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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls, insbesondere zur Montage wenigstens eines Batteriemoduls in eine Batteriemodulaufnahme, ein System zur Handhabung mehrerer Batteriemodule, insbesondere zur Montage mehrerer Batteriemodule in eine Batteriemodulaufnahme, und ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen.
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Der Anteil elektrisch betriebener Kraftfahrzeuge steigt kontinuierlich und die Weiterentwicklung der Batterietechnik ermöglicht wachsende Reichweiten der entsprechenden Fahrzeuge. Die Montage von Batteriemodulen, insbesondere die Handhabung und das Einsetzen der Batteriemodule in die jeweiligen Batteriemodulaufnahmen, stellen dabei aus unterschiedlichen Gründen hohe Anforderungen.
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Typischerweise genutzte Batteriemodule haben ein Einzelgewicht von bis zu 40 kg und es sind mehrere Batteriemodule zu montieren, um die gewünschte Speicherkapazität zu erreichen. Es ist wünschenswert, diese während der Handhabung ausschließlich von oben zu halten, da für umgreifende Greifsysteme ein zu großer Raumbedarf vonnöten wäre, der der zu erzielenden kompakten Bauweise der Batterieeinheit entgegenstünde. Aus diesem Grund sind die teilweise genutzten Greifersysteme häufig nicht nutzbar.
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Da die Batteriemodule bei einem Sturz zerstört werden können, ist während der Handhabung ein möglichst sicherer Halt zu gewährleisten. Aus diesem Grund sind die bisherigen genutzten Sauggreifer nicht in allen Fällen anwendbar.
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Eine weitere bekannte Lösung sieht die Anordnung von Transportösen an den Batteriemodulen vor. Sofern diese fest mit den Batteriemodulen verbunden sind, verbleiben sie nach der Montage an Ort und Stelle und stellen so ein ungenutztes zusätzliches Gewicht dar.
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Eine weitere Lösung sieht die Anordnung der Transportösen mit Schraubverbindungen an entsprechenden Gewindebohrungen vor, sodass diese nach erfolgter Montage entfernt werden können und das zusätzliche Gewicht entfällt. Hierbei fallen jedoch einerseits zusätzliche Arbeitsschritte an, nämlich das Einbringen von Gewindebohrungen sowie das Anordnen und Entfernen der Transportösen, und andererseits sind die Gewindebohrungen anfällig für Verschmutzungen.
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Es ist ersichtlich, dass die Handhabung mit den herkömmlichen Verfahren teuer, aufwändig und zeitintensiv ist.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur Verfügung zu stellen, die die einfache, sichere und kostengünstige Handhabung von Batteriemodulen erlauben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Handhabung, insbesondere zur Montage wenigstens eines Batteriemoduls gemäß Anspruch 1, die Vorrichtung zur Handhabung, insbesondere zur Montage, wenigstens eines Batteriemoduls gemäß Anspruch 5 sowie durch das System zur Handhabung, insbesondere zur Montage, mehrerer Batteriemodule gemäß Anspruch 9. Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2-4 angegeben, Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 6-8 angegeben. Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.
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Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Handhabung, insbesondere zur Montage wenigstens eines Batteriemoduls in eine Batteriemodulaufnahme, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dieses umfasst das Bereitstellen wenigstens eines Batteriemoduls mit mindestens einer Durchgangsöffnung und einer axial an die Durchgangsöffnung anschließenden Anlagefläche zur Realisierung eines Hinterschnitts, das Bereitstellen einer Transporthilfseinrichtung mit einem Einsteckzapfen zum Einführen in die Durchgangsöffnung, wobei die Transporthilfseinrichtung wenigstens ein radial aus dem Einsteckzapfen herausbewegbares Kragelement aufweist, und das wenigstens teilweise Einführen des Einsteckzapfens in die Durchgangsöffnung entlang einer Einsteckrichtung. Weiterhin umfasst das Verfahren die Arretierung des Einsteckzapfens in der Durchgangsöffnung entgegen der Einsteckrichtung durch radiale Bewegung des wenigstens einen Kragelements aus dem Einsteckzapfen und die Positionierung des Kragelements in der ausgefahrenen Position, so dass das Kragelement die Durchgangsöffnung im Bereich des Hinterschnitts hintergreift und an der Anlagefläche zur Anlage kommt oder kommen kann. Es erfolgt die Bewegung der Transporthilfseinrichtung zwecks Transports des Batteriemoduls, insbesondere ein Anheben der Transporthilfseinrichtung zusammen mit dem Batteriemodul entgegen der Einsteckrichtung.
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Mit der axialen Richtung ist dabei die Richtung gemeint, die entlang der Einsteckrichtung verläuft bzw. entlang der Längsachse einer als Bohrung ausgeführten Durchgangsöffnung.
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Ein Batteriemodul umfasst typischerweise mehrere Batteriezellen, die in einem geschlossenen, in eine Batteriemodulaufnahme am Kraftfahrzeug angeordneten Gehäuse zu positionieren und zu befestigen sind. Es ist allerdings nicht ausgeschlossen, dass ein Batteriemodul mit nur einer einzigen Batteriezelle mit dem erfindungsgemäßen Verfahren montiert wird.
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Die Batteriemodulaufnahme ist eine zur Aufnahme wenigstens eines und insbesondere mehrerer Batteriemodule eingerichtete Einrichtung zur Anordnung an einem Fahrzeug. Diese kann beliebig geformt oder ausgestaltet sein, beispielsweise als einfacher Träger, auf welchen die Batteriemodule anzuordnen sind, oder als wannenartige Struktur, beispielsweise ein mit einem Deckel zu schließendes Batteriegehäuse.
