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Title:
METHOD AND APPLICATION DEVICE FOR APPLYING A FILLING MATERIAL INTO A CAVITY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/241984
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for applying a fluid filling material into a cavity (1) of a component (2), in particular in a battery module (2) of an electric battery, in particular for gap filling in the battery module (2), the method comprising the following steps: - conveying the filling material by means of at least one metering device (6, 7) at a specified conveying flow rate (Q) to an applicator (3); - injecting the filling material through the applicator (3) into the cavity (1) of the component (2), wherein a defined injection pressure (p) is generated; and - measuring the injection pressure (p) by means of a pressure sensor (9). The invention also provides the following steps: - determining a first pressure rise of the injection pressure (p), wherein the first pressure rise is preferably caused by an injection front of the filling material in the cavity (1) impinging on walls and experiencing a corresponding counter pressure owing to the walls of the cavity (1), wherein the walls of the cavity (1) are preferably resilient, and - reducing the conveying flow rate (Q) of the metering device (6, 7) at a first switchover point during the first pressure rise of the injection pressure (p). The invention also comprises an associated application device.

Inventors:
SCHNUR FRANK (DE)
JOCHUM SEBASTIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/065012
Publication Date:
December 21, 2023
Filing Date:
June 05, 2023
Export Citation:
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Assignee:
DUERR SYSTEMS AG (DE)
International Classes:
B05C7/00; B05C11/10; H01M10/613; H01M10/625; H01M10/653; H01M50/244; H01M50/249
Domestic Patent References:
WO2020207872A12020-10-15
WO2014127277A12014-08-21
Foreign References:
DE102020107399A12021-09-23
DE102019132395A12021-06-02
DE102019109208B32020-10-01
JP2003208888A2003-07-25
DE102021118644A12023-01-26
Attorney, Agent or Firm:
V. BEZOLD & PARTNER PATENTANWÄLTE - PARTG MBB (DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Applizieren eines fluiden Füllmaterials in einen Hohlraum (1) eines Bauteils (2), insbesondere in einem Batteriemodul (2) einer elektrischen Batterie, insbesondere zur Spaltauffüllung in dem Batteriemodul (2), mit den folgenden Schritten: a) Fördern des Füllmaterials durch mindestens einen Dosierer (6, 7) mit einem vorgegebenen Förderstrom (Q.) zu einem Applikator (3; 12), b) Injizieren des Füllmaterials durch den Applikator (3; 12) in den Hohlraum (1) des Bauteils (2), wobei sich ein bestimmter Injektionsdruck (p) einstellt, und c) Messen des Injektionsdrucks (p) durch einen Drucksensor (9; 16, 17), gekennzeichnet durch folgende Schritte: d) Ermitteln eines ersten Druckanstiegs des Injektionsdrucks (p), wobei der erste Druckanstieg vorzugsweise darauf beruht, dass eine Injektionsfront des Füllmaterials in dem Hohlraum (1) auf Wände trifft und einen entsprechenden Gegendruck durch die Wände des Hohlraums (1) erfährt, wobei die Wände des Hohlraums (1) vorzugsweise elastisch sind, und e) Reduzierung des Förderstroms (Q.) des Dosierers (6, 7) an einem ersten Umschaltpunkt bei dem ersten Druckanstieg des Injektionsdrucks (p).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckanstieg des Injektionsdrucks (p) dann detektiert wird und den ersten Umschaltpunkt bildet, wenn der Injektionsdruck (p) nach einem starken Anstieg zu Beginn eines Injektionsvorgangs und dem Erreichen eines Maximalwerts wieder abfällt und dann wieder ansteigt, wenn die Injektionsfront des Füllmaterials in dem Hohlraum auf die Wände des Hohlraums trifft, wobei zu diesem Zeitpunkt des erneuten Ansteigens des Druckanstiegs des Injektionsdrucks (p) dann die Reduzierung des Förderstroms (Q.) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Reduzierung des Förderstroms (Q.) an dem ersten Umschaltpunkt um einen absoluten oder um einen prozentualen Reduzierungswert erfolgt, wobei der Reduzierungswert optional von geometrischen Eigenschaften des Hohlraums (1) abhängig ist, insbesondere von der Größe des Hohlraums (1), b) dass der Reduzierungswert optional von der Viskosität des Füllmaterials abhängig ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte zum zeitlichen Festlegen des ersten Umschaltpunkts: a) Ermitteln der zeitlichen Steigung (p) des gemessenen Injektionsdrucks (p), b) zeitliches Festlegen des ersten Umschaltpunkts durch eine Auswertung der zeitlichen Steigung (p) des gemessenen Injektionsdrucks (p).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, a) dass der erste Umschaltpunkt auf einen Zeitpunkt (tl) festgelegt wird, an dem die zeitliche Steigung (p) des gemessenen Injektionsdrucks (p) positiv wird oder einen vorgegebenen ersten Grenzwert (PMAXI) übersteigt, b) dass der vorgegebene erste Grenzwert (PMAXI) optional positiv, Null oder negativ ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Ermitteln eines zweiten Druckanstiegs des Injektionsdrucks (p), wobei der zweite Druckanstieg des Injektionsdrucks (p) vorzugsweise darauf beruht, dass der Hohlraum (1) nahezu vollständig mit dem Füllmaterial gefüllt ist, und b) Reduzierung des Förderstroms (Q.) des Dosierers (6, 7) an einem zweiten Umschaltpunkt bei dem zweiten Druckanstieg des Injektionsdrucks (p).

