Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stapelung von flächigen Gegenständen.

Das Stapeln von flächigen Gegenständen, z. B. Elektrodenelementen, ist be kannt. Dabei wird mindestens ein erstes Elektrodenelement und ein zweites Elektrodenelement verwendet, die an einer Stapelposition angeordnet wer den, wodurch ein Elektrodenstapel erzeugt wird. Auf diese Weise werden Elektrodenelemente zur Herstellung von elektrochemischen Energiespei chern, wie Lithium-Ionen-Batterien, oder Energiewandlern, wie Brennstoff zellen, üblicherweise gestapelt, insbesondere bei der Herstellung von Pouch- Zellen, einer weit verbreiteten Bauform eines Lithium-Ionen- Akkumulators.

Die Elektrodenelemente sind dabei üblicherweise als Kathode, basiert bei spielsweise auf Aluminiumfolie, und/ oder Anode, basiert beispielsweise auf Kupferfolie, ausgebildet. Die kleinste Einheit jeder Lithium-Ionen-Zelle be steht aus zwei Elektroden und einem Separator, der die Elektroden vonei nander trennt. Dazwischen befindet sich später nach einer Befüllung ein io nenleitfähiger Elektrolyt.

Beim Stapelvorgang werden die Elektrodenelemente in einem sich wieder holenden Zyklus aus Anode, Separator, Kathode, Separator und so weiter gestapelt.

Neben den übrigen Schritten der Herstellung von elektrochemischen Ener giespeichern oder Brennstoffzellen, wie beispielsweise der Konfektionierung oder der Kontaktierung stellt der Schritt des Stapelns bei der Herstellung oftmals den Flaschenhals für den Fertigungsdurchsatz dar. Bekannte Verfahren zum Stapeln der Elektrodenelemente setzen auf einen Greifarm eines Roboters, welcher das Elektrodenelement greift und platziert. Nach bisherigem Wissen sind hier jedoch keine deutlichen Geschwindig keitserhöhungen mehr zu erwarten.

Weitere bekannte Verfahren setzen für die Stapelbildung auf ein rotierendes Stapelrad mit welchem die Elektrodenelemente auf einem Elektrodenstapel abgelegt werden.

Die WO 2020/212316 Al beschreibt hierzu ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels aus Anoden und Kathoden für eine Lithium-Ionen- Batterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, bei dem die Anoden und die Kathoden in Fächer eines rotatorisch angetriebenen oder rotatorisch antreibbaren Stapelrads gefördert werden, und die in den Fächern aufge nommenen Anoden und Kathoden anhand einer Rotation des Stapelrads zu einer Ablage gefördert werden. Weiter ist es aus der WO 2020/212317 Al bekannt, sogenannte Monozellen zu stapeln. Dabei handelt es sich um einen Elektro den verbünd aus einer Anode und einer Kathode sowie Separatoren zur Trennung der Elektroden.

