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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Paste zwischen zwei Bauteile sowie ein gefügtes Bauteil.
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Es ist ein bekanntes Problem, insbesondere bei der Herstellung von Batterien, dass Batteriegehäuse, insbesondere Batteriegehäuseunterteile, welche eine Kühlung für die Batterie aufweisen, große Fertigungstoleranzen aufweisen, da die Bauteile häufig aus Aluminium - aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit - hergestellt sind. Bei der Fügung des Batteriegehäuseunterteils mit dem Batterieblock ist es daher notwendig, dass eine entsprechende Menge an Paste, insbesondere Wärmeleitpaste, zwischen die beiden Bauteile aufgebracht werden muss, sodass eine sehr gute Wärmeabfuhr gewährleistet ist, sodass eine hohe Leistungsfähigkeit der Batterie auch über viele Jahre hinweg und bei einer regelmäßig hohen Leistungsabgabe gewährleistet ist.
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Aufgrund der oben genannten Fertigungstoleranzen ist es jedoch schwierig, die Menge an notwendiger Wärmeleitpaste exakt zu bestimmen und anschließend in der Art aufzubringen, dass ein möglichst optimaler Wärmefluss gewährleistet ist.
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Erschwerend kommt hinzu, dass nach dem direkten Fügen des Batteriezellenblocks in das Batteriegehäuseunterteil, der Batteriezellenblock in das Batteriegehäuseunterteil verschraubt werden muss, wodurch die Wärmeleitpaste zwischen den zwei Bauteilen verpresst wird. Hieraus folgt, dass bei einer unsachgemäßen Verteilung der Wärmeleitpaste auf dem Batteriezellenblock es beim Verschrauben zu sehr hohen Verpresskräften kommt, wenn lokal eine zu große Menge an Wärmeleitpaste vorhanden ist, welche noch nur zum Teil durch den Druck verdrängt werden kann. Insofern besteht für die Bauteile und insbesondere den Batteriezellenblock durch den hohen Druck die Gefahr einer Beschädigung. Zudem kann die durch den Druck verdrängte Wärmeleitpaste zu weiteren Problemen, insbesondere in Bezug auf Sauberkeit und/oder Kurzschlüsse, führen.
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Zudem ist es bekannt, die genannten Fertigungstoleranzen beim Auftrag zu kompensieren, wobei am Auftragskopf für die Paste ein Lasersensor angeordnet ist, welcher in Auftragsrichtung der Auftragsdüse vorläuft. Ein solcher Gegenstand ist insbesondere der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2018 010 115 A1 zu entnehmen. Diese Offenlegungsschrift betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer mehrere Batteriezellen aufweisenden Batterie für ein Kraftfahrzeug, bei welchem auf die Batteriezellen eine Wärmeleitpaste aufgebracht wird, über welche die Batteriezellen zumindest thermisch mit einem Kühler zum Kühlen der Batteriezellen gekoppelt werden, wobei bei dem Aufbringen der Wärmeleitpaste eine jeweilige Höhe (H) der jeweiligen Batteriezelle erfasst wird, wobei die Wärmeleitpaste in Abhängigkeit von der jeweiligen erfassten Höhe auf die jeweilige Batteriezelle aufgebracht wird.
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Problematisch an diesem Verfahren ist jedoch, dass dieses Verfahren einerseits einen hohen technischen Aufwand voraussetzt und andererseits während der Ausführung des Verfahrens ein hoher Regelungsaufwand notwendig ist, weswegen ein entsprechender Auftrag der Wärmeleitpaste gemäß dem Verfahren nur langsam abläuft und damit das Verfahren mit einem erhöhten Zeitbedarf einhergeht.