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Die Durchgangsöffnung kann einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Sie kann dabei auch ein durchgehender Bereich einer nicht durchgehenden Öffnung sein, beispielsweise der nach außen hin gewandte Bereich eines Sacklochs. Sie wird als Durchgangsöffnung bezeichnet, da sie für den Bereich des Einsteckzapfens durchgehend ist, welcher das Kragelement aufweist, und das Kragelement somit durch sie hindurchgeführt werden kann.
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Insbesondere meint die Durchgangsöffnung ein Durchgangsloch, welches typischerweise ohne ein Gewinde ausgeführt ist. Dabei kann die Anlagefläche zur Herstellung des Hinterschnitts durch eine die Durchgangsöffnung begrenzende Stirnfläche ausgestaltet sein. Alternativ kann an einen als Durchgangsöffnung ausgestalteten Bereich einer beliebigen Öffnung, beispielsweise ein Sackloch oder eine durchgehende Bohrung, eine in zumindest einer radialen Richtung angeordnete Aufweitung zur Herstellung des Hinterschnitts anschließen, in welche das Kragelement eingesteckt werden kann und welche die Anlagefläche zur Verfügung stellt.
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Die Anlagefläche kann dabei beliebig geformt und ausgerichtet sein, wobei sie zumindest bereichsweise mit wenigstens einer Komponente ihrer Erstreckungsrichtung senkrecht zur Einsteckrichtung angeordnet ist, so dass der Hinterschnitt das Herausziehen des Einsteckzapfens verhindert. Insbesondere ist die Anlagefläche im Wesentlichen senkrecht zur Einsteckrichtung bzw. zur Erstreckungsrichtung der Durchgangsöffnung ausgerichtet. Die Anlagefläche ist der Seite abgewandt, von welcher der Einsteckzapfen der Transporthilfseinrichtung in die Durchgangsöffnung eingesteckt wird.
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Das Kragelement ist insbesondere aus dem Einsteckzapfen herausklappbar oder herausschiebbar. Dabei stellt es von einer Längsachse des Einsteckzapfens ausgehend eine nach außen weisende radiale Aufweitung des Einsteckzapfens zumindest in seiner Bewegungsrichtung zur Verfügung, mittels der ein Hintergreifen realisierbar ist. Mit anderen Worten wird eine Querschnittserweiterung bzw. ein Vorsprung in zumindest einer Winkelposition realisiert. Die Längsachse des Einsteckzapfens entspricht dabei insbesondere seiner Längserstreckungsrichtung bzw. der Einsteckrichtung. Die Einsteckrichtung ist typischerweise die Haupterstreckungsrichtung der Durchgangsöffnung.
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Wie beschrieben meint das radiale Herausbewegen des Kragelements eine im Wesentlichen senkrecht zur Einsteckrichtung ausgerichtete Bewegung. Die Positionierung des Kragelements in der ausgefahrenen Position meint dabei die Positionierung zumindest eines Bereichs des Kragelements, insbesondere eines nach außen weisenden Bereichs, außerhalb der Außenkontur des Einsteckzapfens.
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Die Arretierung entgegen der Einsteckrichtung meint dabei eine Arretierung gegen ein der Einsteckrichtung entgegengerichtetes Herausziehen des Einsteckzapfens aus der Durchgangsöffnung, also ein Verhindern eines Herausziehens entgegen der Einsteckrichtung. Durch die Arretierung des Einsteckzapfens an der Durchgangsöffnung wird eine formschlüssige Verbindung zur Verfügung gestellt, bei welcher das Kragelement an der Anlagefläche anliegt und auf diese Weise die Durchgangsöffnung hintergreift. Die Anlagefläche bzw. die Kontaktfläche kann dabei auch relativ klein ausgeführt sein, sodass es im Wesentlichen zu einem punkt- bzw. linienförmigen Kontakt zwischen dem jeweiligen Kragelement und der Anlagefläche kommt. Durch die Arretierung des Einsteckzapfens an der Durchgangsöffnung wird eine Befestigung der Transporthilfseinrichtung an dem Batteriemodul durch Hintergreifen im Bereich eines Hinterschnitts realisiert.
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Das Kragelement muss nicht notwendigerweise im direkten zeitlichen Anschluss an die radiale Bewegung des Kragelements zur Anlage an der Anlagefläche kommen. Diese erfolgt jedoch spätestens dann, wenn der Einsteckzapfen mit ausgefahrenem Kragelement entgegen der Einsteckrichtung in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.
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Die radiale Bewegung, also das Herausschieben bzw. Herausklappen des Kragelements, erfolgt somit derart, dass das Kragelement hinter die begrenzende Kante bzw. Stirnfläche der Durchgangsöffnung oder in die Aufweitung hinein bewegt wird. Die Bewegung ist dabei nicht notwendigerweise derart auszuführen, dass das Kragelement bzw. die Kragelemente vollständig aus dem Einsteckzapfen herausfahren, sondern sie können zumindest abschnittsweise noch nach Ausführung der radialen Bewegung im Zapfen angeordnet sein.
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Insbesondere umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin die Positionierung des Batteriemoduls in einer Zielposition, zum Beispiel in der Batteriemodulaufnahme eines Kraftfahrzeugs. Es kann ein Lösen der Arretierung und/oder eine Befestigung des Batteriemoduls an der Batteriemodulaufnahme erfolgen.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die Durchgangsöffnung durch Durchbohren eines am Batteriemodul befindlichen Wandungsbereichs entlang der Einsteckrichtung hergestellt, sodass die Anlagefläche am Wandungsbereich für das Kragelement zugänglich ist.
