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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse, insbesondere für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses.
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Batteriegehäuse der in Rede stehenden Art werden bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb zur Anordnung von Traktionsbatterien verwendet. Hierbei sind die verschiedensten Anforderungen zu erfüllen, da das Batteriegehäuse leicht, aber auch, um im Crashfall ausreichende Sicherheiten zu bieten, sehr stabil sein muss. Hinzu kommt, dass die Herstellungskosten möglichst gering sein sollten. Im Stand der Technik sind daher die verschiedensten Ansätze zur Herstellung derartiger Batteriegehäuse bzw. die verschiedensten Ausgestaltungen von Batteriegehäusen bekannt. Die
DE 10 2015 111 325 A1 offenbart beispielsweise ein Batteriegehäuseteil für eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit einem Aufnahmekörper, in welchem die Traktionsbatterie aufnehmbar ist, wobei der Aufnahmekörper aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, der wenigstens eine integrierte Organoblechkomponente umfasst. Die
DE 10 2012 100 977 B3 offenbart ein Speichergehäuse, welches einen aus mehreren Seitenwänden gebildeten Rahmen aufweist, wobei der Rahmen aus mehreren länglichen Profilelementen gebildet ist. Die vorgenannten Ansätze sind eher aufwändig und bedingen bei der Herstellung insbesondere eine Vielzahl von Prozessschritten. Das Gießen von Batterieghäusen würde Abhilfe schaffen. Allerdings sind die in Rede stehenden Batteriegehäuse für Traktionsbatterien derart groß, dass die bekannten Gießverfahren regelmäßig an ihre Grenzen stoßen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batteriegehäuse für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses anzugeben, welche eine schnelle und wirtschaftliche Herstellung von Batteriegehäusen ermöglichen, und welche höchsten Anforderungen an Stabilität, Dichtheit und Crashsicherheit etc. gerecht werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Batteriegehäuse gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriegehäuses gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Batteriegehäuse ein Gehäuseteil, wobei das Gehäuseteil in einem ersten Bereich durch ein Plattenelement gebildet ist, und wobei das Gehäuseteil einen zweiten Bereich aufweist oder umfasst, welcher an den ersten Bereich in einem Gießverfahren angeformt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuseteil insbesondere ein Gehäuseunterteil. Zweckmäßigerweise umfasst das Batteriegehäuse das Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil, insbesondere einen Deckel, oder auch mehrere, wobei hierdurch ein Anordnungsraum für eine oder mehrere Batterien bzw. Batteriezellen etc. geschaffen wird. Dabei ermöglicht das Gehäuseteil, umfassend den ersten und den zweiten Bereich, einen äußerst flexiblen Aufbau, da durch das Plattenelement schnell und unkompliziert große Bereiche des Gehäuseteils realisiert werden können, während durch den zweiten Bereich explizit die Teile geformt werden, welche für ein Gießverfahren prädestiniert sind. Dabei ist das Plattenelement nicht eingegossen oder umspritzt, sondern lediglich angeformt, insbesondere also beispielsweise nur in einem Randbereich umspritzt. Eine Gehäusewand des Gehäuseteils wird also entweder durch den ersten Bereich oder durch den zweiten Bereich gebildet, abgesehen von einem Übergangsbereich, in welchem der zweite Bereich an den ersten Bereich angeformt ist. Gemäß einer Ausführungsform können auch mehrere erste Bereiche vorgesehen sein, insbesondere also eine Vielzahl von Plattenelementen.
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Der große Vorteil eines derartigen Batteriegehäuses besteht insbesondere darin, dass als Gießverfahren ein Spritzgussverfahren, für nichtmetallische Werkstoffe, bzw. insbesondere ein Druckgussverfahren, im Falle von metallischen Werkstoffen, verwendet werden kann. Insbesondere ein Druckgussverfahren könnte bei derart großen Teilen aufgrund des Schussgewichts und der Sprengfläche nicht für das ganze Bauteil verwendet werden. Vorteilhafterweise kann vorliegend beispielsweise durch das Bestücken eines entsprechenden Werkzeugs mit einem Plattenelement aus Aluminium, anderen Metallen oder deren Legierungen, und durch Umspritzen (bei Kunststoffen) oder Umgießen (Druckguss, aber auch Niederdruckguss, Schwerkraftguss, etc.) direkt im Werkzeug ein entsprechendes Gehäuseteil hergestellt werden. Nachträgliche Fügeoperationen bzw. ein Zusammenbau eines Gehäuseteils aus vielen Einzelteilen sind vorliegend nicht nötig.