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Insofern besteht weiterhin ein Bedarf darin, ein Verfahren bereitzustellen, welches insbesondere einfach ausgeführt werden kann und zudem kostengünstig ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen einer Paste zwischen zwei Bauteile sowie ein gefügtes Bauteil zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten bevorzugten Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Aufbringen einer Paste, insbesondere Wärmeleitpaste, zwischen zwei Bauteile, insbesondere zwischen einen Batteriezellenblock und ein Batteriegehäuseunterteil, geschaffen wird, wobei ein erstes Bauteil der zwei Bauteile, insbesondere der Batteriezellenblock, in das zweite Bauteil der zwei Bauteile, insbesondere das Batteriegehäuseunterteil, einsetzbar ist und damit in eine Einbaulage bringbar, und wobei folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
- a) Vermessen einer Mehrzahl von sich gegenseitig in Einbaulage entsprechenden Stellen der zwei Bauteile, in der Art, dass ein daraus in der Einbaulage jeweils resultierender Spalt - manchmal auch als Abstand bezeichnet - zwischen den zwei Bauteilen mittels Subtrahieren ermittelt wird,
- b) Berechnen, insbesondere Extrapolieren, einer Spaltebene aus den mittels Subtrahieren zwischen den beiden Bauteilen ermittelten Spaltmaßen gemäß Verfahrensschritt a) über eine gesamte Kontaktfläche,
- c) Aufbringen der Paste, wobei das aufgebrachte Volumen der Paste in Abhängigkeit der in Verfahrensschritt b) extrapolierten Spaltebene geregelt wird.
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Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine Spaltebene zwischen den zwei Bauteilen ermittelt werden kann, wodurch schon zu Beginn des Auftrags der Paste für den gesamten Spalt ein sich ergebendes Spaltvolumen bekannt ist. Hierdurch können Probleme vermieden werden, welche daraus resultieren, dass bei alternativen Auftragsmengenbestimmungsverfahren, bei welchen nicht von Beginn an die aufzutragende Menge bekannt ist, Überdosierungen stattfinden können, da bei nahe beieinander liegender Auftragungsorte ein Korrelation der aufgetragenen Menge nicht stattfindet. Mit anderen Worten ist es bei bisher bekannten Verfahren durch die unabhängige Auftragung von Paste an nahe beieinander liegender Auftragungsorte möglich, dass zu viel Paste aufgetragen wird, da nicht bekannt ist, wieviel Menge in der Umgebung des aktuellen Auftragungsort aufgetragen wurde. Durch die mittels des erfindungsgemäßen Verfahren vor Auftragsbeginn bestimmte, aufzutragende Menge an Paste kann berücksichtigt werden, ob gegebenenfalls in der Umgebung zu der aktuell bearbeiteten Stelle schon zu viel Wärmeleitpaste aufgetragen wurde, und entsprechend direkt an der aktuell bearbeiteten Stelle eine reduzierte Menge an Paste sinnvoll wäre.
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Ferner wird erreicht, dass eine optimale Anbindung des Batteriezellenblocks an das Batteriegehäuseunterteil in insbesondere thermischer Hinsicht erzielt werden kann, wobei eine nur mindestens notwendige, insbesondere minimal, Menge an Paste Anwendung findet. Hierdurch wird insbesondere eine Baubarkeit des gefügten Bauteils durch niedrigere Verpresskräfte verbessert und, wie schon im vorherigen Satz angesprochen, wird durch das Einsparen von unnötiger Wärmeleitpaste eine Gewichtseinsparung erzielt.
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Zudem ist es bevorzugt vorgesehen, dass bei der Regelung des aufgebrachten Volumens gemäß Verfahrensschritt c) die Regelung auch unter Anpassung eines Vordruckes der Pastenauftragsvorrichtung, insbesondere der aufzubringenden Paste, und/oder unter Anpassung von Schaltpunkten der Pastenauftragsvorrichtung, insbesondere einer Düse der Pastenauftragsvorrichtung, am Nahtbeginn und/oder am Nahtende erfolgt.
