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Die Erfindung betrifft eine Formationsanlage zur Formation von Batteriezellen, mit zumindest einer Formationskammer innerhalb der eine Kontaktierungseinheit zur Kontaktierung der Batteriezellen für die Formation angeordnet ist und einer Zustellvorrichtung, mit der auf einem Werkstückträger angeordnete Batteriezellen von außerhalb der Formationskammer in den lichten Raum der Formationskammer einfahrbar und ausfahrbar sind.
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Die Formation bezeichnet die ersten Lade- und Entladevorgänge einer Batteriezelle unmittelbar im Anschluss an die sogenannte Assemblierung der Batteriezelle. Zur Formation werden ein Vielzahl einzelner Batteriezellen auf speziellen Warenträgern oder auch Werkstückträger gespannt und in Formationskammern eingefahren und dort über Federkontaktstifte gegen jeweilige Kontaktierungseinheiten beaufschlagt beziehungsweise kontaktiert. Während dieser Kontaktierung erfolgt die Formation, die in einer Größenordnung von 12 bis 24 Stunden dauern kann. Die Formationskammern sind in einer Anordnung aufgereiht und gestapelt, die mit einem Hochregallager vergleichbar ist. Auch das Anfahren und das Einfahren der mit den Batteriezellen bestückten Werkstückträgern in die Formationskammern erfolgt, wie im Bereich von Hochregallagern üblich, mit Regalbediengeräten. Allerdings ist es im Falle der Formation erforderlich, dass der Werkstückträger, nachdem er in den lichten Raum einer Formationskammer eingefahren wurde, eine positionsgenaue Beaufschlagung gegen die Kontaktierungseinheit erfährt. Die Kontaktierungseinheit ist regelmäßig in einem oberen Bereich der Kontaktierungszelle angeordnet, so dass in diesem Fall der Werkstückträger nach vertikal oben gegen die Kontaktierungseinheit zugestellt werden muss. Herkömmlich wird dies dadurch realisiert, dass in jeder Formationskammer eine eigene Zustellaktuatorik angeordnet ist, die den eingefahrenen Werkstückträger gegen die Kontaktierungseinheit zustellt und dauerhaft beaufschlagt. Bei dieser herkömmlichen Formationsanlage wird demnach diese kammerbezogene Zustellaktuatorik entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Formationskammern benötigt. Dies bedeutet einen entsprechenden mechanischen und steuerungstechnischen Aufwand.
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Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin eine Formationsanlage bereitzustellen, die den zuvor skizzierten Randbedingungen Rechnung trägt und den mechanischen und steuerungstechnischen Aufwand reduziert.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Formationsanlage zur Formation von Batteriezellen, umfassend zumindest eine Formationskammer innerhalb der eine Kontaktierungseinheit zur Kontaktierung der Batteriezellen für die Formation angeordnet ist, eine mehrachsig bewegliche Zustellvorrichtung, mit der auf einem Werkstückträger angeordnete Batteriezellen von außerhalb der Formationskammer in den lichten Raum der Formationskammer einfahrbar und ausfahrbar sind und mit der die Batteriezellen innerhalb des lichten Raumes der Formationskammer mittelbar über den Werkstückträger in eine Kontaktierungsstellung gegen die Kontaktierungseinheit beaufschlagbar sind.
