DE102022001796A1

DE102022001796A1 - Vorrichtung zur Druckprüfung, Evakuierung und Befüllung einer nicht vakuumfesten oder nicht druckfesten Baugruppe

Info

Publication number: DE102022001796A1
Application number: DE102022001796.2A
Authority: DE
Inventors: Carsten Wöhner
Original assignee: Duerr Somac GmbH
Current assignee: Duerr Somac GmbH
Priority date: 2022-05-21
Filing date: 2022-05-21
Publication date: 2023-11-23
Also published as: WO2023227151A1; EP4529514A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckprüfung, Evakuierung und Befüllung einer nicht vakuumfesten oder nicht druckfesten Baugruppe mittels einer Vakuum-Druck-Befüllung oder einer Vakuum-Volumen-Befüllung, wobei die Vorrichtung eine Vakuumkammer zur Aufnahme der zu befüllenden Baugruppe und ein Befüllwerkzeug zur Befüllung der zu befüllenden Baugruppe aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine diesbezügliche Vorrichtung zu schaffen, die eine kompakte Bauweise mit kleinen Volumina aufweist, um kurze Evakuierungs- und Belüftungszeiten zu ermöglichen. Gleichzeitig soll ein lediglich geringer Verbrauch an Hilfsgas verursacht und ein gutes Handling für eine Automatisierung erreicht werden. Die Aufgabe wird gelöst, indem die Vakuumkammer der Vorrichtung lösbar aus einer Grundplatte (4) und aus einer Vakuum-Druck-Wanne (5) zusammengefügt ist, wobei für diese Bauteile spezifische Ausgestaltungen vorgeschlagen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckprüfung, Evakuierung und Befüllung einer nicht vakuumfesten oder nicht druckfesten Baugruppe mittels einer Vakuum-Druck-Befüllung oder einer Vakuum-Volumen-Befüllung, wobei die Vorrichtung eine Vakuumkammer zur Aufnahme der zu befüllenden Baugruppe und ein Befüllwerkzeug zur Befüllung der zu befüllenden Baugruppe aufweist.
Für verschiedenartige technische Anwendungen müssen Flüssigkeiten oder Gase als Betriebsstoffe einer Baugruppe, einem Werkstück oder einem gerätetechnischen System zugeführt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindungsbeschreibung wird für derartige technische Objekte nachfolgend lediglich der Terminus „Baugruppe“ verwendet. Um eine luftfreie Befüllung der Baugruppen zu ermöglichen, werden vorzugsweise Druckbefüllungen realisiert, die oftmals zusätzlich mittels Vakuum unterstützt werden. Dabei wird die Befüllung üblicherweise in mehrere Verfahrensschritte unterteilt, die zur Prüfung (z.B. Drucklecktest) und Vorbereitung (z.B. Evakuierung) der Befüllung sowie zur eigentlichen Befüllung notwendig sind. Sofern die zu befüllende Baugruppe zunächst evakuiert wird, können die in der Baugruppe enthaltenen Gase abgesaugt werden, so dass in der Baugruppe eine Luftfreiheit vor der Befüllung mit dem jeweiligen Befüllmedium erreicht wird.
Ein typisches Einsatzgebiet der Vakuum-Druck-Befüllung ist die Automobilindustrie. Dabei werden die Fahrzeuge an Montagelinien der Hersteller mit den notwendigen Betriebsstoffen befüllt. Die Betriebsstoffe werden aus Befüllanlagen über Leitungen und Befülladapter in die zu befüllenden Baugruppen (Kreisläufe, Behälter usw.) der Fahrzeuge eingespeist. Derartige Anwendungen sind beispielsweise aus DE 197 00 436 C2 , aus DE 10 2007 029 020 A1 und aus DE 10 2014 011 611 B4 bekannt und ergeben keine prinzipbedingten Probleme, weil die zu befüllenden Baugruppen der Fahrzeuge druckfest und vakuumfest ausgeführt sind.
Sofern eine Vakuum-Druck-Befüllung hingegen für nicht druckfeste oder nicht vakuumfeste Baugruppen genutzt werden soll, kann die Baugruppe unter der Beaufschlagung mit Druck bzw. Vakuum kollabieren. Deshalb müssen für solche Anwendungen zusätzliche verfahrens- und/oder gerätetechnische Aspekte beachtet werden, um eine Befüllung der jeweiligen Baugruppe durchführen zu können.
