DE102021103028A1

DE102021103028A1 - Zweistufige kolbenpressensysteme und verfahren zur umformung batteriezellen-laschen

Info

Publication number: DE102021103028A1
Application number: DE102021103028.5A
Authority: DE
Inventors: Alexandra J. Austin; Robert H. Dietze
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2021-09-09
Also published as: US11387525B2; US20210280836A1; CN113369348B; CN113369348A

Abstract

Vorgestellt werden Metallbearbeitungssysteme zum Umformen von metallischen Werkstücken, Verfahren zur Herstellung/Betrieb solcher Systeme und Batteriepacks mit Zellenlaschenanschlüssen, die durch eine zweistufige Kolbenpresse gebogen werden. Ein Metallbearbeitungssystem umfasst einen ersten Kolben mit einem Kolbenhohlraum, der sich durch den Körper des ersten Kolbens erstreckt, und einen oder mehrere Gesenkhohlräume, die in die Kontaktfläche des ersten Kolbens eingelassen sind. Der Matrizenhohlraum umfasst eine Fläche, die ein erstes Werkstück in einem ersten Winkel berührt und biegt, und eine weitere Fläche, die ein zweites Werkstück in einem zweiten Winkel berührt und biegt. Ein zweiter Kolben enthält einen oder mehrere Matrizenhohlräume, die in die Kontaktfläche des zweiten Kolbens eingelassen sind. Dieser Matrizenhohlraum enthält eine Oberfläche, die das erste Werkstück in einem dritten Winkel berührt und biegt, und eine weitere Oberfläche, die das zweite Werkstück in einem vierten Winkel berührt und biegt. Der zweite Kolben fährt durch den Kolbenhohlraum, so dass der erste und zweite Kolben die metallischen Werkstücke im Tandem biegen.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Metallbearbeitungstechniken zum Umformen metallischer Werkstücke. Im Besonderen beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf automatisierte Pressensysteme zum Biegen von Batteriezellenlaschen bei Schweißvorgängen.
Aktuelle Serienfahrzeuge, wie z. B. das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordelektronik des Fahrzeugs versorgt. Bei Automobilen beispielsweise besteht der Antriebsstrang in der Regel aus einer Antriebsmaschine, die das Antriebsdrehmoment über ein automatisches oder manuell geschaltetes Getriebe an das Antriebssystem des Fahrzeugs (z. B. Differential, Achswellen, Räder usw.) überträgt. Kraftfahrzeuge wurden in der Vergangenheit durch einen Hubkolben-Verbrennungsmotor (ICE) angetrieben, da dieser leicht verfügbar und relativ kostengünstig ist, ein geringes Gewicht hat und eine hohe Effizienz aufweist. Zu diesen Motoren gehören Dieselmotoren mit Selbstzündung (CI), Ottomotoren mit Fremdzündung (SI), Zwei-, Vier- und Sechstakt-Architekturen und Rotationsmotoren, um nur einige Beispiele zu nennen. Hybridelektrische und vollelektrische („elektrisch angetriebene“) Fahrzeuge hingegen nutzen alternative Energiequellen für den Antrieb des Fahrzeugs und minimieren oder eliminieren so die Abhängigkeit von einem auf fossilen Brennstoffen basierenden Motor für die Zugkraft.
Ein vollelektrisches Fahrzeug (FEV) - umgangssprachlich auch als „Elektroauto“ bezeichnet - ist eine Fahrzeugkonfiguration mit Elektroantrieb, bei der der Verbrennungsmotor und die zugehörigen Peripheriekomponenten vollständig aus dem Antriebsstrang entfernt werden und ausschließlich elektrische Fahrmotoren für den Antrieb und die Unterstützung von Nebenverbrauchern verwendet werden. Die Motorbaugruppe, das Kraftstoffversorgungssystem und das Abgassystem eines verbrennungsmotorbasierten Fahrzeugs werden in einem FEV durch einen oder mehrere Antriebsmotoren, eine Antriebsbatterie und die Batteriekühlung und Ladehardware ersetzt. Hybrid-Elektrofahrzeug-Antriebsstränge (HEV) hingegen nutzen mehrere Zugkraftquellen, um das Fahrzeug anzutreiben, wobei in der Regel ein Verbrennungsmotor in Verbindung mit einem batterie- oder brennstoffzellenbetriebenen Fahrmotor betrieben wird. Da Hybridfahrzeuge mit Elektroantrieb ihre Leistung aus anderen Quellen als dem Motor beziehen können, können HEV-Motoren ganz oder teilweise abgeschaltet werden, während das Fahrzeug durch den/die Elektromotor(en) angetrieben wird.
Die meisten kommerziell erhältlichen Hybrid- und Vollelektrofahrzeuge verwenden ein wiederaufladbares Antriebsbatteriepaket, um die erforderliche Energie für den Betrieb der Antriebsmotoreinheit(en) des Antriebsstrangs zu speichern und zu liefern. Um Zugkraft mit ausreichender Fahrzeugreichweite zu erzeugen, ist ein Antriebsbatterie-Pack deutlich größer, leistungsfähiger und hat eine höhere Kapazität (Ampere-Stunden) als eine Standard-12-Volt-Batterie für Start, Beleuchtung und Zündung (SLI). Moderne Antriebsbatterie-Packs (auch als „Elektrofahrzeugbatterie“ oder „EVB“ bezeichnet) gruppieren Stapel von Batteriezellen zu einzelnen Batteriemodulen, die auf dem Fahrzeugchassis montiert werden, z. B. über ein Batteriegehäuse oder ein Trägerblech. Gestapelte elektrochemische Batteriezellen können durch die Verwendung einer elektrischen Verbindungsplatine (ICB) in Reihe oder parallel geschaltet werden. Die elektrischen Laschen der einzelnen Batteriezellen, die aus dem Modulgehäuse herausragen, werden gegen gemeinsame Sammelschienenplatten gebogen und mit diesen verschweißt. Ein spezielles Batteriepaket-Steuermodul (BPCM) regelt in Zusammenarbeit mit einem Antriebsstrang-Steuermodul (PCM) das Öffnen und Schließen der Schütze des Batteriepakets, um zu bestimmen, welches Paket oder welche Pakete den Fahrmotor/die Fahrmotoren des Fahrzeugs zu einem bestimmten Zeitpunkt antreiben.
BESCHREIBUNG
Vorgestellt werden Metallbearbeitungssysteme mit zugehöriger Steuerlogik zum Umformen von metallischen Werkstücken, Verfahren zur Herstellung und Verfahren zum Betrieb solcher Systeme sowie Antriebsbatteriepacks mit diskreten Paaren von Batteriezellenlaschen aus gemischtem Material und gemischter Dicke, die durch eine zweistufige Kolbenpresse gebogen werden. Zur Veranschaulichung werden zweistufige vertikale Kolbenpressensysteme für das Biegen von Batteriezellen-Laschen vorgestellt. Bei der Herstellung eines Antriebsbatteriepacks für ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) werden beispielsweise die einzelnen Batteriezellen in einem Batteriemodulgehäuse übereinander gestapelt. Die gestapelten Batteriezellen werden z. B. auf einer Grundplatte platziert und anschließend mit einem Modulmantel abgedeckt, der eine integrierte Interconnect-Board-Baugruppe (ICB) trägt. Die Zelllaschen sind innerhalb des Gehäuses konturiert und gruppiert, z. B. zu diskreten Dreierstapeln. Diese gestapelten Zelllaschen ragen von gegenüberliegenden Enden des Batteriemodulgehäuses nach außen und erstrecken sich durch einzelne Schlitze im Modulmantel. Im vorstehenden Beispiel kann eine Reihe von vertikalen Schlitzen in die Stirnwände des Modulmantels eingeformt werden, so dass die integrierte ICB-Baugruppe vertikal auf die Batteriezellen montiert werden kann und die gestapelten Zelllaschen während der ICB-Installation gekämmt werden können.
Nach dem Zusammenbau des Batteriemoduls werden die gestapelten Zelllaschen gebogen, z. B. in einem Winkel von 90±5 Grad, so dass sie mit den elektrischen Sammelschienenplatten der ICB in Kontakt kommen; danach werden die Zelllaschen an die Sammelschienenplatten geschweißt, gelötet oder geklippt. Um die erforderliche Biegung zu erreichen, biegt eine zweistufige Kolbenpresse mit zwei (vertikalen) Kolben die Zelllaschen schrittweise in bündigen Kontakt mit den Stromschienenplatten. Ein Kolben der ersten Stufe wird gegen die gestapelten Zellenlaschen gedrückt und sorgt für eine anfängliche Biegung von z. B. 45±10 Grad. Gewölbte Oberflächen entlang der Anschlusskanten der Matrizenhohlräume des Kolbens der ersten Stufe helfen bei der Ausrichtung der Zellenlaschenanschlüsse mit den Matrizenhohlräumen und gleichen Abweichungen von Teil zu Teil sowie eine Auswärtsbiegung der Anschlüsse vor dem Biegen aus. Während sich der Kolben der ersten Stufe an Ort und Stelle befindet, wird ein Kolben der zweiten Stufe durch einen komplementären Schlitz im Kolben der ersten Stufe geführt, um die endgültige Biegung, z. B. eine zusätzliche Biegung von 45±10 Grad, vorzunehmen. Bei Batteriemodulen mit Zellenlaschen/Stapeln aus gemischtem Material und unterschiedlicher Dicke (z. B. ein positiver (+) Kupferpol (Cu) mit geringer Dicke und ein negativer (-) Aluminiumpol (Al) mit großer Dicke) kann der Kolben der zweiten Stufe unterschiedliche Schenkellängen haben und/oder Matrizenhohlräume mit unterschiedlichen Abständen oder unterschiedlichen Hohlraumoberflächenlängen aufweisen, um einen größeren Gesamtbiegeabstand für die dünneren Anschlüsse zu erreichen.
Zu den begleitenden Vorteilen zumindest einiger der offengelegten Konzepte gehört ein Presskolbenmechanismus, der für entgegengesetzte Biegerichtungen von zusammenpassenden Paaren von Zellenlaschenanschlüssen sorgt, die an dieselbe Sammelschienenplatte geschweißt werden. Dies wiederum ermöglicht eine Reduzierung der Anzahl und Größe der ICB-Sammelschienenplatten, was zu Einsparungen bei der Fahrzeugmasse und den Kosten führt. Darüber hinaus trägt der zweistufige Eintauchprozess dazu bei, eine ausreichende Endbiegung für einen bündigen Anschluss an die Sammelschiene zu gewährleisten, ohne übermäßige Rückstellkräfte auf das Batteriemodul und die zugehörigen Batteriezellen auszuüben. Mit den vorgenannten Merkmalen können die offengelegten Kolbenpressensysteme, die Steuerlogik und die Verfahren Unterschiede in der Dicke der Zellenlaschenanschlüsse, Abweichungen von Teil zu Teil und nach außen gebogene Anschlüsse ausgleichen. Die beschriebenen Merkmale können auch dazu beitragen, die Belastung der ICB und einzelner Zellen zu minimieren und unerwünschtes Zurückfedern und Ausbeulen der Laschen zu reduzieren.
Vorgestellt werden automatisierte Fertigungssysteme mit zugehöriger Steuerungslogik für den Zusammenbau von Batteriemodulen von Antriebsbatteriepaketen. In einem Beispiel wird ein automatisiertes oder manuell betriebenes Metallbearbeitungssystem zum Formen benachbarter metallischer Werkstücke vorgestellt. Das Metallbearbeitungssystem umfasst ein Paar teleskopierbare (erste und zweite) Kolben zum gleichzeitigen Biegen von ebenen (ersten und zweiten) Werkstücken zueinander. Ein (erster) Kolben hat einen starren (ersten) Kolbenkörper mit einem Kolbenhohlraum, der sich durch den Körper des ersten Kolbens erstreckt, und einen oder mehrere Matrizenhohlräume, die in eine nach unten weisende (erste) Kontaktfläche des Kolbenkörpers eingelassen sind. Ein (erster) Gesenkhohlraum umfasst eine (erste) Hohlraumfläche, die das erste metallische Werkstück um einen bestimmten (ersten) Biegewinkel drückt und biegt, und eine andere (zweite) Hohlraumfläche, die das zweite metallische Werkstück um einen bestimmten (zweiten) Biegewinkel drückt und biegt. Ein (zweiter) Kolben der zweiten Stufe hat einen starren (zweiten) Kolbenkörper mit einer oder mehreren Matrizenhohlräumen, die in eine nach unten gerichtete (zweite) Kontaktfläche des zweiten Kolbenkörpers eingelassen sind. Ein (zweiter) Matrizenhohlraum umfasst eine (dritte) Hohlraumfläche, die das erste metallische Werkstück um einen bestimmten (dritten) Biegewinkel drückt und biegt, und eine weitere (vierte) Hohlraumfläche, die das zweite metallische Werkstück um einen bestimmten (vierten) Biegewinkel drückt und biegt. Der Körper des zweiten Kolbens wird beweglich im Körper des ersten Kolbens aufgenommen und durchläuft den Kolbenhohlraum, so dass der zweite Kolben die beiden metallischen Werkstücke gleichzeitig mit dem ersten Kolben biegt, der die metallischen Werkstücke gleichzeitig biegt.
Außerdem werden hier Verfahren zur Herstellung eines der offengelegten Batteriemodule und Verfahren zum Betrieb eines der offengelegten Fertigungssysteme vorgestellt. In einem Beispiel wird ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer benachbarter Paare von metallischen Werkstücken vorgestellt. Dieses repräsentative Verfahren umfasst, in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit beliebigen der oben und unten offenbarten Optionen und Merkmale Ausrichten eines ersten Kolbens mit den Werkstücken, wobei der Kolben einen ersten Kolbenkörper mit einem Kolbenhohlraum, der sich durch den ersten Kolbenkörper erstreckt, und einen ersten Matrizenhohlraum aufweist, der in eine erste Kontaktfläche des ersten Kolbenkörpers eingelassen ist, wobei der erste Matrizenhohlraum eine erste Hohlraumoberfläche aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie gegen ein erstes metallisches Werkstück drückt und es um einen ersten Biegewinkel biegt, und eine zweite Hohlraumoberfläche, die so konfiguriert ist, dass sie gegen ein zweites metallisches Werkstück drückt und es um einen zweiten Biegewinkel biegt; Ausrichten eines zweiten Kolbens mit den Werkstücken, der einen zweiten Kolbenkörper mit einem zweiten Matrizenhohlraum aufweist, der in eine zweite Kontaktfläche des zweiten Kolbenkörpers eingelassen ist, wobei der zweite Matrizenhohlraum eine dritte Hohlraumoberfläche aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie gegen das erste metallische Werkstück drückt und es um einen dritten Biegewinkel biegt, und eine vierte Hohlraumoberfläche, die so konfiguriert ist, dass sie gegen das zweite metallische Werkstück drückt und es um einen vierten Biegewinkel biegt; Pressen des ersten Kolbens gegen und dadurch gleichzeitiges Biegen des ersten und zweiten metallischen Werkstücks zueinander; und Pressen des zweiten Kolbens durch Bewegen des zweiten Kolbenkörpers in den ersten Kolbenkörper und durch den Kolbenhohlraum gegen und dadurch gleichzeitiges Biegen des ersten und zweiten metallischen Werkstücks zueinander im Tandem mit dem ersten Kolben, der das erste und zweite metallische Werkstück biegt.
Bei allen offengelegten Systemen, Verfahren und Vorrichtungen kann der erste Biegewinkel der ersten Hohlraumoberfläche etwa 35-55 Grad (gegen den Uhrzeigersinn (CCW)) von der ersten Kontaktfläche betragen, und der zweite Biegewinkel der zweiten Hohlraumoberfläche kann etwa 125-145 Grad (CCW) von der ersten Kontaktfläche betragen. In gleicher Weise kann der dritte Biegewinkel der dritten Hohlraumfläche etwa 45-65 Grad (CCW) von der zweiten Kontaktfläche betragen, und der vierte Biegewinkel der vierten Hohlraumfläche kann etwa 115-135 Grad (CCW) von der zweiten Kontaktfläche betragen.
Bei allen offengelegten Systemen, Verfahren und Vorrichtungen kann der erste Matrizenhohlraum auch eine erste gebogene Oberfläche aufweisen, die sich zwischen der ersten Hohlraumoberfläche und der ersten Kontaktfläche erstreckt und diese verbindet, sowie eine zweite gebogene Oberfläche, die sich zwischen der zweiten Hohlraumoberfläche und der ersten Kontaktfläche erstreckt und diese verbindet. Der erste Matrizenhohlraum kann auch eine erste gebogene Biegefläche enthalten, die sich zwischen der ersten und der zweiten Hohlraumfläche erstreckt und diese miteinander verbindet. In diesem Zusammenhang kann der zweite Matrizenhohlraum auch eine dritte gebogene Fläche enthalten, die sich zwischen der dritten Hohlraumfläche und der zweiten Kontaktfläche erstreckt und diese verbindet, sowie eine vierte gebogene Fläche, die sich zwischen der vierten Hohlraumfläche und der zweiten Kontaktfläche erstreckt und diese verbindet. Der zweite Formhohlraum kann auch eine zweite gebogene Biegefläche aufweisen, die sich zwischen der dritten und vierten Hohlraumfläche erstreckt und diese verbindet.
Bei allen offengelegten Systemen, Verfahren und Vorrichtungen kann der zweite Kolbenkörper auch einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die im Allgemeinen orthogonal von einer Kolbenkrone abstehen. In diesem Fall ist der zweite Kolbenhohlraum in den ersten Schenkel eingelassen, und ein vierter Kolbenhohlraum, der wie der zweite Kolbenhohlraum konfiguriert ist, ist in den zweiten Schenkel eingelassen. Der erste Kolben kann optional einen Schulteranschlag aufweisen, der sich über den Kolbenhohlraum erstreckt und an den zweiten Kolbenkörper anstößt, um dadurch die Bewegungslänge des zweiten Kolbens durch den Kolbenhohlraum zu begrenzen.
Bei allen offengelegten Systemen, Verfahren und Vorrichtungen kann jedes metallische Werkstück aus einem Stapel von Metallzungen bestehen. Bei einigen Anwendungen hat der erste Metallstreifenstapel eine erste Dicke (z. B. etwa 0,4 Millimeter (mm)) und der zweite Metallstreifenstapel eine zweite Dicke (z. B. etwa 0,2 mm), die kleiner als die erste Dicke ist. In diesem Fall biegt die dritte Hohlraumfläche des zweiten Kolbens den ersten Metallstreifenstapel um eine erste Biegestrecke, und die vierte Hohlraumfläche biegt den zweiten Metallstreifenstapel um eine zweite Biegestrecke, die größer ist als die erste Biegestrecke. Als weitere Option kann die Länge der dritten Kavitätenoberfläche kürzer sein als die Länge der vierten Kavitätenoberfläche der zweiten Matrizenhöhlung. Im Vergleich dazu kann die Länge der ersten Kavitätsfläche ungefähr gleich der Länge der zweiten Kavitätsfläche der ersten Matrizenhöhlung sein.
Bei allen offengelegten Systemen, Verfahren und Vorrichtungen kann der erste Kolben zwei, drei, vier oder mehr Matrizenhohlräume aufweisen, von denen jeder in die nach unten gerichtete Kontaktfläche des Kolbenkörpers eingelassen ist. Jeder der Matrizenhohlräume des ersten Kolbens umfasst eine Hohlraumoberfläche, die ein entsprechendes metallisches Werkstück berührt und um den ersten Biegewinkel biegt, und eine weitere Hohlraumoberfläche, die ein anderes entsprechendes metallisches Werkstück berührt und um den zweiten Biegewinkel biegt. Ebenso kann der zweite Kolben zwei, drei, vier oder mehr Matrizenhohlräume enthalten, von denen jeder in die nach unten gerichtete Kontaktfläche des zweiten Kolbenkörpers eingelassen ist. Jeder dieser Matrizenhohlräume enthält eine Hohlraumoberfläche, die ein entsprechendes metallisches Werkstück berührt und um den dritten Biegewinkel biegt, und eine weitere Hohlraumoberfläche, die ein entsprechendes metallisches Werkstück berührt und um den vierten Biegewinkel biegt.
Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Techniken, Algorithmen und Steuerungslogik zum Betrieb eines der offengelegten Fertigungssysteme oder zur Herstellung eines der offengelegten Werkstücke. Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind auch auf Antriebsbatteriepacks mit Batteriebeutelzellen mit elektrisch leitenden Zelllaschen gerichtet, die in Übereinstimmung mit den offengelegten Konzepten gebildet werden. Außerdem werden hier nichttransitorische, computerlesbare Medien vorgestellt, die Anweisungen speichern, die von mindestens einem von einem oder mehreren Prozessoren einer oder mehrerer programmierbarer Steuereinheiten, wie einer elektronischen Steuereinheit (ECU) oder einem Steuermodul, ausgeführt werden können, um den Betrieb eines beliebigen offengelegten Systems zu steuern.
Die obige Zusammenfassung stellt nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt dieser Offenbarung dar. Vielmehr werden die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung aus der folgenden detaillierten Beschreibung von anschaulichen Beispielen und Modi zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung leicht ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen betrachtet werden. Darüber hinaus umfasst diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs mit Elektroantrieb, das mit einem Hybrid-Antriebsstrang ausgestattet ist, der einen elektrischen Antriebsmotor aufweist, der von einem wiederaufladbaren Antriebsbatterie-Pack in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung gespeist wird.
2 ist eine erhöhte, perspektivische Ansichtsdarstellung eines repräsentativen Batteriemoduls mit einer integrierten elektrischen ICB-Baugruppe und einem intern verpackten Stapel von Batteriebeutelzellen mit gebogenen Zelllaschen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
3 ist eine perspektivische Ansicht des repräsentativen Batteriemoduls aus 2, bei der die Modulgrundplatte und die Seitenwände entfernt wurden, um die gestapelten Batteriebeutelzellen besser zu veranschaulichen, sowie Einschubansichten, die die Batteriezellenlaschen vor und nach dem Biegen gemäß den Aspekten der offenbarten Konzepte zeigen.
4A und 4B sind schematische Seitenansichtsdarstellungen eines repräsentativen zweistufigen Kolbenpressensystems, das die Batteriezellen-Laschen der 2 und 3 mit einem Kolben der ersten Stufe (4A) und einem Kolben der zweiten Stufe (4B) in Übereinstimmung mit Aspekten der offenbarten Konzepte biegt.
5 ist eine perspektivische Darstellung eines weiteren repräsentativen zweistufigen Kolbenpressensystems in Übereinstimmung mit Aspekten der offenbarten Konzepte.

Die vorliegende Offenbarung ist für verschiedene Modifikationen und alternative Formen zugänglich, und einige repräsentative Ausführungsformen sind beispielhaft in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden im Detail beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den oben aufgezählten Zeichnungen dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen abdecken, die in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie zum Beispiel von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden. Repräsentative Beispiele der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden hier im Detail beschrieben, wobei diese Ausführungsformen als Beispiel für die offengelegten Prinzipien und nicht als Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung dienen. Zu diesem Zweck sollten Elemente und Beschränkungen, die z. B. in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einleitung“, „Zusammenfassung“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht explizit in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht in die Ansprüche aufgenommen werden, weder einzeln noch gemeinsam, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung noch auf andere Weise.
Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung gilt, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ gelten sowohl im Konjunktiv als auch im Disjunktiv; die Wörter „jeder“ und „alle“ bedeuten beide „jeder und alle“; und die Wörter „einschließlich“, „enthaltend“, „umfassend“, „mit“ und dergleichen bedeuten jeweils „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können Wörter der Annäherung, wie z. B. „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“ und dergleichen hier jeweils im Sinne von „bei, in der Nähe oder fast bei“ oder „innerhalb von 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder einer beliebigen logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können richtungsbezogene Adjektive und Adverbien, wie z. B. vorwärts, achtern, innenbords, außenbords, steuerbords, backbords, vertikal, horizontal, aufwärts, abwärts, vorne, hinten, links, rechts usw., in Bezug auf ein Kraftfahrzeug verwendet werden, wie z. B. eine Vorwärtsfahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug operativ auf einer horizontalen Fahrfläche ausgerichtet ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Referenznummern auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 eine schematische Darstellung eines repräsentativen Automobils gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet und hier zu Diskussionszwecken als Personenkraftwagen mit einem parallelen Zwei-Kupplungs (P2)-Hybrid-Elektro-Antriebsstrang dargestellt ist. Insbesondere besteht der dargestellte Antriebsstrang im Allgemeinen aus einem einzelnen Motor 12 und einem einzelnen Motor 14, die einzeln und gemeinsam arbeiten, um die Zugkraft über eine hydrokinetische Drehmomentwandlerbaugruppe 18 auf ein mehrgängiges Leistungsgetriebe 16 zu übertragen, um ein oder mehrere Räder 20 des Achsantriebssystems 11 des Fahrzeugs anzutreiben. Das dargestellte Automobil 10 - hier auch kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine beispielhafte Anwendung, mit der neuartige Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung praktiziert werden können. In gleicher Weise sollte die Umsetzung der vorliegenden Konzepte in einem Hybrid-Elektro-Antriebsstrang auch als eine beispielhafte Anwendung der hier offenbarten neuartigen Konzepte verstanden werden. Als solches wird es verstanden werden, dass Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung auf andere Fahrzeug-Antriebsstrang-Architekturen angewendet werden können, in jede logisch relevante Art von Kraftfahrzeug eingebaut werden, und sowohl für automotive und nichtautomotive Anwendungen gleichermaßen verwendet werden. Schließlich sind nur ausgewählte Komponenten gezeigt worden und werden hier im Detail beschrieben. Dennoch können die Fahrzeuge, Batteriemodule und Fertigungssysteme, die unten diskutiert werden, zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere verfügbare periphere Komponenten enthalten, um die verschiedenen Methoden und Funktionen dieser Offenbarung auszuführen.
Das repräsentative Fahrzeug-Antriebsstrangsystem ist in 1 mit einer Antriebsmaschine - hier dargestellt durch eine startfähige Verbrennungskraftmaschine (ICE) 12 und eine Elektromotor-/Generatoreinheit 14 - dargestellt, die über ein mehrgängiges Automatikgetriebe 16 mit einer Antriebswelle 15 eines Achsantriebs 11 antriebsmäßig verbunden ist. Der Motor 12 überträgt die Leistung, vorzugsweise in Form eines Drehmoments über eine Motorkurbelwelle 13 („Motorabtriebselement“), auf eine Eingangsseite des Getriebes 16. Gemäß dem dargestellten Beispiel treibt die ICE-Baugruppe 12 eine motorgetriebene Torsionsdämpferbaugruppe 26 und über die Torsionsdämpferbaugruppe 26 eine Motortrennvorrichtung 28 an. Diese Motortrennvorrichtung 28 überträgt, wenn sie in Betrieb ist, das von der ICE-Baugruppe 12 über den Dämpfer 26 empfangene Drehmoment auf die Eingangsstruktur der TC-Baugruppe 18. Wie der Name schon sagt, kann die Motortrennvorrichtung 28 selektiv ausgekuppelt werden, um den Motor 12 antriebsmäßig vom Motor 14 und dem Getriebe 16 zu entkoppeln.
Das Getriebe 16 wiederum ist so ausgelegt, dass es die Zugkraft des Motors 12 und des Motors 14 aufnimmt, selektiv manipuliert und an das Achsantriebssystem 11 des Fahrzeugs verteilt - hier dargestellt durch eine Antriebswelle 15, ein hinteres Differential 22 und ein Paar hinterer Straßenräder 20 - und dadurch das Hybridfahrzeug 10 antreibt. Die Kraftübertragung 16 und der Drehmomentwandler 18 von 1 können sich eine gemeinsame Getriebeölwanne oder einen „Sumpf“ 32 zur Versorgung mit Hydraulikflüssigkeit teilen. Eine gemeinsame Getriebepumpe 34 stellt ausreichend Hydraulikdruck für das Fluid bereit, um selektiv hydraulisch aktivierte Elemente des Getriebes 16, der TC-Baugruppe 18 und, bei einigen Implementierungen, der Motorabschaltvorrichtung 28 zu betätigen. Zumindest bei einigen Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, dass die Motortrennvorrichtung 28 einen aktiven Kupplungsmechanismus, wie z. B. eine steuerungsbetätigte wählbare Einwegkupplung (SOWC) oder Reibscheibenkupplung, oder einen passiven Kupplungsmechanismus, wie z. B. eine Freilauf-OWC-Baugruppe mit Sperrklinke oder Klemmstück, umfasst.
Die ICE-Baugruppe 12 treibt das Fahrzeug 10 unabhängig vom elektrischen Fahrmotor 14 an, z. B. in einer „Nur-Motor“-Betriebsart, oder in Zusammenarbeit mit dem Motor 14, z. B. in „Fahrzeugstart“ - oder „Motor-Boost“-Betriebsarten. In dem in 1 dargestellten Beispiel kann die ICE-Baugruppe 12 ein beliebiger verfügbarer oder später entwickelter Motor sein, wie z. B. ein selbstgezündeter Dieselmotor oder ein fremdgezündeter Benzin- oder Flex-Fuel-Motor, der leicht angepasst werden kann, um seine verfügbare Leistungsabgabe typischerweise bei einer Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) bereitzustellen. Obwohl in 1 nicht explizit dargestellt, sollte man sich bewusst sein, dass das Achsantriebssystem 11 jede verfügbare Konfiguration annehmen kann, einschließlich Layouts mit Vorderradantrieb (FWD), Hinterradantrieb (RWD), Allradantrieb (4WD), Allradantrieb (AWD), Six-by-Four (6X4), usw.
1 zeigt auch eine elektrische Motor-/Generatoreinheit 14, die über eine Motorträgernabe, eine Welle oder einen Riemen 29 („Motorausgangselement“) mit dem Drehmomentwandler 18 und über den Drehmomentwandler 18 mit einer Eingangswelle 17 („Getriebeeingangselement“) des Getriebes 16 verbunden ist. Die Motor-/Generatoreinheit 14 kann direkt mit einer TC-Eingangswelle gekoppelt oder antriebsmäßig an einem Gehäuseteil des Drehmomentwandlers 18 befestigt sein. Die Elektromotor-/Generatoreinheit 14 besteht aus einer ringförmigen Statorbaugruppe 21, die eine zylindrische Rotorbaugruppe 23 umschreibt und konzentrisch zu dieser angeordnet ist. Elektrische Energie wird dem Stator 21 über elektrische Leiter oder Kabel 27 zugeführt, die über geeignete Dichtungs- und Isolierdurchführungen (nicht dargestellt) durch das Motorgehäuse geführt werden. Umgekehrt kann elektrische Energie von der MGU 14 zu einem eingebauten Antriebsbatterie-Pack 30 geliefert werden, z. B. durch regeneratives Bremsen. Der Betrieb aller dargestellten Komponenten des Antriebsstrangs kann von einem fahrzeuginternen oder -externen Steuergerät gesteuert werden, z. B. von einer programmierbaren elektronischen Steuereinheit (ECU) 25. Obwohl als P2-Hybrid-Elektro-Architektur mit einem einzelnen Motor in paralleler Leistungsfluss-Kommunikation mit einer einzelnen Motorbaugruppe dargestellt, kann das Fahrzeug 10 andere Antriebsstrang-Konfigurationen verwenden, einschließlich P0-, P1-, P2.5-, P3- und P4-Hybrid-Antriebsstränge, von denen jeder für ein HEV, PHEV, reichweitenerweitertes Hybridfahrzeug, Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug, FEVs usw. angepasst werden kann.
Die Kraftübertragung 16 kann ein Differentialgetriebe 24 verwenden, um selektiv variable Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen den Getriebeeingangs- und -ausgangswellen 17 bzw. 19 zu erreichen, z. B. indem die gesamte oder ein Teil der Leistung durch die variablen Elemente geschickt wird. Eine Form des Differentialgetriebes ist das epizyklische Planetengetriebe. Das Planetengetriebe bietet den Vorteil der Kompaktheit und der unterschiedlichen Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen allen Gliedern des Planetengetriebe-Teilsatzes. Traditionell werden hydraulisch betätigte Vorrichtungen zum Aufbau des Drehmoments, wie Kupplungen und Bremsen (der Begriff „Kupplung“ bezieht sich sowohl auf Kupplungen als auch auf Bremsen), selektiv in Eingriff gebracht, um die oben genannten Getriebeelemente zu aktivieren und die gewünschten Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahlverhältnisse zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen 17, 19 des Getriebes herzustellen. Obwohl es als 8-Gang-Automatikgetriebe vorgesehen ist, kann das Leistungsgetriebe 16 optional auch andere funktionell geeignete Konfigurationen annehmen, einschließlich stufenloser Getriebearchitekturen (CVT), automatisiertmanueller Getriebe usw.
Die hydrokinetische Drehmomentwandlerbaugruppe 18 aus 1 arbeitet als Flüssigkeitskupplung, um den Verbrennungsmotor 12 und den Motor 14 mit dem internen Planetengetriebe 24 des Leistungsgetriebes 16 funktionell zu verbinden. In einer internen Fluidkammer der Drehmomentwandlerbaugruppe 18 befindet sich ein beschaufeltes Laufrad 36, dem eine beschaufelte Turbine 38 gegenübersteht. Das Laufrad 36 befindet sich in serieller Kraftfluss-Fluidverbindung mit der Turbine 38, wobei ein Stator (nicht dargestellt) zwischen dem Laufrad 36 und der Turbine 38 angeordnet ist, um den Fluidfluss dazwischen selektiv zu verändern. Die Übertragung des Drehmoments von den Motor- und Motorabtriebselementen 13, 29 auf das Getriebe 16 über die TC-Baugruppe 18 erfolgt durch Rührerregung von Hydraulikflüssigkeit, wie z. B. Getriebeöl, in der internen Flüssigkeitskammer des TC, die durch die Rotation der Laufrad- und Turbinenschaufeln 36, 38 verursacht wird. Zum Schutz dieser Komponenten ist die Drehmomentwandlerbaugruppe 18 mit einem TC-Pumpengehäuse konstruiert, das hauptsächlich durch einen getriebeseitigen Pumpenmantel 40 definiert ist, der fest, z. B. durch Elektronenstrahlschweißen, Mig- oder MAG-Schweißen, Laserschweißen und dergleichen, an einem motorseitigen Pumpendeckel 42 befestigt ist, so dass dazwischen eine hydraulische Arbeitsfluidkammer gebildet wird.
Wenden Sie sich weiter zu 2, es ist ein Segment eines wiederaufladbaren Energiespeichersystems (RESS), die zum Speichern und Liefern von Hochspannung elektrische Energie verwendet wird, zum Beispiel, um ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie Hybrid-Elektrofahrzeug 10 von 1 anzutreiben angepasst ist. Bei diesem RESS kann es sich um ein Deep-Cycle-Fahrzeugbatteriesystem mit hoher Ampere-Kapazität handeln, das z. B. für ca. 350 bis 800 VDC oder mehr ausgelegt ist, abhängig von der gewünschten Fahrzeugreichweite, dem Gesamtgewicht des Fahrzeugs und den Leistungswerten der verschiedenen Zubehörlasten, die elektrische Energie aus dem RESS beziehen. Zu diesem Zweck verwendet das RESS ein oder mehrere Hochspannungsbatteriepakete mit hoher Energiedichte, wie z. B. das Antriebsbatteriepaket 30 von 1, das elektrisch mit einer oder mehreren mehrphasigen Permanentmagnet-Elektromaschinen (PM), wie z. B. dem Antriebsmotor 14, verbunden werden kann. Jedes Antriebsbatteriepaket enthält eine Ansammlung (z. B. 100er oder 1000er) von diskreten elektrochemischen Zellen, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind, um die gewünschte Gesamtspannung und den Gesamtstrombedarf zu erreichen.
Gemäß der repräsentativen Konfiguration besteht das Antriebsbatteriepaket im Allgemeinen aus einer Anordnung von Lithium-Ionen-Batteriemodulen, von denen ein Beispiel in 2 mit 100 dargestellt ist. Diese Batteriemodule 100 sind in Reihen und Spalten angeordnet und auf einem Batterieträger (nicht dargestellt), die unterliegende Unterstützung für das Batteriepaket während des Fahrzeugbetriebs bietet abgestützt. Aspekte der offengelegten Konzepte können in ähnlicher Weise auf andere elektrische Speicherarchitekturen anwendbar sein, einschließlich solcher, die Nickel-Metallhydrid-Batterien (NiMH), Bleibatterien, Lithium-Polymer-Batterien oder andere anwendbare Typen von wiederaufladbaren elektrischen Batterien verwenden. Jedes Batteriemodul 100 kann einen Stapel 102S elektrochemischer Batteriezellen enthalten, wie z. B. die Pouch-Typ-Lithium-Ionen- (Li-Ion) oder Li-Ion-Polymer- (LiPo) Batterie-Pouch-Zellen 102 von 3. Zur Vereinfachung von Konstruktion und Wartung sowie zur Reduzierung von Kosten und Montagezeit kann jedes Batteriemodul 100 im RESS im Wesentlichen identisch sein.
Ein einzelnes Lithium-Ionen-Batteriemodul 100 kann durch mehrere Batteriezellen 102 (z. B. 20-30) typisiert sein, die nebeneinander gestapelt und parallel oder in Reihe geschaltet sind, um elektrische Energie zu speichern und zu liefern. Eine Batteriezelle kann eine mehrschichtige Konstruktion sein, die mit einem äußeren Batteriegehäuse versehen ist, das in den Zeichnungen durch eine hüllenartige Tasche 104 dargestellt ist (3). Die jeweiligen Seiten des Beutels 104 können aus Polymerschaum, Aluminiumblech oder einem anderen geeigneten Material gebildet werden. Beide Seiten eines Aluminiumbeutels können mit einem polymeren Material beschichtet sein, das das Metall von den Zellenelementen und von allen benachbarten Zellen isoliert. Diese beiden Seiten sind miteinander verbunden, z. B. durch Schweißen oder Crimpen oder eine andere geeignete Verbindungstechnik, um darin im Allgemeinen eine flüssige Elektrolytzusammensetzung einzuschließen, die positive Lithiumionen zwischen Arbeits- und Referenzelektroden leitet. Von gegenüberliegenden Längsenden des Beutels 104 erstrecken sich nach außen positive (+) und negative (-) elektrische Anschlüsse 106 bzw. 108, um elektrische Verbindungen mit positiven und negativen Elektroden (nicht sichtbar) herzustellen, die im Innenvolumen des Beutels 104 verpackt sind. Während als Silizium-basierte, Li-Ion „Pouch-Zelle“ Batterie gezeigt, können die Batteriezellen 102 auf andere Konstruktionen, einschließlich zylindrischer und prismatischen Konstruktionen angepasst werden, und kann im Wesentlichen identisch zueinander sein.
Mit gemeinsamem Bezug auf 2 und 3 lagert das Batteriemodul 100 die elektrochemischen Batteriezellen 102 innerhalb eines schützenden, elektrisch isolierenden Batteriemodulgehäuses 110.
Das Batteriemodulgehäuse 110 kann eine starre, mehrteilige Konstruktion sein, die aus einem geflanschten Gehäuseboden 112 mit einem Paar länglicher Modulseitenwände 114 besteht, die im Allgemeinen orthogonal vom Boden 112 abstehen. Wenn sie richtig angeordnet und montiert sind, werden die gestapelten Batteriezellen 102 auf dem Gehäuseboden 112 abgestützt und zwischen den Modulseitenwänden 114 eingeklemmt. Zur Erleichterung der Herstellung und Montage können die Seitenwände 114 im Wesentlichen identisch sein, z. B. beide aus einem elektrisch isolierten Aluminium oder einem starren Kunststoffmaterial mit Schnappverschlussvorsprüngen 115 und 117 zur funktionellen Ausrichtung und mechanischen Verbindung der Seitenwände 114 mit den anderen schützenden Außensegmenten des Batteriemoduls 100 gebildet werden. Zwei koplanare Montagehalterungen 113 erstrecken sich quer vom Modulgehäuse 110, die jeweils einstückig mit einer entsprechenden Modulseitenwand 114 ausgebildet sind und rechtwinklig von dieser abstehen.
Unterhalb der gestapelten Batteriezellen 102 ist eine Kühlplatte 116 angebracht, die im Allgemeinen bündig an der Unterseite des Gehäusebodens 112 sitzt, um Wärme selektiv aus dem Batteriemodul 100 abzuführen. Diese Kühlplatte 116 ist mit einem oder mehreren Kühlmittelkanälen (in den dargestellten Ansichten nicht sichtbar) versehen, durch die ein über Kühlmittelanschlüsse 118 aufgenommenes Kühlmittel strömt. Die Modulseitenwände 114 und die Kühlplatte 116 können fluiddicht und mechanisch am Gehäuseboden 112 befestigt sein, z. B. über Druckknöpfe und einen dichtungsbildenden Schaum. Obwohl das Batteriemodulgehäuse 110 in einer allgemein rechteckig-polyedrischen Form dargestellt ist, kann es auch andere gewünschte Größen und Formen annehmen, um alternative Anwendungen mit unterschiedlichen Verpackungs- und Designbeschränkungen zu ermöglichen. In gleicher Weise kann das Modulgehäuse 110 aus mehr oder weniger Segmenten zusammengesetzt werden, als in den Zeichnungen dargestellt sind; alternativ kann das Gehäuse 110 als einteilige oder zweiteilige, einheitliche Struktur geformt und bearbeitet werden.
Die Batteriezellen 102 werden durch eine integrierte Verbindungsplatinenbaugruppe (ICB) 120, die oben auf dem Batteriemodulgehäuse 110 montiert ist, betriebsmäßig ausgerichtet und elektrisch miteinander verbunden. Gemäß dem dargestellten Beispiel bietet die integrierte ICB-Baugruppe 120 eine schützende äußere Umhüllung, die im Allgemeinen durch eine geflanschte zentrale Abdeckung 122 mit einem Paar geflanschter Endwände 124 definiert ist, die im Allgemeinen orthogonal von gegenüberliegenden Enden der zentralen Abdeckung 122 vorstehen. Die zentrale Abdeckung 122 besteht aus einem starren Polymermaterial mit integrierten seitlichen Flanschen 121 mit länglichen Schnappverschlussschlitzen, die darin Schnappverschlussvorsprünge 115 der Gehäuseseitenwände 114 aufnehmen. Von jedem Längsende des Deckels 122 ragt ein Paar Schnapphaken 125 ab, die darin Befestigungszapfen (nicht beschriftet) der ICB-Endwände 124 aufnehmen. Die Endwände 124 der ICB-Baugruppe können strukturell identisch sein und bestehen beide aus einem starren Polymermaterial, das dem Polymermaterial, das zur Herstellung der ICB-Abdeckung 122 verwendet wird, ähnlich ist oder sich von diesem unterscheidet. Jede Endwand 124 ist mit integrierten Montageflanschen 129 gefertigt, die Schnappverschlusslöcher aufweisen, die darin Schnappverschlussvorsprünge 117 der Gehäuseseitenwände 114 aufnehmen. Wie das Modulgehäuse 110 kann die ICB-Baugruppe 120 der 2 und 3 aus mehr oder weniger als drei äußeren Schutzsegmenten, nämlich der zentralen Abdeckung 122 und den Endwänden 124, zusammengesetzt werden; alternativ kann die ICB-Baugruppe 120 als einteilige, einheitliche Struktur geformt und bearbeitet werden.
Jede der Stirnwände 124 der ICB-Baugruppe ist in eine Reihe von länglichen, zueinander parallelen Stirnwandplatten 133 unterteilt, die nebeneinander in einer vertikalen, säulenartigen Weise angeordnet sind. Diese Stirnwandplatten 133 greifen ineinander und sind durch längliche Schlitze 135 voneinander getrennt. Jede der Stirnwandplatten 133 ist einstückig mit einer Folge von flexiblen Schnappverschlusslaschen (nicht beschriftet) ausgebildet, die von einer Unterkante der Stirnwand 124 nach unten ragen. Diese Laschen greifen gleitend in die Kühlplatte 116 ein und werden mit dieser verpresst; auf diese Weise wird die integrierte ICB-Baugruppe 120 mechanisch mit dem Rest des Batteriemodulgehäuses 110 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform kann die ICB-Baugruppe 120 hermetisch mit dem Modulgehäuse 110 versiegelt sein. Sobald die ICB-Baugruppe 120 ordnungsgemäß montiert ist, wird die zentrale Abdeckung 122 mit Abstand zum Gehäuseboden 112 positioniert, wobei sich die Batteriezellen 102 zwischen den ICB-Stirnwänden 124 befinden.
Nach der Montage der integrierten ICB-Baugruppe 120 werden die elektrischen Anschlüsse 106, 108 der Batteriezellen 102 elektrisch mit elektrischen Stromschienenplatten 134 verbunden, die an den Außenflächen der ICB-Stirnwände 124 montiert sind. Wie dargestellt, ist jede elektrische Sammelschienenplatte 134 aus einem elektrisch leitfähigen metallischen Material (z. B. Kupfer) hergestellt, das zu einer allgemein rechteckigen Platte geformt ist, die dann an einer Außenfläche einer der Stirnwände 124 montiert wird, z. B. über Montagelaschen, Klebstoffe und/oder Befestigungselemente. Ebenso werden die elektrischen Batteriezellenlaschen 106, 108 aus elektrisch leitenden metallischen Werkstoffen (z. B. Al und Cu) hergestellt und zu L-förmigen Anschlüssen gebogen, von denen ein äußerer Teil wieder bündig anliegt und an eine der Sammelschienenplatten 134 gelötet, geschweißt oder geklemmt wird. Die Inspektionsansichten von 3 zeigen die Batteriezellenlasche 106, 108 vor dem Biegen (obere Inspektionsansicht) und nach dem Biegen (untere Inspektionsansicht). Ein Paar L-förmiger Zwischenmodul-Sammelschienenhalter (nicht beschriftet) ist an einer der ICB-Stirnwände 124 montiert; diese Zwischenmodul-Sammelschienenhalter verbinden das Batteriemodul 100 elektrisch mit einem benachbarten Batteriemodul.
Die integrierte ICB-Baugruppe 120 bietet nicht nur eine äußere Schutzhülle und eine elektrische Verbindung der Batteriezellen 102, sondern auch Mess-, Betriebs- und elektrische Isolationsfunktionen. Eine solche Funktionalität kann durch eine integrierte Schaltung (IC), die an der zentralen Abdeckung 122 oder, bei einigen alternativen Konfigurationen, an einer der Stirnwände 124 montiert ist, bereitgestellt werden. Die IC-Abtastbaugruppe 140 ist mit mehreren Abtastvorrichtungen 142, wie z. B. Strom-, Spannungs- und/oder Temperatursensoren, ausgestattet, die die Betriebseigenschaften der Batteriezellen 102 abtasten können. Auf der zentralen Abdeckung 122 ist eine flexible Leiterplatte (PCB) 144 dargestellt, auf der die Sensorvorrichtungen 142 angebracht sind. Eine flexible elektrische Leiterbahn 146 mit mehreren elektrischen Leiterbahnen 148, die von einer elektrisch isolierenden Leiterbahnfolie 150 getragen wird, verbindet die flexible Leiterplatte 144 und damit die Sensoreinrichtungen 142 über die Stromschienenverbinder 134 elektrisch mit den Batteriezellen 102.
Um die einzelnen Batteriezellenlaschen 106, 108 mit den Sammelschienenplatten 134 elektrisch zu verbinden, biegt ein zweistufiges Kolbenpressensystem 150 oder 250 (hier auch als „Metallbearbeitungssystem“ bezeichnet) die Batteriezellenlaschen 106, 108 (hier auch als „metallische Werkstücke“ bezeichnet) in einen anstoßenden Eingriff mit den Sammelschienenplatten 134. Obwohl sie sich im Aussehen unterscheiden, ist vorgesehen, dass die Merkmale und Optionen, die hier unter Bezugnahme auf das Kolbenpressensystem 150 der 4A und 4B offenbart werden, einzeln oder in beliebiger Kombination in das Beispielkolbenpressensystem 250 von 5 integriert werden können, und umgekehrt. Sowohl das Kolbenpressensystem 150 von 4A und 4B als auch das Kolbenpressensystem 250 von 5 bestehen im Allgemeinen aus einem teleskopierenden Paar von werkzeugformenden Kolben: einem Kolben der ersten Stufe (erster Kolben) 152 (4A) und 252 (5), und einem Kolben der zweiten Stufe (zweiter Kolben 154 (4B) und 254 (5), der geradlinig in den Kolben der ersten Stufe 152, 252 übersetzt ist und zumindest teilweise durch diesen gleitet. Zur Abgrenzung sei angemerkt, dass das Kolbenpressensystem 150 so ausgelegt ist, dass es vier zusammenpassende Paare von Batteriezellen-Laschenstapeln 106S, 108S gleichzeitig biegt, während das Kolbenpressensystem 250 so ausgelegt ist, dass es zwei zusammenpassende Paare von Batteriezellen-Laschenstapeln 106S, 108S gleichzeitig biegt. Im gezeigten Beispiel umfasst ein Paar einen Stapel 106S aus drei (3) positiven Batteriezellenlaschen 106 und einen Stapel 108S aus drei (3) negativen Batteriezellenlaschen 108 (d. h. ein Paar = zwei Stapel = sechs Zellenlaschen), die mit derselben elektrischen Sammelschienenplatte 134 verbunden sind. Es sollte gewürdigt werden, dass offengelegte vertikale Kolbensysteme modifiziert werden können, um gleichzeitig mehr oder weniger Paare von benachbarten Zelllaschenstapeln zu biegen, als in den Zeichnungen dargestellt ist, zum Beispiel, um verschiedene Batteriemodulgrößen und -konfigurationen unterzubringen.
Unter Bezugnahme auf 4A und 4B umfasst der Kolben 152 der ersten Stufe einen einheitlichen, einteiligen (ersten) Kolbenkörper 153 oder besteht zumindest in einigen Architekturen im Wesentlichen aus einem solchen. Um eine ausreichende strukturelle Belastbarkeit für systematische und wiederholte Biegevorgänge der Batteriezellenlaschen zu gewährleisten, ist der Kolbenkörper 153 aus einem steifen und verschleißfesten Material hergestellt, wie z. B. hochfesten Kunststoffen (z. B. thermoplastischem Polycarbonat), elektrisch isolierten metallischen Werkstoffen (z. B. dielektrisch-polymerbeschichtetem Stahl) oder Hochleistungskeramik (z. B. Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid). Der Kolbenkörper 153 der ersten Stufe ist eine hohle Struktur mit einer rechteckig-polyedrischen Form und einem zentralen Kolbenhohlraum 155, der sich vollständig durch den Kolbenkörper 153 erstreckt. Die gegenüberliegenden oberen und unteren Enden des Hohlraums 155 enden an Öffnungen durch die oberste bzw. unterste Fläche des Kolbenkörpers 152. Im dargestellten Beispiel besteht der Hohlraum 155 aus einer Reihe von (vier) seitlich beabstandeten Schenkelkanälen, die durch einen Verteilerhohlraumabschnitt miteinander verbunden sind. Ein oder mehrere Schulteranschläge 157 (4B) sind einstückig mit dem Kolbenkörper 153 ausgebildet und erstrecken sich quer über den Kolbenhohlraum 155. Während der Translation des Kolbens 154 der zweiten Stufe durch den Kolben 152 der ersten Stufe stoßen diese Schulteranschläge 157 an den Körper 161 des zweiten Kolbens an, um dadurch die Abwärtsbewegung des zweiten Kolbens 154 durch den Kolbenhohlraum 155 während des Zellen-Tab-Biegevorgangs zu begrenzen. Zur Verdeutlichung zeigt die Seitenansicht in 4A die äußere Seitenfläche des Kolbenkörpers 153, während die Seitenansicht in 4B eine Schnittdarstellung ist, um die Querschnittsgeometrie des Kolbenhohlraums 155 zu veranschaulichen. Bei zumindest einigen Architekturen entfällt der Kolbenhohlraum 155, und die Kolben der ersten und zweiten Stufe 152, 154 können unmittelbar nebeneinander und in direktem Kontakt nebeneinander angeordnet sein.
Ähnlich wie der Kolben der ersten Stufe 152 in 4A und 4B besteht der Kolben der zweiten Stufe 154 aus einem einheitlichen, einteiligen (zweiten) Kolbenkörper 161, der aus einem starren und verschleißfesten Kunststoff, einem elektrisch isolierten Metall oder einer hochentwickelten Keramik hergestellt ist, einschließlich eines der im vorhergehenden Abschnitt vorgestellten Beispiele. Der Körper des zweiten Kolbens 161 ist eine gezahnte Struktur, mit mindestens einem oder, wie dargestellt, einer Reihe von zueinander parallelen Schenkeln 163. Jeder längliche „sockelartige“ Schenkel 163 ist einstückig mit einer Kolbenkrone 165 ausgebildet und ragt im Allgemeinen orthogonal (in 4B in Richtung nach unten) von dieser ab, wobei er von benachbarten Schenkeln 163 durch eine dazwischenliegende Stegerweiterung 167 beabstandet ist. Während mit vier identisch geformten Beinen 163 gezeigt, sollte es geschätzt werden, dass die zweite Stufe Kolben 154 kann mit mehr oder weniger Beine, von denen jeder auf eine gemeinsame oder eine unterschiedliche strukturelle Konfiguration nehmen kann vorgesehen sein.
Zum gleichzeitigen Biegen des oder der zusammenpassenden Paare von Zelllaschenstapeln 106S, 108S ist der Kolben 152 der ersten Stufe mit mindestens einer oder, wie dargestellt, vier Matrizenvertiefungen 171 ausgebildet, die in eine nach unten weisende, mit dem Werkstück in Kontakt stehende (erste) Kontaktfläche 159 des Kolbenkörpers 153 eingelassen sind. Obwohl dies nicht per se erforderlich ist, können die dargestellten Matrizenhohlräume 171 im Wesentlichen identisch sein, um konsistente Teil-zu-Teil-Biegegeometrien zu gewährleisten; daher wird der Kürze und Einfachheit halber der Aufbau aller vier Matrizenhohlräume 171 im Folgenden unter Bezugnahme auf den ganz rechten Matrizenhohlraum 171 in 4A beschrieben. Der Matrizenhohlraum 171 (hier auch als „erster Matrizenhohlraum“ oder „dritter Matrizenhohlraum“ bezeichnet) umfasst eine Anodenstreifen- oder Negativstreifen-Biegefläche (erste oder fünfte) des Hohlraums 173, die den Stapel 108S negativer Batteriezellenstreifen 108 kontaktiert, gegen ihn drückt und ihn um einen (ersten) Biegewinkel θB1 im Uhrzeigersinn biegt (z. B. etwa 35-55 Grad von der Kontaktfläche 159). Neben der Hohlraumfläche 173 zum Biegen der Anodenstreifen befindet sich eine (zweite oder sechste) Hohlraumfläche 175 zum Biegen der Kathodenstreifen oder positiven Streifen, die den Stapel 106S der positiven Batteriezellenstreifen 106 berührt, gegen ihn drückt und ihn um einen Biegewinkel θB2 gegen den Uhrzeigersinn (zweiter Biegewinkel) (z. B. etwa 125-145 Grad von der Kontaktfläche 159) in Richtung des benachbarten Stapels 108S biegt.
Um die Ausrichtung der Batteriezellenstapel 106S, 108S mit den Matrizenhohlräumen 171 für die erste Stufe des Biegevorgangs zu unterstützen sowie um Abweichungen von Teil zu Teil und nach außen gewölbte Klemmenstapel auszugleichen, grenzt eine linksseitige (erste) gebogene Ausrichtungsfläche 177 an die linksseitige Hohlraumfläche 173 an, erstreckt sich zwischen dieser und verbindet sie mit der nach unten gerichteten Kontaktfläche 159. In gleicher Weise grenzt eine rechtsseitige (zweite) gebogene Ausrichtungsfläche 179 an die rechtsseitige Hohlraumfläche 175 an, erstreckt sich zwischen dieser und verbindet sie mit der Kontaktfläche 159. Während des Abwärtshubs der linearen Hin- und Herbewegung des Kolbens berühren die gebogenen Flächen 177, 179 als erstes die obersten Spitzen der Zelllaschenstapel 106S, 108S und lenken die Stapel gleichzeitig in das Innere des Formhohlraums 171. Wie dargestellt, grenzt eine oberste (erste) gebogene Biegefläche 181 an die linke und rechte Hohlraumfläche 173, 175 an, erstreckt sich zwischen ihnen und verbindet sie.
Ähnlich wie der Kolben 152 der ersten Stufe von 4A ist der in 4B gezeigte Kolben 154 der zweiten Stufe mit mindestens einer oder, wie gezeigt, vier Matrizenvertiefungen 183 ausgebildet, die in eine nach unten weisende, mit dem Werkstück in Kontakt stehende (zweite) Kontaktfläche 185 der Kolbenkörperschenkel 163 eingelassen sind. In Übereinstimmung mit dem dargestellten Beispiel können die dargestellten Matrizenhohlräume 183 im Wesentlichen identisch sein, um konsistente Teil-zu-Teil-Biegegeometrien zu gewährleisten; daher wird der Kürze und Einfachheit halber der Aufbau aller vier Matrizenhohlräume 183 im Folgenden unter Bezugnahme auf den ganz rechten Matrizenhohlraum 183 in 4B beschrieben. Der Matrizenhohlraum 183 (hier auch als „zweiter Matrizenhohlraum“ oder „vierter Matrizenhohlraum“ bezeichnet) umfasst eine Anodenstreifen-Biegefläche (dritte oder siebte) 187, die den Stapel 108S negativer Batteriezellenstreifen 108 berührt, gegen ihn drückt und ihn um einen (dritten) Biegewinkel θB3 im Uhrzeigersinn biegt (z. B. etwa 45-65 Grad von der Kontaktfläche 185). Neben der Hohlraumfläche 187 zum Biegen der Anodenstreifen befindet sich eine (vierte oder achte) Hohlraumfläche 189 zum Biegen der Kathodenstreifen, die den Stapel 106S der positiven Batteriezellenstreifen 106 berührt, gegen ihn drückt und ihn um einen Biegewinkel θB4 gegen den Uhrzeigersinn (vierter Biegewinkel) (z. B. ca. 115-135 Grad von der Kontaktfläche 159) in Richtung des benachbarten Stapels 108S biegt.
Um die Ausrichtung der Batteriezellenstapel 106S, 108S mit den Matrizenhohlräumen 183 des zweiten Kolbens 154 während der zweiten Stufe des Biegevorgangs zu unterstützen, grenzt eine linksseitige (dritte) gebogene Ausrichtungsfläche 191 an die linksseitige Hohlraumfläche 187 an, erstreckt sich zwischen dieser und verbindet sie mit der nach unten gerichteten Kontaktfläche 185. In gleicher Weise grenzt eine rechtsseitige (vierte) gebogene Ausrichtungsfläche 193 an die rechtsseitige Hohlraumfläche 189 des Formhohlraums 183 an, erstreckt sich zwischen dieser und verbindet sie mit der Kontaktfläche 185. Außerdem grenzt eine oberste (zweite) gebogene Biegefläche 195 an die linksseitigen und rechtsseitigen Hohlraumflächen 187, 189 an, erstreckt sich zwischen ihnen und verbindet sie miteinander. Während des Abwärtshubs der linearen Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens befindet sich der erste Kolben 152 an Ort und Stelle und hält die Zelllaschenstapel 106S, 108S (wie in 4A zu sehen) in einem schrägen Biegewinkel. Der zweite Kolben 154 kontaktiert zusammen mit dem ersten Kolben 152 die elektrischen Anschlüsse 106, 108, die gebogenen Flächen 191, 193 kontaktieren zunächst die obersten Spitzen der Zellstreifenstapel 106S, 108S und lenken die Stapel gleichzeitig in das Innere des Formhohlraums 171. Bei alternativen Konfigurationen, z. B. wenn die Matrizenhohlräume 171 und 183 deutlich breiter sind als der Abstand zwischen dem passenden Paar von Zellstäbchenstapeln 106S, 108S für diesen Hohlraum, können die gebogenen Flächen 177, 179, 191, 193 von den Kolben 152, 154 der ersten und zweiten Stufe entfernt werden. Ebenso können die Biegewinkel der Hohlraumoberflächen steiler oder flacher sein als in den Zeichnungen dargestellt, ohne vom beabsichtigten Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.
Wie oben angedeutet, kann die Dicke TAS (3) von der Oberseite bis zur Unterseite (erste) eines Aluminiumanodenstapels 108S dicker sein als die Dicke _TCS(zweite) von der Oberseite bis zur Unterseite eines Kupferkathodenstapels 106S, z. B. aufgrund größerer Anforderungen an die Dicke der Aluminiumanschlüsse, um eine äquivalente Stromkapazität mit den entsprechenden Kupferanschlüssen aufrechtzuerhalten (Cu ist leitfähiger als Al). In solchen Fällen kann die Anodenstreifen-Biegehohlraumfläche 187 so konfiguriert sein, dass sie den Stapel 108S um eine kürzere Biegedistanz biegt als die Biegedistanz, die durch die Kathodenstreifen-Biegehohlraumfläche 189 auf den Stapel 106S übertragen wird. Um dieses Merkmal zu erreichen, kann eine Mittellinie-zu-Kante (dritte) Bogenlänge LAS der Anodenhohlraumfläche 187 kürzer sein als eine Mittellinie-zu-Kante (vierte) Bogenlänge _LCS der Kathodenhohlraumfläche 189. Dabei kann die in die Anode eingreifende (linke) Seite jedes Schenkels 163 kürzer sein (z. B. etwa 0,6 mm) als die in die Kathode eingreifende (rechte) Seite des Schenkels 163. Umgekehrt können die Hohlraumflächen 173, 175 eine gemeinsame Länge haben. Als weitere Möglichkeit kann eine linksseitige Länge des Kolbenschenkels 163 von der Krone 165 bis zur an die Hohlraumfläche 187 angrenzenden Kontaktfläche 185 kürzer sein als eine rechtsseitige Länge des Kolbenschenkels 163 von der Krone 165 bis zur an die Hohlraumfläche 189 angrenzenden Kontaktfläche 185. Dabei ist der Spaltabstand zwischen der linken Seite des Kolbenschenkels 163 und der ICB-Stirnwand 124 in den 4A und 4B für den Zelllaschenstapel 108S größer als auf der rechten Seite des Kolbenschenkels 163 für den Zelllaschenstapel 106S.
