WO2019048682A1 - Generativ gefertigte batteriehalterung - Google Patents

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WO2019048682A1
WO2019048682A1 PCT/EP2018/074321 EP2018074321W WO2019048682A1 WO 2019048682 A1 WO2019048682 A1 WO 2019048682A1 EP 2018074321 W EP2018074321 W EP 2018074321W WO 2019048682 A1 WO2019048682 A1 WO 2019048682A1
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connection node
profile
unit
aggregate
node structure
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PCT/EP2018/074321
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Inventor
Martin Hillebrecht
Jens Nebel
Jürgen Klinker
Damian PORTKA
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Edag Engineering Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/04—Arrangement of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2410/00—Constructional features of vehicle sub-units
    • B60Y2410/12—Production or manufacturing of vehicle parts

Definitions

  • the aggregate holder comprises: at least one support arm with a support or receptacle for the unit or a part of the aggregate of a profile, preferably a profile, and a generativ manufactured
  • Connection node structure that can be connected or connected to the profile.
  • the metal profile at least partially in the generative method can be produced or the aggregate holder can be generated generatively generically.
  • Bracket arm may be an elongated body, for example, embraces an edge of the unit so that it rests against the unit both on its underside and on a peripheral side and supports the unit there.
  • the holder can also form a suspension for the unit, which is connected or connectable to an upper side of the unit.
  • the bracket can support the unit only from below.
  • the holder may consist of one or more support arms.
  • the support may form a support frame consisting of two, three, four or more support arms that together support the unit.
  • the support arms may also form a kind of cage or sub-cage for the aggregate and / or be interconnected by means of struts to increase the strength of the structure of the holder.
  • individual support arms can be straight, curved or arbitrarily shaped, for example, to adapt to a shape of the installation location for the unit or an outer peripheral shape of the unit, so that the available installation space for the unit can be optimally used, at the same time secure connection Bracket, and over the bracket secure connection of the unit with the installation environment.
  • the support arm further includes at least one node connection structure connected or connectable to the profile, and with which the support arm or mount has an assembly environment for the assembly, such as the body structure of a vehicle, and / or the assembly can be connected.
  • the connection node structure is fabricated by computer data using a known generative method.
  • the profile may comprise two free ends, wherein each of the free ends may or may not be connected to a connection node structure.
  • Connection node structure may be identical
  • Link node structures act or are different
  • Connection node structures that are preferably optimally adapted to the respective installation situation.
  • the aggregate support may comprise more than one support arm, as described above, a support frame or a support cage
  • all support arms may have the same profile with the same support or recording, or single, multiple or all of the support arms may have different profiles with the same or different editions or recordings.
  • the individual profiles can be connected to one another in a conventional manner or by means of a generatively produced connection node structure.
  • the free ends of the support arm (s) may be generatively manufactured as described
  • connection node structures The holder can then be connected to the surrounding installation structure, such as a vehicle body structure, and / or the unit carried by it, in particular via the generatively manufactured
  • Connection node structures to be connected are connected.
  • Connection node structures may be the same, or single, multiple or all of the connection node structures for a support arm or a
  • the aggregate may be an arbitrary aggregate connected, for example, to a power plant for a vehicle.
  • Such an aggregate may be, for example, an energy store, such as a car battery for an internal combustion engine or multiple car batteries or energy storage or energy sources, for example for a hybrid or electric drive.
  • connection node structure may have any shape. This possibility of unrestricted shaping can advantageously be used to design the connection node structure so that at least one of the battery management system,
  • Connection node structure or one of the connection node structures can be integrated. This can mean an additional gain in space, as the
  • Attachment point can be connected via the connection node structure directly to its environment.
  • the profiles can in particular be produced from a purchasable semifinished product, for example by roll profiling of variable profile cross sections
  • Biegeumformung by means of a preferably rectilinear tool movement or by post-processing of closed standard profiles, for example by
  • connection node structure can in known manner for
  • Connection node structure comprise at least one integrated base plate, for example, a simple stamped part, which forms, for example, a part of an outer side of the connection node structure.
  • a simple stamped part which forms, for example, a part of an outer side of the connection node structure.
  • connection node structure In generative manufacturing processes, new material combinations can be processed that are specially optimized for the requirements of the connection node structure at the respective installation location and / or specifically a
  • connection node structure which is produced by means of a generative method, can have sections of different material thickness and / or different material density, wherein the material thickness and / or material density according to the punctual or regional load of the
  • Connection node structure is selected. That is, points or regions of the connection node structure that may be subjected to high stress during operation or, for example, in the event of an accident, may have a greater material thickness and / or material density than specific points or regions of the connection node structure at less exposed locations are installed.
  • material density and material thickness may also be reduced to ensure easy release in the event of an accident.
  • liquid material methods are, for example, stereolithography, liquid composite melting or processes that use digital light processing.
  • laminating techniques include laminated object molding, 3D screen printing or light-controlled electrophoretic deposition. This list is not exhaustive.
  • the material for the profile and the connection node structure may be the same, similar or different. For different materials, it may be useful to provide an insulating layer between the materials to
  • Vehicles or vehicle bodies is associated, the use of the support arm or the holder is not limited to motor vehicles or vehicles in general, ie two-wheelers, rail vehicles, construction machinery, missiles, watercraft, etc.
  • the person skilled in the art will decide whether in plant construction, in general or special mechanical engineering or in other applications which can benefit from the advantages of the invention,
  • An aggregate support as described above, and an aggregate, wherein the aggregate is connected to the support arm or the support, which can be installed together with the unit at an installation location. This means that, for example, in the warehouse already pre-assembled units of aggregate and
  • Pre-assembled unit of aggregate and bracket / bracket can be installed in a device, a system or a vehicle.
  • a further aspect of the invention relates to a method for producing the unit mount described above, wherein in a first step the profile is produced with one of the mentioned manufacturing methods for producing the profile, in a second step from computer data the connection node structure is produced with one of said generative manufacturing methods , and the profile with the connection node structure is joined to a support arm or support frame.
  • the joining can be an adhesive method, a welding method, a positive and / or non-positive connection or, for example, a riveted connection.
  • the method advantageously concatenates the
  • low-jitter production cell with any or all of the following: surface treatment, weld preparation, Laser welding as a robust, highly dynamic, flexible joining technology, quality assurance, as well as a visual positioning system (the
  • FIG. 3 shows a front view of the unit mount of FIG. 2
  • FIG. 4 shows the rear side of the unit mount of FIG. 2
  • FIG. 1 shows, in a sketch-like representation, an aggregate holder 100 which comprises a profile body 2 and a first generatively manufactured connection node structure 3 and a second generatively produced connection node structure 4.
  • the profile body 2 may be cross-sectional and / or sheet thickness variable and be prepared for example by roll profiling, bending, extrusion or pultrusion.
  • Connection node structure 4 allows individual adaptation of each of
  • connection node structures 3, 4 to the respective installation position.
  • existing space can be used intelligently, in particular optimally utilized.
  • the generative production has the further advantage that the connection node 2,
  • connection node structures 3, 4 are designed on the computer and the power cases on the support arm 1, respectively the power flows through the connection node structures 3, 4 can be simulated in direction and strength.
  • the connection node structures 3, 4 can then be constructed skeletal, for example, with thicker and thinner ones
  • connection node structures 3, 4 are joined at its sides or free ends 2a, 2b, each with one of the two generatively generated connection node structures 3, 4 in a further step.
  • connection node structures 3, 4 are joined at its sides or free ends 2a, 2b, each with one of the two generatively generated connection node structures 3, 4 in a further step.
  • FIG. 2 shows a cross-section through a holding arm 1 which has been produced conventionally or at least partly by means of a generative method.
  • the support arm 1 comprises a support plate 5 for, for example, a battery.
  • the support plate 5 has a closed surface in the embodiment.
  • a honeycomb-shaped stiffening structure 6 is connected in the exemplary embodiment.
  • the stiffening structure 6 can be separated from the However, it can also be produced together with the support plate 5 in one step, for example in a casting process or in a generative process.
  • the stiffening structure 6 is open on its end face 6a pointing away from the support surface 5, so that heat which is transferred to the support plate 5 can be dissipated via the stiffening structure, for example.
  • Stiffening structure 6 can be injected to increase the cooling effect. If the stiffening structure 6 is a honeycomb structure, as shown in the following figures, the honeycombs are fluidly interconnected by openings, so that substantially all honeycombs can be achieved by the coolant.
  • the support arm 1 comprises a clamping element 9 to
  • the clamping element 9 can also serve to connect the support arm 1 with an environment, such as an existing profile form and / or non-positively.
  • the support arm 1 can be made of metal or of a plastic, or at least comprise metal or plastic. The choice of material depends on the location and the prevailing extreme conditions and the required
  • a support arm 1 is seen in a front view.
  • Holder arm 1 of Figure 3 consists of two profile bodies 21, 22, which are each connected to a generatively generated connection structure 3, 4.
  • the profile body 21 comprises two connections 10, 11.
  • the connection node structure 3 comprises a further connection 12, as well as a connection element 31 with which the
  • Connection structure 3 are connected to a connection part, not shown can. Furthermore, the connection structure 3 comprises a functional element 32, which may also be a connection or have another function.
  • FIG. 5 shows the holding arm 1 of FIG. 4 from below
  • FIG. 6 shows a perspective view from below.
  • Stiffening structure 6 at its from the bottom 5 b of the support plate. 5
  • stiffening structure 6 can act as a heat sink that transports heat away from the platen.

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Abstract

Aggregathalterung zum Einbau in ein Fahrzeug oder in eine Anlage, die Aggregathalterung umfassend: wenigstens einen Halterungsarm (1) mit einer Auflage oder Aufnahme für ein Aggregat oder eines Teils des Aggregats aus einem Profil (2), bevorzugt einem Metallprofil, und einer generativ gefertigten Verbindungsknotenstruktur (3, 4), die mit dem Profil (2) verbindbar oder verbunden ist.

Description

Generativ gefertigte Batteriehalterung
Die Erfindung betrifft eine Halterung für ein Aggregat, wie beispielsweise eine Quelle für elektrische Energie für ein Fahrzeug. Die Aggregathalterung umfasst wenigstens einen Halterungsarm mit einer Auflage oder Aufnahme für das Aggregat oder einen Teil des Aggregats aus einem Profil, bevorzugt einem Metallprofil und einer generativ gefertigten Verbindungsknotenstruktur, die mit der Auflage verbunden oder verbindbar ist.
Platzmangel ist ein stetig zunehmendes Problem im Fahrzeugbau, insbesondere im Motorraum, wo zunehmend mehr Aggregate untergebracht werden müssen, die für eine Funktion moderner Motoren unentbehrlich und/oder„nice to have" sind. Die Aggregate müssen mit der Fahrzeugkarosserie und/oder mit dem Motor verbunden werden. Aufgrund der dort gegebenen Einbausituation und aufgrund immer kürzerer Modellzeiten müssen die Halterungen für die Aggregate ohne großen Aufwand, wie dem Umbau von Produktionsmaschinen, leicht an die jeweilige Einbauposition und an die etwaigen Änderungen der Einbauposition während eines Fahrzeugtypzyklus angepasst werden können.
Es besteht daher Bedarf an einer Halterung für ein Aggregat, die aus wenigen Teilen einfach und preiswert hergestellt und einfach und preiswert modifiziert werden kann. Bedarf besteht auch an einem Verfahren zum Herstellen solch einer Halterung.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und das Verfahren nach Anspruch 15 erfüllt.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Aggregathalterung zum Einbau in ein
Fahrzeug, wobei die Aggregathalterung umfasst: wenigstens einen Halterungsarm mit einer Auflage oder Aufnahme für das Aggregat oder einen Teil des Aggregats aus einem Profil, bevorzugt einem Profil, und einer generativ gefertigten
Verbindungsknotenstruktur, die mit dem Profil verbindbar oder verbunden ist. In einer alternativen Ausführung kann das Metallprofil zumindest teilweise ebenfalls in dem generativen Verfahren hergestellt sein oder die Aggregathalterung kann insgesamt generativ erzeugt sein.
Das heißt, bei der Aggregathalterung oder kurz Halterung mit nur einem
Halterungsarm kann es sich um einen länglichen Körper handeln, der zum Beispiel eine Kante des Aggregats umgreift, so dass er an dem Aggregat sowohl an dessen Unterseite als auch an einer Umfangsseite anliegt und das Aggregat dort stützt. Alternativ kann die Halterung auch eine Aufhängung für das Aggregat bilden, die mit einer Oberseite des Aggregats verbunden oder verbindbar ist. In einer anderen Alternative kann die Halterung das Aggregat nur von unten stützen.
Die Halterung kann aus einem oder mehreren Halterungsarmen bestehen. Die Halterung kann beispielsweise einen Halterungsrahmen bilden, der aus zwei, drei, vier oder mehr Halterungsarmen besteht, die zusammen das Aggregat stützen. Die Halterungsarme können auch eine Art Käfig oder Teilkäfig für das Aggregat bilden und/oder untereinander mittels Streben verbunden sein, um die Festigkeit der Struktur der Halterung zu erhöhen. Grundsätzlich können einzelne Halterungsarme gerade, gebogen oder beliebig geformt sein, um sich beispielsweise an eine Form des Einbauorts für das Aggregat oder eine Außenumfangsform des Aggregats anzupassen, so dass der zur Verfügung stehende Einbauraum für das Aggregat optimal genutzt werden kann, bei gleichzeitig sicherer Verbindung der Halterung, und über die Halterung sicherer Verbindung des Aggregats mit der Einbauumgebung.
Jeder der Halterungsarme besteht aus einem Profil oder Profilkörper, wobei das Profil im Regelfall zwei freie Enden umfasst. Das Profil ist bevorzugt ein Metallprofil, kann aber auch ein Profil aus einem verstärkten Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material sein. Bevorzugt kann das Profil mit einfachen Mitteln aus einem Halbzeug, das zugekauft wird, hergestellt werden, so dass auch kleinere oder kleinste Serien kostengünstig darstellbar sind.
Der Halterungsarm umfasst weiterhin wenigstens eine Knotenverbindungsstruktur, die mit dem Profil verbunden ist oder verbunden werden kann, und mit der der Halterungsarm oder die Halterung mit einer Einbauumgebung für das Aggregat, wie beispielsweise die Karosseriestruktur eines Fahrzeugs, und/oder mit dem Aggregat verbunden werden kann. Die Verbindungsknotenstruktur wird mit einem bekannten generativen Verfahren anhand von Computerdaten hergestellt. Die
Verbindungsknotenstruktur kann dadurch optimal an die Einbausituation und/oder eine Außenform des Aggregats angepasst werden, so dass kostengünstig
Einzelstücke, Kleinstserien und Kleinserien von Verbindungsknotenstrukturen hergestellt werden können.
Das Profil kann zwei freie Enden umfassen, wobei jedes der freien Enden mit je einer Verbindungsknotenstruktur verbunden werden kann oder ist. Bei der
Verbindungsknotenstruktur kann es sich um baugleiche
Verbindungsknotenstrukturen handeln oder um unterschiedliche
Verbindungsknotenstrukturen, die bevorzugt optimal an die jeweilige Einbausituation angepasst sind.
Die Aggregathalterung kann mehr als einen Halterungsarm umfassen um, wie oben bereits beschrieben, einen Halterungsrahmen oder einen Halterungskäfig
oder - teilkäfig zu bilden. Dabei können alle Halterungsarme das gleiche Profil mit gleicher Auflage oder Aufnahme aufweisen, oder einzelne, mehrere oder alle der Halterungsarme können unterschiedliche Profile mit gleichen oder unterschiedlichen Auflagen oder Aufnahmen aufweisen.
Die einzelnen Profile können untereinander auf konventionelle Weise verbunden sein oder mittels einer generativ gefertigten Verbindungsknotenstruktur. Die freien Enden des oder der Halterungsarms/e können wie beschrieben generativ gefertigte
Verbindungsknotenstrukturen aufweisen. Die Halterung kann dann mit der sie umgebenden Einbaustruktur, wie einer Fahrzeugkarosseriestruktur, und/oder dem von ihr getragenen Aggregat, insbesondere über die generativ gefertigten
Verbindungsknotenstrukturen verbunden sein.
Dabei ist dem Fachmann aufgrund des vorher Gesagten klar, dass alle
Verbindungsknotenstrukturen gleich gebaut sein können, oder einzelne, mehrere oder alle der Verbindungsknotenstrukturen für einen Halterungsarm oder eine
Halterung einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen können. Bei dem Aggregat kann es sich um ein x-beliebiges Aggregat handeln, das zum Beispiel mit einem Antriebsaggregat für ein Fahrzeug verbunden ist. Solch ein Aggregat kann beispielsweise ein Energiespeicher sein, wie eine Autobatterie für einen Verbrennungsmotor oder mehrere Autobatterien oder Energiespeicher oder Energieträger, zum Beispiel für einen Hybrid- oder Elektroantrieb.
Aufgrund der generativen Fertigung kann die Verbindungsknotenstruktur jede beliebige Form haben. Diese Möglichkeit der uneingeschränkten Formgebung kann vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, die Verbindungsknotenstruktur so auszulegen, dass wenigstens eines aus Batteriemanagementsystem,
Ladeinfrastruktur, Kabelsatz, Leitungselektronik, Heizfunktion, Kühlfunktion oder ein anderes Steuer- oder Regelungsteil für das gehaltene Aggregat in die
Verbindungsknotenstruktur oder eine der Verbindungsknotenstrukturen integriert werden kann. Dies kann einen zusätzlichen Raumgewinn bedeuten, da die
Verbindungsknotenstruktur hier in einer Doppelfunktion den Halterungsarm oder die Halterung mit der Einbauumgebung verbindet und gleichzeitig eine Aufnahme für ein weiteres notwendiges Bauteil oder Anbauteil bildet. Die Verbindungsknotenstruktur kann auch Führungskanäle für Kabel und/oder Lüftungs- oder Brennstoffleitungen umfassen.
Bei den Profilen, die die Auflagen oder Aufnahmen bilden, kann es sich um für den jeweiligen Einbauzweck und/oder Einbauort beanspruchungs- und
steifigkeitsoptimierte Profile handeln. Dadurch kann beispielsweise die Gefahr einer Zerstörung des von der Halterung gehaltenen Aggregats verringert werden, oder die Einbauumgebungsstruktur für die Halterung schwächer ausgelegt werden, da die Halterung selbst einen höheren Beitrag zu Gesamtsteif ig keit zum Beispiel einer Fahrzeugkarosserie am Einbauort leisten kann. Dies wiederrum kann vorteilhaft zu einer Gewichtsreduzierung des Gesamtfahrzeugs, einer Einsparung von Material und dadurch zu niedrigeren Herstellungs- und Betriebskosten führen. Unter dem
Oberbegriff Profil kann auch ein Teil der Außenhülle des Aggregats verstanden werden, so dass das Aggregat in diesem Fall wenigstens an einem
Befestigungspunkt über die Verbindungsknotenstruktur direkt mit seiner Umgebung verbunden werden kann. Die Profile können insbesondere aus einem zukaufbaren Halbzeug hergestellt werden, zum Beispiel durch Rollprofilieren variabler Profilquerschnitte, durch
Biegeumformung mittels einer bevorzugt geradlinige Werkzeug beweg ung oder durch Nachbearbeitung von geschlossenen Standardprofilen, zum Beispiel durch
Nachsetzen einer Fügeeinheit, um nur einige der bekannten kostengünstigen
Umformungsverfahren zu nennen. Bei einem Kunststoffprofil kann eine Modifizierung einfach und kostengünstig zum Beispiel durch ein spanabhebendes Verfahren erreicht werden.
Die Herstellung der Verbindungsknotenstruktur kann in bekannter Weise zum
Beispiel durch metallbasierte 3D-Druckverfahren, durch pulverbettbasierte
laseradditive Fertigungsverfahren oder generatives Auftragsschweißen erfolgen, um nur die gängigsten Methoden einer generativen Herstellung von Bauteilen zu nennen. Bei dem Pulver für das pulverbettbasierte laseradditive Fertigungsverfahren kann es sich insbesondere um ein Pulver auf Metallbasis, zum Beispiel Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder Stahl, handeln. Dabei kann die
Verbindungsknotenstruktur wenigstens eine integrierte Grundplatte, zum Beispiel ein einfaches Stanzteil umfassen, das beispielsweise einen Teil einer Außenseite der Verbindungsknotenstruktur bildet. Durch die Verwendung der Grundplatte kann beispielsweise die relativ teure Herstellungszeit der Verbindungsknotenstruktur weiter reduziert werden.
Bei generativen Fertigungsverfahren können neue Werkstoffkombinationen verarbeitet werden, die speziell für die Anforderungen der Verbindungsknotenstruktur am jeweiligen Einbauort optimiert sind und/oder um gezielt eine
Karosserieperformance zum Beispiel einer Fahrzeugkarosserie am und um den Einbauort, das heißt, in der Umgebung des Einbauorts, zu beeinflussen. Denkbar ist die Verbindung unterschiedlicher Metalle, Legierungen und/oder Kunststoffe in einem Bauteil, um die Festigkeit, das Biegeverhalten, das Gewicht und andere Aspekte der Verbindungsknotenstruktur zu optimieren.
Die Verbindungsknotenstruktur, die mittels eines generativen Verfahrens hergestellt ist, kann Abschnitte unterschiedlicher Materialdicke und/oder unterschiedlicher Materialdichte aufweisen, wobei die Materialdicke und/oder Materialdichte entsprechend der punktuellen oder bereichsweisen Belastung der
Verbindungsknotenstruktur gewählt ist. Das heißt, dass Punkte oder Bereiche der Verbindungsknotenstruktur, die im Betrieb oder zum Beispiel im Falle eines Unfalls einer hohen Stressbelastung ausgesetzt werden können, können gezielt eine größere Materialdicke und/oder Materialdichte haben, als Punkte oder Bereiche der Verbindungsknotenstruktur, die an weniger exponierten Stellen eingebaut sind.
Alternativ können Materialdichte und Materialdicke auch reduziert sein, um im Falle eines Unfalls ein leichtes Lösen zu garantieren.
Die unterschiedlichen Materialdicken und/oder Materialdichten resultieren
insbesondere aus einer variablen Auftragsdichte des Materials, wie beispielsweise eines zu verfestigenden Pulvers. Ebenfalls einen maßgeblichen Einfluss auf die zu erzielende Materialdicke kann eine Fertigungsgeschwindigkeit eines zum Beispiel Verfestigungslasers haben, wobei die Herstellung von Bereichen mit größeren Materialdicken und/oder größeren Materialdichten zeitaufwendiger ist, als die
Herstellung von Bereichen mit kleinerer Materialdicke und/oder Materialdichte.
Bereiche insbesondere größerer Materialdicke können dadurch erzeugt werden, dass mehrere dünne Schichten übereinander aufgetragen und nacheinander verfestigt werden, alternativ kann ein Bereich mit größerer Materialdicke in einem Arbeitsschritt hergestellt werden.
Die unterschiedliche Materialdichteverteilung in der Verbindungsknotenstruktur kann zusätzlich oder alternativ dadurch erreicht werden, dass ein und dasselbe Material punktuell oder bereichsweise in unterschiedlichen Korngrößen aufgetragen wird, und/oder dadurch, dass zum generativen Aufbau des Bauteils unterschiedliche Materialien verwendet werden. Diese unterschiedlichen Materialien müssen gut miteinander verbindbar sein, so dass ein Trennen der Materialen zumindest in einem Normalbetrieb ausgeschlossen ist.
Bei dem generativen Verfahren kann es sich insbesondere um ein 3D-Druck
Verfahren, wie zum Beispiel ein Pulverbettverfahren, ein Freiraumverfahren, ein Flüssigmaterialverfahren oder ein anderes Schichtbauverfahren handeln. Bekannte Pulverbettverfahren sind beispielsweise selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, Selective Heat Sintering, Binder Jetting oder Elektronenstrahlschmelzen. Als Freiraumverfahren kennt der Fachmann unter anderem das Fused Deposition Modeling, das Auftragsschweißen oder Cladding, das Wax Deposition Modeling, das Contour Crafting, das Metall-Pulver
Auftragsverfahren oder das Kaltgasspritzen. Bekannte Flüssigmaterialverfahren sind zum Beispiel die Stereolithographie, das Liquid Composite Melting oder Verfahren, die das Digital Light Processing nutzen. Unter die anderen Schichtbauverfahren fallen das Laminated Object Molding, der 3D-Siebdruck oder die lichtgesteuerte elektrophoretische Abscheidung. Diese Aufzählung ist nicht abschließend.
Das Material für das Profil und die Verbindungsknotenstruktur kann gleich, ähnlich oder unterschiedlich sein. Bei unterschiedlichen Materialien kann es sinnvoll sein eine Isolierungsschicht zwischen den Materialien vorzusehen, um
Korrosionsschäden an den Verbindungsstellen durch zum Beispiel elektrochemische, chemische oder metallphysikalische Effekte zwischen den beiden unterschiedlichen Metallen zu verhindern.
Auch wenn der Halterungsarm oder die Halterung in mehreren Beispielen mit
Fahrzeugen oder Fahrzeugkarosserien in Verbindung gebracht wird, so ist die Verwendung des Halterungsarms oder der Halterung nicht auf Kraftfahrzeuge oder Fahrzeuge im Allgemeinen, also Zweiräder, Schienenfahrzeuge, Baumaschinen, Flugkörper, Wasserfahrzeuge, etc. beschränkt. Der Fachmann wird entscheiden, ob auch im Anlagenbau, im allgemeinen oder speziellen Maschinenbau oder in anderen Anwendungen, die von den Vorteilen der Erfindung profitieren können,
entsprechende Halterungsarme mit Verbindungsknotenstrukturen vorteilhaft
Verwendung finden können.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Kombination aus einer
Aggregathalterung, wie oben beschrieben, und einem Aggregat, wobei das Aggregat mit dem Halterungsarm oder der Halterung verbunden ist, der/die zusammen mit dem Aggregat an einem Einbauort eingebaut werden kann. Das heißt, dass zum Beispiel im Lager bereits vormontierte Einheiten aus Aggregat und
Halterungsarm/Halterung bereit liegen, die so hergerichtet sind, dass die
vormontierte Einheit aus Aggregat und Halterungsarm/Halterung in eine Vorrichtung, eine Anlage oder ein Fahrzeug eingebaut werden kann. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Aggregathalterung, wobei in einem ersten Schritt das Profil mit einem der genannten Herstellungsverfahren zum Herstellen des Profils hergestellt wird, in einem zweiten Schritt aus Computerdaten die Verbindungsknotenstruktur mit einem der genannten generativen Herstellungsverfahren hergestellt wird, und das Profil mit der Verbindungsknotenstruktur zu einem Halterungsarm oder Halterungsrahmen gefügt wird.
Bei dem Fügen kann es sich um ein Klebeverfahren, ein Schweißverfahren, eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung oder eine zum Beispiel Nietverbindung handeln.
Das Verfahren verkettet zum Beispiel in vorteilhafter Weise die
Fertigungstechnologien Lasergenerieren, Fügetechnik und flexibles Walzprofilieren zu einem Fertigungskonzept:
■ Werkzeuglose laseradditive Fertigung von funktionsintegrierten Knoten- oder Verbindungsknotenstrukturen (Vorteile: hochflexibel, werkzeuglos, on-demand herstellbar).
■ Umformprozesse zur flexiblen Fertigung von Profilen, mit oder ohne variablem Querschnitt (Vorteile: hochflexibel, on-demand herstellbar).
■ Werkzeugarme Fertigungslinien, zum Beispiel durch innovative
Anlagenkombination von Rollprofilieren und Gleitziehbiegen, resultierend zum Beispiel in einer integrativen Endbearbeitung von Profilen mit variablen Wandstärken, resultierend in werkzeugfallenden lastgerechten,
querschnittsvariablen und/oder blechdickenverlaufsoptimierten
Profilstrukturen.
■ Laserschneide- und Laserschweißtechnik in einer flexiblen und
vorrichtungsarmen Produktionszelle mit mehreren oder allen der folgenden Möglichkeiten: Oberflächenbehandlung, Schweißnahtvorbereitung, Laserschweißen als robuste, hochdynamische, flexible Fügetechnologie, Qualitätssicherung, sowie einem visuellen Positionierungssystem (die
Aufzählung ist nicht abschließend).
Alle Merkmale, die in Verbindung mit dem Gegenstand genannt wurden, gelten ebenso für das Verfahren, wenn diese das Verfahren vorteilhaft weiterbilden können, und umgekehrt.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, ohne dass die Erfindung dadurch auf die gezeigten Ausführungen beschränkt wird. Erfindungswesentliche Merkmale, die nur den Figuren entnommen werden können, können den Gegenstand der Anmeldung einzeln oder in
Kombination mit weiteren Merkmalen vorteilhaft weiterbilden.
Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Figur 1 Skizze einer Aggregathalterung
Figur 2 Schnitt durch eine Aggregathalterung in Wabenstruktur
Figur 3 Sicht auf eine Vorderseite der Aggregathalterung der Figur 2
Figur 4 Rückseite der Aggregathalterung der Figur 2
Figur 5 Aggregathalterung der Figur 2 von unten
Figur 6 perspektivische Ansicht der Aggregathalterung der Figur 2 von der
Rückseite
Die Figur 1 zeigt in einer skizzenhaften Darstellung eine Aggregathalterung 100, die einen Profilkörper 2 und eine erste generativ gefertigte Verbindungknotenstruktur 3 und eine zweite generativ gefertigte Verbindungsknotenstruktur 4 umfasst. Der Profilkörper 2 kann querschnitts- und/oder blechdickenvariabel sein und zum Beispiel durch Rollprofilieren, Biegeumformung, Extrusion oder Pultrusion hergestellt sein.
Die erste Verbindungsknotenstruktur 3 und die zweite Verbindungknotenstruktur 4 können identisch sein oder verschieden, und bilden zusammen mit dem Profilkörper 2 einen Halterungsarm 1 . Im Regelfall sind die erste Verbindungsknotenstruktur 3 und die zweite Verbindungsknotenstruktur 4 nicht identisch, sondern individuell gestaltet, um den Halterungsarm 1 auf zwei Seiten mit zum Beispiel nicht gezeigten Strukturelementen einer Fahrzeugkarosserie zu verbinden. Die generative
Herstellung der ersten Verbindungsknotenstruktur 3 und der zweiten
Verbindungsknotenstruktur 4 erlaubt eine individuelle Anpassung jeder der
Verbindungsknotenstrukturen 3, 4 an die jeweilige Einbauposition. Dadurch kann vorhandener Bauraum intelligent genutzt, insbesondere optimal ausgenutzt werden. Die generative Herstellung hat den weiteren Vorteil, dass der Verbindungsknoten 2,
3 am Computer entworfen wird und die Kraftfälle an dem Halterungsarm 1 , respektive die Kraftflüsse durch die Verbindungknotenstrukturen 3, 4 nach Richtung und Stärke simuliert werden können. Die Verbindungsknotenstrukturen 3, 4 können dann zum Beispiel skelettartig aufgebaut werden, mit dickeren und dünneren
Streben, Vollkörper können durch Hohlstrukturen mit oder ohne innen liegenden Verstärkungsstrukturen, Plattenstrukturen durch Gitterstruktur, etc. ersetzt werden. Dies kann vorteilhafterweise das Gewicht der Verbindungsknotenstrukturen 3, 4 reduzieren, so dass die Aggregathalterung 100 nach der Erfindung leichter sein kann, als eine herkömmlich hergestellte Aggregathalterung.
Der separat hergestellte Profilkörper 2 wird an seinen Seiten oder freien Enden 2a, 2b mit je einer der beiden generativ erzeugten Verbindungsknotenstrukturen 3, 4 in einem weiteren Arbeitsschritt gefügt. So können die Verbindungsknotenstrukturen 3,
4 mit dem Profilkörper verklebt, verschweißt, verlötet, durch Formschluss verbunden, verschraubt, vernietet oder auf andere bekannte Weise verbunden werden. Mit umfasst ist auch die Alternative, dass die erste Verbindungsknotenstruktur 3 und/oder die zweite Verbindungsknotenstruktur 4 direkt bei der Erzeugung mit dem Profilkörper 2 verbunden wird. Der Profilkörper 2 bildet dann eine Basis, auf die die erste Verbindungsknotenstruktur 3 und/oder die zweite Verbindungsknotenstruktur 4 zum Beispiel mit einem 3D-Druckverfahren„aufgedruckt" wird oder werden.
Die Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Halterungsarm 1 , der konventionell oder zumindest teilweise mittels eines generativen Verfahrens hergestellt wurde. Der Halterungsarm 1 umfasst eine Auflageplatte 5 für zum Beispiel eine Batterie. Die Auflageplatte 5 hat im Ausführungsbeispiel eine geschlossene Oberfläche. Mit der Unterseite 5b der Auflageplatte 5 ist eine im Ausführungsbeispiel wabenförmige Versteifungsstruktur 6 verbunden. Die Versteifungsstruktur 6 kann separat von der Auflageplatte 5 hergestellt und mit dieser nachträglich gefügt sein, sie kann aber auch zusammen mit der Auflageplatte 5 in einem Arbeitsschritt hergestellt sein, beispielsweise in einem Gussverfahren oder in einem generativen Verfahren.
Die Versteifungsstruktur 6 ist an ihrer von der Auflagefläche 5 wegweisenden Stirnseite 6a offen, so dass über die Versteifungsstruktur zum Beispiel Wärme die auf die Auflageplatte 5 übertragen wird, abgeführt werden kann.
Der Halterungsarm 1 umfasst ferner ein Funktionselement 8, zum Beispiel eine Kabeldurchführung oder eine Verbindung an die beispielsweise eine
Kühlmittelzufuhr, wie Luft, angeschlossen werden kann, die in die
Versteifungsstruktur 6 eingeblasen werden kann, um den Kühleffekt zu erhöhen. Handelt es sich bei der Versteifungsstruktur 6 um eine Wabenstruktur, wie in den folgenden Figuren gezeigt, sind die Waben untereinander durch Öffnungen fluidisch verbunden, so dass im Wesentlichen alle Waben vom Kühlmittel erreicht werden können. Zusätzlich umfasst der Halterungsarm 1 ein Klemmelement 9, um
beispielsweise die Halterung beim Einbau gegen ein Strukturteil zu klemmen, mit dem die Aggregathalterung verbunden wird, oder gegen ein daneben liegendes Strukturteil. Das Klemmelement 9 kann auch dazu dienen, den Halterungsarm 1 mit einer Umgebung, beispielsweise einem vorhandenen Profil form- und/oder kraftschlüssig zu verbinden.
Der Halterungsarm 1 kann aus Metall oder aus einem Kunststoff gebildet sein, oder wenigstens Metall oder Kunststoff umfassen. Die Materialwahl hängt vom Einsatzort und den dort herrschenden Extrembedingungen und von den geforderten
Eigenschaften des Halterungsarms 1 , wie Festigkeit, Steifigkeit, Elastizität etc. ab.
In der Figur 3 ist ein Halterungsarm 1 in einer Frontansicht zu sehen. Der
Halterungsarm 1 der Figur 3 besteht aus zwei Profilkörpern 21 , 22, die jeweils mit einer generativ erzeugten Verbindungsstruktur 3, 4 verbunden sind. Der Profilkörper 21 umfasst zwei Anschlüsse 10, 1 1 . Die Verbindungsknotenstruktur 3 umfasst einen weiteren Anschluss 12, sowie ein Verbindungselement 31 , mit dem die
Verbindungsstruktur 3 mit einem nicht gezeigten Anschlussteil verbunden werden kann. Des Weiteren umfasst die Verbindungsstruktur 3 eine Funktionselement 32, das ebenfalls eine Verbindung sein oder eine andere Funktion haben kann.
Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halterungsarms 1 mit einer wabenförmigen Versteifungsstruktur 6, wie dies bereits aus der Figur 2 bekannt ist. Die Auflageplatte 5 bildet an ihrem dem Betrachter zugewandten Ende zwei Eingriffsstrukturen 12, 13, die dazu dienen können, den Halterungsarm 1 auf eine bestehende Struktur aufzulegen und dort abzustützen. Die Auflageplatte 5 ist nach oben gebogen, so dass sie beispielsweise eine Kante eines auf dem Halterungsarm 1 angeordneten, nicht gezeigten Körpers umgreifen kann, und dadurch verhindert, dass der Körper sich in Richtung der Seitenwand 5c über den durch die Seitenwand 5c begrenzten Raum hinaus bewegen kann.
Die Figur 5 zeigt den Halterungsarm 1 der Figur 4 von unten, die Figur 6 in einer perspektivischen Ansicht von unten. Hier ist gut zu erkennen, dass die
Versteifungsstruktur 6 an ihrer von der Unterseite 5b der Auflageplatte 5
wegweisenden Seite offen ist, so dass die Versteifungsstruktur 6 wie ein Kühlkörper wirken kann, der Wärme von der Auflageplatte weg transportiert.
Bezugszeichenliste
1 Halterungsarm
2 Profil körper
21 Profil körper
22 Profil körper
2a freies Ende
2b freies Ende
3 Verbindungsknotenstruktur
31 Verbindungselement
32 Funktionselement
4 Verbindungsknotenstruktur
5 Auflageplatte
5a Oberseite
5b Unterseite c Seitenwand
Versteifungsstruktura Stirnseite
Anschluss
Funktionselement Klemme
0 Anschluss
1 Anschluss
2 Verbindungselement3 Verbindungselement00 Aggregathalterung

Claims

Ansprüche
1 . Aggregathalterung zum Einbau in ein Fahrzeug oder in eine Anlage, die Aggregathalterung umfassend:
a. wenigstens einen Halterungsarm (1 ) mit
b. einer Auflage oder Aufnahme für ein Aggregat oder eines Teils des Aggregats aus einem Profil (2), bevorzugt einem Metallprofil, und
c. einer generativ gefertigten Verbindungsknotenstruktur (3, 4), die mit dem Profil (2) verbindbar oder verbunden ist.
2. Aggregathalterung nach Anspruch 1 , wobei das Profil (2) zwei freie Enden (2a, 2b) hat und wenigstens eines der freien Enden (2a, 2b) mit einer
Verbindungsknotenstruktur (3, 4) verbindbar oder verbunden ist, und über die
Verbindungsknotenstruktur mit einer Umgebung der Aggregathalterung,
beispielsweise einer Fahrzeugkarosserie, verbindbar ist.
3. Aggregathalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aggregathalterung (100) mehr als einen Halterungsarm (1 ) umfasst, wobei die Auflage jedes Halterungsarms (1 ) ein anderes Profil (2) aufweisen kann.
4. Aggregathalterung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei jedes der Profile (2) wenigstens ein freies Ende (2a, 2b) umfasst, und einander zugewandte freie Enden (2a, 2b) von zwei benachbarten Profilen (2) mittels einer generativ gefertigten Verbindungsknotenstruktur (3, 4) verbunden sind, wobei diese
Verbindungsstruktur (3, 4) auch mit einer Umgebung der Aggregathalterung (100), beispielsweise einer Fahrzeugstruktur, verbindbar ist.
5. Aggregathalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsknotenstrukturen (3, 4) des Halterungsarms (1 ) oder der
Aggregathalterung (100) alle baugleich, teilweise baugleich oder unterschiedlich aufgebaut sind.
6. Aggregathalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halterungsarm (1 ) das Aggregat an einer Unterseite und/oder wenigstens einer Umfangsseite stützt und/oder der Halterungsarm (1 ) als Aufhängung für das
Aggregat dient und mit einer Oberseite des Aggregats verbunden oder verbindbar ist.
7. Aggregathalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Aggregat um einen Energiespeicher, wie zum Beispiel eine Autobatterie für einen Verbrennungsmotor oder mehrere Autobatterien oder Energiespeicher oder Energieträger zum Beispiel für einen Hybrid- oder Elektroantrieb handelt.
8. Aggregathalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die generativ gefertigte Verbindungsknotenstruktur (3) wenigstens eines von:
a. Batteriemanagementsystem,
b. Ladeinfrastruktur,
c. Kabelsatz,
d. Leitungselektronik,
e. Heizfunktion,
f. Kühlfunktion
g. oder ein anderes Steuer- oder Regelungsteil für das gehaltene Aggregat
integrierbar ist.
9. Aggregathalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Profil (2) zumindest teilweise Teil einer Außenhülle des Aggregats ist, und
wenigstens eine Verbindungsknotenstruktur (3) direkt mit diesem Profil (2) oder direkt mit der Außenhülle des Aggregats verbunden oder verbindbar ist.
10. Aggregathalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Profile (2) hergestellt werden durch:
a. Rollprofilieren variabler Profilquerschnitte,
b. Biegeumformung durch eine bevorzugt geradlinige Werkzeugbewegung, c. Nachbearbeitung von geschlossenen Standardprofilen, zum Beispiel durch Nachsetzen einer Fügeeinheit.
1 1 . Aggregathalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsknotenstruktur (3) hergestellt ist durch:
a. metallbasierten 3D-Druck,
b. pulverbettbasiertes laseradditives bevorzugt metallbasiertes
Fertigungsverfahren,
c. generatives Auftragsschweißen.
12. Aggregathalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Material für das Profil (2) gleich oder ähnlich einem Material für die
Verbindungsknotenstruktur (3, 4) ist oder das Profil (2) und die
Verbindungsknotenstruktur (3, 4) aus unterschiedlichen Materialen hergestellt sind.
13. Aggregathalterung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
unterschiedliche Materialien durch eine Isolierschicht getrennt sind, um
Korrosionsschäden an den Verbindungsstellen zum Beispiel durch elektrochemische, chemische oder metallphysikalische Effekte zu verhindern.
14. Kombination aus einer Aggregathalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und einem Aggregat, wobei das Aggregat mit einem oder mehreren Halterungsarmen (1 ) verbunden ist, der zusammen mit dem Aggregat an einem Einbauort einbaubar ist.
15. Verfahren zum Herstellen einer Aggregathalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei
a. in einem Schritt das Profil (2) mit einem Herstellungsverfahren gemäß
Anspruch 10 hergestellt wird,
b. in einem weiteren Schritt aus Computerdaten die Verbindungsknotenstruktur (3) mit einem Herstellungsverfahren gemäß dem Anspruch 1 1 hergestellt wird, c. das Profil (2) des Schritts a. mit der Verbindungsknotenstruktur (3) des Schritts b. zu einem Halterungsarm oder Halterungsrahmen gefügt wird.
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