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Die Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung zur dosierten Ausgabe einer viskosen Wärmeleitmasse, insbesondere auf ein Batteriebauteil, wobei die Dosiereinrichtung eine Ausgabeeinheit mit einer Auslassdüse aufweist, durch welche ein an der Auslassdüse bereitgestellter Teil der Wärmeleitmasse ausgebbar ist, und wobei die Dosiereinrichtung dazu ausgelegt ist, einen Volumenstrom des von der Auslassdüse ausgegebenen Teils der Wärmeleitmasse zu steuern. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum dosierten Ausgeben einer viskosen Wärmeleitmasse.
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Um bei Elektrofahrzeugen, die bei der Schnellladung und beim Leistungsabruf in den Hochvolt-Batterien entstehende Wärme abführen zu können, kommt zwischen Batteriemodul und Kühlboden häufig eine Wärmeleitpaste, der so genannte Gapfiller, zum Einsatz. Diese Wärmeleitpaste kann auch als Thermal Interface-Material bezeichnet werden, und wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Wärmeleitmasse genannt. Bei der Montage der Hochvolt-Batterie kann zum Beispiel zuerst in das noch leere Batteriegehäuse, welches auch in einzelne Fächer untergliedert sein kann, die auch als Gefache bezeichnet werden, der Gapfiller raupenförmig appliziert werden und dann durch das Aufsetzen und Absenken des Batteriemoduls langsam in die Fläche verdrückt werden. Optional kann in einem vorgelagerten Schritt durch geometrische Vermessung mindestens eine der beide Fügepartner, das heißt Batteriemodul und/oder Batteriewanne, die den Kühlungsboden bereitstellt, die benötigte Gapfillermenge zur vollständigen Benetzung der thermisch aktiven Fläche bestimmt und eben nur exakt dieses Volumen appliziert werden. Dies ist beispielsweise in der
DE 10 2019 135 382 A1 und in der
DE 10 2019 135 381 A1 beschrieben. Dabei kann eine lokale Mengenanpassung nicht nur bezogen auf ein gesamtes Batteriemodul vorgenommen werden, sondern die thermisch aktiven Flächen können auch lokal zusätzlich unterteilt beziehungsweise segmentiert werden und für jedes dieser Segmente kann eine angepasste Gapfillermenge in Form eines Raupen- oder Punktauftrags appliziert werden. Die Exaktheit und Effizienz dieser Mengenanpassung wird durch eine möglichst feinteilige Segmentierung positiv beeinflusst. Eine weitere Möglichkeit zur Einbringung eines Gapfillers besteht darin, zunächst das Batteriemodul in das leere Batteriegefache zu setzen und zu verschrauben und in den entstehenden Spalt anschließend den Gapfiller zu injizieren. Um die zukünftigen Hochvolt-Batterien der Elektrofahrzeuge noch kostengünstiger und ressourceneffizienter bauen zu können, sehen zukünftige Konzepte der Hochvolt-Batterien immer größerflächige Batteriemodule vor. Die Größe solcher Module reicht angefangen von der Größe eines Schuhkartons bis mittlerweile zu einer Modulgröße mit über 1,2 Metern Länge. Ziel dabei ist es, die Energiedichte innerhalb der Batterie zu erhöhen und die Montage durch wenige Einzelteile zu vereinfachen. Dies bringt jedoch zum Beispiel das oben beschriebene Gapfiller-Injektionsverfahren an seine Grenzen, da die resultierenden Fließwege zu lang werden. Auch bei der Raupenapplikation müssen in einem solchen Fall mehrere Raupen nebeneinander abgelegt werden, da zum Beispiel eine einzelne Raupe zur prozesssicheren Benetzung nicht mehr ausreichend ist.
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Weiterhin beschreibt die
DE 39 21 503 C1 eine Mehrfachdosiervorrichtung, insbesondere für Färbeapparate zur Erstellung von Musterfärbungen, bei der abquetschbare Schlauchleitungen von Vorratsbehältern abführen, und bei der sich der gleichzeitige Start und die gewünschte Dosiermenge pro Zeiteinheit dadurch einhalten lassen, dass eine Welle mit Gegenlagern vorgesehen ist, welche die Schlauchleitungen abdichtend verschließend gegen Widerlager quetschen kann. Dabei können also die Schlauchleitungen synchron durch axiale Verschiebung dieser Welle gequetscht werden, um den Durchfluss abzusperren. Somit kann für alle Schlauchleitungen der Beginn und das Ende der Ausgabe synchron gesteuert werden. Weiterhin sind die Enden der Schlauchleitungen mit austauschbaren Auslaufdüsen versehen und/oder die Schlauchleitungen weisen unterschiedliche Durchströmquerschnitte auf. Dadurch lassen sich für verschiedene Zusatzstoffe unterschiedliche Durchströmmengen einstellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dosiereinrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die auch für große Batterien eine möglichst effiziente und vor allem möglichst flexibel anpassbare Ausgabemöglichkeit zur Ausgabe einer viskosen Wärmeleitmasse ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Dosiereinrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Dosiereinrichtung zur dosierten Ausgabe einer viskosen Wärmeleitmasse weist eine erste Ausgabeeinheit mit einer ersten Auslassdüse auf, durch welche ein an der ersten Auslassdüse bereitgestellter erster Teil der Wärmeleitmasse ausgebbar ist, wobei die Dosiereinrichtung dazu ausgelegt ist, einen ersten Volumenstrom des von der ersten Auslassdüse ausgegebenen ersten Teils der Wärmeleitmasse zu steuern. Weiterhin weist die Dosiereinrichtung eine zweite Ausgabeeinheit mit einer zweiten Auslassdüse auf, durch welche ein an der zweiten Auslassdüse bereitgestellter zweiter Teil der Wärmeleitmasse zumindest teilweise gleichzeitig zu einem Ausgeben des ersten Teils der Wärmeleitmasse durch die erste Auslassdüse ausgebbar ist, und wobei die Dosiereinrichtung dazu ausgelegt ist, einen zweiten Volumenstrom des von der zweiten Auslassdüse ausgegebenen zweiten Teils der Wärmeleitmasse separat vom ersten Volumenstrom zu steuern.
