DE102021106389B4

DE102021106389B4 - MEHRSTUFIGE STÖßEL SYSTEME UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON BATTERIEZELLLASCHEN

Info

Publication number: DE102021106389B4
Application number: DE102021106389.2A
Authority: DE
Inventors: Robert H. Dietze
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2024-04-11
Anticipated expiration: 2041-03-17
Also published as: DE102021106389A1; US11804639B2; US20220029141A1; CN113972450A

Abstract

Ein Metallbearbeitungssystem (200, 300) zum Formen von ersten (106) und zweiten metallischen Werkstücken (108), die auf einer Trägerstruktur gestapelt sind, wobei das Metallbearbeitungssystem umfasst:ein Gruppierungswerkzeug, das so konfiguriert ist, dass es sich neben der Stützstruktur ausrichtet und die gestapelten ersten und zweiten metallischen Werkstücke zusammenpresst, um dadurch einen Werkstücksatz mit einem ersten Biegeprofil und einer ersten Satzlänge zu bilden; undein Konturierungswerkzeug, das an dem Gruppierungswerkzeug angebracht und so konfiguriert ist, dass es den Werkstücksatz zu einem zweiten Biegeprofil, das sich von dem ersten Biegeprofil unterscheidet, und einer zweiten Satzlänge, die kürzer als die erste Satzlänge ist, biegt, dadurch gekennzeichnet, dassdas Gruppierungswerkzeug einen ersten Stößel (210) mit einem ersten Stößelkörper (211) umfasst, der einen ersten Matrizenhohlraum (225, 235) aufweist, der in eine erste Kontaktfläche des ersten Stößelkörpers eingelassen ist, wobei die erste Kontaktfläche so konfiguriert ist, dass sie gleichzeitig die ersten und zweiten metallischen Werkstücke berührt,wobei der erste Matrizenhohlraum (225) erste (229) und zweite (231) Hohlraumoberflächen umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie gleichzeitig gegen das erste bzw. zweite metallische Werkstück drücken und es zueinander hin biegen, um dadurch den Werkstücksatz zu bilden,wobei der erste Matrizenhohlraum (225) ferner einen ersten länglichen Schlitz (223) aufweist, der die erste (229) und zweite (231) Hohlraumoberfläche trennt und so konfiguriert ist, dass er darin die distalen Enden des ersten und zweiten metallischen Werkstücks gleitend aufnimmt,wobei das Konturierungswerkzeug einen zweiten Stößel (212) umfasst, der beweglich mit dem ersten Stößel (210) gekoppelt ist, wobei der zweite Stößel (212) einen zweiten Stößelkörper (215) umfasst,der einen zweiten Matrizenhohlraum aufweist, der in eine zweite Kontaktfläche des zweiten Stößelkörpers eingelassen ist, wobei die zweite Kontaktfläche so konfiguriert ist, dass sie gleichzeitig die ersten und zweiten metallischen Werkstücke des Werkstücksatzes berührt.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Metallbearbeitungstechniken zum Umformen von metallischen Werkstücken. Im Besonderen beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf automatisierte Fertigungssysteme zum Biegen von Batteriezellen-Laschen.
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 Hubstößel-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 sowie 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 Traktionsmotoren für den Fahrzeugantrieb verwendet werden. Die Motorbaugruppe, das Kraftstoffversorgungssystem und das Abgassystem eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor werden in einem FEV durch einen oder mehrere Traktionsmotoren, ein Traktionsbatteriepaket und die Batteriekühlung und Ladetechnik 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 Traktionsbatteriepaket, um die erforderliche Energie für den Betrieb des/der Fahrmotoren des Antriebsstrangs zu speichern und zu liefern. Um Zugkraft mit ausreichender Reichweite und Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu erzeugen, ist ein Traktionsbatterie-Pack deutlich größer, leistungsfähiger und hat eine höhere Kapazität (Ampere-Stunden) als eine normale 12-Volt-Batterie für Start, Beleuchtung und Zündung (SLI). Moderne Traktionsbatterie-Packs (auch als „Elektrofahrzeugbatterie“ oder „EVB“ bezeichnet) gruppieren Stapel von Batteriezellen in einzelne Batteriemodule, die auf dem Fahrzeugchassis montiert werden, z. B. über ein Batteriegehäuse und/oder einen Träger. Gestapelte elektrochemische Batteriezellen können durch 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 den Betrieb des Batteriepakets für den Antrieb der Fahrmotoren des Fahrzeugs zu steuern.
US 2021 / 0 280 836 A1 beschreibt Metallbearbeitungssysteme zur Umformung metallischer Werkstücke, Verfahren zur Herstellung/Betrieb solcher Systeme sowie Batteriepacks mit durch eine zweistufige Stempelpresse gebogenen Zellanschlüssen. Ein Metallbearbeitungssystem umfasst einen ersten Kolben mit einem Kolbenhohlraum, der sich durch den Körper des ersten Kolbens erstreckt, und einen oder mehrere Formhohlräume, die in die Kontaktfläche des ersten Kolbens eingelassen sind. Der Formhohlraum umfasst eine Oberfläche, die ein erstes Werkstück berührt und um einen ersten Winkel biegt, und eine andere Oberfläche, die ein zweites Werkstück berührt und um einen zweiten Winkel biegt.
DE 10 2021 103 333 A1 beschreibt ein Werkzeugsystem, dass so konfiguriert ist, dass es ein Batteriemodul mit einer Vielzahl von Batteriezellen, die in einem Stapel angeordnet sind, ausrichtet und zusammenbaut. Jede Batteriezelle hat einen flexiblen elektrischen Anschluss, der entlang einer jeweiligen Anschlussachse angeordnet ist, und wobei die Anschlussachsen parallel zueinander sind. Das System umfasst eine Werkzeugvorrichtung, die mindestens einen Y-förmigen Schlitz mit einem V-Kollektor definiert, der in einem entlang einer Schlitzachse angeordneten Schlitz endet.