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Zweckmäßigerweise ist das Plattenelement in einem Randbereich umspritzt. Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Randbereich umfänglich um das Plattenelement. Zweckmäßigerweise ist das Plattenelement in dem Randbereich auf beiden Seiten umspritzt.
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Zweckmäßigerweise ist das Plattenelement (auch) in zumindest einem Innenbereich umspritzt oder zumindest angespritzt, ggf. also auch nur auf einer Seite. Entlang des Randbereichs bzw. des Innenbereichs, bzw. auch mehrerer Innenbereiche, können beispielsweise Wände des Gehäuseteils verlaufen, welche durch das Gießverfahren geformt sind.
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Bevorzugt weisen der Randbereich und/oder der Innenbereich Formschlusselemente auf, welche ausgelegt sind, einen Formschluss mit dem zweiten Bereich bereitzustellen. Insbesondere kann es sich hierbei um Ausnehmungen, wie Löcher und/oder Perforierungen, handeln. Auch Schlitze oder Vorsprünge oder Hinterschnitte im Plattenelement können geeignet sein, um mit dem Gusswerkstoff einen Formschluss bereitzustellen bzw. zu erhöhen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der Randbereich und/oder der Innenbereich auch oberflächenbehandelt, insbesondere dahingehend oberflächenbehandelt, um einen Formschluss, insbesondere aber auch einen Stoffschluss, mit dem Gusswerkstoff zu ermöglichen. Hierbei kann es sich je nach verwendetem Werkstoff um eine chemische und/oder um eine mechanische Oberflächenbehandlung handeln. Zweckmäßigerweise sind der erste Bereich und der zweite Bereich insbesondere form- und stoffschlüssig verbunden. Gemäß einer Ausführungsform ist das Plattenelement im Randbereich und/oder im Innenbereich auch thermisch vorbehandelt, um eine Verbindung mit dem zweiten Bereich zu optimieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Plattenelement aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Bei dem metallischen Werkstoff handelt es sich gemäß bevorzugten Ausführungsformen insbesondere um Aluminium oder Magnesium bzw. deren Legierungen.
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Der zweite Bereich ist zweckmäßigerweise aus einem metallischen und/oder aus einem nichtmetallischen Werkstoff gebildet. Aus Gewichtsgründen werden als metallische Werkstoffe zweckmäßigerweise ebenfalls Aluminium und/oder Magnesium bzw. deren Legierungen verwendet. Bei dem nichtmetallischen Werkstoff kann es sich um ein Kunststoffmaterial handeln oder auch um einen Verbundwerkstoff.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass auch der erste Bereich, also insbesondere das Plattenelement, aus einem nichtmetallischen Werkstoff, wie einem Kunststoff bzw. insbesondere auch aus einem Verbundmaterial, wie einem faserverstärkten Kunststoff oder einem Organoblech etc. hergestellt sein kann.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Plattenelement Strukturbereiche auf, welche ausgelegt sind, eine Steifigkeit des Plattenelements zu erhöhen. Bei den Strukturbereichen kann es sich um Kanten, Sicken oder Wabenstrukturen handeln, welche sich insbesondere positiv auf das Crashverhalten auswirken können. Derartige Strukturen können aber auch im zweiten Bereich mittels des Gießverfahrens ausgeformt sein.
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Bei dem Plattenelement handelt es sich insbesondere um ein flaches bzw. ebenes Bauteil, insbesondere um ein Blech. Dieses Blech muss aber nicht glatt sein bzw. flach oder eben, sondern weist mit Vorteil geometrische Ausgestaltungen in Form von Sicken, Kanten, Prägungen und dergleichen auf, welche mit Vorteil eine Steifigkeit oder gegebenenfalls auch eine Festigkeit des Plattenelements erhöhen. Bevorzugt ist das Plattenelement insbesondere umformtechnisch bearbeitet, wodurch nicht nur die vorgenannte Steifigkeit oder Festigkeit gezielt beeinflusst werden können, sondern auch nahezu jede beliebige Form realisiert werden kann, welche für das Gehäuseteil nötig ist. So ist das Plattenelement nicht auf eine bestimmte Form festgelegt. Der Einsatz bzw. die Verwendung der Plattenelemente bzw. die Aufteilung des Gehäuseteils in einen ersten und einen zweiten Bereich ermöglicht insbesondere eine Sprengfläche des entsprechenden Gussteils derart zu reduzieren, dass auch große Teile wirtschaftlich herstellbar sind.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Speichergehäuses, umfassend ein Gehäuseteil mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines Plattenelements, wobei das Plattenelement den ersten Bereich formt;
- - Einlegen des Plattenelements in ein Gießwerkzeug;
- - Urformen des zweiten Bereichs und Anformen an das Plattenelement dabei.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gießen ein Spritzgießen oder ein Druckgießen. Daneben können aber auch Schwerkraftguss, Niederdruckguss bzw. Kombinationen der bekannten Gießverfahren angewendet werden.
