligen Elektrodenstapelelements.

Beispielsweise überragen die oberen Transportelemente die unteren Transportelemente in einer Richtung entgegen der Förderrichtung. Bei deren Ausgestaltung als Riemenbänder sind die oberen Riemenbänder länger als die unteren Riemenbänder bezüglich der Förderrichtung. Zweckmäßig überdeckt dabei derjenige Bereich der oberen Riemenbänder, welcher die unteren Riemenbänder überragt, zur Zufuhr des jeweiligen Elektrodenstapelelements die als Förderband ausgebildete Zufuhreinrichtung, insbesondere den übergabeeinrichtungsseitige Endbereich des Förderbands. Zweckmäßig sind dieser Endbereich und die oberen Riemenbänder übereinander angeordnet, so dass die Elektrodenstapelelemente in diesem Bereich klemmend vom Förderband in die Übergabeeinrichtung zugeführt werden. Vorteilhaft ist derart eine vergleichsweise sichere und fehlerunanfällige Zufuhr des jeweiligen Elektrodenstapelelements in die Übergabeeinrichtung realisiert.

Insbesondere bei der Ausgestaltung der Transportelemente als Riemenbänder ist beispielsweise die dem Stapelrad nähere der beiden Drehachsen der oberen Transportelemente in Förderrichtung versetzt zur der dem Stapelrad nähere der beiden Drehachsen der unteren Transportelemente angeordnet. Auf diese Weise ist das jeweilige Elektrodenstapelelemente länger anhand des näher zum Stapelrad hin versetzten Transportelements geführt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Übergabeeinrichtung in Radialrichtung, also in einer Richtung senkrecht zur Drehachse, einen Abstand zur Drehachse auf, der größer ist als der Radius, insbesondere größer als der Durchmesser, des Stapelradelements. Also ist die Übergabeeinrichtung vollständig außerhalb des in Axialrichtung vom Stapelrad verdeckten Bereich angeordnet. Mit anderen Worten ist die Übergabeeinrichtung in Radialrichtung beabstandet zum Stapelrad. Damit einhergehend werden auch die Elektrodenstapelelemente von außerhalb des in Axialrichtung vom Stapelrad verdeckten Bereich in das Stapelrad gefördert. Beim Entlanggleiten des Elektrodenstapelelements an der Innenseite des Fachs im Zuge des Übergebens erfolgt eine Änderung dessen Bewegungsrichtung. Bei der beabstan- deten Anordnung der Übergabeeinrichtung zum Stapelrad ist zwischen diesen ein Raum gebildet, in welchen sich das hinsichtlich der Förderrichtung hintere Ende des Elektrodenstapelelements bei der Richtungsänderung bewegen kann, so dass vorteilhaft ein Biegen des Elektrodenstapelelements aufgrund der Änderung dessen Bewegungsrichtung vermieden und damit einhergehend die Gefahr einer Beschädigung reduziert ist. Bevorzugt liegen dabei die Transportelemente in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung den Stapelradelementen gegenüber, mit anderen Worten sind die Transportelemente in Axialrichtung nicht zu den Stapelradelementen versetzt angeordnet. Auf diese Weise liegt lediglich derjenige Bereich der Elektrodenstapelelemente am Stapelrad bzw. an dessen Stapelradelementen an, an welchen auch die Transportelemente auf das jeweilige Elektrodenstapelelement einwirken. Ein Bereich einer Krafteinleitung auf das jeweilige Elektrodenstapelelement ist somit reduziert.

Alternativ hierzu weist die Übergabeeinrichtung in Radialrichtung, also in einer Richtung senkrecht zur Drehachse, einen Abstand zur Drehachse auf, der kleiner ist als der Radius des Stapelradelements. In diesem Fall ragen die Transportelemente zwischen die Stapelradelemente hinein. Mit anderen Worten sind die Transportelemente dann in Axialrichtung zumindest bereichsweise zwischen den Stapelradelementen angeordnet. Insbesondere sind die Transportelemente und die Stapelradelemente kämmend bezüglich der Axialrichtung angeordnet. Vorteilhaft ist auf diese Weise ein Bauraum für die Vorrichtung kleiner.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand des Ausstreifers, insbesondere dessen Anschlagfläche, zur Drehachse einstellbar. Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich ist eine Neigung des Ausstreifers, insbesondere dessen Anschlagfläche, einstellbar.

