CN105313323A - 金属塑料混合构件形式的蓄电池外壳以及它的制造方法 - Google Patents

Abstract

为了提供用于电动车辆的蓄电池外壳，以及为了提供这样的金属塑料混合构件的制造方法，推荐一种以金属塑料混合构件形式的蓄电池外壳，其中，塑料元件沿着连接面至少局部地至少很大程度上形状配合和/或材料接合地邻接地模制在金属元件上，沿着在金属元件和塑料元件之间的连接面的至少一个部分安置设有至少很大程度上持久弹性材料的连接元件。为了制造这样的蓄电池外壳建议使用以下方法步骤：制造金属元件，在金属元件上有选择地施加平面的防腐蚀保护，沿着连接面的最少一个部分在金属元件上施加连接元件，以及在金属元件上模制塑料元件。

Description

金属塑料混合构件形式的蓄电池外壳以及它的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于电动车辆的金属塑料混合构件的蓄电池外壳。此外本发明涉及一种用于制造这样的车辆蓄电池外壳的方法。

现有技术

由专利文献DE102006025745A1已知混合外壳构件，尤其金属塑料混合油箱，其中，使用金属密封法兰，由塑料材料构成的壁板区域通过连接条和两侧材料接合连接以连接在金属密封法兰上。在连接条的两侧各平面地设置黏附剂，其在壁板区域的塑料材料和密封法兰的金属材料之间完全平面地制造了材料接合的连接。可以整个平面地或者仅局部地设置黏附剂。金属材料在冲压和深冲处理之前已经可以优选在两侧附有黏附剂。如果黏附剂为此具有确定的韧性，将会是十分有利的，从而它可以经受必要的变形步骤，而不会和下面的金属材料分离。金属材料也可以在冲压和深冲之后先通过浸入的方式使用黏附剂涂层。在此，尤其使用以塑料为基础的黏附剂，它可以在时效硬化状态下用作为防腐层。壁板区域的塑料可以在注塑方法中连接在密封法兰上。为了达到这个目的，具有密封法兰的金属片嵌入到注塑模具中，并且在下一个工作步骤中喷射塑料材料。

黏附剂优选是二阶(zweistufig)黏附剂，它在两个连续的步骤中优选通过热的活性化完全交联。在施加在金属材料上之后，黏附剂在第一步骤中部分交联，从而构成在下一个制造步骤中充分抵抗损坏的干燥的表面。在塑料喷射中或者之后黏附剂完全交联，从而它通过温度作用而时效硬化并且因此得到它最终的特性。黏附剂必须一方面与金属材料实现材料接合的连接并且另一面与塑料实现材料接合的连接。相应地，尤其与所使用的塑料相关地确定黏附剂的材料成分。为了实现材料接合的连接，在有些塑料材料中，像必不可少的聚丙乙烯，在黏附剂镀层之前对金属材料和另外的黏附剂进行预处理。

然而，在金属塑料混合构件中，在使用中出现温度波动，尤其是在较大温度区间上的温度波动情况下，由于金属和塑料不同的温度膨胀系数沿着连接面、即沿着在金属和塑料之间的边界面(沿着边界面安置黏附剂)会出现不密封或泄露。这会导致在这样的金属塑料混合构件中(它必须具有对液体和/或气体、像水或空气的密封性)构件的脱落。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种上述类型的金属塑料混合构件形式的电动车辆蓄电池外壳，其中，即使通过在较大温度范围上的温度波动，优选几百摄氏度，也不会在金属和塑料之间沿着连接面出现不密封。本发明的另一个要解决的技术问题是，提供一种用于制造这样的蓄电池外壳的方法。

所述技术问题通过一种蓄电池外壳来解决，其中，塑料元件沿着连接面至少局部地、至少很大程度上形状配合和/或材料接合地邻接地、模制在金属元件上，其中，沿着在金属元件和塑料元件之间的连接面的至少一部分安置由至少很大程度上持久弹性的材料构成的连接元件。