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Der Wandungsbereich kann beispielsweise einen offenen oder geschlossenen Hohlraum begrenzen. Der Hohlraum hat dabei zumindest entlang einer radialen Richtung senkrecht zur Einsteckrichtung zwecks Herstellung der Anlagefläche eine größere Erstreckung als der Durchmesser der Durchgangsöffnung. Somit bildet der Wandungsbereich des Hohlraums die Anlagefläche aus. Die Erstreckung des Hohlraums sowie der Durchmesser der Bohrung wenn dabei senkrecht zur Einsteckrichtung, also in radialer Richtung, gemessen.
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Der Hohlraum, welcher in dieser Ausgestaltung an die Durchgangsöffnung anschließt, muss nicht notwendigerweise Bestandteil der Durchgangsöffnung sein. Typischerweise wird im Übergangsbereich von der Durchgangsöffnung zum Hohlraum eine umlaufende Anlagefläche zur Verfügung gestellt. Dabei kann auch der Hohlraum einen größeren Kreisquerschnitt als die Bohrung aufweisen, wobei insbesondere beide Kreisquerschnitte konzentrisch angeordnet sind. Die Wandungsbereiche des Hohlraums werden dabei typischerweise zusammen mit dem Batteriemodul bzw. mit dessen Gehäuse gefertigt, beispielsweise in einem Gussverfahren.
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Diese Ausführungsform bringt den Vorteil einer besonders einfachen und kostengünstigen Bereitstellung einer Anlagefläche mit sich.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Transporthilfseinrichtung eine an den Einsteckzapfen axial angrenzende radiale Aufweitung, insbesondere einen eine Stirnfläche ausbildenden Vorsprung, zur Ausübung einer Anpresskraft auf. Der Einsteckzapfen wird derart in die Durchgangsöffnung eingeführt, dass die radiale Aufweitung einen Bereich des Batteriemoduls insbesondere einen die Durchgangsöffnung umgebenden Bereich kontaktiert, sodass die Transporthilfseinrichtung eine entlang der Einsteckrichtung ausgerichtete Anpresskraft auf das Batteriemodul ausübt.
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Die radiale Aufweitung weist dabei in zumindest eine radiale Richtung des Einsteckzapfens. Insbesondere ist sie als umlaufender Vorsprung ausgestaltet, welcher senkrecht zur Einschubrichtung angeordnet ist. Dabei kann die Aufweitung ein die Durchgangsöffnung begrenzender Bereich bzw. ein an der Durchgangsöffnung anliegender Bereich sein.
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Die Anpresskraft auf das Batteriemodul wird dabei zumindest auf den Kontaktbereich zwischen der radialen Aufweitung der Transporthilfseinrichtung und das Batteriemodul ausgeübt. Dieser Bereich wird insbesondere durch das die Durchgangsöffnung ausbildende bzw. umgebende Material ausgebildet.
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Zuvor erfolgt insbesondere die Positionierung des Batteriemoduls an bzw. in der Batteriemodulaufnahme. Durch das Ausüben der Anpresskraft kann die anschließend erfolgende Befestigung des Batteriemoduls in der Batteriemodulaufnahme, beispielweise mittels Anschraubens, erleichtert werden. Es ist möglich, dass unterhalb der zu realisierenden Position des Batteriemoduls eine Kühlfläche einer Kühlungseinrichtung zu Kühlung des Batteriemoduls angeordnet ist. Hierbei ist eine optimale Passung der Unterseite des Batteriemoduls in der Kühlungseinrichtung wünschenswert, sodass ein möglichst weitgehender Kontakt zwischen Batteriemodul und Kühlfläche hergestellt werden kann. Dies kann mittels Ausübung der Anpresskraft auf besonders einfache Weise realisiert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die für den Transport des Batteriemoduls genutzte Transporthilfseinrichtung einer weiteren Funktion zugeführt werden kann. Auf diese Weise können in einer Abwärtsbewegung die Positionierung des Batteriemoduls sowie das Ausüben des Anpressdrucks realisiert werden. Insbesondere bei Nutzung mehrerer beabstandeter Transporthilfseinrichtungen kann das gesamte Batteriemodul entlang der Einsteckrichtung angepresst werden.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden Einsteckzapfen wenigstens zweier Transporthilfseinrichtungen in jeweils eine Durchgangsöffnung des Batteriemoduls eingeführt und die Einsteckzapfen werden in den Durchgangsöffnungen arretiert. Insbesondere erfolgt das Einführen dabei zumindest zeitabschnittsweise zeitgleich. Auf diese Weise ist eine exakte Positionierung, beispielsweise umfassend eine definierte Drehung des Batteriemoduls, während der Handhabung möglich.
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In einer Ausgestaltung sind die wenigstens zwei Transporthilfseinrichtungen dabei an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls angeordnet.
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Es können wenigstens zwei Batteriemodule mittels Arretierens von Einsteckzapfen wenigstens zweier, insbesondere mechanisch miteinander verbundener, Transporthilfseinrichtungen in Durchgangsöffnungen befestigt und zumindest zeitabschnittsweise zeitgleich bewegt werden.
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Somit können zwei Transporthilfseinrichtungen gleichzeitig und mechanisch gekoppelt genutzt werden. Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße System zur Montage mehrerer Batteriemodule in eine Batterie bzw. ein Batteriegehäuse oder auch in mehrere Batterien bzw. Batteriegehäuse verwandt werden.
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Wie beschrieben sind typischerweise mehrere Batteriemodule in eine Batteriemodulaufnahme einzusetzen und zu fixieren. Die beschriebene Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht eine schnellere und einfachere Handhabung bzw. Montage von Batteriemodulen, bei welcher weiterhin kleinere Spaltmaße zwischen den Modulen bzw. zwischen der Modulaufnahme und den Modulen realisierbar sind. Insbesondere sind die Transporthilfseinrichtungen auf feste Weise mechanisch verbunden, sodass keine oder nur minimale Relativbewegungen zwischen den einzelnen Batteriemodulen möglich sind.
