DE102016200496A1

DE102016200496A1 - Verfahren sowie Anlage zum Herstellen eines Zellmoduls

Info

Publication number: DE102016200496A1
Application number: DE102016200496.4A
Authority: DE
Inventors: Johannes Thannheuser; Peter Schmidt; Carola Zwicker; Johannes Schmalz; Lukas Kiefer; Thomas Krieger; Sherif Zaidan; Christoph Klaus; André Heckert; Stoll Markus
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2036-01-16
Also published as: DE102016200496B4

Abstract

Bei dem Verfahren und der Anlage (43) zur Herstellung eines Zellmoduls (25), insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, wird ein Stapel (21) von Speicherzellen (23) mit einem Band (24), insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffband, umwickelt. Hierbei werden zunächst die Speicherzellen (23) in einer Spanneinheit (10) gegeneinander verspannt. Anschließend wird der gespannte Stapel (21) zusammen mit der Spanneinheit (10) von einem Greifer (30) gegriffen und einer Bandierungsvorrichtung (44) zugeführt. Der Stapel (21) und die Bandierungsvorrichtung (44) werden zueinander automatisiert derart geführt, dass das Band (24) um den Stapel (21) gewickelt wird. Nach der Bandierung wird die Spanneinheit (10) wieder gelöst und der Stapel (21) freigegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zum Herstellen eines Zellmoduls, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, wobei hierbei ein Stapel von Speicherzellen mithilfe eines Bandes umwickelt wird.
Aus der DE 10 2014 204 737 A1 ist ein derartiger, mithilfe eines faserverstärkten Kunststoffbandes umwickelter Stapel von Speicherzellen für einen Hochvoltspeicher eines Kraftfahrzeugs zu entnehmen.
Die Umwicklung des Stapels dient zum Verspannen des Stapels, um die einzelnen Speicherzellen kompakt in definierter Lage zueinander zu halten und um eine Ausdehnung des Stapel infolge beispielsweise von Entlade- und Ladezyklen während des Betriebes möglichst zu vermeiden.
Herkömmlich wurden die Stapel in einen Metallrahmen eingeschweißt. Durch die Verwendung eines faserverstärkten Bandes gemäß der DE 10 2014 204 737 A1 wird zum Einen der Vorteil einer Gewichtseinsparung im Vergleich zu herkömmlichen Metall-Spannrahmen erzielt. Zum Anderen lässt sich mit der Bandierung eine einfachere Anpassung an unterschiedliche Stapelgrößen umsetzen.
Bei den vorliegend interessierenden Speicherzellen handelt es sich insbesondere um Lithium-Ionen Speicherzellen, speziell prismatische Speicherzellen, die insgesamt zu einem quaderförmigen Stapel zur Ausbildung des Zellmoduls zusammengefasst sind. Mehrere solcher Zellmodule werden üblicherweise in einer Speichereinheit zur Ausbildung eines Hochvolt-Speichers speziell zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug angeordnet.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und effiziente Fertigung derartiger Zellmodule zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Zellmoduls mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sinngemäß auch auf die Anlage zu übertragen. Hierbei wird zur Ausbildung eines Zellmoduls ein Stapel von Speicherzellen, insbesondere Lithium-Ionen-Speicherzellen, mithilfe eines Bandes umwickelt, insbesondere ein Kunststoffband, speziell ein faserverstärktes Kunststoffband. Bei dem Kunststoff des Bandes handelt es sich vorzugsweise um einen thermoplastischen Kunststoff. Alternativ kann auch ein insbesondere faserverstärktes Klebeband eingesetzt werden, wie es in der DE 2014 204 737 A1 beschrieben ist. Um ein automatisiertes Wickeln zu ermöglichen, nachfolgend auch als Bandierung bezeichnet, werden die Speicherzellen des Stapels zunächst in einer Spanneinheit gegeneinander verspannt. Schließlich wird der gespannte Stapel gemeinsam mit der Spanneinheit von einem Greifer gegriffen und einer Bandierungsvorrichtung zugeführt. Schließlich werden der gespannte Stapel und die Bandierungsvorrichtung relativ zueinander und automatisiert derart geführt, dass das Band automatisiert um den gespannten Stapel gewickelt wird, sodass der Stapel nach der Bandierung vom Band im gespannten Zustand gehalten wird. Schließlich wird nach der Bandierung die Spanneinheit wieder gelöst und der Stapel wird für nachfolgende Konfektionierungsschritte freigegeben. Insbesondere werden mehrere derartige Stapel oder Zellmodule in eine Speichereinheit zur Ausbildung eines Hochvoltspeichers für ein Kraftfahrzeug zusammengefügt. Das Greifen des gespannten Stapels, die Bandierung sowie das anschließende Freigeben des bandierten Stapels erfolgen dabei insbesondere vollautomatisch ohne manuelle Eingriffe.
