DE102017223664A1

DE102017223664A1 - Verfahren und Handhabungsvorrichtung zur Anordnung eines Batteriemoduls auf einer Platte

Info

Publication number: DE102017223664A1
Application number: DE102017223664.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Giere
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2037-12-23
Also published as: DE102017223664B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anordnung eines als Antriebsenergiespeicher für ein Kraftfahrzeug dienenden Batteriemoduls (10) mit einem Batteriegehäuse (12) auf einer Platte (14), wobei auf der Platte (14) und/oder auf einer Kontaktfläche (16) des Batteriegehäuses (12) ein Wärmeleitmaterial (18) angeordnet wird, wobei das Batteriegehäuse (12) mit der Kontaktfläche (16) relativ zu der Platte (14) so angeordnet wird, dass das Wärmeleitmaterial (18) zwischen der Kontaktfläche (16) und der Platte (14) angeordnet ist, wobei der Abstand (d) zwischen der Kontaktfläche (16) und der Platte (14) verringert wird, während das Batteriemodul (12) mit Schwingungen beaufschlagt wird und/oder die Platte (14) mit Schwingungen beaufschlagt wird und/oder das Wärmeleitmaterial (18) mit Schwingungen beaufschlagt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Handhabungsvorrichtung (26) zur Anordnung eines als Antriebsenergiespeicher für ein Kraftfahrzeug dienenden Batteriemoduls (10) mit einem Batteriegehäuse (12) auf einer Platte (14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Handhabungsvorrichtung zur Anordnung eines als Antriebsenergiespeicher für ein Kraftfahrzeug dienenden Batteriemoduls auf einer Platte. Dabei handelt es sich bei der Platte insbesondere um ein dünnwandiges Blech eines Kraftfahrzeuges, insbesondere um ein Bodenblech eines Kraftfahrzeuges.
Aus DE 10 2017 100 030 A1 sind ein Verfahren und ein System zum Bereitstellen einer Gleichverteilung von Verlustwärme in einem Batteriesatz bekannt. In dem Batteriesatz sollen mehrere Zellen angeordnet und mit einem Kühlbehälter in thermischen Kontakt gebracht werden. Dazu wird eine verformbare Wärmeleitpaste zwischen den Zellen und dem Kühlbehälter angeordnet. In Verbindung mit dem Verfahren wird auf die Möglichkeit verwiesen, durch Schütteln oder Vibrieren des Systems eine gleichmäßige Verteilung der Wärmeleitpaste zwischen den einzelnen Zellen zu bewirken. Auf eine nachgelagerte Handhabung des Systems, insbesondere auf eine Anordnung eines solchen Systems auf einer Platte, mit welcher das System verbunden werden soll, wird in dem Dokument nicht eingegangen.
Bei der Handhabung von Batteriegehäusen von als Antriebsenergiespeicher dienenden Batteriemodulen - insbesondere bei der Anordnung eines solchen Batteriegehäuses auf einer Platte, mit welcher das Batteriegehäuse verbunden werden soll - besteht das Problem, dass extern an dem Batteriegehäuse angreifende Kräfte gering gehalten werden müssen, um eine negative Beeinträchtigung von in dem Batteriegehäuse angeordneten Batteriezellen und/oder eine Verformung der Platte zu vermeiden, insbesondere eine plastische Verformung der Platte. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn das Batteriemodul verhältnismäßig groß und schwer ist und somit eine flächenmäßig große Kontaktfläche (z.B. eine Bodenfläche) aufweist und diese Kontaktfläche zur Erzielung einer vorteilhaften Wärmeleitverbindung über eine Zwischenlage aus einem Wärmeleitmaterial eine möglichst großflächige Wärmeleitverbindung zu der Platte herstellen soll. Als Wärmeleitmaterial werden in solchen Fällen oft ZweiKomponenten-Materialien (2K-Wärmeleitmaterialien) verwendet, die während einer Montagephase leicht komprimierbar sind und später aushärten. Um sicherzugehen, dass das Wärmeleitmaterial möglichst vollflächig zwischen Batteriegehäuse und der Platte angeordnet ist und ein definierter Soll-Abstand zwischen dem Batteriegehäuse und der Unterlage nicht unterschritten wird, wird eine relativ dicke Schicht des Wärmeleitmaterials auf das Batteriemodul oder das korrespondierende Element aufgetragen, wobei die Schichtdicke des Wärmeleitmaterials größer gewählt wird als der Soll-Abstand. Anschließend werden die beiden Bauteile in einen Soll-Abstand zueinander gebracht. Überschüssiges Wärmeleitmaterial wird dabei