Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen mindestens eines Niedervoltpfades eines Zellkontaktiersystems.

Ein Zellkontaktiersystem ist z.B. aus "https://www.elringklinger.de/ de/ produkte- technologien/ elektromobilitaet/ batterietechnologie-und-elektromobilitaet" (Abruf am 24.01.2019) bekannt. Das Zellkontaktiersystem besteht aus einem Trägerrahmen zur Aufnahme von Busbars und Elektronikkomponenten. Die Busbars verfügen über ein Kompensationselement zur Reduzierung der Krafteinwirkung auf die Zellterminals. Spannungsabgriffe dienen zur Überwachung der Zellen und ermöglichen

aktives/passives Zellbalancing. Die dazugehörige Temperaturüberwachung kann im Zellkontaktiersystem integriert oder außerhalb vorgesehen sein.

In solchen Zellkontaktiersystem sind elektrische Leitungen in Form von

"Niedervoltpfaden" integriert. Hierbei handelt es sich nicht um die leistungsführenden Busbars, sondern um Niedervolt-/Niederspannungs-/Niederleistungs-Leitungen zur Verschaltung der Elektronikkomponenten usw.

In aktuellen Produkten von Zellkontaktiersystemen sind als Niedervoltpfade bzw.

elektrische Leitungen Kabelbäume, Flexleiter und PCBs gebräuchlich. Montage und Handhabung der entsprechenden Leitungen können dabei aufwendig bzw. schwierig sein. Dies gilt insbesondere für Kabelbäume, da diese biegeschlaffe Bauteile darstellen, welche in der Handhabungstechnik schwierig verarbeitet werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von Niedervoltpfaden in Zellkontaktier- Systemen zu verbessern. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 zum Herstellen mindestens eines Niedervoltpfades eines Zellkontaktiersystems, wobei das

Zellkontaktiersystem einen Grundkörper enthält. Bevorzugte oder vorteilhafte

Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.

Bei dem Verfahren wird ein Führungskopf mit einer Ausgabeöffnung bereitgestellt. Der Führungskopf bzw. die Ausgabeöffnung dient zur Ausgabe eines elektrischen Leiters, insbesondere mehrerer elektrischer Leiter. Im Folgenden wird jedoch der Einfachheit halber die Erfindung anhand der Ausgabe eines einzigen Leiters erläutert. Der bereitgestellte Führungskopf wird dann maschinell in einer vorgebbaren Bahn relativ zum Grundkörper geführt bzw. bewegt. Dabei kann tatsächlich der Führungskopf und/oder der Grundkörper bewegt werden, um die Relativbewegung zwischen beiden zu bewirken. Dabei wird der Leiter aus dem Führungskopf ausgegeben und dabei zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, auf dem Grundkörper verlegt bzw. abgelegt. Durch das Verlegen des Leiters auf dem Grundkörper wird der Niedervoltpfad gebildet. "Verlegen" bedeutet hierbei insbesondere Ablegen, zumindest aber ein Fixieren relativ zum Grundkörper, wobei nicht alle Abschnitte des Leiters den Grundkörper berühren müssen.

Der "Niedervoltpfad" ist hierbei im oben erläuterten Sinne in Abgrenzung zu

leistungsführenden Leitern zu verstehen und dient der Diagnose, Steuerung,

Temperatur-, Spannungs-, Stromerfassung usw. an einer Batteriezelle bzw. einem - modul, an der bzw. dem das Zellkontaktiersystemen angeschlossen bzw. montiert werden soll bzw. ist. Der "Niedervoltpfad" kann hierbei auch ein Abschnitt bzw. Teilstück eines eigentlichen größeren Niedervoltpfades bzw. Gesamtpfades sein, der stückweise aus erfindungsgemäß hergestellten Niedervoltpfaden zusammengesetzt wird. Der Grundkörper ist insbesondere ein Träger für die Niedervoltpfade, Busbars, Elektronik usw. und ist insbesondere ein- oder mehrstückig ausgeführt. Der Führungskopf ist, um dessen maschinelle Führung bzw. Bewegung zu bewerkstelligen, insbesondere an einer Bewegungsvorrichtung, z.B. einem Roboterarm, einer x,y,z-/Dreh-Führung o.ä., angeordnet.

