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Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für einen insbesondere als Plug-In-Hybrid ausgebildeten Kraftwagen. Die Hochvoltbatterie ist zur Unterbringung in dem Kraftwagen vorgesehen und umfasst ein Batteriegehäuse, in welchem eine Mehrzahl von Batteriezellen der Hochvoltbatterie angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Greifwerkzeug zum Ergreifen einer solchen Hochvoltbatterie und einen Roboter mit einem Greifwerkzeug.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Plug-In-Hybriden unterschiedlicher Baureihen werden unterschiedlich große Hochvoltbatterien im Kofferraum der Fahrzeuge untergebracht. Da Hochvoltbatterien ein hohes Gewicht aufweisen, ist vorgesehen, die Hochvoltbatterien mithilfe eines Roboters, welcher ein Greifwerkzeug aufweist, in die Fahrzeuge einzubringen. Das Greifwerkzeug stellt hierbei eine Verbindung zwischen einem Roboterflansch und der Hochvoltbatterie dar. An die Leistungsfähigkeit und den Energieinhalt von Hochvoltbatterien für die Anwendung in Kraftwagen, sei es als elektrischer Energiespeicher für ein Hybridfahrzeug oder als elektrischer Energiespeicher für ein Elektrofahrzeug, werden immer höhere Anforderungen gestellt. Daher werden die Hochvoltbatterien immer größer. Die Einbringung der Hochvoltbatterien in das jeweilige Fahrzeug gestaltet sich folglich zunehmend schwierig.
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Im Kraftwagenbau kommt für das Einbringen der Hochvoltbatterien in das jeweilige Fahrzeug ein Gabelwerkzeug zum Einsatz. Hierbei wird die Hochvoltbatterie von zwei Gabeln aufgenommen und mittels zweier ausfahrbarer Stifte gegen ein Verrutschen gesichert. Anschließend wird die Hochvoltbatterie im Fahrzeug abgesetzt. Die Stifte werden dann wieder eingefahren. Dann fahren die Gabeln unter der Hochvoltbatterie hervor. Bei besonders großen Hochvoltbatterien ist mit diesem Greifkonzept ein Ausfahren beziehungsweise ein Herausziehen der Gabeln nach dem Absetzen der Hochvoltbatterien im Fahrzeug nicht mehr möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hochvoltbatterie der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich auf verbesserte Weise mittels eines Greifwerkzeugs ergreifen lässt, sowie ein Greifwerkzeug zum Ergreifen einer solchen Hochvoltbatterie und einen Roboter mit einem solchen Greifwerkzeug bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Hochvoltbatterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Greifwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und durch einen Roboter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ist an zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Batteriegehäuses jeweils ein im Wesentlichen stiftförmiges Element angeordnet. Das stiftförmige Element ist in wenigstens einem Bereich mittels eines Hakens eines Greifwerkzeugs zumindest teilweise umgreifbar, um mit dem Greifwerkzeug die Hochvoltbatterie zu halten. Die Hochvoltbatterie kann somit mittels des Greifwerkzeugs ergriffen und gehandhabt werden, welches von einer Oberseite auf das Batteriegehäuse zu bewegt wird. Dadurch entfällt das bei besonders großen Hochvoltbatterien nur schwer zu bewerkstelligende Herausziehen von Gabeln, auf welchen die Hochvoltbatterie im Kraftfahrzeug abgesetzt wird.
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Dies ermöglicht es insbesondere, besonders große Hochvoltbatterien problemlos in dem jeweiligen Kraftwagen unterzubringen, beispielsweise im Kofferraum des Fahrzeugs. Des Weiteren kann eine für den Betrieb vorzusehende, sichere Aufnahme der Hochvoltbatterie auf einfache Weise gewährleistet werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf eine mögliche Kooperation zwischen einem Menschen und einem Roboter beim Bestücken des Kraftwagens mit der Hochvoltbatterie von Vorteil.