verdrängt. Nachteilig ist, dass die erforderlichen 2K-Wärmeleitmaterialien relativ teuer sind. Bei Verwendung günstigerer Einkomponenten-Wärmeleitmaterialien (1K-Wärmeleitmaterialien) hingegen besteht das Problem, dass diese üblicherweise eine höhere Viskosität aufweisen. Dementsprechend sind relativ hohe Kräfte erforderlich, um eine Anordnung in der oben skizzierten Art und Weise zu erzielen, insbesondere in automatisierter Form mittels geeigneter Handhabungsvorrichtungen. Die benötigten Kräfte liegen häufig im Bereich von 10.000 N oder mehr. Solche Kräfte können zu Schädigungen der in dem Batteriemodul angeordneten Batteriezellen führen, und/oder solche Kräfte können von dünnwandigen Platten, auf welchen die Batteriegehäuse angeordnet werden sollen, teilweise nicht aufgenommen werden, weil die Platten sich dann plastisch und/oder elastisch verformen würden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anordnen eines als Antriebsenergiespeicher für ein Kraftfahrzeug dienenden Batteriemoduls mit einem Batteriegehäuse auf einer Platte und eine Handhabungsvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zur Verfügung zu stellen, welche die Anordnung eines Batteriemoduls auf einer Platte mit geringem Krafteinsatz einfach und kostengünstig mit qualitativ hochwertigem Wärmeübergang unabhängig von der konstruktiven Gestaltung der Platte zu ermöglichen, wobei die Gefahr einer Schädigung von in dem Batteriemodul angeordneten Batteriezellen möglichst gering gehalten werden soll.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anordnung eines als Antriebsenergiespeicher für ein Kraftfahrzeug dienenden Batteriemoduls mit einem Batteriegehäuse auf einer Platte wird auf der Platte und/oder auf einer Kontaktfläche des Batteriegehäuses ein Wärmeleitmaterial angeordnet, wobei das Batteriegehäuse mit der Kontaktfläche relativ zu der Platte so angeordnet wird, dass das Wärmeleitmaterial zwischen der Kontaktfläche und der Platte angeordnet ist. Unter einem Antriebsenergiespeicher im Sinne der Erfindung sind dabei Batteriemodule zu verstehen, die zumindest überwiegend - oder sogar ausschließlich - zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges dienen. Die Antriebsenergiespeicher können dabei in einem Kraftfahrzeug selbst angeordnet oder Teil von stationären Anwendungen sein, insbesondere von stationären Anwendungen, die dazu dienen, ein für ein Kraftfahrzeug vorgesehenes Batteriemodul zu laden. Diesbezüglich wird insbesondere auf Ladestationen verwiesen, an welchen eine sichere Anordnung von Batteriemodulen auf einer Platte mittels Wärmeleitmaterial von Bedeutung ist, beispielsweise um einen vorgegebenen Temperaturbereich der Batterie während des Ladens mittels einer Kühlplatte und/oder einer Wärmeplatte einhalten zu können.
Batteriemodule im Sinne der Erfindung sind insbesondere solche, die eine Spannung von maximal 60 V zur Verfügung stellen. Zur Ausbildung eines Antriebsenergiespeichers werden daher insbesondere mehrere Batteriemodule, beispielsweise 8, 10 oder 12 Batteriemodule, derart miteinander verschaltet, dass sich eine Gesamtspannung von mindestens 100 V und weiter vorzugsweise von mindestens 200 V ergibt, insbesondere eine Spannung zwischen 200 V und 300 V.
In dem Batteriegehäuse ist mindestens eine Batteriezelle angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere Batteriezellen in dem Batteriegehäuse angeordnet. Besonders bevorzugt sind Batteriemodule, bei denen jede Batteriezelle eine Spannung von mindestens 2 V zur Verfügung stellt, weiter bevorzugt mindestens 3 V und besonders bevorzugt 2-4 V oder 3-4 V.
Bei der vorstehend genannten Platte handelt es sich insbesondere um eine Platte, mittels welcher Wärme passiv, zum Beispiel durch einen während der Fahrt des Kraftfahrzeuges auftretenden Fahrtwind, von dem Batteriegehäuse abgeführt wird. Alternativ wird die Platte mittels eines durch die Platte oder entlang der Platte strömenden Kühlmittels aktiv gekühlt, um die Abfuhr von Wärme aus dem Batteriemodul zu verbessern. Zudem kann vorgesehen sein, dass die Platte bei niedrigen Außentemperaturen zum aktiven Heizen des Batteriemoduls verwendet wird, insbesondere um die Funktionsfähigkeit und die Haltbarkeit des Batteriemoduls zu verbessern.