Gemäß der Erfindung ergibt sich somit ein Verlegen von elektrisch leitenden

Verbindungen (Niedervoltpfad, Leiter) für die Signalleitung und -Verarbeitung in Zellkontaktiersystemen. Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Einbringen mindestens eines elektrischen Leiters oder Leitungssystems, in allen drei

translatorischen sowie rotatorische Achsen, innerhalb eines Kontaktierungssystems für Batterien und Batteriesysteme. Hierbei wird ein Draht oder eine Leitung (Leiter) durch eine Vorrichtung (Führungskopf, insbesondere zzgl. Roboterarm o.ä.) geführt. Zweck ist die elektrische Verschaltung bzw. Bildung der Signalpfade (durch die Niedervoltpfade) innerhalb eines Zellkontaktiersystems für Batterien.

Gemäß der Erfindung ergibt sich eine flexible und programmtechnisch definierte

Verdrahtung und Leitungsverlegung, es ist keine biegeschlaffe Kabel- oder

Leiterkartenführung im Handlingsprozess vorhanden, es erfolgt eine

werkzeugunabhängige Leitungsbaumgestaltung und Leitungsverlegung, gleiche Anlagen und Automatisierungslösungen erlauben die Herstellung unterschiedlicher

Leitungsführungen, Leiterquerschnitte und Leiteranzahlen, eine Kombination von Verlege- (Führungskopf) und Kontaktierköpfen (siehe unten) in einem Fertigungsvorgang ist möglich, eine Kabelmantelisolierung ist im System nicht notwendig, eine Verwendung von Lackdraht bzw. isolierten Leitern ist möglich.

Gemäß der Erfindung ergibt sich eine Alternative zu den gängigen Lösungen für die elektrische Verschaltung von Niedervoltpfaden (zum Beispiel Kabelbaum, Leiterplatte (PCB), Flexleiter, Stanzgitter, usw.). Es ergibt sich eine Vereinfachung der Montage von Niedervoltpfaden, ein hoher Grad an Automatisierbarkeit und Flexibilität (Varianten) wird realisiert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Bewegung des Führungskopfes und/oder die Ausgabe des Leiters aus dem Führungskopf automatisch anhand eines

programmierbaren Steuerprogramms durchgeführt. Somit ergibt sich eine

Automatisierbarkeit und Flexibilität des Verfahrens. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Leiter während der Ausgabe aus dem Führungskopf in Bezug auf einen bereits fixierten Leiterabschnitt auf Zug gehalten. Der fixierte Leiterabschnitt ist ein solcher, welcher bereits aus dem Führungskopf

ausgegeben wurde und insbesondere auf oder an dem Grundkörper verlegt bzw.

befestigt wurde, bzw. eine Verlängerung des Leiters im Führungskopf außerhalb dessen darstellt. Der Leiterabschnitt kann auch außerhalb des Grundkörpers relativ zu diesem fixiert werden, z.B. an einem Fixierteil einer Verlegemaschine usw. Die Fixierung erfolgt zum Beispiel durch einen Startknoten oder ein Führungs-/Fixierungselement, wie sie unten beschrieben werden. Insbesondere wird der Zug während der Ausgabe - insbesondere zwischen dem Startknoten und einem Endknoten (siehe unten) - konstant gehalten. Der Zug wird insbesondere über eine Drahtzugbremse erzeugt. Eine gezielte Führung des Leiters ist somit erreichbar, insbesondere ein Durchhängen, Verschlingen usw. des Leiters vermieden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Leiter vor dem bzw. beim Beginn des Verlegens auf dem Grundkörper an einem Startknoten relativ zum Grundkörper fixiert und/oder nach dem bzw. am Ende des Verlegens auf dem Grundkörper an einem