BESCHREIBUNG
Vorgestellt werden Metallbearbeitungssysteme mit zugehöriger Steuerungslogik zur Umformung von metallischen Werkstücken, Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb solcher Systeme sowie Traktionsbatteriepacks mit diskreten Gruppen von Batteriezellen-Lasches, die durch eine mehrstufige Cluster-and-Bend-Vorrichtung gebildet werden. Zur Veranschaulichung werden Pressen zum Formen von Batteriezellen-Lasches für Modul-Laschen-Satz-Biegevorgänge vorgestellt. Bei der Herstellung eines Traktionsbatteriepakets für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) wird beispielsweise eine Gruppe von Lithium-Ionen-Weichpolymer-Pouch-Zellen gegenüberliegend gestapelt und auf eine Grundplatte eines Batteriemodulgehäuses aufgesetzt. Elektrische Laschen, die von gegenüberliegenden Enden der Batteriezellenbeutel abstehen, werden zusammengedrückt und gebogen, wie unten beschrieben, z. B. in diskrete Dreiergruppen. Die Batteriezellen werden anschließend mit einem Modulmantel abgedeckt, der eine integrierte Leiterplattenbaugruppe (ICB) trägt. Diese Zellensätze ragen von gegenüberliegenden Enden des Batteriemodulgehäuses nach außen und erstrecken sich durch einzelne Öffnungen im Modulmantel. Sobald das Batteriemodul zusammengebaut ist, werden die gestapelten Zelllappen gebogen, z. B. in einem Winkel von 90±5 Grad, so dass sie mit den außen angebrachten elektrischen Sammelschienenplatten der ICB in Kontakt kommen; die Zelllappen werden anschließend an die Sammelschienenplatten geschweißt, gelötet oder geklippt.
Um das oben erwähnte Pressen und Biegen vor der Ummantelung zu ermöglichen, gruppiert eine mehrstufige Presse zur Formung der Zellenlaschen nacheinander die Modullaschensätze und bringt sie dann in die gewünschte endgültige Form und Länge. Während einer ersten Umformstufe wird ein Zellenkamm der Umformpresse in Eingriff mit einem Ende des Batteriemoduls abgesenkt, um die Zellenlaschen in vordefinierten Positionen zu halten und den Werkzeugkopf funktionell auf die Zellen des Batteriebeutels auszurichten. Der Zellreiter-Kamm hilft dabei, ein vorzeitiges Zusammenfallen der Zellreiter zu verhindern, die richtigen Biegepunkte für die Zellreiter zu isolieren und einen positiven Anschlag für das Reiter-Konturierungswerkzeug bereitzustellen. Für die zweite Umformstufe wird ein Lasche-Gruppierungswerkzeug in Richtung der Batteriezellen getaucht, um gleichzeitig die einzelnen Zell-Lasches zu separaten Sätzen zu vereinzeln und zu gruppieren. Das Lasche-Grouping-Werkzeug positioniert gleichzeitig alle Zell-Lasches an einem bestimmten Ende des Moduls in ihre richtigen Gruppen und erzeugt eine anfängliche Biegegeometrie in jeder Gruppe. Während das Lasche-Gruppierungswerkzeug an Ort und Stelle gegen die Zell-Lasches drückt, wird ein Lasche-Konturierungswerkzeug gegen die gruppierten Zell-Lasches getaucht oder über sie gestrichen, um jede Lasche-Gruppe während einer dritten Formstufe zu konturieren und zu dimensionieren. Das Werkzeug zum Konturieren der Laschen erzeugt gleichzeitig eine endgültige Vorstapel-Biegegeometrie in den Laschengruppen und stellt eine gewünschte Länge jeder Gruppe ein, um das Verpackungsdesign des ICBs zu berücksichtigen. Bei den Gruppierungs- und Konturierungswerkzeugen kann es sich um zwei getrennte Stößel - äußere und innere Biegeplatten - handeln, die in einem zweistufigen Eintauchvorgang zusammenarbeiten, oder um einen einzigen Werkzeugkopf - eine eintauchbare Biegeeinheit - mit mehreren Paaren von Crimpfingern, die in einem zweistufigen Eintauch- und Ausstreichvorgang die Laschen gleichzeitig gruppieren und biegen.
Zu den begleitenden Vorteilen für zumindest einige der offenbarten Konzepte gehören Systeme und Verfahren zur Bildung von Batteriezellen-Laschen, die das gleichzeitige Gruppieren und Biegen der Modul-Laschen-Sets ermöglichen, was nach (und nicht vor) dem Stapeln der Batteriezellen erfolgen kann. Dies wiederum eliminiert den Bedarf an individuellen Biegeverfahren für die Laschen und ermöglicht somit eine Reduzierung der Herstellungszeit und -kosten. Zu den weiteren Vorteilen gehört die Bereitstellung eines einzigen Werkzeugs für die gleichzeitige Formung der Zellensätze des Moduls, wodurch mehrere Biegestationen und Biegestempel entfallen, der technische Basisinhalt (BEC) reduziert wird, Satz-zu-Satz-Abweichungen minimiert werden und Anrufreihenfolgen sowie Track & Trace-Montageverfahren entfallen. Die vorgestellten Systeme, Verfahren und Vorrichtungen können auch dazu beitragen, unterschiedliche Zellpositionen im Stapel zu kompensieren und den „Marshmallow-Effekt“ auszugleichen, der durch Abweichungen bei den Schaumkompressionsabständen entsteht.
Hier werden Fertigungswerkzeuge und -systeme zur Formgebung von Werkstücken vorgestellt. In einem Beispiel wird ein automatisiertes oder manuell betriebenes Metallbearbeitungssystem zum Umformen von metallischen Werkstücken (z. B. zwei oder mehr elektrische Batteriezellen-Lasches) vorgestellt. Das Metallbearbeitungssystem umfasst ein Gruppierungswerkzeug und ein Konturierungswerkzeug, die beide benachbart zu einer Werkstückträgerstruktur ausgerichtet sind, z. B. einer Grundplatte eines Batteriemodulgehäuses, auf der ein Stapel von Batteriezellen abgestützt ist. Das Gruppierungswerkzeug, das die Form eines hin- und hergehenden Stößels oder eines hin- und hergehenden Stößelkopfes haben kann, drückt einen Stapel metallischer Werkstücke zusammen, um dadurch einen Werkstücksatz mit einem anfänglichen (ersten) Biegeprofil und einer anfänglichen (ersten) Satzlänge zu bilden. Das Konturwerkzeug, das die Form eines weiteren hin- und hergehenden Stößels oder eines Paares von Stößelfingern haben kann, die auf dem Stößelkopf montiert sind, ist mit dem Gruppierungswerkzeug gekoppelt, einstückig mit ihm ausgebildet oder auf andere Weise daran befestigt. Das Konturwerkzeug biegt den Werkstücksatz selektiv auf ein endgültiges (zweites) Biegeprofil und eine endgültige (zweite) Satzlänge, die sich von dem anfänglichen Biegeprofil bzw. der Satzlänge unterscheiden.