Zur Herstellung der der elektrochemischen Energiespeicher oder Energie wandler ist es erforderlich, eine vorgegebene Anzahl von Elektroden bzw. Monozellen zu stapeln. Um einen kontinuierlichen Betrieb des Stapelrads zu ermöglichen, ist es dabei erforderlich, den aus der vorgegebenen Anzahl von Elektroden bzw. Monozellen bestehenden Stapel von einer Auflage, auf der der Stapel gebildet wird, zu entfernen, bevor weitere Elektroden bzw. Mo nozellen vom Stapelrad für den nächsten zu bildenden Stapel antransportiert und auf den bereits gebildeten Stapel abgelegt werden. Aufgabe ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stapelung von flä chigen Gegenständen zu schaffen, mit welchen ein Stapel aus einer vorgege benen Anzahl von flächigen Gegenständen kontinuierlich und unterbre chungsfrei erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vor richtung zur Stapelung von flächigen Gegenständen mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Stapelung von flächigen Gegenstän den zur Bildung von Stapeln mit einer vorgegebenen Anzahl von flächigen Gegenständen mittels eines Stapelrads weist nachfolgende Schritte auf a) Einfuhren von flächigen Gegenständen in Fächer des Stapelrads, b) Transportieren der flächigen Gegenstände in den Fächern des Stapelrads, c) Entfernen der flächigen Gegenstände aus den Fächern des Stapelrads und Bilden eines Stapels mit der vorgegebenen Anzahl von flächigen Gegen ständen, und d) Entfernen des Stapels mit der vorgegebenen Anzahl von flächigen Gegen ständen, wobei nach dem Einführen der vorgegebenen Anzahl von flächigen Gegen ständen in die Fächer des Stapelrads in mindestens ein nachfolgendes Fach des Stapelrads kein flächiger Gegenstand eingeführt wird, und Wiederholen der Schritte a) bis d).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stapelung von flächigen Gegenstän den mittels eines Stapelrads zur Bildung von Stapeln mit einer vorgegebenen Anzahl von flächigen Gegenständen, weist eine Transporteinrichtung, für den Transport der flächigen Gengenstände in Fächer des Stapelrads, wozu Transportgeschwindigkeit der Transporteinrichtung und Rotationsge schwindigkeit des Stapelrads synchronisiert sind, einen Ausstreifer, für die Entfernung der flächigen Gegenstände aus den Fächern des Stapelrads, eine Ablage, für die Ablage der aus den Fächern des Stapelrads entfernten flächi gen Gegenstände und zur Bildung von Stapeln mit der vorgegebenen An zahl von flächigen Gegenständen, und eine Stapeltransporteinrichtung zur Entfernung jeweils eines Stapels mit der vorgegebenen Anzahl von flächigen Gegenständen von der Ablage auf, wobei die Transporteinrichtung jeweils die vorgegebene Anzahl von flächigen Gegenständen in die Fächer des Sta pelrads transportiert, und jeweils in mindestens ein nachfolgendes Fach des Stapelrads keinen flächigen Gegenstand transportiert.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass durch eine diskontinu ierliche Befüllung des Stapelrads, d. h. dem Nichtbefüllen von einem oder mehreren Fächern mit zu stapelnden flächigen Gegenständen, ein längerer Zeitraum zwischen angrenzenden, flächige Gegenstände enthaltenden Fä chern entsteht.

Der Vorteil der Erfindung ist dabei insbesondere darin zu sehen, dass dieser längere Zeitraum dazu genutzt werden kann, einen mittels des Stapelrads gebildeten Stapel zu entfernen, bevor ein neuer Stapel gebildet wird.

Dadurch kann das Stapelrad ohne Unterbrechung der Zufuhr der flächigen Gegenstände zur Bildung von Stapeln verwendet werden.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängi gen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungs form anhand von Figuren.

Es zeigt

Figur 1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Stapelung von flä chigen Gegenständen, Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten bzw. zweiten Ausfüh rungsform der Bildung von Stapeln flächiger Gegenstände mit ei nem Stapelrad, und

Figur 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Bildung von Stapeln flächiger Gegenstände mit einem Stapelrad.

In Figur 1 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zur Stapelung von flächigen Gegenständen G mit einem Stapelrad 10 dargestellt, für die Bildung eines Stapels 40 mit einer vorgegebenen Anzahl n von flächigen Ge genständen G. Die Anzahl n kann dabei eine beliebige ganze Zahl sein, bei spielsweise 100.