Als Wärmeleitmaterial werden insbesondere pastöse, schaumartige und/oder gummiartige Materialien verwendet. Der Abstand zwischen der Kontaktfläche und der Platte wird verringert, während das Batteriemodul mit Schwingungen beaufschlagt wird und/oder die Platte mit Schwingungen beaufschlagt wird und/oder das Wärmeleitmaterial mit Schwingungen beaufschlagt wird.
Durch die Beaufschlagung mit Schwingungen wird die zur Anordnung des Batteriegehäuses auf der Platte in einem Soll-Abstand aufzuwendende Kraft erheblich reduziert, insbesondere in Verbindung mit 1 K-Wärmeleitmaterial. Mittels der Schwingungen bzw. Vibrationen werden kleine Kraftstöße bzw. Impulse in die Platte und/oder das Batteriegehäuse und/oder das Wärmeleitmaterial eingeleitet, mittels welchen die notwendige Kraft zur Verringerung des Abstandes zwischen Batteriegehäuse und Platte erheblich verringert werden kann. Dies geschieht im Wesentlichen aufgrund der unmittelbaren oder mittelbaren Wirkung auf das Wärmeleitmaterial. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der benötigte Krafteinsatz bzw. Druck insoweit signifikant reduziert werden, um ein Batteriegehäuse auf einer Platte in einem Soll-Abstand anzuordnen und insbesondere dazwischen angeordnetes Wärmeleitmaterial so weit zu verdrängen, dass der Soll-Abstand erreicht wird. Besonders vorteilhaft ist, dass die auf das Batteriegehäuse einwirkenden Kräfte dabei sehr gering gehalten werden können, so dass in dem Batteriegehäuse angeordnete Batteriezellen während des Verfahrens frei oder weitestgehend frei von mechanischen Spannungen und Druck bleiben. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verfahren auch in Verbindung mit Platten in Form von Blechen mit geringer Wandstärke durchführbar ist, ohne dass das Risiko eines Durchbiegens oder plastischen Verformens besteht.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass statt teurer (2K-)Wärmeleitmaterialien mit niedrigerer Viskosität auch günstigere Wärmeleitmaterialien verwendet werden können, insbesondere 1 K-Wärmeleitmaterialien, die zwar grundsätzliche eine höhere Viskosität und somit eine schlechtere „Verarbeitbarkeit“ aufweisen, aber aufgrund des reduzierten benötigten Krafteinsatzes und Drucks in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar sind. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren insoweit unter Verwendung eines 1 K-Wärmeleitmaterials durchgeführt.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner eine besonders gleichmäßige Verteilung des Wärmeleitmaterials zwischen der Kontaktfläche und der Platte realisiert werden. Insbesondere wird schon bei einem geringen Kraftniveau während des Zusammenführens von Batteriegehäuse und Platte überschüssiges Wärmeleitmaterial gleichmäßig nach außen aus dem Zwischenraum zwischen Batteriegehäuse und Platte verdrängt. Damit ergibt sich ein Übergang mit vollflächiger Übertragung und hoher Wärmeleitfähigkeit zwischen der Kontaktfläche des Batteriegehäuses und der Platte, selbst wenn der Auftrag von Wärmeleitmaterial zuvor nur punktuell erfolgte und eine vollflächige Verteilung erst während des Zusammenführens von Batteriegehäuse und Platte durch die Verdrängung des Wärmeleitmaterials erfolgt. Durch den geringen benötigten Kraftaufwand bzw. Druck kann das Verfahren auch mit geringem Zeiteinsatz durchgeführt werden, wodurch sich bei einer automatisierten Fertigung geringe Einzel-Bearbeitungszeiten und hohe Taktraten realisieren lassen.
Als Schwingungen geeignet sind insbesondere Frequenzen im Bereich von ab 0,5 Hz oder 1 Hz bis 50 kHz, wobei mit Frequenzen von 1 Hz bis 100 Hz bereits sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Es genügten auch bereits relativ kleine Amplituden von ca. 10 µm, um eine vorteilhafte Wirkung zu erzielen. Bevorzugt sind jedoch Amplituden ab 20 µm, insbesondere 50 µm oder 100 µm. Größere Amplituden sind ebenfalls möglich.
Bei den vorstehend genannten Batteriemodulen handelt es sich um Antriebspeicher für Kraftfahrzeuge, die ein großes Gewicht aufweisen und in denen eine Vielzahl von Batteriezellen angeordnet sind, meist mindestens 5 kg, weiter bevorzugt mindestens 8 kg und besonders bevorzugt mindestens 10 kg, mindestens 15 kg oder mindestens 20 kg. Die Batteriegehäuse solcher Batteriemodule sind insbesondere mindestens 30 cm lang, insbesondere mindestens 40 cm, bevorzugt 50 cm und besonders bevorzugt mindestens 55 cm lang. Übliche Breiten liegen bei mindestens 10 cm, mindestens 15 cm, mindestens 20 cm oder mindestens 25 cm. Die Höhe beträgt insbesondere mindestens 5 cm, bevorzugt mindestens 7 cm und weiter bevorzugt mindestens 10 cm.
Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der genannten Platte insbesondere um ein dünnwandiges Bodenblech, beispielsweise ein Bodenblech, das im Bereich der Unterseite eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Derartige Bodenbleche weisen insbesondere eine Materialstärke (Dicke) zwischen 0,5 mm und 5 mm auf. Die Materialstärke ist in der Regel so gering, dass ein Batteriemodul zur Befestigung auf diesem Bodenblech nicht durch einfaches Eindrehen von Schrauben in dem Bodenblech befestigt werden kann. Es sind daher in der Praxis Hilfsmittel erforderlich, um eine lösbare Verbindung eines Batteriemoduls an einem solchen Bodenblech herstellen zu können. Als solche Hilfsmittel werden in der Praxis beispielsweise Schweißmuttern oder sonstige, lokal angeordnete Vorsprünge verwendet, die ausreichend Material zur Ausbildung eines Gewindes mit ausreichender Einschraubtiefe bereitstellen. Das Batteriegehäuse weist vorzugsweise flanschartige Vorsprünge mit Öffnungen zur Herstellung einer Schraubverbindung zwischen dem Batteriegehäuse und der Platte auf. Zur Fixierung des Batteriegehäuses auf der Platte kann dann jeweils mittels einer durch die in den Vorsprüngen ausgebildeten Öffnungen geführten Schraube das Batteriegehäuse mit der Platte bzw. dem daran angeordneten Hilfsmittel verschraubt werden.
Um die aufzuwendende Kraft zur Anordnung des Batteriemoduls auf der Platte in einem Soll-Abstand weiter zu reduzieren, erfolgt die Verringerung des Abstandes zwischen der Kontaktfläche und der Platte zumindest teilweise unter Einwirkung der Schwerkraft. Aufgrund des oben erläuterten, relativ hohen Eigengewichts von Batteriemodulen kann das Eigengewicht im Einzelfall sogar bereits ausreichend groß sein, um den Soll-Abstand zwischen Batteriegehäuse und Platte nur mittels der Schwerkraft und den Schwingungen herzustellen, so dass keine zusätzliche Krafteinleitung in das Batteriegehäuse erforderlich ist.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Batteriegehäuse mit einer zusätzlichen (vorzugsweise geringen) Anpresskraft und/oder mit einem zusätzlichen (vorzugsweise geringen) Anpressdruck beaufschlagt, während der Abstand zwischen der Kontaktfläche und dem Batteriegehäuse verringert wird. Die Anpresskraft, und/oder der Anpressdruck können dabei entweder durch manuelles Andrücken oder durch Andrücken mittels einer Handhabungsvorrichtung erzeugt werden. Die zusätzliche Anpresskraft und/oder der zusätzliche Anpressdruck verringern den Zeitaufwand, der benötigt wird, um das Batteriegehäuse und die Platte in dem gewünschten Soll-Abstand zueinander anzuordnen. Die zusätzliche Anpresskraft und/oder der zusätzliche Anpressdruck sind dabei vorzugsweise so gering gehalten, dass das Batteriegehäuse und darin angeordnete Batteriezellen sowie die Platte sicher nicht in ihrer Funktionalität und/oder ihrer Formstabilität beeinträchtigt werden.
Wenn gemäß einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Anordnung des Batteriegehäuses und/oder die Beaufschlagung des Batteriegehäuses mit Schwingungen automatisiert mittels einer Handhabungsvorrichtung durchgeführt wird, kann das Verfahren besonders präzise, schnell und damit kostengünstig zur Verarbeitung hoher Stückzahlen durchgeführt werden. Auf weitere Details zur Handhabungsvorrichtung wird noch in Verbindung mit der Figurenbeschreibung verwiesen.