Außerdem werden hier Verfahren zur Herstellung beliebiger der offenbarten Batteriemodule und Verfahren zum Betrieb beliebiger der offenbarten Fertigungssysteme vorgestellt. In einem Beispiel wird ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Sätze von metallischen Werkstücken vorgestellt. Dieses repräsentative Verfahren umfasst in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten offenbarten Optionen und Merkmale: Ausrichten eines Gruppierungswerkzeugs mit einem daran befestigten Konturierungswerkzeug neben einer Werkstückträgerstruktur; Eintauchen des Gruppierungswerkzeugs in Richtung der Trägerstruktur, um einen Stapel von zwei oder mehr metallischen Werkstücken zusammenzupressen, um dadurch einen Werkstücksatz mit einem anfänglichen (ersten) Biegeprofil und einer anfänglichen (ersten) Biegelänge zu bilden; und Aktivieren des Konturierungswerkzeugs, um dadurch den Werkstücksatz auf ein endgültiges (zweites) Biegeprofil und eine endgültige (zweite) Biegelänge zu biegen, die sich jeweils von dem anfänglichen Biegeprofil und der anfänglichen Biegelänge unterscheiden.
Für jedes der offenbarten Systeme, Verfahren und Vorrichtungen umfasst das Gruppierungswerkzeug einen beweglichen (ersten) Stößel mit einem entsprechenden Stößelkörper, der eine in eine Kontaktfläche seines Stößelkörpers eingelassene Matrizenvertiefung aufweist. Für Anwendungen, bei denen das Gruppierungswerkzeug mehrere Werkstücksätze aus dem Stapel von Werkstücken formt, kann die Kontaktfläche des beweglichen Stößels mehrere Matrizenhohlräume (einen pro Satz) aufweisen. Wenn dieser Stößel niedergedrückt wird, berührt die Kontaktfläche gleichzeitig alle metallischen Werkstücke. In diesem Fall kann jeder Stößelhohlraum ein Paar (erste und zweite) Hohlraumflächen enthalten, die gleichzeitig gegen die metallischen Werkstücke drücken und diese zueinander biegen, um dadurch den Werkstücksatz zu bilden. Als weitere Option kann ein diskreter (erster) länglicher Schlitz die (ersten und zweiten) Hohlraumflächen des Stößels trennen und darin die distalen Enden der metallischen Werkstücke gleitend aufnehmen, wenn das anfängliche (erste) Biegeprofil initiiert wird.
Bei allen offenbarten Systemen, Verfahren und Vorrichtungen umfasst das Konturierungswerkzeug einen separaten (zweiten) Stößel, der beweglich mit dem beweglichen (ersten) Stößel gekoppelt ist und einen entsprechenden (zweiten) Stößelkörper mit einem in eine Kontaktfläche seines Stößelkörpers eingelassenen Matrizenhohlraum umfasst. Ähnlich wie beim oben beschriebenen beweglichen (ersten) Stößel kann die Kontaktfläche des jeweiligen (zweiten) Stößels mehrere Matrizenhohlräume (einen pro Satz) enthalten. Wenn dieser Stößel niedergedrückt wird, berührt die Kontaktfläche gleichzeitig alle metallischen Werkstücke des/der Werkstücksatzes/e. In diesem Fall kann jeder Matrizenhohlraum ein Paar (dritte und vierte) Hohlraumflächen enthalten, die gleichzeitig gegen den Werkstücksatz drücken und diesen biegen, um dadurch das endgültige (zweite) Biegeprofil und die Länge zu erhalten. Als weitere Option kann ein ausgeprägter (zweiter) länglicher Schlitz die (dritten und vierten) Hohlraumflächen des Stößels trennen und darin die distalen Enden der metallischen Werkstücke gleitend aufnehmen, wenn das endgültige (zweite) Biegeprofil initiiert wird. Ein Stößel kann hohl sein, wobei sich ein Stößeldurchgang durch seinen Stößelkörper erstreckt; der andere Stößel ist verschiebbar an dem hohlen Stößel angebracht, wobei der Stößelkörper des ersteren durch den Stößeldurchgang verläuft, um den metallischen Werkstücken die endgültige Biegung zu verleihen.
Bei allen offenbarten Systemen, Verfahren und Vorrichtungen kann das Gruppierungswerkzeug einen hin- und hergehenden Stößelkopf umfassen, der neben der Stützstruktur beweglich angebracht ist. Der Stößelkopf umfasst ein Paar (erste und zweite) Kontaktflächen, die gleichzeitig gegen die metallischen Werkstücke drücken und diese zueinander biegen, um dadurch den Werkstücksatz zu bilden. In diesem Fall kann das Konturwerkzeug ein Paar (erste und zweite) Stößelfinger umfassen, die drehbar am Stößelkopf angebracht sind. Für Anwendungen, bei denen das Werkzeug mehrere Werkstücksätze aus dem Werkstückstapel biegt, kann das Konturwerkzeug mehrere Paare von Stößelfingern (ein Paar pro Satz) umfassen. Jeder Stößelfinger eines Paares schwenkt in eine entsprechende Richtung, um dadurch gegen eines der metallischen Werkstücke zu drücken und zu biegen. Außerdem kann jede Kontaktfläche auf einer entsprechenden Kontaktfläche eines der Stößelfinger definiert sein. Der Stößelkopf kann sich entlang einer geradlinigen Stößelachse in einer hin- und hergehenden Bewegung auf die metallischen Werkstücke zu und von ihnen weg bewegen, wenn er sich zwischen einer deaktivierten Position und einer aktivierten Position bewegt.
Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Techniken, Algorithmen und Steuerlogik für den Betrieb eines der offenbarten Fertigungssysteme oder die Herstellung eines der offenbarten Werkstücke. Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind auch auf Traktionsbatteriepacks gerichtet, die gestapelte Batteriebeutelzellen mit elektrisch leitenden Zelllappen enthalten, die gemäß den offenbarten Konzepten ausgebildet sind. Außerdem werden hier nicht-transitorische, 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 offenbarten Geräts oder 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 Ausführung 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.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist eine schematische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs mit Elektroantrieb, das mit einem Hybrid-Antriebsstrang ausgestattet ist, der einen elektrischen Traktionsmotor aufweist, der von einem wiederaufladbaren Traktionsbatterie-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 Zelllappen 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.
4 ist ein Arbeitsablaufdiagramm, das ein repräsentatives Verfahren zum Biegen von metallischen Werkstücken, wie z.B. die Batteriezellen-Lasches der 2 und 3, mit einem repräsentativen mehrstufigen Metallbearbeitungssystem in Übereinstimmung mit Aspekten der offenbarten Konzepte veranschaulicht.
5 ist ein Arbeitsablaufdiagramm, das ein weiteres repräsentatives Verfahren zum Biegen von metallischen Werkstücken, wie z. B. die Batteriezellen-Lasches der 2 und 3, mit einem weiteren repräsentativen mehrstufigen Metallbearbeitungssystem gemäß den offenbarten Konzepten veranschaulicht.

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 offenbarten Prinzipien dienen und nicht als Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung. Zu diesem Zweck sollten Elemente und Beschränkungen, die beispielsweise in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einleitung“, „Beschreibung der Zeichnungen“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht explizit in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht in die Ansprüche aufgenommen werden, weder einzeln noch insgesamt, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung oder auf andere Weise. Darüber hinaus sind die hier besprochenen Zeichnungen möglicherweise nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich zu Lehrzwecken. Daher sind die in den Abbildungen dargestellten spezifischen und relativen Abmessungen nicht als einschränkend zu verstehen.
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 Permutationen davon 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 jeder 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 Figuren, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 eine schematische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet und hier zu Diskussionszwecken als Personenkraftwagen mit einem parallelen Zwei-Kupplungs (P2) Hybrid-Elektro-Antriebsstrang dargestellt ist. 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 Traktionsbatterie-Pack auch als eine beispielhafte Anwendung der hier offenbarten neuartigen Konzepte verstanden werden. Als solche wird es verstanden werden, dass Facetten und Optionen der vorliegenden Offenbarung kann auf andere Batteriemodul-Konfigurationen angewendet werden, in jede logisch relevante Art von Kraftfahrzeug eingebaut werden, und für beide Automotive und Non-Automotive-Anwendungen gleichermaßen genutzt werden. Schließlich sind nur ausgewählte Komponenten gezeigt worden und werden hier in weiteren Details 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, der TC-Baugruppe 18 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 auswählbare 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 Elektromotor-/Generatoreinheit (MGU) 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 MGU 14 kann direkt mit einer TC-Eingangswelle gekoppelt oder antriebsmäßig an einem Gehäuseteil des Drehmomentwandlers 18 befestigt sein. Die elektrische MGU 14 besteht aus einer ringförmigen Statorbaugruppe 21, die eine zylindrische Rotorbaugruppe 23 umschreibt und mit dieser konzentrisch 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 Traktionsbatterie-Pack 30 geliefert werden, z. B. durch regeneratives Bremsen. Der Betrieb aller dargestellten Komponenten des Antriebsstrangs kann von einem fahrzeuginternen oder -externen Steuergerät oder einem Netzwerk von Steuergeräten, wie z. B. einer programmierbaren elektronischen Steuereinheit (ECU) 25, gesteuert werden. Obwohl als P2-Hybrid-Elektro-Architektur dargestellt, kann das Fahrzeug 10 andere Antriebsstrang-Konfigurationen verwenden, einschließlich FEV-Varianten oder P0-, P1-, P2.5-, P3- und P4-Hybrid-Antriebsstränge, von denen jeder für ein PHEV, ein Hybridfahrzeug mit erweiterter Reichweite, ein Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug usw. angepasst werden kann.
Die Kraftübertragung 16 kann ein Differentialgetriebe 24 verwenden, um selektiv variable Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen der Getriebeeingangswelle 17 und der Ausgangswelle 19 zu erreichen. Eine Form des Differentialgetriebes ist die Planetengetriebeanordnung mit Planetenrädern. Planetengetriebe bieten 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), automatisiert-manueller 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 inneren 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 der Maschine 12 und dem Motor 14 auf das Getriebe 16 über die TC-Baugruppe 18 erfolgt durch Rührerregung der Hydraulikflüssigkeit in der internen Flüssigkeitskammer der TC, die durch die Drehung der Schaufeln des Laufrads und der Turbine 36, 38 verursacht wird. Zum Schutz dieser Komponenten ist die TC-Baugruppe 18 mit einem 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 Arbeitsflüssigkeitskammer 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 Traktionsbatteriepaket 30 von 1, das elektrisch mit einer oder mehreren mehrphasigen Permanentmagnet-Elektromaschinen (PM), wie z. B. dem Traktionsmotor 14, verbunden werden kann. Jedes Traktionsbatteriepaket 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.
Ein Traktionsbatteriepaket besteht im Allgemeinen aus einer Reihe von Lithium-Ionen-Batteriemodulen, von denen ein Beispiel in 2 mit 100 dargestellt ist. Diese Batteriemodule 100 sind auf einem Batterieträger (nicht dargestellt) abgestützt, der während des Fahrzeugbetriebs eine darunter liegende Abstützung für das Batteriepaket bietet. Aspekte der offenbarten Konzepte können in ähnlicher Weise auf andere elektrische Speichereinheit Architekturen, einschließlich derjenigen, die Nickel-Metallhydrid (NiMH) Batterien, Blei-Säure-Batterien, Lithium-Polymer-Batterien, oder andere anwendbare Art von wiederaufladbaren elektrischen Batterie. 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) charakterisiert 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, isoliertem Aluminiumblech oder einem anderen geeigneten Material gebildet werden. Diese beiden Seiten sind miteinander verbunden, z. B. durch Schweißen oder Quetschen, um darin im Allgemeinen eine flüssige Elektrolytzusammensetzung einzuschließen, die positive Lithium-Ionen zwischen Arbeits- und Referenzelektroden leitet. Von gegenüberliegenden Längsenden des Beutels 104 erstrecken sich nach außen positive (Kathode) und negative (Anode) elektrische Anschlüsse („Laschen“) 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.
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 Gehäuseboden 112 und einem Paar von Modulseitenwänden 114 besteht, die 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 eingefügt. Zur Vereinfachung der Herstellung und Montage können die Seitenwände 114 im Wesentlichen identisch sein, beide aus einem starren Kunststoffmaterial mit Schnappverschlussvorsprüngen 115 und 117 zur funktionellen Ausrichtung und mechanischen Verbindung der Seitenwände 114 mit komplementären Segmenten des Batteriemoduls 100. 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 mechanisch mit dem Gehäuseboden 112 verbunden und fluidisch abgedichtet werden, z. B. über Druckknöpfe und einen dichtungsbildenden Schaum. Es ist vorgesehen, dass das Batteriemodulgehäuse 110 andere Größen und Formen annehmen kann, um alternative Anwendungen mit unterschiedlichen Verpackungs- und Konstruktionseinschränkungen 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, ausgerichtet und elektrisch miteinander verbunden. Gemäß dem dargestellten Beispiel bietet die ICB-Baugruppe 120 eine schützende äußere Umhüllung, die im Allgemeinen durch eine zentrale Abdeckung 122 mit einem Paar von geflanschten Endwänden 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.
Die unteren Enden jeder Stirnwand 124 der ICB-Baugruppe sind 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 Stirnwandplatte 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 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.