Endknoten relativ zum Grundkörper fixiert. So kann insbesondere und besonders einfach ab Beginn und nach Beendigung der Verlegung Zug am Leiter aufrechterhalten werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Leiter während des Verlegens auf dem Grundkörper an mindestens einem Führungselement angeordnet. Die

Führungselemente dienen insbesondere der Ortsfixierung und/oder Richtungs- Umlenkung des Leiters während des und nach dem Verlegen. Die Führungselemente befinden sich insbesondere entlang des Leiters zwischen Startknoten und Endknoten.

Bei bestimmten, z.B. "kurzen", Leitungen ist insbesondere kein Führungselement erforderlich.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsformen wird - jeweils falls vorhanden - als Startknoten und/oder Endknoten und/oder Führungselement ein Klemmmittel und/oder ein Haltemittel und/oder ein Stift und/oder eine Barriere und/oder ein Kanal und/oder ein Labyrinth verwendet. Derartige Bauteile eignen sich besonders gut für die entsprechenden Aufgaben.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsformen werden - falls vorhanden - als Startknoten und/oder Endknoten und/oder Führungselement solche verwendet, die am Grundkörper angebracht sind. Derartige Bauteile sind insbesondere ein Bestandteil (insbesondere integral, einstückig) des Grundkörpers oder an diesem lösbar oder unlösbar fixiert. Start- und/oder Endknoten müssen aber nicht zwingend am Grundkörper angebracht sein. Es ist insbesondere auch denkbar, dass Start- und/oder Endknoten auf einem zusätzlichen Bauteil (z.B. PCB, Printed Circuit Board) angebracht sind, welchen wiederum mit dem Grundkörper verbindbar ist. ln einer bevorzugten Ausführungsform wird als elektrischer Leiter ein Draht oder eine Leitung verwendet. Derartige Elemente eignen sich besonders gut für das Verfahren.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden mindestens zwei Niedervoltpfade hergestellt, indem ein gemeinsamer Leiter unterbrechungsfrei auf dem Grundkörper verlegt wird und anschließend in die beiden Niedervoltpfade aufgetrennt wird.

Insbesondere wird der Leiter vor dem Auftrennen beidseits der Trennstelle relativ zum Grundkörper fixiert, z.B. an den oben genannten Führungselementen in Form von Fixierungselementen. Die Auftrennung kann durch einen entsprechenden Trennkopf insbesondere automatisiert erfolgen. Gegebenenfalls werden nicht benötigte, abgetrennte Reste von Leitungen entfernt. Auch die Auftrennung erfolgt insbesondere maschinell, insbesondere an bzw. mit Hilfe der gleichen Bewegungsvorrichtung (Tausch des Führungskopfes) oder an einer zusätzlichen Bewegungsvorrichtung. So ergibt sich eine ggf. günstigere Alternative zur jeweiligen separaten Erstellung zweier

Niedervoltpfade.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Führungskopf eine - insbesondere handelsübliche - Drahtführungs-Düse bzw. wird eine solche als Führungskopf verwendet. Diese ist insbesondere rohrähnlich und/oder wird im Sprachgebrauch auch als "Drahtführer", "Wickeldüse" usw. bezeichnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein maschinell bewegter Kontaktierkopf zu einem verlegten Leiter bewegt und der Kontaktierkopf kontaktiert den Leiter mit einem Gegenstück. Auch dies erfolgt insbesondere maschinell, insbesondere (siehe oben zum Trennkopf) an der gleichen (Tausch des Führungs-/Trennkopfes) oder einer zusätzlichen Bewegungsvorrichtung. Somit ist insbesondere die voll automatisierte Herstellung einschließlich Kontaktierung eines Zellkontaktiersystems hinsichtlich Niedervoltpfaden möglich. Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden Ausführungsformen auf. Die Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch "die Erfindung" genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen. Durch die Gestaltung und Adaption einer Drahtverlegung auf eine flache Ausführung innerhalb von Kontaktierelementen (Startknoten, Endknoten, Führungselement) werden die Signalleitungen (Leiter) automatisiert Point-to-Point (jeweils getrennte

