DE102021105211A1

DE102021105211A1 - Anlage zum automatisierten Anmischen und Applizieren eines Wärmeleitmediums und Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage

Info

Publication number: DE102021105211A1
Application number: DE102021105211.4A
Authority: DE
Inventors: Erich Lehner; Marc Gormanns; Claus Walter; Arnd Hemmerlein
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2022-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (100) zum automatisierten Anmischen und Applizieren eines aus mehreren Komponenten (K1, K2) bestehenden Wärmeleitmediums (M) bei der Fertigung von Batterien (B), umfassend:
- eine stationäre Mischvorrichtung (110) zum Anmischen des Wärmleitmediums (M) aus mehreren Komponenten (K1, K2);
- wenigstens einen Roboter (120) und eine vom Roboter (120) geführte Applikationseinrichtung (130), wobei die Applikationseinrichtung (130) einen Vorrat an angemischtem Wärmeleitmedium (M) aufnehmen und applizieren kann;
- eine Steuereinrichtung (140), welche die Anlage (100) derart steuert, dass die Applikationseinrichtung (130) wiederholend an der stationären Mischvorrichtung (110) einen Vorrat an angemischtem Wärmeleitmedium (M) aufnimmt, welches anschließend bei der Fertigung von Batterien (B) appliziert wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage (100).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum automatisierten Anmischen und Applizieren eines aus mehreren Komponenten bestehenden Wärmeleitmediums bei der Fertigung von Batterien. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage.
Die DE 10 2018 208 070 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriemodulvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Das beschriebene Verfahren sieht unter anderem das automatisierte Einleiten eines Wärmeleitmediums in einen bei der vorausgehenden Montage gebildeten Zwischenraum (zwischen Batteriemodul und Gehäuseelement) vor. Das beim Einleiten flüssige Wärmeleitmedium füllt den Zwischenraum auf und reagiert anschließend bzw. härtet aus. Das Wärmeleitmedium fungiert somit einerseits als sogenannter Gapfiller und bewirkt andererseits eine thermische Kopplung bzw. Anbindung und fungiert somit auch als sogenanntes TI-Material (Thermal-Interface-Material). Das Wärmeleitmedium kann ein mit Füllstoffen versehenes MehrKomponenten-Material (beispielsweise 2K, 3K oder 4K) sein. Zum Einleiten des Wärmeleitmediums kann eine durch einen Roboter geführte Düse verwendet werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die automatisierte Verarbeitung eines aus mehreren Komponenten bestehenden Wärmeleitmediums bei der Fertigung von Batterien zu verbessern.
Die Aufgabe wurde gelöst durch die erfindungsgemäße Anlage des Patentanspruchs 1 sowie auch durch das erfindungsgemäße Verfahren des nebengeordneten Patentanspruchs. Zusätzliche Merkmale der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung (wobei dies ausdrücklich auch Merkmale einschließt, die als „beispielsweise“, „bevorzugt“, „insbesondere“ etc. beschrieben sind) und der Zeichnung.
Die erfindungsgemäße Anlage (die auch als System bezeichnet werden kann) zum automatisierten Anmischen und Applizieren bzw. Ausbringen eines aus mehreren Komponenten bestehenden und insbesondere nach dem Anmischen reagierenden bzw. aushärtenden Wärmeleitmediums bei der Fertigung von Batterien umfasst zumindest die folgenden Anlagenbestandteile:

- eine, insbesondere nur eine, stationäre bzw. ortsfeste Mischvorrichtung zum Anmischen, insbesondere zum automatisierten Anmischen, des Wärmleitmediums aus mehreren (d. h. wenigstens zwei) Komponenten;
- wenigstens einen Roboter, insbesondere einen Gelenkarmroboter, und eine vom Roboter geführte, insbesondere am Gelenkarm des Roboters befestigte bzw. gehalterte, Applikationseinrichtung, wobei die Applikationseinrichtung einen Vorrat an/von angemischtem Wärmeleitmedium aufnehmen und applizieren bzw. ausbringen kann;
- eine Steuereinrichtung, welche die Anlage (d. h. die Mischvorrichtung, den Roboter und die Applikationseinrichtung) derart steuert, dass die (bewegbare) Applikationseinrichtung wiederholend (s. u.) an der stationären Mischvorrichtung einen Vorrat an angemischtem Wärmeleitmedium aufnimmt, d. h. die Applikationseinrichtung wird quasi von der stationären Mischvorrichtung mit angemischtem Wärmeleitmedium versorgt, welches dann anschließend bei der Fertigung von Batterien wieder appliziert bzw. ausgebracht wird.