So werden in bekannten Befüllanlagen mit Vakuumkammern die zu befüllenden Baugruppen in einer vollständig evakuierten Kammer entweder mit einer Flüssigkeit geflutet oder unter einem Dosiersystem in der Kammer mit dem flüssigen Medium befüllt. Sofern die zu befüllende Baugruppe feinporige Bauteile aufweist, die nur langsam das zu befüllende Medium aufsaugen, kann die Vakuumkammer auch mit einem Gas (z.B. Stickstoff) befüllt werden, um den Aufsaugvorgang zu beschleunigen. Dabei wird der Evakuier- / Dosier- / Druckbeaufschlagungsprozess gegebenenfalls so oft wiederholt, bis die zu befüllende Gesamtmenge des Befüllmediums (z.B. Öl oder Elektrolyt) in die Baugruppe gelangt ist. Solche Verfahren werden für sehr kleine Baugruppen verwendet, deren Beschaffenheit oder Aufbau nur sehr geringe Druckunterschiede zwischen dem zu prüfenden und/oder dem zu befüllenden Raum der Baugruppe und der Atmosphäre zulassen, die also eine lediglich geringe Vakuum- bzw. Druckfestigkeit aufweisen.
Die nichtvorveröffentlichte DE 10 2021 003 048 betrifft eine diesbezügliche Lösung. Die hier eingesetzte Vorrichtung umfasst eine Vakuumkammer mit einer Aufnahmeeinheit für eine zu befüllende Baugruppe. Die Aufnahmeeinheit besteht aus zwei separaten Segmenten, die in ihrer zusammengefügten Position im Innenraum einen freien Bauraum ausbilden, dessen Innenkontur kongruent ist zur Außenkontur der zu befüllenden Baugruppe. Somit lassen sich gezielt Druckunterschiede einstellen, um Dichtheitsprüfungen durchzuführen. Die Adaptierung und Abdichtung der Baugruppe in der Vakuumkammer erfolgt durch ein bewegliches Befüllwerkzeug, das durch eine Vertikaldurchführung von außen bewegt und gesteuert wird. Die Vakuumkammer wird während der Evakuierung der zu befüllenden Baugruppe ebenfalls evakuiert. Somit bleibt der Druck in der zu befüllenden Baugruppe gleich zu dem Druck, der ihn umgibt. Dadurch kann ein Kollabieren der zu befüllenden Baugruppe vermieden werden und eine nachfolgende luftfreie Befüllung mit einem Betriebsstoff ist möglich.
Insbesondere die letztgenannte DE 10 2021 003 048 ergibt Vorteile gegenüber dem vorab bekannten Stand der Technik. Allerdings ist diese Variante speziell für Ultraschallsonden in der Medizintechnik konzipiert und nur bedingt für andere Anwendungen zu modifizieren, die allgemein folgende Nachteile aufweisen:

Die wesentliche Komponente solcher Befüllanlagen ist eine statische Vakuumkammer. Diese Vakuumkammer wird manuell von einem Werker oder durch Automatisierungseinrichtungen mit einer oder mehreren zu befüllenden Baugruppen beschickt. In der Vakuumkammer sind Elemente zur Positionierung der zu befüllenden Baugruppe(n) und gegebenenfalls zur Positionierung der Befüllöffnung(en) angeordnet. Diese Elemente müssen gut zugänglich, instandhaltbar und gegebenenfalls Batch-spezifisch austauschbar sein. Für die Beschickung und Instandhaltung ist deshalb eine entsprechend große Tür oder Schleuse notwendig, die jedoch Nachteile beim Handling für eine Automatisierung ergibt. Weiterhin müssen alle Komponenten in der Vakuumkammer dauerhaft vakuum- und druckdicht ausgeführt werden, auch deren von außen zugeführte Steuerleitungen. Diese Einsatzbedingungen erfordern zwangsläufig eine Vakuumkammer mit einem großen Volumen, lange Evakuierungs- und Belüftungszeiten, einen hohen Verbrauch an Hilfsgas und Einschränkungen für eine Automatisierung, insbesondere zur Beschickung.

