Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von stapelförmigen Energiezellen mit einer Mehrzahl von Separatorblättern und einer Mehrzahl von zwischen den Separatorblättern angeordneten Elektroden, nämlich wechselweise angeordneten Anoden und Kathoden, wobei mindestens eine Elektrode an mindestens einem der Separatorblätter mittels einer Klebeverbindung fixiert wird, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von stapelförmigen Energiezellen mit einer Mehrzahl von Separatorblättern und einer Mehrzahl von zwischen den Separatorblättern angeordneten Elektroden, nämlich wechselweise angeordneten Anoden und Kathoden, wobei die Separatorblätter und Elektroden zur Stapelbildung einzeln oder in vorgefertigten Verbundeinheiten bestehend aus mindestens zwei Komponenten, zugeführt werden, umfassend eine Stapelstation, in der die Stapel aus den einzelnen Komponenten und den vorgefertigten Verbundeinheiten gebildet werden, umfassend mindestens eine Klebmassenauftragseinrichtung, die ausgebildet und eingerichtet ist, auf mindestens eine der zugeführten Komponenten Klebmasse aufzutragen.

Energiezellen oder auch Energiespeicher im Sinne der Erfindung werden z. B. in Kraftfahrzeugen, sonstigen Landfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen oder auch in stationären Anlagen wie z. B. Photovoltaikanlagen in Form von Batteriezellen oder Brennstoffzellen verwendet, bei denen sehr große Energiemengen über größere Zeiträume gespeichert werden müssen. Dazu weisen solche Energiezellen eine Struktur aus einer Vielzahl von zu einem Stapel gestapelten Segmenten auf. Diese Segmente sind jeweils aus sich abwechselnden Anodenblättern und Kathodenblättern gebildet, die durch ebenfalls in Form von Segmenten vorliegende Separatorblätter voneinander getrennt sind. Für die Herstellung der Stapel sind verschiedene Verfahren bekannt. Üblicherweise werden die Segmente im Herstellungsprozess vorgeschnitten und dann zu den Stapeln in der vorbestimmten Reihenfolge Separator - Anode - Separator - Kathode aufeinandergelegt und durch Laminieren miteinander verbunden. Die so gebildeten vierlagigen Stapel werden als Monozelle bezeichnet. In einem anderen Verfahren werden die Anodenblätter und Kathodenblätter zuerst von einer Endlosbahn geschnitten und dann vereinzelt in Abständen auf jeweils eine Endlosbahn eines Separatormaterials aufgelegt. Diese anschließend gebildete „doppellagige“ Endlosbahn aus dem Separatormaterial mit den aufgelegten Anodenblättern und Kathoden- blättern wird dann in einem zweiten Schritt wieder mit einer Schneidvorrichtung in Segmente geschnitten, wobei die Segmente in diesem Fall doppellagig durch ein Separatorblatt mit einem darauf angeordneten Anodenblatt oder Kathodenblatt gebildet sind. Sofern dies fertigungstechnisch machbar oder erforderlich ist, können die Endlosbahnen des Separatormaterials mit den aufgelegten Anodenblättern und Kathoden- blättern auch vor dem Schneiden aufeinandergelegt werden, so dass eine Endlosbahn mit einer ersten endlosen Schicht des Separatormaterials mit darauf aufgelegten Anodenblättern oder Kathodenblättern und einer zweiten endlosen Schicht des Separatormaterials mit wiederum darauf aufgelegten Anodenblättern oder Kathodenblättern gebildet wird. Diese „viertägige“ Endlosbahn wird dann mittels einer Schneidvorrichtung in Segmente geschnitten, wodurch wiederum Monozellen gebildet werden. Die Fixierung der jeweiligen Schichten bzw. Blätter auf den Schichten erfolgt üblicherweise mittels Laminieren. Eine Fixierung ist von großer Bedeutung, da die Segmente sehr genau mit nur geringer Toleranz übereinandergestapelt sein müssen und nicht gegeneinander verschoben werden dürfen. So müssen die Separatorblätter Anode und Kathode sicher voneinander trennen, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung eines Zellstapels für die Batteriezellenfertigung sind beispielsweise aus DE 10 2017 216 138 A1 und DE 10 2017 216 213 A1 oder der der DE 10 2018 219 000 A1 bekannt.

Das Laminieren ist ein energieintensiver Prozess und die Herstellkosten der Laminiereinheiten) ist/sind sehr hoch. Für den Laminierprozess müssen außerdem geeignete Materialien eingesetzt werden. So muss insbesondere der Separator laminierfähig sein, was die Auswahl der möglichen einzusetzenden Materialien stark beschränkt, zumal noch weitere Anforderungen (z. B. geringe Schichtdicke) erfüllt sein müssen.

Daher wurden alternative Möglichkeiten für das Fixieren der Lagen aufeinander vorgeschlagen. So ist aus der EP 3 588 653 A1 bekannt, die Anoden- und Kathodenblätter mittels Klebedüsen mit Klebmasse zu versehen und so Bahnen mit aufgeklebten Elektroden herzustellen, aus denen wiederum in Monozellen geschnitten werden.