Zwischen der stationären Mischvorrichtung und der vom Roboter geführten Applikationseinrichtung besteht keine Leitungsverbindung zur Übertragung des Wärmeleitmediums.
Bevorzugt sind nur eine stationäre Mischvorrichtung und mehrere Roboter mit (jeweils) einer Applikationseinrichtung, die von der einen Mischvorrichtung mit angemischtem Wärmeleitmedium versorgt werden, umfasst.
Unter Anmischen wird das Herstellen eines insbesondere zunächst noch flüssigen Wärmeleitmediums durch Mischen vorgefertigter Komponenten verstanden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Wärmeleitmedium nach dem Anmischen reagiert bzw. aushärtet und daher für die sofortige Weiterverarbeitung vorgesehen ist. Bei dem Wärmeleitmedium handelt es sich bspw. um eine reagierende bzw. aushärtende Silikon-Matrix mit keramischen oder metallischen Füllstoffen.
Bei den zu fertigenden Batterien handelt es sich vorzugweise um Autobatterien, insbesondere um sogenannte Traktions- bzw. Fahrbatterien für den elektrischen Antrieb eines Automobils, wobei die Erfindung sowohl die Fertigung von Batteriemodulen als auch die Fertigung von Batterieeinheiten bzw. Batteriesystemen betreffen kann. Die Erfindung ist insbesondere für die Serienfertigung geeignet.
Eine wesentliche Idee der Erfindung ist die räumliche und zeitliche Aufteilung zwischen dem Anmischen des Wärmeleitmediums und dem Applizieren des (angemischten) Wärmeleitmediums. Die Applikationseinrichtung und die Mischvorrichtung können somit im Wesentlichen unabhängig voneinander betrieben werden. Da der Roboter nur die Applikationseinrichtung tragen und bewegen muss (ohne Mischvorrichtung), wird die Traglast reduziert, sodass schnelle Roboterbewegungen und kurze Taktzeiten möglich sind und/oder ein Roboter mit geringer Traglast verwendet werden kann. Die geringere Traglast kann andererseits auch dazu genutzt werden, einen größeren Vorrat an angemischtem Wärmeleitmedium aufzunehmen, indem bspw. eine größere Vorratskammer (s. u.) verwendet wird. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Applizier- bzw. Ausbringgeschwindigkeit des Wärmeleitmediums unabhängig von der Mischgeschwindigkeit ist und dass die Ausbringgeschwindigkeit auch keinen direkten Einfluss auf die Mischgüte hat (da die Mischvorrichtung stets mit den gleichen Mischeinstellungen, insbesondere mit der gleichen Mischgeschwindigkeit, betrieben werden kann).
Die stationäre Mischvorrichtung kann für jede Komponente des Wärmeleitmediums einen Kolbendosierer oder Schneckendosierer aufweisen, die an ein gemeinsames Mischventil oder eine gemeinsame Mischkammer (oder dergleichen) angeschlossen sind.
Die stationäre Mischvorrichtung bzw. deren Dosierer können über Leitungen, insbesondere Schlauch- oder Rohrleitungen, mit Aufbewahrungsbehältern für die Komponenten des Wärmeleitmediums verbunden sein. Die Aufbewahrungsbehälter (wie bspw. Fässer oder dergleichen) können entfernt von der stationären Mischvorrichtung, bspw. in einem separaten Lagerraum, oder neben der stationären Mischvorrichtung, bspw. in einer Stellage, angeordnet werden.
Die Applikationseinrichtung kann wenigstens eine Vorratskammer für das angemischte Wärmeleitmedium und einen Dosier- oder Injektionskopf mit wenigstens einer Applizier- bzw. Ausbringdüse (für das Wärmeleitmedium) oder dergleichen aufweisen. Der Dosier- bzw. Injektionskopf kann mit einem Kolben- oder Schneckenförderer ausgebildet sein. Die Applikationseinrichtung ermöglicht ein kontrolliertes Applizieren bzw. Ausbringen (mit definierter Ausbringgeschwindigkeit bzw. -menge) des in der Vorratskammer befindlichen Wärmeleitmediums. Das Applizieren des Wärmeleitmediums kann bspw. durch Injizieren in einen Spalt bzw. Zwischenraum oder eine Einfüllöffnung erfolgen (wie in der DE 10 2018 208 070 A1 beschrieben) oder auch durch Auftragen auf eine Fläche. Die Düse ist dementsprechend ausgebildet. Bevorzugt ist in der Applizierdüse oder im Bereich der Applizierdüse wenigstens ein Drucksensor angeordnet, zur Überwachung des Appliziervorgangs und/oder zur Drucksteuerung einer variierenden Ausbringgeschwindigkeit bzw. eines variierenden Volumenstroms beim Applizieren des Wärmeleitmediums (s. u.).
Die stationäre Mischvorrichtung und/oder die (bewegbare) Applikationseinrichtung können mit Ventileinrichtungen ausgestattet sein, um die automatisierte Übertragung des angemischten Wärmeleitmediums von der stationären Mischvorrichtung auf die Applikationseinrichtung bzw. das automatisierte Befüllen der Applikationseinrichtung zu ermöglichen. Außerdem können die stationäre Mischvorrichtung und die Applikationseinrichtung mit kompatiblen Kupplungen ausgebildet sein, um ein automatisiertes An- und Abkoppeln bzw. An- und Abdocken zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Anlage für das automatisierte Anmischen und Applizieren eines aus mehreren Komponenten bestehenden Wärmeleitmediums bei der Fertigung von Batterien, wobei die Anlage eine stationäre Mischvorrichtung zum Anmischen des Wärmleitmediums und wenigstens einen Roboter mit einer Applikationseinrichtung zum Applizieren des Wärmeleitmediums aufweist, wobei die Anlage insbesondere eine erfindungsgemäße Anlage ist, umfasst zumindest folgende sich wiederholende Schritte:

- Bewegen der Applikationseinrichtung zur stationären Mischvorrichtung (mithilfe des Roboters), wo die Applikationseinrichtung einen Vorrat an angemischtem Wärmeleitmedium aufnimmt;
- Bewegen der Applikationseinrichtung zu einem Fertigungs- bzw. Montagebereich für die Batterien, wo das (angemischte) Wärmeleitmedium für die Fertigung von Batterien wieder ausgebracht wird bzw. bei der Fertigung von Batterien appliziert wird (wobei die Applikationseinrichtung ebenfalls mithilfe des Roboters bewegt bzw. geführt wird).

Die Verfahrensschritte werden bevorzugt automatisiert ausgeführt und insbesondere mithilfe einer Steuereinrichtung (s. o.) gesteuert. Die o. g. Verfahrensschritte wiederholen sich, womit gemeint ist, dass die Applikationseinrichtung an der stationären Mischvorrichtung einen neuen Vorrat an angemischtem Wärmeleitmedium aufnimmt, sobald der zuvor aufgenommene Vorrat für die Fertigung von Batterien aufgebraucht ist, wobei je nach dem eine undefinierte Menge oder eine für bestimmte Fertigungsaufgaben exakt definierte Menge aufgenommen werden kann. Die mithilfe des Roboters geführte Applikationseinrichtung pendelt quasi zwischen der stationären Mischvorrichtung und dem Fertigungsbereich für die Batterien hin und her.
Bevorzugt erfolgt das Anmischen des Wärmleitmediums in der stationären Mischvorrichtung bedarfsweise, womit insbesondere gemeint ist, dass die stationäre Mischvorrichtung nicht kontinuierlich, sondern diskontinuierlich betrieben wird. Bevorzugt nimmt die stationäre Mischvorrichtung erst dann den Mischbetrieb auf bzw. wird erst dann eingeschaltet, wenn in der Applikationseinrichtung der Vorrat an angemischtem Wärmeleitmedium fast aufgebraucht ist bzw. die Vorratskammer fast leer ist oder die Applikationseinrichtung zwecks Aufnahme von angemischtem Wärmeleitmedium bereits an die stationäre Mischvorrichtung angekoppelt bzw. angedockt ist.
Bevorzugt wird beim Applizieren des angemischten Wärmeleitmediums die Ausbringgeschwindigkeit bzw. -menge (d. h. der Volumenstrom) variiert bzw. verändert, was keinen nachteiligen Einfluss auf die Mischgüte bzw. Mischqualität des Wärmeleitmediums hat (s. o.). Insbesondere ist vorgesehen, dass die Ausbringgeschwindigkeit bzw. der Volumenstrom während eines Applizier- bzw. Ausbringvorgangs (insbesondere während eines Injektions- oder Auftragungsvorgangs; s. o.) abnimmt, d. h. zu Beginn hoch ist und am Ende niedrig ist, was insbesondere durch eine entsprechende Drucksteuerung bewerkstelligt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in der einzigen Figur der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlage.