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Weiterhin wird der Vorteil erzielt, dass ein Benetzungsgrad der Kontaktfläche in der Art optimiert werden kann, dass möglichst mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 95 %, der Kontaktfläche zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil mit der Paste, insbesondere Wärmeleitpaste, benetzt ist beziehungsweise wird. Der größtmögliche Benetzungsgrad wird vorzugsweise mit der Zebrastreifen-Nahtgeometrie erzielt.
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Darüber hinaus ist bevorzugt vorgesehen, dass bei der Regelung des aufgebrachten Volumens gemäß Verfahrensschritt c) die Regelung auch unter Anpassung einer Applikationshöhe erfolgt, wobei insbesondere durch die Anpassung der Applikationshöhe - das heißt dem Abstand zwischen einer Oberfläche, auf welche die Paste, insbesondere Wärmepaste, aufgetragen werden soll, und einer Pastenauftragsvorrichtung, insbesondere einer Düse der Pastenauftragsvorrichtung - bei einer im Anschluss an das Verpressen erfolgten Verteilung der aufgetragenen Paste im Spalt zwischen den zwei Bauteilen ein optimales Verteilungsergebnis erzielt wird. Hier ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Paste nur in den Bereichen zwischen den Bauteilen angeordnet ist, in welchen auch Wärmequellen, wie insbesondere Batteriezellen des Batteriezellenblocks, vorhanden sind. Besonders bevorzugt wird eine Applikationshöhe von mindestens 6 mm bis höchstens 9 mm, bevorzugt von mindestens 7 mm bis höchstens 8 mm, besonders bevorzugt von 7,7 mm, angewendet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vermessungen - gemäß Verfahrensschritt a) - an Ecken, insbesondere an allen Ecken, des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils vorgenommen werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf besonders einfache Art und Weise eine Vermessung durchgeführt werde kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vermessung - gemäß Verfahrensschritt a) - zusätzlich an zumindest zwei gegenüberliegenden Seitenmitten der zwei Bauteile vorgenommen wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass häufig auftretende Toleranzen vollständig erfasst werden können.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Paste auf dem ersten Bauteil, insbesondere Batteriezellenblocks, aufgebracht wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass hierdurch ein besonders präzises Aufbringen der Paste erzielt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Paste, vorzugsweise beim Aufbringen, temperiert, vorzugsweise auf 40 °C, aufgebracht wird. Hierdurch wird insbesondere angesprochen, dass bei einer Temperierung der Paste über eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur, eine Verarbeitbarkeit der Paste verbessert werden kann, wobei eine optimale Pastenverarbeitungstemperatur bei circa 40 °C erreicht wird.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Paste in Form einer Zick-Zack-Nahtgeometrie ausgebracht wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf besonders einfache Art und Weise die Aufbringung der Paste mittels einer Handhabungseinrichtung ausgeführt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Zick-Zack-Nahtgeometrie, in welcher die Paste aufgebracht wird, an den jeweiligen Enden eine Krümmung, insbesondere einen Radius, aufweist. Hierdurch wird insbesondere noch einmal das Aufbringen dahingehend optimiert, dass am Ende einer Linie der Zick-Zack-Nahtgeometrie eine möglichst einfache Richtungsänderung erfolgen kann, wodurch bei der während der Richtungsänderung aufgebrachten Paste, ein möglichst kontinuierlicher Pastenauftrag erzielt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regelung gemäß Verfahrensschritt c) der Pastenaufbringung zyklisch, insbesondere im Bereich von Millisekunden, berechnet wird und/oder dass die gemäß Verfahrensschritt c) ausgeführte Regelung der Pastenaufbringung in Abhängigkeit der extrapolierten Spaltebene in lokaler Relation zu der, beziehungsweise mit Bezug auf die, Pastenauftragsvorrichtung, insbesondere einer Düse der Pastenauftragsvorrichtung, ausgeführt wird, beziehungsweise werden kann. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass auf besonders einfache Art und Weise ein Aufbringen der Paste erfolgen kann.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Aufbringen der Paste gemäß Verfahrensschritt c) anhand einer Position einer Pastenauftragsvorrichtung, insbesondere einer Düse der Pastenauftragsvorrichtung, in Relation zu den zwei Bauteilen, insbesondere in Relation zu der gemäß Verfahrensschritt b) extrapolierten Spaltebene zwischen den zwei Bauteilen, zyklisch, das heißt insbesondere im Bereich von Millisekunden, berechnet, insbesondere angepasst, wird. Hierdurch wird insbesondere noch einmal das Aufbringen dahingehend optimiert, dass am Ende einer Linie der Zick-Zack-Nahtgeometrie eine möglichst einfache Richtungsänderung erfolgen kann, wodurch bei der während der Richtungsänderung aufgebrachten Paste, ein möglichst kontinuierlicher Pastenauftrag erzielt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einem nach Verfahrensschritt c) in einem Verfahrensschritt d) ausgeführten Verpressen der beiden Bauteile relativ zueinander, ein Anpressdruck, mit welchem das erste Bauteil, insbesondere der Batteriezellenblock, in das zweite Bauteil, insbesondere das Batteriegehäuseunterteil, gepresst wird, gehalten, insbesondere aufrechtgehalten, wird, für vorzugsweise bis zu 10 Sekunden. Hierbei wird insbesondere angesprochen, dass beim Verpressen der Paste insbesondere ein Rückfedern festzustellen ist, welches dazu führt, dass nach Wegnahme der Druckbelastung, die Paste wieder in ihre ursprüngliche Position und/oder Form zurückkehrt. Hierbei wurde insbesondere festgestellt, dass eine solche Rückfederung nach circa 300 Sekunden kaum mehr festzustellen war. Jedoch die Rückfederung der Paste bei kürzeren Haltezeiten, zwischen insbesondere 1 bis 10 Sekunden, nur geringfügig, das heißt in einem niedrigen Prozentbereich, reduziert werden konnte. Es sind somit deutlichen längere Haltezeiten notwendig, sodass eine vollständige Vermeidung der Rückfederung erreicht werden kann (siehe weitere oben).
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Paste in der Form einer Zebrastreifen-Nahtgeometrie aufgebracht und/oder ausgebildet wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf eine besonders einfache Art und Weise eine möglichst hohe Oberflächenbenetzung, bei einer gleichzeitig einfach auszuführenden Pastenaufbringung, vorzugsweise durch eine Handhabungseinrichtung, erzielt werden kann. Ferner kann der Vorteil erzielt werden, dass im Vergleich zu anderen Nahtgeometrien weniger Paste, insbesondere Wärmeleitpaste, angewendet werden muss.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Ränder der Kontaktfläche des ersten Bauteils, insbesondere des Batteriezellenblocks, von einer Aufbringung der Paste ausgenommen werden. Hierdurch wird insbesondere angesprochen, dass durch verunreinigte Ränder eine Haltbarkeit und/oder Leistungsfähigkeit des gefügten Bauteils, insbesondere einer Batterie, beeinträchtigt werden kann.
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Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem ein gefügtes Bauteil, insbesondere eine Batterie, vorzugsweise ein Batteriemodul, geschaffen wird, hergestellt oder herstellbar gemäß einem Verfahren zum Aufbringen einer Paste zwischen zwei Bauteile oder ein Verfahren gemäß einem der zuvor genannten Ausführungsformen. In Zusammenhang mit dem gefügten Bauteil ergeben sich insbesondere die Vorteile, welche schon in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Aufbringen einer Paste zwischen zwei Bauteilen erläutert wurde.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 einen schematischen Ablaufplan einer Ausführungsform des Verfahrens zum Aufbringen einer Paste zwischen zwei Bauteile,
- 2 das gefügte Bauteil, insbesondere die zwei Bauteile, welche ineinander gefügt werden sollen,
- 3 die gemäß Verfahrensschritt c) extrapolierte Spaltebene,
- 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Zick-Zack-Nahtgeometrie,
- 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Zebrastreifen-Nahtgeometrie,
- 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des gefügten Bauteils.