Problematisch ist der Klebmassenauftrag aus den Düsen. Gerade bei einem Auftrag der Klebmasse quer zur Laufrichtung der Bahn ist es schwierig, einen sauberen Klebmassenauftrag zu erhalten. Insbesondere die geringe Viskosität der Klebmassen, die zum Einsatz kommen, erschweren einen präzisen Auftrag. Die Steuerung des Prozesses ist schwierig, da mit vorgegebener Bahnspannung über eine stehende Düse gezogen werden muss. Wünschenswert wäre daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die eine Klebmassenapplikation ohne Verwendung von Düsen ermöglichen.

Ein weiteres Problem ergibt sich in der weiteren Verarbeitung, wenn nämlich mehrere dieser Monozellen durch Stapeln zu den endgültigen Energiezellen zusammenzufügen sind. Auch die gestapelten Monozellen müssen aneinander fixiert werden, um ein Verrutschen zu verhindern. Dieses erfolgt im Stand der Technik entweder mittels Laminieren. Alternativ wird der Stapel mit Klebeband fixiert und ggf. in einem Folgeprozess nachträglich durch eine „Hot-Press“ geführt und laminiert. Dabei besteht das Problem, dass ein Stapel erzeugt wird, ohne diesen direkt zu fixieren. Durch Laminieren und/oder Kleben werden Monozellen erzeugt und zu einem inhomogenen Stapel zusammengefügt. Teilweise wird nachträglich versucht, den gesamten Stapel zu verbinden (zu homogenisieren).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die homogene Energiezellen schafft, eine sichere Fixierung der einzelnen Schichten aufeinander sicherstellt, die auch Folgeprozesse wie das Schneiden überdauert und eine sichere Fixierung an der gewünschten Position ermöglicht und dabei einen sauberen, scharfen Klebmassenauftrag gewährleistet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Klebmasse für die mindestens eine Klebeverbindung im Tiefdruckverfahren aufgetragen wird, und dadurch, dass bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die mindestens eine Klebmassenauftragseinrichtung eine Tiefdruckwalze ist.

Eine solche Tiefdruckwalze weist an ihrer Mantelfläche Vertiefungen zum Aufnehmen und Transportieren von Klebmasse auf, wobei die Vertiefungen ein entsprechendes Klebbild auf der mit Klebmasse zu versehenden Schicht erzeugen. Dabei können verschiedene Vertiefungen das gleiche oder ein unterschiedliches Vertiefungsvolumen pro Fläche aufweisen.

Auf diese Weise wird es möglich, gestochen scharfe einzelne oder mehrere Klebepunkte oder jedes beliebige andere Klebmassenmuster auf die Elektrode oder insbesondere den Separator zu setzen. Hierdurch wird eine sehr gute Fixierung von Elektroden und Separatoren gewährleistet.

Es ist möglich, dass die Klebmasse nur für einige der auszuführenden Klebeverbindungen mittels Tiefdruckwalze aufgebracht wird, während die Klebmasse für andere Klebeverbindungen z. B. mittels Düse aufgetragen wird. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn alle erforderlichen Klebmassenaufträge im Tiefdruckverfahren erfolgen.

Besonders vorteilhafter Weisen werden dabei auf einem Förderpfad A Anoden, auf einem Förderpfad B Kathoden und auf je einem Förderpfad C und D Separatorblätter als Separatorbahnen zugeführt, aus den beiden Separatorbahnen und den Anoden sowie den Kathoden zunächst Endlosbahnen mit geschnittenen Kathoden- und Anodenabschnitten gebildet, wobei alle Verbindungen von Separatoren und Elektroden mittels Klebeverbindung gebildet werden, und die Endlosbahnen werden in einem weiteren Schritt in einzelne Monozellen getrennt. Auf diese Weise kann man die Produktionsgeschwindigkeit erhöhen und hat den Vorteil, dass man im kontinuierlichen Bereich einzelne Produkte auf ihre Qualität testen kann.

Die Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die stapelförmigen Energiezellen durch Stapeln mehrerer Monozellen gebildet werden, wobei die Monozellen mittels Klebeverbindung aufeinander fixiert werden oder - für den Fall, dass die Energiezellen nicht über den Zwischenschritt der Bildung von Monozellen hergestellt werden, sondern durch abwechselndes Stapeln der gewünschten Anzahl an Elektroden und Separatoren - dadurch, dass der Klebstoffauftrag unmittelbar vor der Stapelbildung der stapelförmigen Energiezellen durch wechselweises Stapeln von Separatorblättern und Elektroden erfolgt.