因此，在本发明的保护主题中，塑料元件沿着连接面在金属元件上模制(anformen)。连接面构成在金属和塑料之间的边界面。优选塑料元件由热塑性材料形成并且通过注塑模制，特别优选通过注塑在金属元件上模制。通过模制塑料元件沿着连接面和金属元件邻接。所述邻接是至少局部地，也就是说至少在这样的区域中，即连接面的部分，并且邻接是至少很大程度上形状配合和/或材料接合的。根据本发明沿着所述连接面的至少一个部分安置连接元件，所述连接元件设有至少很大程度上持久弹性的材料。因此连接元件沿着这种连接面的所述部分在金属元件和塑料元件之间形成至少很大程度上持久弹性的连接，并且有效的完成沿着连接面在金属元件和塑料元件之间的对于温度波动不敏感的密封。

换而言之，塑料元件在第一区域中很大程度上形状配合和/或材料接合的沿着连接面在金属元件上模制，并且在连接面第二区域中在塑料元件和金属材料元件之间安置由持久弹性的材料构成的连接元件。

本发明利用的知识在于，在现有技术中通过在金属元件上施加黏附剂而在金属元件和塑料元件之间构成更好的粘合，并且由此尝试，这样地改进金属塑料混合构件，可以使所述混合构件沿着连接面也可容忍和承受较高的热应力，混合构件在不投入或者不过度投入较高成本的情况下能够带来期望的结果。可以看出，在交替的热应力中通过金属面和塑料面的热膨胀的不同的温度系数而沿着连接面出现的热应力可能导致沿着连接面出现作用力，并且这个作用力利用已知的方式不可控。

现在存在这样的认知，能够有效应对热应力以及它有害的影响，提供一种有针对性的可减少热应力的可行性，即有针对性地允许因为金属和塑料之间不同的热应力发生的泄露并且用特定的密封剂来应对可能的泄漏。本发明现在建议作为这样的密封剂，在简单的方式中用很大程度上持久弹性的材料代替非必要的黏附剂。这样构成的连接元件在金属元件和塑料元件之间制造至少很大程度上持久弹性的连接，并且简单可靠的沿着连接面提供了密封以及热应力平衡。

塑料元件被优选在注塑制造过程中构成为注塑元件，并且通过热作用和/或压力作用优选在注塑制造过程中模制在金属元件上。连接元件的持久弹性材料被这样设置，它可以经受住在塑料元件模制在金属元件上或者模制在金属元件周围时在注塑制造过程中的温度和压力，从而保证它的物理特性不会改变。也可以有选择的设置，连接元件的持久弹性材料被这样设置，它通过上述的温度和/或压力的作用刚好可以承受这样的改变，并且通过所述改变转化为期望的持久弹性状态。

按照根据本发明的蓄电池外壳的优选改进方案，连接元件的至少很大程度上持久弹性的材料包括持久弹性粘合材料。由此可以实现沿着连接面更好的密封以及在金属元件和塑料元件之间更牢靠的连接。有利的是加工可以被简化，因为在金属元件上面可以容易的、精确的、快速的以及安全的施加连接元件，并且通过位置变化、尤其连接元件的分离和/或掉落、例如在注塑制造过程中在塑料模制在金属件上或围绕金属件的情况下发生的分离和/或掉落所引起的制造失误被可靠地减少了。粘合材料同样被这样设置，它可以经受住在注塑制造过程中的温度和压力而保证它的物理特性不会改变通过温度和/或压力作用转化为期望的持久弹性状态。

在根据本发明的蓄电池外壳的进一步优选的实施方式中，连接元件至少被基本上设计成层状。优选由持久弹性的粘合材料构成的连接元件因此层状地接合在金属元件和塑料元件之间，有利地具有均匀的或同样的层厚。这个结构是可以被简单地制造并且在金属元件和塑料元件之间形成均匀的形状配合、材料接合和/或作用力配合连接，因此可以得到根据本发明的蓄电池外壳的高度的机械固定以及在金属和塑料之间实现非常可靠的密封。