Niedervoltpfade) oder durchgehend (ein Leiter durchgehend, danach Auftrennung in verschiedene Niedervoltpfade) verlegt. Dies geschieht idealerweise durch eine rohrähnliche Drahtführerdüse und ein x, y, z, phi- Achssystem.

Gemäß der Erfindung erfolgt eine Verlegung von Leitern in allen Freiheitsgraden ohne formgebende Werkzeuge, universelle Strukturelemente in Form von mechanischen Elementen (Startknoten, Endknoten, Führungselement: stationär oder temporär fixierte Stifte, Barrieren, Kanäle, Labyrinthe...) erlauben eine ausschließlich

programmtechnische Verlegung, es ergibt sich die Möglichkeit der Kombination von Verlege-und Kontaktierverfahren in einer Einheit, es ergibt sich die nur durch den Leiter selbst beschränkte geometrischen Leitungsverlegung innerhalb der vorgegebenen Bauräume, es ergibt sich die Kombinationsmöglichkeit innerhalb des Verlegeverfahrens in sechs Achsen, es sind keine mechanischen Abisoliervorgänge im Prozess notwendig, jedoch auch möglich.

Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen

Prinzipskizze:

Figur 1 das Verlegen eines Leiters auf einem Grundkörper eines

Zellkontaktiersystems.

Figur 1 zeigt die Fertigung eines Zellkontaktiersystems 2, von dem in der Figur lediglich symbolisch ein Ausschnitt dargestellt ist, das einen Grundkörper 4 aufweist. Auf dem Grundkörper 4 sind ein Startknoten 6 stationär sowie acht Führungselemente 8a-h, hier Stifte bzw. Verlegestifte, temporär bzw. fest angeordnet.

Auf dem Grundkörper 4 sollen zwei Niedervoltpfade 10a, b des Zellkontaktiersystems 2 erzeugt werden. Hierzu wird ein Führungskopf 12 in Form eines Verlegekopfes mit Drahtführungsdüse bereitgestellt. Dieser ist in allen drei Raumrichtungen x, y und z bewegbar. Der Führungskopf 12 bzw. die Drahtführungsdüse weist eine Ausgabeöffnung 14 zur Ausgabe eines elektrischen Leiters 16 in Richtung des Pfeils 18 auf. Zur Erstellung der Niedervoltpfade 10a, b wird der Führungskopf 12 entlang einer hier nur angedeuteten programmtechnisch vorgegebenen Bahn 20 durch einen nicht

dargestellten Roboterarm in Richtung des Pfeils 22 maschinell geführt. Hierdurch bewegt sich dieser relativ zum Grundkörper 4. Dabei wird der Leiter 16 in Richtung des Pfeils 18 aus dem Führungskopf 12 ausgegeben und auf dem Grundkörper 4 verlegt, um die Niedervoltpfade 10a, b zu bilden.

Im Beispiel wird der gesamte Leiter 16 einschließlich eines gestrichelt dargestellten Zwischenstückes 24 verlegt

Insgesamt wird also der Leiter 16, hier ein Draht, durch eine Hilfsvorrichtung, den Führungskopf 12 bzw. Verlegekopf oder - wie hier - durch eine zur Anbindung geeignete Geometrie, hier den Startknoten 6 in Form einer Schweißgabel, am Anfangspunkt 26 des erstes Niedervoltpfades 10a fixiert. Anschließend wird der Leiter 16 durch das hierfür geeignete Werkzeug, hier den Führungskopf 12 bzw. die Drahtführungs-Düse, geführt. Die Bahn 20 kann dabei in allen Freiheitsgraden frei bestimmt werden. Die Bewegung des Führungskopfes 12 und die Ausgabe des Leiters 16 aus dem Führungskopf 12 bzw. der Ausgabeöffnung 14 wird automatisch anhand eines programmierbaren

