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Die Erfindung betrifft ein wärmeleitfähiges Element, eine Batterienanordnung mit einem solchen wärmeleitfähigen Element sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitfähigen Elements. Die Batterieanordnung kann beispielsweise in einer Hochvoltanwendung, wie im Automobilbau, verwendet werden.
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In Batterieanordnungen entstehen aufgrund von Fertigungstoleranzen Abstände zwischen einer Batterie als Wärmequelle und einer Kühlfläche als Wärmesenke. Durch diese Abstände kann die Wärmeübertragung zwischen den Bauteilen erschwert werden. Dadurch kann ein hoher thermischer Widerstand entstehen.
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Als Stand der Technik ist hierzu bekannt, dass die Wärmeübertragung zwischen Wärmequelle und Kühlfläche mittels einer Wärmeleitpaste (sogenannter „gap filler“) realisiert wird. Bei der Befüllung des Zwischenraums muss von dem maximalen Abstand ausgegangen werden. Dies erfordert häufig eine Befüllung im Überschuss. Daneben sind die Material- und Prozesskosten im Verhältnis zur Wärmeleitfähigkeit hoch.
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Es besteht daher ein Bedürfnis, eine effiziente Wärmeübertragung mit geringem Aufwand bereitzustellen. Insbesondere sollen die Material- und Prozesskosten bei zumindest gleichwertiger Wärmeleitfähigkeit wie bei Verwendung einer Wärmeleitpaste reduziert werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein wärmeleitfähiges Element vorgeschlagen. Das wärmeleitfähige Element weist eine erste metallische Folie, eine zweite metallische Folie und mindestens ein zumindest teilweise elastisches Element auf. In mindestens einem ersten Abschnitt liegen die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie aneinander an. In dem mindestens einen ersten Abschnitt sind die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie miteinander verbunden. In mindestens einem zweiten Abschnitt bilden die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie mindestens eine Kammer. In der mindestens einen Kammer ist das mindestens eine zumindest teilweise elastische Element angeordnet.
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Das wärmeleitfähige Element kann auch als Thermo Conducting Element (TCE) bezeichnet werden.
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Wie beschrieben, liegen in dem mindestens einen ersten Abschnitt die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie aneinander an. Dabei kann unter „aneinander anliegen“, beispielsweise verstanden werden, dass die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie derart in Kontakt stehen, dass kein Eintritt eines Mediums, wie einer Flüssigkeit, zwischen die beiden aneinander anliegenden Folien zu erwarten ist. Zumindest in einem Bereich des mindestens einen ersten Abschnitts, beispielsweise in dem gesamten ersten Abschnitt, können die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie derart aneinander anliegen.
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In dem mindestens einen ersten Abschnitt sind die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie miteinander verbunden. Unter der Verbindung der ersten metallischen Folie und der zweiten metallischen Folie kann eine form- oder stoffschlüssige Verbindung verstanden werden. Anders ausgedrückt können die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie über eine form- oder stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden sein. Die stoffschlüssige Verbindung kann eine Löt-, Schweiß-, Klebe- oder Vulkanisierverbindung aufweisen oder als Löt-, Schweiß-, Klebe- oder Vulkanisierverbindung ausgebildet sein.
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In dem mindestens einen ersten Abschnitt sind die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie miteinander verbunden, z. B. miteinander verschweißt. Die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie können in dem ersten Abschnitt an mindestens einer Stelle, beispielsweise über mindestens eine Verbindung (z. B. mindestens eine Schweißverbindung), z. B. mindestens eine Schweißnaht oder einen oder mehrere Schweißpunkte, miteinander beispielsweise form- oder stoffschlüssig verbunden, z. B. miteinander verschweißt, sein. Gemäß einem Beispiel können die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie in nur in einem oder mehreren Teilbereichen des ersten Abschnitts oder an ein oder mehreren Stellen/Punkten miteinander verbunden, z. B. verschweißt, sein. Gemäß einem anderen Beispiel können die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie in dem gesamten ersten Abschnitt miteinander verbunden, z. B. verschweißt, sein.
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In mindestens einem zweiten Abschnitt bilden die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie mindestens eine Kammer. Die mindestens eine Kammer kann auch als mindestens ein Hohlraum bezeichnet werden. In der mindestens einen Kammer ist das mindestens eine zumindest teilweise elastische Element angeordnet. Die mindestens eine Kammer kann einen runden, ovalen, viereckigen, mehreckigen oder wabenförmigen Querschnitt aufweisen. Die mindestens eine Kammer kann mit dem mindestens einen zumindest teilweise elastischen Element beispielsweise zumindest nahezu vollständig ausgefüllt sein.
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Die erste metallische Folie kann Aluminium aufweisen oder aus Aluminium gebildet sein. Die zweite metallische Folie kann Aluminium aufweisen oder aus Aluminium gebildet sein.