Durch die beschriebene Prozessabfolge mit dem Spannen der Speicherzellen in einer Spanneinheit und dem anschließenden Greifen und Zuführen zu der Bandierungsvorrichtung gemeinsam mit der an dem Stapel befindlichen Spanneinheit wird eine einfache automatisierte Fertigung ermöglicht. Durch die Spanneinheit wird nämlich – unabhängig von dem Greifer – der Stapel der Speicherzellen im gespannten Zustand zuverlässig gehalten, bis die erforderliche Spannkraft von dem Band aufgenommen wird.
Hierdurch wird insgesamt ein prozesssicheres automatisiertes und zuverlässiges Bandieren des Stapels erreicht. Von besonderem Vorteil ist weiterhin, dass das Verfahren und auch die Anlage ohne besondere Anpassungen für unterschiedliche Modulgrößen des Zellmoduls geeignet sind, dass also für unterschiedliche Modulgrößen keine unterschiedlichen Anlagenkomponenten erforderlich sind. Insgesamt ist dadurch ein kostengünstiges und effizientes Herstellverfahren auch für eine Serienfertigung erreicht.
Zum Verspannen des Stapels in der Spanneinheit weist die Anlage weiterhin zweckdienlicherweise eine Vorspanneinrichtung auf. Die Spanneinheit umfasst zudem ein Spannelement, insbesondere ein Federelement. Über dieses Spannelement wird die Spannkraft auf den Stapel ausgeübt. Innerhalb der Vorspanneinrichtung wird nunmehr das Spannelement vorgespannt, anschließend wird der Stapel eingelegt und verspannt. Schließlich wird die Spanneinheit mit dem darin gespannten Stapel mithilfe des Greifers aus der Vorspanneinrichtung entnommen. Über das Spannelement ist daher der Stapel während des Bandierungsvorgangs durch die vorzugsweise passiv wirkende Federkraft des Spannelements gespannt. Durch die Vorspanneinrichtung, die allgemein zum Vorspannen des zumindest einen Spannelements ausgebildet ist und hierbei insbesondere Klemmbacken der Spanneinheit auseinanderzieht, wird zunächst das Einlegen des ungespannten Zellstapels bzw. der einzelnen Speicherzellen ermöglicht. Auch dieser Teilprozess ist daher in einfacher Weise automatisiert umsetzbar und erfolgt vorzugsweise ohne manuelle Interaktion.
Um das automatisierte Vorspannen prozesssicher zu gewährleisten weist die Vorspanneinrichtung in zweckdienlicher Ausgestaltung eine Vorspanneinheit mit einem Greifelement auf. Dieses greift das Spannelement zum Zwecke des Vorspannens vorzugsweise automatisch beim Einlegen der Spanneinheit in die Vorspanneinrichtung. Das Spannelement weist ein korrespondierendes Greifelement auf. In bevorzugter Ausführungsvariante handelt es sich bei dem Greifelement-Paar um eine Aufnahme, insbesondere eine Ringöse, sowie ein Eingriffselement, insbesondere ein Bolzen, Stift oder eine Kralle. Speziell ist das Greifelement-Paar zu einem wechselseitigen formschlüssigen Greifen ausgebildet. Durch die Vorspanneinheit wird das Spannelement in einen gespannten Zustand überführt.
Beim automatisierten Prozessablauf wird die Spanneinheit daher an definierter Position innerhalb der Vorspanneinrichtung abgelegt. Hierzu weist die Vorspanneinrichtung insbesondere einen Halter auf, welcher beispielsweise als eine Ablage(-Platte) ausgebildet ist.