Die Schwingungen, mit welchen das Batteriegehäuse, das Wärmeleitmaterial und/oder die Platte beaufschlagen werden, werden vorzugsweise in Verbindungsrichtung und/oder senkrecht zu der Verbindungsrichtung ausgeübt. Als Verbindungsrichtung wird diejenige Richtung bezeichnet, in welcher die Kontaktfläche und die Platte zur Verringerung des Abstandes aufeinander zu bewegt werden. Anders ausgedrückt werden die Schwingungen entweder in Verbindungsrichtung - analog zu kleinen „Schlägen“ wie beim Eintreiben eines Nagels in eine Wand - ausgeübt. Alternativ oder in Ergänzung dazu werden Schwingungen - ähnlich einer Rüttelplatte - senkrecht zur Verbindungsrichtung auf das Batteriegehäuse, das Wärmeleitmaterial und/oder die Platte ausgeübt.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform werden die Schwingungen hydraulisch und/oder elektrisch erzeugt. Eine derartige Erzeugung von Schwingungen ist insbesondere in Verbindung einer automatisierten Durchführung des Verfahrens mittels einer Handhabungsvorrichtung vorteilhaft, vor allem dann, wenn bereits ein elektrischer und/oder hydraulischer Antrieb oder Teile davon an der Handhabungsvorrichtung zur Verfügung stehen und für die Erzeugung von Schwingungen mitgenutzt werden können. Die hydraulische Erzeugung von Schwingungen kann insbesondere über Flüssigkeitsdruckpulse erfolgen, mit denen das Batteriegehäuse, das Wärmeleitmaterial und/oder die Platte mittelbar oder unmittelbar beaufschlagt werden. Als besonders geeignet wird in diesem Zusammenhang ein mit Öl betriebenes hydraulisches System angesehen. Die elektrische Erzeugung von Schwingungen kann insbesondere über einen Elektromotor mit Exzenter oder sonstigem Rüttel- oder Unwucht-Motor erfolgen.
Die Relativlage zwischen der Kontaktfläche bzw. dem Batteriegehäuse und der Platte in Form eines Soll-Abstandes wird insbesondere definiert, indem eine Soll-Montagekraft und/oder ein Soll-Montagedruck festgelegt ist, die bzw. der in der End-Montagelage von dem Batteriegehäuse auf die Platte ausgeübt werden soll. Diese Art der Festlegung wird ebenfalls als besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem automatisierten Verfahren angesehen. Mittels geeigneter Sensoren werden insbesondere an der Handhabungsvorrichtung die aktuelle Montagekraft und/oder der aktuelle Montagedruck ermittelt und mit den jeweiligen Soll-Werten verglichen. Bei Erreichen der Soll-Werte ist die End-Montagelage mit dem Soll-Abstand zwischen der Kontaktfläche und der Platte erreicht. In dieser Weise kann besonders einfach sichergestellt werden, dass der Soll-Abstand erreicht ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem weiteren Verfahrensschritt das Batteriegehäuse nach Erreichen einer Soll-Position, in welcher der Soll-Abstand zwischen der Kontaktfläche und der Platte erreicht ist, lösbar mit der Platte verbunden, insbesondere verschraubt. Zur Verschraubung sind insbesondere bei Platten in Form von dünnen Blechen an der Platte Hilfsmittel wie Verdickungen (insbesondere mit darin ausgebildetem Gewinde) oder Schweißmuttern vorgesehen. An dem Batteriegehäuse können insbesondere flanschartige Vorsprünge, Aussparungen und/oder Schraubdome mit Schraublöchern ausgebildet sein, um eine einfache und direkte Verschraubung zu ermöglichen.
Die Erfindung betrifft auch eine Handhabungsvorrichtung zur Anordnung eines als Antriebsenergiespeicher für ein Kraftfahrzeug dienenden Batteriemoduls mit einem Batteriegehäuse auf einer Platte mittels eines wie vorstehend beschriebenen Verfahrens. Die Handhabungsvorrichtung umfasst mindestens einen Greifarm zum Halten und Positionieren mindestens eines Batteriegehäuses, wobei der Greifarm mit einer Schwingungserzeugungsvorrichtung gekoppelt ist, um ein mit dem Greifarm fixiertes Batteriegehäuse während des Haltens in Schwingungen versetzen zu können. Insbesondere können dabei der Greifarm selbst und/oder ein mit dem Greifarm verbundener Teil der Handhabungsvorrichtung die Schwingungserzeugungsvorrichtung aufweisen. Bei solch einem verbundenen Teil handelt es sich insbesondere um einen beweglichen Arm der Handhabungsvorrichtung, über welchen die Schwingungen an den Greifarm und von diesem auf das Batteriegehäuse übertragen werden.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung werden die Schwingungen mittels der Schwingungserzeugungsvorrichtung hydraulisch erzeugt. Insbesondere wird dazu der Greifarm selbst oder ein den Greifarm haltender Arm der Handhabungsvorrichtung durch Flüssigkeitspulse, vorzugsweise Öldruckpulse, in Schwingungen versetzt. Alternativ oder in Ergänzung dazu werden die Schwingungen elektrisch erzeugt. Dazu ist insbesondere ein Elektromotor mit einer Unwucht oder einem Exzenter bzw. einer Rüttelvorrichtung vorgesehen, mittels welchem geeignete Schwingungen direkt am Greifarm erzeugt oder auf den Greifarm übertragen werden.