„Unmittelbar vor der Stapelbildung“ bedeutet dabei insbesondere, dass der Klebstoffauftrag auf den Elektroden-/Separatorenabschnitten erfolgt, wenn diese sich auf der Beschleunigerwalze befinden. Idealerweise erfolgt der Klebmassenauftrag auf der Beschleunigerwalze, da hier die Produkte die richtige Ausrichtung haben und die Geschwindigkeit angepasst werden kann, wenn dies erforderlich ist. An gewissen Positionen der Beschleunigerwalze herrscht Stillstand oder eine konstante Geschwindigkeit, während an anderen beschleunigt wird. Der Begriff „unmittelbar vor der Stapelbildung“ umfasst auch eine alternative Ausführung. Alternativ kann die Klebmasse nämlich beim Ablegen auf den Stapel aufgetragen werden. Vorteilhafterweise kann dies durch den Ablegehebel geschehen oder nach der Ablage durch ein zusätzliches bewegtes Organ.

Schließlich wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die eine Monozellen-Stapeleinrichtung zum Stapeln mehrerer Monozellen zur Bildung der stapelförmigen Energiezellen aufweist, wobei der Stapeleinrichtung eine Klebmassenauftragseinrichtung zugeordnet ist, oder - wiederum für den Fall, dass die Energiezellen nicht über den Zwischenschritt der Bildung von Monozellen hergestellt werden, sondern durch abwechselndes Stapeln der gewünschten Anzahl an Elektroden und Separatoren - die eine Stapeleinrichtung zum Bilden von stapelförmigen Energiezellen durch wechselweises Stapeln von Separatorblättern und Elektroden aufweist, der eine Klebmassenauftragseinrichtung zugeordnet ist.

Hier erfolgt der Klebmassenauftrag somit direkt am Stapelrad, also direkt beim Stapelvorgang. Durch diesen Inline-Klebeprozess kann die Fixierung in den Herstellprozess störungsfrei integriert werden. Die Fixierung durch Klebung erfolgt unmittelbar beim Aufeinanderstapeln der einzelnen Lagen oder der Monozellen, so dass keine Prozessschritte zu überbrücken sind oder eine Verfahrensdauer bewältigt werden muss, in der die Stapel in einer Form vorliegen, in der sie zwar gestapelt, aber noch nicht aneinander fixiert sind. Die Stapelgüte wird hierdurch relevant verbessert und die Zuverlässigkeit der hergestellten Energiezellen maßgeblich erhöht.

Besonders vorteilhafterweise erfolgt bei diesem Prozess der Klebstoffauftrag mittels Tiefdruckverfahren unter Verwendung einer Tiefdruckwalze. Wie vorstehend beschrieben, ist dadurch ein besonders guter und scharfer Auftrag der Klebmasse im gewünschten Muster möglich.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer Klebmasse, die einen Schmelzpunkt oberhalb von 20°C, insbesondere oberhalb von 30°C aufweist. Eine solche Klebmasse ist bei den üblichen Prozesstemperaturen fest und sorgt somit für eine unmittelbare feste Fixierung. Sie wird vor dem Auftrag erwärmt. Daher weist die Klebmassenauftragseinrichtung vorteilhafterweise eine einstell- und regelbare Heizung für die Klebmasse auf. Unter „Schmelzpunkt“ ist hierbei der Schmelzpunkt der Klebmasse zu verstehen, sofern es sich um ein Material handelt, das einen eindeutig bestimmbaren Schmelzpunkt aufweist. Viele polymere Klebmassen haben jedoch keinen eindeutigen Schmelzpunkt, sondern ein Schmelzintervall. Im Falle eines Schmelzintervalls ist mit „Schmelzpunkt“ die untere Grenze des Schmelzintervalls gemeint.

Die obere Grenze des Schmelzpunktes wird durch den Schmelzpunkt des Separatormaterials bestimmt. Der Schmelzpunkt der Klebmasse (im Falle eines Schmelzbereiches die obere Grenze des Schmelzbereiches) sollte immer unterhalb des Schmelzpunktes des Separatormaterials liegen. Vorzugsweise beträgt der Schmelzpunkt der Klebmasse daher höchstens 100°C, vorzugsweise höchstens 80°C und besonders bevorzugt höchstens 50°C.

Die Klebmassenauftragseinrichtung kann die Klebmasse kontinuierlich oder intermittierend auftragen.

In einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Klebemasse in dem für die Energiezelle verwendeten Elektrolyten löslich. Die Klebmasse ist in diesem Fall kein Fremdkörper auf der Elektrode, der einen Teil der Elektrode quasi „passiviert“, d. h. die gesamte Elektrodenfläche steht für die Energieerzeugung zur Verfügung, denn die elektrisch aktive Fläche wird nicht verringert. Damit ist es auch unerheblich, welcher Teil der Elektrodenfläche mit Klebmasse bedeckt wird. Löst sich die Klebmasse nicht im Elektrolyten, ist es besonders vorteilhaft, wenn nur eine möglichst geringe Fläche der Elektrode mit Klebmasse versehen ist. Man wird also immer den minimalen Auftrag für eine erforderliche Fixierungsstärke wählen. Wenn die Klebmasse hingegen im Elektrolyten löslich ist, fällt die Einschränkung des möglichst geringen Klebmassenauftrages weg, und es muss nicht mit geringstmöglichen Klebmassenauftrag gearbeitet werden. Vielmehr kann man die Fixierung durch eine größere Klebmassenmenge verbessern, ohne Einbußen in der Energiezellleistung befürchten zu müssen.