Nach der Bandierung wird der mit dem Band umwickelten Stapel wieder zurück in die Vorspanneinrichtung gebracht und dort insbesondere automatisiert freigegeben.
Dies erfolgt in vergleichbarer Weise wie das automatisierte Vorspannen des Spannelements und Einspannen des Stapels: Mithilfe der zueinander korrespondierenden Greifelemente der Vorspanneinheit und des Spannelements wird das Spannelement wieder (auf-)gespannt, wodurch der Stapel freigegeben wird.
Zweckdienlicherweise ist weiterhin an zumindest einer Endseite und vorzugsweise an beiden gegenüberliegenden (Stirn-)Endseiten des Stapels eine Druckplatte angeordnet. Diese ist weiterhin vorzugsweise jeweils mithilfe eines Klemmbackens der Spanneinheit gegen den Stapel gepresst. Hierdurch werden die von der Spanneinheit ausgeübten Spann- und Presskräfte möglichst gleichmäßig und vollflächig über die gegenüberliegenden Stirnseiten auf den Stapel übertragen. Die hierzu erforderlichen Klemmbacken der Spanneinheit ragen hierbei nur über eine begrenzte Höhe des Stapels, um beim nachfolgenden Bandierungsvorgang nicht zu stören. Die Klemmbacken überlappen beispielsweise den Stapel nur maximal bis zu einem Drittel und vorzugsweise maximal bis zu einem Viertel seiner Höhe.
In bevorzugter Weiterbildung weist die Druckplatte randseitige Erhebungen zur Aufnahme von Befestigungselementen für eine spätere Montage des Zellmoduls auf. Zwischen zwei gegenüberliegenden derartigen Erhebungen wird das Band hindurchgeführt. Die beiden Erhebungen definieren daher einen Zwischenraum nach Art einer Nut für das Band. Das Band wird daher an einer Querseite der Druckplatte zwischen zwei Erhebungen durchgeführt.
Ergänzend ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass die Druckplatte insgesamt an ihren vier Ecken jeweils eine Erhebung hat und dass zwischen zwei in Längsrichtung voneinander beabstandeten Erhebungen eine Klemmbacke der Spanneinheit eingreift.
Die Druckplatte selbst ist dabei vorzugsweise ohne Befestigungselemente wie Schrauben, Klemmen etc. am Stapel anliegend angeordnet. Im Bereich des Bandes definiert die Druckplatte vorzugsweise eine unterbrechungsfreie Oberfläche.
Weiterhin ist die Druckplatte zweckdienlicherweise aus Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff und speziell aus Polyamid. Durch diese Materialwahl ist insbesondere eine gute Erstlagen-Fixierung des (Kunststoff-)Bands, insbesondere durch Schweißen, gewährleistet, was z.B. bei der Verwendung von Metall oder auch duroplastischen Kunststoffen in der Regel nicht möglich ist.
Um eine Beschädigung des Bandes im Kantenbereich zu vermeiden weist die Druckplatte randseitig abgerundete Kanten auf.
Die Druckplatte wird vor Beginn der Bandierung, an der Stirnseite des Stapels fixiert, insbesondere angeklebt, beispielsweise durch eine Klebefolie oder auch einen sonstigen Kleber.
Im Hinblick auf eine automatisierte Bandierung ist der Greifer vorzugsweise an einer Roboterhand eines Industrieroboters befestigt. Bei dem Industrieroboter handelt es sich allgemein um einen Gelenkarmmechanismus, mit dessen Hilfe der Greifer und damit der Stapel frei im Raum bewegt werden kann. Insbesondere handelt es sich um einen zumindest sechsachsigen Industrieroboter. Die Roboterhand ist üblicherweise über ein Gelenk um mehrere Achsen drehbar an einem Roboterarm gelagert. Grundsätzlich ist ein Umwickeln auch bei nur einer Achse möglich, um die der Greifer gedreht wird.
Aufgrund der freien Steuerbarkeit derartiger Industrieroboter wird in zweckdienlicher Weiterbildung die Spanneinheit mit dem darin eingespannten Stapel an der feststehenden Bandierungsvorrichtung durch geeignete Bewegungsoperationen während der Bandierung vorbeigeführt. Diese Bewegungsoperationen umfassen insbesondere Drehbewegungen, aber auch translatorische Bewegungen. Durch die Bewegung des Stapels wird das Band vorzugsweise automatisch von der Bandierungsvorrichtung abgezogen. Es ist also kein zusätzlicher Antrieb für das Band erforderlich.