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Durch die erfindungsgemäße Formationsanlage fällt das Erfordernis weg, für jede Formationskammer eine eigene Zustellaktuatorik bereitstellen zu müssen. Vielmehr ergibt sich erfindungsgemäß der Vorteil, dass für jeden Gang zwischen beidseitig aufgereihten und aufgestapelten Formationszellen lediglich eine Zustellvorrichtung vorgehalten werden muss, die die Werkstückträger in die Formationskammern einfährt und unmittelbar anschließend den jeweiligen Werkstückträger gegen die Kontaktierungseinheit zustellt und beaufschlagt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Verriegelungseinheit vorgesehen ist, die den Werkstückträger in der Kontaktierungsstellung verriegelt. Bevorzugt ist die Verriegelungseinheit eine Baueinheit der Formationskammer. Durch die Verriegelungseinheit ist gewährleistet, dass der Werkstückträger für den Zeitraum der Formation sicher und positionsgenau in der Kontaktierungsstellung gehalten ist. Insbesondere ist hierdurch die Voraussetzung geschaffen, dass die Zustellvorrichtung nicht an die Formationskammer gebunden ist, sondern sich aus dem lichten Raum der gerade mit einem Werkstückträger bestückten Formationskammer ausfahren kann und eine weitere Formationskammer mit einem weiteren Werkstückträger bestücken kann. In konkreter Ausgestaltung kann die Verriegelungseinheit eine Klinkenanordnung umfassen, die einen Bewegungsraum des Werkstückträgers zu der von Kontaktierungseinheit abgewandten Seite versperrt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verriegelungseinheit zumindest mittelbar über die Zustellvorrichtung von einer verriegelten Stellung in eine entriegelte Stellung überführbar ist. Hierdurch ist es möglich die Verriegelungseinheit konstruktiv einfach auszugestalten, da auf eine aufwändige Mechanik und Steuerung zur Entriegelung verzichtet werden kann. Bevorzugt tritt die Zustellvorrichtung derart mit der Klinkenanordnung in eine Wirkverbindung, dass die Klinkenanordnung den Bewegungsraum des Werkstückträgers zu der von Kontaktierungseinheit abgewandten Seite wieder freigibt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zustellvorrichtung zwei unabhängig voneinander in den lichten Raum der Formationskammer einfahrbare Verfahreinheiten aufweist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine erste Verfahreinheit bereitgestellt, die eine eher geringe Positioniergenauigkeit haben kann und vielmehr auf das Tragen der hohen Last des Werkstückträgers ausgelegt ist. Die zweite Verfahreinheit kann demgegenüber dahingehend ausgelegt, dass sie eine hohe Positioniergenauigkeit aufweist, dies allerdings in Verbindung mit einem Abstützen der Traglast zumindest mittelbar an der Formationskammer. Bevorzugt ist für die zweite Verfahreinheit vorgesehen, dass sie den Werkstückträger in die Kontaktierungsstellung beaufschlagt. In konkreter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Verfahreinheit den Werkstückträger entlang einer vertikal beweglichen Linearführung in die Kontaktierungsstellung beaufschlagt. Hier wird die Traglast des Werkstückträgers über die Verfahreinheit und die Linearführung an die Formationskammer abgegeben.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Zustellen eines mit Batteriezellen bestückten Werkzeugträgers in eine Formationsanlage mit einer Anlage wie beschrieben, mit den Schritten:
- • Einfahren des Werkzeugträgers in den lichten Raum der Formationskammer mittels der Zustellvorrichtung;
- • Kontaktieren der Batteriezellen mittelbar über den Werkstückträger in die Kontaktierungsstellung gegen die Kontaktierungseinheit mittels der Zustellvorrichtung.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Verriegeln des Werkzeugträgers in der Kontaktierungsstellung vor.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Entriegeln des Werkzeugträgers mittels der Zustellvorrichtung vor.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Einfahren des Werkzeugträgers in den lichten Raum der Formationskammer mittels einer der beiden Verfahreinheiten vor.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen
- 1 eine Formationsanlage exemplarisch anhand einer Formationskammer und einer Zustellvorrichtung;
- 2 eine Darstellung der Zustellvorrichtung;
- 3 eine Detailierung einer Verriegelungseinheit der Zustellvorrichtung und
- 4 bis 9 jeweilige Seitenansichten der Formationsanlage gemäß 1 in verschiedenen Stellungen eines Zustellvorgangs der Batteriezellen.
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Die 1 zeigt eine Formationsanlage 10, für die exemplarisch nur eine Formationskammer 12 dargestellt ist. Die Formationskammer 12 kann durch ein quaderförmiges Volumen gebildet sein, wobei die äußere Begrenzung durch eine Tragstruktur 14 gebildet werden kann, die sich zweckmäßigerweise aus miteinander verbundenen Profilelementen zusammensetzt. Das quaderförmige Volumen innerhalb der Formationskammer 12 soll als lichter Raum bezeichnet werden.
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Es ist eine Kontaktierungseinheit 16 vorgesehen, die bevorzugt in einem oberen Bereich der Formationskammer 12 angeordnet ist. Die Kontaktierungseinheit 16 umfasst in der Regel mehrere Ladekarten und die Federkontaktstifte, über die der Kontakt zu den Polen der Batteriezellen hergestellt wird. Weiterhin umfasst die Formationsanlage 10 eine Zustelleinheit 18, die in mehreren Achsen verfahren werden kann. Zunächst kann die Zustelleinheit 18, solange sie noch nicht in den lichten Raum der Formationskammer 12 eingefahren ist, entlang einer x-Achse und entlang einer z-Achse an einer Seite der Formationskammer verfahren werden. Wie einleitend bereits beschrieben, setzt sich eine Formationsanlage 10 regelmäßig aus einer Vielzahl nebeneinander gereihter und aufeinander gestapelter Formationskammern 12 zusammen. Außerdem sind regelmäßig mehrere parallel zueinander positionierte, gestapelte Reihen vorgesehen, so dass zwischen diesen Reihen jeweils Gänge entstehen, in denen die Zustelleinheit sowohl entlang der x-Achse als auch der z-Achse verfahren kann, um jede der Formationskammern 12 mit einem Werkstückträger zu bestücken und nach erfolgter Formation der Batteriezellen den Werkstückträger zu entnehmen.