Wenn die Schwingungserzeugungsvorrichtung am Greifarm selbst angeordnet ist, ist der Greifarm vorzugsweise über ein Lager, vorzugsweise über eine Gummilagerung gegenüber der übrigen Handhabungsvorrichtung befestigt und kann im Rahmen dieser Gummilagerung gegenüber der Handhabungsvorrichtung schwingen. Er ist dann dementsprechend von der übrigen Handhabungsvorrichtung schwingungstechnisch entkoppelt.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Variante einer Anordnung eines Batteriemoduls auf einer Platte mit dazwischen angeordnetem Wärmeleitmaterial in einem Schnitt,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante einer Anordnung eines Batteriemoduls auf einer Platte mit dazwischen angeordnetem Wärmeleitmaterial in einem Schnitt, und
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung.

In 1 ist eine Anordnung eines Batteriemoduls 10 mit einem Batteriegehäuse 12 auf einer Platte 14 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Das Batteriegehäuse 12 weist eine in Richtung der Platte 14 weisende Kontaktfläche 16 auf. Zwischen der Kontaktfläche 16 und der Platte 14 ist zur Verbesserung des Wärmeübergangs ein Wärmeleitmaterial 18 angeordnet. Als Wärmeleitmaterial 18 dient vorliegend ein pastöses Material. Das Wärmeleitmaterial 18 ist in der in 1 gezeigten Anordnung bereits vollflächig über die Kontaktfläche 16 verteilt.
Bei der Platte 14 handelt es sich insbesondere um eine Bodenplatte eines Kraftfahrzeuges, welche als einfaches Blech mit geringer Dicke von ca. 3 mm ausgebildet ist. Die Platte 14 ist auch insoweit eine Temperierplatte, als diese zur passiven Kühlung des Batteriemoduls 10 dient. Die Kühlung erfolgt dadurch, dass Fahrwind entlang der in 1 erkennbaren Unterseite der Platte 14 strömen und das Batteriemoduls 10 somit mittelbar über die Platte 14 und das Wärmeleitmaterial 18 kühlen kann. Alternativ kann die Platte 14 auch aktiv mittels eines Kühlmittels kühlbar ausgebildet sein und/oder mittels eines Heizmittels zur bedarfsweisen Aufheizung des Batteriemoduls 10 ausgebildet sein.
In der in 1 gezeigten Darstellung sind das Batteriegehäuse 12 und die Platte 14 in einer End-Montagelage dargestellt. Das heißt der Abstand d zwischen der Kontaktfläche 16 und der Platte 14 entspricht dem Soll-Abstand d_s . Zur Erzielung der End-Montagelage werden das Batteriegehäuse 12 und die Platte 14 in einer Verbindungsrichtung V, welche vorliegend parallel zur Schwerkraft g verläuft, relativ aufeinander zubewegt, d.h. der Abstand wird derart so lange verringert, bis der Soll-Abstand d_s erreicht ist. Überschüssiges Wärmeleitmaterial 18 wird während der Verringerung des Abstandes d zwischen der Kontaktfläche 16 und der Platte 14 nach außen verdrängt.
Zur Reduzierung der Kraft, die zur Verringerung des Abstandes d zwischen dem Batteriegehäuse 12 und der Platte 14 benötigt wird, wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Batteriegehäuse 12 während der Annäherung in Schwingungen versetzt. Die Schwingungen (durch die beiden Doppelpfeile über dem Batteriemodul 10 dargestellt) werden in dieser Ausführungsform sowohl in Verbindungsrichtung V als auch senkrecht zur Verbindungsrichtung V auf das Batteriegehäuse 12 ausgeübt.
Der Vollständigkeit halber wird aber darauf hingewiesen, dass auch nur eine Schwingung in einer der beiden Richtungen oder in eine andere Richtung ausreichend ist, dass zusätzlich zum Batteriegehäuse 12 oder alternativ dazu auch das Wärmeleitmaterial 18 und/oder die Platte 14 in Schwingungen versetzt werden kann.
In Verbindung mit der Beschreibung einer zweiten Variante einer Anordnung eines Batteriemoduls 10 auf einer Platte 14 werden im Folgenden für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in 1.