Insbesondere zu Beginn des Bandierungsvorgangs wird in bevorzugter Ausgestaltung das Band am Stapel durch einen Fixierungsvorgang fixiert. Dies erfolgt insbesondere durch ein Anschweißen des Bandes am Stapel und insbesondere an einer der Druckplatten. Insbesondere durch die Ausgestaltung des Bandes als (faserverstärktes) Kunststoffband und der Ausgestaltung der Druckplatte aus Kunststoff ist ein Verschweißen dieser Elemente miteinander durch einfaches Erwärmen möglich, bei dem zumindest eines und vorzugsweise beide dieser Teile zumindest an ihrer Oberfläche angeschmolzen werden. Insgesamt wird durch das Verschweißen eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Band und der Druckplatte ausgebildet. Alternativ zum Schweißen kann das Band auch angeklebt oder klemmend befestigt werden.
Zweckdienlicherweise sind keine weiteren Fixierungsvorgänge des Bandes am Stapel vorgesehen. Das Band ist daher ausschließlich durch den Fixierungsvorgang, vorzugsweise durch das Schweißen, am Stapel befestigt.
In zweckdienlicher Weiterbildung wird das Band weiterhin vor dem Bandieren und insbesondere kontinuierlich während des gesamten Bandierungsprozesses vorerwärmt und insbesondere zumindest an seiner Oberfläche angeschmolzen. Durch diese Maßnahme wird allgemein die Oberfläche des Bandes klebrig, sodass sie nicht nur mit der Druckplatte verschweißt sondern beispielsweise auch eine Haftung zu zwischen den Druckplatten liegenden Seitenabschnitten eingeht. Das kontinuierliche Wärmen hat weiterhin den Vorteil, dass bei einer mehrlagigen Bandierung eine Fixierung zwischen aufeinander folgenden Lagen erfolgt, insbesondere eine Verschweißung, also eine stoffschlüssige Verbindung.
Alternativ ist auf ein Vorerwärmen verzichtet. Das Band wird insbesondere nicht angeschmolzen. Weiterhin werden die verschiedenen Lagen auch nicht zwingend mit den Druckplatten (ggf. bis auf eine Erstlagenfixierung zumindest an einer der Druckplatten) und / oder untereinander verschmolzen. Im Vergleich zu einer Vorerwärmung können in diesem Fall z.B. höhere Prozessgeschwindigkeiten erreicht werden.
Um dies in einfacher Weise zu gewährleisten weist die Bandierungsvorrichtung eine Erwärmungszone auf, die nachfolgend zu einer Abwickeleinheit für das Band angeordnet ist. Das Band durchläuft während der Bandierung kontinuierlich die Erwärmungszone, so dass das Band darin vorerwärmt und insbesondere angeschmolzen wird.
Weiterhin zeichnet sich die Bandierungsvorrichtung in zweckdienlicher Ausgestaltung durch eine Bremseinheit für das Band auf. Durch das Abziehen des Bandes von der Abwickeleinheit in Kombination mit der Bremseinheit wird dadurch das Band vorgespannt, sodass insgesamt der Stapel mit einer hohen Spannkraft gespannt wird.
Die Bremseinheit weist hierbei zumindest zwei Laufrollen auf, zwischen denen das Band verläuft, wobei einer der Laufrollen abgebremst wird.
Weiterhin umfasst die Bandierungsvorrichtung eine Anpressrolle, mit deren Hilfe das Band bei der Bandierung gegen den Stapel gepresst wird. Hierdurch wird eine zuverlässige Anlage des Bandes am Stapel gewährleistet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in teilweise vereinfachten Darstellungen:
1 eine Seitenansicht einer Vorspanneinrichtung mit Spanneinheit und darin einliegendem Stapel,
2 eine perspektivische Aufsicht auf die Vorspanneinrichtung mit darin angeordneter Spanneinheit,
3 eine Draufsicht auf die Unterseite der Spanneinheit,
4A, 4B Seitenansichten einer Druckplatte,
5 eine Schnittansicht durch einen Greifer,
6A eine ausschnittsweise vereinfachte Darstellung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Industrieroboter, einem Greifer mit daran gehaltener Spanneinheit und einer Bandierungsvorrichtung in einer perspektivischen Darstellung,
6B die Anlage gemäß 6A in einer Seitenansicht,
7 eine Schnittdarstellung einer Bremseinheit für das Band.