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Auf diese Weise kann die für die Handhabung bzw. Montage benötigte Zeit im Vergleich zur herkömmlichen Einzelbestückung der Batteriemodulaufnahme deutlich verringert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass auch eine Steigerung des Automatisierungsgrades auf einfache Weise möglich ist.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls, insbesondere zur Montage wenigstens eines Batteriemoduls in eine Batteriemodulaufnahme, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst eine Trageinrichtung mit wenigstens zwei daran angeordneten Transporthilfseinrichtungen. Jede Transporthilfseinrichtung weist einen Einsteckzapfen zum Einstecken in eine Durchgangsöffnung sowie wenigstens ein aus dem Einsteckzapfen radial herausbewegbares und in der ausgefahrenen Position positionierbares Kragelement zum Eingriff in einen Hinterschnitt auf.
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Die Vorrichtung, die Transporthilfseinrichtungen bzw. das Batteriemodul ist bzw. sind insbesondere dazu eingerichtet, dass damit einige oder alle der beschriebenen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden können. Dazu kann sie bzw. können sie zumindest einige der beschriebenen Merkmale aufweisen. Insbesondere ist die Vorrichtung zum Transport eines Batteriemoduls eingerichtet.
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Die Trageinrichtung ist eine beliebig geformte Einrichtung, die zur Aufnahme der Gewichtskraft wenigstens eines Batteriemoduls geeignet ist. Typischerweise weist sie eine Befestigungseinrichtung auf, mittels welcher sie an einer Bewegungseinrichtung, beispielsweise einem Industrieroboter, befestigt werden kann. Die Trageinrichtung kann insbesondere ein Tragarm oder ein Traggerüst sein. Sie verbindet die Transporthilfseinrichtungen mechanisch insbesondere auf feste Weise miteinander, sodass maximal geringfügige Relativbewegungen zwischen den Batteriemodulen möglich sind.
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In einer Ausführungsform weist wenigstens ein Einsteckzapfen zwecks Realisierung einer selbsttätigen Zentrierung beim Einführen in die Durchgangsöffnung an seinem zum Einführen in die Durchgangsöffnung eingerichteten freien Ende eine Fase auf. Alternativ kann er eine Abrundung aufweisen. Auf diese Weise kann das Einführen des Einsteckzapfens in die Durchgangsöffnung besonders einfach und sicher erfolgen.
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In einer Ausgestaltung der Vorrichtung weist wenigstens eine und insbesondere jede Transporthilfseinrichtung eine an den Einsteckzapfen axial angrenzende radiale Aufweitung, insbesondere einen eine Stirnfläche ausbildenden Vorsprung, zur Ausübung einer Anpresskraft auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist wenigstens eine Transporthilfseinrichtung ein Sperrelement zur Fixierung wenigstens eines Kragelements in radial ausgefahrener Position und Sicherung des Kragelements gegen ein Einfahren in den Einsteckzapfen auf.
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Insbesondere ist das Sperrelement zum Blockieren wenigstens eines Kragelements gegen ein Einfahren in den Einsteckzapfen eingerichtet.
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Das Sperrelement blockiert eine radial nach innen gerichtete Bewegung des Kragelements, sodass das Kragelement nicht in den Einsteckzapfen hineingeschoben bzw. -geklappt werden kann sondern in der ausgefahrenen Position verbleibt und in axialer Richtung gegen die Anlagefläche an der Durchgangsöffnung drücken kann. Das Sperrelement dient somit der Sicherung der Arretierung des Einsteckzapfens in der Durchgangsöffnung.
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Zum Lösen der Arretierung des Einsteckzapfens in der Durchgangsöffnung wird das Sperrelement derart bewegt bzw. entfernt, dass die Sicherung wenigstens eines Kragelements gegen ein Einfahren in den Einsteckzapfen aufgehoben wird.
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Das Blockieren des Kragelements eine besonders sichere Befestigungsmöglichkeit des Batteriemoduls an der Transporthilfseinrichtung zur Verfügung und bringt somit den Vorteil einer deutlich gesteigerten Sicherheit während der Handhabung bzw. Montage mit sich.
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In einer Ausgestaltung der Vorrichtung weist das Sperrelement einen radial weiten Bereich und einen radial engen Bereich auf. Es ist zwecks Herstellens bzw. Lösens der Fixierung entlang der Einsteckrichtung beweglich angeordnet, sodass der radial weite Bereich bei Kontaktierung des Kragelements dieses gegen ein Einfahren in den Einsteckzapfen blockiert. Der insbesondere axial an den radial weiten Bereich anschließende radial enge Bereich ermöglicht ein Einfahren des Kragelements in den Einsteckzapfen.
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Typischerweise ist das Sperrelement rotationssymmetrisch mit einem Kreisquerschnitt ausgeführt. Der Durchmesser des radial weiten Bereichs ist größer als der Durchmesser des radial engen Bereichs.
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Beispielsweise ist das Sperrelement als Verdrängungsstift ausgestaltet, welcher einen radial engeren Bereich bzw. eine Verjüngung aufweist. In der geöffneten Position befindet sich die Verjüngung auf der Höhe der Kragelemente, sodass diese in den Einsteckzapfen hinein bzw. aus diesem heraus bewegbar sind. In der gesperrten Position befindet sich ein axial an die Verjüngung anschließender radial weiterer Bereich des Verdrängungsstifts auf der Höhe der Kragelemente, sodass das Einfahren der Kragelemente in den Einsteckzapfen durch den Verdrängungsstift verhindert wird. Auf diese Weise können beispielsweise mehrere in verschiedenen radialen Richtungen des Einsteckzapfens angeordnete Sperrkugeln, die als Kragelemente genutzt werden, gleichzeitig gesperrt bzw. entsperrt werden.