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Mit anderen Worten lassen sich durch die Dosiereinrichtung während des Ausgebens der Wärmeleitmasse durch die jeweiligen Auslassdüsen die jeweiligen Volumenströme separat variieren und einstellen. Dadurch ist es erst möglich, eine Dosiereinrichtung mit mehreren Ausgabeeinheiten zum dosierten Ausgeben der Wärmeleitmasse bei der Herstellung einer Batterie zu verwenden, da beim Einbringen einer Wärmeleitmasse in eine Batterie lokale geometrische Unterschiede der Auftragungsbereiche so detailliert wie möglich berücksichtigt werden sollten, um letztendlich in der so bereitgestellten Batterie eine maximale Benetzung der mittels der Wärmeleitmasse thermisch zu koppelnden Flächen bei gleichzeitig möglichst geringen Spalthöhen zu erreichen und dadurch die Wärmeabfuhreffizienz zu maximieren. Derartige geometrische Unterschiede lassen sich nun vorteilhafterweise dadurch berücksichtigen, dass die Dosiereinrichtung mindestens zwei Ausgabeeinheiten, nämlich die erste und zweite Ausgabeeinheit, aufweist, deren Volumenströme separat steuerbar und damit einstellbar sind. Die Volumenströme lassen sich dabei jeweils auch während des Ausgebens variieren. Eine Variation kann aber auch zwischen Ausgabezyklen oder Ausgabeabschnitten eines Ausgabeprozesses stattfinden, die zeitlich voneinander separiert sind. Zum Beispiel können Wärmeleitmassenpunkte appliziert werden, wobei dann die Aufbringung eines solchen Wärmeleitmassenpunkts einen Ausgabeabschnitt darstellt. Auch können Raupen in ein einzelnes Aufnahmefach oder auf eine einzelne Modulunterseite appliziert werden, was dann einen Ausgabezyklus darstellen kann der für mehrere Fächer oder Module mit angepassten Ausgabeströmen wiederholt wird. Mit anderen Worten muss die Ausgabe durch die jeweiligen Auslassdüsen nicht notwendigerweise kontinuierlich erfolgen, sondern kann auch mit zeitlichen Unterbrechungen stattfinden. Unterschiedliche Volumenströme können dann jeweils für die unterschiedlichen Ausgabeintervalle eingestellt werden und innerhalb eines solchen Auftragungsintervalls konstant gehalten werden oder auch innerhalb eines solchen Auftragungsintervalls variiert werden. Ein weiterer großer Vorteil der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung besteht zudem darin, dass diese sich sowohl für das Auftragen der viskosen Wärmeleitmasse auf ein Batteriebauteil, zum Beispiel einen Kühlboden, eignet, wie beispielsweise das eingangs beschriebene raupenförmige oder punktförmige Applizieren des Gapfillers, als auch für das eingangs beschriebene Injektionsverfahren. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das Auftragen der Wärmeleitmasse auf ein Batteriebauteil, insbesondere den Boden des Gehäuses und/oder einer Unterseite eines entsprechenden Batteriemoduls, bevor das entsprechende Modul in das Gehäuse eingesetzt wird, auch als Applikationsverfahren oder einfach als Applikation bezeichnet, und das Einbringen in einen Spalt zwischen Gehäuseboden und einem bereits im Gehäuse angeordnetem Modul als Injektionsverfahren bzw. einfach als Injektion. Im Falle der Verwendung der Dosiereinrichtung zum Einbringen der Wärmeleitmasse vor dem Zusammenbau beziehungsweise vor dem Einsetzen der Batteriemodule in ein Batteriegehäuse, d.h. also bei einem Applikationsverfahren, ermöglicht die Dosiereinrichtung durch die separat steuerbaren Volumenströme der ausgegebenen Wärmeleitmasse vorteilhafterweise eine sehr differenzierte Anpassung an die geometrischen Gegebenheiten des Modulbodens und/oder des Kühlbodens des Batteriegehäuses, die durch eine Vorabvermessung zuvor bestimmt werden können. Somit kann der Bereich, auf welchen mittels der Dosiereinrichtung die Wärmeleitmasse aufgebracht werden soll, vorab in einzelne Segmente untergliedert werden, für die einzelnen Segmente die aufzubringende Wärmeleitmasse bestimmt werden und diese dann anschließend mittels der Dosiereinrichtung gezielt unter der Verwendung beider oder auch mehrerer Ausgabeeinheiten mit individuell eingestellten Volumenströmen in die jeweiligen Segmente aufgetragen werden. Eine Auftragung der Wärmeleitmasse muss dabei nicht notwendigerweise in Form von Raupen erfolgen, sondern kann zum Beispiel auch in Form von Auftragungspunkten erfolgen. Da die Exaktheit und Effizienz der Mengenanpassung durch eine möglichst feinteilige Segmentierung positiv beeinflusst wird, ist es sehr vorteilhaft, wenn nunmehr viele Raupen oder Punkte gleichmäßig verteilt pro Zeiteinheit appliziert werden können. Auch beim Injektionsverfahren bringt die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung sehr große Vorteile. Mittels dieser ist es nunmehr möglich, die Wärmeleitmasse über mehrere Injektionspunkte gleichzeitig zu injizieren. Dabei kann über die jeweiligen Injektionspunkte die injizierte Wärmeleitmasse hinsichtlich ihres Volumenstroms individuell eingestellt werden, so dass auch hier geometrische Besonderheiten vorteilhafterweise berücksichtigt werden können. So können zum Beispiel auch Überdrücke bei der Injektion, die zu einer möglichen Beschädigung der Batteriemodule führen könnten, durch eine adaptive Einstellung der Volumenströme vorteilhafterweise vermieden werden. Gerade bei der Gapfillerinjektion bringt die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung zusätzlich den großen Vorteil, dass sich mit dieser auch räumlich sehr weit ausgedehnte Spalte füllen lassen, wie dies zum Beispiel bei sehr großen Batteriemodulen der Fall ist. Die Fließwege können durch das Vorsehen mehrerer Injektionspunkte, die durch die jeweiligen Auslassdüsen angefahren werden können, deutlich verkürzt werden. So lässt sich vorteilhafterweise das beschriebene Injektionsverfahren auch bei sehr großflächigen Batteriemodulen weiterhin verwenden. Insgesamt lässt sich unabhängig vom Auftragsverfahren durch die Dosiereinrichtung zudem ein enormer Zeitvorteil erzielen. Durch die zeitlich parallele Ausgabemöglichkeit der Wärmeleitmasse lässt sich somit zusätzlich die Zeit des Auftragens beziehungsweise Injizierens deutlich verkürzen. Somit können zum Beispiel bei der Gapfillerinjektion größere Volumen pro Zeiteinheit injiziert werden, ohne dass es aufgrund zu großer Fließlängen zu überhöhten Drücken kommt. Bei der Raupenapplikation werden mehrere Raupen oder Massenpunkte zeitlich parallel abgelegt. Das spart ebenfalls Taktzeit beziehungsweise steigert die Produktivität der Applikationsanlage, so dass insgesamt weniger Anlagen, das heißt Dosiereinrichtungen, und auch Fläche, in der Montage benötigt werden. Durch die feingliedrige Verteilung über mehrere Einzelraupen kann des Weiteren die geforderte Flächenbenetzung prozesssicherer mit gegenüber dem Status quo geringeren Gapfillermengen dargestellt werden. Beim Einsatz der Mengenanpassung basierend auf der geometrischen Vermessung der Fügepartner, das heißt der Gehäusewanne und/oder dem Batteriemodul, kann der Segmentierungsgrad gesteigert und dadurch die Effizienz gesteigert werden. Auch andere Gewerkebereiche können durch die beschriebene Weiterentwicklung der Anlagentechnik, die durch die Dosiereinrichtung bereitgestellt wird, durch eine gesteigerte Produktivität profitieren, da eine Übertragbarkeit auf konventionelle Klebeanlagen, die ebenfalls als Dosieranlagen ausgebildet sein können, als gegeben angesehen werden kann.