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Durch das Bestücken eines Werkzeugs mit dem Plattenelement, beispielsweise einem Blechelement aus Aluminium, anderen Metallen oder deren Legierungen, kann das Gehäuseteil durch anschließendes Umspritzen (bei Kunststoffen) oder Umgießen (Druckguss, Niederdruckguss etc.) direkt im Werkzeug form- und/oder stoffschlüssig gefügt werden. Durch Oberflächenbehandlungen lassen sich metallische Hybride stoffschlüssig herstellen. Bei Aluminiumverbindungen wäre dies nicht erforderlich. Durch Vortemperieren des Plattenelements kann die Schmelzzone, insbesondere also die vorgenannten Randbereiche, zusätzlich optimiert werden. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die im Zusammenhang mit dem Batteriegehäuse erwähnten Vorteile und Merkmale analog für das Verfahren gelten, wie auch umgekehrt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Batteriegehäuses bzw. eines Verfahrens zur Herstellung eines Batteriegehäuses mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine Ausführungsform eines Gehäuseteils in einer schematischen Ansicht;
- 2 - 3: mehrere Skizzen zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Speichergehäuses.
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1 zeigt in einer schematischen, perspektivischen Darstellung ein Gehäuseteil 10, insbesondere ein etwa wannenförmiges Gehäuseunterteil, welches ein Bodenelement 12 sowie ein umlaufendes Wandelement 14 aufweist. Hierbei ist das Bodenelement 12 insbesondere durch einen ersten Bereich 21 bzw. durch ein entsprechendes Plattenelement gebildet, vgl. den schraffierten Bereich. Ein zweiter Bereich 22, welcher die Wandelemente 14 formt, ist durch ein Gießverfahren hergestellt. Es handelt sich also um eine hybride Konstruktion, bei welcher große Teile bzw. Abschnitte des entsprechenden Bauteils durch ein Plattenelement geformt sind, vgl. den ersten Bereich 21, und andere Bereiche an diesen Bereich in einem Gießverfahren angeformt sind, vgl. den zweiten Bereich 22. Auf diese Weise können wirtschaftlich auch sehr große „Gussteile“ realisiert werden, insbesondere auch im Druckguss.
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2 zeigt einen ersten Bereich, insbesondere ein Plattenelement 21, welches beispielsweise ein Metallblech ist. Dieses wird, vgl. die rechte Bildhälfte der 2, in eine Gießform 40 eingelegt, wobei hier insbesondere eine untere Werkzeughälfte zu sehen ist. Holme des Werkzeugs sind mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichnet. Eine Teilungsebene der Gießform 40 liegt quasi in der Zeichnungsebene.
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3 zeigt nun im Wesentlichen die aus der rechten Bildhälfte von 2 bekannte Anordnung des Plattenelements 21 in der Gießform, wobei hier mit dem Bezugszeichen 44 eine Sprengfläche skizziert ist. Diese ist trotz der Größe des Bauteils sehr klein. In der rechten Bildhälfte ist nun quasi das fertige Gehäuseteil 10 zu erkennen, welches den ersten Bereich 21, realisiert durch das Plattenelement, aufweist, sowie einen zweiten Bereich 22, welcher insbesondere umfänglich um das Plattenelement 21 verläuft und Wandelemente 14 formt, vgl. diesbezüglich auch die 1 als Beispiel. Daneben sind aber auch Wandelemente innen vorgesehen, vgl. das Bezugszeichen 16. Die Wandelemente 14 bzw. 16 verlaufen entlang eines Randbereichs 24 bzw. entlang eines Innenbereichs 26, wobei in diesen Bereichen 24 und 26 insbesondere der Stoff- und/oder Formschluss zwischen dem ersten Bereich 21 und dem zweiten Bereich 22 realisiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuseteil, Gehäuseunterteil
- 12
- Bodenelement
- 14
- Wandelement
- 16
- Wandelement (innen)
- 21
- erster Bereich, Plattenelement
- 22
- zweiter Bereich
- 24
- Randbereich
- 26
- Innenbereich
- 40
- Gießform, Werkzeughälfte
- 42
- Holm
- 44
- Sprengfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015111325 A1 [0002]
- DE 102012100977 B3 [0002]