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Insbesondere ist das Sperrelement zur Blockierung aller vorhandenen Kragelemente des jeweiligen Einsteckzapfens eingerichtet.
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Das Entfernen des Sperrelements meint zumindest ein Entfernen des Sperrelements aus der den Formschluss realisierenden Position.
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Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass ein sicheres Blockieren insbesondere mehrerer Kragelemente auf besonders einfache Weise realisierbar ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst wenigstens eine Transporthilfseinrichtung ein Antriebselement zur Bewegung des Sperrelements zwecks Realisierung und Aufhebung der Fixierung.
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Somit kann die Bewegung des Batteriemoduls beispielsweise automatisiert erfolgen. Das Antriebselement kann etwa hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betreibbar sein und ist insbesondere aus der Ferne steuerbar. Dazu kann es an eine Steuerungseinrichtung gekoppelt bzw. koppelbar sein, die beispielweise dazu eingerichtet ist, die Antriebselemente aller Transporthilfseinrichtungen derart anzusteuern, dass alle Sperrelemente gleichzeitig bewegt werden können. So können alle Einsteckzapfen gleichzeitig in den entsprechenden Durchgangsöffnungen arretiert bzw. es können die jeweiligen Arretierungen gelöst werden. In dieser Ausgestaltung ist es weiterhin möglich, dass die Transporthilfseinrichtung einen Positionssensor zur Erfassung der Stellung des Sperrelements aufweist. Somit kann der Verriegelungsstatus an die Steuerungseinrichtung übertragen werden.
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In einer einfachen Ausgestaltung kann die Transporthilfseinrichtung als Antriebselement ein Betätigungselement aufweisen, mittels welchem das Sperrelement manuell betätigt werden kann. Beispielsweise kann dies ein aus der Transporthilfseinrichtung herausragender Betätigungsabschnitt des Sperrelements sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Transporthilfseinrichtung ein Federelement zum Ausüben einer Kraft auf das Sperrelement zwecks Haltens des Sperrelements in einer sperrenden Position, also in einer Position zur Herstellung eines Formschlusses zum Sichern des Kragelements gegen ein Einfahren in den Einsteckzapfen.
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Wird eine Vorrichtung dieser Ausgestaltung genutzt, muss das Antriebselement das Sperrelement gegen die Federkraft bewegen, um den Formschluss zu lösen und die Sperrung aufzuheben. Beispielsweise kann das Antriebselement hierbei ein an der Transporthilfseinrichtung angeordnetes Betätigungselement sein, wie beschrieben.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist jeder Einsteckzapfen wenigstens zwei entlang unterschiedlicher radialer Richtungen herausbewegbare Kragelemente, insbesondere Sperrkugeln, auf. Dabei sind die Kragelemente insbesondere derart angeordnet, dass sie den Radius des Einsteckzapfens im Wesentlichen gleichmäßig unterteilen.
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Es können dabei beide Kragelemente an einem Bauteil angeordnet sein. Typischerweise sind sie jedoch als einzelne Elemente realisiert, die zwecks Ein- bzw. Ausfahrens aus dem Einsteckzapfen relativ zueinander beweglich sind.
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Das gleichmäßige Unterteilen des Radius des Einsteckzapfens meint dabei ein Aufteilen des Radius in gleich große Segmente. Dementsprechend sind beispielsweise zwei Kragelemente um jeweils 180° voneinander entfernt angeordnet und drei Kragelemente um jeweils 120°.
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Dies weist den Vorteil auf, dass eine besonders sichere Befestigung des Batteriemoduls an der Transporthilfseinrichtung realisierbar ist.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein System zur Handhabung mehrerer Batteriemodule, insbesondere zur Montage mehrerer Batteriemodule in eine Batteriemodulaufnahme, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das System umfasst wenigstens zwei mechanisch verbundene erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls.
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Insbesondere ist das System zur zeitgleichen Handhabung bzw. Montage mehrerer Batteriemodule eingerichtet. Es kann weiterhin eine Verbindungsstruktur zur mechanischen Verbindung der Vorrichtungen umfassen. Die Verbindung der Vorrichtungen kann dabei starr oder gelenkig sein, und ist insbesondere starr, wie beschrieben.
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Mit dem erfindungsgemäßen System ist ein sicheres gleichzeitiges Handling mehrerer Batteriemodule möglich. Mittels des Formschlusses sind diese fest mit den Transporthilfseinrichtungen verbunden und können beispielweise mittels der Antriebselemente zur Steuerung der Sperrelemente gleichzeitig fixiert bzw. gelöst werden.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass auf diese Weise mehrere Batteriemodule gleichzeitig montiert werden können. So sind besonders geringe Spalte zwischen den Batteriemodulen realisierbar. Dies führt zu einer volumenbezogenen höheren Kapazität, Reichweite und Effizienz. Der Zeitaufwand der Montage ist signifikant geringer. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Lösung wenig störungsanfällig und kostengünstig herzustellen.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird ein erfindungsgemäßes System zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls bereitgestellt und es werden mehrere Batteriemodule, insbesondere zeitgleich, mittels der Transporthilfseinrichtungen der Vorrichtungen zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls des Systems bewegt.
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Ein vierter Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug umfasst eine Batteriemodulaufnahme sowie wenigstens ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in die Batteriemodulaufnahme montiertes Batteriemodul.
