至少一个箔或膜状物料幅面的坯料到货栈上的连续堆叠
阅读说明：本技术 至少一个箔或膜状物料幅面的坯料到货栈上的连续堆叠 (Continuous stacking of at least one web blank of foil or film-like material onto a stack ) 是由 托尔斯腾·迈 约纳斯·皮尔斯 卢西亚诺·沃尔克·达·西尔瓦 于 2021-03-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于将至少一个箔或膜状物料幅面的坯料连续堆叠到货栈上的方法,其中连续供给至少一个箔或膜状物料幅面,其中将至少一个箔或膜状物料幅面裁剪成取决于货栈的规格的尺寸以形成坯料,其中由具有多个料斗的连续移动的、特别是旋转的倒仓装置的一个料斗接收坯料,其中在料斗接收后续的坯料之前将已接收的坯料从料斗倒仓到货栈上。本发明还涉及一种用于连续堆叠至少一个箔或膜状物料幅面的坯料的堆叠系统。(The invention relates to a method for continuously stacking blanks of at least one web of foil or film-like material onto a warehouse, wherein the at least one web of foil or film-like material is continuously fed, wherein the at least one web of foil or film-like material is cut to a size that depends on the specifications of the warehouse to form the blanks, wherein the blanks are received by one hopper of a continuously moving, in particular rotating, pouring device having a plurality of hoppers, wherein the received blanks are poured from the hopper onto the warehouse before the hopper receives a subsequent blank. The invention also relates to a stacking system for continuously stacking blanks of at least one web of foil or film-like material.)
技术领域
本发明涉及一种用于将至少一个箔或膜状物料幅面(Warenbahn)的坯料连续堆叠到货栈上的方法和堆叠系统。
背景技术
在汽车工业中，在寻找传统内燃机的替代品的范畴中，电池是研究和开发的重点。对于将电动机作为交通和物流领域中的驱动源的广泛应用而言，需要电池的高效的制造方案。根据电池的类型使用不同的工艺来制造电池单元。此外，基础电池单元的类型在此很重要。例如对于袋式电池使用堆叠(stacking)方法，例如将隔离件、阳极、隔离件和阴极以交替顺序彼此叠置。堆叠通常是顺序进行的，并使用所谓的“捡起和放置”过程。由此，由于所涉及的执行器(例如执行抓握和转动运动的机械臂)的惯性而限制了动力。因此，电池堆的高质量工艺的堆叠是电池生产的瓶颈。
可替换的制造方法是圆柱式或棱柱式卷绕，其与堆叠相比可以实现更高的生产速度。然而，在电池单元或电池模块中只能获得有限的能量密度，因此常规卷绕通常被排除在制造过程之外。