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Der 1 ist ein schematischer Ablaufplan einer Ausführungsform des Verfahrens zum Aufbringen einer Paste 1 zwischen zwei Bauteile 3 zu entnehmen, wobei ein erstes Bauteil 5 der zwei Bauteile 3, insbesondere ein Batteriezellenblock 7, in das zweite Bauteil 9 der zwei Bauteile 3, insbesondere ein Batteriegehäuseunterteil 11, einsetzbar ist, und damit in eine Einbaulage bringbar, und wobei folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
- a) Vermessen einer Mehrzahl von sich gegenseitig in Einbaulage entsprechenden Stellen 13 der zwei Bauteile 3, in der Art, dass ein daraus in der Einbaulage jeweils resultierender Spalt 15 (beziehungsweise Spaltmaße 15) zwischen den zwei Bauteilen 3 mittels Subtrahieren ermittelt wird,
- b) Berechnen einer Spaltebene 17 aus den mittels Subtrahieren zwischen den beiden Bauteilen 3 ermittelten Spaltmaßen 15 gemäß Verfahrensschritt a) über eine gesamte Kontaktfläche 19,
- c) Aufbringen der Paste 1, wobei das aufgebrachte Volumen der Paste 1 in Abhängigkeit der in Verfahrensschritt b) extrapolierten Spaltebene geregelt wird.
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Ferner ist der 2, beziehungsweise 3, zu entnehmen, dass die Vermessung an Ecken 21 des ersten Bauteils 5 und des zweiten Bauteils 9 vorgenommen werden.
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Des Weiteren ist insbesondere den 2 und 3 zu entnehmen, dass die Vermessung zusätzlich an zumindest zwei gegenüberliegenden Seitenmitten 23 der zwei Bauteile 3 vorgenommen wird.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Paste 1 temperiert aufgebracht wird.
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Darüber hinaus ist insbesondere 4 zu entnehmen, dass eine Zick-Zack-Nahtgeometrie, in welcher die Paste 1 aufgebracht wird, an den jeweiligen Enden eine Krümmung 27 aufweist.
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Darüber hinaus ist bevorzugt vorgesehen, dass die Regelung gemäß Verfahrensschritt c) der Pastenaufbringung zyklisch berechnet wird, und/oder dass die gemäß Verfahrensschritt c) ausgeführte Regelung der Pastenaufbringung in Abhängigkeit der extrapolierten Spaltebene 17 in lokaler Relation zu der Pastenauftragsvorrichtung (in den Figuren nicht gezeigt), insbesondere einer Düse (ebenfalls nicht gezeigt) der Pastenauftragsvorrichtung, ausgeführt wird.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass bei einem nach Verfahrensschritt c) in einem Verfahrensschritt d) ausgeführten Verpressen der beiden Bauteile 3 relativ zueinander, ein Anpressdruck, mit welchem das erste Bauteil 5 in das zweite Bauteil 9 gepresst wird, gehalten wird.
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Ferner ist insbesondere der 5 zu entnehmen, dass die Paste 1 in der Form einer Zebrastreifen-Nahtgeometrie 29 aufgebracht und/oder ausgebildet wird.
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Ferner ist insbesondere der 5 zu entnehmen, dass Ränder 31 der Kontaktfläche 19 des ersten Bauteils 5 von einer Aufbringung der Paste ausgenommen werden. Insofern ist darauf hinzuweisen, dass die Aufbringung gemäß der 5 noch nicht optimal ist, und insbesondere Randbereiche der Kontaktfläche 19 nicht mit Paste versehen sein sollen.
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Der 6 ist ein gefügtes Bauteil 3, insbesondere die gefügten zwei Bauteile 3, zu entnehmen, hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren zum Aufbringen einer Paste zwischen zwei Bauteile 3.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018010115 A1 [0005]