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Insbesondere ist dies ein mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise mit einem erfindungsgemäßen System montiertes Batteriemodul.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Batteriemodul mit mindestens einer und insbesondere wenigstens zwei Durchgangsöffnungen, wobei jede Durchgangsöffnung eine axial an die Durchgangsöffnung anschließende Anlagefläche zur Realisierung eines Hinterschnitts aufweist. Insbesondere weist das Batteriemodul zwei Durchgangsöffnungen auf, die beabstandet voneinander angeordnet sind, so dass das Batteriemodul auf definierte Weise bewegt bzw. gedreht werden kann. Dazu sind die Durchgangsöffnungen insbesondere an zwei unterschiedlichen Seiten des Massenmittelpunkts des Batteriemoduls angeordnet. Jede Durchgangsöffnung hat vorzugsweise eine im Wesentlichen glatte Oberfläche, ist also nicht mit einem Gewinde versehen. Auf diese Weise sind die genannten Batteriemodule einfach und kostengünstig herzustellen und neigen nicht zu einer Schmutzanlagerung in der Gewindestruktur.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen
- 1: eine perspektivische Ansicht einer Transporthilfseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2: eine Schnittzeichnung eines ersten Verfahrensschrittes zur Fixierung einer Transporthilfseinrichtung an einem Batteriemodul,
- 3: eine Schnittzeichnung eines zweiten Verfahrensschrittes zur Fixierung der Transporthilfseinrichtung an einem Batteriemodul,
- 4: eine Schnittzeichnung eines dritten Verfahrensschrittes zur Fixierung der Transporthilfseinrichtung an einem Batteriemodul,
- 5: eine Schnittzeichnung eines vierten Verfahrensschrittes zur Fixierung der Transporthilfseinrichtung an einem Batteriemodul,
- 6: eine Schnittzeichnung eines fünften Verfahrensschrittes zur Fixierung der Transporthilfseinrichtung an einem Batteriemodul,
- 7: eine perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls mit zwei daran angeordneten Transporthilfseinrichtungen.
- 8: eine perspektivische Detaildarstellung der Anbindung einer Transporthilfseinrichtung an ein Batteriemodul,
- 9: eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 10: eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls aus 9,
- 11: eine perspektivische Darstellung eines Systems zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 12: eine perspektivische Darstellung des Systems zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls aus 11,
- 13: eine perspektivische Darstellung eines weiteren Batteriemoduls mit vier daran angeordneten Transporthilfseinrichtungen,
- 14: eine perspektivische Darstellung sowie eine Detaildarstellung des Anbindungsbereiches des Batteriemoduls aus 13, sowie
- 15: eine perspektivische Darstellung sowie eine Detaildarstellung des Anbindungsbereiches aus 14 mit daran angeordneten Transporthilfseinrichtungen.
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1 zeigt eine Transporthilfseinrichtung 20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese weist im unteren Bereich einen Einsteckzapfen 22 auf, welcher zum Einstecken in eine Durchgangsöffnung eingerichtet ist und an seinem freien Ende eine Fase 26 aufweist. Der Einsteckzapfen 22 ist kreiszylinderförmig ausgestaltet und entlang seiner Längserstreckungsrichtung, welche in der Darstellung senkrecht nach unten verläuft, in die Durchgangsöffnung einsteckbar. Aus dem Einsteckzapfen 22 sind vier radial herausbewegbare und in der ausgefahrenen Position positionierbare Kragelemente 24, nämlich Sperrkugeln, angeordnet. Die Sperrkugeln teilen den Radius des Einsteckzapfens in Abschnitte von jeweils 90° auf.
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Im oberen Bereich der Transporthilfseinrichtung 20 befindet sich eine Öse 42 zur Anordnung der Transporthilfseinrichtung 20 an einem Kran oder Ähnlichem. Die Öse 42 ist mittels eines senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Einsteckzapfens 22 verlaufenden Bolzens bzw. einer Schraube drehgelenkig am unteren Teil der Transporthilfseinrichtung 20 befestigt.
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In den 2-6 sind mehrere Verfahrensschritte zur Fixierung einer Transporthilfseinrichtung 20 an einem Batteriemodul (nicht dargestellt) jeweils in Schnittzeichnungen entlang einer Mittelachse der jeweiligen Transporthilfseinrichtung 20 gezeigt. Die Transporthilfseinrichtung 20 weist dabei in ihrem unteren Abschnitt einen Einsteckzapfen 22 auf, aus welchem die Kragelemente 24, nämlich Sperrkugeln, in radialer Richtung herausfahrbar sind. Die darunterliegende Kante des Einsteckzapfens zwei 20 weist eine Fase 26 auf.
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An den Einsteckzapfen 22 grenzt axial eine radiale Aufweitung 40 an, nämlich ein umlaufender Kragen, mit einer nach unten weisenden Kontaktfläche. Oberhalb der Aufweitung 40 ist ein weiterer Kragen angeordnet, welcher zum Positionieren bzw. Halten der Transporthilfseinrichtung 20 eingerichtet ist. Oberhalb dieses Kragens befindet sich der Betätigungsabschnitt 36 des zentral innenliegenden Sperrelements 30.
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In 2 wird das Sperrelement 30 mittels der sich an der Transporthilfseinrichtung 20 abstützenden Druckfeder 34 in einer oberen Position gehalten. Auf diese Weise befindet sich die Verjüngung 32 des Sperrelements 30 oberhalb der Kragelemente 24, sodass diese das Sperrelement 30 in einem radial weiteren Bereich kontaktieren. Auf diese Weise ist ein Formschluss zwischen den Kragelementen 24 und dem Sperrelement 30 hergestellt, der eine nach innen gerichtete radiale Verschiebung der Kragelemente 24 verhindert.