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Unter Elastizität ist hierin die Eigenschaft eines Körpers oder Werkstoffes zu verstehen, unter Krafteinwirkung seine Form zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft in die Ursprungsform zurückzukehren. Verbleibt nach Entfernen der auslenkenden Kräfte eine Deformation, so spricht man von „elastischer Hysterese“. Bei allen Materialien gibt es eine Grenze des Elastizitätsbereichs, jenseits der ein anelastisches Verhalten beobachtet wird. Wird bei der Krafteinwirkung ein bestimmter Wert überschritten, so erfolgt zusätzlich zu der elastischen eine plastische Deformation. Dieser Wert ist jeweils materialabhängig und wird als Elastizitätsgrenze bezeichnet. Im Spannungs-Dehnungs-Diagramm ist es der Punkt, ab dem beim Entlasten eine Hysterese auftritt. Es lässt sich u. a. eine zwingend eindeutige Zuordnung von Körpern und Materialien zu den Eigenschaften Elastizität und Plastizität häufig nicht durchführen, vielmehr gibt es nach Ausmaß, Art und Dauer der Krafteinwirkung eine Kombination aus beiden Eigenschaften oder einen Wechsel von elastischem zu plastischem Verhalten.
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Unter dem zumindest teilweise elastischen Element kann daher ein Element, Körper, Material oder Werkstoff verstanden werden, der unter Krafteinwirkung seine Form zu verändern vermag und bei Wegfall der einwirkenden Kraft zumindest annähernd in die Ursprungsform zurückzukehren. Das zumindest teilweise elastische Element kann daher beispielsweise auch als zumindest teilweise elastischer Körper oder als zumindest teilweise elastisches Material oder als zumindest teilweise elastischer Werkstoff bezeichnet werden. Das zumindest teilweise elastische Element muss nicht vollständig elastisch sein. Vielmehr kann es neben elastischen Eigenschaften auch anelastische und/oder plastische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann es jenseits des Elastizitätsbereichs anelastische Eigenschaften aufweisen und dennoch als zumindest teilweise elastisches Element verstanden werden.
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Das zumindest teilweise elastische Element kann ein elastisches Element aufweisen oder als ein elastisches Element ausgebildet sein. Beispielsweise kann das zumindest teilweise elastische Element ein vollelastisches Element aufweisen oder als vollelastisches Element ausgebildet sein. Das zumindest teilweise elastische Element kann einen oder mehrere Kunststoffe aufweisen oder aus einem oder mehreren Kunststoffen gebildet sein.
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Der mindestens eine erste Abschnitt kann als eine Vielzahl von ersten Abschnitten ausgebildet sein. In jedem der Vielzahl von ersten Abschnitten können die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie aneinander anliegen. Anders ausgedrückt, in den ersten Abschnitten der Vielzahl von ersten Abschnitten können jeweils die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie aneinander anliegen. In jedem der Vielzahl von ersten Abschnitten können die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie miteinander verschweißt oder anderweitig beispielsweise form- oder stoffschlüssig verbunden sein. Anders ausgedrückt, in den ersten Abschnitten der Vielzahl von ersten Abschnitten können die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie miteinander verbunden, z. B. verschweißt, sein, beispielsweise über mindestens eine Schweißnaht miteinander verbunden sein. Der mindestens eine zweite Abschnitt kann als eine Vielzahl von zweiten Abschnitten ausgebildet sein. In jedem der Vielzahl von zweiten Abschnitten können die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie eine einer Vielzahl von Kammern bilden. Anders ausgedrückt, in den zweiten Abschnitten der Vielzahl von zweiten Abschnitten können die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie eine Kammer bilden. In jeder der Vielzahl von Kammern kann eines des mindestens einen zumindest teilweise elastischen Elements angeordnet sein. Anders ausgedrückt, in den Kammern der Vielzahl von Kammern kann jeweils eines des mindestens einen zumindest teilweise elastischen Elements angeordnet sein. Dementsprechend kann eine Vielzahl von zumindest teilweise elastischen Elementen vorgesehen sein. Die Vielzahl von Kammern kann der Vielzahl von zumindest teilweise elastischen Element entsprechen. Anders ausgedrückt, pro Kammer kann ein zumindest teilweise elastisches Element vorgesehen sein oder jede Kammer kann mit einem zumindest teilweise elastischen Element gefüllt oder befüllt sein.
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In einer spezifischen Ausgestaltung kann die mindestens eine Kammer vollständig mit dem mindestens einen zumindest teilweise elastischen Element ausgefüllt sein. Die ersten und zweiten Abschnitte können sich jeweils abwechseln / können jeweils alternierend oder abwechselnd angeordnet sein. Anders ausgedrückt, auf einen ersten Abschnitt kann ein zweiter Abschnitt folgen, auf den wiederum ein erster Abschnitt folgt usw.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Batterieanordnung vorgeschlagen. Die Batterieanordnung weist mindestens eine Batterie, mindestens eine Temperieranordnung zur Temperierung der Batterie und mindestens ein zwischen der Batterie und der Temperieranordnung angeordnetes wärmeleitfähiges Element gemäß dem ersten Aspekt auf.