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Durch das Greifkonzept, welches das Umgreifen des Bereichs der stiftförmigen Elemente beinhaltet, ist es möglich, Hochvoltbatterien unterschiedlicher Größe und Gestalt mit ein- und demselben Greifwerkzeug in Kraftwagen unterschiedlicher Baureihen einzubringen. Somit ist eine Fertigung der Kraftwagen mit geringen Taktzeiten und hohen Verbauquoten realisierbar, ohne dass hierfür ein Wechsel des Greifwerkzeugs erforderlich ist.
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Bevorzugt umfasst das jeweilige stiftförmige Element einen Schaftbereich und einen gegenüber dem Schaftbereich verbreiterten Kopfbereich. Hierbei kann der Schaftbereich mittels des Hakens zumindest teilweise umgriffen werden. Eine derartige Ausgestaltung, bei welcher die stiftförmigen Elemente im Wesentlichen die Form eines Pilzes aufweisen, stellt sicher, dass beim Ergreifen der Hochvoltbatterie mit dem Greifwerkzeug die Hochvoltbatterie besonders sicher gehalten ist.
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Bevorzugt weist das jeweilige stiftförmige Element eine Basisplatte auf, welche an der Seitenwand anliegt und über welche das stiftförmige Element an der Seitenwand des Batteriegehäuses festgelegt ist. Hierbei kann die Basisplatte insbesondere Durchtrittsöffnungen für Schrauben aufweisen. Eine derartige Basisplatte sorgt für einen besonders sicheren Verbund des stiftförmigen Elements mit der jeweiligen Seitenwand und somit für eine besonders hohe Robustheit der stiftförmigen Elemente.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn in einer weiteren Seitenwand des Batteriegehäuses, welche an die das stiftförmige Element aufweisenden Seitenwände angrenzt, zumindest eine Ausnehmung vorgesehen ist, in welche ein Haltestift des Greifwerkzeugs eingebracht werden kann. Durch einen solchen weiteren Greifpunkt kann besonders einfach sichergestellt werden, dass die Hochvoltbatterie nicht verkippt, wenn die Hochvoltbatterie mittels der beiden Haken ergriffen wird.
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Bevorzugt sind in der weiteren Seitenwand zwei Ausnehmungen vorgesehen, welche in eine Erstreckungsrichtung der stiftförmigen Elemente voneinander beabstandet sind. Beispielsweise können die beiden Ausnehmungen, welche insbesondere als Bohrungen ausgebildet sein können, in der Nähe der beiden Seitenwände angeordnet sein, welche die stiftförmigen Elemente aufweisen. Durch eine solche, vier Greifpunkte aufweisende Hochvoltbatterie ist eine besonders sichere Handhabung der Hochvoltbatterie mittels des Greifwerkzeugs ermöglicht.
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Bevorzugt fluchten die beiden stiftförmigen Elemente miteinander, so dass sich die beiden stiftförmigen Elemente in eine Längsrichtung des Batteriegehäuses gesehen und in eine Hochrichtung des Batteriegehäuses gesehen auf derselben Höhe befinden.
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Das Vorsehen der Ausnehmungen in der weiteren Seitenwand des Batteriegehäuses, welche das Einbringen der Haltestifte des Greifwerkzeugs ermöglichen, ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die beiden stiftförmigen Elemente in eine Längsrichtung des Batteriegehäuses gesehen von einem Schwerpunkt der Hochvoltbatterie beabstandet an den beiden Seitenwänden angeordnet sind. So kann beispielsweise bei unterschiedlich langen Batteriegehäusen stets derselbe Abstand der beiden stiftförmigen Elemente von derjenigen Seitenwand vorgesehen sein, welche an die beiden das stiftförmige Element aufweisenden Seitenwände angrenzt.
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Der Abstand der beiden stiftförmigen Elemente von der Seitenwand mit der wenigstens einen Ausnehmung ist dann unabhängig von einer Größe des Batteriegehäuses in eine Längsrichtung desselben. Dadurch ist es möglich, mit demselben Greifwerkzeug (in die Längsrichtung des Batteriegehäuses gesehen) unterschiedlich lange Batteriegehäuse zu ergreifen. Denn die zusätzliche Halterung des Batteriegehäuses mittels des in die zumindest eine Ausnehmung eingebrachten Haltestifts des Greifwerkzeugs verhindert sicher eine Schwenkbewegung der Hochvoltbatterie um ihre Querachse.