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Unterhalb der Transporthilfseinrichtung 20 ist ein Bereich eines Batteriemoduls 10 mit einer Durchgangsöffnung 12 dargestellt. Die die Durchgangsöffnung 12 nach oben hin begrenzende Kante weist ebenfalls eine Fase auf, sodass das Einführen des Einsteckzapfens 22 in die Durchgangsöffnung 12 selbstzentrierend erfolgen kann.
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Unterhalb der Durchgangsöffnung 12 ist ein Hohlraum 18 angeordnet, dessen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Durchgangsöffnung 12 gemessene Erstreckung größer ist als der Durchmesser der Durchgangsöffnung 12. Im Übergangsbereich zwischen der Durchgangsöffnung 12 und dem Hohlraum 18 befindet sich die axial an die Durchgangsöffnung 12 anschließende, im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Anlagefläche 14. Die Durchgangsöffnung 12 wurde nach der Herstellung des Hohlraums 18 mittels Realisierung einer vertikal ausgerichteten Durchbohrung des Wandungsbereiches 16 des Hohlraums 18 hergestellt.
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Die Transporthilfseinrichtung 20 wird entlang der Bewegungsrichtung 60 vertikal nach unten bewegt, um den Einsteckzapfen 22 in die Durchgangsöffnung 12 einzuführen.
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In 2 wurde das Sperrelement 30 entlang seiner Bewegungsrichtung 62 mittels Betätigung des Betätigungsabschnitts 36 nach unten bewegt. Die Verjüngung 32 befindet sich nun auf der Höhe der Kragelemente 24, wodurch sich diese in radialer Richtung nach innen verschieben können und nicht mehr über die Außenkontur des Einsteckzapfens 22 hinauskragen. Dabei wird die Druckfeder 34 komprimiert. 4 zeigt nun dieselbe Transporthilfseinrichtung 20 nach einer Abwärtsbewegung entlang der Bewegungsrichtung 60, die ein teilweises Einführen des Einsteckzapfens 22 in die Durchgangsöffnung 12 bedingt. Die Außenkontur des Einsteckzapfens 22 sowie die Kragelemente 24 liegen dabei an der Innenwandung der Durchgangsöffnung 12 an. Weiterhin wird der Betätigungsabschnitt 36 des Sperrelements 30 entlang seiner Bewegungsrichtung 62 nach unten gedrückt.
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5 zeigt dieselbe Position der Transporthilfseinrichtung 20 nach Beendigung der Betätigung des Betätigungsabschnitts 36. Die Druckfeder 34 übt nun eine nach oben gerichtete Druckkraft auf das Sperrelement 30 aus. Durch den Kontakt der Kragelemente 24 mit der Innenwandung der Durchgangsöffnung 12 ist allerdings eine Positionierung des Sperrelements 30 derart, dass die Verjüngung 32 oberhalb des Bereichs der Kragelemente 24 angeordnet wird, nicht möglich. Vielmehr bilden die Kragelemente 24 einen Formschluss mit der Wandung der Durchgangsöffnung 12 aus, welcher die Verlagerung des Sperrelements 30 nach oben verhindert.
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In 6 ist nun dieselbe Transporthilfseinrichtung 20 nach erfolgter Positionierung des Einsteckzapfens 22 in der Durchgangsöffnung 12 dargestellt. Durch die Druckkraft der Feder 34 die Kragelemente 24 radial nach außen bewegt worden und das Sperrelement 30 ist nach oben in seine Ausgangsposition verschoben worden. Die Kragelemente 24 hintergreifen die Durchgangsöffnung 12 im Bereich des Hinterschnitts. Bei einer aufwärtsgerichteten Bewegung der Transporthilfseinrichtung 20 entlang der Bewegungsrichtung 60 kommen die Kragelemente 24 nun an der Anlagefläche 14 zur Anlage und bilden einen Formschluss aus, welcher eine sichere Befestigung des Batteriemoduls an der Transporthilfseinrichtung 20 gewährleistet.
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Bei einer abwärtsgerichteten Bewegung der Transporthilfseinrichtung 20 entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung 60 kommt die radiale Aufweitung 40, welche eine Stirnfläche ausbildet, mit der nach oben weisenden Fläche des Wandungsbereich 16 des Hohlraums 18 in Kontakt, welcher die Durchgangsöffnung 12 begrenzt. Auf diese Weise kann mittels der Transporthilfseinrichtung 20 eine nach unten gerichtete Anpresskraft ausgeübt werden, welche das Batteriemodul beispielsweise an die Batteriemodulaufnahme drücken kann.
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Zum Lösen der Arretierung des Einsteckzapfens 22 in der Durchgangsöffnung 12 ist eine erneute Betätigung des Betätigungsabschnitts 36 entgegen der Kraft der Druckfeder 34 erforderlich.
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7 zeigt ein Batteriemodul 10 mit zwei an unterschiedlichen Schmalseiten angeordneten Transporthilfseinrichtungen 20. Das Batteriemodul 10 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet und die Transporthilfseinrichtungen 20 sind derart positioniert, dass ein durch sie aufgespanntes Zugmittel das Batteriemodul 10 diagonal überspannen würde. Zur Bewegung des Batteriemoduls 10 sind an den Transporthilfseinrichtungen 20 oben liegende Ösen 42 angeordnet. Auf der linken Seite des Batteriemoduls 10 sind weiterhin zwei elektrische Anschlüsse zur Realisierung einer elektrisch leitfähigen Verbindung des Batteriemoduls 10 beispielsweise mit einem Verbraucher angeordnet.
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8 zeigt die Anwendung aus 7 einer vergrößerten Detailansicht. Es zeigt sich, dass das Batteriemodul 10 eine Durchgangsöffnung 12 aufweist, in welcher sich der Einsteckzapfen 22 der Transporthilfseinrichtung 20 befindet. Die nach unten weisende Stirnfläche der Aufweitung 40 der Transporthilfseinrichtung 20 kontaktiert dabei den die Durchgangsöffnung 12 aufweisenden bzw. begrenzenden Bereich des Batteriemoduls 10.