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Schritte zum zeitlichen Festlegen des zweiten Umschaltpunkts: a) Ermitteln der zeitlichen Steigung (p) des gemessenen Injektionsdrucks (p), b) zeitliches Festlegen des zweiten Umschaltpunkts mit dem zweiten Druckanstieg des Injektionsdrucks (p) durch eine Auswertung der zeitlichen Steigung (p) des gemessenen Injektionsdrucks (p).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, a) dass der zweite Umschaltpunkt auf einen Zeitpunkt (t2) festgelegt wird, wenn die zeitliche Steigung (p) des gemessenen Injektionsdrucks (p) positiv wird oder einen vorgegeben zweiten Grenzwert (PMAXZ) übersteigt, b) dass der vorgegebene zweite Grenzwert (PMAXZ) optional positiv, Null oder negativ ist, c) dass der vorgegebene zweite Grenzwert (PMAXZ) optional gleich dem ersten Grenzwert (PMAXI) ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderstrom (Q.) bei dem zweiten Umschaltpunkt auf null reduziert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Förderstrom (Q.) des Dosierers (6, 7) an dem zweiten Umschaltpunkt zunächst auf einen negativen Förderstrom (Q.3) reduziert wird, um den Injektionsdruck (p) auf null abzusenken, und b) dass der Förderstrom (Q.) des Dosierers (6, 7) nach dem zweiten Umschaltpunkt dann auf null reduziert wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Füllmaterial mittels eines Mischers (8) aus mehreren Komponenten (A, B) gemischt wird, und b) dass der Drucksensor (9; 16, 17) den Injektionsdruck (p) am Ausgang des Mischers (8) misst.

12. Applikationseinrichtung (11) zum Applizieren eines fluiden Füllmaterials in einen Hohlraum

(1) eines Bauteils (2), insbesondere in einem Batteriemodul (2) einer elektrischen Batterie, insbesondere zur Spaltauffüllung in dem Batteriemodul (2), mit a) einem Applikator (3; 12) zum Injizieren des Füllmaterials in den Hohlraum (1), wobei sich ein bestimmter Injektionsdruck (p) einstellt, b) mindestens einem Dosierer (6, 7) zur Förderung des Füllmaterials mit einem bestimmten Förderstrom (Q.) zu dem Applikator (3; 12), c) einem ersten Drucksensor (9; 16, 17) zur Messung des Injektionsdrucks (p) des Füllmaterials, und d) einer Steuereinheit (10), die den ersten Drucksensor (9; 16, 17) abfragt und den Dosierer (6, 7) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, e) dass der erste Drucksensor (9; 16, 17) mechanisch mit dem Applikator (3; 12) verbunden und gemeinsam mit dem Applikator (3; 12) beweglich ist, und/oder f) dass die Steuereinheit (10) das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt.

13. Applikationseinrichtung (11) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen zweiten Drucksensor (9; 16, 17) zur Messung des Injektionsdrucks (p) des Füllmaterials.

14. Applikationseinrichtung (11) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, a) dass der zweite Drucksensor (9; 16, 17) ebenfalls mechanisch mit dem Applikator (3; 12) verbunden und gemeinsam mit dem Applikator (3; 12) beweglich ist, oder b) dass der zweite Drucksensor getrennt von dem Applikator angeordnet ist, insbesondere bl) an einem Stopfen einer Öffnung des Hohlraums oder b2) an einer Wand des Hohlraums.

15. Applikationseinrichtung (11) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, a) dass die beiden Drucksensoren (16, 17) an den gegenüberliegenden Enden einer Traverse (14) angebracht sind, um den Injektionsdruck (p) an zwei Steigeröffnungen an dem Bauteil (2) zu messen, wobei die Steigeröffnungen einen Austritt von überschüssigem Füllmaterial aus dem Hohlraum (1) des Bauteils (2) ermöglichen, und b) dass der Applikator (3; 12) zwischen den beiden Drucksensoren (16, 17) an der Traverse (14) angebracht ist, insbesondere mittig, um das Füllmaterial in eine Injektionsöffnung an dem Bauteil (2) zu injizieren.

