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Die Erfindung betrifft eine Positionier-Hilfsvorrichtung für den Verbindevorgang mehrerer gleichartiger Werkstücke.
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Aus dem Stand der Technik sind Batteriehalterungen bekannt, die aus Kunststoff bestehen. Sie bilden ein Kunststoffgitter aus zylindrischen Fassungen, in die zylindrische Batterien oder Zellen eingesetzt werden können, um sie dann miteinander zu verbinden. Grundsätzlich können solche Halterungen auch benutzt werden um Werkstücke, die keine Batterien sind, zwecks Verbindung miteinander zu positionieren und zu fixieren, bis ein Verbindungsvorgang abgeschlossen ist.
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Aus
CN 203 839 436 U und
CN 204 905 322 U sind einfache Haltevorrichtungen bekannt, in die Batterien oder Zellen eingesetzt werden können. Die Batterien werden in ein erstes Kunststoffgitter eingesetzt und ein zweites Gitter wird an die noch freien Enden der Batterien angebracht, so dass ein Modul vormontiert ist. Die Batterien sitzen dabei locker in passenden Fassungen. Ein elektrischer Verbinder, üblicherweise ein Metall- insbesondere Nickelstreifen, der mit den Batterien verbunden wird, wird von beiden Seiten an die Gitter angelegt. Jeder Verbinder muss vor und während des Verbindevorgangs in Position gehalten werden, um auf den elektrischen Kontakten der Batterien liegen zu bleiben. Dies erfolgt mit zusätzlichen Hilfsmitteln, gerade wenn die Vorrichtung zum einfacheren Löten oder Schweißen seitlich gedreht oder auch umgedreht werden soll. Ohne diese Hilfsmittel ist ein Verbindevorgang nicht möglich, ohne dass bspw. der Verbinder verrutscht.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Positionier-Hilfsvorrichtung für den Verbindevorgang mehrerer gleichartiger Werkstücke bereitzustellen, die das Zusammenfügen der Werkstücke und der Verbinder erleichtert und dabei sicher stellt, dass diese exakt positioniert werden, bis der Verbindungsvorgang abgeschlossen ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Positionier-Hilfsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Eine erste Ausführungsform der Vorrichtung bezieht sich auf eine Positionier-Hilfsvorrichtung für den Verbindevorgang mehrerer gleichartiger Werkstücke miteinander über einen oder mehrere Verbinder. Dabei ist die Positionier-Hilfsvorrichtung ein Gitterbauteil, das eine Vielzahl von Fassungen zum Aufnehmen der Werkstücke aufweist. Jede Fassung hat einen oder mehrere Randabschnitt(e), im Grunde Längswandungen, von dessen einer Kante sich mehrere Basisabschnitte in ein geometrisches Zentrum der Fassung erstrecken, wobei die Basisabschnitte in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Basisabschnitte sind voneinander zumindest um die Breite eines vorbestimmten Verbinders beanstandet und bilden eine Lücke, so dass ein Verbinder in die Lücke eingelegt und in der Ebene aufgenommen werden kann. Erfindungsgemäß weist einer oder weisen mehrere der Basisabschnitte der Positionier-Hilfsvorrichtung an die Lücke angrenzend einen nasenförmigen Überstand auf. Somit wird ein Verbinder zumindest von einem nasenförmigen Überstand gehalten. Vorzugsweise weist zumindest einer der Basisabschnitte jeder der Fassungen einen nasenförmigen Überstand auf. Dabei ragt die Spitze des nasenförmigen Überstands in die Lücke. Die Spitze des nasenförmigen Überstands ist an einer Oberseite der Basisabschnitte mit einem Abstand zu einer Ebene E angeordnet, der der Dicke mindestens eines vorbestimmten Verbinders entspricht. Die Oberseite ist hierbei die Seite jedes Basisabschnitts, der von der Kante der Fassungen abgewandt ist, bzw. auf der ein Werkstück anliegen kann.
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Mit dieser Vorrichtung können vorteilhaft Werkstücke mit beliebiger fester Geometrie von allen Seiten lösbar, unlösbar oder kombiniert miteinander oder mit einem oder mehreren Verbindern in einem beliebigen Verbindevorgang auf einfache Weise, also ohne weitere Hilfshalterungen, verbunden werden. Die Komponenten Verbinder und Werkstück werden mit der Vorrichtung nicht nur gefasst, sondern auch geklemmt gehalten, so dass die Vorrichtung während eines Verbindevorgangs zwischen Verbinder und Werkstück gedreht oder gewendet werden kann, ohne dass die Komponenten verrutschen oder aus der Vorrichtung herausfallen können.