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In 9 ist das Batteriemodul 10 an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 50 zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls 10 angeordnet. Hierbei sind die Transporthilfseinrichtungen 20, welche ansonsten genau wie in 7 angeordnet sind, an einer balkenförmigen Trageinrichtung 52 befestigt, welche diese mechanisch miteinander verbindet. Zwecks Anordnung der Transporthilfseinrichtung 20 einer Trageinrichtung 52 sind die oben liegenden Schäkel, welche die Öse 42 umfassen, demontiert, und der Bolzen bzw. die Schraube befestigt den unteren Bereich der Transporthilfseinrichtung 20 an der Trageinrichtung 52. Typischerweise befindet sich an der Oberseite des genannten unteren Bereichs der Transporthilfseinrichtung 20 der herausragende Betätigungsabschnitt (hier nicht dargestellt), welcher auf diese Weise, ohne den Schäkel mit der Öse 42, leicht erreichbar ist.
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Zwecks Anordnung der Vorrichtung 50 an einer Bewegungseinrichtung oder einem System zur Handhabung mehrerer Batteriemodule 10 ist eine Trageinrichtung 52 mittig eine weitere Transporthilfseinrichtung 20 angeordnet. Hierbei sind unterschiedlichste Befestigungs- bzw. Anbindungsmöglichkeiten möglich und die gezeigte Transporthilfseinrichtung 20 dient lediglich als Beispiel.
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10 zeigt die Vorrichtung 50 zur Handhabung wenigstens eines Batteriemoduls 10 aus 9 ohne das daran angeordnete Batteriemodul 10. Die Einsteckzapfen der Transporthilfseinrichtungen 20 weisen senkrecht nach unten, um sie in Durchgangsöffnungen eines Batteriemoduls einzuführen.
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11 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems zur Handhabung mehrerer Batteriemodule 10. Hierbei sind zwölf erfindungsgemäße Vorrichtungen 50 an einer H-förmigen Verbindungsstruktur 54 angeordnet, welche wiederum eine mittig angeordnete Befestigungseinrichtung 56 zur Befestigung an einer Bewegungseinrichtung aufweist.
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Die Trageinrichtung 52 jeder Vorrichtung 50 überspannt ein Batteriemodul 10 diagonal und ist mittels der zwei daran angeordneten Transporthilfseinrichtungen 20 am jeweiligen Batteriemodul 10 fixiert. Es zeigt sich, dass bei einer Anbindung der Verbindungsstruktur 54 an einer Bewegungseinrichtung sämtliche zwölf Batteriemodule 10 gleichzeitig und parallel bewegt bzw. in die entsprechende Batteriemodulaufnahme beispielsweise eines Kraftfahrzeugs montiert werden können.
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12 zeigt das System aus 11 ohne die daran angeordneten Batteriemodule 10. Die an jeder einzelnen Vorrichtung 50 angeordneten Transporthilfseinrichtungen 20 sind erkennbar.
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13 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Batteriemoduls 10 mit vier daran angeordneten Transporthilfseinrichtungen 20. Die Durchgangsöffnungen 12 befinden sich jeweils in Wandungsbereichen 16 eines am Batteriemodul 10 befindlichen offenen Hohlraums. Die Einsteckzapfen 22 sind in den Durchgangsöffnungen 12 positioniert. Auf der linken Seite des Batteriemoduls 10 sind weiterhin die elektrischen Anschlüsse dargestellt.
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14 zeigt den Anbindungsbereich der des Batteriemoduls 10 für die Transporthilfseinrichtungen 20. Hierbei ist ersichtlich, dass die Durchgangsöffnung 12 durch Realisierung einer vertikal ausgerichteten Bohrung durch den Wandungsbereich 16 des offenen Hohlraums 18 hergestellt wurde. Die Anlageflächen 14 für die Kragelemente der Transporthilfseinrichtung 20 sind die jeweils verdeckt dargestellten nach unten weisenden Flächen des Wandungsbereichs 16 des Hohlraums 18.
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In 15 ist nun der jeweilige Einsteckzapfen 22 der beiden Transporthilfseinrichtungen 20 in den jeweiligen Durchgangsöffnungen angeordnet. Die Aufweitungen 40 der Transporthilfseinrichtungen 20 liegen auf der nach oben weisenden Fläche des Wandungsbereichs 16 auf. Es ist sichtbar, dass die Kragelemente 24 radial aus den Einsteckzapfen 22 herauskragen und diese somit in der Durchgangsöffnung 12 arretieren. Auch hier weist der Einsteckzapfen 22 an seinem freien Ende eine Fase 26 auf.
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Bezugszeichenliste
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| Batteriemodul |
10 |
| Durchgangsöffnung |
12 |
| Anlagefläche |
14 |
| Wandungsbereich |
16 |
| Hohlraum |
18 |
| Transporthilfseinrichtung |
20 |
| Einsteckzapfen |
22 |
| Kragelement |
24 |
| Fase |
26 |
| Sperrelement |
30 |
| Verjüngung |
32 |
| Druckfeder |
34 |
| Betätigungsabschnitt |
36 |
| Aufweitung |
40 |
| Öse |
42 |
| Vorrichtung zur Handhabung |
50 |
| Trageinrichtung |
52 |
| Verbindungsstruktur |
54 |
| Befestigungseinrichtung |
56 |
| Bewegungsrichtung der Transporthilfseinrichtung |
60 |
| Bewegungsrichtung des Sperrelements |
62 |