在设计结构特别简单以及材料节省的结构中这样的层状连接元件只能用持久弹性的粘合材料来构成，例如，它可以作为糊状在被塑料元件模制之前沿着连接面施加在金属材料元件上面。

根据本发明的蓄电池外壳的优选的改进方案，连接元件由支承元件、优选层状的支承元件的构成，该支承元件沿着它的至少一个表面的至少一部分配备持久弹性的材料。在此，持久弹性材料优选仍通过持久弹性的粘合材料构成。支承元件有选择地一面或多面、在层状结构中一面或两面设有持久弹性材料、优选粘合材料。通过这样的支承元件在用于根据本发明的蓄电池外壳的加工过程中可以实现连接元件的简化操纵，尤其预加工的简化，因为支承元件可以给予连接元件尤其用于加工过程足够的外形稳定性。连接元件因此可以特别精确的制造并且在金属元件连接面上被精确的安置，优选粘合。

在根据本发明的蓄电池外壳的优选的改进方案中，支承元件、尤其层状的支承元件由薄膜、尤其塑料薄膜构成。通过这种设计连接元件可以非常灵活的适应连接面不同的结构。同时薄膜可以非常容易的切割、冲压等并且简单容易的适应连接面不同的结构，也可以适应沿着连接面金属元件的表面形状，像拱形、波纹、铆合、开槽、凹槽等等。薄膜可以简单并且低成本的制造和可被涂覆持久弹性材料、尤其粘合材料以及可简单应用和加工。在变型方案中，薄膜本身可以利用或由持久弹性材料构成。

根据本发明的蓄电池外壳的进一步优选的实施方式，其特征在于，层状的支承元件由热塑性的塑料构成，优选塑料元件的热塑性材料是可熔化的，其中特别优选的是，层状支承元件的热塑性塑料和塑料元件的热塑性材料一致。因此，作为塑料薄膜的支承元件优选由热塑性的塑料构成，优选塑料元件的热塑性材料是可熔化的。特别优选的是塑料元件的热塑性材料和塑料薄膜的热塑性材料一致。因此得到一个特别紧密并且机械固定的熔化或塑料的焊接。此外塑料薄膜只是沿着它的表面、也就是沿着在安置连接元件过程中朝向金属元件的表面附有持久弹性材料/粘合材料。

根据本发明蓄的电池外壳的另一个优选的实施方式，支承元件由织物材料构成。织物材料优选被持久弹性材料、尤其粘合材料浸湿和/或涂覆。通过织物材料、支承元件、即连接元件在根据本发明的蓄电池外壳的制造过程中被给予了较高的形状稳定性，但是同时也保证了对用于加工的连接元件的柔韧性和在根据本发明蓄电池外壳的常规使用中连接元件的持久弹性。

上述技术问题下面将会通过用于制造以上述方式设计的、金属塑料混合构件形式的蓄电池外壳的方法来解决，这个方法包括以下方法步骤：

·制造金属元件，

·在金属元件上有选择地施加面状的防腐蚀保护，

·沿着连接面的至少一个部分在金属元件上施加连接元件，

·在金属元件上模制塑料元件。

在此，在第一步骤里，金属元件的制造完全独立于之后的方法步骤。通过根据本发明设计的连接元件不仅在加工期间例如在注塑制造过程之后的冷却期间、而且在根据本发明的蓄电池外壳的常规使用期间对热应力的减小能过实现比现有技术更大的结构设计自由度，因为相比于黏附剂的使用、通过根据本发明设计的连接元件可以使金属元件或塑料元件沿着连接面的较大的热延展能够没有损害。因此，在这个观点下连接面不用必须尽可能的减少热延展。

另一个优点是，金属元件是完全平面的，因此可以沿着连接面提供防腐蚀保护，例如防腐蚀镀层。持久弹性材料、尤其粘合材料沿着连接面和防腐蚀层接壤或粘在上面。因为根据本发明的防腐蚀保护带来更少的机械负担，所以它的完整性和有效性不受影响。

连接元件可以完全或者部分覆盖连接面。在部分覆盖连接面中沿着连接面的连接元件未覆盖部分可以在金属元件和塑料元件之间得到直接的形状配合连接、材料配合连接、作用力配合连接，用于机械固定。在连接元件相关的结构中保证了完全密封。