Außerdem erfolgen die Evakuierung und die Befüllung an der offenen Baugruppe, wobei die Evakuierung der Baugruppe mit der Evakuierung der Vakuumkammer erfolgt. Dabei ergeben insbesondere sehr kleine Querschnitte an den Öffnungen der Baugruppe oder in deren Innenraum eine verlangsamte Druckänderung in der Baugruppe. Folglich verzögert sich die Evakuierung und die in der Vakuumkammer gemessenen Druckwerte stimmen bis zu einem finalen Druckausgleich zunächst nicht mit dem tatsächlichen Druck in der Baugruppe überein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Druckprüfung, Evakuierung und Befüllung einer nicht vakuumfesten oder nicht druckfesten Baugruppe zu schaffen, die eine kompakte Bauweise mit kleinen Volumina aufweist, um kurze Evakuierungs- und Belüftungszeiten zu ermöglichen. Gleichzeitig soll ein lediglich geringer Verbrauch an Hilfsgas verursacht und ein gutes Handling für eine Automatisierung erreicht werden.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Vakuumkammer der Vorrichtung lösbar aus einer Grundplatte und aus einer Vakuum-Druck-Wanne zusammengefügt ist.
Die Grundplatte weist auf ihrer Oberseite eine Baueinheit auf, die mit der Vakuumkammer in Wirkverbindung bringbar ist und hierfür Anschlüsse zur Evakuierung der Vakuumkammer und zur Zuführung von Hilfsgas in die Vakuumkammer sowie einen Vakuum-Drucksensor aufweist. In der Grundplatte ist eine Öffnung ausgestaltet, in der ein Befülladapter abgestützt ist. Die Grundplatte weist an den stirnseitigen Endabschnitten mindestens zwei, zueinander gegenüberliegend angeordnete Verschlusselemente für eine Wirkverbindung mit der Vakuum-Druck-Wanne auf. Weiterhin weist die Grundplatte an ihrer Unterseite mindestens eine Dichtung und eine Zentrierung für eine Wirkverbindung mit der Vakuum-Druck-Wanne sowie eine Fixiervorrichtung mit einem Spannantrieb für eine Lagefixierung der zu befüllenden Baugruppe auf.
Eine Ausgestaltung schlägt vor, dass die Verschlusselemente an der Grundplatte als Sperrklinken ausgestaltet sind und eine Kontur aufweisen, die kongruent ist zur Kontur am zugeordneten Abschnitt der Vakuum-Druck-Wanne.
Eine weitere Ausgestaltung schlägt vor, dass die Dichtung an der Grundplatte mit zwei parallel zueinander verlaufenden Runddichtungen ausgestaltet ist, die in jeweils einer Nut an der Unterseite der Grundplatte angeordnet sind.
Eine weitere Ausgestaltung schlägt vor, dass die Zentrierungen an der Grundplatte als Arretierzapfen ausgestaltet sind und eine Kontur aufweisen, die kongruent ist zur Kontur einer Öffnung am zugeordneten Abschnitt der Vakuum-Druck-Wanne.
Eine weitere Ausgestaltung schlägt vor, dass der Spannantrieb der Fixiervorrichtung mit austauschbaren Formstücken zur Lagefixierung der zu befüllenden Baugruppe ausgestattet ist.
Die Vakuum-Druck-Wanne weist einen U-förmigen Querschnitt auf. Am oberen Endabschnitt der Seitenwände ist ein flanschartig umlaufender Vorsprung ausgestaltet, der einen nach außen und einen nach innen führenden Abschnitt aufweist. Der nach außen führende Abschnitt weist eine Kontur auf, die kongruent ist zur Kontur der Sperrklinken an den Verschlusselementen am zugeordneten Abschnitt der Grundplatte. Der nach innen führende Abschnitt weist Öffnungen auf, die kongruent sind zur Kontur der Arretierzapfen am zugeordneten Abschnitt der Grundplatte.
Eine Ausgestaltung schlägt vor, dass die Vakuum-Druck-Wanne auf der Oberseite ihrer Bodenfläche mit austauschbaren Formstücken zur Lagefixierung der zu befüllenden Baugruppe ausgestattet ist.
Eine weitere Ausgestaltung schlägt vor, dass auf der Oberseite der Bodenfläche der Vakuum-Druck-Wanne ein Batch-spezifischer Volumenballast anordenbar ist. Dieser ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass das freie Restvolumen innerhalb der Vakuum-Druck-Wanne weitestgehend reduziert ist.