Nach der Montage der integrierten ICB-Baugruppe 120 werden die elektrischen Anschlussfahnen 106, 108 der Batteriezellen 102 elektrisch mit elektrischen Stromschienenplatten 134 verbunden, die an den Außenflächen der ICB-Stirnwände 124 montiert sind. Wie gezeigt, ist jede Stromschienenplatte 134 aus einem elektrisch leitenden Material (z. B. Kupfer) hergestellt, das zu einer allgemein rechteckigen Platte geformt ist, die dann an einer Außenfläche einer Stirnwand 124 montiert wird, z. B. über Montagelaschen, Klebstoffe und/oder Befestigungsmittel. Ebenso werden die Batteriezellenlaschen 106, 108 aus elektrisch leitenden Materialien (z. B. Al und Cu) hergestellt und zu L-förmigen Anschlüssen gebogen, von denen ein äußerer Teil wieder bündig aufliegt und an eine der Sammelschienenplatten 134 gelötet, geschweißt oder geklemmt wird. Die Inspektionsansichten von 3 zeigen die Batteriezellenlaschen 106, 108 vor dem Biegen (obere Inspektionsansicht) und nach dem Biegen (untere Inspektionsansicht). L-förmige Intermodul-Sammelschienenhalter (nicht beschriftet) werden an den ICB-Stirnwänden 124 montiert, um das Batteriemodul 100 mit benachbarten Batteriemodulen elektrisch zu verbinden.
Zusätzlich zur Bereitstellung eines Schutzmantels und der elektrischen Verbindung der Batteriezellen 102 bietet die ICB-Baugruppe 120 auch Erfassungs-, Betriebs- und elektrische Isolierungsfunktionen. Eine solche Funktionalität kann durch eine integrierte Schaltkreis-(IC)-Messanordnung 140 bereitgestellt werden, die auf der zentralen Abdeckung 122 montiert werden kann. 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 Stromschienenplatten 134 elektrisch mit den Batteriezellen 102.
Um die Batteriezellen 102 innerhalb des Modulgehäuses 110 so zu verpacken, dass die Zellenlaschen 106, 108 zu Sätzen gruppiert und elektrisch mit den Stromschienenplatten 134 verbunden werden können, gruppiert und biegt ein mehrstufiges „Cluster-and-Bend“-Pressensystem 200 oder 300 (hier auch als „Metallbearbeitungssystem“ bezeichnet) die Batteriezellenlaschen 106, 108 (hier auch als „metallische Werkstücke“ bezeichnet) in ein gewünschtes „endgültiges“ Biegeprofil mit einer reduzierten „endgültigen“ Laschensatzlänge. Obwohl sie sich äußerlich unterscheiden, ist vorgesehen, dass viele Merkmale und Optionen, die hier mit Bezug auf das mehrstufige Pressensystem 200 von 4 offenbart werden, einzeln oder in beliebiger Kombination in das mehrstufige Pressensystem 300 von 5 integriert werden können und umgekehrt. Als ein Punkt der Ähnlichkeit bestehen sowohl das Pressensystem 200 von 4 als auch das Pressensystem 300 von 5A im Allgemeinen aus: (1) einem Gruppierungswerkzeug, das sich betriebsmäßig neben einer Werkstückträgerstruktur (z.B. Gehäuseboden 112) ausrichtet und selektiv einen Stapel metallischer Werkstücke (z.B. Batteriezellen-Lasches 106, 108) zusammenpresst, um dadurch einen oder mehrere Werkstücksätze (z.B., (2) ein Konturierungswerkzeug, das auf dem Gruppierungswerkzeug montiert, einstückig mit diesem ausgebildet oder anderweitig an diesem befestigt ist und dazu dient, jeden Werkstücksatz selektiv auf ein endgültiges (zweites) Biegeprofil und eine eingestellte Länge zu biegen, die sich von dem anfänglichen Biegeprofil und der anfänglichen Länge unterscheiden. Als weiterer Punkt der Ähnlichkeit können beide Systeme 200, 300 manuell bedient werden, z.B. durch einen geschulten Techniker, oder automatisiert, z.B. über eine Systemsteuerung und einen oder mehrere pneumatische, hydraulische und/oder elektrische Aktuatoren.
Zur Abgrenzung: Das mehrstufige Pressensystem 200 von 4 besteht im Allgemeinen aus einem teleskopischen Paar formgebender Stößel: einem Laschengruppierungsstößel (erster Stößel) 210 („äußerer Biegestößel“), der die einzelnen Zell-Lasches in ihre richtigen Sätze trennt und ein anfängliches Biegeprofil in jeden Satz formt; und einem Laschenkonturierungsstößel (zweiter Stößel) 212 („innerer Biegestößel“), der ein endgültiges Biegeprofil in jeden Laschen-Satz formt und eine Höhe des Biegeprofils einstellt, um das Innere der ICB-Endwände freizugeben. Das dargestellte mehrstufige Pressensystem 200 ist dafür ausgelegt, vierundzwanzig (24) Batteriezellen-Laschen 106, 108 in acht (8) Sätze von drei (3) gestapelten Laschen 106S, 108S gleichzeitig zu biegen. In den Arbeitsschritten 4(A) bis 4(E) von 4 ist das mehrstufige Pressensystem 200 beim Zusammenfügen eines Stapels von drei unmittelbar benachbarten Batteriezellen-Laschen 106 zu einem einzelnen Zellen-Laschen-Satz 106S dargestellt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass offenbarte Pressensysteme modifiziert werden können, um gleichzeitig mehr oder weniger Batteriezellenreiter in eine beliebige Anzahl von Zellreitersätzen zu biegen, z. B. um verschiedene Batteriemodulgrößen und -konfigurationen unterzubringen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 4 umfasst der Laschengruppierungsstößel 210 einen einheitlichen, einteiligen (ersten) Stößelkörper 211 oder besteht zumindest in einigen Architekturen im Wesentlichen aus einem solchen. Um eine ausreichende strukturelle Belastbarkeit für systematische und wiederholte Biegevorgänge zu gewährleisten, ist der Stößelkörper 211 aus einem steifen und verschleißfesten Material gefertigt, wie z. B. hochfesten Kunststoffen (z. B. thermoplastischem Polycarbonat), elektrisch isolierten metallischen Werkstoffen (z. B. dielektrischpolymerbeschichtetem Stahl) oder Hochleistungskeramik (z. B. Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid). Der Stößelkörper 211 ist eine hohle Struktur mit einer rechteckig-polyedrischen Außenseite und einem zentralen Stößelkanal 213, der sich vollständig durch den Stößelkörper 211 erstreckt. Gegenüberliegende obere und untere Enden des Durchgangs 213 enden an Öffnungen durch die oberste bzw. unterste Oberfläche des Stößelkörpers 211. Zumindest bei einigen alternativen Architekturen wird der Stößeldurchgang 213 weggelassen, so dass der Stößelkörper 211 eine massive Struktur ist und die beiden Stößel 210, 212 unmittelbar nebeneinander und in gegenüberliegendem Gleitkontakt nebeneinander angeordnet sein können.
