Patent CN215451488U – 3-Achsen-Elektrolytbefüllung & -Versiegelung

Das Versiegeln ist einer der letzten Arbeitsschritte bei der Herstellung einer Lithiumbatterie. Nach dem Stand der Technik erfolgte dies auf langsame Weise: Ein Bediener führte jede Zelle von Hand in eine Presse ein und ein Stanzvorgang verschloss sie. Die Spezifikation von CN215451488U bezeichnet den Versiegelungsschritt als wichtiges Glied in der Lithiumbatterieproduktion und identifiziert den manuellen Zuführungs- und Stanzweg als Engpass – die Versiegelungseffizienz war gering.

Das Patent antwortet mit einer Maschine, die die Positionierung selbst übernimmt. Ein Sensor erkennt die Zelle auf einer Arbeitsplatte, und drei Elektromotoren treiben drei Gewindespindeln an, um ein Einspritzrohr über die Zelle zu bewegen und diese zu befüllen und zu versiegeln. Der gesamte Handhabungszyklus – positionieren, einspritzen, versiegeln – hängt nicht mehr von den Händen eines Bedieners ab.

Patentinformationen

Das Produktionsproblem, das dieses Patent löst

Manuelles Versiegeln ist langsam und arbeitsintensiv.Im bestehenden Prozess wird die Batterie von Hand zugeführt und durch einen Stanzvorgang versiegelt. Jede Zelle muss einzeln an der Versiegelungsstation ausgerichtet werden, und der Bediener ist Teil jedes Zyklus. Für einen Arbeitsschritt, der ganz am Ende einer Lithiumbatterie-Fertigungslinie positioniert ist, bestimmt dieser manuelle Rhythmus die Obergrenze für den Ausstoß der gesamten Linie.

Befüllen und Versiegeln erfordern Genauigkeit in drei Dimensionen.Um eine Zelle zu injizieren und zu versiegeln, muss das Injektionsrohr aus der richtigen Richtung und in der richtigen Höhe über der Zellenöffnung ankommen. Ein starres Ein-Stationen-Werkzeug kann nicht schnell angepasst werden, wenn sich der Zelltyp oder das Stationslayout ändert.

Das Gebrauchsmuster adressiert beide Punkte: Es erkennt, wo sich die Zelle befindet, und bewegt dann das Injektionsrohr entlang dreier orthogonaler Achsen, sodass der Befüll- und Versiegelungskopf ohne manuelle Ausrichtung positioniert werden kann.

Wie der Mechanismus funktioniert

Die Maschine baut drei Linearachsen aus drei Elektromotoren und drei Gewindespindeln auf, die auf aufeinanderfolgenden Querträgern über einer Arbeitsplatte gestapelt sind. Die Abbildungen 1-4 zeigen die gesamte Maschine in zwei perspektivischen Ansichten und zwei Querschnittsansichten; die Abbildungen 5-7 zeigen die vergrößerten Details, die mit A, B und C gekennzeichnet sind.

Drei gestapelte Motor-Gewindespindel-Achsen

Ein Rahmen trägt an seinem oberen Ende auf jeder Seite eine erste Verbindungsplatte, und ein erster Querträger überspannt die beiden Platten. Der erste Motor an der Rückseite des ersten Querträgers dreht die erste Gewindespindel und der ineinandergreifende erste Verbindungsblock läuft darauf und trägt den zweiten Querträger in Vor-Rück-Richtung. Der zweite Motor am rechten Ende des zweiten Querträgers dreht die zweite Gewindespindel und bewegt den dritten Querträger in Links-Rechts-Richtung. Der dritte Motor auf dem dritten Querträger dreht die dritte Gewindespindel, und ihr Verbindungsblock bewegt den Verbindungsrahmen in der Auf-Ab-Richtung. Alle drei Motoren sind elektrisch mit einer externen Stromversorgung und einer externen Steuerung verbunden.

Füllkopf mit Positionssensor

Der Verbindungsrahmen trägt das Einspritzrohr an seinem vorderen Ende. Das Rohr hat an seinem oberen Ende einen Einspritzanschluss (an dem der Dichtflüssigkeitsschlauch angeschlossen ist) und einen Begrenzungsring an seinem äußeren Ende, der unten links am Verbindungsrahmen sitzt. Ein Positionssensor ist hinter dem Begrenzungsring montiert. Wenn eine Batterie in das Klemmloch der Arbeitsplatte eingesetzt wird, erkennt der Sensor die Zelle und sendet ein Signal an die Steuerung – dieses Signal startet den Positionierungsvorgang.

Arbeitsplatte mit elektrischem Zylinderhub

Ein Stützrahmen steht unter dem Einspritzrohr, und die Arbeitsplatte sitzt darauf. Ein elektrischer Zylinder am Stützrahmen treibt eine Teleskopstange an, deren oberes Ende an der Unterseite der Arbeitsplatte befestigt ist, sodass die Platte zum Be- und Entladen angehoben und abgesenkt werden kann. Ein Verbindungsrohr an der Unterseite der Platte beherbergt eine Federstange, deren unteres Ende auf dem Stützrahmen ruht; die Federstange befindet sich in Presspassung mit dem Verbindungsrohr, sodass sich die Platte gleichmäßig auf und ab bewegt, anstatt zu kippen.

Geführter Schlitten und Rahmenversteifung

Der Verbindungsrahmen trägt außerdem einen Gleitblock hinten links, der auf einer Gleitschiene läuft, die am dritten Querträger montiert ist, wodurch der Auf-Ab-Schlitten stabil gehalten wird. Unten ist der Rahmen mit den ersten Verbindungsplatten verschraubt und durch eine dreieckige Platte in jedem Eckwinkel versteift.

Arbeitsablauf wie veröffentlicht: Der Bediener schließt den Einspritzanschluss an den Dichtflüssigkeitsschlauch an und schaltet die Maschine ein; eine Batterie wird in das Klemmloch eingesetzt; der Positionssensor identifiziert die Zelle und signalisiert dies der Steuerung; die Steuerung betreibt nacheinander den ersten Motor (vorne-hinten), den zweiten Motor (links-rechts) und den dritten Motor (auf-ab), sodass der Verbindungsrahmen das Einspritzrohr positioniert und die Zelle füllt und abdichtet; wenn die Platte be- oder entladen werden muss oder das Rohr vertikal einspritzen muss, startet die Steuerung den elektrischen Zylinder und die Teleskopstange bewegt die Arbeitsplatte.

Beanspruchte Vorteile

Vergleich mit der manuellen Zuführ- und Stanzversiegelung

Beim bisherigen Verfahren wurde die Batterie von Hand zugeführt und durch einen Stanzvorgang versiegelt, wobei der Bediener Teil jedes Zyklus war. Dieses Patent ersetzt diesen Rhythmus durch motorische Positionierung und Betätigung.

Wo diese Technologie heute eingesetzt wird

CN215451488U deckt die Positionier- und Befüllarchitektur ab, die in den Batterie-Versiegelungs- und Elektrolyt-Befüllanlagen von TOB eingesetzt wird: Zelle erfassen, Kopf in drei Achsen bewegen, befüllen und versiegeln. Das ist genau die Sequenz, die eine Produktions-Versiegelungsstation an jeder Zelle zuverlässig wiederholen muss.

• Elektrolyt-Befüllmaschinen für prismatische Zellen
• Montagelinien für Pouch-Zellen

Anfragen zu verwandten Geräten: Angebot anfordern

Häufig gestellte Fragen

Vollständige Beschreibung und Zeichnungen: CN215451488U auf Google Patents