Die erfindungsgemäße technische Lösung ist für zahlreiche Anwendungen zur Druckprüfung, Evakuierung und Befüllung von nicht vakuum- oder druckfesten Baugruppen mittels einer Vakuum-Druck-Befüllung oder Vakuum-Volumen-Befüllung geeignet. Unabhängig vom konkreten Einsatzgebiet ergeben sich gegenüber den vorab bekannten Lösungsvorschlägen insbesondere folgende Vorteile:

Es wird eine zweiteilige Vakuumkammer ausgestaltet, die sich um eine fixierte Baugruppe schließt. Dadurch ist die Vakuumkammer in einfacher Weise zu beschicken, so dass sie auch für eine automatische Betätigung geeignet ist und gut in automatisierte Fertigungslinien integriert werden kann.

Die Vakuumkammer weist ein lediglich kleines Volumen auf, das durch ein Ballastvolumen noch weiter reduziert bzw. optimiert werden kann. Durch das kleine Volumen ergibt sich ein geringer Verbrauch an Hilfsgas. Weiterhin sind durch das kleine Volumen schnelle Druckänderungen in der Vakuumkammer möglich, die ein insgesamt schnelles Evakuier- und Druckregelverhalten bewirken.
Die Vakuum- bzw. Druckmessung erfolgt unmittelbar an der Baugruppe. Die Abdichtung an der Befüllöffnung der Baugruppe muss keine großen Druckunterschiede abdichten können, weil zwischen dem Außen- und Innendruck der Baugruppe kein großer Druckunterschied entsteht. Durch die Abdichtung ist es möglich, verschiedene Medien zur Druckerreichung innerhalb und außerhalb der Baugruppe zu verwenden.
Während der Befüllung kann der Druck in der Baugruppe signifikant erhöht werden, ohne dass ein Druckunterschied an der Außenwand der Baugruppe entsteht. Somit kann eine Durchtränkung poröser Oberflächen in der Baugruppe signifikant schneller erreicht werden. Idealerweise kann dadurch die vorab definierte Gesamtfüllmenge in einem Schritt eingefüllt werden. Dies beschleunigt wiederum nachfolgende Verfahrensschritte und vermeidet ein späteres Nachfüllen bzw. Auffüllen auf das Sollvolumen.
Schließlich ist ein kontrollierter Druckausgleich nach der Befüllung möglich, gegebenenfalls auch verbunden mit einer Einstellung des Füllniveaus durch Rücksaugen überschüssiger Flüssigkeit. Dadurch werden ein eventuelles Abtropfen am Befülladapter und folglich eine Kontaminierung der Oberfläche der Baugruppe um die Befüllöffnung herum nach dem Lösen des Befülladapters aus seiner an der Baugruppe adaptierten Position vermieden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 den grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung in einer ersten Betriebsstellung
2 die Vorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung
3 die Vorrichtung in einer dritten Betriebsstellung
4 die Vorrichtung in einer vierten Betriebsstellung

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist für eine Druckprüfung, Evakuierung und Befüllung von nicht vakuumfesten oder nicht druckfesten Baugruppen mittels einer Vakuum-Druck-Befüllung oder einer Vakuum-Volumen-Befüllung konzipiert.
Die Vorrichtung weist hierfür eine Vakuumkammer zur Aufnahme der zu befüllenden Baugruppe 1 (oder mehrerer zu befüllender Baugruppen 1) und einen Befülladapter 2 zur Befüllung der zu befüllenden Baugruppe 1 auf. Die Baugruppe 1 hat eine Füllöffnung 3, die während der Befüllung mit dem Befülladapter 2 in Wirkverbindung steht.
Die für den Betrieb des Befülladapters 2 notwendigen Elemente sind mit den Bezugszeichen p_v2 (Vakuum), p_H2 (Hilfsgas), p_s1 (Zustellung Adapter), p_S2 (Steuerung Dosieröffnung) und p_F2 (Befüllmedium) markiert.
Die Vakuumkammer der Vorrichtung ist lösbar aus einer Grundplatte 4 und aus einer Vakuum-Druck-Wanne 5 zusammengefügt.