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Die Temperieranordnung kann eine Temperierfläche aufweisen oder kann als Temperierfläche ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Temperierfläche Teil einer Temperieranordnung sein. Das mindestens eine wärmeleitfähige Element kann zwischen der mindestens einen Batterie und der Temperierfläche angeordnet sein. Das mindestens eine wärmeleitfähige Element kann zwischen der mindestens einen Batterie und einem Gehäuse, z. B. einem Gehäuseabschnitt oder Gehäuseteil, der Batterieanordnung angeordnet sein. Das Gehäuse der Batterieanordnung kann mit einer Temperieranordnung, beispielsweise der Temperierfläche, in Kontakt oder wärmeleitender Verbindung stehen. Die Temperieranordnung kann eine Kühlanordnung aufweisen oder als Kühlanordnung ausgebildet sein. Die Temperierfläche kann eine Kühlfläche aufweisen oder als Kühlfläche ausgebildet sein.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines wärmeleitfähigen Elements, beispielsweise eines wärmeleitfähigen Elements gemäß dem ersten Aspekt, vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist eine Bereitstellungsanordnung, eine Verbindungsvorrichtung, eine Druckluftvorrichtung und eine Füllvorrichtung auf. Die Bereitstellungsanordnung ist ausgebildet, eine erste metallische Folie und eine zweite metallische Folie bereitzustellen. Die Verbindungsvorrichtung ist angeordnet und ausgebildet, die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie in mindestens einem ersten Abschnitt miteinander zu verbinden. Die Druckluftvorrichtung ist angeordnet und ausgebildet, zwischen der ersten metallischen Folie und der zweiten metallischen Folie mindestens eine Kammer in mindestens einem zweiten Abschnitt zu öffnen. Die Füllvorrichtung ist angeordnet und ausgebildet, die mindestens eine Kammer mit mindestens einem zumindest teilweise elastischen Element zu füllen.
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Die Verbindungsvorrichtung kann eine Lötvorrichtung, eine Laservorrichtung, eine Klebvorrichtung oder eine Vulkanisiervorrichtung aufweisen oder als eine Lötvorrichtung, eine Laservorrichtung, eine Klebvorrichtung oder eine Vulkanisiervorrichtung ausgebildet sein. Die Laservorrichtung kann ausgebildet sein, einen Laserstrahl bereitzustellen.
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Die Verbindungsvorrichtung, z. B. die Laservorrichtung, kann ausgebildet sein, die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie in einer Vielzahl von ersten Abschnitten miteinander zu verbinden, z. B. miteinander zu verschweißen. Beispielsweise kann die Laservorrichtung einen derartigen Laserstrahl nacheinander auf einen oder mehrere der Vielzahl von ersten Abschnitte richten, dass die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie über eine Schweißverbindung, z. B. über einen oder mehrere Schweißpunkte oder eine Schweißnaht, miteinander verschweißt werden. Unabhängig von der genauen Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung können die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie in einer Transportrichtung bewegt werden. Der jeweils die Verbindungsvorrichtung, z. B. die Laservorrichtung, passierende erste Abschnitt kann entsprechend verbunden, z. B. verschweißt, werden. Die Verbindung, beispielsweise die Schweißverbindung, z. B. die Schweißnaht, kann sich senkrecht zu der Transportrichtung erstrecken und sich beispielsweise entlang der gesamten Tiefe des ersten Abschnitts erstrecken. Unabhängig von der genauen Verbindung, beispielsweise der genauen Schweißverbindung, können die Verbindungen, z. B. die Schweißverbindungen, konstante Abstände voneinander haben, beispielsweise äquidistant zueinander liegen.
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Die Druckluftvorrichtung kann ausgebildet sein, eine Vielzahl von Kammern in einer Vielzahl von zweiten Abschnitten zu öffnen. Die Druckluftvorrichtung kann ausgebildet sein, Druckluft bereitzustellen. Die Öffnung der Kammern kann durch die durch die Druckluftvorrichtung bereitgestellte Druckluft erfolgen. Beispielsweise kann das Zwischenprodukt mit verschweißter erster metallischer Folie und zweiter metallischer Folie in der Transportrichtung bewegt werden und in dem jeweils passierenden zweiten Abschnitt kann eine Kammer durch die von der Druckluftvorrichtung bereitgestellte Druckluft geöffnet werden.
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Die Füllvorrichtung kann derart ausgebildet sein, dass eine Vielzahl von Kammern mit dem zumindest teilweise elastischen Element gefüllt werden kann. Die Füllvorrichtung kann ausgebildet sein, ein Füllmaterial bereitzustellen. Bei dem Füllmaterial kann es sich um das zumindest teilweise elastische Element handeln oder um eine Vorstufe des zumindest teilweise elastischen Elements, z. B. um ein Material, das erst nach Befüllen der Kammern zu dem zumindest teilweise elastischen Element wird. Die Befüllung der Kammern kann mit dem durch die Füllvorrichtung bereitgestellten Füllmaterial erfolgen. Beispielsweise kann das Zwischenprodukt mit verbundener, z. B. verschweißter, erster metallischer Folie und zweiter metallischer Folie sowie geöffneten Kammern in der Transportrichtung bewegt werden und in dem jeweils passierenden zweiten Abschnitt kann eine Kammer mit dem von der Druckluftvorrichtung bereitgestellten Füllmaterial befüllt werden.
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Auf diese Weise kann ein wärmeleitfähiges Element hergestellt werden, bei dem jeweils eine der Vielzahl von Kammern zwischen zwei der Vielzahl von ersten Abschnitten angeordnet ist, beispielsweise zwischen zwei einer Vielzahl von Verbindungen, beispielsweise Schweißverbindungen, z. B. Schweißnähten, angeordnet ist.