Vorzugsweise ist die Anschlagfläche des Ausstreifers stets senkrecht zur Ablagefläche der Ablage. Auf diese Weise kann Lage des Ausstreifers relativ zur den Fächern eingestellt und/oder nachjustiert werden. Insbesondere ist bzw. wird der Ausstreifer derart angeordnet, dass die Elektrodenstapelelemente im Wesentlichen senkrecht auf den Ausstreifer auftreffen, so dass ein Zwicken und somit eine Beschädigung der Elektrodenstapelelemente im Zuge des Ausstreifens vermieden oder ein Gefahr dessen zumindest reduziert werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels aus Elektrodenstapelelementen. Hierzu wird eine Vorrichtung in einer der oben dargestellten Varianten verwendet, also wird verfahrensgemäß eine solche Vorrichtung bereitgestellt.

Verfahrensgemäß werden die Elektrodenstapelelemente anhand der Zufuhreinrichtung der Übergabeeinrichtung zugeführt und anhand der Übergabeeinrichtung an das Stapelrad übergeben, also in die Fächer des Stapelradelements oder der Stapelradelemente gefördert. Zweckmäßigerweise wird in jedes Fach lediglich ein einziges der Elektrodenstapelelemente übergeben.

Anschließend werden die in den Fächern aufgenommenen Elektrodenstapelelemente anhand der Rotation des Stapelrads zu einer Ablage gefördert. Also werden die Elektrodenstapelelement mittels des Stapelrads geführt zur Ablage hin bewegt.

Die Elektrodenstapelelemente werden anschließend anhand des Ausstreifers, im Bereich der Ablage gehalten. Aufgrund der Rotation des Stapelrads werden die Elektrodenstapelelemente aus der jeweiligen Aufnahme heraus und in die Ablage geführt. Mit anderen Worten werden die Elektrodenstapelelemente mittels des Ausstreifers gegen die Rotation des Stapelrads gehalten (gestützt), sodass das jeweilige Fach aufgrund der Rotation des Stapelrads relativ zum jeweiligen Elektrodenstapelelement verstellt und entsprechend aus dem jeweiligen Fach in die Ablage überführt wird. Dabei werden die Elektrodenstapelelemente unter Bildung des Elektrodenstapels in der Ablage aufeinander gestapelt.

Vorzugsweise rotiert das Stapelrad mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird - wie bereits im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben - zum Anpassen des Übergabezeitpunkts an eine Position des Stapelrads, insbesondere lediglich, die Fördergeschwindigkeit der Elektrodenstapelelemente in der Übergabeeinrichtung geändert wird. Dabei ist bzw. wird das Stapelrad bevorzugt mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit angetrieben. Also wird anhand der Übergabeeinrichtung, insbesondere lediglich anhand Übergaberichtung, der Übergabezeitpunkt des jeweiligen Elektrodenstapelelements an eine (Dreh-, Winkel-) Position des Stapelrads, insbesondere an die Position des jeweiligen Fachs zur Aufnahme dieses Elektrodenstapelelements - angepasst. Sofern notwendig, wird hierzu der Übergabezeitpunkt geändert, insbesondere wird der Übergabezeitpunkt im Vergleich zu einem Übergabevorgang, bei dem das jeweilige Elektrodenstapelelement mit konstanter Geschwindigkeit in der Übergabeeinrichtung (Übergabevorrichtung) gefördert wird, verzögert oder zeitlich vorgezogen. Hierzu wird das jeweilige Elektrodenstapelelement in der Übergabevorrichtung zeitweise abgebremst bzw. beschleunigt. Zweckmäßig erfolgt dabei die zeitweise Beschleunigung bzw. das zeitweise Abbremsen derart, dass das jeweilige Elektrodenstapelelement beim Austritt aus der Übergabeeinrichtung eine vorgegebene Übergabegeschwindigkeit aufweist. Insbesondere wird zum anpassen des Übergabezeitpunktes die Laufgeschwindigkeit der oberen und der unteren Riemenbänder entsprechend geändert.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung werden solche Elektrodenstapelelemente verwendet werden, die eine rechteckige Grundfläche mit unterschiedlichen Kantenlängen aufweisen, die also keine quadratische Grundfläche aufweisen. Sofern das Elektrodenstapelelemente zumindest eine Elektrode aufweist, ragt dabei zweckmäßig eine auch als Tab oder als Kontaktfahne bezeichnete elektrische Kontaktierungen der jeweiligen Elektrode seitlich über die Grundfläche hinaus. Zweckmäßig ragen diese Kontaktierungen an einer oder an beiden kurzen Kanten des jeweiligen Elektrodenstapelelements über die Grundfläche hinaus. Vorzugsweise beträgt dabei die Länge der längeren Kante zwischen dem 1 ,5-fachen und dem 10-fachen, insbesondere zwischen dem 2-fachen und dem 5-fachen, der Länge der kurzen Kante.