在棱柱式卷绕过程中，不利的是还可能容易损坏用于电池单元的敏感的箔。损坏可能主要是由于卷绕过程中半径过小造成的，因此，棱柱式卷绕的电池在老化过程中可能会变得非常热，或者开始燃烧。
通过所谓的Z形折叠工艺，可以例如借助抓持器折叠隔离箔，并且因此可以近似形成堆栈。在此，预先将电极材料施加到隔离箔的不同侧。
在燃料电池的制造中存在相同的挑战。由于对替代的驱动源的高要求，因此在这里对高效制造工艺的需求也日益增长。在燃料电池的生产中，用于堆叠双极板和位于其间的膜的捡起和放置过程也会减慢生产速度。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的是提供一种用于电池和燃料电池的改进的制造方法。
本发明涉及一种用于将至少一个箔或膜状物料幅面的坯料连续堆叠到货栈上的方法，
其中，连续供给至少一个箔或膜状物料幅面，
其中，将至少一个箔或膜状物料幅面裁剪成取决于货栈的规格的尺寸以形成坯料，
其中，由具有多个料斗的连续移动的、特别是旋转的倒仓装置的一个料斗接收坯料，
其中，在料斗接收后续的坯料之前，将已接收的坯料从料斗倒仓到货栈上。
通过提出的方法，与棱柱式卷绕技术相比，用于生产电池单元的堆叠技术的优点以有利的方式与相对于不连续供给的捡起和放置运动的连续供给的优点结合。为了生产燃料电池，堆叠技术还有利地与连续供给结合。
通过使用具有多个料斗的倒仓装置并将物料幅面的裁下的部分接收到单独的料斗中，形成用于电池单元或燃料电池的货栈的坯料被连续地堆叠。以这种方式，有利地实现了高生产速度。同时，可以制造高质量的电池单元和电池模块，这些电池单元和电池模块尤其不会受到卷绕或Z形折叠过程的损害。还有利地省去了在捡起和放置过程中必需的夹持过程。
与捡起和放置所有要堆叠的层的方法相比，借助用于制造燃料电池的倒仓装置对膜和双极板的堆叠被有利地加速。
倒仓装置连续移动，并且在此例如能够以可变的速度移动。例如，倒仓装置以可变或恒定的旋转速度连续旋转。
例如，料斗负责在每个移动周期接收坯料。例如，在倒仓装置旋转一周期间，料斗在第一位置或第一时间点接收坯料，并在第二位置或第二时间点将坯料倒仓到货栈上，例如通过放置移到货栈上。通过进一步旋转倒仓装置，料斗返回到第一位置，并且可以在下一个时间点接收后续的坯料。
料斗设计用于接收坯料，然后将坯料倒仓到货栈上。根据倒仓装置中提供的料斗的数量，可以调节物料幅面的供给速度。料斗越多，例如通过退绕或偏转辊的传输速度就越快。
2.根据一个设计方案，借助于退绕或偏转辊供给至少一个箔或膜状物料幅面。
3.根据一种设计方案，至少一个箔或膜状物料幅面被设计为用于电池单元的隔离箔或电极箔。因此，倒仓装置的不同的料斗能够装配电极箔坯料和隔离箔坯料，以使电极箔坯料和隔离箔料坯交替地放置在货栈上。
4.根据一种设计方案，至少一个箔或膜状物料幅面被设计为用于燃料电池的膜。在燃料电池的情况下，例如通过液压成型来制造双极板，然后将双极板与膜层交替堆叠。
5.根据一个设计方案，多个箔或膜状物料幅面被供给并且被裁剪为共同的坯料。例如，电极和隔离箔在前面的方法步骤中重叠地放置，使得形成的层状物料幅面表示通过物料幅面的裁剪而能堆叠的坯料的起始基础。因此，已经连续供给了由电极和隔离箔构成的组合、特别是由阳极、隔离箔、阴极和另一隔离箔层构成的组合，该组合被接收到料斗中。
6.根据一个设计方案，相继裁剪的多个共同的坯料被接收到倒仓装置的相应的料斗中并且被相继倒仓到货栈上。通过倒仓装置，被裁剪的单个层组彼此堆叠并且通过连续地执行上述方法而在货栈上形成电池单元。
7.根据一个设计方案，多个箔或膜状物料幅面被供给并被裁剪为相应的单独的坯料。例如，相应在料斗之前的适当位置处执行裁剪。出于空间原因，例如可以在距相应的存储器不同距离处进行裁剪。
8.根据一个设计方案，相应的坯料被接收到倒仓装置的相应的料斗中并且被相继倒仓到货栈上。因此，先前形成的层组和电池单元的各个层都可以通过一个或多个供给的物料幅面而在倒仓装置的各种料斗中被倒仓到货栈中，并因此形成电池单元。