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Die Vorrichtung kann ferner eine Andrückvorrichtung aufweisen. Die Andrückvorrichtung kann ausgebildet sein, die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie zum Verbinden, z. B. zum Verschweißen, zusammenzudrücken. Die Andrückvorrichtung kann beispielsweise ein stangenförmiges oder zylinderförmiges Element (oder kurz hierin auch als eine Stange bezeichnet) aufweisen, über welche die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie in der Transportrichtung geführt werden können. Beispielsweise können sowohl in Transportrichtung als auch entgegengesetzt zur Transportrichtung Kräfte auf die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie wirken. Diese Kräfte können dazu führen, dass die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie unter Spannung stehen und im Bereich der Stange aufeinander aufliegen/anliegen. Die Kräfte entgegengesetzt zur Transportrichtung können beispielsweise durch eine Bremskraft der Bereitstellungsvorrichtung erzeugt werden. Um das Aneinanderliegen der ersten metallischen Folie und der zweiten metallischen Folie im Bereich der Stange noch zu verbessern, kann die Andrückvorrichtung einen Niederhalter aufweisen. Der Niederhalter kann auf einer anderen Seite der ersten metallischen Folie und der zweiten metallischen Folie angeordnet sein als die Stange. Dadurch können die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie durch die Stange und den Niederhalter zusammengedrückt werden.
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Die Andrückvorrichtung weist eine Nut auf. Die Nut verhindert ein Verbinden, z. B. Verschweißen, der ersten und/oder zweiten metallischen Folie mit der Andrückvorrichtung und/oder der Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt. Beispielsweise kann die Nut in der Stange der Andrückvorrichtung ausgebildet sein. Die Nut kann derart angeordnet sein, dass der Laserstrahl der Laservorrichtung im Bereich der Nut auf die erste metallische Folie und die zweite metallische Folie auftrifft.
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Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitfähigen Elements, beispielsweise eines wärmeleitfähigen Elements gemäß dem ersten Aspekt, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer ersten metallischen Folie und einer zweiten metallischen Folie. Das Verfahren umfasst ein Verbinden der ersten metallischen Folie und der zweiten metallischen Folie in mindestens einem ersten Abschnitt. Das Verfahren umfasst ein Öffnen der ersten metallischen Folie und der zweiten metallischen Folie zur Bildung mindestens einer Kammer in mindestens einem zweiten Abschnitt. Das Verfahren umfasst ein Füllen der mindestens einen Kammer mit mindestens einem zumindest teilweise elastischen Element.
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Das Verbinden kann ein Verlöten, ein Verschweißen, ein Verkleben oder ein Vulkanisieren aufweisen oder als ein Verlöten, ein Verschweißen, ein Verkleben oder ein Vulkanisieren ausgebildet sein.
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Das Verbinden kann ein Verbinden, z. B. ein Verschweißen, der ersten metallischen Folie und der zweiten metallischen Folie in einer Vielzahl von ersten Abschnitten umfassen. Das Öffnen kann ein Öffnen der ersten metallischen Folie und der zweiten metallischen Folie zur Bildung einer Vielzahl von Kammern umfassen. Jeweils eine der Vielzahl von Kammern kann zwischen zwei der Vielzahl von ersten Abschnitten angeordnet sein.
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Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf das wärmeleitfähige Element gemäß dem ersten Aspekt beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch in entsprechender Weise in der Batterienanordnung gemäß dem zweiten Aspekt und/oder der Vorrichtung zur Herstellung eines wärmeleitfähigen Elements gemäß dem dritten Aspekt und/oder dem Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitfähigen Elements gemäß dem vierten Aspekt realisiert sein/werden und umgekehrt.
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Die vorliegende Erfindung soll weiter anhand von Figuren erläutert werden. Diese Figuren zeigen schematisch:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines wärmeleitfähigen Elements;
- 2a eine Variante des Ausführungsbeispiels eines wärmeleitfähigen Elements;
- 2b eine Detailsicht der Variante des Ausführungsbeispiels eines wärmeleitfähigen Elements aus 2a;
- 3 eine Detailansicht einer Variante des Ausführungsbeispiels eines wärmeleitfähigen Elements;
- 4a eine mögliche Anordnung eines wärmeleitfähigen Elements in einer Batterieanordnung;
- 4b einen möglichen Aufbau der Batterieanordnung aus 4a;
- 5a ein erster Teil eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Herstellung eines wärmeleitfähigen Elements;
- 5b eine denkbare Variante des ersten Teiles des Ausführungsbeispiels der Vorrichtung aus 5a;
- 5c ein zweiter Teil des Ausführungsbeispiels zur Herstellung eines wärmeleitfähigen Elements;
- 5d ein dritter Teil des Ausführungsbeispiels zur Herstellung eines wärmeleitfähigen Elements; und
- 6 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines wärmeleitfähigen Elements.
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Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfolgend dargelegten Details abweichen können. Die Figuren dienen ferner lediglich zum Zwecke der Verdeutlichung von Ausführungsbeispielen. Sie sind nicht maßstabsgetreu und sollen lediglich das allgemeine Konzept der Erfindung beispielhaft widerspiegeln. Beispielsweise sollen Merkmale, die in den Figuren enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil erachtet werden.
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Auch wenn im Folgenden teilweise von einem elastischen Element statt einem zumindest teilweise elastischen Element gesprochen ist, so ist dem Fachmann klar, dass das elastische Element nicht vollkommen oder vollständig elastisch sein muss, sondern auch anelastische Eigenschaften haben kann. Vielmehr kann es neben elastischen Eigenschaften auch anelastische und/oder plastische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann es jenseits des Elastizitätsbereichs anelastische Eigenschaften aufweisen und dennoch als elastisches Element verstanden und bezeichnet werden.