Besonders bevorzugt werden hierbei die Elektrodenstapelelemente mit deren längeren Kante, also mit einer der beiden Seiten, die die längere Seite bildet, voraus in die Fächer übergeben werden. Mit anderen Worten erstrecken sich die beiden längeren Kanten quer zur Übergaberichtung und die beiden kürzeren Kanten parallel zur Übergaberichtung. Auf diese Weise ist eine Krafteinwirkung auf das Elektrodenstapelelement beim Anschlag an den Ausstreifer und/oder an das drehachsenseitige Fachende auf einen vergleichsweise großen Bereich des Elektrodenstapelelements verteilt, so dass die Gefahr einer Beschädigung reduziert ist. Zum anderen ist im Vergleich zu einem Übergeben mit der kurzen Kante voraus besonders vorteilhaft für eine vorgegebene Stapelrate eine Drehzahl des Stapelrads reduziert. Damit einhergehend ist auch das Abbremsen der Elektrodenstapelelement in den Fächern besonders schonend ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird zu jedem Zeitpunkt maximal ein einziges, also eines oder kein, Elektrodenstapelelement anhand der Übergabeeinrichtung gefördert wird. Mit anderen Worten werden die Elektrodenstapelelemente der Übergabeeinrichtung derart zeitlich beabstandet zugeführt, dass zum Übergeben stets maximal ein einziges Elektrodenstapelelement in der Übergabeeinrichtung vorhanden ist und/oder anhand der oberen Riemen gefördert wird. Auf diese Weise kann der Übergabezeitpunkt eines Elektrodenstapelelement angepasst werden, ohne den Übergabezeitpunkt des darauf folgend zugeführten Elektrodenstapelelements zu beeinflussen.

Bevorzugt ist in bauraumsparender Weise die Länge der Übergabeeinrichtung, insbesondere dessen oberen Riemenbänder, bezüglich der Übergaberichtung kleiner als der Radius des Stapelradelements bzw. der Stapelradelemente und/oder kleiner als das Doppelte der Kantenlänge der kurzen Kante der Elektrodenstapelelemente.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch in einer Seitenansicht eine Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels aus Elektrodenstapelelementen, wobei die Vorrichtung ein Stapelrad mit als Stapelradscheiben ausgebildeten Stapelradelementen sowie eine Fördereinrichtung mit einer Übergabeeinrichtung aufweist, anhand welcher die Elektrodenstapelelemente in Fächer der Stapelradscheiben übergeben werden können,

Fig. 2 schematisch und ausschnittsweise die Vorrichtung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 3a, b schematisch in perspektivischer Explosionsdarstellung bzw. in Seitenansicht ein als Monozelle ausgebildetes Elektrodenstapelelement mit einer rechteckigen Grundfläche, und

Fig. 4 anhand eines Flussdiagramms einen Verfahrensablauf zur Herstellung eines Elektrodenstapels anhand der Vorrichtung.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung 2 zur Herstellung eines Elektrodenstapels 4 aus Elektrodenstapelelementen 6 in Seitenansicht und in der Fig. 2 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung 2 umfasst ein Stapelrad 8, das wiederum mindestens ein Stapelradelement 10, gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel fünf Stapelradelemente 10, aufweist. Die Stapelradelemente 10 sind gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Stapelradscheiben 10 ausgebildet. Diese sind dabei anhand einer gemeinsamen Antriebswelle 12 rotatorisch antreibbar. Die Umdrehungsrichtung des Stapelrads 8 ist in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen „U“ versehen. Somit definiert die Antriebswelle 12 die Drehachse D der Stapelradscheiben 10. Jede der Stapelradscheiben 10 umfasst eine Mehrzahl an Fingern 14, die sich von einem zentralen Bereich gebogen, insbesondere spiralartig von diesem Bereich nach außen erstreckt. Somit ist jeweils zwischen zwei der Finger 14 ein Fach 16 gebildet, das zur Aufnahme eines der Elektrodenstapelelements 6 dient. Die Fächer 16 sind als hinsichtlich der Umdrehungsrichtung U hintereinander angeordnet.