Steuerprogramms durchgeführt. Während des Verlegens wird der Drahtzug durch eine nicht dargestellte, entgegen der Richtung des Pfeils 18 dem Führungskopf 12

vorgeschaltete Drahtzugbremse auf einen annähernd konstanten Wert gehalten. Der Zug wird dabei in Bezug auf den bereits am Startknoten 6 fixierten Leiterabschnitt 7 gehalten. Der Startknoten 6 ist hier also eine Anwickelgabel. Die Führungselemente 8a-c dienen der Führung bzw. Fixierung des Niedervoltpfades 10a entlang eines gewünschten Verlaufes. Am Ende 28 des Niedervoltpfades 10a wird der Leiter 16 wiederum durch eine geeignete Anbindung, hier eine fixierende

Umwickelung um das Führungselement 8d, fixiert. Letzteres bildet somit einen

Endknoten 30 für den Niedervoltpfad 10a. Bei einem "point-to-point"-Vorgang würde der Leiter 16 an dieser Stelle gekappt und der erste Niedervoltpfad 10a wäre geschaffen.

Das Führungselement 8d (wie das Führungselement 8e, siehe unten) kann in einer alternativen Ausführungsform daher auch ein Führungs- und/oder Kontaktierelement sein. Im vorliegenden Beispiel findet jedoch eine Endlosverlegung statt, der Leiter 16 wird somit unterbrechungsfrei zum Führungselement 8e weitergeführt, ohne den Drahtzug zu verlieren, und dort - wiederum durch fixierende Umwickelung am Führungselement 8e - fixiert. Letzteres bildet den Anfangspunkt 26 des zweiten Niedervoltpfades 10b. Nun wird der Niedervoltpfad 10b entlang der Führungselemente 8f-h usw.; in Figur 1 ist die Erstellung des Niedervoltpfades 10b noch nicht abgeschlossen, weitere

Führungselemente sowie ein weiterer Endknoten sind nicht dargestellt.

Um bei der im Beispiel gezeigten Endlosverlegung die elektrische Verschaltung zu gewährleisten, d.h. die beiden Niedervoltpfade 10a, b endgültig zu schaffen, wird der Endlosdraht in Form des Leiters 16 an den entsprechenden Stellen, d.h. zwischen den beiden Niedervoltpfaden 10a, b, aufgetrennt und die Drahtreste, d.h. das nicht mehr benötigte, gestrichelt dargestellte Zwischenstück 24 des Leiters 16 anschließend entfernt.

Am Startknoten 6 und an den Führungselementen 8d,e findet außerdem eine elektrische Kontaktierung des Leiters 16 mit dem betreffenden Bauteil als Gegenstück 34 statt. Der Führungskopf 12 bildet somit gleichzeitig einen Kontaktierkopf 32.

In Figur 1 nicht dargestellt, wird am Ende des Niedervoltpfades 10b der Leiter 16 durch einen alternativen Kontaktierkopf 32, nämlich einen Schweißkopf, mit einem Gegenstück 34, nämlich einer Kontaktplatte, verschweißt und dadurch elektrisch kontaktiert.

Bezugszeichenliste

2 Zellkontaktiersystem

4 Grundkörper

6 Startknoten

7 Leiterabschnitt

8a-h Führungselement

10a, b Niedervoltpfad

12 Führungskopf

14 Ausgabeöffnung

16 Leiter

18 Pfeil

20 Bahn

22 Pfeil

24 Zwischenstück

26 Anfangspunkt

28 Ende

30 Endknoten

32 Kontaktierkopf

34 Gegenstück x,y,z Raumrichtung