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Das erfindungsgemäße Greifwerkzeug ist zum Ergreifen einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ausgebildet. Hierbei umfasst das Greifwerkzeug wenigstens ein Halteteil, an welchem zwei Haken um eine Schwenkachse schwenkbar angeordnet sind. Mittels der beiden Haken können die stiftförmigen Elemente der Hochvoltbatterie in dem wenigstens einen Bereich zumindest teilweise umgriffen werden, um mit dem Greifwerkzeug die Hochvoltbatterie zu halten.
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Es können insbesondere zwei in eine Querrichtung des Batteriegehäuses voneinander beabstandete Halteteile vorgesehen sein, wobei ein Abstand dieser beiden Halteteile bevorzugt veränderbar ist. Denn so ist es möglich, Hochvoltbatterien mit unterschiedlich breiten Batteriegehäusen mit demselben Greifwerkzeug zu ergreifen.
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Bevorzugt ist der jeweilige Haken über eine Befestigungsplatte an dem Halteteil festgelegt, welche einen Anschlag aufweist. Hierbei liegt der Anschlag an dem stiftförmigen Element an, wenn mittels des jeweiligen Hakens das stiftförmige Element der Hochvoltbatterie in dem wenigstens einen Bereich umgriffen werden kann. Auf diese Weise ist eine definierte Positionierung des Halteteils an dem Batteriegehäuse sichergestellt, und ein sicheres Ergreifen des Batteriegehäuses mittels der um die Schwenkachse schwenkbaren Haken ist ermöglicht.
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Bevorzugt ist des Weiteren an dem wenigstens einen Halteteil zumindest ein Haltestift angeordnet, welcher in eine Ausnehmung eingebracht ist, welche in einer weiteren Seitenwand des Batteriegehäuses vorgesehen ist, wenn mittels der Haken die stiftförmigen Elemente der Hochvoltbatterie in dem wenigstens einen Bereich umgriffen werden können.
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Der erfindungsgemäße Roboter umfasst ein erfindungsgemäßes Greifwerkzeug ist dazu ausgebildet, mittels des Greifwerkzeugs eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie in dem Kraftwagen unterzubringen. Mittels eines solchen Roboters lässt sich das Bestücken der Kraftwagen mit der jeweiligen Hochvoltbatterie auf besonders einfache und rasche Weise realisieren.
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Die für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Greifwerkzeug und den erfindungsgemäßen Roboter und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind somit auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 einen ersten Schritt beim Ergreifen einer Hochvoltbatterie mittels eines Greifwerkzeugs, an welchem um eine Schenkachse schwenkbare Haken angeordnet sind, wobei an Seitenwänden eines Batteriegehäuses der Hochvoltbatterie senkrecht von der Seitenwand abstehende, nach Art von Pilzen ausgebildete stiftförmige Elemente angeordnet sind;
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2 das Verfahren des Greifwerkzeugs in eine Längsrichtung des Batteriegehäuses, so dass die beiden Haken an einer Stelle der Seitenwand des Batteriegehäuses zu liegen kommen, an welcher sie jeweilige Schaftbereiche der stiftförmigen Elemente umgreifen können;
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3 in einer vergrößerten Detailansicht einen der Haken, welcher das stiftförmige Element umgreifen kann; und
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4 den um seine Schwenkachse verschwenkten Haken gemäß 3, welcher das stiftförmige Element teilweise umschließt.