Bevorzugterweise wird die Klebmasse unmittelbar vor ihrem Auftrag erwärmt. Dazu ist dem Klebstoffauftragssystem, insbesondere dem Klebstoffreservoir der Tiefdruckwalze, eine einstell- und regelbare Heizung zugeordnet.

Die Verfestigung der Klebmasse und damit die Verbindung der zu verklebenden Materialien erfolgt durch Abkühlung der Klebmasse unter ihren Schmelzpunkt. Weiter ist es daher bevorzugt, wenn die Klebmasse nach dem Auftrag unter ihren Schmelzpunkt abgekühlt wird, wobei die Kühlung aktiv oder passiv erfolgt. Abhängig vom Schmelzpunkt der Klebmasse kann bereits durch eine ausreichend lange Kühlstrecke schon aufgrund freier Konvektion passiv eine hinreichende Abkühlung der Klebmasse erfolgen, dass diese fest wird. Ist eine noch schnellere Verfestigung der Klebmasse gewünscht, kann auch eine aktive Kühlung der Klebmasse erfolgen. Hierfür weist die Vorrichtung eine Kühleinrichtung zum aktiven Kühlen der aufgebrachten Klebmasse auf. Diese weist vorteilhafterweise Steuermittel auf, mittels derer der Kühlverlauf gesteuert werden kann.

Für den Klebmasseauftrag gibt es viele Möglichkeiten. Ein vollflächiger Auftrag ist möglich. Bevorzugt ist dieser, wenn sich, wie vorstehend beschrieben, die Klebmasse im Elektrolyten löst. Dann kann vollflächig geklebt werden, ohne dass sich dies auf die Performance der Energiezelle auswirkt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine teilflächige Aufbringung von Klebmasse auf die Elektrode und/oder den Separator. Weitere Möglichkeiten sind streifenförmige oder punktförmige Aufträge der Klebmasse. Besonders bevorzugt ist ein Aufbringen von Einzelpunkten an den vier Ecken des zu verklebenden Elektrodenblattes bzw. an den entsprechenden Stellen auf dem Separator. Besonders bevorzugt wird die geringstmögliche Menge an Klebmasse aufgetragen, da dies besonders materialsparend ist.

Der Auftrag der Klebmasse auf das Bahnmaterial kann auf verschiedene Weise erfolgen:

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Klebmasse endlos oder intermittierend auf die Separatorfolie aufgetragen, woraufhin die Elektroden aufgelegt und fixiert werden. Das Fixieren erfolgt insbesondere durch das Abkühlen und damit Verfestigen der Klebmasse. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Klebmasse endlos oder intermittierend auf die Elektrodenbahn (Anodenbahn und Kathodenbahn) aufgetragen und mit dem Separator zusammengeführt. In einer dritten bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Auftrag der Klebmasse endlos oder intermittierend auf die Elektrodenabschnitte, die anschließend mit dem Separator zusammengeführt werden.

Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Steuermittel zur Steuerung des Klebmasseauftrages auf. Diese können insbesondere die Auftragstemperatur und/oder Auftragsmenge der Klebmasse steuern. Maßgebliche Parameter für die Steuerung sind dabei insbesondere die Wärmekapazität, die Wärmeleitfähigkeit, die Bahngeschwindigkeit von Anoden-, Kathoden- und Separatorbahn sowie die Länge der Kühlstrecke und die Kühlleistung. Besonders bevorzugt schließt sich an das Verkleben ein Schritt des Zusammenpressens der verklebten Materialien an, in dem die verklebten Materialien noch stärker miteinander verbunden werden. Dazu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise Mittel zum Zusammendrücken der verklebten Materialien auf. Ein solches Zusammendrücken kann berührungslos erfolgen. Vorzugsweise kann dies über die Einstellung der Bahnspannung der Endlosbahn des Separators oder über einen gerichteten Luftstrom geschehen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung daher des Weiteren Steuermittel für die Einstellung der Bahnspannung der Separatorbahn und/oder Mittel zum Einbringen eines Luftstroms auf, die im Prozessverlauf hinter der Klebmassenauftragseinrichtung und dem Ort des Zusammenfügens der jeweiligen Materialien angeordnet sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zum Zusammendrücken der verklebten Materialien berührend ausgebildet, insbesondere als Kaschierrollen, vorzugsweise aus Gummi, die die verklebten Materialien mit definierter Kraft zusammendrücken, oder als weiche Bürsten, mit denen ein Andruck realisiert wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung erfolgt der Auftrag mittels einer Transfereinrichtung, die insbesondere als Transferwalze ausgebildet sein kann. Dieses Verfahren kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn Elektroden- und/oder Separatoren- Abschnitte mit Klebstoff zu versehen sind. Auch beim Auftrag auf bahnförmiges Material kann eine Transfereinrichtung verwendet werden, dies ist aber nicht unbedingt erforderlich. Vielmehr kann in diesem Fall der Auftrag direkt über die Tiefdruckwalze erfolgen.