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In der 1 ist die Zustelleinheit 18 in einer Position vor der Formationskammer 12 dargestellt, das heißt die Zustelleinheit 18 beziehungsweise Teile von ihr befinden sich nicht in dem lichten Raum der Formationskammer 12. Die Zustelleinheit 18 kann zwei Verfahreinheiten 20 und 30 umfassen. Die erste Verfahreinheit 20 kann in einer möglichen Ausgestaltung zwei parallel zueinander ausgerichtete und entlang der x-Achse verschiebbare Teleskopgabeln 221 und 222 beinhalten. Wie später noch beschrieben wird, sind die Teleskopgabeln 221, 222 dazu geeignet ein palettenartiges Trägerelement zu greifen beziehungsweise aufzunehmen und dieses sowohl in den Gängen zwischen gereihten und gestapelten Formationskammern 12 zu bewegen, als auch in den lichten Raum jeder Formationskammer 12 einzufahren.
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Die zweite Verfahreinheit 30 ist zunächst ebenfalls entlang der x-Achse verschiebbar, so dass sie ebenfalls, wenn sie vor einer Formationskammer 12 positioniert ist, in den lichten Raum der jeweiligen Formationskammer 12 einfahren kann. Weiterhin ist die zweite Verfahreinheit 30 ebenfalls entlang der z-Achse verschiebbar, wie dies später noch beschrieben wird. Weiterhin umfasst die Formationskammer 12 eine Linearführung 50, die bevorzugt ebenfalls in dem lichten Raum der Formationskammer 12 angeordnet ist. Im Fall der bevorzugten Ausgestaltung der in einem oberen Bereich der Formationskammer 12 angeordneten Kontaktierungseinheit 16 handelt es sich bei der Linearführung 50 um eine Vertikalführung, die zumindest über eine Teilhöhe der Formationskammer 12 beweglich ist. Über die Linearführung 50 ist ein Hubtisch 52 vertikalbeweglich geführt.
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Die 2 zeigt eine Darstellung der zweiten Verfahreinheit 30, der Linearführung 50 und des über die Linearführung 50 hohenverschieblichen Hubtisches 52. Zweck besserer Darstellung sind Teile der Tragstruktur 14 ausgeblendet. Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Verfahreinheit 30 drei Antriebe 32, 34, 38 umfasst. Zunächst kann eine Kolben-Zylinder-Einheit 32 vorgesehen sein, die pneumatisch, hydraulisch oder elektromechanisch betrieben ist und über die die zweite Verfahreinheit 30 entlang der x-Achse angetrieben werden kann. Dann kann ein als elektrisch angetriebenes Spindelgetriebe ausgebildeter Antrieb 34 vorgesehen sein, der einen vertikal ausfahrbaren Hubstempel 36 antreibt, um über den Hubstempel 36 den Hubtisch 52 in vertikaler Richtung, das heißt entlang der Linearführung 50, zu verfahren. Schließlich kann ein Antrieb 38 vorgesehen sein, der ebenfalls als elektrisch angetriebenes Spindelgetriebe ausgeführt sein kann und der eine Verriegelungsklinke 40 aus einer verriegelten Stellung in eine unverriegelte Stellung überführen kann. Hierbei ist vorgesehen, dass die Verriegelungsklinke 40 an der Linearführung 50 schwenkbar gehalten ist und bezüglich des Hubtisches 52 die verriegelte oder die unverriegelte Stellung einnehmen kann. Weiterhin kann unter einer verriegelten Stellung ein Sperren einer vertikalen Bewegung des Hubtisches 52 nach vertikal unten verstanden werden. Für eine Verriegelung bildet der Hubtisch 52 einen Sperrzapfen 54 aus, der in die Linearführung 50 hineinragt und dessen vertikal verlaufender Bewegungsraum sich mit dem Bewegungsraum der Verriegelungsklinke 40 überschneidet.