16. Applikationseinrichtung (11) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Drucksensoren (16, 17) an der Traverse (14) jeweils in einer Lagerstelle (21, 22) gelagert sind, wobei die Lagerstelle (21, 22) eine Ausweichbewegung der Drucksensoren (16, 17) aus ihrer Neutralstellung relativ zu der Traverse (14) ermöglicht, b) dass die Ausweichbewegung der Drucksensoren (16, 17) vorzugsweise rechtwinklig zur Applikationsrichtung des Applikators (12) ausgerichtet ist, c) dass die Lagerstelle (21, 22) optional eine Feder oder eine Druckluftzuführung aufweist, um den jeweiligen Drucksensor (6, 17) in seine Neutralstellung zurückzustellen.

17. Applikationseinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Applikator (12) durch einen Bajonettverschluss (15) mit derTraverse (14) verbunden ist, b) dass der Bajonettverschluss (15) optional auch eine Leitungsdurchführung für Sensorleitungen (23, 24) der Drucksensoren (16, 17) enthält.

18. Applikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, a) dass jeder der Drucksensoren (16, 17) jeweils eine Kegelspitze (18) aufweist, um eine Selbstzentrierung des Drucksensors (16, 17) in der zugehörigen Steigeröffnung an dem Bauteil (2) zu bewirken, b) dass der Applikator (12) eine Kegelspitze (13) aufweist, um eine Selbstzentrierung des Applikators (12) in der zugehörigen Injektionsöffnung an dem Bauteil (2) zu bewirken, und/oder b) dass die Kegelspitze (18) der Drucksensoren (16, 17) einen Dichtring (19) trägt, um die zuge- hörige Steigeröffnung an dem Bauteil (2) abzudichten, wenn die Kegelspitze (18) des Drucksensors (16, 17) in die zugehörige Steigeröffnung eingeführt ist.

19. Applikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch einen Applikationsroboter zur Positionierung der Traverse (14) mit dem an der Traverse (14) befestigten Applikator (3; 12) und den an der Traverse (14) befestigten Drucksensoren (16, 17).

Description:
BESCHREIBUNG

Verfahren und Applikationseinrichtung zum Applizieren eines Füllmaterials in einen Hohlraum

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Applizieren eines fluiden Füllmaterials in einen Hohlraum eines Bauteils, insbesondere in einem Batteriemodul einer elektrischen Batterie, insbesondere zur Spaltauffüllung in einem Batteriemodul. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Applikationseinrichtung.

Hintergrund der Erfindung

Bei der Herstellung von Batteriemodulen für die Elektromobilität werden thermisch leitende Füllmaterialien verwendet, um Hohlräume in den Batteriemodulen aufzufüllen und die Batteriezellen in den Batteriemodulen thermisch mit dem Gehäuse des jeweiligen Batteriemoduls zu koppeln. Hierzu werden als Füllmaterial sogenannte „Gap-Filler" oder „Thermal Interface Materials" (TIM) verwendet, die in der Regel hochviskos, stark mit Festkörpern gefüllt und hochabrasiv sind und auch eine hohe Dichte und damit ein entsprechend hohes Gewicht aufweisen.

Aus DE 10 2019 109 208 B3 sind eine Applikationseinrichtung und ein entsprechendes Applikationsverfahren bekannt, die es ermöglichen, ein solches Füllmaterial in einen Hohlraum eines Batteriemoduls zu indizieren.

Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist die Tatsache, dass es beim Beenden eines Injektionsvorgangs zum Herausquellen des Füllmaterials aus dem Batteriemodul kommen kann, was unerwünscht ist.

Zum technischen Hintergrund der Erfindung ist auch hinzuweisen auf JP 2003-208 888 A, DE 10 2021 118 644 Al und WO 2014/127 ll Al. der

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, beim Injektionsfüllen von Hohlräumen in Batteriemodulen ein Herausquellen des Füllmaterials am Ende des Injektionsvorgangs zu verhindern.

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren bzw. eine entsprechende Applikationseinrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient allgemein zum Applizieren eines fluiden Füllmaterials in einen Hohlraum eines Bauteils. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei dem Bauteil um ein Batteriemodul einer elektrischen Batterie. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Bauteils nicht auf ein Batteriemodul beschränkt, sondern eignet sich auch zur Auffüllung von Hohlräumen in anderen Bauteilen.