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Auch wenn im Folgenden teilweise vom Verschweißen als eine Möglichkeit des Verbindens von zwei metallischen Folien gesprochen wird, so sind die Verbindungsmöglichkeiten nicht rein auf ein Verschweißen beschränkt. Ebenso können die metallischen Folien durch ein Verlöten oder ein Verkleben oder ein Vulkanisieren oder eine anderweitige stoff- oder formschlüssige Verbindung miteinander verbunden werden.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele und zugehörige mögliche Details beschrieben.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines wärmeleitfähigen Elements 10. Das wärmeleitfähige Element 10 weist eine erste metallische Folie 12, eine zweite metallische Folie 14 und mindestens ein zumindest teilweise elastisches Element 30 auf. In mindestens einem ersten Abschnitt A1 liegen die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie 14 aneinander an. In dem mindestens einen ersten Abschnitt sind die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie 14 miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt.
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In mindestens einem zweiten Abschnitt A2 bilden die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie 14 mindestens eine Kammer 20 (alternativ auch Hohlraum 20). In der mindestens einen Kammer 20 ist jeweils eines des mindestens einen zumindest teilweise elastischen Elements 30 angeordnet.
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Die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie 14 erstrecken sich jeweils sowohl in einer x-Richtung als auch in einer senkrecht dazu verlaufenden y-Richtung. Die Kammern sind im Gegensatz hierzu auch in einer senkrecht zu der x-Richtung und der y-Richtung verlaufenden z-Richtung aufgeweitet. In dem Beispiel aus 1 sind beispielhaft zwei vollständige erste Abschnitte A1 und drei vollständige zweite Abschnitte A2 gezeigt. In dem ersten Abschnitt sind die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie 14 miteinander verbunden, z. B. verschweißt. Beispielsweise kann hierfür eine Schweißnaht 40 in dem ersten Abschnitt A1 vorgesehen sein, z. B. in x-Richtung jeweils mittig in dem jeweiligen ersten Abschnitt. Die Schweißnaht 40 kann sich in x- und y-Richtung erstrecken. In jedem zweiten Abschnitt A2 erstreckt sich jeweils eine durch Öffnung oder Aufweitung der ersten metallischen Folie 12 und der zweiten metallischen Folie 14 entstandene Kammer 20. In dem Beispiel aus 1 sind beispielhaft drei Kammern 20 gezeigt. In jeder dieser drei Kammern 20 ist jeweils ein zumindest teilweise elastisches Element 30 angeordnet. Demgemäß sind in dem Beispiel aus 1 drei zumindest teilweise elastische Elemente 30 in dem wärmeleitfähigen Element 10 vorgesehen/angeordnet. Die Kammern 20 aus 1 sind beispielhaft mehreckig oder wabenförmig in ihrem Querschnitt ausgebildet.
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Die metallischen Folien 12, 14 können jeweils beispielsweise als Aluminium-Folie ausgebildet sein (aus Aluminium bestehen). Im Endzustand kann das wärmeleitfähige Element 10 auch als Aluminium-Folie(n) gefüllt mit einem Schaumstoff ausgebildet sein / bezeichnet werden.
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In 2a und 2b ist eine Variante des Ausführungsbeispiels des wärmeleitfähigen Elements 10 aus 1 gezeigt. Das wärmeleitfähige Element 10 aus 2a hat beispielhaft zehn Kammern 20, die jeweils mit einem zumindest teilweise elastischen Element 30 versehen oder gefüllt sind. Anders ausgedrückt, es sind insgesamt zehn zumindest teilweise elastische Elemente 30 in den insgesamt zehn Kammern 20 angeordnet. Die Kammern 20 haben beispielhaft einen kreisrunden Querschnitt. Anders ausgedrückt, die Kammern 20 sind in ihrer Erstreckung in x-y-z-Richtung zylinderförmig ausgebildet. Die zylinderförmigen Kammern 20 sind beispielsweise in ihrem gesamten Querschnitt und entlang ihrer gesamten Länge mit dem zumindest teilweise elastischen Element 30 gefüllt. In 2b ist eine Detailansicht des Ausführungsbeispiels aus 2a gezeigt.
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In 3 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels des wärmeleitfähigen Elements 10 aus 1 und der 2a und 2b gezeigt. Das wärmeleitfähige Element 10 aus 3 weist Kammern 20 auf, die beispielhaft einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt haben. Anders ausgedrückt, die Kammern 20 sind in ihrer Erstreckung in x-y-z-Richtung quaderförmig ausgebildet. Die quaderförmigen Kammern 20 sind beispielsweise in ihrem gesamten Querschnitt und entlang ihrer gesamten Länge mit dem zumindest teilweise elastischen Element 30 gefüllt.