9.根据一个设计方案，一个箔或膜状物料幅面分别被多个退绕或偏转辊中的相应一个连续地输送。根据退绕速度的限制，通过使用多个退绕或偏转辊可以有利地同时填充多个料斗，并且因此可以实现更高的处理速度。例如，多个退绕或偏转辊可以重叠地或前后跟随地、特别是垂直重叠或错开重叠地布置。
10.根据一个设计方案，提供至少三个箔或膜状物料幅面、特别是阳极箔、隔离箔和阴极箔。例如，供给至少三个箔或膜状物料幅面、特别是阳极箔、隔离箔和阴极箔。例如，相应形成电池单元的层的相应坯料被单独地准备，并且倒仓装置的连续的料斗交替地配备坯料。特别地，输送隔离箔的退绕或偏转辊以较高的速度输送，使得隔离箔可以在每个阳极箔或阴极箔之后被接收到料斗中。
11.根据一个设计方案，提供至少四个箔或膜状物料幅面、特别是隔离箔、阳极箔、另一隔离箔和阴极箔。例如，通过尤其在隔离箔片上跟随阴极或阳极箔、在阴极或阳极箔上跟随另一隔离箔和在另一隔离箔上跟随阳极或阴极箔并且连续地重复该过程，在货栈上形成电池单元。因此，随后的四个电池单元层之一被分开输送。连续的料斗中的每个料斗分别单独地接收坯料，因此，通过将四个坯料相继倒仓，可以在货栈上形成电池单元。特别有利的是，连续地输送相应的电极箔和隔离箔，连续地在料斗中接收相应的坯料，并且还连续地将其放置在货栈上。由此可以实现特别高的生产速度。
在上述设计方案之后可以进行以下步骤，在该步骤中，将由坯料在货栈上形成的层提供给另一加工装置，该另一加工装置用于制造作为制造过程的最终产品的电池单元，或用于提供用由电池单元进一步制造的电池模块。例如，在随后的处理步骤中，进行电池单元组装的其他步骤，例如引入包装中并填充电解质。这之后是另外的步骤，例如成型和老化。
本发明还涉及一种用于将至少一个箔或膜状物料幅面的坯料连续堆叠到货栈上的堆叠系统，该堆叠系统具有：
至少一个连续供给装置、特别是退绕或偏转辊，其用于连续地供给至少一个箔或膜状物料幅面，
至少一个裁剪装置，其用于将至少一个箔或膜状物料幅面的坯料裁剪成取决于货栈的规格的尺寸，
具有多个料斗的连续移动的倒仓装置，其用于通过多个料斗之一接收坯料，其中，已接收的坯料在料斗接收后续的坯料之前能够被从料斗倒仓到货栈上。
退绕或偏转辊可以是由多个辊、特别是由退绕和偏转辊组成的退绕系统的一部分。通常涉及大量的辊对，以实现对物料幅面的尽可能精确的引导。另外，应该利用倒仓装置放置在货栈上的组件还可以由诸如抓具或通常为机器人的装置供给。
例如，在燃料电池的生产中，将薄膜作为物料幅面连续地供给、裁剪并将坯料输送到料斗中。双极板也被尽可能连续地供给，并且例如与膜或其他组件交替地置入到料斗中。在其他设计方案中，双极板也能独立于倒仓装置地放置在货栈上，还能与来自料斗的坯料交替地放置在货栈上。
与箔或膜的特性相匹配的常规裁剪机、例如十字裁剪机或激光裁剪机被用作裁剪装置。
货栈包括例如已经被裁剪的箔或膜的层，并且由在倒仓装置之后或之下的适当装置接收作为层的坯料。特别地，由此在货栈上层叠或形成电池单元或燃料电池。除了堆叠的坯料层之外，货栈还包括例如壳体，该壳体确保坯料精确地叠加。
在一个设计方案中，料斗连续地附接至倒仓装置，使得用于接收坯料的料斗在移动的倒仓装置的任何位置都是可用的。例如，并非永久使用倒仓装置的所有料斗。例如，相邻的料斗不能同时填充。提供的料斗越多，越容易从退绕或偏转辊中接收要输送的坯料。特别地，这有利地防止了对箔或膜的损坏。
特别地，坯料通过诸如输送带的输送装置被输送到倒仓装置，从而可以直接输送或直接置入到其中一个料斗中。例如，可以想到有利的实现方案，其中供给的输送带以一定角度倾斜，从而使坯料滑入移动的料斗中。例如，通过适当地涂覆供给的输送带，坯料可以容易地滑落。例如，还可以相应地对料斗的接收用的基座或表面进行涂层，以使坯料的置入不会造成损坏。例如，通过以可确定的速度移动或旋转倒仓装置，力作用在坯料上，使得坯料保持在料斗中的一个位置或方向上，尤其不会打滑并由此例如开裂或以其他方式损坏。