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Bei der viskosen Wärmeleitmasse kann es sich um die eingangs erwähnte Wärmeleitpaste beziehungsweise den Gapfiller handeln. Eine solche Wärmeleitmasse ist dabei vorzugsweise während des Ausgebens durch die Dosiereinrichtung viskos, kann jedoch im Laufe der Zeit in einen festen Zustand übergehen, insbesondere durch Aushärten. Die Viskosität kann je nach Anwendungsfall und Art der Wärmeleitmasse von relativ flüssig bis sehr zähflüssig und pastös variieren. Die von der ersten Auslassdüse ausgegebene Wärmeleitmasse unterscheidet sich dabei vorzugsweise nicht von der durch die zweite Auslassdüse ausgegebenen Wärmeleitmasse, insbesondere hinsichtlich ihrer Zusammensetzung. Beispielsweise kann die Wärmeleitmasse, wie dies nachfolgend noch detaillierter erläutert wird, durch ein gemeinsames Reservoir bereitgestellt werden, über welches die jeweiligen Teile der Wärmeleitmasse den jeweiligen Auslassdüsen zugeführt wird, insbesondere gegebenenfalls unter Durchlaufen noch weiterer optionaler und später noch näher erläuterter Komponenten. Unter einem Volumenstrom ist dabei im Allgemeinen das pro Zeiteinheit von einer Auslassdüse ausgegebene Volumen an Wärmeleitmasse zu verstehen. Ein höherer Volumenstrom bedeutet also, dass pro Zeiteinheit eine größere Menge an Wärmeleitmasse durch die betreffende Auslassdüse ausgegeben wird. Zur Steuerung der Volumenströme kann die Dosiereinrichtung zudem eine Steuereinrichtung aufweisen. Die Steuerung der Volumenströme kann dabei auch in Form einer Regelung stattfinden. Mit anderen Worten soll der Begriff Steuerung auch eine Regelung umfassen können. Eine jeweilige Auslassdüse kann zum Beispiel eine Öffnung bereitstellen, durch welche die Wärmeleitmasse beziehungsweise der entsprechende Teil der Wärmeleitmasse ausgegeben wird. Durch die separate Steuerungsmöglichkeit der jeweiligen Volumenströme lässt es sich also auf einfache Weise bewerkstelligen, dass zum Beispiel über die erste Auslassdüse ein anderer Volumenstrom ausgegeben wird, als über die zweite Auslassdüse und dass zudem die Volumenströme unabhängig voneinander variiert bzw. eingestellt werden können.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Dosiereinrichtung zur Steuerung des ersten Volumenstroms als die erste Ausgabeeinheit einen ersten regelbaren Dosierer auf, der die erste Auslassdüse bereitstellt, und zur Steuerung des zweiten Volumenstroms als die zweite Ausgabeeinheit einen zweiten regelbaren Dosierer, der die zweite Auslassdüse bereitstellt. Ein jeweiliger solcher Dosierer, der auch als Regeldosierer bezeichnet wird, kann also zum Beispiel einen Zuführanschluss aufweisen, über welchen dem entsprechenden Dosierer die Wärmeleitmasse beziehungsweise der entsprechende Teil der Wärmeleitmasse zugeführt werden kann. Dieser Teil der Wärmeleitmasse durchläuft dann entsprechend den Dosierer und wird über die durch diesen bereitgestellte Auslassdüse ausgegeben. Der Dosierer kann dabei die Dosiermenge und den Volumenstrom, d.h. Ausgabemenge pro Zeit verändern und einstellen, insbesondere durch entsprechende Ansteuerung, und wird daher als regelbarer Dosierer bezeichnet. Je nach Ausbildung des Dosierers gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, dabei den ausgegebenen Volumenstrom einzustellen beziehungsweise zu verändern.
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Gemäß einem ersten Beispiel ist der erste und/oder zweite regelbare Dosierer als ein Kolbendosierer ausgebildet. Gemäß dieser Ausführungsform kann die im Dosierer aufgenommene Wärmeleitmasse mittels eines Kolbens aus der Auslassdüse herausgepresst werden. Über die Druckkraft des Kolbens beziehungsweise dessen Bewegungsgeschwindigkeit lässt sich der entsprechende Volumenstrom einstellen beziehungsweise variieren. Die Ausführung als Kolbendosierer ist dabei besonders einfach und kostengünstig und ermöglicht eine besonders einfache und wenig komplexe Einstellung eines gewünschten Volumenstroms. Die Veränderung des Volumenstroms einer Ausgabeeinheit beeinflusst in diesem Fall nicht die andere der mindestens zwei Ausgabeeinheiten. Dies ist dadurch bedingt, dass die Applikation durch die Kolbendosierer losgelöst von der Zuführung der Wärmeleitmasse zu den Kolbendosierern erfolgt, und damit diskontinuierlich. Mit anderen Worten können die Kolbendosierer, wenn diese leer oder nahezu leer sind, wieder aufgefüllt werden und dann wieder durch Ausgeben der Wärmeleitmasse entleert werden. Das Auffüllen der Kolbendosierer erfolgt damit losgelöst von dem Ausgeben der Wärmeleitmasse aus den Kolbendosierern. Dadurch ist eine einfachere Steuerung der jeweiligen Volumenströme möglich. Allerdings ist hierbei keine kontinuierliche Zuführung der Wärmeleitmasse zu den Kolbendosierern möglich. Spätestens wenn einer der Kolbendosierer einen vorbestimmten minimalen Füllstand erreicht hat, erfolgt dann eine Nachbefüllung, zum Beispiel durch die später näher erläuterte Bereitstellungseinrichtung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste und/oder zweite regelbarer Dosierer als Exzenterschneckendosierer ausgebildet. Ein solcher Dosierer umfasst also eine Exzenterschnecke, mittels welcher sich die Wärmeleitmasse durch den Dosierer fördern lässt. Insbesondere erfolgt dies durch Rotation der Exzenterschnecke. Die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl beeinflusst entsprechend wiederum die Fördergeschwindigkeit durch den Dosierer und entsprechend lässt sich hierdurch wiederum auf einfache Weise der Volumenstrom einstellen und variieren. Durch Verwendung einer solchen Exzenterschnecke ist es vorteilhafterweise möglich, einen kontinuierlichen, über die Drehzahl regelbaren Materialaustrag der Exzenterschnecken bereitzustellen. Es sind also keine Unterbrechungen zum Nachbefüllen der jeweiligen regelbaren Dosierer erforderlich. Zudem können solche Exzenterschneckendosierer auch deutlich kleiner und bauraumsparender ausgebildet werden. Auch dies ist wiederum unter anderem der Tatsache geschuldet, dass eine quasi kontinuierliche Zuführung der Wärmeleitmasse zu diesen Exzenterschneckendosierern möglich ist. Im Gegensatz dazu müssen Kolbendosierer mit einem ausreichend großen Reservoir ausgebildet sein, das so viel Wärmeleitmasse aufnehmen kann, wie für einen Auftragungszyklus, der ununterbrochen durchgeführt werden muss, erforderlich ist. Die Ausbildung mit einem kleineren Reservoir würde also nur sehr kurze Auftragungszyklen ermöglichen. Um die Effizienz zu steigern ist also entsprechend eine größere Ausbildung der Kolbendosierer nötig, insbesondere im Vergleich zu den beschriebenen Exzenterschneckendosierern. Diese können kontinuierlich mit Wärmeleitmasse versorgt werden und bedürfen daher keiner entsprechenden Mindestgröße, die an irgendwelche Auftragungszyklen angepasst ist.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Ausgabeeinheit einen ersten Ausgabekanal mit einem ersten Ende auf, das die erste Auslassdüse bereitstellt, und die zweite Ausgabeeinheit weist einen zweiten Ausgabekanal mit einem zweiten Ende auf, das die zweite Auslassdüse bereitstellt, wobei der erste Ausgabekanal zur Steuerung des ersten Volumenstroms ein erstes Regelventil aufweist und der zweite Ausgabekanal ein zweites Regelventil zur Steuerung des zweiten Volumenstroms aufweist. Ein solcher jeweiliger Ausgabekanal kann in einfachster Weise zum Beispiel durch ein Rohr bzw. eine Rohleitung oder einen Schlauch oder ähnliches bereitgestellt sein. Die genannten Regelventile sind vorzugsweise dazu ausgelegt, zur Steuerung des zweiten Volumenstroms einen minimalen Strömungsquerschnitt des betreffenden Ausgabekanals zu verändern beziehungsweise zu variieren. Die Ventile können dazu jeweils z.B. als Drossel ausgebildet sein. Eine Verringerung des Strömungsquerschnitts führt damit zu einer Verringerung des durch die betreffende Düse ausgegebenen Volumenstroms, während eine Vergrößerung des Querschnitts entsprechend zu einer Vergrößerung des Volumenstroms führt. Dies stellt eine technisch sehr einfache, kostengünstige und bauraumeffiziente Möglichkeit zur Bereitstellung der separat steuerbaren Auslassdüsen dar.