Die Grundplatte 4 weist auf ihrer Oberseite eine Baueinheit auf, die mit der Vakuumkammer in Wirkverbindung bringbar ist. Hierfür hat diese Baueinheit Anschlüsse für eine Evakuierung der Vakuumkammer und für eine Zuführung von Hilfsgas in die Vakuumkammer. In der Zeichnung sind die Anschlüsse mit dem jeweils anliegendem Druck p_v1 für das Vakuum und p_H1 für das Hilfsgas bezeichnet. Außerdem weist diese Baueinheit einen Vakuum-Druck-Sensor VP1 auf. Weiterhin ist in der Grundplatte 4 eine Öffnung ausgestaltet, in welcher der Befülladapter 2 abgestützt ist.
Die Grundplatte 4 weist an den stirnseitigen Endabschnitten mindestens zwei, zueinander gegenüberliegend angeordnete Verschlusselemente für eine Wirkverbindung mit der Vakuum-Druck-Wanne 5 auf. In der Zeichnung sind diese Verschlusselemente mit dem hier jeweils anliegendem Druck p_C1a bzw. p_C1b bezeichnet. Diese Verschlusselemente sind vorzugsweise als Sperrklinken ausgestaltet mit einer Kontur, die kongruent ist zur Kontur am zugeordneten Abschnitt der Vakuum-Druck-Wanne 5.
Weiterhin weist die Grundplatte 4 an ihrer Unterseite mindestens eine Dichtung 6 und eine Zentrierung 7 für eine Wirkverbindung mit der Vakuum-Druck-Wanne 5 auf. Die Dichtung 6 ist vorzugsweise mit zwei parallel zueinander verlaufenden Runddichtungen ausgestaltet, die in jeweils einer Nut an der Unterseite der Grundplatte 4 angeordnet sind. Die Zentrierung 7 (vorzugsweise sind mehrere solcher Zentrierungen 7 vorgesehen) ist als ein Arretierzapfen ausgestaltet mit einer Kontur, die kongruent ist zur Kontur einer Öffnung am zugeordneten Abschnitt der Vakuum-Druck-Wanne 5.
An der Unterseite der Grundplatte 4 ist eine Fixiervorrichtung 8 angeordnet, die mit einem Spannantrieb 9 für eine Lagefixierung der zu befüllenden Baugruppe 1 ausgestattet ist. Der Spannantrieb 9 ist mit austauschbaren Formstücken 10 und 11 zur Lagefixierung der zu befüllenden Baugruppe 1 ausgestattet. Die für die Steuerung des Spannantriebes 9 notwendigen Elemente sind mit Bezugszeichen p_S3 und p_S4 markiert.
Die Vakuum-Druck-Wanne 5 weist einen U-förmigen Querschnitt auf. Dabei ist am oberen Endabschnitt der Seitenwände ein flanschartig umlaufender Vorsprung ausgestaltet, der einen nach außen und einen nach innen führenden Abschnitt aufweist. Der nach außen führende Abschnitt weist eine Kontur auf, die kongruent ist zur Kontur der Sperrklinken an den Verschlusselementen am zugeordneten Abschnitt der Grundplatte 4. Der nach innen führende Abschnitt weist Öffnungen auf, die kongruent sind zur Kontur der Arretierzapfen 7 am zugeordneten Abschnitt der Grundplatte 4.
Die Vakuum-Druck-Wanne 5 ist auf der Oberseite ihrer Bodenfläche mit austauschbaren Formstücken 12 zur Lagefixierung der zu befüllenden Baugruppe 1 ausgestattet. Weiterhin kann auf der Oberseite der Bodenfläche ein Batch-spezifischer Volumenballast 13 angeordnet werden. Dieser Volumenballast 13 ist so ausgestaltet, dass das freie Restvolumen innerhalb der Vakuum-Druck-Wanne 5 weitestgehend reduziert ist.
1 zeigt eine Betriebsstellung, in der die Grundplatte 4 und die Vakuum-Druck-Wanne 5 als separate Bauteile voneinander getrennt sind.
2 zeigt eine Betriebsstellung, in der die Grundplatte 4 und die Vakuum-Druck-Wanne 5 als separate Bauteile weiterhin voneinander getrennt sind. In dieser Stellung ist jedoch die zu befüllende Baugruppe 1 über den Spannantrieb 9 sowie die Formstücke 10 und 11 lagefixiert gespannt.
3 zeigt eine Betriebsstellung, in der die Grundplatte 4 und die Vakuum-Druck-Wanne 5 über die Zentrierungen 7 zueinander lagefixiert ausgerichtet sind und aufeinander liegen. Die zu befüllende Baugruppe 1 liegt bereits auf der Oberseite der Bodenfläche der Vakuum-Druck-Wanne 5 auf.
4 zeigt eine Betriebsstellung, in der die zueinander lagefixierte Grundplatte 4 und Vakuum-Druck-Wanne 5 über die Verschlusselemente nunmehr gespannt sind, so dass funktionell eine Vakuum-Druck-Kammer ausgestaltet ist. Bei dieser Darstellung ist der dem Befülladapter 2 zugeordnete Vakuum-Druck-Sensor mit einem Bezugszeichen VP2 markiert.
Aus 4 ist somit die Betriebsstellung der Vorrichtung ersichtlich, in der eine Druckprüfung, Evakuierung und Befüllung von nicht vakuumfesten oder nicht druckfesten Baugruppen mittels einer Vakuum-Druck-Befüllung oder einer Vakuum-Volumen-Befüllung durchgeführt werden kann. Diesbezüglich typische Einsatzgebiete sind eine Prüfung und Befüllung von Sensoren mit Öl oder eine Prüfung und Befüllung von Batterien mit Elektrolyt.
Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich folgender Funktionsablauf:

in der Betriebsstellung gemäß 4 wird durch das Zusammenführen des Befüllwerkzeuges (bestehend aus Grundplatte 4 mit Befülladapter 2 und den weiteren an der Grundplatte 4 montierten Elementen) und der Vakuum-Druck-Wanne 5 eine zur Umgebung vakuum- und druckdicht abgeschlossene Kammer ausgebildet. In der Vakuum-Druck-Kammer wird die Baugruppe 1 zusätzlich an ihrer Füllöffnung 3 über den Befülladapter 2 abgedichtet, um über diesen eine Druckprüfung, Vakuumprüfung und Befüllung durchführen zu können, bei der gleichzeitig unterschiedliche Medien in der Baugruppe 1 und in der umgebenden Vakuum-Druck-Kammer verwendet werden, deren Drücke getrennt voneinander regelbar sind, so dass verschiedene Druckdifferenzen zwischen dem Innendruck der Baugruppe 1 und der umgebenden Kammer einstellbar sind.

Die Fixierung der Baugruppe 1 erfolgt in der Vakuum-Druck-Kammer. Die hierfür eingesetzte Fixiervorrichtung 8 kann - wie in der Zeichnung dargestellt - entweder an der Grundplatte 4 oder in der Vakuum-Druck-Wanne 5 angeordnet werden. Die konkrete Auslegung richtet sich nach Art der Bauteile, Form, Gewicht und Automatisierung der Beschickung.
Die Baugruppe 1 wird durch mechanische Bewegung des Spannantriebes 9 fixiert (2). Dabei ermöglichen austauschbare Formstücken 10; 11 die Arretierung von verschieden großen Baugruppen 1 (Batchfertigung) und positionieren die Füllöffnung 3 der Baugruppe 1 exakt unter dem Befülladapter 2.
In Abhängigkeit der konkreten Größe der Baugruppe 1 kann ein zusätzlicher Batch-spezifischer Volumenballast 13 in der Vakuum-Druck-Wanne 5 austauschbar befestigt sein, um das Volumen der entstehenden Kammer und somit den Verbrauch des Hilfsgases P_H1 während des Verfahrens zu reduzieren und die Evakuier- und Druckregelgeschwindigkeit- und -genauigkeit zu optimieren.
Die Grundplatte 4 mit dem Befülladapter 2 und die Vakuum-Druck-Wanne 5 werden zentriert gegeneinander zusammengeführt und mit einem geeigneten Verschlussmechanismus verschlossen und abgedichtet. Die konkrete Art und Anzahl der Verschlüsse richtet sich nach dem Anwendungsfall. In der Zeichnung werden beispielhaft zwei pneumatisch angetriebene Verschlusselemente gezeigt, die durch Druckbeaufschlagung p_C1a und p_C1b bewegt werden. Alternativ ist auch ein Zusammenpressen durch den Bewegungsantrieb der Vakuum-Druck-Wanne 5 gegen die Grundplatte 4 mit dem Befülladapter 2 ausreichend. Während dieser Bewegung erfolgt eine Zentrierung der Baugruppe 1 auf dem Formstück 12. Die Füllöffnung 3 der Baugruppe 1 liegt nunmehr zentrisch unter dem Befülladapter 2 in definierter Höhe.
Der Befülladapter 2 wird durch den integrierten pneumatischen Antrieb mit einer über p_s1 regelbaren Anpresskraft auf die Baugruppe 1 gedrückt und mit einer Dichtung an der Füllöffnung des Befülladapters 2 abgedichtet.
Durch Einstellen verschiedener Drücke innerhalb (P_V2/ p_H2) und außerhalb (P_V1 / P_H1) der Baugruppe 1 kann diese Baugruppe 1 Druckdifferenzprüfungen unterzogen werden. Die tatsächlich eingestellten Drücke werden über die Vakuum-Druck-Sensoren VP1 und VP2 gemessen und bei Bedarf geregelt. Während der Evakuierung der Baugruppe 1 wird auch die Vakuum-Druck-Wanne 5 geregelt mit evakuiert, wobei das Vakuum p_V1 und p_V2 von separaten Vakuumquellen aufgebracht werden kann. Nach dem Erreichen des gewünschten Endvakuums wird die Baugruppe 1 über eine separate Leitung im Befülladapter 2 mit dem zu befüllenden Medium befüllt und gleichzeitig wird der Druck in der Vakuum-Druck-Wanne 5 erhöht.
Sobald die Baugruppe 1 vollständig mit dem Medium befüllt ist, kann der Druck des Befüllmediums p_F2 weiter erhöht werden und gleichzeitig kann der Druck vom Hilfsgas p_H1 so geregelt werden, dass die Druckdifferenz trotz eines hohen Befülldruckes, der z.B. zum Benetzen oder Durchtränken kleinster feinporiger Strukturen von in der Baugruppe 1 befindlichen Bauteilen (z.B. Sensoren) oder Materialien (z.B. Elektrodenmaterial einer Batteriezelle) notwendig ist, so gering bleibt, dass sich auch eine dünne Außenwand der Baugruppe 1 nicht verformt bzw. in diese eingearbeitete Überdruck-Sicherheitsvorrichtungen nicht ausgelöst werden.
Nach Fertigstellung der Befüllung kann über eine kontrollierte Druckeinstellung P_V1/P_H1, P_V2/P_H2 und p_F2 ein Druckausgleich so hergestellt werden, dass der Befülladapter 2 nach seiner De-Adaptierung möglichst tropffrei bleibt bzw. dass mittels eines Überdruckes p_H1 ein kontrolliertes und schnelles Reinigen der Befüllleitung im Befülladapter 2 möglich ist. Es erfolgt ein Druckausgleich in der Vakuum-Druck-Kammer zum Umgebungsdruck. Danach wird die Vakuum-Druck-Kammer geöffnet, indem Grundplatte 4 und Vakuum-Druck-Wanne 5 voneinander gelöst und die Baugruppe 1 manuell von einem Werker oder durch eine geeignete Automatisierungsvorrichtung entnommen wird.
Abschließend ist noch darauf hinzuweisen, dass in einer derartigen Vorrichtung die oben beschriebenen Bauelemente auch mehrfach vorhanden sein können, so dass eine gleichzeitige parallele Bearbeitung mehrerer Baugruppen 1 in einem gemeinsamen Verfahrensablauf möglich ist.
Bezugszeichenliste

1: zu befüllende Baugruppe
2: Befülladapter
3: Füllöffnung an der zu befüllenden Baugruppe
4: Grundplatte
5: Vakuum-Druck-Wanne
6: Dichtung an Grundplatte
7: Zentrierung / Arretierzapfen an Grundplatte
8: Fixiervorrichtung .