Die Stapelradscheiben 10 sind dabei zueinander gleichförmig aufgebaut und sind fluchtend in der als Axialrichtung A bezeichneten Richtung entlang der Drehachse D angeordnet. Also sind die Fächer 16 der Stapelradscheiben 10 in Axialrichtung A hintereinander, also miteinander fluchtend, angeordnet.

Die Vorrichtung 2 umfasst weiterhin eine Fördereinrichtung 18, anhand welcher die Elektrodenstapelelemente in das Stapelrad 8, nämlich in die Fächer 16 der Stapelradscheiben gefördert, nämlich übergeben werden. Hierzu ist die Fördereinrichtung 18 zweiteilig ausgestaltet. Die Fördereinrichtung 18 umfasst eine als Förderband ausgebildete Zufuhreinrichtung 20, anhand welcher die Elektrodenstapelelemente 6 einer Übergabeeinrichtung 22 zugeführt werden. Die Zuführeinrichtung 20 ist in der Fig. 2 zum Zwecke einer besseren Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellt. Die Übergabeeinrichtung 22 dient dazu, die Elektrodenstapelelemente 6 in die Fächer 16 des Stapelrads 10 zu fördern, nämlich zu übergeben. Die Übergaberichtung 22, also diejenige Richtung, welche die Elektrodenstapelelemente beim Verlassen der Übergabeeinrichtung 6 aufweisen, ist in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen „F“ versehen.

Die Übergabeeinrichtung 22 umfasst dabei mindestens zwei, gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel fünf obere Transportelemente, welche gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Riemenbänder 24 ausgebildet sind, welche anhand einer gemeinsamen ersten Antriebswelle 26 antreibbar sind. Dabei Sind die oberen Riemenbänder 24 in Axialrichtung A, also quer zur Übergaberichtung F, insbesondere äquidistant, zueinander beabstandet angeordnet. Die Übergabeeinrichtung 22 umfasst weiterhin zumindest zwei, hier fünf, untere Transportelemente, welche gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls als Riemenbänder 28 ausgebildet sind. Hierbei sind fünf Paare aus jeweils einem oberen und einem unteren Riemenband 24, 28 gebildet. Somit die die unteren Riemenbänder 28 in Axialrichtung A, also quer zur Übergaberichtung F, insbesondere äquidistant, zueinander beab- standet angeordnet. Die unteren Riemenbänder 28 sind anhand einer

Die oberen Riemenbänder 24 und die unteren Riemenbänder 28 sind in einer Richtung senkrecht zur Übergaberichtung F und senkrecht zur Axialrichtung A übereinander angeordnet, so dass die Elektrodenstapelelemente 6 klemmend anhand einer gemeinsamen zweiten Antriebswelle 30 antreibbar, wobei zweckmäßig die erste Antriebswelle 26 und die zweite Antriebswelle 30 in nicht näher dargestellter Weise miteinander, beispielsweise anhand eines Zahnradpaares miteinander gekoppelt sind. Wie im Zusammenhang mit der Fig. 4 näher dargestellt wird, ist anhand der Übergabeeinrichtung 22 der Übergabezeitpunkt U, des jeweiligen Elektrodenstapelelements 6 änderbar, insbesondere einstellbar. Unter dem Übergabezeitpunkt U ist dabei derjenige Zeitpunkt zu verstehen, zu dem das jeweilige Elektrodenstapelelement 6 die Übergabeeinrichtung 22 vollständig verlässt.