In den Figuren sich gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in den 1 und 2 dargestellte Vorspanneinrichtung 2 weist eine Grundplatte 4 auf, auf der eine Vorspanneinheit 6 sowie im Ausführungsbeispiel als Tragstelen ausgebildete Halter 8 angeordnet sind. Auf den Haltern 8 ist eine Spanneinheit 10 abgelegt. Im Ausführungsbeispiel sind die Halter dabei derart ausgebildet, dass sie bezüglich der Grundplatte 4 geneigt sind.
Die Spanneinheit 10 weist eine Montageplatte 12 auf, an deren Unterseite im Ausführungsbeispiel zwei als Gasfedern, insbesondere Gaszugfedern ausgebildete Spannelemente 14 angeordnet sind. Diese sind mit ihrem einen Ende an der Montageplatte 12 fixiert und ihr anderes Ende ist mit einer ersten Klemmbacke 16A verbunden, die relativ zur Montageplatte 12 verschiebbar ist. Sie ist an dieser über teleskopartige Auszugselemente, beispielsweise in die Montageplatte 12 eingelassene Führungsstangen, verschieblich gelagert. Gegenüberliegend der ersten Klemmbacke 16A weist die Spanneinheit 10 eine zweite Klemmbacke 16B auf. An der ersten Klemmbacke 16A sind weiterhin Greifelemente angeordnet, die im Ausführungsbeispiel als Ringösen 18 ausgebildet sind.
Korrespondierend hierzu weist die Vorspanneinheit 6 ebenfalls ein Greifelement 20 auf, welches Bolzen umfasst, die in die Ringösen 18 eingreifen. Das Greifelement 20 ist an Spannkolben der Vorspanneinheit 6 angeordnet. Über die Vorspanneinheit 6 wird eine Spannkraft, insbesondere Zugkraft, auf die Spannelemente 14 ausgeübt, so dass diese vorgespannt werden. Hierbei werden die beiden Klemmbacken 16A, 16B etwas auseinandergezogen. Bei der Vorspanneinheit 6 handelt es sich insbesondere um eine pneumatische Einheit, sodass also die Spannelemente 14 pneumatisch vorgespannt werden.
In der 1 ist weiterhin bereits ein Stapel 21 mit einer Vielzahl von einzelnen prismatischen Speicherzellen 23 illustriert. Beidendseitig weist der Stapel jeweils eine Druckplatte 22 auf, zwischen denen letztendlich die Speicherzellen 23 eingespannt werden. Der gesamte Stapel 21 wird – wie nachfolgend näher beschrieben – mithilfe eines Bandes 24 umwickelt und im verspannten Zustand über dieses Band 24 gehalten. Bei diesem handelt es sich um ein insbesondere faserverstärktes Kunststoffband. Dieses ist in 1 gestrichelt dargestellt. Der mit dem Band 24 umwickelte Stapel 21 bildet ein Zellmodul 25.
Bei der Druckplatte 22 handelt es sich insbesondere um eine Kunststoff-Druckplatte, welche an den vier Eckbereichen Erhebungen 26 nach Art von Stegen aufweist. In diese Erhebungen 26 sind insbesondere Bohrungen eingebracht, in die dann Schrauben zum Befestigen des Stapels in einer Speichereinheit (Hochvoltspeicher) eingebracht sind. Allgemein erfolgt die Montage des Zellmoduls in der Speichereinheit über die Druckplatten 22.
Die 4A zeigt eine Seitenansicht auf eine Querseite der Druckplatte. Zwischen den beiden gegenüberliegenden Erhebungen 26 wird das Band 24 hindurchgeführt.
4B zeigt eine Seitenansicht auf eine Längsseite der Druckplatte 22. Zwischen den beiden gegenüberliegenden Erhebungen 26 an der Längsseite greifen die beiden Klemmbacken 16A, 16B ein.