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Eine in 1 gezeigte Hochvoltbatterie 10 für einen beispielsweise als Plug-In-Hybrid ausgebildeten Kraftwagen umfasst ein Batteriegehäuse 12 mit einer ersten Seitenwand 14 und einer gegenüberliegenden Seitenwand, welche in der Seitenansicht in 1 nicht zu sehen ist. Des Weiteren umfasst das vorliegend im Querschnitt im Wesentlichen rechteckige Batteriegehäuse 12 eine rückwärtige Seitenwand 16 und eine frontseitige Seitenwand 18. Eine Längsrichtung des Batteriegehäuses 12 ist in 1 durch einen Pfeil 20 veranschaulicht. Die Hochvoltbatterie 10 umfasst eine Mehrzahl von in dem Batteriegehäuse 12 untergebrachten Batteriezellen, um die entsprechende hohe Spannung und Stromstärke bereitzustellen, wie sie für eine Traktionsbatterie eines Kraftwagens vorzusehen ist.
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Um die Hochvoltbatterie 10 auf einfache Weise etwa in einen Kofferraum oder Laderaum des Kraftwagens einzubringen, ist ein (in 1 lediglich ausschnittsweise gezeigtes) Greifwerkzeug 22 vorgesehen, welches etwa an einem Roboterflansch angeordnet sein kann. Das Greifwerkzeug 22 umfasst wenigstens ein Halteteil 24, an welchem in einem vorderen Bereich eine Befestigungsplatte 26 angeordnet ist. An der Befestigungsplatte 26 ist wiederum ein Haken 28 angeordnet, welcher um eine Schwenkachse 30 schwenkbar ist. Ein weiterer solcher Haken 28 ist im Bereich der gegenüberliegenden (nicht gezeigten) Seitenwand des Batteriegehäuses 12 an dem Halteteil 24 oder an einem weiteren solchen Halteteil 24 des Greifwerkzeugs 22 angeordnet.
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An den beiden einander gegenüberliegenden Seitenwänden 14 sind nach Art von Pilzen ausgebildete stiftförmige Elemente 32 angeordnet, welche mittels einer Basisplatte 34 an der jeweiligen Seitenwand 14 befestigt sind. Von der Basisplatte 34 steht senkrecht zu der Seitenwand 14 ein jeweiliger Schaftbereich des jeweiligen stiftförmigen Elements 32 hervor. Das stiftförmige Element 32 weist des Weiteren einen gegenüber dem Schaftbereich verbreiterten Kopfbereich 36 auf. Der Schaftbereich ist folglich in der Seitenansicht in 1 von dem breiteren Kopfbereich 36 verdeckt. Jedoch kann das stiftförmige Element 32 in dem Schaftbereich von dem Haken 28 umgriffen und hierbei teilweise umschlossen werden.
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In der rückwärtigen Seitenwand 16 des Batteriegehäuses 12 sind des Weiteren Ausnehmungen in Form von zwei Bohrungen 38 vorgesehen. In diese Bohrungen 38 kann ein jeweiliger Haltestift 40 eingeführt werden, welcher über einen Flansch 42 an dem Halteteil 24 des Greifwerkzeugs 22 befestigt ist.
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Für die Werkstückaufnahme beziehungsweise das Ergreifen der Hochvoltbatterie 10 wird wie folgt vorgegangen. Zunächst wird das Greifwerkzeug 22 zum Batteriegehäuse 12 hin abgesenkt. Hierbei kann das Greifwerkzeug 22 insbesondere auf einer Höhe von etwa 5 mm über der Hochvoltbatterie 10 abgesenkt werden (vergleiche 1). Entsprechend kann ein Abstand zwischen einer Unterseite des Halteteils 24 und einer Oberseite 44 des Batteriegehäuses 12 beispielsweise 5 mm betragen. Dieser Verfahrensschritt ist in 1 gezeigt.
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Anschließend wird das Greifwerkzeug 22 in die durch den Pfeil 20 angegebene Längsrichtung oder X-Richtung des Batteriegehäuses 12 verfahren. Eine entsprechende Bewegungsrichtung ist in 2 durch einen Pfeil 46 veranschaulicht. Ein linearer Verfahrweg kann hierbei beispielsweise etwa 25 mm betragen. Dieses Verfahren des Greifwerkzeugs 22 in die Längsrichtung des Batteriegehäuses 12 führt zu einem Einführen der Haltestifte 40 in die Bohrungen 38 an der Rückseite des Batteriegehäuses 12, also in die Bohrungen 38, welche in der rückwärtigen Seitenwand 16 des Batteriegehäuses 12 vorgesehen sind.
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Aus 1 ist ersichtlich, dass die jeweilige Befestigungsplatte 26, an welcher der Haken 28 um die Schwenkachse 30 schwenkbar angeordnet ist, einen Anschlag 48 aufweist. Durch das (in 2 veranschaulichte) Verfahren des Greifwerkzeugs 22 in die Längsrichtung des Batteriegehäuses 12 gelangt dieser Anschlag 48 in Anlage mit dem Schaftbereich des jeweiligen stiftförmigen Elements 32. Dieser Zustand ist in 3 in einer vergrößerten Detailansicht gezeigt. Anschließend kann der jeweilige Haken 28 um die Schwenkachse 30 verschwenkt werden. Die Richtung der entsprechenden Schwenkbewegung ist in 3 durch einen weiteren Pfeil 50 veranschaulicht. In der Folge umschließt der Haken 28 den jeweiligen Pilz beziehungsweise den Schaftbereich des jeweiligen stiftförmigen Elements 32 teilweise (vergleiche 4).
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Insbesondere aus 3 ist des Weiteren gut ersichtlich, dass die Basisplatte 34 Durchtrittsöffnungen 52 aufweisen kann, welche der Befestigung der Basisplatte 34 und somit des stiftförmigen Elements 32 an der jeweiligen Seitenwand 14 etwa über Schrauben, Niete oder dergleichen dienen. Des Weiteren können Versteifungsrippen 54 vorgesehen sein, um die Basisplatte 34 zu versteifen (vergleiche 3).
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Bevorzugt sind also an dem Batteriegehäuse 12 der Hochvoltbatterie 10 vier Greifpunkte vorgesehen, welche die Aufnahme durch das Greifwerkzeug 22 ermöglichen. An der rechten und linken Gehäuseseite beziehungsweise Seitenwand 14 befindet sich entsprechend jeweils ein Pilz in Form des stiftförmigen Elements 32. Dieser Pilz kann durch die am Greifwerkzeug 22 angebrachten und um eine in Querrichtung des Batteriegehäuses 12 verlaufende Achse (Y-Achse), also um die Schwenkachse 30 verschwenkbaren Haken 28 gegriffen werden.
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Da die beiden Pilze oder stiftförmigen Elemente 32 in X-Richtung, also in die Längsrichtung des Batteriegehäuses 12, nicht auf der Höhe eines Schwerpunkts der Hochvoltbatterie 10 angebracht sind, ist an der Rückseite beziehungsweise an der rückwärtigen Seitenwand 16 der Hochvoltbatterie 10 rechts und links die jeweilige Bohrung 38 im Batteriegehäuse 12 vorgesehen. In diese Bohrungen 38 können die am Greifwerkzeug 22 befestigten Haltestifte 40 eingefahren werden. Somit kann die Hochvoltbatterie 10 sicher gegriffen und gegen eine Rotation um die (in Querrichtung des Batteriegehäuses 12 verlaufende) Y-Achse des Batteriegehäuses 12 gesichert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochvoltbatterie
- 12
- Batteriegehäuse
- 14
- Seitenwand
- 16
- Seitenwand
- 18
- Seitenwand
- 20
- Pfeil
- 22
- Greifwerkzeug
- 24
- Halteteil
- 26
- Befestigungsplatte
- 28
- Haken
- 30
- Schwenkachse
- 32
- stiftförmiges Element
- 34
- Basisplatte
- 36
- Kopfbereich
- 38
- Bohrung
- 40
- Haltestift
- 42
- Flansch
- 44
- Oberseite
- 46
- Pfeil
- 48
- Anschlag
- 50
- Pfeil
- 52
- Durchtrittsöffnung
- 54
- Versteifungsrippe