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Im Sinne der Erfindung ist ein „Werkstück“ jede Art von Bauteil, das mit anderen gleichartigen Werkstücken an dafür vorgesehenen elektrischen Kontakten elektrisch verbunden werden muss und zu diesem Zweck gehalten bzw. gefasst werden muss. So ist die Positioniervorrichtung insbesondere für Batterien oder Zellen mit einer kreiszylindrischen Geometrie geeignet, wobei die Batterien oder Zellen in die Fassungen eingesetzt gehalten werden und mit den Verbindern elektrisch kontaktiert werden können, indem diese lediglich in die Positionier-Hilfsvorrichtung eingeschoben werden. Vorteilhaft sind die Basisabschnitte einer Fassung mit den dazwischenliegenden Lücken gerade so gestaltet, dass der einzuclippende Verbinder über der elektrischen Kontaktstelle positioniert wird und in Ebene E nicht verrutschen kann, lediglich in z-Richtung, also senkrecht zur Ebene E. Die Basisabschnitte halten den Verbinder in seiner Breite und Länge in Position
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Ein „geometrisches Zentrum“ bezeichnet im Sinne der Erfindung einen Mittelpunkt einer Ebene, in der die Basisabschnitte sich erstrecken. Hier ist die Ebene definiert durch die Kante der Fassungen. In dieser Ebene erstrecken sich die Basisabschnitte zu diesem Mittelpunkt hin.
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Der nasenförmige Überstand kann in einer Weiterbildung der Vorrichtung teilweise eine gebogene Form haben. Die Spitzen können abgerundet sein, um die Komponenten einfacher einzuclippen und zu klemmen und sie nicht zu beschädigen. Durch die Spitze wird der Verbinder in Position gehalten und kann nicht herausfallen. An den Randabschnitten der Fassungen sind Einsteckabschnitte vorgesehen, die ein Einführen der Zellen erleichtern sollen und dafür abgeschrägt sind. In dem ganzen Innenradius auf in etwa einem Fünftel der Gesamthöhe der Fassung sind derartige Abschrägungen vorgesehen, so dass die Zellen besser eingeführt werden können. Bei einem automatisierten Einführen der Zellen kann dadurch die Positioniergenauigkeit der Positionier-Hilfsvorrichtung gegenüber der Zellen geringer sein. Vorzugsweise ist jeweils in jeder Fassung eine Zunge eingebracht, die die Fassung in ihrem Umfang verengen, um damit ebenfalls den Widerstand beim Herausnehmen der Zellen zu erhöhen. Auf den Zungen sind die Abschrägungen steiler. Hinter der Zungen befindet sich weniger Material, sodass diese federnd sind. Dies ermöglicht einen gleichmäßigeren Kraftverlauf auf die Zelle, beim Einführen über die Länge der jeweiligen Fassung, wodurch ein ungewolltes Quetschen der Zelle vermieden wird.
Der Überstand kann auch so gestaltet werden, dass mehrere Ebenen von Verbindern in verschiedenen Anordnungen übereinander gelegt und gehalten werden können. Dadurch können auch größere Module aus Einzelmodulen aufgebaut werden, wobei auch die gleichen Verbinder genutzt werden können. Die Vorrichtung fixiert die Werkstücke für die Verbindung, die ohne plastische Deformation der Geometrie der Verbindung einer Montage auch bei mehreren Lagen übereinander den Verbindungsvorgang wesentlich vereinfacht. In einer besonderen Ausführung sind unterschiedliche Spitzen mit unterschiedlichen Abständen zur Oberseite der Basisabschnitte in der Positionier-Hilfsvorrichtung vorgesehen, sodass jeder übereinander gelegte Verbinder separat gehalten werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer Weiterbildung vorsehen, dass die Fassungen zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch sind und sich daher besonders dafür eignen, Zellen mit einer zylindrischen Form aufzunehmen. Es sind aber auch andere Symmetrien der Fassungen möglich, wie z. B. quadratisch oder rechteckig.
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Die Fassungen sind in der Vorrichtung voneinander durch Streben getrennt, die miteinander verbunden sind und das Gitterbauteil der Vorrichtung bilden.
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Ferner kann die Vorrichtung vorsehen, dass in jeder Fassung eine gerade Anzahl an Basisabschnitten vorliegt. Bevorzugt können vier Basisabschnitte vorliegen, so dass die Werkstücke auf den Oberflächen der Basisabschnitte mit ihrer Stirnseite anliegen können. Die Form der Basisabschnitte ist teilringförmig bzw. trapezförmig. Die Basisabschnitte erstrecken sich eben zu dem geometrischen Zentrum hin, wobei sich die Kanten der Basisabschnitte sich zu dem geometrischen Zentrum hin verjüngen, damit die Lücke für den Verbinder eine konstante Breite aufweist. In einer besonderen Ausführung erstrecken sich die Basisabschnitte asymmetrisch zum geometrischen Zentrum hin, sodass Verbinder nicht über dem Mittelpunkt oder der Rotationsachse des Werkstücks positioniert werden können.
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Geeignete Verbinder können beliebig geformte Bleche oder bevorzugt Metallstreifen sein und aus elektrisch- und thermisch leit- und schweißfähiges Material bestehen, bevorzugt aus Stahl, Kupfer, Metalllegierungen, beschichtetes Metall wie z.B.: vernickeltes Metall oder Nickel, besonders bevorzugt aus Nickel bestehen.
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Die Vorrichtung besteht bevorzugt aus einem spritzfähigen Material, wie Kunststoff und kann durch Spritzguss bspw. in einem Fertigungsschritt hergestellt werden. Andere Herstellungsmethoden sind ebenfalls möglich. So kann ein Verfahren mit zwei-teiligem Werkzeug ohne Hinterschnitte, das eine einfache Entformung ermöglicht, oder auch 3D-Druck eingesetzt werden. Die Vorrichtung kann effektiv das Herunterfallen der Verbinder während des Verbindevorgangs verhindern, wobei alles in einem Schritt vormontiert werden kann und dann in einer beliebigen Position geschweißt oder verlötet werden.
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Ein Verbindevorgang der Werkstücke mit den Verbindern kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielhaft seien Verpressen, Verkleben, Vernieten, Stecken, Schweißen, Schrauben, form- oder kraftschlüssiges Klemmen bzw. Löten genannt.
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Diese Vorrichtung kann überall dort eingesetzt werden, wo Batteriezellen, Superkondensatorzellen, Powercap-Zellen, Hybridkondensatoren oder andere elektrische Energiespeicher verwendet werden. Aus den einzelnen Zellen können Module für den Einsatz in stationären oder mobilen elektrischen Energiespeichersystemen wie z.B. Kraftfahrzeugen erzeugt werden.
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Weitere Ausführungsformen der Vorrichtung sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht der Positionier-Hilfsvorrichtung,
- 2 eine Detailansicht des nasenförmigen Überstands,
- 3 eine schematische Ansicht der Lücke mit eingelegtem Verbinder,
- 4 eine Draufsicht der Positionier-Hilfsvorrichtung mit eingelegtem Verbinder, und
- 5 ein schematischer Schnitt nach Schnitt B-B durch einen Basisabschnitt mit eingesetztem Verbinder und eingesetztem Werkstück.
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In 1 zeigt eine Positionier-Hilfsvorrichtung 1 in Form eines gitterförmigen Bauelements mit acht Fassungen 2, die kreiszylindrisch sind und durch Streben 3 miteinander verbunden sind. Jede Fassung 2 weist dabei einen Randabschnitt 8 auf, der eine Kante 9 hat. Von dieser Kante 9 (in 1 unten) erstrecken sich Basiselemente 4 trapezförmig in ein geometrisches Zentrum der Fassung 2 hinein. Dieses geometrische Zentrum wird bestimmt durch einen Mittelpunkt einer Ebene E, die durch die Kante 9 der Fassung 2 definiert wird und in der sich die Basiselemente 4 erstrecken. Die Basiselemente 4 sind gleichmäßig um den Umfang der Fassung 2 verteilt angeordnet und voneinander beanstandet. Der Abstand zwischen benachbarten Basiselementen 4 bildet dabei eine Lücke 7, die in ihrer Abmessung stets gleich ist und mindestens der Breite eines Verbinders 6 (siehe 3) entspricht. In dem ganzen Innenradius auf in etwa einem Fünftel der Gesamthöhe der Fassung 2 sind Abschrägungen 11 vorgesehen, so dass Werkstücke 10, wie z. B. Zellen, besser eingebracht werden können. Vorzugsweise ist jeweils in jeder Fassung 2 eine Zunge 12 angeordnet, die die Fassung 2 in ihrem Umfang in dem Bereich der Abschrägungen 11 verengen, um damit den Widerstand beim Herausnehmen der Zellen zu erhöhen. Auf den Zungen 12 sind die Abschrägungen 11 steiler.