Weiterhin ist in 5 eine Schnittdarstellung eines Greifers 30 dargestellt, mit dessen Hilfe der Stapel 21 gegenüberliegend zur Spanneinheit 10 im oberen des in 1 dargestellten Bereichs gegriffen wird.
Der Greifer 30 weist hierzu ebenfalls zwei gegenüberliegende Klemmbacken 32A, 32B auf, wobei wiederum eine der beiden Klemmbacken 32A insbesondere mittels einer Pneumatikeinheit 34 gegen die gegenüberliegende feststehende Klemmbacke 32B verschoben werden kann. Die verschiebbare Klemmbacke 32A ist hierbei insbesondere an einer Führungsschiene 36 einer Linearführung des Greifers 30 geführt. An der Oberseite weist der Greifer 30 weiterhin eine Befestigungsplatte 38 zur Befestigung an einer Roboterhand 40 (6B) eines Industrieroboters 42 auf.
Eine Anlage 43 zum automatisierten Bandieren gemäß den 6A, 6B weist den Industrieroboter 42, den Greifer 30, die durch ihn gehaltene Spanneinheit 10, die (in den 6A, 6B nicht dargestellten) Vorspanneinrichtung 2 sowie weiterhin eine Bandierungsvorrichtung 44 auf. Diese weist eine Abwickeleinheit 46, eine Erwärmungszone 48 sowie eine an einem Arm gelagerte Anpressrolle 50 auf. Die Abwickeleinheit 46 weist weiterhin eine in 7 im Schnitt dargestellte Bremseinheit 52 auf. Die Bremseinheit 52 dient zum Vorspannen des Bandes 24. Hierzu umfasst die Bremseinheit 52 eine Führungsrolle 54 sowie zwei Laufrollen 56. Das Band 24 ist jeweils zwischen der Führungsrolle 54 und einer der Laufrollen hindurchgeführt. Die beiden Laufrollen 56 sind dabei gegen die Führungsrolle 54 gepresst, vorzugsweise mithilfe von Dämpferelementen 58. Die Laufrollen 56 sind daher quasi durch eine variable Aufhängung befestigt, wodurch insgesamt eine auf das Band 24 ausgeübte Vorspannkraft variiert werden kann. Die eingestellte Vorspannkraft zur Vorspannung des Bandes 24 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 10 bis 20 N
Das Verfahren zum automatisierten Bandieren des Stapels 21 ist wie folgt:
In einem ersten Schritt werden die einzelnen Speicherzellen 23 zusammen mit den Druckplatten 22 in die Spanneinheit 10 eingelegt (1). Hierzu werden zunächst mithilfe der Vorspanneinheit 6 die Spannelemente 14 vorgespannt. Die beiden Klemmbacken 16A, 16B befinden sich daher im geöffneten Zustand, sodass die einzelnen Speicherzellen 23 und die Druckplatten 22 einfach eingelegt werden können. Das Bestücken der Spanneinheit 10 mit Speicherzellen 23 und den Druckplatten 22 erfolgt vorzugsweise ebenfalls in hier nicht näher dargestellter Weise automatisiert ohne manuelle Interaktion.
Anschließend wird die Verbindung zwischen Greifelement 20 und Ringösen 18 gelöst, sodass durch die vorgespannten Spannelemente 14 der Stapel 21 in der Spanneinheit 10 zwischen den Klemmbacken 16A, 16B eingespannt wird.
Im nächsten Schritt verfährt der Greifer 30 mithilfe des Industrieroboters 42 an die Vorspanneinrichtung 2 und der Stapel 21 wird mit den Klemmbacken 32A, 32B des Greifers 30 gegenüberliegend der Spanneinheit 10 gegriffen. Anschließend wird der Stapel 21 zusammen mit der Spanneinheit 10 aus der Vorspanneinrichtung 2 entnommen und zu der Bandierungsvorrichtung 44 geführt.
Anschließend wird in einem ersten Schritt ein Endstück des Bandes 24 an einer der beiden Druckplatten 22 fixiert. Hierzu wird das Band 24 und insbesondere auch die Druckplatte 22 erwärmt, sodass jeweils der Kunststoff etwas anschmilzt. Das Band 24 wird gegen die Oberfläche der Druckplatte 22 gepresst, sodass eine stoffschlüssige (Schweiß-)Verbindung ausgebildet wird.