Erfolgt die Herstellung der Energiezellen, indem zunächst Monozellen gebildet und diese dann zu den Energiezellen gestapelt werden, ist es besonders vorteilhaft, wenn sämtliche Verbindungen von Lagen, d. h. sowohl die Lagen in den Monozellen wie auch die Verbindung der Monozellen untereinander mittels Klebeverbindung erfolgt. Damit ist eine homogene Verbindung gewährleistet. Besonders vorteilhaft wird dabei eine Klebmasse verwendet, die sich im Elektrolyten der Energiezelle löst.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Energiezelle herzustellen, ohne dass laminiert werden muss. Wenn sämtliche erforderlichen Verbindungen der Lagen untereinander mittels Klebung erfolgen, kann auf ein Laminieren also komplett verzichtet werden. Ein solches „laminierfreies“ Verfahren ist besonders bevorzugt, denn es ist insbesondere energetisch günstiger und sorgt außerdem für eine homogene Verbindung aller Schichten untereinander. Weiterhin eröffnet das erfindungsgemäße laminierfreie Verfahren eine größere Variabilität bei den Separatormaterialien, für die die Laminierfähigkeit keine Voraussetzung mehr ist. Besonders bevorzugt werden als Separator erfindungsgemäß solche Materialien eingesetzt, die eine gute Benetzbarkeit aufweisen, keramisch beschichtete Separatoren sind dabei besonders bevorzugt.

Als Klebmasse kommen grundsätzlich alle lösemittelfreien und nicht-wässrigen Klebmassen in Frage, die einen Schmelzpunkt oberhalb von 20°C aufweisen. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Klebmasse mindestens eine Verbindung aus der Gruppe, bestehend aus Acrylaten, Methacrylaten, SBS-Block- copolymeren, SIS-Blockcopolymeren, Polyurethanen, Silikonen, Naturkautschuken, Synthesekautschuken, Epoxidharzen Polyolefinharzen und Ethylencarbonat verwendet. Insbesondere kann die Klebmasse eine Haftklebmasse sein. Ethylencarbonat ist ein cyclischer Ester mit einem Schmelzpunkt von 36°C. Ethylencarbonat ist ein gängiges Lösungsmittel und kommt als Elektrolyt in Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz. Aufgrund seines Schmelzpunktes ist es für die vorliegende Anwendung als Klebmasse besonders gut geeignet.

Auf die genannten und noch andere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Unteransprüche gerichtet. Lediglich besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausbildungsformen und -möglichkeiten werden anhand der folgenden Beschreibung der in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Jede beschriebene Einzel- oder Detailgestaltung innerhalb eines Ausführungsbeispiels ist als strukturell selbstständiges Detailbeispiel für andere nicht oder nicht vollständig beschriebene, unter die Erfindung fallende Ausführungen und Gestaltungen zu verstehen.

Es zeigen

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Stapelstation mit zwei Stapeleinrichtungen mit Klebstoffauftrag

Fig. 2 eine Ausführungsform einer Monozellenherstellungseinrichtung mit Klebstoffauftrag auf den Separator Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Stapelstation 1 mit zwei Stapeleinrichtungen mit Klebmassenauftragseinrichtung 20, Zuführeinrichtung 2, zwei Übergabetrommeln 5 und eine zwischen den Übergabetrommeln 5 angeordnete Umkehrtrommel 6. Ferner umfasst die Stapelstation zwei Zellstapelvorrichtungen 11 mit jeweils einer Entnahmevorrichtung 111 und einem zugehörigen Ablageorgan 112. Die Entnahmevorrichtung 111 ist als ein Rotationskörper in Form einer zu einer Drehbewegung angetriebenen Trommel ausgebildet und weist drei in Winkeln von 120 Grad zueinander ausgerichtete Übernahmestempel 113 auf. Die Übernahmestempel 113 weisen eine Außenfläche auf, die in ihren Außenabmaßen wenigstens der Außenform der Segmente 16 entspricht oder auch größer als diese bemessen sein kann. Die Übernahmestempel 113 weisen in ihrem Querschnitt senkrecht durch die Drehachse der Entnahmevorrichtung 111 eine kreisbogenabschnittsförmige Außenkontur mit jeweils gleichen Radien auf, so dass sie sich zu einem virtuellen Kreis ergänzen. Ferner sind die Entnahmevorrichtungen 111 mit ihren Übernahmestempeln 113 so angeordnet und in den Radien bemessen, dass sie bei der Drehbewegung mit den Außenflächen der Übernahmestempel 113 die Mantelflächen der Übergabetrommel 5 mit einem wenigstens der Dicke der Segmente 16 entsprechenden Spalt tangieren. Dabei ist die Drehbewegung der Entnahmevorrichtung 111 so zu der jeweiligen Übergabetrommel 5 gesteuert, dass die Übernahmestempel 113 während des Umlaufens jeweils genau ein Segment 16 von der Übergabetrommel 5 übernehmen. Hierzu wird die Bewegung der Entnahmevorrichtung 111 so gesteuert, dass die Mantelflächen der Übernahmestempel 113 in dem Punkt des kürzesten Abstandes zu der Übergabetrommel 5, welcher der Übernahmestelle I entspricht, eine der Umfangsgeschwindigkeit der auf der Übergabetrommel 5 gehaltenen Segmente 16 entsprechende Umfangsgeschwindigkeit aufweist, und die Segmente 16 im Idealfall ohne eine Relativgeschwindigkeit in Umfangsrichtung von den Übernahmestempeln 113 übernommen werden.