Das dargestellte Stapelrad 10 weist eine vorgegebene Anzahl von Stapelfin gern S auf, im dargestellten Beispiel 20. Benachbarte Stapelfinger S schließen jeweils ein Fach F gemäß der vorgegebenen Anzahl ein, im dargestellten Bei spiel 20. Eine Transporteinrichtung 20, die von einem Antrieb 21, z. B. einem Elektromotor oder einem Schrittmotor, angetrieben wird, transportiert die flächigen Gegenstände G in Richtung auf das Stapelrad 10. Das Stapelrad 10 dreht in einer Rotationsrichtung R, angetrieben von einem Antrieb 11, z. B. einem Elektromotor oder einem Schrittmotor. Die Antriebe 21, 11 von Transporteinrichtung 20 und Stapelrad 10 werden dabei so aufeinander syn chronisiert, dass die Transportgeschwindigkeit der Transporteinrichtung 20 und die Rotationsgeschwindigkeit des Stapelrads 10 so aufeinander abge stimmt sind, dass die flächigen Gegenstände von der Transporteinrichtung 20 in die Fächer F des Stapelrads 10 eingeführt werden, ohne dass es zu Kol lisionen mit den Stapelfingern kommt. Die Vorrichtung 100 zur Stapelung von flächigen Gegenständen G weist außerdem einen oder mehrere Aus streifer 30 auf, die seitlich neben dem Stapelrad 10 angeordnet sind und in den Fächern F transportierte flächige Gegenstände G ausstreifen, also entfer- nen, so dass die flächigen Gegenstände G auf der Ablage 31 abgelegt werden und den Stapel 40 mit der vorgegebenen Anzahl n von flächigen Gegenstän den G bilden. Falls besonders große Stapel 40 gebildet werden müssen, kann es vorgesehen sein, dass die Ablage 31 in Richtung des Pfeils 32 verfahrbar ist, damit der Stapel 40 nicht mit den Stapelfingern S des Stapelrads 10 kolli diert. Sobald der Stapel 40 die vorgegebene Anzahl n von flächigen Gegen ständen G aufweist, wird der Stapel 40 von einer Stapeltransporteinrichtung 33 von der Auflage 31 entfernt, damit ein nachfolgender Stapel gebildet werden kann.

In Figur 1 ist der Moment dargestellt, in dem der Stapel 40 mit der vorgege benen Anzahl n=100 von flächigen Gegenständen G gebildet wird und der letzte flächige Gegenstand G, der mit n bezeichnet ist, aus dem links vom Ausstreifer 30 liegenden Fach des Stapelrad 10 entfernt wurde. Der fertig gestellte Stapel 40 mit 100 flächigen Gegenständen G kann danach von der Stapeltransporteinrichtung 33 entfernt werden. Dazu ist es vorgesehen, dass im nachfolgenden Fach des Stapelrads 10, das sich in Figur 1 im Bereich des Ausstreifers 30 befindet und mit der gestrichelten Linie mit dem Bezugszei chen 101 gekennzeichnet ist, kein flächiger Gegenstand enthalten ist. Dadurch entsteht eine zeitliche Lücke zwischen dem letzten flächigen Ge genstand G des Stapels 40, der mit n bezeichnet ist, und dem ersten flächigen Gegenstand G, der mit 1 bezeichnet ist, des nachfolgend zu bildenden Sta pels aus flächigen Gegenständen. Durch diese zeitliche Lücke wird es er möglicht, den fertig gebildeten, die Anzahl n von flächigen Gegenständen enthaltenden Stapel 40 mit der Stapeltransporteinrichtung 33 von der Ablage 31 zu entfernen, ohne dass es zu einer Kollision mit dem ersten flächigen Gegenstand G, der mit 1 bezeichnet ist, des nachfolgend zu bildenden Sta pels kommt. In Figur 2 ist schematisch eine erste Ausführungsform zur Bildung von Sta peln mit einer Anzahl n von flächigen Gegenständen G mit einem Stapelrad 10 dargestellt. Bei der ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, die Rotati onsgeschwindigkeit des in Rotationsrichtung R vom Antrieb 11 über eine Achse 12 angetriebenen Stapelrads 10 zu variieren. Die flächigen Gegenstän de G werden dabei von der Transporteinrichtung 20 in die Fächer des Sta pelrads 10 transportiert. Nachdem der mit n bezeichnete, letzte flächige Ge genstand G, der zu einem Stapel mit der Anzahl n flächiger Gegenstände G gehört, in ein Fach des Stapelrads transportiert wurde, erhöht der Antrieb 11 die Rotationsgeschwindigkeit, ausgehend von der oben beschriebenen, auf die Transportgeschwindigkeit synchronisierten Rotationsgeschwindigkeit derart, dass in das nachfolgende, mit 101 gekennzeichnete Fach des Stapel rads 10 kein flächiger Gegenstand von der Transporteinrichtung 20 transpor tiert wird. Im Anschluss wird die Rotationsgeschwindigkeit des Stapelrads 10 durch den Antrieb 11 wieder auf die synchronisierte Rotationsgeschwin digkeit reduziert, und der mit 1 gekennzeichnete erste flächige Gegenstand des nachfolgend zu bildenden Stapels wird von der Transporteinrichtung 20 in das nächste Fach des Stapelrads 10 transportiert. Im Anschluss daran werden weitere flächige Gegenstände in die Fächer des Stapelrads 10 trans portiert, bis die vorgegebene Anzahl n erreicht ist. Danach wird, wie zuvor beschrieben, erneut die Rotationsgeschwindigkeit erhöht, damit in einem Fach kein flächiger Gegenstand enthalten ist, um den Stapel aus n flächigen Gegenständen von der Ablage 31 entfernen zu können.