Nachfolgend wird der Stapel 21 mithilfe des Greifers 30 an der feststehenden Bandierungsvorrichtung 44 geeignet entlanggeführt, sodass das Band sukzessive um den Umfang des Stapels 21 herum abgewickelt wird. Der Stapel 21 wird hierbei von dem Greifer 30 insbesondere auch rotiert und an der (feststehenden) Anpressrolle 50 mit seiner Umfangsseite entlanggeführt.
Das Band 24 durchläuft kontinuierlich die Erwärmungszone 48, in der zumindest die Oberfläche des Bandes 24 angeschmolzen wird. Das Band 24 wird vorzugsweise in mehreren Lagen um den Stapel 21 gewickelt. Beim Bandierungsvorgang wird dabei das Band 24 mithilfe der Anpressrolle 50 gegen den Stapel 21 gepresst. Innerhalb der Erwärmungszone 48 wird das Band insgesamt auf eine Temperatur oberhalb von 200°C, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich zwischen 240° und 300°C erwärmt. Die Erwärmungszone 48 ist insgesamt insbesondere nach Art eines Ofens ausgebildet.
Um eine ausreichende Zugspannung für das Band 24 zu erhalten, durchläuft dieses vor dem Eintritt in die Erwärmungszone 48 noch die in der 7 dargestellte Bremseinheit 52.
Nach dem Ende des Bandierungsvorgangs wird das Band 24 zunächst abgetrennt. Anschließend verfährt der Greifer 30 mit dem bandierten Stapel 21 wieder zur Vorspanneinrichtung 2 zurück, legt dort die Spanneinheit 10 mit dem bandierten Stapel 21 ab. Vorzugsweise insbesondere derart, dass beim Ablegen automatisch die Greifelemente 20 in die Ringösen 18 eingreifen. Mithilfe der Vorspanneinheit 6 werden dann die Spannelemente 14 wieder gespannt, sodass der bandierte Stapel 21 freigegeben wird. Anschließend wird dieser aus der Spanneinheit 10 insbesondere wiederum automatisiert beispielsweise mithilfe eines zweiten Roboters entnommen.
Durch die hier beschriebene Anlage 43 ist insgesamt ein prozesssicheres automatisiertes Bandieren eines Stapels 21 ermöglicht. Gleichzeitig ist durch den speziellen Aufbau der hier gewählten Komponenten die gesamte Anlage universell für unterschiedliche Stapelgrößen flexibel einsetzbar, d.h. die Anlage ist problemlos für unterschiedliche Stapelgrößen skalierbar.
Durch die Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffbandes 24 in Kombination mit den Kunststoff-Druckplatten 22 wird – im Unterschied zu der Verwendung von herkömmlichen Metallrahmen – zunächst eine deutliche Gewichtsersparnis erreicht. Darüber hinaus ist mit dem hier gewählten Aufbau auch eine Bandierung mit einer hohen Band-Vorspannung gewährleistet, sodass während des Betriebs Lageänderungen der einzelnen Speicherzellen 23 zumindest weitgehend vermieden sind.
Die hohe Anlagenflexibilität zur Behandlung von unterschiedlich großen Zellmodulen wird insbesondere auch durch die gewählte Robotertechnik mit geeigneter Robotersteuerung und der flexiblen Greiftechnik einerseits der Spanneinheit 10 und andererseits auch des Greifers 30 erzielt.