Optional umfasst die Übergabeeinrichtung 22 ein Leitelement 32, insbesondere ein Leitblech für die Elektrodenstapelelemente 6. Das Leitelement 32 weist hierbei Aussparungen 33 für die unteren Riemenbänder auf. Anhand des Leitelements ist zum einen ein Verbiegen der Elektrodenstapelelemente 6 im Zuge des Übergebens vorteilhaft vermieden und zum anderen eine Führung der Elektrodenstapelelemente 6 realisiert.

Die Übergabeeinrichtung 22 ist in Radialrichtung, also in einer Richtung senkrecht zur Drehachse D, derart zur Drehachse D beabstandet angeordnet, dass deren Abstand größer als der Radius, der Stapelradscheiben 10 ist. Mit anderen Worten ist die Übergabeeinrichtung, insbesondere deren Riemenbänder 24, 28 und/oder deren Leitelement 32 vollständig außerhalb von dem von den Stapelradscheiben 10 umfassten Bereich angeordnet. Mit anderen Worten überdecken die Stapelradscheiben 10 die Übergabeeinrichtung 22 nicht in Axialrichtung A.

Wie insbesondere in der Fig. 1 erkennbar ist, überragen die oberen Riemenbänder 24 die unteren Riemenbänder 28 in einer Richtung entgegen der Übergaberichtung F (Förderrichtung F). Dieser die unteren Riemenbänder 28 überragende Bereich ist in einer Richtung senkrecht zur Übergaberichtung und senkrecht zur Axialrichtung A über dem endseitigen Abschnitt der als Förderband ausgebildeten Zufuhreinrichtung 20 ausgebildet. In Übergaberichtung F ist neben der Zufuhreinrichtung das Leitelement 32 und die zweiten Riemenbänder 28 angeordnet. Auf diese Weise können die Elektrodenstapelelemente 6 sicher von der Zufuhreinrichtung 20 an die Übergabeeinrichtung 22 (Übergabevorrichtung 22) übergeben, also dieser zugeführt, werden. Gemäß einer nicht weiter dargestellten Variante ist die Antriebswelle 26, über der Antriebswelle 30 angeordnet. Also sind die beiden Antriebswellen 26,30 in einer Richtung senkrecht zur Förderrichtung F übereinander angeordnet.

Optional, insbesondere auch bei der nicht weiter dargestellten Variante, sind die oberen Riemenbänder 24 gegen die unteren Riemenbänder 28 angefedert. Also ist die Übergabeeinrichtung 22 derart ausgestaltet, dass bei einer Verstellung der oberen Riemenbänder 24 von den unteren Riemenbändern 28 weg, eine Rückstellkraft in einer Richtung zu den unteren Riemenbändern 28 hin auf die oberen Riemenbänder wirkt. Zusätzlich oder alternativ hierzu sind die unteren Riemenbänder 28 gegen die oberen Riemenbänder 24 angefedert. Also ist die Übergabeeinrichtung 22 derart ausgestaltet, dass bei einer Verstellung der unteren Riemenbänder 28 von den oberen Riemenbändern 24 weg, eine Rückstellkraft in einer Richtung zu den oberen Riemenbändern 24 hin auf die unteren Riemenbänder 28 wirkt.

Die Vorrichtung 2 umfasst weiterhin einen Ausstreifer 34, welcher zum Ausstreifen der in den Fächern aufgenommenen und geförderten Elektrodenstapelelemente 6 aus den Fächern auf eine Ablage 36 dient. Die Form des Ausstreifers 34 ist derart an die Form der Fächer 16 angepasst, dass die Elektrodenstapelelemente 6 beim Anschlägen und beim Ausstreifen möglichst rechtwinklig zum Anschlagfläche 38 angeordnet sind. Insbesondere ist die Anschlagsfläche 38 eben ausgebildet. Zum Positionieren des Ausstreifers 34, insbesondere dessen Anschlagsfläche 38 bezüglich der Position und/oder Form der Fächer 16, ist der Abstand dA des Ausstreifers 34 zur Drehachse D und/oder eine Neigung des Ausstreifers 34, insbesondere dessen Anschlagfläche 38, einstellbar.

Abstand dA des Ausstreifers 34 zur Drehachse D ist dabei kleiner als der Abstand dp des drehachsenseitigen Fachendes 40 zur Drehachse D.

In der Fig. 4 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels 4 aus Elektrodenstapelelementen 6 repräsentiert. Die Elektrodenstapelelemente 6 sind rechteckig ausgebildet, und weisen unterschiedliche Kantenlängen auf. Die längeren Kanten sind dabei mit KL und die kürzeren Kanten mit KK bezeichnet.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden als Elektrodenstapelelemente 6 sogenannte Monozellen herangezogen. Diese sind in den Figuren 3a und 3b näher dargestellt. Jede der Monozellen ist ein Verbund aus einer Anode 42, einer Kathode 44, einem ersten Separator 46, der zwischen der Anode 42 und der Kathode 44 angeordnet ist, sowie einem zweiten Separator 48, der auf derjenigen Seite der Anode 42 angeordnet, ist, welcher der Kathode 44 bzw. dem ersten Separator 46 abgewandt ist. Mit anderen Worten sind die Anode 42, die Kathode 44 und die beiden Separatoren 46, 48 in einer Monozellenhochrichtung Z übereinander angeordnet. Gemäß einer nicht weiter dargestellten Alternative ist der zweite Separator 48 auf derjenigen Seite der Kathode 44 angeordnet, ist, welcher der Anode 42 bzw. dem ersten Separator 46 abgewandt ist.

Die Monozellen weisen ein rechteckige Grundfläche in einer Ebene senkrecht zur Monozellenhochrichtung Z (Stapelrichtung Z) auf. Weiterhin umfassen die Anode 42 und die Kathode 44 jeweils eine als Tab bezeichnete elektrische Kontaktierung 50, welche über die Grundfläche hinausragen. Die Separatoren 46, 48 sind überragen dabei die Anode 42 und die Kathode 44 mit Ausnahme der Tabs 50. Mit anderen Worten stehen die Separatoren 46, 48 den Elektroden 42, 44 über. Beim entlanggleiten der Monozelle an der Innenwand des jeweiligen Fachs 16, berührt somit der bzw. die Separatoren 46, 48 diese Innenwand, so dass eine Beschädigung der Elektroden 42, 44 vermieden ist.

Vorzugsweise sind die Monozellen für eine Lithium-Ionen-Batteriezelle für eine Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen und eingerichtet.

Die Herstellung des Elektrodenstapels 4 erfolgt verfahrensgemäß anhand der Vorrichtung 2 gemäß der Figuren 1 und 2.

Hierbei werden in einem ersten Schritt I die Elektrodenstapelelemente 6 anhand der Zufuhreinrichtung 20 der Übergabeeinrichtung 22 zugeführt. Dabei werden die Elektrodenstapelelemente der Übergabeeinrichtung 22 vorzugsweise derart zugeführt, dass zu jedem Zeitpunkt maximal ein einziges der Elektrodenstapelelemente anhand der Übergabeeinrichtung 22 gefördert wird, also dass lediglich ein einziges (oder kein) Elektrodenstapelelement 6 in Kontakt mit den oberen und/oder den unteren Riemenbändern 24, 28 ist.

In einem zweiten Schritt II wird ein Soll-Übergabezeitpunkt tA.soii für das jeweilige Elektrodenstapelelement 6 bestimmt. Hierzu wird die aktuelle Position desjenigen Faches 16, in welches dieses Elektrodenstapelelement 6 übergeben werden soll, die (vorzugsweise konstante) Drehgeschwindigkeit der Stapelradscheiben 10 des Stapelrads 8, sowie die Position des jeweiligen Elektrodenstapelelements 6 auf der als Förderband ausgebildeten Zufuhreinrichtung 20, sowie die (vorzugsweise konstante) Fördergeschwindigkeit der Zufuhreinrichtung 20. Hierzu umfasst die Vorrichtung 2 in nicht näher dargestellter Weise einen (Dreh-, Winkel-) Positionssensor für das Stapelrad und eine beispielsweise eine Kamera umfassende Erfassungseinrichtung zur Bestimmung der Position des jeweiligen Elektrodenstapelelements 6 auf der Zufuhreinrichtung 20.

Weiterhin wird ein erwarteter Übergabezeitpunkt tA,e für eine Förderung des jeweiligen Elektrodenstapelelements 6 mit konstanter Fördergeschwindigkeit dessen in der Übergabeeinrichtung 22, also für eine konstante Laufgeschwindigkeit der oberen und unteren Riemenbänder 24, 28, bestimmt.

In Schritt III, wird der Übergabezeitpunkt U dem Soll-Übergabezeitpunkt tA.soii und somit an die Position des Stapelrads 8 angepasst, sofern der erwartete Übergabezeitpunkt tA,e vom Soll- Übergabezeitpunkt tA.soii abweicht. Hierzu wird die Laufgeschwindigkeit der oberen und der unteren Riemenbänder 24, 28 zeitweise erhöht, was in einem früheren Übergabezeitpunkt tA resultiert, oder zeitweise reduziert, was in einem verzögerten Übergabezeitpunkt tA resultiert. Zusammenfassend wird lediglich die Laufgeschwindigkeit der Riemenbänder eingestellt. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Stapelrads 8 bleibt vorzugsweise konstant.

In Schritt IV werden die Elektrodenstapelelemente 6 entsprechend der jeweiligen Soll-Übergabezeitpunkte tA.soii anhand der Übergabeeinrichtung 22 an das Stapelrad 8 übergeben. Insbesondere wird dabei das jeweilige Elektrodenstapelelemente in Axialrichtung miteinander fluchtende Fächer 16 aller Stapelradscheiben 10 eingebracht. Zweckmäßig werden die Elektrodenstapelelemente zudem derart an das Stapelrad 8 übergeben, dass lediglich eines der Elektrodenstapelelemente 6 in das jeweilige Fach 16 und das nächstfolgende Elektrodenstapelelemente 6 in das entgegen der Umdrehungsrichtung U nächste Fach übergeben wird.

Die Elektrodenstapelelemente 6 werden dabei mit deren längeren Kante KL voraus in das jeweilige Fach 16 übergegeben.

In Schritt V werden die an das Stapelrad 8 übergebenen Elektrodenstapelelemente 6 aufgrund der Rotation des Stapelrads 8 mitgenommen und in den Bereich der Ablage 36 gefördert. Dort ist werden die Elektrodenstapelelemente 6 anhand des Ausstreifers 34 gegen eine weitere Mitnahme gehalten und aufgrund der Rotation des Stapelrads 8 aus dem jeweiligen Fach 16 aus diesem ausgestreift. Die ausgestreiften Elektrodenstapelelemente 6 werden dabei in die Ablage 36 überführt, so dass diese aufeinander abgelegt werden. Dabei ist die in der Übergabeeinrichtung 22 obere Seite im Elektrodenstapel 4 aufgrund des Umlenkens anhand des Stapelrads 8 oben angeordnet und umgekehrt. Zusammenfassend werden also die Elektrodenstapelelemente 6 anhand des Stapelrads 8 unter Bildung des Elektrodenstapels 4 aufeinander gestapelt.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können hieraus im Rahmen der Ansprüche auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen und/oder in den Ansprüchen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

Vorrichtung

Elektrodenstapel

Elektrodenstapelelement

Stapelrad

Stapelradscheibe

Antriebswelle des Stapelrads

Finger

Fach

Fördereinrichtung

Zufuhreinrichtung

Übergabeeinrichtung oberes Transportelement/Riemenband

Antriebswelle der oberen Riemenbänder / erste Antriebswelle unteres T ransportelement/Riemenband

Antriebswelle der unteren Riemenbänder / zweite Antriebswelle

Leitelement

Aussparung

Ausstreifer

Ablage

Anschlagsfläche

Fachende

Anode

Kathode , 48 Separator 50 Tab, elektrische Kontaktierung

A Axialrichtung

D Drehachse

ÖA Abstand des Ausstreifers zur Drehachse dp Abstand des Fachendes zur Drehachse

F Förderrichtung der Übergabeeinrichtung

KK kurze Kante

KL lange Kante tA Übergabezeitpunkt tA.e erwarteter Übergabezeitpunkt tA.soii Soll-Übergabezeitpunkt

U Umdrehungsrichtung

Z Monozellenhochrichtung

I Zufuhr der Elektrodenstapelelemente

II Bestimmen des Soll-Übergabezeitpunkts

III Anpassen des Übergabezeitpunktes gemäß dem Soll-Übergabezeitpunkt

IV Übergeben der Elektrodenstapelelemente in das Stapelrad

V Stapeln der Elektrodenstapelelemente anhand des Stapelrads