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Eine Detailierung der Verriegelungsklinke 40, deren Wechselwirkung mit dem Sperrzapfen 54 des Hubtisches 52 und der Entriegelung durch den Antrieb 38 der zweiten Verfahreinheit 30 zeigt die 3. In 3a) ist eine verriegelte Stellung des Hubtisches 52, der in dieser Stellung in einer vertikal oberen Stellung gehalten wird, und in der 3b) ist eine entriegelte Stellung des Hubtisches 52 gezeigt, wobei der Hubtisch 52 allerdings weiterhin in der vertikal oberen Stellung dargestellt ist. Die Verriegelungsklinke 40 ist bevorzugt um eine Schwenkachse S an der Linearführung 50 schwenkbar angelenkt. An der Verriegelungsklinke 40 ist eine Sperrnocke 42 angeordnet, die über die Verschwenkung der Verriegelungsklinke 40 zumindest zwei Stellungen einnehmen kann. Weiterhin wird die Verriegelungsklinke 40 über Federmittel 44 in die gezeigte, das heißt die verriegelte, Stellung beaufschlagt. Auf der von der Schwenkachse S abgewandten Seite kann der Antrieb 38 der zweiten Verfahreinheit 30 die Verriegelungsklinke 40 von der verriegelten Stellung in die entriegelte Stellung bewegen beziehungsweise verschwenken, wie dies in der 3b) gezeigt ist. Hierzu weist der Antrieb 38 einen vertikal ausfahrbaren Hubstempel 46 auf, der zumindest mittelbar unter das von der Schwenkachse S abgewandte Ende der Verriegelungsklinke 40 greifen kann und über eine Ausfahrbewegung die Verriegelungsklinke 40 vorliegend entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Infolge dieser Schwenkbewegung bewegt sich die Sperrnocke 42 aus dem Bewegungsraum des Sperrzapfens 54 des Hubtisches 52 heraus, sodass der Sperrzapfen 54 nach vertikal unten freigegeben ist und der Hubtisch 52 eine Verfahrbewegung entlang der Linearführung 50 ausführen kann. Für dieses Entriegeln ist es zweckmäßig, wenn der Hubtisch 52 zumindest minimal, beispielsweise 1 mm bis 3 mm, über den Antrieb 34 vertikal angehoben wird, um den Sperrnocken 42 der Verriegelungsklinke 40 und den Sperrzapfen 54 des Hubtisches 52 gegeneinander freizustellen. Die Verriegelungsklinke 40, die Federmittel 44, die Sperrnocke 42 und der Sperrzapfen 54 können zusammenfassend als eine Verriegelungseinheit 28 bezeichnet werden.
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Die 4 bis 9 zeigen Seitenansichten einer Formationsanlage 10 in verschiedenen Stellungen. Die 4 zeigt eine erste Stellung eines Zustellvorgangs von auf einem Werkstückträger 100 gespannten Batteriezellen 102, um diese einem Formatierungsvorgang zuzuführen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Werkstückträger 100 auf einem Trägerelement 104 gehalten ist, das beispielsweise die Maße einer Standard-Euro-Palette haben kann und das aus Aluminium sein kann. Im Folgenden wird lediglich auf den Werkstückträger 100 Bezug genommen, ohne die darauf gespannten Batteriezellen 102 und das Trägerelement 104 in jedem Fall wiederholt zu erwähnen. Der Werkstückträger 100 ist in der gezeigten Stellung von den Teleskopgabeln 221, 222 der ersten Verfahreinheit 20 aufgenommen und vor der Formationskammer 12 platziert, um in diese eingefahren werden zu können. Bevorzugt ist vorgesehen, dass in dieser Stellung keine gegenständliche Verbindung zwischen der Zustelleinheit 18 und der Formationskammer 12 besteht.
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Die 5 zeigt eine weitere Stellung eines Zustellvorgangs, in der der Werkstückträger 100 in den lichten Raum der Formationskammer 12 über die Teleskopgabeln 221, 222 eingefahren wurde. In dieser Stellung haben die Batteriezellen 102 keinen Kontakt zu der Kontaktierungseinheit 16. Weiterhin ist die zweite Verfahreinheit 30 in den lichten Raum der Formationskammer 12 eingefahren worden.
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Die 6 zeigt eine weitere Stellung eines Zustellvorgangs, in der der Werkstückträger 100 über die Teleskopgabeln 221, 222 abgesenkt wurde, so dass der Werkstückträger 100 auf einer Ablagefläche in der Formationskammer 12 zu Anlage kommt und hierüber von der Formationskammer 12 getragen wird. Zudem kommt die zweite Verfahreinheit 30 auf einer Anlagefläche 24 der Formationskammer 12 zur Anlage. Im Anschluss hieran fahren die Teleskopgabeln 221, 222 von dem Werkstückträger 100 frei und schließlich aus dem lichtem Raum der Formationskammer heraus.