In den Stegen der Übernahmestempeln 113 sind Vakuumleitungen vorgesehen, welche mit Unterdrück beaufschlagbar sind und mit ihren Öffnungen in die stirnseitigen Mantelflächen der Stege und/oder Übernahmestempel 113 münden. Ferner können auch in den Mantelflächen der Übergabetrommeln 5 entsprechende Öffnungen von mit Unterdrück beaufschlagbaren Vakuumleitungen vorgesehen sein. Die Segmente 16 werden dann durch das Anlegen von Unterdrück in den Vakuumleitungen an den Mantelflächen der Übergabetrommeln 5 gehalten und durch Abschalten des Unterdrucks in den Vakuumleitungen der Übergabetrommel 5 und durch Anschalten des Unterdrucks in den Vakuumleitungen des die Übernahmestelle I durchlaufenden Übernahmestempels 113 von der Entnahmevorrichtung 111 übernommen.

Als Segmente 16 kommen einzelne Separatorblätter oder Monozellen mit Separatorblättern in Betracht. Für den Fall, dass die Segmente Monozellen sind, ist die Stapeleinrichtung eine Monozell-Stapeleinrichtung.

Die Umlaufbewegung der Entnahmevorrichtungen 111 und damit der Übernahmestempel 113 ist so gesteuert, dass sie die Segmente 16 in einer vorbestimmten Abfolge von den Übergabetrommeln 5 übernehmen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Zellstapelvorrichtungen 11 vorgesehen, so dass jede der Zellstapelvorrichtungen 11 Segmente 16 in einer festen Abfolge in einem Zweierrhythmus von der Zuführeinrichtung 2 übernimmt. Damit übernimmt die der ersten Übergabetrommel 5 zugeordnete erste Entnahmevorrichtung 111 der ersten Zellstapelvorrichtung 11 bei einem Umlauf mit einem ihrer Übernahmestempel 113 in einem Rhythmus jeweils die ersten Segmente 13 einer Zweiergruppe von der ersten Übergabetrommel 5. Anschließend werden die auf der ersten Übergabetrommel 5 verbleibenden Segmente 16 der Zweiergruppen von der ersten Umkehrtrommel 6 übernommen und weiter auf die zweite Übergabetrommel 5 übergeben. Die zweite Zellstapelvorrichtung 11 entnimmt dann in gleicher weise mit den Übernahmestempeln 113 der zweiten Entnahmevorrichtung 111 jeweils die zweiten Segmente 16 der Zweiergruppen von der zweiten Übergabetrommel 5. Da jede der Entnahmevorrichtungen 111 drei Übernahmestempel 113 aufweist, werden die Segmente 16 von den Übernahmestempeln 113 aus der Zuführung in drei Zweiergruppen entnommen, bis sämtliche Segmente 16 nach der Übergabe durch die zweite Übergabetrommel 5 entnommen wurden.

Die Entnahmevorrichtungen 111 sind zwischen jeweils einer Übergabetrommel 5 und einem Ablageorgan 112 angeordnet und übernehmen die Segmente 16 von der Übergabetrommel 5 nach dem oben beschriebenen Ablauf. Die Entnahmevorrichtungen 111 werden zu einer Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben, wie auch anhand der Pfeilrichtung in der Figur 1 zu erkennen ist. Während des Übernehmens jeweils eines der Segmente 16 von einer Übergabetrommel 5 befindet sich die Entnahmevorrichtung 111 mit einem ihrer Übernahmestempel 113 in der „12-Uhr-Posi- tion“ und durchläuft mit diesem die Übernahmestelle I. Diese Stellung der Entnahmevorrichtung 111 mit einem in der „12-Uhr-Position“ angeordneten Übernahmestempel 113 wird im Sinne der Erfindung auch als die Übernahmestellung der Entnahmevor- richtung 111 bezeichnet. Der Übernahmestempel 113, welcher das Segment 16 der vorangegangenen Vierergruppe der Entnahmetrommel 5 übernommen hat, befindet sich in dieser Stellung in der „8-Uhr-Position“. Die Entnahmevorrichtung 111 dreht in dieser Übernahmestellung mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Mantelflächen der Übernahmestempel 113, welche der Umfangsgeschwindigkeit der Segmente 16 auf der Übergabetrommel 5 entspricht und übernimmt mit dem in der „12-Uhr-Position“ angeordneten Übernahmestempel 113 gerade ein Segment 16. Ein weiterer Übernahmestempel 113 befindet sich in der „4-Uhr-Position“, welcher kein Segment 16 trägt also eine freie Mantelfläche aufweist, da er gerade ein Segment 16 an das Ablageorgan 112 abgegeben hat.