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Ein Basiselement 4 jeder Fassung 2 weist einen nasenförmigen Überstand 5 auf, wie 1, 2 und 3 zeigen. Dieser Überstand 5 ist derart ausgebildet, dass eine Spitze 5a gebildet wird. Die Spitze 5a erstreckt sich dabei ausgehend von der Kante 9 in der Ebene E wie das Innere der Fassung 2. Diese Spitze 5a soll dazu dienen, einen Verbinder 6, wie einen Metallstreifen (siehe 3) zur elektrischen Kontaktierung der Werkstücke 10 zu halten. Dabei kann der Verbinder 6 unter der Spitze 5a geklemmt werden.
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Der Überstand 5 ist flexibel, bzw. federnd oder elastisch verformbar, so das der Überstand 5 sich beim Einclippen der Verbindung derart in Richtung rechtwinklig zur Rotationsachse der Zelle verformt, dass der Überstand 5 fast senkrecht zu der Zelle 10 steht.
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In 5 beschreibt ein Abstand D5a-E den Abstand zwischen der Spitze 5a und der Ebene E in der Richtung senkrecht zur Ebene E. Der Abstand D5a-E entspricht von den Abmessungen her wie ein Verbinder 6 (Nickelstreifen) dick ist. Es können aber auch mehrere Verbinder 6 aufeinander gestapelt sein, wofür eine größere Abmessung des Abstandes D5a-E bei Fertigung der Vorrichtung 1 vorgesehen sein muss.
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Die Oberseite der Basiselemente 4 ist dabei die Seite, die von der Kante 9 abgewandt in 1 nach oben zeigt.
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Es kann von der Seite der Kante 9 her (Unterseite der Vorrichtung 1) ein Verbinder 6 eingelegt werden, wie 3 und 4 zeigen. Der Verbinder 6 kann dabei manuell oder automatisiert in die Vorrichtung 1 eingelegt, -geclippt oder - geführt werden, ohne sich nach dem Einlegen entgegen der Einbringrichtung zu bewegen oder sich zu verbiegen. Der Verbinder liegt dann in der Ebene E und schließt mit der Unterseite der Vorrichtung 1 ab. Jede Fassung 2 kann neben dem Verbinder 6 auch jeweils ein Werkstück 10 aufnehmen (5), es einklemmen und dadurch halten. Gehalten werden Verbinder 6 von der Spitze 5a des Überstands 5. Es ist kein separates Fixieren des Verbinders 6 in z-Richtung also senkrecht zur Ebene E notwendig, da dieser durch den Überstand 5 in z-Richtung eingeklemmt wird. Ferner ist möglich, dass mehrere Verbinder in unterschiedliche Ausrichtung zueinander und übereinander fixiert werden können.
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In 5 ist die Funktionsweise der Vorrichtung 1 dargestellt, wobei ein Verbinder 6 in den Basisabschnitt 4 eingelegt und durch den Überstand 5 gehalten wird. Ferner ist das Werkstück 10 eingesetzt, so dass in einem Fertigungsschritt beide Komponenten Verbinder 6 und Werkstück 10 miteinander verbunden werden können. Mittels der Zunge 12 wird ein Widerstand beim Herausnehmen des Werkstücks 10 erzeugt, beziehungsweise ein versehentliches Lösen des Verbunds während des Fertigungsprozesses verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Positionier-Hilfsvorrichtung
- 2
- Fassung
- 3
- Streben
- 4
- Basisabschnitt
- 5
- Nasenförmiger Überstand
- 5a
- Spitze
- 6
- Verbinder
- 7
- Lücke
- 8
- Randabschnitt
- 9
- Kante
- 10
- Werkstück
- 11
- Abschrägung
- 12
- Zunge
- E
- Ebene Kante
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 203839436 U [0003]
- CN 204905322 U [0003]