Ähnlich wie der Laschengruppierungsstößel 210 umfasst der Laschenkonturierungsstößel 212 von 4 einen einheitlichen, einteiligen (zweiten) Stößelkörper 215, der aus einem starren und verschleißfesten Kunststoff, einem elektrisch isolierten Metall oder einer fortschrittlichen Keramik, einschließlich eines der im vorhergehenden Absatz vorgestellten Beispiele, hergestellt ist, oder besteht zumindest in einigen Architekturen im Wesentlichen daraus. Dieser Stößelkörper 215 kann eine gezahnte Struktur sein, mit mindestens einem oder, falls gewünscht, einer Reihe von zueinander parallelen Schenkeln 217. Jeder längliche „sockelartige“ Schenkel 217 ist einstückig mit einer Stößelkrone 219 ausgebildet und ragt im Allgemeinen orthogonal (in 4 in Richtung nach unten) von dieser ab, wobei er von benachbarten Schenkeln 217 durch einen Zwischenraum beabstandet ist. Obwohl er mit acht (8) identisch geformten Schenkeln 217 beschrieben wird, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass der Laschenkonturierungsstößel 212 mit mehr oder weniger Schenkeln versehen sein kann, von denen jeder eine gemeinsame oder eine unterschiedliche strukturelle Konfiguration annehmen kann.
Zusätzlich zu den in den vorangegangenen Abschnitten beschriebenen Teleskopstößeln 210, 212 kann das mehrstufige Pressensystem 200 optional eine starre Stößelhalterung 214 umfassen, die fest am Batteriemodulgehäuse 110 oder einer anderen ähnlich geeigneten Werkstückträgerstruktur angebracht ist. Beispielsweise kann die Stößelhalterung 214 am Gehäuseboden 112 und/oder an den Seitenwänden 114 anliegen und mit komplementären Positionierungsmerkmalen zusammenpassen, so dass sich das mehrstufige Pressensystem 200 über die Batteriezellenlaschen 106, 108, die von einem Ende des Modulgehäuses 110 vorstehen, erstreckt und diese abdeckt. Die dargestellte Stößelhalterung 214 umfasst eine im Wesentlichen flache, rechteckige Kammplatte 221 (am besten in der Inspektionsansicht von 5 zu sehen) mit einer Reihe von zueinander parallelen, länglichen Schlitzen 223. Nachdem der Gehäuseboden 112 flach gelegt und die Zellen 102 so gestapelt wurden, dass die Laschen 106, 108 horizontal von gegenüberliegenden Enden des offenen Modulgehäuses 110 abstehen, wird die Stößelvorrichtung 214 vertikal auf den Zellenstapel 102S abgesenkt und kämmt die Zellen 102 so, dass jeder Schlitz 223 eine der Batteriezellenlaschen 106, 108 aufnimmt. Ein oder mehrere Vorspannelemente, die in der Art von an den Ecken montierten Schraubendruckfedern (nicht dargestellt) sein können, können optional die Stößel 210, 212 an der Stößelbefestigung 214 federnd befestigen. Die Kammplatte 221 hilft, die Zelllappen 106, 108 auszurichten und in Position zu halten, um die nachfolgenden Umformvorgänge abzuschließen, hilft zu verhindern, dass die Lappen 106, 108 versehentlich kollabieren, isoliert den gewünschten Biegepunkt für die Lappen 106, 108 und bietet einen positiven Anschlag für die obere Werkzeugausstattung.
Zum Isolieren und Biegen der Gruppe(n) von Zell-Lasches 106, 108 ist der Laschengruppierungsstößel 210 mit mindestens einem oder, falls gewünscht, einer Reihe von (ersten) Matrizenhohlräumen 225 versehen, die in eine dem Batteriestapel zugewandte, in das Werkstück eingreifende (erste) Kontaktfläche 227 des Stößelkörpers 211 eingelassen sind. Diese Matrizenhohlräume 225 sind zwar nicht zwingend erforderlich, können aber im Wesentlichen identisch sein, um einheitliche anfängliche Biegegeometrien von Gruppe zu Gruppe zu gewährleisten. Der Matrizenhohlraum 225 umfasst ein Paar (erste und zweite) abgeschrägte Hohlraumflächen 229 bzw. 231; diese Flächen 229 und 231 befinden sich in einer beabstandeten, einander zugewandten Beziehung und sind in einem spitzen Winkel zueinander ausgerichtet. Nach dem Befestigen der Halterung 214 am Gehäuse 110 und dem Ausrichten der Stößel 210, 212 mit den Laschen 106 bei Prozessvorgang 4(A) verschiebt sich der Laschengruppierungsstößel 210 (z. B. in einer Abwärtsrichtung in 4) entlang einer geradlinigen Stößelachse A_P1 in Richtung der Batteriezellen 102, wenn er sich von einer deaktivierten Position zu einer aktivierten Position bei Prozessvorgang 4(B) bewegt. Nachdem die Kontaktfläche 227 die distalen Spitzen der Laschen 106 berührt hat, drücken die Hohlraumflächen 229 und 231 gegen die linken und rechten Laschen 106 und biegen diese im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn, bei Prozessvorgang 4(C). Ein zentraler (erster) länglicher Schlitz 233, der zwischen den beiden Hohlraumflächen 229, 231 angeordnet ist und diese voneinander trennt, nimmt darin gleitend die distalen Enden der Batteriezellen-Laschen 106 auf, wenn der Stößel 210 die aktivierte Position erreicht.