In der „8-Uhr-Position“ ist auch die Klebemassenauftragseinrichtung 20 vorgesehen. In der Ausführungsform der Fig. 1 besteht diese aus der Tiefdruckwalze 21 , dem Klebmassenvorratsbehälter 22 und der Transferwalze 23. Die Klebmasse im Klebmassenvorratsbehälter 22 wird mit einer (nicht gezeigten) Heizeinrichtung auf 40°C erwärmt und somit verflüssigt. Die Tiefdruckwalze 21 weist Vertiefungen in Form von Näpfchen auf, um das gewünschte Klebmassenschema auf dem Segment 16 zu erzeugen. Aus dem Klebmassenvorratsbehälter 22 gelangt die erwärmte Klebmasse in die entsprechenden Näpfchen der Tiefdruckwalze 21. Diese Näpfchen geben die Klebmasse im vorgegebenen Klebmassenschema auf die Transferwalze 23 ab.

T ransferwalze 23 ist so mit der Entnahmevorrichtung 111 synchronisiert, dass die Transferwalze 23 die gleiche Geschwindigkeit aufweist, wie die Entnahmevorrichtung 111 in der „8-Uhr-Position“. Auf diese Weise kann in der „8-Uhr-Position“ das Klebeschema von der Transferwalze 23 auf das Segment 16 übertragen werden.

Zur Übergabe des Segmentes 16 von dem in der Übernahmestellung der Entnahmevorrichtung 111 in der „8-Uhr-Position“ befindlichen Übernahmestempel 113 dreht die Entnahmevorrichtung 111 weiter, bis die Entnahmevorrichtung 111 mit dem vormals in der „8-Uhr-Position“ angeordneten Übernahmestempel 113 in der „6-Uhr-Position“ angeordnet ist und die Übergabestelle II durchläuft. Der Klebmassenauftrag in der „8- Uhr-Position“ erfolgt somit unmittelbar vor der Stapelbildung, die sich an die Übergabestelle II anschließt.

Die Übergabestelle II ist die Stelle des kürzesten Abstandes zwischen der Mantelfläche des übergebenden Übernahmestempels 113 und des Ablageorgans 112. Da die Anzahl der Übernahmestempel 113 ungerade ist, kann die Übergabestelle II in die „6- Uhr-Position“ gegenüberliegend zu der Übernahmestelle I in der „12-Uhr-Position“ angeordnet werden, ohne dass zwei der Übernahmestempel 113 zeitgleich die Übernahmestelle I und die Übergabestelle II passieren. Die Stellung der Entnahmevorrichtung 111 mit dem in der „6-Uhr-Position“ angeordneten Übernahmestempel 113 wird im Sinne der Erfindung auch als Übergabestellung der Entnahmevorrichtung 111 bezeichnet.

Die Entnahmevorrichtung 111 kann während dieser Drehbewegung soweit verzögert werden, dass die Entnahmevorrichtung 111 in der Übergabestellung mit einer geringeren Umfangsgeschwindigkeit dreht, um die Abgabe des Segmentes 16 zu vereinfachen. Das Segment 16 wird in der Übergabestellung der Entnahmevorrichtung 111 von dem in der „6-Uhr-Position“ angeordneten Übernahmestempel 113 an das Ablageorgan 112 abgegeben.

Das Ablageorgan 112 weist eine Aufnahme 115 auf sowie einen Abstreifer 117 mit einer kammartigen Struktur mit einer Mehrzahl von parallel zueinander gerichteten Stegen auf, welche in der Breite und Anordnung so bemessen sind, dass sie bei dem Umlaufen der Entnahmevorrichtung 111 aufgrund ihrer Stellung oder durch eine aktive Bewegung zum Eingriff in die Spalte zwischen den Stegen der Übernahmestempel 113 der Entnahmevorrichtung 111 gelangen und das daran gehaltene Segment 16 in der Übergabestelle II passiv und/oder aktiv durch eine eigene Bewegung und/oder die Bewegung der Entnahmevorrichtung 111 von dem Übernahmestempel 113 auskämmen. Auf der Aufnahme 115 wird somit der Zellstapel gebildet, der von dort weiter transportiert und der Fertigstellung der Energiezelle zugeführt wird.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Monozellenherstellungseinrichtung mit Klebstoffauftrag auf den Separator. Auf einem Förderpfad A werden Anoden, auf einem Förderpfad B Kathoden und auf je einem Förderpfad C und D Separatorblätter als Separatorbahnen zugeführt. Aus den Anoden sowie den Kathoden werden zunächst Endlosbahnen mit geschnittenen Kathoden- und Anodenabschnitten gebildet.