Die in 1 gezeigte Anlage 100 umfasst eine stationäre Mischvorrichtung 110 zum Anmischen eines Wärmleitmediums M aus mehreren Komponenten K1 und K2, einen Roboter 120, eine vom Roboter 120 geführte bzw. am Roboterarm gehalterte und im Raum bewegbare Applikationseinrichtung 130 zum Applizieren des angemischten bzw. aufbereiteten Wärmeleitmediums M und eine Steuereinrichtung 140 zur Steuerung der Anlage 100.
Die stationäre Mischvorrichtung 110 weist zwei Kolben- oder Schneckendosierer 111 und 112 auf, die an ein Mischventil 113 angeschlossen sind. Die Zuführung der zu mischenden Komponenten K1 und K2 erfolgt über Leitungen L1 und L2, die zu Aufbewahrungsbehältern führen. Die Applikationseinrichtung 130 weist eine Vorratskammer 131 oder dergleichen zur Aufnahme eines Vorrats an Wärmeleitmedium M und einen Dosier- oder Injektionskopf 132 mit wenigstens einer Applizierdüse 133 zum Applizieren bzw. Ausbringen des Wärmeleitmediums M auf.
Die Erfindung sieht vor, dass die Applikationseinrichtung 130 wiederholend zur stationären Mischvorrichtung 110 bewegt wird, wie mit dem Pfeil p1 veranschaulicht, wo sie einen Vorrat an angemischtem Wärmeleitmedium M aufnimmt bzw. die Vorratskammer 131 mit angemischtem Wärmeleitmedium M befüllt wird, und anschließend wieder in einen Fertigungsbereich bzw. eine Fertigungszone W zurückbewegt wird, wie mit dem Pfeil p2 veranschaulicht, wo das zuvor angemischte Wärmeleitmedium M für die Fertigung von Batterien B verwendet und hierbei durch die Düse 133 ausgebracht wird, wie mit dem Pfeil p3 veranschaulicht.
Die stationäre Mischvorrichtung 110 und die bewegliche Applikationseinrichtung 130 können mit Ventileinrichtungen und/oder kompatiblen Kupplungen ausgebildet sein, um ein automatisiertes Übertragen des angemischten Wärmeleitmediums M auf die Applikationseinrichtung 130 bzw. ein automatisiertes Befüllen der Applikationseinrichtung 130 zu ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018208070 A1 [0002, 0013]

Claims

Anlage (100) zum automatisierten Anmischen und Applizieren eines aus mehreren Komponenten (K1, K2) bestehenden Wärmeleitmediums (M) bei der Fertigung von Batterien (B), umfassend: - eine stationäre Mischvorrichtung (110) zum Anmischen des Wärmleitmediums (M) aus mehreren Komponenten (K1, K2); - wenigstens einen Roboter (120) und eine vom Roboter (120) geführte Applikationseinrichtung (130), wobei die Applikationseinrichtung (130) einen Vorrat an angemischtem Wärmeleitmedium (M) aufnehmen und applizieren kann; - eine Steuereinrichtung (140), welche die Anlage (100) derart steuert, dass die Applikationseinrichtung (130) wiederholend an der stationären Mischvorrichtung (110) einen Vorrat an angemischtem Wärmeleitmedium (M) aufnimmt, welches anschließend bei der Fertigung von Batterien (B) appliziert wird.
Anlage (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Mischvorrichtung (110) für jede Komponente (K1, K2) des Wärmeleitmediums (M) einen Kolben- oder Schneckendosierer (111, 112) aufweist, die an ein gemeinsames Mischventil (113) oder eine gemeinsame Mischkammer angeschlossen sind.
Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Mischvorrichtung (110) über Leitungen (L1, L2) mit Aufbewahrungsbehältern für die Komponenten (K1, K2) verbunden ist.
Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationseinrichtung (130) eine Vorratskammer (131) und einen Dosier- oder Injektionskopf (132) mit einer Applizierdüse (133) aufweist.
Anlage (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Applizierdüse (133) ein Drucksensor angeordnet ist.
Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Mischvorrichtung (110) und die Applikationseinrichtung (130) mit kompatiblen Kupplungen ausgebildet sind.
Anlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine stationäre Mischvorrichtung (110) und mehrere Roboter (120) mit je einer Applikationseinrichtung (130), die von der einen stationären Mischvorrichtung (110) mit angemischtem Wärmeleitmedium (M) versorgt werden, umfasst sind.
Verfahren zum Betreiben einer Anlage (100) für das automatisierte Anmischen und Applizieren eines aus mehreren Komponenten (K1, K2) bestehenden Wärmeleitmediums (M) bei der Fertigung von Batterien (B), wobei die Anlage (100) eine stationäre Mischvorrichtung (110) zum Anmischen des Wärmleitmediums (M) und einen Roboter (120) mit einer Applikationseinrichtung (130) zum Applizieren des Wärmeleitmediums (M) aufweist, umfassend die sich wiederholenden Schritte: - Bewegen der Applikationseinrichtung (130) zur stationären Mischvorrichtung (110), wo die Applikationseinrichtung (130) einen Vorrat an angemischtem Wärmeleitmedium (M) aufnimmt; - Bewegen der Applikationseinrichtung (130) zu einem Fertigungsbereich (W), wo das Wärmeleitmedium (M) für die Fertigung von Batterien (B) wieder ausgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anmischen des Wärmleitmediums (M) in der stationären Mischvorrichtung (110) bedarfsweise erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Applizieren des angemischten Wärmeleitmediums (M) die Ausbringgeschwindigkeit verändert wird.