In Figur 2 ist schematisch zudem eine zweite Ausführungsform zur Bildung von Stapeln mit einer Anzahl n von flächigen Gegenständen G mit einem Stapelrad 10 dargestellt. Bei der zweiten Ausführungsform ist es vorgesehen, die Transportgeschwindigkeit der Transporteinrichtung 20 mittels des An triebs 21 zu variieren. Die flächigen Gegenstände G werden dabei von der Transporteinrichtung 20 in die Fächer des Stapelrads 10 transportiert. Nach- dem der mit n bezeichnete, letzte flächige Gegenstand G, der zu einem Sta pel mit der Anzahl n flächiger Gegenstände G gehört, in ein Fach des Stapel- rads 10 transportiert wurde, verringert der Antrieb 21 die Transportge schwindigkeit, ausgehend von der oben beschriebenen, auf die Rotationsge schwindigkeit synchronisierten Transportgeschwindigkeit derart, dass in das nachfolgende, mit 101 gekennzeichnete Fach des Stapelrads 10 kein flächiger Gegenstand von der Transporteinrichtung 20 transportiert wird. Im An schluss wird die Transportgeschwindigkeit der Transporteinrichtung 20 durch den Antrieb 21 wieder auf die synchronisierte Transportgeschwindig keit erhöht, und der mit 1 gekennzeichnete erste flächige Gegenstand des nachfolgend zu bildenden Stapels wird von der Transporteinrichtung 20 in das nächste Fach des Stapelrads 10 transportiert. Im Anschluss daran wer den weitere flächige Gegenstände in die Fächer des Stapelrads 10 transpor tiert, bis die vorgegebenen Anzahl n erreicht ist. Danach wird, wie zuvor beschrieben, erneut die Transportgeschwindigkeit verringert, damit in einem Fach kein flächiger Gegenstand enthalten ist, um den Stapel aus n flächigen Gegenständen von der Ablage 31 entfernen zu können.

Es ist auch möglich, die zuvor beschriebene Variation der Transportge schwindigkeit sowie die Variation der Rotationsgeschwindigkeit zu kombi nieren. Die Erzeugung von freien Fächern zwischen den flächigen Gegen ständen G aus aufeinanderfolgenden Stapeln im Stapelrad 10 wird dann durch eine gleichzeitige Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit des Stapel rads 10 und eine Verringerung der Transportgeschwindigkeit der Trans porteinrichtung 20 erreicht.

In Figur 3 ist schematisch eine dritte Ausführungsform zur Bildung von Sta peln mit einer Anzahl n von flächigen Gegenständen G mit einem Stapelrad 10 dargestellt. Bei der dritten Ausführungsform ist es vorgesehen, eine Lücke L von einem flächigen Gegenstand G im Strom der transportierten flächigen Gengestände G zu erzeugen. Die Transportgeschwindigkeit der Trans porteinrichtung 20 und die Rotationsgeschwindigkeit des Stapelrads 10 blei ben unverändert. Die flächigen Gegenstände G werden von der Trans porteinrichtung 20 in die Fächer des Stapelrads 10 transportiert. Nachdem der mit n bezeichnete, letzte flächige Gegenstand G, der zu einem Stapel mit der Anzahl n flächiger Gegenstände G gehört, von der Transporteinrichtung 20 in ein Fach des Stapelrads transportiert wurde, erscheint die Lücke L im von der Transporteinrichtung 20 transportierten Strom von flächigen Gegen ständen, so dass in das nachfolgende Fach 101 des Stapelrads 10 kein flächi ger Gegenstand von der Transporteinrichtung 20 transportiert wird. Im An schluss wird der mit 1 gekennzeichnete erste flächige Gegenstand des nach folgend zu bildenden Stapels von der Transporteinrichtung 20 in das nächste Fach des Stapelrads 10 transportiert. Im Anschluss daran werden weitere flächige Gegenstände in die Fächer des Stapelrads 10 transportiert, bis die vorgegebenen Anzahl n erreicht ist. Danach erscheint, wie zuvor beschrie ben, erneut eine Lücke L von einem flächigen Gegenstand G im Strom der transportierten flächigen Gengestände G, damit in einem Fach kein flächiger Gegenstand enthalten ist, um den Stapel aus n flächigen Gegenständen von der Ablage 31 entfernen zu können. Dabei kann die Lücke L einem oder mehreren flächigen Gegenständen G oder auch Bruchteilen davon entspre chen. Anstatt im Strom der flächigen Gegenstände G Lücken L durch Aus lassen von einzelnen flächigen Gegenständen G zu erzeugen, kann alternativ Abstände A zwischen den flächigen Gegenständen G im Strom der flächigen Gegenstände G derart verringert werden, dass nach der vorgegebenen An zahl n von flächigen Gegenständen G die benötigte Lücke L entsteht.

Es ist auch möglich, die zuvor beschriebene Variation der Transportge schwindigkeit sowie die Variation der Rotationsgeschwindigkeit und die Verwendung einer Lücke im transportierten Strom von flächigen Gegen ständen zu kombinieren. Die Erzeugung von freien Fächern zwischen den flächigen Gegenständen G aus aufeinanderfolgenden Stapeln im Stapelrad 10 wird dann durch eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit des Sta- pelrads 10, eine Verringerung der Transportgeschwindigkeit der Trans porteinrichtung 20, das Vorsehen von Lücken im transportierten Strom von flächigen Gegenständen oder einer Kombination von zwei oder allen drei beschriebenen Maßnahmen erreicht.

In den vorherigen Beispielen wurde beschrieben, dass zwischen den flächi gen Gegenständen G von zwei aufeinanderfolgenden Stapeln von flächigen Gegenständen G mit der Anzahl n ein Fach im Stapelrad 10 keinen flächigen Gegenstand aufweist, um eine zeitliche Lücke für den Abtransport eines fer tiggestellten Stapels zu erzeugen. Es ist offensichtlich, dass die zeitliche Lü cke bei Bedarf vergrößert werden kann, indem die Transporteinrichtung 20 in mehr als ein Fach keinen flächigen Gegenstand transportiert. So können zwei, drei, vier, fünf oder eine beliebige Anzahl von Fächern frei bleiben, um eine gewünschte zeitliche Lücke zu erzeugen.