Zu dem zu injizierenden Füllmaterial ist zu erwähnen, dass es sich hierbei vorzugsweise um ein thermisch leitfähiges Füllmaterial handelt, wobei derartige thermisch leitfähige Füllmaterialien auch als „Gap-Filler" oder „Thermal Interface Materials" (TIM) bekannt sind und deshalb hinsichtlich ihrer Zusammensetzung nicht weiter beschrieben werden müssen. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Füllmaterials nicht auf derartige thermisch leitfähige Füllmaterialien beschränkt. Beispielsweise kann es sich bei dem Füllmaterial auch um einen Dickstoff handeln, wie beispielsweise um einen Dämmstoff, ein Dichtmittel oder einen Klebstoff, um nur einige Beispiele zu nennen.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht zunächst in Übereinstimmung mit dem eingangs beschriebenen bekannten Applikationsverfahren vor, dass das Füllmaterial durch mindestens einen Dosierer mit einem vorgegebenen Förderstrom zu einem Applikator gefördert wird.

Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Dosierers hat vorzugsweise die Bedeutung, dass der Förderstrom am Ausgang des Dosierers unabhängig von den Druckverhältnissen zwischen Eingang und Ausgang des Dosierers ist. Davon zu unterscheiden sind normale Pumpen, die zwar auch einen Förderstrom fördern, der jedoch von den Druckverhältnissen am Ausgang der Pumpe abhängt. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus und der Funktionsweise des Dosierers nicht auf die vorstehend beschriebenen Dosierer im engeren Sinne entsprechend der üblichen Bedeutung in der Fachsprache beschränkt. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Dosierers kann also auch herkömmliche Pumpen umfassen. Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Verfahren in Übereinstimmung mit dem eingangs beschriebenen bekannten Verfahren vor, dass der Applikator das Füllmaterial in den Hohlraum des Bauteils injiziert, wobei sich ein bestimmter Injektionsdruck einstellt.

Darüber hinaus sieht auch das erfindungsgemäße Verfahren in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik vor, dass der Injektionsdruck des Füllmaterials durch einen Drucksensor gemessen wird.

Die Druckmessung hat jedoch im Rahmen der Erfindung einen anderen technischen Zweck als bei dem eingangs beschriebenen Stand der Technik. So beruht die Erfindung auf der technisch-physikalischen Erkenntnis, dass das störende Herausquellen des Füllmaterials aus dem Batteriemodul am Ende eines Injektionsvorgangs daher rührt, dass die Wände des Hohlraums elastisch sind und bei einem Injektionsvorgang aufgrund des Injektionsdruck leicht deformiert werden. Am Ende eines Injektionsvorgangs führt das Abschalten des Injektionsdrucks dann dazu, dass die elastischen Wände des Hohlraums entlastet werden und sich in ihre Ausgangsstellung zurückbewegen, was zu dem störenden Herausdrücken des Füllmaterials aus dem Hohlraum führt.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht deshalb vor, dass bei einem Injektionsvorgang der Druckanstieg des Injektionsdrucks ermittelt wird, wobei der Druckanstieg darauf beruht, dass eine Injektionsfront des Füllmaterials in dem Hohlraum auf die Wände des Hohlraums trifft und einen entsprechenden Gegendruck durch die Wände des Forums erfährt. Der Druckanstieg wird hierbei durch den vorstehend erwähnten Drucksensor gemessen. Bei einem bestimmten Druckanstieg des Injektionsdrucks ist dann ein Umschaltpunkt vorgesehen, an dem der Förderstrom des Dosierers reduziert wird. So erfolgt die Befüllung des Hohlraums mit dem Füllmaterial zu Beginn eines Injektionsvorgangs zunächst mit einem großen Förderstrom. Der Injektionsdruck steigt dann zunächst stark an und fällt dann nach Erreichen eines Maximalwerts leicht ab. Der Injektionsdruck steigt dann aber wieder an, wenn die Injektionsfront des Füllmaterials in dem Hohlraum auf die Wände des Hohlraums trifft. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt dann die Umschaltung des Förderstroms auf einen kleineren Förderstrom.

Zu dem im Rahmen der Erfindung verwendeten Begriff eines Druckanstieges ist zu bemerken, dass der jeweilige Druckanstieg nicht notwendigerweise zu einem globalen Maximum führt. Es besteht vielmehr auch die Möglichkeit, dass der jeweilige Druckanstieg lediglich zu einem lokalen Maximum führt. Die Reduzierung des Förderstroms an dem ersten Umschaltpunkt kann beispielsweise um einen absoluten Reduzierungswert oder um einen prozentualen Reduzierungswert erfolgen, wobei der Reduzierungswert optional auch die geometrischen Eigenschaften des Hohlraums (z.B. Form, Volumen) berücksichtigen kann. Darüber hinaus kann der Reduzierungswert optional von der Viskosität des Füllmaterials abhängig sein.

Bei der zeitlichen Festlegung des ersten Umschaltpunkts zur Reduzierung des Förderstroms wird vorzugsweise nicht der Injektionsdruck selbst ausgewertet, sondern die zeitliche Steigung des Injektionsdrucks. Der erste Umschaltpunkt für die Reduzierung des Förderstroms wird dann auf einen Zeitpunkt festgelegt, zu dem die zeitliche Steigung des gemessenen Injektionsdrucks einen bestimmten ersten Grenzwert überschreitet, wobei der erste Grenzwert vorzugsweise positiv ist, aber auch null oder negativ sein kann.