Das zweistufige (vertikale) Kolbenpressensystem 250 umfasst auch Kolben der ersten und zweiten Stufe (252 bzw. 254), von denen jeder mit einem diskreten, strukturell starren einteiligen Kolbenkörper 253 bzw. 261 dargestellt ist. Wie bereits erwähnt, können die Kolben 252, 254 alle Merkmale und Optionen aufweisen, die hier unter Bezugnahme auf die entsprechenden Kolben 152, 154 diskutiert wurden. Zum Beispiel ist der Körper 253 des Kolbens der ersten Stufe, wie der Kolbenkörper 153, eine hohle Struktur mit einem zentralen Kolbenhohlraum (in dieser Ansicht nicht sichtbar), der sich durch den Kolbenkörper 253 erstreckt und darin den Kolben 254 der zweiten Stufe aufnimmt. Ebenso ist der Kolben 254 der zweiten Stufe eine gezahnte Struktur, die durch eine Reihe von (zwei) zueinander parallelen Schenkeln 263 gekennzeichnet ist, die von einer Kolbenkrone 265 nach unten ragen. Der Prüfstand 260 und die innere Plattform 262 können für zusätzliche Stabilität sorgen oder alternativ ganz aus der Ausführungsform von 5 entfernt werden.
Aspekte dieser Offenbarung können in einigen Ausführungsformen durch ein computerausführbares Programm von Anweisungen, wie z. B. Programmmodule, implementiert werden, die allgemein als Softwareanwendungen oder Anwendungsprogramme bezeichnet werden und von einer beliebigen Steuerung oder den hier beschriebenen Steuerungsvarianten ausgeführt werden. Software kann, in nicht einschränkenden Beispielen, Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen umfassen, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte Datentypen implementieren. Die Software kann eine Schnittstelle bilden, die es einem Computer ermöglicht, entsprechend einer Eingabequelle zu reagieren. Die Software kann auch mit anderen Codesegmenten zusammenarbeiten, um eine Vielzahl von Aufgaben als Reaktion auf empfangene Daten in Verbindung mit der Quelle der empfangenen Daten zu initiieren. Die Software kann auf einer Vielzahl von Speichermedien gespeichert sein, wie CD-ROM, Magnetplatte, Blasenspeicher und Halbleiterspeicher (z. B. verschiedene Arten von RAM oder ROM).
Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystem- und Computernetzwerkkonfigurationen praktiziert werden, einschließlich Multiprozessorsystemen, mikroprozessorbasierter oder programmierbarer Unterhaltungselektronik, Minicomputern, Großrechnern und dergleichen. Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in verteilten Computerumgebungen angewendet werden, in denen Aufgaben von residenten und ferngesteuerten Geräten ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer Umgebung mit verteilter Datenverarbeitung können sich ProgrammModule sowohl in lokalen als auch in entfernten Computer-Speichermedien, einschließlich Speichergeräten, befinden. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können daher in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination davon in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem implementiert werden.
Jedes der hier beschriebenen Verfahren kann maschinenlesbare Anweisungen zur Ausführung durch: (a) einem Prozessor, (b) einem Controller und/oder (c) jeder anderen geeigneten Verarbeitungsvorrichtung. Jeder hier offengelegte Algorithmus, jede Software, Steuerlogik, jedes Protokoll oder Verfahren kann als Software verkörpert sein, die auf einem greifbaren Medium gespeichert ist, wie z. B. einem Flash-Speicher, einer CD-ROM, einer Diskette, einer Festplatte, einer Digital Versatile Disk (DVD) oder anderen Speichergeräten. Der gesamte Algorithmus, die Steuerlogik, das Protokoll oder das Verfahren und/oder Teile davon können alternativ von einem anderen Gerät als einem Controller ausgeführt werden und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware in einer verfügbaren Art und Weise verkörpert sein (z. B. implementiert durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine programmierbare Logikeinheit (PLD), eine feldprogrammierbare Logikeinheit (FPLD), diskrete Logik usw.). Obwohl spezifische Algorithmen mit Bezug auf die hier dargestellten Flussdiagramme beschrieben werden, können alternativ auch viele andere Methoden zur Implementierung der beispielhaften maschinenlesbaren Befehle verwendet werden.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden detailliert unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die hierin offengelegte genaue Konstruktion und Zusammensetzung beschränkt; alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, die aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen im Rahmen der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus schließen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale ein.

Claims

Ein Metallbearbeitungssystem zum Formen von ersten und zweiten metallischen Werkstücken, wobei das Metallbearbeitungssystem umfasst: einen ersten Kolben, der einen ersten Kolbenkörper mit einem Kolbenhohlraum, der sich durch den ersten Kolbenkörper erstreckt, und einen ersten Matrizenhohlraum, der in eine erste Kontaktfläche des ersten Kolbenkörpers eingelassen ist, umfasst, wobei der erste Matrizenhohlraum eine erste Hohlraumoberfläche, die so konfiguriert ist, dass sie das erste metallische Werkstück berührt und um einen ersten Biegewinkel biegt, und eine zweite Hohlraumoberfläche, die so konfiguriert ist, dass sie das zweite metallische Werkstück berührt und um einen zweiten Biegewinkel biegt, umfasst; und einen zweiten Kolben, der einen zweiten Kolbenkörper mit einem zweiten Matrizenhohlraum enthält, der in eine zweite Kontaktfläche des zweiten Kolbenkörpers eingelassen ist, wobei der zweite Matrizenhohlraum eine dritte Hohlraumoberfläche enthält, die so konfiguriert ist, dass sie das erste metallische Werkstück berührt und um einen dritten Biegewinkel biegt, und eine vierte Hohlraumoberfläche, die so konfiguriert ist, dass sie das zweite metallische Werkstück berührt und um einen vierten Biegewinkel biegt, wobei der zweite Kolbenkörper beweglich in dem ersten Kolbenkörper aufgenommen ist und durch den Kolbenhohlraum verläuft, so dass der zweite Kolben das erste und zweite metallische Werkstück im Tandem mit dem ersten Kolben biegt, der das erste und zweite metallische Werkstück biegt.
Metallbearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Biegewinkel der ersten Hohlraumoberfläche ungefähr 35-55 Grad von der ersten Kontaktfläche beträgt, und der zweite Biegewinkel der zweiten Hohlraumoberfläche ungefähr 125-145 Grad von der ersten Kontaktfläche beträgt.
Metallbearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei der dritte Biegewinkel der dritten Hohlraumoberfläche ungefähr 45-65 Grad von der zweiten Kontaktfläche beträgt und der vierte Biegewinkel der vierten Hohlraumoberfläche ungefähr 115-135 Grad von der zweiten Kontaktfläche beträgt.
Metallbearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Matrizenhohlraum ferner eine erste gebogene Oberfläche aufweist, die sich zwischen der ersten Hohlraumoberfläche und der ersten Kontaktfläche erstreckt und diese verbindet, und eine zweite gebogene Oberfläche, die sich zwischen der zweiten Hohlraumoberfläche und der ersten Kontaktfläche erstreckt und diese verbindet.
Metallbearbeitungssystem nach Anspruch 4, wobei der erste Matrizenhohlraum ferner eine erste gebogene Biegefläche aufweist, die sich zwischen der ersten und der zweiten Hohlraumoberfläche erstreckt und diese verbindet.
Metallbearbeitungssystem nach Anspruch 4, wobei der zweite Matrizenhohlraum ferner eine dritte gebogene Fläche, die sich zwischen der dritten Hohlraumfläche und der zweiten Kontaktfläche erstreckt und diese verbindet, und eine vierte gebogene Fläche, die sich zwischen der vierten Hohlraumfläche und der zweiten Kontaktfläche erstreckt und diese verbindet, aufweist.
Metallbearbeitungssystem nach Anspruch 6, wobei der zweite Matrizenhohlraum ferner eine zweite gebogene Biegefläche aufweist, die sich zwischen der dritten und vierten Hohlraumoberfläche erstreckt und diese verbindet.
Metallbearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei der zweite Kolbenkörper einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweist, die im Allgemeinen orthogonal von einer Kolbenkrone abstehen, wobei der zweite Matrizenhohlraum in den ersten Schenkel eingelassen ist und ein vierter Matrizenhohlraum in den zweiten Schenkel eingelassen ist.
Metallbearbeitungssystem nach Anspruch 8, wobei der erste Kolben einen Schulteranschlag aufweist, der sich über den Kolbenhohlraum erstreckt und so konfiguriert ist, dass er an dem zweiten Kolbenkörper anliegt, um dadurch eine Bewegungslänge des zweiten Kolbens durch den Kolbenhohlraum zu begrenzen.
Metallbearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei das erste metallische Werkstück einen ersten Metallzungenstapel mit einer ersten Dicke aufweist und das zweite metallische Werkstück einen zweiten Metallzungenstapel mit einer zweiten Dicke aufweist, die kleiner als die erste Dicke ist, und wobei die dritte Hohlraumoberfläche so konfiguriert ist, dass sie den ersten Metallzungenstapel um eine erste gebogene Biegedistanz biegt, und die vierte Hohlraumoberfläche so konfiguriert ist, dass sie den zweiten Metallzungenstapel um eine zweite Biegedistanz biegt, die größer als die erste gebogene Biegedistanz ist.