Bezugszeichenliste

2: Vorspanneinrichtung
4: Grundplatte
6: Vorspanneinheit
8: Halter
10: Spanneinheit
12: Montageplatte
14: Spannelemente
16A: erste Klemmbacke
16B: zweite Klemmbacke
18: Ringöse
20: Greifelement
21: Stapel
22: Druckplatte
23: Speicherzellen
24: Band
25: Zellmodul
26: Erhebung
30: Greifer
32A, B: Klemmbacken
34: Pneumatikeinheit
36: Führungsschiene
38: Befestigungsplatte
40: Roboterhand
42: Industrieroboter
43: Anlage
44: Bandierungsvorrichtung
46: Abwickeleinheit
48: Erwärmungszone
50: Anpressrolle
52: Bremseinheit
54: Führungsrolle
56: Laufrolle
58: Dämpferelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014204737 A1 [0002, 0004]
DE 2014204737 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Zellmoduls (25) insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, bei dem ein Stapel (21) von Speicherzellen (23) mithilfe eines Bandes (24), insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffband, umwickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Speicherzellen (23) des Stapel (21) in einer Spanneinheit (10) gegeneinander verspannt werden, – der gespannte Stapel (21) von einem Greifer (30) gegriffen und einer Bandierungsvorrichtung (44) zugeführt wird, – der gespannte Stapel (21) und die Bandierungsvorrichtung (44) relativ zueinander automatisiert derart geführt werden, sodass das Band (24) um den gespannten Stapel (21) gewickelt wird und den Stapel (21) nach der Bandierung im gespannten Zustand hält, – anschließend die Spanneinheit (10) gelöst und der Stapel (21) freigegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinheit (10) ein Spannelement (14) zur Ausübung der Spannkraft auf den Stapel (21) aufweist, wobei das Spannelement (14) in einer Vorspanneinrichtung (2) vorgespannt wird, der Stapel (21) eingelegt und verspannt wird und anschließend die Spanneinheit (10) mit dem darin gespannten Stapel (21) mithilfe des Greifers (30) aus der Vorspanneinrichtung (2) genommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (2) zum automatisierten Vorspannen des Spannelements (14) eine Vorspanneinheit (6) mit einem Greifelement (20) aufweist, welches vorzugsweise beim Einlegen der Spanneinheit (10) in die Vorspanneinrichtung (2) das Spannelement (14) automatisch greift.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bandierung die Spanneinheit (10) wieder in die Vorspanneinrichtung (2) zum automatisierten Freigeben des Stapels (21) gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einer Endseite des Stapels (21) eine Druckplatte (22) angeordnet ist, welche mithilfe eines Klemmbackens (16A, 16B) der Spanneinheit (10) gegen den Stapel (21) gepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (22) randseitige Erhebungen (26) aufweist und das Band (24) zwischen zwei Erhebungen (26) verlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmbacke (16A, 16B) zwischen zwei Erhebungen (26) eingreift.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (22) aus Kunststoff besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (30) an einer Roboterhand (40) eines Industrieroboters (42) befestigt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandierungsvorrichtung (44) ortsfest angeordnet ist und die Spanneinheit (10) mit dem darin eingespannten Stapel (21) zur Bandierung mithilfe des Greifers (30) gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (24) zu Beginn der Bandierung mit der Druckplatte (22) verschweißt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (24) vor dem Bandieren angeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandierungsvorrichtung (44) eine Abwickeleinheit (46) für das Band (24) sowie nachfolgend eine Erwärmungszone (48) aufweist und das Band (24) während der Bandierung kontinuierlich durch die Erwärmungszone (48) läuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandierungsvorrichtung (44) eine Bremseinheit (52) für das Band (24) aufweist, sodass das Band (24) durch das Abziehen von der Bandierungsvorrichtung (44) beim Bandieren vorgespannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandierungsvorrichtung (44) eine Anpressrolle (50) aufweist, mit deren Hilfe das Band (24) bei der Bandierung gegen den Stapel (21) gepresst wird.
Anlage (43) zum Herstellen eines Zellmoduls (25) insbesondere für ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zum automatisierten Umwickeln eines Stapels (21) von Speicherzellen (23) mit einem Band (24) ausgebildet ist, und hierzu aufweist: – eine Spanneinheit (10), in der die Speicherzellen (23) des Stapels (21) gegeneinander verspannbar sind, – eine Bandierungsvorrichtung (44) zur Umwicklung des Stapels (21) mit einem Band (24), – einen Greifer (30) zum Greifen des in der Spanneinheit (10) gespannten Stapels (21) und zum Zuführen desselben zu der Bandierungsvorrichtung (44), wobei der Greifer (30) und die Bandierungsvorrichtung (44) relativ zueinander derart automatisiert führbar sind, dass das Band (24) um den gespannten Stapel (21) gewickelt wird.