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In 4a ist schematisch dargestellt, wie das wärmeleitfähige Element 10 in einer Batterieanordnung 1 verwendet oder eingesetzt werden kann. Die Batterieanordnung 1 weist mindestens eine Batterie 50 (auch als Batteriemodul 50 bezeichnet) auf. Die Batterie 50 erzeugt bei Gebrauch oder Verwendung Wärme. Die Batterieanordnung 1 weist ferner mindestens eine, nicht gezeigte Temperieranordnung zur Temperierung der Batterie 50, z. B. Kühlanordnung zur Kühlung der Batterie 50, auf. Die Temperieranordnung, z. B. die Kühlanordnung, ist mit einem Gehäuse 60, beispielsweise einer Batteriewanne 60, in wärmeleitender Verbindung. Beispielsweise ist die Temperieranordnung, z. B. die Kühlanordnung, mit dem Gehäuse 60 verbunden. Zwischen der Batterie 50 und dem Gehäuse, z. B. der Batteriewanne 60, ist mindestens ein wärmeleitfähiges Element 10 angeordnet, wie es hierin beschrieben wird/wurde.
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Die von der Batterie 50 erzeugte Wärme wird über die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie 14 zu dem Gehäuse, z. B. der Batteriewanne 60, transportiert, wie dies durch die Pfeile in der 4a angedeutet ist. Aufgrund der wärmeleitenden Verbindung zwischen dem Gehäuse, z. B. der Batteriewanne 60, und der Temperieranordnung, z. B. der Kühlanordnung, kann die Wärme zu der Temperieranordnung, z. B. der Kühlanordnung, abtransportiert werden. Die Batterie 50 kann auf diese Weise effizient gekühlt werden. Zudem lässt sich das wärmeleitfähige Element 10 aufgrund der elastischen/flexiblen Eigenschaften des elastischen Elements 30 und damit des wärmeleitfähigen Elements selbst 10 flexibel in unterschiedliche große Spalte zwischen Batterie 50 und Gehäuse, z. B. Batteriewanne 60, einbringen oder einpassen.
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Die zumindest teilweise elastischen Elemente 30 aus 1 können beispielsweise eine Dicke (Erstreckung in z-Richtung) von 2,5 mm haben. Die zumindest teilweise elastischen Elemente 30 können beispielsweise komprimierbar sein auf eine Dicke (Erstreckung in z-Richtung) von 0,5 mm. Diese genannten Beispielwerte sind insbesondere geeignet für durch Abstände zwischen Batterie und Batteriegehäuse/-wanne von 0,5 mm bis 2,5 mm. Insbesondere kann die Dicke der verwendeten elastischen Elemente 30 auf den maximalen Abstand zwischen Batterie und Batteriegehäuse/- wanne abgestimmt sein und kann die Dicke der verwendeten elastischen Elemente 30 in einem komprimierten Zustand auf den minimalen Abstand zwischen Batterie und Batteriegehäuse/-wanne abgestimmt sein.
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4b zeigt eine mögliche Ausgestaltung der Batterieanordnung 1 aus 1. Die Batterieanordnung 1 weist hierbei beispielhaft eine Batterie 50, eine Batteriewanne 60 und Batterietemperierung 70, z. B. eine Batteriekühlung 70, auf. In der beispielhaften Ausgestaltung aus 4b weist die Batterietemperierung 70, z. B. die Batteriekühlung 70, eine Temperierfläche, z. B. eine Kühlfläche, auf oder ist als Temperierfläche, z. B. als Kühlfläche, ausgebildet. Andere Ausgestaltungen sind denkbar. Auch wenn die Batterietemperierung 70, z. B. die Batteriekühlung 70, und die Batteriewanne 60 in der beispielhaft gezeigten Ausgestaltung nicht unmittelbar miteinander verbunden sind, so besteht eine wärmeleitende Verbindung zwischen der Batterietemperierung 70, z. B. der Batteriekühlung 70, und der Batteriewanne. Auf diese Weise kann von der Batterie 50 erzeugte Wärme, über ein zwischen der Batterie 50 und der Batteriewanne 60 eingebrachtes wärmeleitfähiges Element 10, zu der Batteriewanne 60 transportiert und letztendlich über die Batterietemperierung 70, z. B. die Batteriekühlung 70, abgeführt / abgekühlt werden. Auf diese Weise ist eine Temperierung, z. B. eine Kühlung, der Batterie 50 durch die Batterietemperierung 70, z. B. die Batteriekühlung 70, möglich.
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Wie beschrieben, wird bei dem wärmeleitfähigen Element 10 als Wärmeübertragungsmedium Metall verwendet und in Kombination mit einem elastischen Material verwendet, das für eine ausreichende Elastizität des wärmeleitfähigen Elements 10 zur flexiblen Einbringung in eine Batterieanordnung, wie die Batterieanordnung 1, sorgt. Durch diese Materialkombination werden die durch Fertigungstoleranzen entstehenden Abstände zwischen Wärmequelle und Temperierfläche, z. B. Kühlfläche, ausgeglichen und es wird eine bessere Wärmeleitfähigkeit erzielt. Die Verwendung eines „gap fillers“ wird vermieden. Der gleichmäßige Aufbau der Kombination von elastischem Material und dem Metall gewährleistet eine homogene Wärmeableitung. Aufgrund der federnden Eigenschaften des wärmeleitfähigen Elements (in englischer Abkürzung auch kurz „TCE“) muss kein Material im Überschuss eingesetzt werden. Durch den Einsatz von Metall wird eine höhere Wärmeleitfähigkeit bei geringeren Kosten erreicht. Zudem ist ein wärmeleitfähiges Element besser verarbeitbar im Vergleich zu einer Wärmeleitpaste. Des Weiteren ist das TCE leicht austauschbar und recyclebar.