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Die einzelnen Ausgabekanäle können dabei jeweils durch unabhängige Bereitstellungseinrichtungen mit Wärmeleitmasse versorgt werden. Eine Nutzung einer gemeinsamen Bereitstellungseinrichtung hat jedoch den Vorteil, dass hierdurch wieder Bauraum und Kosten gespart werden können. Allerdings führt die Nutzung einer gemeinsamen Bereitstellungseinrichtung zu einer etwas komplexeren Prozessführung, da dies zu einer Kopplung der Auslassdüsen untereinander führt. Mit anderen Worten verändert sich beispielsweise der Bereitstellungsdruck, d.h. der Druck der bereitgestellten Wärmeleitmasse, am ersten Ausgabekanal in Abhängigkeit von der Einstellung des zweiten Regelventils und umgekehrt. Ist das zweite Regelventil beispielsweise geschlossen, so wird die Wärmeleitmasse mit einem höheren Druck im ersten Ausgabekanal bei geöffnetem ersten Regelventil bereitgestellt. Ist das zweite Regelventil ebenfalls geöffnet, so verringert sich korrespondierend auch der Bereitstellungsdruck im ersten Ausgabekanal. Diese gegenseitige Beeinflussung kann durch eine geeignete Steuerungslogik zur Steuerung der Volumenströme berücksichtigt werden, insbesondere auch durch eine zusätzliche Steuerung der nachfolgend noch näher beschriebenen Bereitstellungseinrichtung.
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Die beschriebenen Ausbildungsmöglichkeiten zur Ausbildung der jeweiligen Ausgabeeinheiten können grundsätzlich auch beliebig miteinander kombiniert werden. Mit anderen Worten müssen die erste und zweite Ausgabeeinheit nicht notwendigerweise gleich ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine mit einem Exzenterschneckendosierer ausgebildet sein, und die andere mit einem Kolbendosierer oder als Leitung mit einer Drossel. Bevorzugt ist jedoch eine gleichartige Ausbildung, da sich hierdurch die Steuerung vereinfacht.
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Darüber hinaus kann die Dosiereinrichtung auch mehr als nur zwei Ausgabeeinheiten aufweisen, zum Beispiel drei Ausgabeeinheiten, vier Ausgabeeinheiten, und so weiter. Eine Anzahl an Ausgabeeinheiten im einstelligen Bereich ist jedoch bevorzugt.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Dosiereinrichtung eine Bereitstellungseinrichtung auf, die mit der ersten Ausgabeeinheit und der zweiten Ausgabeeinheit gekoppelt ist oder koppelbar ist und die dazu ausgelegt ist, den ersten Teil der Wärmeleitmasse der ersten Ausgabeeinheit und den zweiten Teil der Wärmeleitmasse der zweiten Ausgabeeinheit zuzuführen. Mit anderen Worten können die erste und die zweite Ausgabeeinheit, sowie auch optionale weitere Ausgabeeinheiten eine gemeinsame Bereitstellungseinrichtung nutzen. Eine solche Bereitstellungseinrichtung kann dabei mindestens ein Reservoir umfassen, um die Wärmeleitmasse oder deren nachfolgend noch näher erläuterte Komponenten aufzunehmen und zu speichern. Durch die Nutzung einer gemeinsamen Bereitstellungseinrichtung lässt sich der Aufwand bei der Ausbildung der Dosiereinrichtung deutlich vereinfachen und Bauraum sparen.
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Viele gängige Gapfillermaterialien, das heißt Arten von Wärmeleitmassen, weisen dabei zwei Komponenten auf, die erst während oder kurz vor der Applikation in einem vorbestimmten Verhältnis, zum Beispiel im Verhältnis 1:1 gemischt werden. Durch die Mischung der beiden Komponenten wird der Aushärteprozess der Wärmeleitmasse in Gang gesetzt.
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Entsprechend stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Bereitstellungseinrichtung ein erstes Reservoir aufweist, insbesondere einen ersten Mischdosierer, das zur Aufnahme einer ersten Komponente der Wärmeleitmasse ausgelegt ist, und ein zweites Reservoir, insbesondere einen zweiten Mischdosierer, der zur Aufnahme einer zweiten Komponente der Wärmeleitmasse ausgelegt ist. Die beiden Mischdosierer können dabei ebenfalls als Kolbendosierer ausgebildet sein, was eine sehr einfache und kostengünstige Ausbildung dieser Reservoire ermöglicht. Grundsätzlich ist dabei auch hierbei wiederum die Ausbildung als ein oben beschriebener Exzenterschneckendosierer für die jeweiligen beiden oder optionalen weiteren Mischdosierer möglich. Weiterhin weist die Bereitstellungseinrichtung eine Mischeinrichtung, zum Beispiel einen Statikmischer, auf, welchem die erste Komponente aus dem ersten Reservoir und die zweite Komponente aus dem zweiten Reservoir zuführbar ist, und die dazu ausgelegt ist, die erste und zweite Komponente zur Wärmeleitmasse zu mischen, insbesondere während des Durchlaufens der Mischeinrichtung. Ein solcher Statikmischer kann zum Beispiel zwei Zuführeinlässe aufweisen und eine in einem Mischrohr angeordnete Mischwendel. Die Komponenten der Wärmeleitmasse werden dem Statikmischer mit einem bestimmten Einfülldruck zugeführt und dadurch durch den Statikmischer hindurchgepresst und mittels der Mischwendel beim Durchlaufen dieses Statikmischers gemischt. An dem den Einfülleinlässen gegenüberliegenden Ende des Statikmischers weist dieser einen Auslass auf. Aus diesem kann die aus den beiden Komponenten gemischte Wärmeleitmasse ausgeführt werden beziehungsweise dann entsprechend den jeweiligen Ausgabeeinheiten zugeführt werden. Diese können entsprechend über eine geeignete fluidische Verbindung an den Ausgang dieser Mischeinrichtung angeschlossen sein.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Wärmeleitmasse mehr als nur zwei Komponenten aufweist, zum Beispiel auch drei zu mischende Komponenten. In diesem Fall wäre dann ein entsprechend zusätzliches Reservoir für die weitere Komponente vorgesehen, und auch die Mischeinrichtung könnte dann entsprechend einen zusätzlichen Einlass für die dritte Komponente aufweisen. Grundsätzlich lässt sich dieses Prinzip auf beliebig viele Komponenten einer Wärmeleitmasse übertragen. Wird als Wärmeleitmasse dagegen nur eine einkomponentige Wärmeleitmasse verwendet, so kann die Bereitstellungseinrichtung beispielsweise nur ein einziges Reservoir aufweisen, zum Beispiel einen einzelnen Kolbendosierer, an dessen Ausgang entsprechend die jeweiligen Ausgabeeinheiten gekoppelt sind. In jedem Fall lassen sich so gemeinsame Komponenten der Bereitstellungseinrichtung für mehrere Ausgabeeinheiten nutzen. So kann also eine gemeinsame und zentrale Mischung der einzelnen Komponenten der Wärmeleitmasse erfolgen, während erst anschließend eine Aufteilung auf die jeweiligen Ausgabeeinheiten erfolgt.
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Nichts desto weniger ist es aber auch denkbar, dass jeder Ausgabeeinheit auch eine eigene Bereitstellungseinrichtung zugeordnet ist. Entsprechend stellt es auch eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Dosiereinrichtung eine erste Bereitstellungseinrichtung aufweist, die mit der ersten Ausgabeeinheit gekoppelt ist und die dazu ausgelegt ist, den ersten Teil der Wärmeleitmasse der ersten Ausgabeeinheit zuzuführen, und wobei die Dosiereinrichtung eine zweite Bereitstellungseinrichtung aufweist, die mit der zweiten Ausgabeeinheit gekoppelt ist und die dazu ausgelegt ist, den zweiten Teil der Wärmeleitmasse der zweiten Ausgabeeinheit zuzuführen. Die Bereitstellungseinrichtung, das heißt sowohl die erste als auch die zweite und optionale weitere, kann dabei wie zur oben gemeinsam genutzten Bereitstellungseinrichtung beschrieben ausgebildet sein, das heißt also ebenfalls jeweilige erste und zweite Reservoire sowie eine jeweilige Mischeinrichtung aufweisen. Diese Ausgestaltung der Dosiereinrichtung erfordert zwar etwas mehr Komponenten, insbesondere eine zusätzlich Bereitstellungseinrichtung, allerdings lässt sich durch diese Ausführungsform die Regelung beziehungsweise Steuerung der jeweiligen Volumenströme besonders einfach umsetzen. Beispielsweise können in diesem Fall die erste und zweite Auslassdüse direkt an den Ausgang der ersten und zweiten Bereitstellungseinrichtung gekoppelt sein. Im oben beschriebenen Beispiel mit der Mischeinrichtung kann zum Beispiel die erste und zweite Auslassdüse gleichzeitig auch den Ausgang einer solchen Mischeinrichtung darstellen. Die jeweiligen Ausgabeeinheiten erfordern in diesem Fall weder separate Regelventile noch Regeldosierer oder ähnliches. Der jeweilige Volumenstrom lässt sich durch entsprechende Steuerung der Bereitstellungseinrichtungen selbst einstellen und variieren. In diesem Fall ist also eine deutlich einfachere Ausbildung der jeweiligen Ausgabeeinheiten möglich, die dann zum Beispiel ausschließlich aus den Auslassdüsen bestehen können, da die Regelung der Volumenströme durch die jeweiligen Bereitstellungseinrichtungen übernommen werden kann. Sind diese zum Beispiel mit Reservoiren ausgebildet, die als die oben beschriebenen Kolbendosierer oder Exzenterschneckendosierer ausgeführt sind, so kann entsprechend ganz analog wie oben zu den regelbaren Dosierern beschrieben der ausgegebene Volumenstrom eingestellt beziehungsweise gesteuert werden.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Dosiereinrichtung dazu ausgelegt, einen ersten Druck an einem ersten Ausgang der ersten Auslassdüse zu erfassen und den ersten Volumenstrom in Abhängigkeit vom erfassten ersten Druck einzustellen. Gleiches gilt auch für einen zweiten Druck an einem zweiten Ausgang der zweiten Auslassdüse zur Steuerung des zweiten Volumenstroms, und entsprechend für jede weitere optionale Auslassdüse. Diese Ausgestaltung hat besonders große Vorteile, vor allem wenn die Dosiereinrichtung für ein Injektionsverfahren verwendet wird. Hierbei wird also die Wärmeleitmasse über ein Injektionsloch in einen Spalt zwischen einer Kühleinrichtung und ein Batteriemodul gefüllt beziehungsweise gepresst. Dabei dürfen bestimmte maximal zulässige Einfülldrücke nicht überschritten werden, um eine Beschädigung oder zu starke Verformung des Batteriemoduls zu vermeiden. Dies lässt sich auf einfache Weise durch eine Drucküberwachung und Drucksteuerung bewerkstelligen. Mit anderen Worten kann der Druck am Ausgang der Auslassdüse erfasst werden, überwacht werden und zum Beispiel mit einem Schwellwert verglichen werden. Liegt dieser unter dem vorgegebenen Schwellwert, so kann das Ausgeben durch die entsprechende Auslassdüse weiterhin mit gleichem Volumenstrom erfolgen oder aber auch der Volumenstrom erhöht werden. Wird der Grenzwert überschritten, so kann der erste Volumenstrom reduziert werden, bis der Druck wieder unterhalb des Schwellwerts liegt. Somit kann der Volumenstrom also so eingestellt werden, dass der Druck am Ausgang der Auslassdüse während des Injektionsvorgangs immer in einem vorbestimmten, idealen Druckbereich liegt. Dies kann für mehrere Injektionspunkte dann vorteilhafterweise individuell an jeder Auslassdüse eingestellt werden.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Dosiereinrichtung dazu ausgelegt, den ersten Volumenstrom beim Ausgeben zu messen und in Abhängigkeit von einem Messergebnis der Messung des ersten Volumenstroms auf einen vorgebbaren Wert zu regeln. Dies hat den großen Vorteil vor allem bei dem zuvor beschriebenen Applikationsverfahren der Wärmeleitmasse. Die in die jeweiligen Segmente eines Fügepartners aufzubringende Menge der Wärmeleitmasse lässt sich durch das Einstellen korrespondierender Volumenströme beim Ausgeben der Wärmeleitmasse erreichen. Durch das Erfassen des Volumenstroms während des Ausgebens lässt sich dieser auf einfache Weise regeln. Auch lässt sich hierdurch eine Überwachung bereitstellen, um sicherzustellen, dass auch immer die entsprechende Menge, wie vorgegeben, in das jeweilige Segment appliziert wird.
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Zu der Erfindung gehört auch die Steuereinrichtung für die Dosiereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum dosierten Ausgeben einer viskosen Wärmeleitmasse, insbesondere auf ein Batteriebauteil, mittels einer Dosiereinrichtung, die eine erste Ausgabeeinheit mit einer ersten Auslassdüse aufweist, durch welche ein an der ersten Auslassdüse bereitgestellter erster Teil der Wärmeleitmasse ausgegeben wird, und wobei ein erster Volumenstrom des von der ersten Auslassdüse ausgegebenen ersten Teils der Wärmeleitmasse gesteuert wird. Weiterhin weist die Dosiereinrichtung eine zweite Ausgabeeinheit mit einer zweiten Auslassdüse auf, durch welche ein an der zweiten Auslassdüse bereitgestellter zweiter Teil der Wärmeleitmasse zumindest teilweise gleichzeitig zu einem Ausgeben des ersten Teils der Wärmeleitmasse durch die erste Auslassdüse ausgegeben wird, und wobei ein zweiter Volumenstrom des von der zweiten Auslassdüse ausgegebenen zweiten Teils der Wärmeleitmasse separat vom ersten Volumenstrom eingestellt wird.
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Die für die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weiterhin kann mittels der Dosiereinrichtung die Wärmeleitmasse auf ein Bauteil, insbesondere ein Batteriebauteil aufgetragen werden. Das Batteriebauteil kann zum Beispiel ein Teil eines Batteriegehäuses, insbesondere ein Gehäuseboden, der als Kühlboden zur Bereitstellung einer Flüssigkeitskühlung ausgebildet sein kann, sein, und/oder auch eine bestimmte Seite eines Batteriemoduls, welche eine Unterseite des Batteriemoduls definiert. Nachdem die Wärmeleitmasse auf den Gehäuseboden des Batteriegehäuses aufgebracht wurde, kann ein Batteriemodul oder auch mehrere Batteriemodule in das Batteriegehäuse auf die aufgebrachte Wärmeleitmasse aufgesetzt werden. Wurde die Wärmeleitmasse zusätzlich oder alternativ auf die Unterseite des Batteriemoduls aufgebracht, kann auch dieses anschließend mit seiner Unterseite dem Gehäuseboden zugewandt in das Batteriegehäuse eingesetzt werden.
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Zum Aufbringen der Wärmeleitmasse, das heißt der entsprechenden Teile der Wärmeleitmasse durch die jeweiligen Ausgabeeinheiten, kann entweder das entsprechende Batteriebauteil, auf welches die Wärmeleitmasse aufgetragen werden soll, statisch sein, und die jeweiligen Auslassdüsen können relativ zu diesem Batteriebauteil bewegt werden, oder alternativ können auch die Auslassdüsen statisch montiert sein, zum Beispiel aufgeständert sein, und das Batteriebauteil relativ zu den Auslassdüsen, zum Beispiel auf einem Transportband, bewegt werden, während die Wärmeleitmasse aus den entsprechenden Auslassdüsen ausgegeben wird. Die jeweiligen Auslassdüsen können dabei zudem in ihrer Relativposition zueinander fixiert sein oder auch relativ zueinander beweglich sein, zum Beispiel mittels Roboterarmen bewegbar sein, um über diese ein Auftragen der Wärmeleitmasse in unterschiedliche Bereiche des Batteriebauteils zu bewerkstelligen.
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Bei einem Injektionsverfahren kann es vorgesehen sein, dass zunächst ein Batteriegehäuse mit einem darin montierten Batteriemodul oder mehreren darin montierten Batteriemodulen bereitgestellt wird, so dass ein Zwischenraum zwischen dem mindestens einen Batteriemodul und dem Gehäuseboden des Batteriemoduls gebildet ist. Dieser Zwischenraum kann dabei sehr klein, d.h. mit einer geringen Spalthöhe in Richtung vom Gehäuseboden zum Batteriemodul, ausgestaltet sein, die zum Beispiel im Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm liegen kann. Weiterhin können mehrere Injektionspunkte vorgesehen sein, die eine fluidische Verbindung zu diesem Zwischenraum bereitstellen. Die Injektionspunkte können durch die jeweiligen Auslassdüsen der Dosiereinrichtung angefahren werden und dann entsprechend die Wärmeleitmasse über diese Injektionspunkte in den Zwischenraum injiziert werden, indem die jeweiligen Teile der Wärmeleitmasse über die jeweiligen Auslassdüsen wie beschrieben ausgegeben wird.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Dosiereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Dosiereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 3 eine schematische Darstellung einer Dosiereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Dosiereinrichtung 10a gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Beispiel weist die Dosiereinrichtung 10a drei Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12c auf. Eine jeweilige Ausgabeeinheit 12a, 12b, 12c umfasst dabei eine jeweilige Auslassdüse 14a, 14b, 14c. Über diese jeweiligen Auslassdüsen 14a, 14b, 14c ist ein jeweiliger Teil einer Wärmeleitmasse 16 aus der jeweiligen Ausgabeeinheit 12a, 12b, 12c ausgebbar. Die Dosiereinrichtung 10a weist zudem eine gemeinsame Bereitstellungseinrichtung 18 auf. Über diese Bereitstellungseinrichtung 18 können den jeweiligen Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12c ihre jeweiligen Teile an Wärmeleitmassen 16 bereitgestellt werden. Das Verteilen der durch die Bereitstellungseinrichtung 18 bereitgestellten Wärmeleitmasse 16 erfolgt über eine Verteileinheit 20. Diese kann zum Beispiel als Schlauchsystem oder Rohrleitungssystem ausgestaltet sein.
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Durch die vorliegend beschriebene Dosiereinrichtung 10a soll eine dosierte Ausgabe einer Wärmeleitmasse 16 bereitgestellt werden, die sich exemplarisch aus zwei zu mischenden Komponenten 16a, 16b zusammensetzt. Entsprechend weist in diesem Beispiel die Bereitstellungseinrichtung 18 zum einen ein erstes Reservoir in Form eines ersten Mischdosierers 22a auf und ein zweites Reservoir in Form eines zweiten Mischdosierers 22b. Diese beiden Mischdosierer 22a, 22b nehmen also eine jeweilige Komponente 16a, 16b der zu mischenden Wärmeleitmasse 16 auf. Aus diesen Reservoiren 22a, 22b können die einzelnen Komponenten 16a, 16b, die insbesondere ebenfalls in diesen Reservoiren 22a, 22b in viskoser Form gespeichert sein können, eine Mischeinrichtung 24 zugeführt werden, wobei dieses Zuführen durch den Pfeil 26 veranschaulicht ist. Die Mischeinrichtung 24 kann zum Beispiel als Statikmischer ausgebildet sein. Beim Durchlaufen dieser Mischeinrichtung 24 werden die einzelnen Komponenten 22a, 22b gemischt und als die gemischte Wärmeleitmasse 16 an einem Ausgang 24a der Mischeinrichtung bereitgestellt. So kann die gemischte Wärmeleitmasse 16 über die Verteileinrichtung 20 auf die jeweiligen Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12c verteilt werden. Bei dieser Variante werden also die beiden Materialkomponenten, aus denen sich die Wärmeleitmasse 16 zusammensetzt, über zwei große Mischdosierer 22a, 22b zur Verfügung gestellt. Diese fördern das Material durch einen Statikmischer als Beispiel für die Mischeinrichtung 24. Dann wird das gemischte Material auf mehrere Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12c verteilt.
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In diesem Beispiel gemäß 1 sind die jeweiligen Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12c als Regeldosierer 13a, 13b, 13c ausgebildet. Somit wird also das gemischte Material entsprechend auf mehrere Regeldosierer 13a, 13b, 13c verteilt. Sowohl die Mischdosierer 22a, 22b als auch die Regeldosierer 13a, 13, 13c können zum Beispiel als einfache Kolbendosierer ausgebildet sein. Vor allem der Einsatz von Kolbendosierern als die Regeldosierer 13a, 13b, 13c bedingt, dass die Ausgabe durch die Regeldosierer 12a, 12b, 12c diskontinuierlich von den Mischdosierern 22a, 22b erfolgt. Spätestens wenn einer der Regeldosierer 13a, 13b, 13c den minimalen Füllstand erreicht hat, erfolgt eine Nachbefüllung durch die Mischdosierer 22a, 22b beziehungsweise durch die Bereitstellungseinrichtung 18. Die einzelnen Regeldosierer 13a, 13b, 13c stellen die jeweilige Auslassdüse 14a, 14b, 14c bereit. Die Regeldosierer 13a, 13b, 13c können dann entsprechend mit den jeweiligen Auslassdüsen 14a, 14b, 14c auf das Bauteil zur Injektion in mehrere Löcher andocken oder sie legen mehrere Raupen oder Punkte auf das Bauteil zeitlich parallel.
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Weiterhin ist eine Prozessüberwachung und -regelung vorgesehen, insbesondere getrennt an jeder Auslassdüse 14a, 14b, 14c, die sowohl für die Applikation als auch für die Injektion sehr von Vorteil ist. Entsprechend sind in 1 auch an der jeweiligen Auslassdüse 14a, 14b, 14c zugeordnet entsprechende Überwachungseinrichtungen 28a, 28b, 28c vorgesehen. Die von der jeweiligen Überwachungseinrichtung 28a, 28b, 28c erfasste Messgröße kann dann vorteilhafterweise gleichzeitig auch als Regelgröße zur Einstellung eines jeweiligen von der entsprechenden Auslassdüse 14a, 14b, 14c ausgegebenen Volumenstroms V1, V2, V3 der Wärmeleitmasse 16 verwendet werden. Dabei sind die jeweiligen Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12c vorteilhafterweise so ausgestaltet, dass sich die genannten Volumenströme V1, V2, V3 individuell für jede Auslassdüse beziehungsweise im Allgemeinen Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12c separat regeln beziehungsweise steuern lassen. Dadurch kann durch die Dosiereinrichtung 10a vorteilhafterweise eine besonders gute Situationsanpassung an geometrische Unterschiede des mit Wärmeleitmasse 16 zu versehenden Bauteils bereitgestellt werden. Um die unterschiedlichen Volumenströme V1, V2, V3 einzustellen beziehungsweise diese zu steuern oder zu regeln, können die Regeldosierer 13a, 13b, 13c zum Beispiel als die beschriebenen Kolbendosierer ausgebildet sein und die Volumenströme V1, V2, V3 durch die Vorschubgeschwindigkeiten der jeweiligen Kolben eingestellt werden.
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Alternativ zur Ausbildung der Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12c als Kolbendosierer können diese zum Beispiel auch als Exzenterschnecken ausgeführt werden beziehungsweise mit solchen Exzenterschnecken ausgeführt werden. Insbesondere bei den Regeldosierern 13a, 13b, 13c kann sich der kleinere Bauraum und der kontinuierliche, über die Drehzahl regelbare Materialaustrag der Exzenterschnecken als vorteilhaft erweisen. Auch für die Mischdosierer 22a, 22b besteht die Möglichkeit, diese als Exzenterschneckendosierer auszubilden.
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Die von einer jeweiligen Überwachungseinrichtung 28a, 28b, 28c überwachte Überwachungsgröße kann zum Beispiel einen Druck an der jeweiligen Auslassdüse 14a, 14b, 14c darstellen oder auch der Volumenstrom V1, V2, V3 selbst. Entsprechend kann eine Volumenstrommesseinrichtung Teil einer solchen Überwachungseinrichtung 28a, 28b, 28c sein. Die Verwendung dieser Überwachungsgröße zur Regelung der Volumenströme V1, V2, V3 durch die jeweiligen Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12c ist vorliegend durch den Pfeil R symbolisiert.
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2 zeigt ein weiteres Beispiel einer Dosiereinrichtung 10b. Diese weist ebenfalls eine Bereitstellungseinrichtung 18 auf, die wie zu 1 bereits beschrieben ausgebildet sein kann. Diese Ausführungsform unterscheidet sich nun vor allem in der Ausbildung der jeweiligen Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12c. Diese weisen in diesem Beispiel einen jeweiligen Ausgabekanal 30a, 30b, 30c auf, sowie ein jeweiliges als Drossel ausgeführtes Regelventil 32a, 32b, 32c. Die jeweiligen Auslassdüsen 14a, 14b, 14c stellen somit ein Ende der jeweiligen Ausgabekanäle 30a, 30b, 30c dar. Mittels der Drosseln 32a, 32b, 32c lässt sich ein entsprechender Strömungsquerschnitt für die jeweiligen Kanäle 30a, 30b, 30c einstellen. Die Verteileinrichtung 20 verteilt wie zu 1 ebenfalls beschrieben das vom Mischer 24 ausgegebene Material auf die jeweiligen Kanäle 30a, 30b, 30c. Über die Drosseln 32a, 32b, 32c kann also ebenfalls individuell für jede Auslassdüse 14a, 14b, 14c ein entsprechender Volumenstrom V1, V2, V3 eingestellt werden. Auch hier kann wiederum eine entsprechende Überwachungseinrichtung 28a, 28b, 28c zur Überwachung und insbesondere auch zur Regelung der jeweiligen Volumenströme V1, V2, V3 vorgesehen sein.
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Die Verwendung der Überwachungsgröße zur Regelung der Volumenströme V1, V2, V3 ist auch hier wiederum durch entsprechende Pfeile R1, R2 symbolisiert. Diese Regelung kann hier jedoch nunmehr zum einen über die Einstellung der jeweiligen einzelnen Ventile 32a, 32b, 32c erfolgen, wie dies durch den Pfeil R1 veranschaulicht ist, sowie optional zusätzlich auch über die Nachschubgeschwindigkeit durch die Bereitstellungseinrichtung 18, was durch den Peil R2 veranschaulicht ist. Dies ist dadurch bedingt, dass sich die einzelnen Ventilstellungen der jeweiligen Ventile 32a, 32b, 32c auf die Volumenströme V1, V2, V3 auch der anderen Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12c auswirken, was durch eine kompensierende Einstellung der Nachschubgeschwindigkeit über die Bereitstellungseinrichtung 18 kompensiert werden kann. Im Unterschied zum Beispiel aus 1 wird bei der vorliegenden Dosiereinrichtung 12b also auf die Regeldosierer 13a, 13b, 13c verzichtet. Stattdessen werden innerhalb der zum Beispiel als Rohrleitungen ausgeführten Kanäle 30a, 30b, 30c regelbare Ventile 32a, 32b, 32c, insbesondere Drosseln, eingebaut, welche den Volumenstrom V1, V2, V3 pro Materialstrang anpassen können. Zu beachten ist die Kopplung der Auslassdüsen 14a, 14b, 14c untereinander, wie bereits beschrieben, und die damit einhergehende, etwas komplexere Prozessführung. Wird also beispielsweise eine Ventilstellung eines Ventils, zum Beispiel des ersten Ventils 32a geändert, um den ersten Volumenstrom V1 anzupassen, so muss, um die übrigen Volumenströme V2, V3 konstant zu halten, auch die Vorschubgeschwindigkeit über die Bereitstellungseinrichtung 18 angepasst werden. Wird zum Beispiel der Strömungsquerschnitt über das erste Ventil 32a verringert, so muss, um die Volumenströme V2, V3 der anderen Ausgabeeinheiten 12b, 12c konstant zu halten, auch die Vorschubgeschwindigkeit durch die Bereitstellungseinrichtung 18 verringert werden. Zur Regelung und Überwachung werden vorzugsweise an jeder Auslassdüse 14a, 14b, 14c Durchflusssensoren eingesetzt, wie zum Beispiel nicht invasive Ultraschall-Durchflusssensoren. Diese können Teil der beschriebenen Überwachungseinrichtungen 28a, 28b, 28c sein. Dies gilt insbesondere auch für das zu 1 beschriebene und das nachfolgend zu 3 beschriebene Beispiel.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Dosiereinrichtung 10c gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch diese kann bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede wie die zuvor beschriebenen Dosiereinrichtungen 12a, 12b ausgebildet sein. Diese Dosiereinrichtung weist nunmehr drei Bereitstellungseinrichtungen 18 auf. Eine jeweilige dieser Bereitstellungseinrichtungen 18 kann dabei wie zuvor für die gemeinsame Bereitstellungseinrichtung 18 beschrieben ausgebildet sein. Die Dosiereinrichtung 10c weist also pro Ausgabeeinheit 12a, 12b, 12c eine eigene zugeordnete Bereitstellungseinrichtung 18 auf. In diesem Beispiel vereinfacht sich dafür die Ausbildung der Ausgabeeinheiten 12a, 12b, 12 c. Diese können auf die jeweiligen Auslassdüsen 14a, 14b, 14c beschränkt sein. Diese können wiederum mit dem Ausgang 24a eines jeweiligen Statikmischers beziehungsweise im Allgemeinen der Mischeinrichtung 24 übereinstimmen. Die Mischdosierer 22a, 22b können wiederum als klassische Kolbendosierer ausgebildet sein. Vorzugsweise sind diese Mischdosierer 22a, 22b nunmehr kleiner ausgebildet, da sie nicht mehr das gleiche Fassungsvermögen bereitstellen müssen, da mehrere Bereitstellungseinrichtungen 18 vorgesehen sind. Gemäß dieser Ausführungsform können also klassische Kolbendosierer 22a, 22b in kleinerem Maßstab parallel geschaltet werden. Die Mischung erfolgt nachgelagert wieder unmittelbar an den Auslassdüsen 14a, 14b, 14c durch die bereits beschriebene Mischeinrichtung 24. Auch die Überwachung und Regelung kann wie zuvor ausgebildet sein, jedoch wird nunmehr nur die Bereitstellungseinrichtung 18 eines jeweiligen Materialstrangs geregelt, um die einzelnen Volumenströme V1, V2, V3 einzustellen, zu steuern und/oder zu regeln. Dies kann durch Einstellung der entsprechenden Vorschubgeschwindigkeiten in den einzelnen Bereitstellungseinrichtungen 18 erfolgen, was wiederum zum Beispiel über die Vorschubgeschwindigkeiten der einzelnen Kolben in den Kolbendosierern 22a, 22b bewerkstelligt werden kann. Die Verteileinheit 20 zwischen der Bereitstellungseinrichtung 18 und der Ausgabeeinheit 12a, 12b, 12c entfällt entsprechend. Dafür können zum Beispiel jeweilige Verteileinheiten 34, 36 vorgesehen sein, die die einzelnen Komponenten 16a, 16b der Wärmeleitmasse 16 auf die einzelnen Mischdosierer 22a, 22b der verschiedenen Bereitstellungseinrichtungen 18 verteilen, wie dies durch die gestrichelten Linien in 3 angedeutet ist.
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Diese Variante hat unter anderem den Vorteil, dass kein gemischtes, das heißt reagierendes, Material in übergeordneten Anlagenkomponenten vorliegt, welches bei längeren Produktionsunterbrechungen durch Spülvorgänge entfernt werden müsste.
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Bei allen gezeigten Alternativen und Beispielen sind die Auslassdüsen 14a, 14b, 14c vorteilhafterweise einzeln regelbar und bezüglich der ausgetragenen Mengen überwacht. Wird beispielsweise bei einem Injektionsvorgang der Druck zu hoch, zum Beispiel aufgrund lokal kleinerer Spalthöhen, kann der Volumenstrom an dieser Position reduziert werden. Daher ist es sehr vorteilhaft, wenn jede Auslassdüse mit einem Drucksensor überwacht wird, zumindest sofern die entsprechende Dosiereinrichtung 10a, 10b, 10c für einen solchen Injektionsvorgang verwendet wird. Die Volumenstromregulierung erfolgt dann entweder über die Regeldosierer 13a, 13b, 13c, oder über die Regelventile 32a, 32b, 32c, bei welchen der Auslassquerschnitt reduziert wird, oder durch die einzelnen Bereitstellungseinrichtungen 18, wie zu 3 beschrieben.
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Grundsätzlich ist, vergleichbar zu herkömmlichen Klebeanlagen im Karosseriebau, von einem robotergeführten System auszugehen. Somit können zum Beispiel die jeweiligen Auslassdüsen oder im Allgemeinen die Auslasseinheiten als Ganzes durch Roboterarme bewegt und über die Bauteile hinweggeführt werden, auf welche die Wärmeleitmasse aufzutragen ist. Zur weiteren Produktivitätssteigerung bei der Raupenapplikation ist jedoch eine feste Aufständerung der beschriebenen Applikationsdüsen, zum Beispiel außerhalb der Hauptfertigungslinie, ebenfalls vorstellbar beziehungsweise umsetzbar. Die Batteriemodule können dann mit der Unterseite nach oben ausgerichtet während der Zuführung an den Verbautakt unter den Auslassdüsen entlanggeführt und mit den Gapfillerraupen versehen werden. Separate Takte zur Gapfillerapplikation in der Hauptlinie entfallen dann vorteilhafterweise. Die Applikation der Raupen auf die Module kann örtlich und zeitlich getrennt und deutlich schneller als mit robotergeführten Systemen erfolgen.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zeitgleichen Applikation mehrerer (Gapfiller-) Raupen beziehungsweise zur Injektion von Gapfiller an mehreren Angusspunkten in einer Hochvolt-Batterie bereitgestellt werden können. Nun können zeitgleich mit einer Anlagentechnik mehrere Injektionspunkte mit Gapfiller versorgt beziehungsweise zeitgleich mehrere Gapfillerraupen zeitlich parallel abgelegt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019135382 A1 [0002]
- DE 102019135381 A1 [0002]
- DE 3921503 C1 [0003]