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Die 7 zeigt eine weitere Stellung eines Zustellvorgangs, in der der Werkstückträger 100 über die zweite Verfahreinheit 30 angehoben wurde und somit gegen die Kontaktierungseinheit 16 beaufschlagt wird. Das Anheben erfolgt über den Antrieb 34 und den hiervon angetriebenen vertikal ausfahrbaren Hubstempel 36. Bevorzugt ist ein Übertragungselement 26 zur mittelbaren Übertragung der Hubbewegung des Hubstempels 36 auf einen Kragarm 56 des Hubtisches 52 vorgesehen. Zweckmäßig ist hierbei, wenn die Fläche der Kraftübertragung von dem Hubstempel 36 oder dem Übertragungselement 26 auf dem Kragarm 56 im Wesentlichen vertikal fluchtend zu der Fläche der Kraftübertragung der zweiten Verfahreinheit 30 auf die Anlagefläche der Formationskammer 12 angeordnet ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass keine oder zumindest nur geringe Kippmomente auf die zweite Verfahreinheit 30 eingeleitet werden und nicht an die Zustelleinheit 18 weitergegeben werden. In der in 7 gezeigten Stellung des Zustellvorgangs haben der Hubtisch 52 und die Verriegelungsklinke 40 die im Zusammenhang mit der 3a) beschriebene verriegelte Stellung eingenommen. In dieser verriegelten Stellung werden die Batteriezellen 102 über den Hubtisch 52 und den Werkstückträger 100 gegen die Kontaktierungseinheit 16 beaufschlagt. Die Zustelleinheit 18 ist nun erfindungsgemäß in der Lage weitere Formationskammern 12 mit Werkstückträgern 100 zu bestücken oder die Werkstückträger 10 aus der Formationskammer 12 nach erfolgter Formation auszufahren. Diese Möglichkeit ist erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass die zweite Verfahreinheit 30 die Werkstückträger 100 gegen die Kontaktierungseinheit 16 beaufschlagen kann und die Formationskammer 12 über die Verriegelungseinheit 28 in der Lage ist, den Werkstückträger 100 in der kontaktierten Stellung für den Vorgang der Formation zu halten beziehungsweise zu arretieren. Hiernach ist die Zustelleinheit 18 wieder für andere Bestückungsvorgänge frei.
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Die 8 zeigt eine weitere Stellung eines Zustellvorgangs, in der Hubtisch 52 weiterhin gegenüber der Formationskammer 12 in einer vertikal oberen Position verriegelt ist und die Batteriezellen 102 gegen die Kontaktierungseinheit 16 kontaktiert sind und die Zustelleinheit 18 vollständig aus dem lichten Raum der Formationszelle 12 ausgefahren ist. In diesem Zustand befindet sich der Werkstückträger 100 und damit auch die Batteriezellen 102 in einer Kontaktierungsstellung bezüglich der Kontaktierungseinheit 16 und es kann der Formationsvorgang der Batteriezellen 102 durchgeführt werden, welcher in der Größenordnung von 12 bis 24 Stunden dauern kann.
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Die 9 zeigt eine weitere Stellung eines Zustellvorgangs, in der die zweite Verfahreinheit 30 erneut in den lichten Raum der Formationskammer 12 eingefahren wurde, um den Werkstückträger 100 nach erfolgter Formation der Batteriezellen 102 aus der Formationskammer 12 zu entnehmen. In der gezeigten Stellung des Zustellvorgangs nehmen der Hubtisch 52 und die Verriegelungsklinke 40 die im Zusammenhang mit der 3b) beschriebene entriegelte Stellung zueinander ein und zwar indem die Verriegelungsklinke 40 über den Antrieb 38 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt wird und von dem Sperrzapfen 54 des Hubtisches 52 freigestellt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Formationsanlage
- 12
- Formationskammer
- 14
- Tragstruktur
- 16
- Kontaktierungseinheit
- 18
- Zustelleinheit
- 20
- Verfahreinheit
- 22
- Teleskopgabel
- 24
- Anlagefläche
- 26
- Übertragungselement
- 28
- Verriegelungseinheit
- 30
- Verfahreinheit
- 32
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 34
- Antrieb
- 36
- Hubstempel
- 38
- Antrieb
- 40
- Verriegelungsklinke
- 42
- Sperrnocke
- 44
- Federmittel
- 46
- Hubstempel
- 50
- Linearführung
- 52
- Hubtisch
- 54
- Sperrzapfen
- 56
- Kragarm
- 100
- Werkstückträger
- 102
- Batteriezellen
- 104
- Trägerelement