在一个特别有利的设计方案中，离心力通过倒仓装置的运动在近似圆形的路径上起作用，使得坯料在被接收到料斗中时、即在将其倒仓到货栈上之前保留在对其进行接收的料斗的表面上。例如，作用在坯料上的离心力大到使得坯料直到达到货栈的倒仓位置之前都被保持住，然后当倒仓装置到达使坯料能够放置在货栈上的位置时，坯料从料斗表面脱离。
还可以想到其他变体方案，其中在倒仓装置移动期间坯料在料斗内重新定位，例如坯料的支撑面发生变换。例如，料斗有两个大致相对的支撑面，并且坯料最初以坯料的一侧放置在一个支撑面上，并且在朝向货栈的运动期间改变方向，并且另一侧搁置在另一个支撑面上。
倒仓装置的料斗尤其可以被称为隔室。
13.根据一种设计方案，箔或膜状物料幅面被设计为用于电池单元的隔离箔或电极箔，或者被设计为用于燃料电池的膜。
14.根据一个设计方案，堆叠系统还具有用于由已堆叠的坯料生成电池单元的加工装置。特别地，可以通过随后的处理步骤将由倒仓装置填充的货栈运送到加工装置。加工装置可以被设计用于制造作为制造过程的最终产品的电池单元或者用于制造能由电池单元进一步制成的电池模块。
15.根据一个设计方案，堆叠系统具有用于至少一个箔或膜状物料幅面的一个共同的裁剪装置、和/或用于每个箔或膜状物料幅面的多个相应的裁剪装置。根据各个箔或膜的性质，可以有利地在以下方法中进行选择：将薄膜作为连续的幅材彼此叠放并且然后裁剪的方法，以及分别裁剪每个箔或膜并且然后坯料被重叠地放置的方法。
16.根据一个设计方案，堆叠系统具有多个退绕或偏转辊，一个箔或膜状物料幅面能够分别被多个退绕或偏转辊之一连续地输送。
附图说明
下面根据设计方案借助附图更详细地说明本发明。
附图示出：
图1示出了根据本发明的第一实施例的堆叠系统的示意图；
图2示出了根据本发明的第二实施例的堆叠系统的组件的示意图；
图3示出了根据本发明的第二实施例的堆叠系统的组件的示意图；
图4示出了根据本发明的第三实施例的堆叠系统的示意图；
图5示出了根据本发明的第四实施例的堆叠系统的示意图。
具体实施方式
在附图中，除非另有说明，否则功能相同的元件设有相同的附图标记。
图1示出了如在本发明的第一实施例中使用的堆叠系统。在此提供可卷绕的箔1，该可卷绕的箔从退绕辊11上退绕。在此，使用多个供给辊和偏转辊，尤其为了确保均匀的退绕，例如在物料幅面中具有均匀的张力曲线。物料幅面1被输送到裁剪装置61。例如，在退绕辊11与裁剪装置61之间设有松紧器单元100，以便能够将幅材张力调节至期望值。通过裁剪装置61相继制造出坯料1′。
堆叠装置用于使电池单元的各层能够堆叠。为此，将形成电池单元起始基础的箔坯料逐层施加到货栈70上。电池模块可以在后续步骤中由多个电池单元组成。在电池组装的范畴中，使用堆叠方法和堆叠装置的制造步骤例如在电池的制造方法中的电极制造步骤之后并且例如在作为组件放入包装中的步骤之前进行。
坯料1'适用于要制造的电池。根据要制造的电池，需要具有指定尺寸的电池。因此，根据电池单元的规格或类型来设计货栈，并且将坯料1'适配于这些规格。例如，产生方形的坯料。将单个坯料1'被放置到旋转的倒仓装置90的多个料斗80、81、82的一个料斗80中。例如，旋转的倒仓装置90是设有多个料斗的辊。料斗80、81、82也可以被称为倒仓装置90的存储器或隔室或插入隔室或左轮料斗。
例如，借助于根据本发明的第一实施例的堆叠装置，在货栈上形成由电极层和隔离层组成的电池单元。例如，除了在图1中描述和示出的物料幅面1之外，还提供了三个另外的物料幅面(未示出)，其通过另外的退卷辊、另外的裁剪装置和另外的倒仓装置类似地将另外的坯料放置在货栈70上。例如，在一个特别有利的设计方案中，提供了四个倒仓装置，每个倒仓装置以交替的时间顺序将坯料倒仓到共同的货栈70上。例如，四个倒仓装置分别成对地彼此相对置，使得货栈被从四个侧面填充坯料。