Die in Figur 1 dargestellten Fächer F des Stapelrads 10 weisen einen ge krümmten Verlauf auf. Abweichend davon kann es auch vorgesehen sein, dass die Fächer einen geradlinigen, spiralförmigen oder anderweitigen Ver lauf aufweisen. Der Verlauf der Fächer wird vorteilhaft den Eigenschaften der zu stapelnden flächigen Gegenstände G angepasst. Sind die flächigen Gegenstände G beispielsweise flexibel und leicht biegbar oder verformbar, kann es sinnvoll sein, einen gekrümmten oder spiralförmigen Verlauf für die Fächer zu wählen. Sind die flächigen Gegenstände G beispielsweise starr und nur wenig oder kaum biegbar oder verformbar, kann es sinnvoll sein, einen geradlinigen oder nur wenig gekrümmten Verlauf für die Fächer zu wählen. Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung 100 weist ein auf der angetriebenen Achse 12 angeordnetes Stapelrad auf. Es können aber auch zwei oder mehr Stapelräder 10 beabstandet auf der Achse 12 derart angeordnet sein, dass die Fächer F der Stapelräder 10 in Rotationsrichtung R fluchten, d. h. so ausge richtet sind, dass die flächigen Gegenstände von der Transporteinrichtung 20 in die jeweils zueinander ausgerichteten Fächer der Stapelräder transportiert werden können. Weiter kann es vorgesehen sein, dass zusätzliche Abstreifer 30 zwischen den Stapelrädern 20 angeordnet sind.

Ebenso kann es vorgesehen sein, dass neben der dargestellten Ablage 31 eine zweite oder weitere Ablagen vorhanden ist oder sind. Die Ablage 31 sowie die weitere oder weiteren Ablagen können dann wechselweise an die in Fi gur 1 dargestellte Stelle der Ablage 31 gebracht werden, um flächige Gegen stände G aufzunehmen. Dazu wird die zweite oder weitere Ablage oberhalb des auf der ersten Ablage 31 gebildeten Stapels 40 und unterhalb des Stapel- rads 20 eingeführt. Die erste Ablage mit dem Stapel 40 wird dann in Rich tung des Pfeils 32 nach unten mit dem Stapel 40 wegbewegt und die zweite Ablage nimmt die Position der dargestellten ersten Ablage 31 ein, um den nachfolgend gebildeten Stapel aufzunehmen. Nach vollständiger Bildung des nachfolgenden Stapels wiederholt sind der Austausch der Ablagen, so dass erneut die Ablage 31 zu stapelnde flächige Gegenstände G aufnimmt. Alternativ kann die erste Ablage 31 mit dem Stapel 40 aus dem Bereich des Stapelrads 20 herausgeschwenkt und gleichzeitiges die zweite oder weitere Ablage in den Bereich des Stapelrads 10 hinweingeschwenkt werden.

Wie eingangs beschrieben, kann es sich bei den flächigen Gegenständen G um Elektrodenelemente zur Herstellung von elektrochemischen Energie speichern, wie Lithium-Ionen-Batterien, oder Energiewandlern, wie Brenn stoffzellen, handeln. Diese weisen Anoden und Kathoden sowie Separatoren oder Membranen auf. Die einzeln oder als Monozellen, wie beispielsweise in WO 2020/212316 Al oder WO 2020/212317 Al beschrieben, gestapelt wer den. Dabei muss eine vorgegebene Anzahl von Anoden und Kathoden sowie Separatoren oder Membranen bzw. Monozellen gestapelt werden, um einen Energiespeicher oder einen Energiewandler bilden zu können. Dies kann mit dem oben beschrieben Stapelrad sowie der mit dem Stapelrad ausgestatteten Vorrichtung besonders vorteilhaft erreicht werden.

Auch für andere flächige Gegenstände ist das oben beschriebene Stapelrad sowie die mit dem Stapelrad ausgestattete Vorrichtung geeignet, bei denen ein Stapel aus einer vorgegebenen Anzahl von flächigen Gegenständen ge bildet werden soll, beispielsweise zur Bildung von Banknotenstapeln mit 100 Banknoten.