Ähnlich wie der Laschengruppierungsstößel 210 ist der Laschenkonturierungsstößel 212 von 4 mit mindestens einem oder, falls gewünscht, einer Reihe von (zweiten) Matrizenhohlräumen 235 ausgebildet, die in eine dem Batteriestapel zugewandte, mit dem Werkstück in Eingriff stehende (zweite) Kontaktfläche 237 des Stößelkörpers 215 eingelassen sind. Die vorgenannten Matrizenhohlräume 235 können bei Konfigurationen mit mehreren Stößelkörperschenkeln 217 im Wesentlichen identisch sein, um konsistente Endbiegegeometrien von Gruppe zu Gruppe zu gewährleisten. Der Matrizenhohlraum 235 umfasst ein Paar (dritte und vierte) rampenförmige Hohlraumflächen 239 bzw. 241; diese Flächen 239, 241 sind in einem Abstand gegenüberliegend angeordnet und in einem stumpfen Winkel zueinander ausgerichtet. Nachdem die Lasches 106 in einen Laschen-Satz 106S aufgeteilt wurden und ihnen in den Prozessvorgängen 4(A)-4(C) eine anfängliche Biegegeometrie verliehen wurde, verschiebt sich der Laschenkonturierungsstößel 212 (z. B. in 4 in einer Abwärtsrichtung) entlang der geradlinigen Stößelachse A_P1 in Richtung der Batteriezellen 102, wenn er sich in Prozessvorgang 4(D) von einer unbetätigten Position in eine betätigte Position bewegt. Nachdem die Kontaktfläche 237 die Zwischensegmente der Laschen 106 kontaktiert hat, drücken die Hohlraumflächen 239 und 241 gegen den Laschensatz 106S und biegen ihn auf die endgültige Biegegeometrie. Ein zentraler (zweiter) länglicher Schlitz 243 im Stößelkörper 215, der zwischen den beiden Hohlraumflächen 239, 241 angeordnet ist und diese voneinander trennt, nimmt darin gleitend ein distales Ende des Laschensatzes 106S auf, wenn der Stößel 212 die betätigte Position erreicht. Nach Beendigung der endgültigen Biegegeometrie werden die Stößel 210, 212 bei Prozessvorgang 4(E) entlang der geradlinigen Stößelachse A_P1 von den Batteriezellen 102 weg zurückgezogen (z. B. in 4 in Aufwärtsrichtung).
Das mehrstufige Pressensystem 300 besteht im Allgemeinen aus einem hin- und hergehenden Stößelkopf 310, der neben dem Batteriemodulgehäuse 110 oder einer funktionell gleichwertigen Werkstückträgerstruktur beweglich angebracht ist, und mindestens einem Paar (erster und zweiter) Stößelfinger 312 und 313, die drehbar auf dem Stößelkopf 310 angebracht sind. Zumindest für einige Anwendungen kann es wünschenswert sein, dass das mehrstufige Pressensystem 300 acht (8) Paare von Stößelfingern 312, 313 verwendet, von denen jeder betätigbar ist, um einen jeweiligen Satz von drei (3) Zellenlaschen 106 in einen bestimmten Laschen-Satz 106S zu biegen. Der Stößelkopf 310 geht selektiv von einer deaktivierten Position, die von den Batteriebeutelzellen 102 weg verschoben ist (in 5 vertikal nach oben), in eine aktivierte Position über, die zu den Zellen 102 hin gezwungen wird (in 5 vertikal nach unten). In den Arbeitsschritten 5(A) bis 5(C) von 5 ist das mehrstufige Pressensystem 300 so dargestellt, dass es einen Stapel von drei unmittelbar benachbarten Batteriezellenlaschen 106 zu einem einzelnen Zellenlaschen-Satz 106S zusammenfügt; jeder Laschen-Satz kann jedoch mehr oder weniger als drei einzelne Laschen umfassen.
Ähnlich wie das mehrstufige Pressensystem 200 von 4 kann das System 300 von 5 mit einer optionalen starren Stößelhalterung 314 ausgestattet sein, die im Wesentlichen identisch mit der oben beschriebenen Stößelhalterung 214 sein kann. Beispielhaft und nicht einschränkend kann die Stößelbefestigung 314 von 5 an der Basis 112 und/oder den Seitenwänden 114 des Batteriemodulgehäuses 110 anliegen, so dass sich das mehrstufige Pressensystem 300 über und quer zu den aus dem Gehäuse 110 herausragenden Laschen 106, 108 erstreckt. Diese Stößelhalterung 314 umfasst eine im Wesentlichen flache, rechteckige Kammplatte 321 mit einer Reihe von zueinander parallelen, länglichen Schlitzen 323, deren Anschlussenden sich entlang einer Kante der Platte 321 öffnen. Bei Prozessvorgang 5(A) wird die Stößelvorrichtung 314 quer über das freiliegende Ende des Zellenstapels 102S geführt, so dass die Platte 321 die Zellen 102 kämmt und jeder Schlitz 323 jeweils eine der Batteriezellenlaschen 106, 108 aufnimmt.
Nach dem Befestigen der Halterung 314 am Gehäuse 110 und dem Ausrichten der Finger 312, 313 mit den Laschen 106 bei Prozessvorgang 5(A) verschiebt sich der Stößelkopf 310 (z. B. in in Abwärtsrichtung) entlang einer geradlinigen Stößelachse A_P2 in Richtung der Batteriezellen 102, wenn er sich von einer deaktivierten Position in eine aktivierte Position bewegt, bei Prozessvorgang 4(B). Während dieser Tauchbewegung drücken die gegenüberliegenden Kontaktflächen 329 und 331 an den Innenflächen der Stößelfinger 312, 313 gleichzeitig gegen die linke und rechte Lasche 106 und biegen diese. Dabei werden die linken und rechten Laschen 106 im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn aufeinander zu gebogen, wodurch die Laschen 106 in einen Laschensatz 106S getrennt werden und ihm eine anfängliche Biegegeometrie verliehen wird. Bei Prozessvorgang 5(C) schwenkt der linke (erste) Stößelfinger 312 in eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn (erste), um dadurch gegen den Laschen-Satz 106S zu drücken und diesen zu biegen. Gleichzeitig schwenkt der rechte (zweite) Stößelfinger in eine Richtung im Uhrzeigersinn (zweite Richtung), um dadurch gegen die Laschengruppe 106S zu drücken und diese zu biegen. Nach Abschluss der endgültigen Biegegeometrie werden die Stößelfinger 312, 313 in ihre ursprünglichen Positionen zurückgedreht und der Stößelkopf 310 wird zurückgezogen (z. B. in 5 nach oben), weg von den Batteriezellen 102, bei Prozessvorgang 5(D).