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Würde daran gedacht, an Stelle eines elastischen Elements 30 alternativ ein Metallvlies einzusetzen, so ist zu berücksichtigen, dass bei einem Metallvlies für gewöhnlich das wärmeleitfähige Material inhomogen verteilt ist und die federnde Eigenschaft begrenzt ist.
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5a zeigt einen ersten Abschnitt einer Vorrichtung 100 zur Herstellung eines wärmeleitfähigen Elements 10, wie es hierin beschrieben wird/wurde. Die Vorrichtung 100 weist eine Bereitstellungsanordnung auf. Die Bereitstellungsanordnung ist ausgebildet, eine erste metallische Folie 12 und eine zweite metallische Folie 14 bereitzustellen. In den 5a und 5b wird daher ein Verschweißen der Folien 12, 14 als ein Beispiel für ein Verbinden der Folien 12, 14 gezeigt. In dem Beispiel aus 5a weist die Bereitstellungsanordnung eine erste Rolle 120 und eine zweite Rolle 140 auf oder ist durch diese gebildet. Die erste Rolle 120 ist ausgebildet, die erste metallische Folie 12 bereitzustellen. Die zweite Rolle 140 ist ausgebildet, die zweite metallische Folie 14 bereitzustellen. Die erste und die zweite metallische Folie können auf verschiedene Weise in einer Transportrichtung transportiert werden, die in Richtung der x-Achse weist. Durch den Transport in der Transportrichtung können die Folien 12, 14 verschiedene Bearbeitungsstationen der Vorrichtung 100 erreichen. Der Transport kann beispielsweise mit gleichbleibender / konstanter Geschwindigkeit erfolgen. Es ist ferner denkbar, dass der Transport der Folien 12, 14 vorübergehend beispielsweise für bestimmte Bearbeitungsschritte vorübergehend gestoppt wird. Nach einem Bearbeitungsschritt kann der Transport wieder fortgesetzt werden. Zur Detektion, ob der Transport vorübergehend gestoppt oder fortgesetzt werden kann, können geeignete Sensoren und Rechnerkomponenten Verwendung finden.
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Die Vorrichtung 100 weist eine Laservorrichtung 200 als ein Beispiel für eine Verbindungsvorrichtung auf. Die Laservorrichtung 200 ist ausgebildet, einen Laserstrahl bereitzustellen. Die Laservorrichtung 200 ist ausgebildet, die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie 14 in mindestens einem ersten Abschnitt miteinander zu verschweißen. Beispielsweise kann die Laservorrichtung 200 ausgebildet sein, über eine Schweißnaht die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie in dem ersten Abschnitt miteinander zu verschweißen. Beispielsweise kann die Laservorrichtung ausgebildet sein, in äquidistanten Abständen die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie 14 jeweils über eine Schweißverbindung 40, wie eine Schweißnaht oder eine oder mehrere Schweißpunkte, miteinander zu verschweißen. Die mehreren Scheißverbindungen 40 können beispielsweise nacheinander gebildet werden. Es ist denkbar, dass der Transport der Folien 12, 14 vorübergehend gestoppt wird, während eine jeweilige Schweißverbindung 40 durch die Laservorrichtung 200 erzeugt wird. Die Laservorrichtung 200 ist beispielhaft ausgebildet, die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie 14 in einer Vielzahl von ersten Abschnitten miteinander zu verschweißen. Das Verschweißen kann seriell erfolgen. Wird an Stelle einer spezifischen Laservorrichtung 200 allgemein eine Verbindungsvorrichtung vorgesehen, so ist die Verbindungsvorrichtung ausgebildet, die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie 14 in mindestens einem ersten Abschnitt miteinander zu verbinden. Auch für die weiteren zuvor und nachfolgend beschriebenen Details gelten entsprechend allgemein für ein Verbinden an Stelle eines spezifischen Verschweißens.
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Weitere Details sind in 5b gezeigt. Die erste metallische Folie 12 und die zweite metallische Folie 14 werden über ein zylinder- oder stangenförmiges Element 300, hierin auch als Stangenelement 300 oder kurz Stange 300 bezeichnet, geführt. Aufgrund der auf beiden Seiten der metallischen Folien 12, 14 wirkenden Kräfte liegen die Folien 12, 14 im Bereich der Stange 300 aneinander an und werden dort durch die Laservorrichtung 200 verschweißt. Die Kräfte F1 und F3 können beispielsweise dadurch wirken, dass die Rollen 120, 140 jeweils gebremst werden / sind. Aufgrund der Bremswirkung kommt es zu einem Zug auf die Folien 12, 14 entgegen ihrer Transportrichtung. Durch die teilweise oder vorübergehende Abbremsung der Rollen 120, 140 kommt es zu Rückzieheffekten, welche die Folien 12, 14 straffen. Dadurch liegen die Folien 12, 14 besser aufeinander an. Die Kräfte F2, F4 können beispielsweise aufgrund der in Transportrichtung ohnehin wirkenden Zugkräfte entstehen.
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Die Stange 300 weist eine Nut 400 auf. Die Nut 400 liegt in dem Bereich, in dem der Laserstrahl auf die Folien 12, 14 trifft. Aufgrund der Nut 400 wird ein Verschweißen der Folien 12, 14 mit der Stange 300 verhindert.
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Die Stange 300 kann Teil einer Andrückvorrichtung oder ein hiervon separates Element sein. Die Vorrichtung 100 kann die Andrückvorrichtung aufweisen. Die Andrückvorrichtung kann die Stange 300 aufweisen. Die Andrückvorrichtung kann ferner einen Niederhalter aufweisen. Der Niederhalter kann auf der anderen Seite der Folien 12, 14 angeordnet sein als die Stange 300. Durch den Niederhalter kann noch zuverlässiger dafür gesorgt werden, dass die Folien 12, 14 während des Schweißvorgangs lückenlos aneinander anliegen. Anders ausgedrückt, zusätzlich zu den auf die Folien 12, 14 in Transportrichtung und entgegen der Transportrichtung wirkenden Kräften F1 bis F4 bewirkt der Niederhalter noch zuverlässiger, dass die Folien 12, 14 im Bereich der Stange 300 und damit während des Schweißvorgangs aneinander anliegen. Zur besseren Realisierung der Verbindungen, beispielsweise der Schweißverbindungen 40, z. B. Schweißnaht, können die Folien 12, 14, wie beispielhaft beschrieben, zusammengedrückt werden, wie in 5b angedeutet.
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In 5c werden die geschweißten Kammern 20 sozusagen geöffnet. In 5c ist eine Druckluftvorrichtung 500 als Element der Vorrichtung 100 gezeigt. Die Druckluftvorrichtung 500 ist ausgebildet, zwischen der ersten metallischen Folie und der zweiten metallischen Folie mindestens eine Kammer 20 in mindestens einem zweiten Abschnitt zu öffnen. Wie in 5c zu erkennen, kann die Druckluftvorrichtung 500 angeordnet und ausgebildet sein, eine Kammer 20 nach der anderen zwischen den Folien 12, 14 mittels Druckluft zu öffnen. Die Folien 12, 14 werden beispielsweise in konstanter Geschwindigkeit in der Transportrichtung transportiert. Die Druckluftvorrichtung 500 ist ausgebildet, den jeweils passierenden Abschnitt zwischen zwei Schweißnähten 40 zu öffnen und dadurch eine Kammer 20 zu bilden. Für das Öffnen einer Kammer 20 kann der Transport vorübergehend gestoppt werden oder verlangsamt werden oder mit gleichbleibender Geschwindigkeit weiterlaufen.
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Die Druckluftvorrichtung ist beispielhaft ausgebildet, eine Vielzahl von Kammern 20 in einer Vielzahl von zweiten Abschnitt zu öffnen. Die Vielzahl von Kammern 20 kann seriell nacheinander geöffnet werden. Jeweils eine der Vielzahl von Kammern 20 ist zwischen zwei der Vielzahl von ersten Abschnitten A1 angeordnet. Anders ausgedrückt, jeweils eine der Vielzahl von Kammern 20 ist zwischen zwei der Vielzahl von Verbindungen, beispielsweise Schweißverbindungen 40, angeordnet.
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In 5d werden die geöffneten Kammern 20 befüllt/gefüllt. In 5d ist eine Füllvorrichtung 600 als Teil der Vorrichtung 100 gezeigt. Die Füllvorrichtung 600 ist ausgebildet, die mindestens eine Kammer 20 mit mindestens einem zumindest teilweise elastischen Element 30 zu füllen oder zu befüllen. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Zwischenprodukt mit Folien 12, 14 und geöffneten Kammern 20 in Transportrichtung an der Füllvorrichtung 600 vorbei oder entlanggeführt wird. Die Füllvorrichtung 600 kann in diesem Fall beispielsweise jeweils eine oder mehrere der Kammern mit dem zumindest teilweise elastischen Element 30 füllen. Während des Füllvorgangs kann der Transport vorübergehend gestoppt oder verlangsamt werden oder mit gleichbleibender Geschwindigkeit weiterlaufen. Das zumindest teilweise elastische Element 30 kann dabei bereits in dem Aggregatszustand von der Füllvorrichtung 600 in die Kammern 20 eingebracht werden, in dem es sich in dem Endzustand befindet. Alternativ kann die Füllvorrichtung 600 die Kammern 20 beispielsweise mit einem Material eines anderen Aggregatszustands, z. B. einem flüssigen Material füllen. Dieses Material kann teilweise aushärten und im Endzustand das zumindest teilweise elastische Element 30 ergeben.
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In 6 ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines wärmeleitfähigen Elements 10 dargestellt. Das Verfahren kann durch die Vorrichtung 100 durchgeführt werden. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer ersten metallischen Folie 12 und einer zweiten metallischen Folie 14 (Schritt S602). Das Verfahren umfasst ein Verbinden, z. B. ein Verschweißen, der ersten metallischen Folie 12 und der zweiten metallischen Folie 14 in mindestens einem ersten Abschnitt A1 (Schritt S604). Das Verfahren umfasst ein Öffnen der ersten metallischen Folie 12 und der zweiten metallischen Folie 14 zur Bildung mindestens einer Kammer 20 in mindestens einem zweiten Abschnitt (Schritt S606). Das Verfahren umfasst ein Füllen der mindestens einen Kammer 20 mit mindestens einem zumindest teilweise elastischen Element 30 (Schritt S608).