In 2 ist eine zweite Variante einer Anordnung eines Batteriemoduls 10 auf einer Platte 14 dargestellt. Zwischen der Kontaktfläche 16 des Batteriegehäuses 12 und der Platte 14 ist Wärmeleitmaterial 18 angeordnet. Auch in diesem Fall ist das Wärmeleitmaterial 18 bereits vollflächig über die Kontaktfläche 16 verteilt. Es wird an dieser Stelle aber darauf hingewiesen, dass dies nicht erforderlich ist. Das Wärmeleitmaterial 18 kann auch zunächst nur punktuell - beispielsweise als eine einfache Anhäufung ungefähr in der Mitte zwischen Batteriegehäuse 12 und Platte 14 - angeordnet sein und dann während der Annäherung in Verbindungsrichtung V während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vollflächig verteilt werden.
Auf der Platte 14 sind als Hilfsmittel 20 zur Verbindung des Batteriegehäuses 12 mit der Platte 14 separate Schweißmuttern 22 angeordnet, die als lokale Verdickung der Platte 14 dienen und eine Verschraubung des Batteriegehäuses 12 mit der Platte 14 ermöglichen. Das Batteriegehäuse 12 selbst weist mit den Schweißmuttern 22 korrespondierende flanschartige Vorsprünge 24 auf, in welchen jeweils eine Öffnung 40 zum Durchführen einer Schraube (nicht dargestellt) ausgebildet ist.
In dieser Variante wurde der Abstand d zwischen der Kontaktfläche 16 und der Platte 14 noch nicht vollständig bis auf einen Soll-Abstand d_s reduziert. Es ist noch Wärmeleitmaterial 18 zwischen den Schweißmuttern 22 und den Vorsprüngen 24 angeordnet, welches durch eine weitere Annäherung noch verdrängt werden muss.
Die Höhe der Hilfsmittel 20 ist vorliegend derart ausgebildet, dass auch bei Erreichen des Soll-Abstandes d_s zwischen der im mittleren Bereich des Batteriegehäuses 12 ausgebildeten Kontaktfläche 16 und der Platte 14 ein Abstand verbleibt, in welchem Wärmeleitmaterial 18 angeordnet ist, wenn das Batteriegehäuse 12 mit der Platte 14 verschraubt ist und die Unterseiten 42 der Vorsprünge 24 auf den Schweißmuttern 22 aufliegen. Überschüssiges Wärmeleitmaterial 18 wird zu den Seiten hin verdrängt. Auch hier erfolgt eine Reduzierung der Kraft in Verbindungsrichtung V durch eine Überlagerung der Annäherungsbewegung mit Schwingungen (durch Doppelpfeile gekennzeichnet).
In 3 ist eine erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 26 zur Anordnung eines Batteriegehäuses 12 auf einer Platte 14 gezeigt.
Die Handhabungsvorrichtung 26 umfasst einen Greifarm 28 zum Halten und Positionieren des Batteriegehäuses 12, wobei der Greifarm 28 hier zwei relativ zueinander verfahrbare Klemmabschnitte 44a, 44b aufweist, um ein Batteriegehäuse 12 durch gegenüber der gezeigten Position zunächst weiteres Auseinanderfahren und dann wieder Zusammenfahren der Klemmabschnitte 44a, 44b greifen, bewegen und relativ zu einer Platte 14 positionieren und verfahren zu können. Der Greifarm 28 selbst ist über einen mehrteiligen und beweglichen Arm 30 an einem Fuß 32 der Handhabungsvorrichtung 26 verschwenkbar befestigt.
Zur Erzeugung von Schwingungen weist die Handhabungsvorrichtung 26 vorliegend eine Schwingungserzeugungsvorrichtung 34 auf. Die Schwingungserzeugungsvorrichtung 34 dient hier ebenfalls als Fuß 32 der Handhabungsvorrichtung 26. Alternativ kann die Schwingungserzeugungsvorrichtung 34 in dem Fuß 32 angeordnet sein. Die Schwingungen werden hier hydraulisch mittels eines Öldruckpulses erzeugt. Alternativ können sie elektrisch mittels eines Unwuchtmotors oder eines sonstigen geeigneten Elektromotors erzeugt werden. Die Schwingungen werden dann von dem Fuß 32 der Handhabungsvorrichtung 26 über den Arm 30 auf den Greifarm 28 übertragen.
Alternativ oder in Ergänzung weist die Handhabungsvorrichtung 26 (noch) eine Schwingungserzeugungsvorrichtung 36 im Bereich des Greifarms 28 auf, so dass der Greifarm 28 direkt in Schwingungen versetzt wird. Der Greifarm 28 ist in diesem Fall über ein Lager 38 schwingungstechnisch von dem Arm 30 entkoppelt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Handhabungsvorrichtung 26 zwei oder mehr Schwingungserzeugungsvorrichtungen aufweisen kann, insbesondere um Schwingungen an verschiedenen Positionen und/oder in verschiedenen Schwingungsrichtungen zu erzeugen.