Nach der vorstehend beschriebenen Reduzierung des Förderstroms an dem ersten Umschaltpunkt bleiben der Förderstrom und der Injektionsdruck dann zunächst weitgehend konstant. Erst unmittelbar vor der vollständigen Befüllung des Hohlraums steigt der Injektionsdruck dann wieder an. Zu diesem Zeitpunkt ist dann ein zweiter Umschaltpunkt vorgesehen, an dem der Förderstrom des Dosierers weiter reduziert wird.

Zur zeitlichen Festlegung des zweiten Umschaltpunkts wird vorzugsweise wieder die zeitliche Steigung des gemessenen Injektionsdrucks ausgewertet, d.h. der zweite Umschaltpunkt wird in Abhängigkeit von der zeitlichen Steigung des gemessenen Injektionsdrucks festgelegt.

Vorzugsweise wird der zweite Umschaltpunkt hierbei auf einen Zeitpunkt festgelegt, wenn die zeitliche Steigung des gemessenen Injektionsdrucks positiv wird oder einen vorgegebenen zweiten Grenzwert übersteigt. Der zweite Grenzwert kann optional positiv, null oder negativ sein. Darüber hinaus besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die beiden Grenzwerte für die zeitliche Steigung des Injektionsdrucks gleich sind. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die beiden Grenzwerte für die zeitliche Steigung des Injektionsdrucks an dem ersten Umschaltpunkt und an dem zweiten Umschaltpunkt unterschiedlich sind.

Es wurde vorstehend bereits erwähnt, dass der Förderstrom bei dem zweiten Umschaltpunkt weiter reduziert wird, um eine Überbefüllung des Hohlraums mit dem Füllmaterial zu verhindern. Beispielsweise kann der Förderstrom an dem zweiten Umschaltpunkt auf null reduziert werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Förderstrom jedoch an dem zweiten Förderstrom zunächst auf einen negativen Förderstrom reduziert, um den Injektionsdruck schnell auf null abzusenken. Erst anschließend wird der Förderstrom dann auf null reduziert.

Allgemein ist noch zu erwähnen, dass das Füllmaterial mittels eines Mischers aus mehreren Komponenten gemischt werden kann, wobei der Drucksensor den Injektionsdruck am Ausgang des Mischers messen kann. Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass mehrere Drucksensoren vorgesehen sind, die den Injektionsdruck der verschiedenen Komponenten stromaufwärts vor dem Mischer messen.

Vorstehend wurde das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Die Erfindung beansprucht jedoch auch Schutz für eine entsprechende Applikationseinrichtung mit einem Applikator, einem Dosierer, einem Drucksensor und einer Steuereinheit, die den ersten Drucksensor abfragt und den Dosierer entsprechend ansteuert.

Die Steuereinheit kann sich hierbei dadurch auszeichnen, dass sie im Betrieb das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Die Steuereinheit kann hierzu einen Steuerrechner aufweisen, auf dem ein Steuerprogramm abläuft, dass bei einer Ausführung das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ausführt.

Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung alternativ auch die Möglichkeit, dass sich die erfindungsgemäße Applikationseinrichtung dadurch auszeichnet, dass der Drucksensor mechanisch mit dem Applikator verbunden ist und gemeinsam mit dem Applikator bewegt wird, beispielsweise durch einen Applikationsroboter.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Applikationseinrichtung zwei Drucksensoren auf, um den Injektionsdruck des Füllmaterials zu messen, wobei der zweite Drucksensor vorzugsweise ebenfalls mechanisch mit dem Applikator verbunden ist und gemeinsam mit dem Applikator bewegt wird. Üblicherweise wird das Füllmaterial nämlich in eine Injektionsöffnung an dem Bauteil injiziert und kann zur Vermeidung einer Überbefüllung aus zwei Steigeröffnungen wieder aus dem Hohlraum austreten. Die beiden Drucksensoren sind dann vorzugsweise so platziert, dass sie den Injektionsdruck des Füllmaterials an den Steigeröffnungen des Bauteils messen.

Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass der zweite Drucksensor getrennt von dem Applikator angeordnet ist, beispielsweise an einem Stopfen einer Öffnung des Hohlraums oder an einer Wand des Hohlraums. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Applikationseinrichtung eine Traverse auf, wobei die beiden Drucksensoren an den gegenüberliegenden Enden der Traverse angebracht sind, um den Injektionsdruck an den beiden Steigeröffnungen an dem Bauteil zu messen. Der Applikator ist hierbei vorzugsweise ebenfalls an der Traverse angebracht und zwar vorzugsweise mittig zwischen den beiden Drucksensoren.

Hierbei ist zu erwähnen, dass die Drucksensoren an der Traverse jeweils an einer Lagerstelle gelagert sind, wobei die Lagerstelle vorzugsweise eine Ausweichbewegung der Drucksensoren aus ihrer Neutralstellung relativ zu der Traverse ermöglichen. Dies verhindert beim Aufsetzen der Applikationseinrichtung auf das Bauteil eine Beschädigung der Drucksensoren bzw. der Steigeröffnungen an dem Bauteil. Die Ausweichbewegung der Drucksensoren ist hierbei vorzugsweise rechtwinklig zur Applikationsrichtung ausgerichtet. Hierbei kann die Lagerstelle optional eine Feder oder eine Druckluftzuführung aufweisen, um den jeweiligen Drucksensor in seine Neutralstellung zurückzustellen.

Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass der Applikator durch einen Bajonettverschluss lösbar mit der Traverse verbunden ist. Dieser Bajonettverschluss kann optional auch eine Leitungsdurchführung für Sensorleitungen der Drucksensoren enthalten.

Die einzelnen Drucksensoren können eine Kegelspitze aufweisen, um eine Selbstzentrierung des jeweiligen Drucksensors in der zugehörigen Steigeröffnung an dem Bauteil zu bewirken. Auch der Applikator kann eine entsprechende Kegelspitze aufweisen, um eine Selbstzentrierung des Applikators in der zugehörigen Injektionsöffnung an dem Bauteil zu bewirken.

Die Kegelspitze kann jeweils einen Dichtring tragen, um eine Abdichtung der Kegelspitze in der jeweiligen Öffnung (Injektionsöffnung bzw. Steigeröffnung) zu bewirken.

Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Applikationseinrichtung vorzugsweise einen Applikationsroboter zur Positionierung derTraverse mit dem an derTraverse befestigten Applikator und den an der Traverse befestigten Drucksensoren.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Applikationseinrichtung zum Injizieren eines thermisch leitfähigen Füllmaterials in einen Hohlraum eines Batteriemoduls.

Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebsverfahrens der Applikationseinrichtung aus Figur 1.

Figur 3 zeigt ein Diagramm mit den Verläufen des Injektionsdrucks und des Förderstroms bei einem Injektionsvorgang.

Figur 4A zeigt eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Applikationseinrichtung mit einer Traverse mit einem Applikator und zwei Drucksensoren.

Figur 4B zeigt eine Querschnittsansicht durch die Applikationseinrichtung gemäß Figur 4A.

Figur 4C zeigt eine Querschnittsansicht durch den Applikator der Applikationseinrichtung gemäß den Figuren 4A und 4B.

Figur 4D zeigt eine Querschnittsansicht durch die Applikationseinrichtung gemäß den Figuren 4A- 4C.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird nun das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Applikationseinrichtung beschrieben, wobei die Betriebsweise dieser Applikationseinrichtung in Figur 2 in Form eines Flussdiagramms dargestellt ist.

Die erfindungsgemäße Applikationseinrichtung dient zum Injizieren eines thermisch leitfähigen Füllmaterials in einen Hohlraum 1 in einem Batteriemodul 2, wobei das Batteriemodul 2 mit dem Hohlraum 1 hier nur schematisch dargestellt ist.

Zum Injizieren des Füllmaterials in den Hohlraum 1 weist die Applikationseinrichtung einen Applikator 3 auf, der zum Injizieren des Füllmaterials auf eine Injektionsöffnung an dem Hohlraum 1 aufgesetzt werden kann.

Das Füllmaterial besteht hierbei aus zwei Komponenten A und B, die über zwei Zuleitungen 4, 5 zugeführt werden, wobei in den beiden Zuleitungen 4, 5 jeweils ein Dosierer 6, 7 angeordnet ist. Die beiden Dosierer 6, 7 dosieren die beiden Komponenten A, B des Füllmaterials mit einem bestimmten Förderstrom A bzw. Q B zu einem Mischer 8, der die beiden Komponenten A, B zu dem Füllmaterial mischt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Mischer 8 ein statischer Mischer, wie beispielsweise ein Gittermischer oder Wendeimischer.

Das aus den beiden Komponenten A, B zusammengemischte Füllmaterial strömt dann mit einem Förderstrom Q von dem Mischer 8 zu dem Applikator 3 und wird in den Hohlraum 1 des Batteriemoduls 2 injiziert.

Zwischen dem Mischer 8 und dem Applikator 3 misst ein Drucksensor 9 den Injektionsdruck p, mit dem das Füllmaterial in den Hohlraum 1 injiziert wird und leitet den Messwert des Injektionsdrucks p an eine Steuereinheit 10 weiter. Die Steuereinheit 10 steuert dann die beiden Dosierer 6, 7 so an, dass diese den gewünschten Förderstrom QA bzw. B zu dem Mischer 8 fördern.

Zu den angegebenen Druckwerten ist allgemein zu bemerken, dass diese auf einen Umgebungsdruck po bezogen sind, der einen Referenzdruck bildet. Bei einem Umgebungsdruck po=l bar (Atmosphärendruck) bedeutet ein (relativer) Druckwert von p=2 bar also, dass der Druck absolut 3 bar beträgt.

Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm gemäß Figur 2 und das Diagramm gemäß Figur 3 die Betriebsweise der Applikationseinrichtung gemäß Figur 1 beschrieben. Hierbei ist zu erwähnen, dass die nachfolgend nacheinander beschriebenen Schritte im Betrieb teilweise gleichzeitig ablaufen.

In einem ersten Schritt S1 wird das Füllmaterial von dem Applikator 3 in den Hohlraum 1 des Batteriemoduls 2 injiziert.

Dabei wird in einem Schritt S2 der Injektionsdruck p von dem Drucksensor 9 gemessen.

In einem Schritt S3 wird dabei der Druckanstieg p Injektionsdrucks p gemessen, d.h. die zeitliche Änderung dp/dt des Injektionsdrucks p. Falls der Druckanstieg p einen vorgegebenen Maximalwert PMAXI nicht überschreitet, so werden die Schritte S1-S4 in einer Schleife wiederholt.

Falls der ermittelte Druckanstieg p dagegen den Maximalwert PMAXI überschreitet, so wird in einem Schritt S5 der Förderstrom Q. zu dem Applikator 3 von einem Wert Q.=Q1 auf Q.=Q2 reduziert, beispielsweise um 50 Prozent. Dies geschieht in dem Diagramm gemäß Figur 4 zum Zeitpunkt t=t 1 bei einem ersten Umschaltpunkt. Der Druckanstieg p an dem ersten Umschaltpunkt lässt sich darauf zurückführen, dass die Injektionsfront des Füllmaterials in dem zuvor noch ungefüllten Hohlraum 1 des Batteriemoduls 2 auf die Wände des Hohlraums 1 auftrifft, was zu einem entsprechenden Druckanstieg führt.

Im nächsten Schritt S6 wird dann mit dem Injizieren des Füllmaterials in den Hohlraum 1 des Batteriemoduls 2 fortgefahren.

Im nächsten Schritt S7 erfolgt dann wieder eine Messung des Injektionsdrucks p während des Injizierens des Füllmaterials in den Hohlraum 1 des Batteriemoduls 2.

Im nächsten Schritt S8 wird dann wieder der Druckanstieg p des Injektionsdrucks p gemessen.

In einem Schritt S9 wird dann geprüft, ob der Druckanstieg p einen vorgegebenen zweiten Maximalwert PMAX2 überschreitet. In dem Diagramm gemäß Figur 3 sind die beiden Maximalwerte PMAXI und PMAX2 gleich. Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass die beiden Maximalwerte PMAXI und PMAX2 gleich unterschiedlich sind.

Falls der Druckanstieg p den vorgegebenen zweiten Maximalwert PMAX2 nicht überschreitet, so werden die Schritte S6-S9 in einer Schleife wiederholt.

Andernfalls erfolgt dagegen in einem Schritt S10 ein kurzes Umkehren des Förderstroms Q. auf Q=Q.3<0, um den Injektionsdruck p schnell auf null zu senken. Dies geschieht in dem Diagramm gemäß Figur 3 am zweiten Umschaltpunkt zum Zeitpunkt t=t2.

Der Druckanstieg an dem zweiten Umschaltpunkt zum Zeitpunkt t=t2 ist darauf zurückzuführen, dass der Hohlraum 1 in dem Batteriemodul 2 nahezu vollständig gefüllt ist. Schließlich wird der Förderstrom Q. dann in einem Schritt Sil komplett abgeschaltet.

Vorteilhaft an dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Betriebsverfahren ist die Tatsache, dass nach dem Injektionsvorgang keinerlei Füllmaterial aus dem Hohlraum 1 des Batteriemoduls 2 austritt. Das störende Herausquellen des Füllmaterials aus dem Hohlraum 1 des Batteriemoduls 2 wird also vollständig verhindert.

Im Folgenden wird nun das in den Figuren 4A-4D dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Applikationseinrichtung 11 beschrieben, die zum Injizieren eines thermisch leitfähigen Füllmaterials in einen Hohlraum eines Batteriemoduls eingesetzt werden kann.

Die Applikationseinrichtung 11 weist zunächst einen Applikator 12 auf, der zum Injizieren des Füllmaterials dient und eine Kegelspitze 13 aufweist, wobei die Kegelspitze 13 beim Aufsetzen des Applikators 12 auf eine Injektionsöffnung an einem Batteriemodul eine Selbstzentrierung des Applikators 12 in der Injektionsöffnung ermöglicht.

Darüber hinaus weist die Applikationseinrichtung 11 eine Traverse 14 auf, wobei die Traverse 14 durch einen Bajonettverschluss 15 mit dem Applikator 12 verbunden ist. Der Bajonettverschluss 15 ermöglicht hierbei eine leicht lösbare Verbindung zwischen dem Applikator 12 einerseits und der Traverse 14 andererseits.

An den beiden gegenüberliegenden Enden der Traverse 14 befindet sich jeweils ein Drucksensor 16, 17 zur Messung des Injektionsdrucks an zwei Steigeröffnungen des Batteriemoduls. So wird das Füllmaterial von dem Applikator 12 durch die Injektionsöffnung in das Batteriemodul injiziert und kann dann mit zunehmendem Füllungsgrad schließlich wieder aus den Steigeröffnungen des Batteriemoduls austreten, was jedoch verhindert werden soll. Bei einem Injektionsvorgang werden die Drucksensoren 16, 17 dann auf die beiden Steigeröffnungen aufgesetzt, um den Injektionsdruck in dem Batteriemodul an den Steigeröffnungen zu messen.

Die beiden Drucksensoren 16, 17 weisen hierbei jeweils eine Kegelspitze 18 auf, um eine Selbstzentrierung des jeweiligen Drucksensors 16, 17 in der zugehörigen Steigeröffnung zu ermöglichen.

Die Kegelspitzen 18 weisen jeweils einen Dichtring 19 auf, um die Kegelspitze 18 in der zugehörigen Steigeröffnung abzudichten. Weiterhin ist aus Figur 4D ersichtlich, dass die Drucksensoren 16, 17 jeweils eine Messöffnung 20 aufweisen, um den Injektionsdruck an der jeweiligen Steigeröffnung zu messen.

Ferner ist zu erwähnen, dass die beiden Drucksensoren 16, 17 an den gegenüberliegenden Enden der Traverse 14 jeweils in einer Lagerstelle 21, 22 gelagert sind. Hierbei ist zu erwähnen, dass die beiden Lagerstellen 21, 22 jeweils eine nachgiebige Lagerung des Drucksensors 16, 17 in der jeweiligen Lagestelle 21, 22 ermöglichen, wie in Figur 4D durch den Doppelpfeil dargestellt ist. Dadurch werden mechanische Spannungen zwischen dem Batteriemodul einerseits und den Drucksensoren 16, 17 andererseits vermieden.

Weiterhin ist ersichtlich, dass die Drucksensoren Sensorleitungen 23, 24 aufweisen, um die jeweiligen Druckmesswerte weiterzuleiten.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Hauptanspruchs. Die Erfindung umfasst also verschiedene Erfindungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen. Beispielsweise genießt die Erfindung Schutz für die Applikationseinrichtung gemäß den Figuren 4A-4D unabhängig von dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Darüber hinaus genießt die Erfindung auch Schutz für das Betriebsverfahren gemäß Figur 2 unabhängig von dem konstruktiven Aufbau der Applikationseinrichtung gemäß den Figuren 4A-4D.

1 Hohlraum in dem Batteriemodul

2 Batteriemodul

3 Applikator

4 Zuleitung für Komponente A

5 Zuleitung für Komponente B

6 Dosierer für Komponente A

7 Dosierer für Komponente B

8 Mischer zum Mischen der Komponenten A und B

9 Drucksensor zum Messen des Injektionsdrucks zwischen Mischer und Applikator

10 Steuereinheit

11 Applikationseinrichtung

12 Applikator

13 Kegelspitze des Applikators

14 Traverse der Applikationseinrichtung

15 Bajonettverschluss zur Verbindung von Applikator und Traverse

16 Drucksensor an der Traverse der Applikationseinrichtung

17 Drucksensor an der Traverse der Applikationseinrichtung

18 Kegelspitzen der Drucksensoren

19 Dichtring an der Kegelspitze des Drucksensors

20 Messöffnung des Drucksensors

21 Lagerstelle zur nachgiebigen Lagerung des Drucksensors an der Traverse

21 Lagerstelle zur nachgiebigen Lagerung des Drucksensors an der Traverse

23 Sensorleitung des Drucksensors

24 Sensorleitung des Drucksensors

A Erste Komponente des Füllmaterial

B Zweite Komponente des Füllmaterials p Injektionsdruck p Druckanstieg dp/dt A Förderstrom der Komponente A

QA Förderstrom der Komponente B

Ql Förderstrom vor dem ersten Umschaltpunkt

Q2 Förderstrom zwischen erstem Umschaltpunkt und zweitem Umschaltpunkt

Q3 Förderstrom nach dem zweiten Umschaltpunkt Q. Förderstrom der Mischung der beiden Komponenten A und B tl Erster Umschaltpunkt t2 Zweiter Umschaltpunkt