Frühere Techniken zur Vorformung von Batteriezellenlaschen vor dem Einsetzen in das Batteriemodulgehäuse erforderten, dass vor dem Stapeln der Zellen mehrere Biegevorgänge an jeder Zelle einzeln durchgeführt werden mussten. Infolgedessen wurden bei früheren Fertigungssystemen mehrere diskrete Biegestationen und mehrere unterschiedliche Biegestößel verwendet, um das gewünschte „endgültige“ Biegeprofil zu erreichen. Dies wiederum erforderte einen separaten Zufuhrtransport, eine Sequenzierung der Zellen und Track & Trace-Protokolle während des Montageprozesses, um die korrekte Platzierung der Zellen im Modulgehäuse sicherzustellen. Darüber hinaus erzwingen die Beschränkungen der Modulpackung oft enge Toleranzen bei den Biegeprofilen der Laschen, z. B. um sicherzustellen, dass eine korrekte Ausrichtung von Lasche zu Lasche gegeben ist und die Biegungen dem verfügbaren Platz unter dem ICB entsprechen. Einige kommerziell erhältliche Lithium-Polymer-Batteriezellen haben eine Gesamtzellen- und Lasche-zu-Lasche-Länge mit einer großen Toleranz (z. B. ±1,5 mm); das Lasche-Bend-Profil innerhalb des Moduls kann jedoch eine deutlich kleinere Toleranz aufweisen (z. B. 0,5±0,1 mm), was zu einem „roten Stapel“ führt.
Um die vorgenannten Mängel zu beheben, verwenden zumindest einige der offenbarten Metallbearbeitungssysteme eine einzige Werkzeugbaugruppe, die gleichzeitig alle Zellfahnen an einem bestimmten Ende des Batteriemoduls formt. Auf diese Weise tragen diese Metallbearbeitungssysteme dazu bei, einzelne Biegevorgänge für die Lasches zu eliminieren, was den Base Engineering Content (BEC) reduziert und den Bedarf an mehreren Biegestationen mit mehreren unterschiedlichen Biegewerkzeugen eliminiert. Jede Werkzeugbaugruppe kann zu einem jeweiligen Modulende indexiert werden, nachdem die Zellen auf der Modulgrundplatte gestapelt wurden, so dass die Laschen vorgeformt werden, nachdem das Modul gestapelt wurde. Die beschriebenen Systeme, Verfahren und Vorrichtungen können auch dazu beitragen, unterschiedliche Zellpositionen im Stapel zu kompensieren und den „Marshmallow-Effekt“ auszugleichen, der durch Abweichungen im Schaumkompressionsabstand verursacht wird.
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 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 Computerspeichermedien, 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 offenbarte 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, einem Festkörperspeicher, einer Festplatte, einer CD-ROM, 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 genaue Konstruktion und die hierin offenbarten Zusammensetzungen 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 (200, 300) zum Formen von ersten (106) und zweiten metallischen Werkstücken (108), die auf einer Trägerstruktur gestapelt sind, wobei das Metallbearbeitungssystem umfasst: ein Gruppierungswerkzeug, das so konfiguriert ist, dass es sich neben der Stützstruktur ausrichtet und die gestapelten ersten und zweiten metallischen Werkstücke zusammenpresst, um dadurch einen Werkstücksatz mit einem ersten Biegeprofil und einer ersten Satzlänge zu bilden; und ein Konturierungswerkzeug, das an dem Gruppierungswerkzeug angebracht und so konfiguriert ist, dass es den Werkstücksatz zu einem zweiten Biegeprofil, das sich von dem ersten Biegeprofil unterscheidet, und einer zweiten Satzlänge, die kürzer als die erste Satzlänge ist, biegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gruppierungswerkzeug einen ersten Stößel (210) mit einem ersten Stößelkörper (211) umfasst, der einen ersten Matrizenhohlraum (225, 235) aufweist, der in eine erste Kontaktfläche des ersten Stößelkörpers eingelassen ist, wobei die erste Kontaktfläche so konfiguriert ist, dass sie gleichzeitig die ersten und zweiten metallischen Werkstücke berührt, wobei der erste Matrizenhohlraum (225) erste (229) und zweite (231) Hohlraumoberflächen umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie gleichzeitig gegen das erste bzw. zweite metallische Werkstück drücken und es zueinander hin biegen, um dadurch den Werkstücksatz zu bilden, wobei der erste Matrizenhohlraum (225) ferner einen ersten länglichen Schlitz (223) aufweist, der die erste (229) und zweite (231) Hohlraumoberfläche trennt und so konfiguriert ist, dass er darin die distalen Enden des ersten und zweiten metallischen Werkstücks gleitend aufnimmt, wobei das Konturierungswerkzeug einen zweiten Stößel (212) umfasst, der beweglich mit dem ersten Stößel (210) gekoppelt ist, wobei der zweite Stößel (212) einen zweiten Stößelkörper (215) umfasst, der einen zweiten Matrizenhohlraum aufweist, der in eine zweite Kontaktfläche des zweiten Stößelkörpers eingelassen ist, wobei die zweite Kontaktfläche so konfiguriert ist, dass sie gleichzeitig die ersten und zweiten metallischen Werkstücke des Werkstücksatzes berührt.
Das Metallbearbeitungssystem (200, 300) nach Anspruch 1, wobei der zweite Matrizenhohlraum dritte und vierte Hohlraumoberflächen aufweist, die so konfiguriert sind, dass sie gleichzeitig gegen den Werkstücksatz drücken und diesen biegen und dadurch dem zweiten Biegeprofil die zweite Satzlänge verleihen.
Das Metallbearbeitungssystem (200, 300) nach Anspruch 2, wobei der zweite Matrizenhohlraum ferner einen zweiten länglichen Schlitz aufweist, der die dritte und vierte Hohlraumoberfläche trennt und so konfiguriert ist, dass er darin die distalen Enden der ersten und zweiten metallischen Werkstücke gleitend aufnimmt.
Das Metallbearbeitungssystem (200, 300) nach Anspruch 1, wobei der erste Stößel einen Stößeldurchgang aufweist, der sich durch den ersten Stößelkörper (211) erstreckt, und der zweite Stößel (212) verschiebbar an dem ersten Stößel (210) angebracht ist, wobei der zweite Stößelkörper (215) durch den Stößeldurchgang verläuft, so dass der zweite Stößel (212) die ersten und zweiten metallischen Werkstücke im Tandem mit dem ersten Stößel (210) biegt, der die ersten und zweiten metallischen Werkstücke biegt.
Das Metallbearbeitungssystem (200, 300) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Stößelvorrichtung (214), die so konfiguriert ist, dass sie an der Trägerstruktur neben den metallischen Werkstücken angebracht wird und die Gruppierungs- und Konturierungswerkzeuge auf die gestapelten ersten und zweiten metallischen Werkstücke ausrichtet.
Das Metallbearbeitungssystem (200, 300) nach Anspruch 5, wobei die Stößelvorrichtung (214) eine Kammplatte (221) mit einem ersten und einem zweiten länglichen Schlitz umfasst, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie ein jeweiliges der ersten und zweiten metallischen Werkstücke aufnehmen.