9: Spannantrieb für Lagefixierung der zu befüllenden Baugruppe
10: Formstück, austauschbar
11: Formstück, austauschbar
12: Formstück, austauschbar
13: Volumenballast, Batch-spezifisch
VP1: Vakuum-Druck-Sensor
VP2: Vakuum-Druck-Sensor
pC1a: Druck am Verschlusselement
pc1b: Druck am Verschlusselement
pF2: Druck Befüllmedium
pH1: Druck Hilfsgas
pH2: Druck Hilfsgas Befülladapter
pS1: Druck Zustellung Befülladapter
pS2: Druck Steuerung Dosieröffnung
pS3: Druck Steuerung Spannantrieb
PS4: Druck Steuerung Spannantrieb
PV1: Druck Vakuum
pV2: Druck Vakuum Befülladapter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19700436 C2 [0003]
DE 102007029020 A1 [0003]
DE 102014011611 B4 [0003]
DE 102021003048 [0006, 0007]

Claims

Vorrichtung zur Druckprüfung, Evakuierung und Befüllung einer nicht vakuumfesten oder nicht druckfesten Baugruppe mittels einer Vakuum-Druck-Befüllung oder einer Vakuum-Volumen-Befüllung, wobei die Vorrichtung eine Vakuumkammer zur Aufnahme der zu befüllenden Baugruppe und ein Befüllwerkzeug zur Befüllung der zu befüllenden Baugruppe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer der Vorrichtung lösbar aus einer Grundplatte (4) und aus einer Vakuum-Druck-Wanne (5) zusammengefügt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (4) auf ihrer Oberseite eine Baueinheit aufweist, die mit der Vakuumkammer in Wirkverbindung bringbar ist und hierfür Anschlüsse für eine Evakuierung der Vakuumkammer und für eine Zuführung von Hilfsgas in die Vakuumkammer sowie einen Vakuum-Druck-Sensor (VP1) aufweist, wobei in der Grundplatte (4) eine Öffnung ausgestaltet ist, in der ein Befülladapter (2) abgestützt ist, wobei die Grundplatte (4) an stirnseitigen Endabschnitten mindestens zwei, zueinander gegenüberliegend angeordnete Verschlusselemente für eine Wirkverbindung mit der Vakuum-Druck-Wanne (5) aufweist und wobei die Grundplatte (4) an ihrer Unterseite mindestens eine Dichtung (6) und eine Zentrierung (7) für eine Wirkverbindung mit der Vakuum-Druck-Wanne (5) sowie eine Fixiervorrichtung (8) mit einem Spannantrieb (9) für eine Lagefixierung der zu befüllenden Baugruppe (1) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusselemente an der Grundplatte (4) als Sperrklinken ausgestaltet sind und eine Kontur aufweisen, die kongruent ist zur Kontur am zugeordneten Abschnitt der Vakuum-Druck-Wanne (5).
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) an der Grundplatte (4) mit zwei parallel zueinander verlaufenden Runddichtungen ausgestaltet ist, die in jeweils einer Nut an der Unterseite der Grundplatte (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierungen (7) an der Grundplatte (4) als Arretierzapfen ausgestaltet sind und eine Kontur aufweisen, die kongruent ist zur Kontur einer Öffnung am zugeordneten Abschnitt der Vakuum-Druck-Wanne (5).
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannantrieb (9) der Fixiervorrichtung (8) mit austauschbaren Formstücken (10; 11) zur Lagefixierung der zu befüllenden Baugruppe (1) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuum-Druck-Wanne (5) einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei am oberen Endabschnitt der Seitenwände ein flanschartig umlaufender Vorsprung ausgestaltet ist, der einen nach außen und einen nach innen führenden Abschnitt aufweist, wobei der nach außen führende Abschnitt eine Kontur aufweist, die kongruent ist zur Kontur der Sperrklinken an den Verschlusselementen am zugeordneten Abschnitt der Grundplatte (4) und wobei der nach innen führende Abschnitt Öffnungen aufweist, die kongruent sind zur Kontur der Arretierzapfen (7) am zugeordneten Abschnitt der Grundplatte (4).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuum-Druck-Wanne (5) auf der Oberseite ihrer Bodenfläche mit austauschbaren Formstücken (12) zur Lagefixierung der zu befüllenden Baugruppe (1) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite der Bodenfläche der Vakuum-Druck-Wanne (5) ein Batch-spezifischer Volumenballast (13) anordenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Batch-spezifische Volumenballast (13) derart ausgestaltet ist, dass das freie Restvolumen innerhalb der Vakuum-Druck-Wanne (5) weitestgehend reduziert ist.