Auf einem Förderpfad C wird Separatorbahn 30 zugeführt und um Umlenkrolle 31 geführt. Auf eine erste Oberfläche der Separatorbahn 30 wird von der als Tiefdruckwalze ausgebildeten Klebmassenauftragseinrichtung 21a erwärmte und damit verflüssigte Klebmasse aufgetragen. Die Tiefdruckwalze 21a weist Vertiefungen in Form von Näpfchen auf, die in einem Muster angeordnet sind, das dem gewünschten Klebmassen- schema entspricht. Die Klebmasse wird von der Tiefdruckwalze 21a in dem gewünschten Klebmassenschema in sich wiederholenden Abschnitten auf die Separatorbahn 30 aufgetragen.

Auf einem Förderpfad A wird die Anode zugeführt, die mittels einer Schneidtrommel 52 in Anodenabschnitte 50 getrennt wird. Über eine Anodenspenderwalze 51 werden der Separatorbahn 30 die Anodenabschnitte 50 zugeführt und dabei entsprechend dem Klebmassenschema auf der Separatorbahn angeordnet. Über (nicht gezeigte) Steuermittel wird Tiefdruckwalze 21a mit dem Anodenförderpfad A synchronisiert, damit die Anodenabschnitte 50 auf den gewünschten mit Klebmasse versehenen Stellen auf der Separatorbahn 30 angeordnet werden. Wenn die Anodenabschnitte auf der mit Klebmasse versehenen Separatorbahn 30 aufgebracht sind, durchläuft die Separatorbahn eine Kühleinrichtung 80, in der die Klebmasse gekühlt und verfestigt wird, so dass die Anodenabschnitte 50 auf der Separatorbahn 30 fixiert werden.

In analoger Weise wird auf einem Förderpfad D Separatorbahn 40 zugeführt und um Umlenkrolle 41 geführt. Auf eine erste Oberfläche der Separatorbahn 40 wird von der als Tiefdruckwalze ausgebildeten Klebmassenauftragseinrichtung 21 b erwärmte und damit verflüssigte Klebmasse aufgetragen. Diese Klebmasse ist die gleiche Klebmasse, die auch auf die Separatorbahn 30 aufgetragen wird. Tiefdruckwalze 21 b weist Vertiefungen in Form von Näpfchen auf, die in einem Muster angeordnet sind, das dem gewünschten Klebmassenschema entspricht. Dieses Klebmassenschema kann das gleiche sein wie das für Separatorbahn 30, es kann sich aber auch von diesem unterscheiden. Die Klebmasse wird von der Tiefdruckwalze 21 b in dem gewünschten Klebmassenschema in sich wiederholenden Abschnitten auf die Separatorbahn 40 aufgetragen.

Auf einem Förderpfad B wird die Kathode zugeführt, die mittels Schneidtrommel 62 in Kathodenabschnitte 60 getrennt wird. Über Kathodenspenderwalze 61 werden der Separatorbahn 40 die Kathodenabschnitte 60 zugeführt und dabei entsprechend dem Klebmassenschema auf der Separatorbahn angeordnet. Über (nicht gezeigte) Steuermittel wird Tiefdruckwalze 21 b mit dem Kathodenförderpfad B synchronisiert, damit die Kathodenabschnitte 60 auf den gewünschten mit Klebmasse versehenen Stellen auf der Separatorbahn 40 angeordnet werden. Wenn die Anodenabschnitte auf der mit Klebmasse versehenen Separatorbahn 30 aufgebracht sind, durchläuft die Separator- bahn eine Kühleinrichtung 81 , in der die Klebmasse gekühlt und verfestigt wird, so dass die Kathodenabschnitte 60 auf der Separatorbahn 40 fixiert werden.

Im weiteren Verlauf der Separatorbahn 30 befindet sich eine weitere als Tiefdruck- walze ausgebildete Klebmassenauftragseinrichtung 21c, die wiederum erwärmte und verflüssigte Klebmasse aufträgt, und zwar auf die zweite Oberfläche der Separatorbahn 30. Bei Anpresswalze 90 treffen die beiden Separatorbahnen, Separatorbahn 40 mit Kathodenabschnitten 60 und Separatorbahn 30 mit Anodenabschnitten 50, aufeinander. Die Separatorbahn 30 wird mit ihrer zweiten, mit Klebmasse versehenen Ober- fläche auf der Oberfläche der zweiten Separatorbahn 40 befindlichen Kathodenabschnitte 60 aufgelegt, und zwar derart, dass die Anoden- und Kathodenabschnitte 50, 60 mit ihren Mitten jeweils übereinanderliegen. Durch die Klebmasse wird die Separatorbahn 30 auf den Kathodenabschnitten fixiert und es wird eine Monozellen-Bahn, bestehend aus den beiden Separatorbahnen 30, 40, den Anodenabschnitten 50 und den Kathodenabschnitten 60 gebildet. Diese wird von einer (nicht gezeigten) Schneideinrichtung in die fertigen Monozellen geschnitten.

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP