WO2023099075A1 - Verfahren zum befüllen eines hohlraums - Google Patents

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Gerrit ENDERLE
Thomas Hausner
Frederic HEMMANN
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    • H01M50/627—Filling ports
    • H01M50/636—Closing or sealing filling ports, e.g. using lids

Definitions

  • the invention relates to a method for filling a cavity according to the preamble of claim 1.
  • Such methods are used in particular in the motor vehicle industry when a cavity in a battery arrangement is filled with a viscous material, in particular with a thermally conductive paste.
  • the battery arrangement has a battery tray and a battery accommodated in the battery tray.
  • a cavity between the battery and the battery tray is regularly filled with a thermally conductive paste, so that the heat generated when the battery is charged can be dissipated easily from the battery assembly.
  • it is often problematic on the one hand that the volume of the cavity is not exactly known due to manufacturing tolerances of the battery and/or the battery tray. If too much thermal paste is introduced into the cavity, it can damage the battery tray and/or the battery. If too little thermal paste is introduced, the heat dissipation will not be sufficient. On the other hand, it can also be problematic that air in the cavity has to be expelled from the cavity when the thermally conductive paste is introduced, so that there is further resistance to the introduction of the thermally conductive paste.
  • the invention is based on the knowledge that the introduction of the viscous material is facilitated if the cavity is evacuated before introduction.
  • the evacuation is expediently carried out at at least one evacuation opening. It is preferred that each evacuation opening is closed by means of an air-permeable cover element, so that the introduced viscous material cannot escape again, or only in small quantities.
  • the at least one cover element is expediently made from a nonwoven fabric or a selectively permeable membrane. It preferably has a thickness of at least 0.5 mm and at most 3 mm and preferably from 1 mm to 2 mm. Depending on the viscous material introduced, the cover element is suitably selected so that it has a selective permeability for the viscous material which is at most 1/20 of the permeability for air, this value preferably being based on mass.
  • the viscous material is expediently introduced at at least one filling opening. It is preferred that each filling opening is arranged at a distance from each of the evacuation openings.
  • a sealing element is expediently arranged at each filling opening, which opens into the cavity when there is overpressure outside the cavity and closes when there is overpressure in the cavity, which sealing element can have a slotted plastic film, for example. It is preferred that the vacuum in the cavity is maintained until the end of the introduction of the viscous material. This can be done by closing the evacuation opening(s) or by continued evacuation. On the other hand, the evacuation of the cavity makes it possible to measure the amount of air evacuated from the cavity, so that the volume of the cavity can be calculated.
  • This advantageous development of the method according to the invention is based on the idea that a quantity of viscous material can be introduced into the cavity, the volume of which corresponds to the calculated volume of the cavity.
  • the amount of viscous material introduced can then be metered more accurately.
  • the amount of air evacuated from the cavity is expediently measured by means of a flow meter or by means of a piston metering device. Both are proven and precise measuring devices that are available on the market.
  • the pressure in the cavity is measured and at least the pressure prevailing in the evacuated cavity is used to calculate the volume of the cavity.
  • the pressure prevailing in the cavity prior to evacuation can be used to calculate the volume of the cavity, so that atmospheric pressure does not have to be assumed here either.
  • the pressure in the cavity is measured by means of a pressure sensor arranged in a supply line for the viscous material and that the introduction of the viscous material is ended when the measured pressure exceeds a predetermined setpoint. Exceeding the setpoint can be used as a switch-off criterion with the same priority, priority or subordinate to the switch-off criterion for the introduction of the calculated volume of viscous material.
  • the battery case 10 shown in FIG. 1 has four battery arrangements 12, each of which has a battery 16, shown only schematically here, accommodated in a battery tray 14.
  • the battery trays 14 are formed in a continuous manner with a common base 18 , a common peripheral side wall 20 and inner partition walls 22 .
  • a cavity 24 between the battery tray 14 and the battery 16 accommodated in it which cavity must be filled with a thermally conductive paste.
  • a filling device 26 is provided, which has two ventilation nozzles 28 and one filling nozzle 30 .
  • vent nozzles 28 are connected to a vacuum pump, a Venturi nozzle or a similar device for generating a vacuum via a flow meter (not shown in detail).
  • the filling nozzle 30 is connected to a dosing device 34 for the thermally conductive paste.
  • Each of the battery trays 14 has a top wall 32 with two spaced-apart evacuation openings 36 to which one of the ventilation nozzles 28 is connected in each case.
  • Each ceiling wall 32 also has a filling opening 38 which is arranged at a distance from the evacuation openings 36 and in the middle between them and to which the filling nozzle 30 is connected.
  • the cavity 24 Before the cavity 24 is filled with heat-conducting paste, it is evacuated via the evacuation openings 36, with the flow meter determining the amount of evacuated air.
  • a pressure gauge also measures the pressure in the cavity, and a data processing device is used to calculate the volume of the cavity 24 from the air volume measured by the flow meter, the pressure in the cavity 24 before the evacuation begins, and the pressure in the cavity 24 after the evacuation is complete. Then, by means of the dosing device 34, the thermally conductive paste is introduced into the cavity via the filling connection 30 and the filling opening 38 in an amount whose volume corresponds to the volume of the cavity 24 determined by the data processing device.
  • the pressure gauge is arranged in the dosing device 34 or in the filling nozzle 30 and capable of detecting when a predetermined target pressure is exceeded, which makes it necessary to stop filling the cavity 24 .
  • the vacuum in the cavity 24 is maintained during the introduction of the thermally conductive paste.
  • these are each closed by means of an air-permeable cover element whose permeability for the thermally conductive paste is significantly lower than its permeability for air.
  • the filling opening 38 is also provided with a sealing element, which opens when there is excess pressure from the outside, so that the thermally conductive paste can be introduced into the cavity 24 under pressure, but which closes when there is excess pressure in the cavity 24, so that the thermally conductive paste cannot re-enter through the filler opening 38 when the filler neck 30 is removed from the filler opening 38.
  • two evacuation openings 36 and two ventilation nozzles 28 as well as a filling opening 38 and a filling nozzle 30 are provided. It goes without saying that, depending in particular on the geometry of the battery trays 14, a different number of evacuation openings 36 and ventilation nozzles 28 and a different number of filling openings 38 and filling nozzles 30 can also be provided.
  • the invention relates to a method for filling a cavity 24, in particular a cavity 24 in a battery arrangement 12 having a battery tray 14 and a battery 16 accommodated in the battery tray 14, with a viscous material, in particular with a thermally conductive paste.
  • a viscous material in particular with a thermally conductive paste.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Hohlraums (24), insbesondere eines Hohlraums (24) in einer eine Batteriewanne (14) und eine in der Batteriewanne (14) aufgenommene Batterie (16) aufweisenden Batterieanordnung (12), mit einem viskosen Material, insbesondere mit einer Wärmeleitpaste. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Hohlraum (24) vor dem Einleiten des viskosen Materials evakuiert wird.

Description

Atlas Copco IAS GmbH, Gewerbestraße 52, 75015 Bretten
Verfahren zum Befüllen eines Hohlraums
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Hohlraums gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Solche Verfahren finden insbesondere Anwendung in der Kraftfahrzeugindustrie, wenn ein Hohlraum in einer Batterieanordnung mit einem viskosen Material, insbesondere mit einer Wärmeleitpaste, befüllt wird. Die Batterieanordnung weist dabei eine Batteriewanne und eine in der Batteriewanne aufgenommene Batterie auf. Ein Hohlraum zwischen der Batterie und der Batteriewanne wird dabei regelmäßig mit einer Wärmeleitpaste befüllt, so dass beim Laden der Batterie entstehende Wärme gut aus der Batterieanordnung abgeleitet werden kann. Bei bekannten Verfahren ist aber zum einen oft problematisch, dass das Volumen des Hohlraums aufgrund von Fertigungstoleranzen der Batterie und/oder der Batteriewanne nicht genau bekannt ist. Wird zu viel Wärmeleitpaste in den Hohlraum eingeleitet, so kann diese die Batteriewanne und/oder die Batterie beschädigen. Wird zu wenig Wärmeleitpaste eingeleitet, so ist die Wärmeableitung nicht ausreichend. Zum anderen kann es auch problematisch sein, dass im Hohlraum befindliche Luft beim Einleiten der Wärmeleitpaste aus dem Hohlraum verdrängt werden muss, so dass hier ein weiterer Widerstand gegen das Einleiten der Wärmeleitpaste gegeben ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der Hohlraum mit dem viskosen Material zuverlässiger befüllt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Erfindung liegt zum einen die Erkenntnis zugrunde, dass die Einleitung des viskosen Materials erleichtert wird, wenn der Hohlraum vor dem Einleiten evakuiert wird. Die Evakuierung erfolgt dabei zweckmäßig an mindestens einer Evakuierungsöffnung. Dabei wird bevorzugt, dass jede Evakuierungsöffnung mittels eines luftdurchlässigen Abdeckelements verschlossen ist, so dass aus ihr das eingeleitete viskose Material nicht oder nur in geringen Mengen wieder austreten kann.
Das mindestens eine Abdeckelement ist zweckmäßig aus einem Vliesstoff oder einer selektiv durchlässigen Membran gefertigt. Es weist bevorzugt eine Dicke von mindestens 0,5 mm und höchstens 3 mm und vorzugsweise von 1 mm bis 2 mm auf. In Abhängigkeit vom eingeleiteten viskosen Material wird das Abdeckelement zweckmäßig so ausgewählt, dass es eine selektive Durchlässigkeit für das viskose Material aufweist, die höchstens 1/20 der Durchlässigkeit für Luft beträgt, wobei dieser Wert vorzugsweise auf die Masse bezogen ist.
Das Einleiten des viskosen Materials erfolgt zweckmäßig an mindestens einer Einfüllöffnung. Dabei wird bevorzugt, dass jede Einfüllöffnung im Abstand zu jeder der Evakuierungsöffnungen angeordnet ist. Um ein Wiederaustreten des viskosen Materials aus der Einfüllöffnung zu vermeiden, ist zweckmäßig an jeder Einfüllöffnung ein sich bei außerhalb des Hohlraums anstehendem Überdruck in den Hohlraum öffnendes und bei im Hohlraum anstehendem Überdruck schließendes Abdichtelement angeordnet, welches beispielsweise eine geschlitzte Kunststofffolie aufweisen kann. Es wird bevorzugt, dass das Vakuum im Hohlraum bis zum Ende des Einleitens des viskosen Materials aufrechterhalten wird. Dies kann durch Verschließen der Evakuierungsöffnung(en) erfolgen oder aber durch fortgesetztes Evakuieren. Zum anderen ermöglicht die Evakuierung des Hohlraums die Messung der Menge der aus dem Hohlraum evakuierten Luft, so dass das Volumen des Hohlraums berechnet werden kann. Dieser vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der Gedanke zugrunde, dass in den Hohlraum eine Menge an viskosem Material eingeleitet werden kann, deren Volumen dem berechneten Volumen des Hohlraums entspricht. Die Menge des eingeleiteten viskosen Materials kann dann genauer dosiert werden. Dabei wird die Menge der aus dem Hohlraum evakuierten Luft zweckmäßig mittels eines Durchflussmessgeräts oder mittels eines Kolbendosierers gemessen. Beides sind bewährte und präzise Messgeräte, die am Markt verfügbar sind. Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Druck im Hohlraum gemessen, und es wird zumindest der im evakuierten Hohlraum herrschende Druck zur Berechnung des Volumens des Hohlraums herangezogen. Es muss dann nicht näherungsweise von einem perfekten Vakuum nach dem Evakuieren ausgegangen werden, sondern es kann aus dem nach dem Evakuieren im Hohlraum herrschenden Druck auf die im Hohlraum verbliebene Restluftmenge geschlossen werden. Ebenso kann der vor dem Evakuieren im Hohlraum herrschende Druck zur Berechnung des Volumens des Hohlraums herangezogen werden, so dass auch hier nicht näherungsweise von Atmosphärendruck ausgegangen werden muss. Weiter kann vorgesehen sein, dass der Druck im Hohlraum mittels eines in einer Zuleitung für das viskose Material angeordneten Drucksensors gemessen wird und dass das Einleiten des viskosen Materials beendet wird, wenn der gemessene Druck einen vorgegebenen Sollwert überschreitet. Das Überschreiten des Sollwerts kann als Abschaltkriterium gleichrangig, vorrangig oder nachrangig zum Abschaltkriterium der Einleitung des berechneten Volumens an viskosem Material herangezogen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Batteriekasten mit vier Batterieanordnungen sowie eine Befülleinrichtung. Der in Fig. 1 dargestellte Batteriekasten 10 weist vier Batterieanordnungen 12 auf, welche jeweils eine in einer Batteriewanne 14 aufgenommene, hier nur schematisch dargestellte Batterie 16 aufweisen. Die Batteriewannen 14 sind dabei zusammenhängend mit einem gemeinsamen Boden 18, einer gemeinsamen umlaufenden Seitenwand 20 sowie inneren Trennwänden 22 ausgebildet. In jeder Batterieanordnung 12 besteht ein Hohlraum 24 zwischen der Batteriewanne 14 und der in ihr aufgenommenen Batterie 16, welcher mit einer Wärmeleitpaste befällt werden muss. Zum Einleiten der Wärmeleitpaste ist eine Befülleinrichtung 26 vorgesehen, welche zwei Entlüftungsstutzen 28 sowie einen Befüllstutzen 30 aufweist. Die Entlüftungsstutzen 28 sind über ein nicht näher dargestelltes Durchflussmessgerät mit einer Vakuumpumpe, einer Venturidüse oder einem ähnlichen Gerät zur Erzeugung eines Vakuums verbunden. Der Befüllstutzen 30 ist mit einer Dosiereinrichtung 34 für die Wärmeleitpaste verbunden.
Jede der Batteriewannen 14 weist eine Deckenwand 32 mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Evakuierungsöffnungen 36 auf, an die jeweils einer der Entlüftungsstutzen 28 angeschlossen wird. Jede Deckenwand 32 weist zudem eine im Abstand zu den Evakuierungsöffnungen 36 und in der Mitte zwischen diesen angeordnete Einfüllöffnung 38 auf, an die der Befüllstutzen 30 angeschlossen wird.
Vor der Befüllung des Hohlraums 24 mit Wärmeleitpaste wird dieser über die Evakuierungsöffnungen 36 evakuiert, wobei das Durchflussmessgerät die Menge der evakuierten Luft bestimmt. Ein Druckmessgerät misst zudem den im Hohlraum herrschenden Druck, und mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung wird aus der vom Durchflussmessgerät gemessenen Luftmenge, dem vor Beginn der Evakuierung im Hohlraum 24 herrschenden Druck und dem nach Abschluss der Evakuierung im Hohlraum 24 herrschenden Druck das Volumen des Hohlraums 24 berechnet. Anschließend wird mittels der Dosiereinrichtung 34 über den Befüllstutzen 30 und die Einfüllöffnung 38 die Wärmeleitpaste in einer Menge in den Hohlraum eingeleitet, deren Volumen dem durch die Datenverarbeitungseinrichtung bestimmten Volumen des Hohlraums 24 entspricht. Das Druckmessgerät ist dabei in der Dosiereinrichtung 34 oder im Befüllstutzen 30 angeordnet und in der Lage, das Überschreiten eines vorgegebenen Solldrucks zu detektieren, der ein Beenden der Befüllung des Hohlraums 24 erforderlich macht. Während des Einleitens der Wärmeleitpaste wird das Vakuum im Hohlraum 24 aufrechterhalten. Um ein Austreten der Wärmeleitpaste durch die Evakuierungsöffnungen 36 zu verhindern, sind diese jeweils mittels eines luftdurchlässigen Abdeckelements verschlossen, dessen Durchlässigkeit für die Wärmeleitpaste deutlich niedriger ist als seine Durchlässigkeit für Luft. Die Einfüllöffnung 38 ist zudem mit einem Abdichtelement versehen, das sich bei einem außen anliegenden Überdruck öffnet, so dass die Wärmeleitpaste unter Druck in den Hohlraum 24 eingeleitet werden kann, das sich aber bei im Hohlraum 24 anliegendem Überdruck schließt, so dass die Wärmeleitpaste nicht wieder durch die Einfüllöffnung 38 austreten kann, wenn der Befüllstutzen 30 von der Einfüllöffnung 38 entfernt wird.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Evakuierungsöffnungen 36 und zwei Entlüftungsstutzen 28 sowie eine Einfüllöffnung 38 und ein Befüllstutzen 30 vorgesehen. Es versteht sich von selbst, dass, insbesondere abhängig von der Geometrie der Batteriewannen 14, auch eine andere Anzahl von Evakuierungsöffnungen 36 und Entlüftungsstutzen 28 sowie eine andere Anzahl von Einfüllöffnungen 38 und Befüllstutzen 30 vorgesehen sein können.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Hohlraums 24, insbesondere eines Hohlraums 24 in einer eine Batteriewanne 14 und eine in der Batteriewanne 14 aufgenommene Batterie 16 aufweisenden Batterieanordnung 12, mit einem viskosen Material, insbesondere mit einer Wärmeleitpaste. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Hohlraum 24 vor dem Einleiten des viskosen Materials evakuiert wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Befüllen eines Hohlraums (24), insbesondere eines Hohlraums (24) in einer eine Batteriewanne (14) und eine in der Batteriewanne (14) aufgenommene Batterie (16) aufweisenden Batterieanordnung (12), mit einem viskosen Material, insbesondere mit einer Wärmeleitpaste, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (24) vor dem Einleiten des viskosen Materials evakuiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Evakuierung des Hohlraums (24) an mindestens einer Evakuierungsöffnung (36) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Evakuierungsöffnung (36) mittels eines luftdurchlässigen Abdeckelements verschlossen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Abdeckelement aus einem Vliesstoff oder einer selektiv durchlässigen Membran gefertigt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Abdeckelement eine Dicke von mindestens 0,5 mm und von höchstens 3 mm und vorzugsweise von 1 mm bis 2 mm aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Abdeckelement so an das viskose Material ange- 7 passt ist, dass es eine selektive Durchlässigkeit für das viskose Material aufweist, die höchstens 1/20 der Durchlässigkeit für Luft beträgt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einleiten des viskosen Materials an mindestens einer Einfüllöffnung (38) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 7 und nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einfüllöffnung (38) im Abstand zu jeder der Evakuierungsöffnungen (36) angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Einfüllöffnung (38) ein sich bei außerhalb des Hohlraums (24) anstehendem Überdruck in den Hohlraum (24) öffnendes und bei im Hohlraum (24) anstehendem Überdruck schließendes Abdichtelement angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Abdichtelement eine geschlitzte Kunststofffolie aufweist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuum im Hohlraum (24) bis zum Ende des Einleitens des viskosen Materials aufrechterhalten wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der aus dem Hohlraum (24) evakuierten Luft gemessen wird und aus ihr das Volumen des Hohlraums (24) berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlraum (24) eine Menge an viskosem Material eingeleitet wird, deren Volumen dem berechneten Volumen des Hohlraums (24) entspricht. 8 Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der aus dem Hohlraum (24) evakuierten Luft mittels eines Durchflussmessgeräts oder eines Kolbendosierers gemessen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der im Hohlraum (24) herrschende Druck gemessen wird und dass zumindest der Druck im evakuierten Hohlraum (24) zur Berechnung des Volumens des Hohlraums (24) herangezogen wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Hohlraum (24) mittels eines in einer Zuleitung für das viskose Material angeordneten Drucksensors gemessen wird und dass das Einleiten des viskosen Materials beendet wird, wenn der gemessene Druck einen vorgegebenen Sollwert überschreitet.
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