例如，提供了彼此相对的两个倒仓装置，其将隔离箔坯料倒仓到货栈上，并且彼此相对的两个另外的倒仓装置相应地输送阴极箔坯料和阳极箔坯料。特别地，四个倒仓装置被设计为星形并且围绕货栈70对称。根据相应的倒仓装置的硬件的设计能够有利的是，它们没有形成在均匀的水平高度中，而是例如从不同的位置或高度将坯料倒仓到货栈上。
为了清楚起见，在图1中未示出用于供给另外三个物料幅面的另外三个倒仓装置。可以想到其中四个堆叠系统被类似地设计的设计方案，尤其针对偏转辊或所设置的松紧器系统和裁剪装置的配置。还可以想到如下的设计方案，其中所提供的硬件根据要输送的物料幅面而被不同地配置。例如根据箔，不同的裁剪器是有利的。特别地，仅用于倒仓隔离箔的两个系统以相同的方式构造并且不同于另外两个系统。
根据本发明的第二实施例，堆叠装置被设计成使得由偏转辊25输送的物料幅面2已经是由四层组成的层状物料幅面、特别是隔离箔层、阴极箔层、另一隔离箔层和阳极层。偏转辊25尤其是辊对。然后，由裁剪装置62将由多个层组成的物料幅面裁剪成坯料2′。在偏转辊25前面的区域中，该系统被设计用于提供四个分离的退绕辊21、22、23、24，每个退绕辊各自退绕四个箔201、202、304。无需进一步预处理就将两个隔离箔202、204馈送到偏转辊25。另一方面，两个电极箔201、203在这里已经被裁剪并且被精确地重叠布置。已经以极大简化的方式示出了所示的附加裁剪器63、64。特别重要的是，要确保事先由裁剪器63、64裁剪的电极坯料在送入偏转辊25之前精确地重叠或由隔离箔隔开地重叠放置，或同时进入形成在偏转辊25之前的区域中的所谓的层压机中。
图3示出了来自倒仓装置90的料斗80之一的坯料2′如何被放置在货栈70上。因此，货栈70被由倒仓装置90供给的层组填充。
根据本发明的第三实施例，倒仓装置90的料斗交替地填充有电极坯料和隔离坯料。图4以示例的方式示出了一种可能的布置，其中设置了四个退绕辊41、42、43、44，每个退绕辊被供给电池单元的四个层401、402、403、404之一。例如，再次设置了两个隔离箔和两个电极箔，即一个阴极箔和一个阳极箔。利用相应的裁剪装置65、66、67、68，分别生成各个坯料401'、402'、403'、404'，并将其引入倒仓装置90的单独的料斗中。因此，坯料被一层一层地放置在货栈70上。也可以设想具有三个物料幅面的设计方案，例如如果要隔离材料相应更快地退绕。在料斗中的接收过程必须与四个坯料401、402、403、404在时间上相互协调，以便相邻的已填充的料斗可按适当的顺序将这些坯料倒仓到货栈上。
在第四设计方案中，堆叠系统被设计成使得坯料被分别容纳在不同的料斗80、81中，但是倒仓装置90的规格允许坯料501'、502'、503'在横向于倒仓装置90的运动方向上错开地容纳。然后可以有利地将货栈装置的供给部分设置成水平地彼此相邻，该供给部分具有带有根据前述实施例中任一项所述的另外设置的组件的相应的退绕辊51、52、53。为了将坯料501'、502'、503'彼此重叠地堆叠到货栈70上，例如货栈70的运动也可以在垂直于倒仓装置90的方向上进行。特别地，货栈70沿倒仓装置的旋转轴线的方向移动。例如中间的物料幅面502是隔离箔，其因此可以在每个阳极箔坯料和每个阴极箔坯料之间放置在货栈70上。
尽管已经通过设计方案更详细地说明和描述了本发明，但是本发明不受公开的示例限制，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的保护范围的情况下得出其他变型和组合方案。
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