Die Schwingungserzeugungsvorrichtungen 34, 36 bewirken eine Schwingung des Greifarms 28, mittels welchem das Batteriegehäuse 12 ebenfalls in Schwingungen versetzt wird. Der Greifarm 28 bewegt das Batteriegehäuse 12 in Verbindungsrichtung V in Richtung der Schwerkraft g und übt gleichzeitig eine Schwingung auf das Batteriegehäuse 12 aus.
3 zeigt die Anordnung des Batteriegehäuses 12 auf der Platte 14 in einem Anfangszustand, bevor der Soll-Abstand erzielt ist und das Batteriegehäuse 12 in Schwingungen versetzt wird. In diesem Fall ist das Wärmeleitmaterial 18 nicht vollflächig auf der Kontaktfläche 16 verteilt angeordnet, sondern in Form von einzelnen „Portionseinheiten“. Durch die Verringerung des Abstandes zwischen der Kontaktfläche 16 und der Platte 14 und der Beaufschlagung mit Schwingungen verteilt sich das Wärmeleitmaterial 18 gleichmäßig und vollflächig über die Kontaktfläche 16, wobei dazu nur ein geringer Anpressdruck in Verbindungsrichtung V erforderlich ist.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Batteriemodul
12: Batteriegehäuse
14: Platte
16: Kontaktfläche
18: Wärmeleitmaterial
20: Hilfsmittel
22: Schweißmutter
24: Vorsprung
26: Handhabungsvorrichtung
28: Greifarm
30: Arm
32: Fuß
34: Schwingungserzeugungsvorrichtung
36: Schwingungserzeugungsvorrichtung
38: Lager
40: Öffnung
42: Unterseite
44a, 44b: Klemmabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017100030 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Anordnung eines als Antriebsenergiespeicher für ein Kraftfahrzeug dienenden Batteriemoduls (10) mit einem Batteriegehäuse (12) auf einer Platte (14), wobei auf der Platte (14) und/oder auf einer Kontaktfläche (16) des Batteriegehäuses (12) ein Wärmeleitmaterial (18) angeordnet wird, wobei das Batteriegehäuse (12) mit der Kontaktfläche (16) relativ zu der Platte (14) so angeordnet wird, dass das Wärmeleitmaterial (18) zwischen der Kontaktfläche (16) und der Platte (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zwischen der Kontaktfläche (16) und der Platte (14) verringert wird, während das Batteriemodul (12) mit Schwingungen beaufschlagt wird und/oder die Platte (14) mit Schwingungen beaufschlagt wird und/oder das Wärmeleitmaterial (18) mit Schwingungen beaufschlagt wird.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung des Abstandes (d) zwischen der Kontaktfläche (16) und der Platte (14) zumindest teilweise unter Einwirkung der Schwerkraft (g) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (12) mit einer zusätzlichen Anpresskraft und/oder mit einem zusätzlichen Anpressdruck beaufschlagt wird, während der Abstand (d) zwischen der Kontaktfläche (16) und der Platte (14) verringert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Batteriegehäuses (12) und/oder die Beaufschlagung des Batteriegehäuses (12) mit Schwingungen automatisiert mittels einer Handhabungsvorrichtung (26) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen in einer Verbindungsrichtung (V) und/oder senkrecht zur Verbindungsrichtung (V) ausgeübt werden.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen hydraulisch und/oder elektrisch erzeugt werden.
Verfahren nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativlage in Form eines Soll-Abstandes (d_s) zwischen dem Batteriegehäuse (12) und der Platte (14) ermittelt wird, indem eine von dem Batteriegehäuse (12) auf die Platte (14) wirkende Soll-Montagekraft und/oder ein von dem Batteriegehäuse (12) auf die Platte (14) wirkender Soll-Montagedruck festgelegt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (12) nach Erreichen einer Soll-Position lösbar mit der Platte (14) verbunden wird.
Handhabungsvorrichtung zur Anordnung eines als Antriebsenergiespeicher für ein Kraftfahrzeug dienenden Batteriemoduls (10) mit einem Batteriegehäuse (12) auf einer Platte (14) mittels eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8 umfassend mindestens einen Greifarm (28) zum Halten und Positionieren mindestens eines Batteriegehäuses (12), wobei der Greifarm (28) mit einer Schwingungserzeugungsvorrichtung (34, 36) gekoppelt ist, um ein mit dem Greifarm (28) fixiertes Batteriegehäuse (12) während des Haltens in Schwingung versetzen zu können.
Handhabungsvorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen hydraulisch und/oder elektrisch erzeugt werden.