在已知方式的注塑制造过程中塑料元件在金属元件上模制。

根据本发明的方法实现了一种根据本发明设计防止气体和液体、例如空气或水泄漏的、密封的蓄电池外壳的简单、低成本、精确、安全的制造。

在根据本发明方法有利的改进方案中，连接元件以糊状被施加在金属元件上面，并且通过这种施加成型。这种糊可以被涂上，喷上或者压上。

根据本发明方法的另一个有利的改进方案，连接元件作为支承元件被施加在金属元件上面，支承元件沿着它的至少一个表面的至少一个部分设置持久弹性材料。在这个设计方案中连接元件优选被预加工，也就是在外形轮廓中被预加工，连接元件在施加在金属元件上面之后进行这种预加工。连接元件优选从设计成带状的、部分或者全平面用持久弹性材料尤其粘合材料涂覆的支承材料(优选是薄膜和/或织物)中以期望的形状被切割和冲压下来。这样单个被切割和/或被冲压的外形，也就是组成单个连接元件的单个镀层的支承元件，可以被施加在金属元件的连接面上，特别是被粘上。为了进行制造和加工步骤的简化以及做到自动化，被特别设计成条形的单个连接元件，也就是层状支承元件，在预加工之后被优选安置在保护膜上面或者两个保护膜之间。保护膜在加工期间构成在制造过程中用于操作的支承，并且可以优选在加工车间和加工步骤之间展开传输。为了施加在金属元件上，单个的连接元件将会从保护膜中提取并且传输到金属元件的连接面上面。这样的连接元件预加工也可以有选择的通过手工完成。

上述的本发明不仅仅局限于电动车辆蓄电池外壳，当然还可以转换到任何与密封相关的金属混合构件上面。

附图说明

附图中描述了本发明的实施例，在所有附图中相应的元件都附有同样的附图标记，同时省略了对这种元件的重复说明。附图为：

附图1示出用于根据本发明设计的蓄电池外壳的金属元件的示例，

附图2示出使用根据附图1金属元件的示例制造的根据本发明的蓄电池外壳，

附图3示出通过附图2中根据本发明的蓄电池外壳沿着附图2中记录的剖切线A-A剖切并且逆时针旋转90°产生的断面图示。

具体实施方式

在附图1中展示了用附图标记101标示的金属元件，为了构成根据本发明的蓄电池外壳示例，所述金属元件确定以及设计为金属-塑料-混合构件的形式，并且在附图1平面图中被局部地描述。在此涉及到用于在机动车结构中使用的构件的由钣金冲压以及深冲产生的工件。金属元件101附有多个冲压的通孔110。在注塑制造过程中塑料元件102被压力注射包封在冲压的通孔110周围以及金属元件101指定的周围，用来由此制造蓄电池外壳。塑料元件102应该这样设计，它沿着连接面104至少很大程度上或尽可能地形状配合和/或材料接合的限定金属元件101。连接面104在附图1的俯视图中也就是在附图1中转向观察者的板件101的第一表面111上延伸跨过镶边的和阴影所示的平面，并且包围通孔110所有的边。此外，连接面也在附图1平面图后面、也就是在附图1背向观察者的板件101的第二表面112上延伸，如同刚好占用一样还沿着金属片101的通孔110的切边。

附图2展示了实施注塑制造过程的用于根据本发明的蓄电池外壳100的示例，在注塑制造过程中塑料元件102沿着连接面104压力注射包封金属元件101，并且由此塑料102被模制在金属元件上面。附图2的观测角度和附图1是一样的，也就是金属元件101的第一表面111上的直角的俯视图。金属元件101的所有通孔110被塑料元件102覆盖以及围住，其中，在塑料102中在通孔110的较大的、圆形的中心的内部成型穿孔113。

附图3展示了沿着附图2中所示的剖切线A-A剖切图2、并且逆时针旋转90°产生的根据本发明的蓄电池外壳100的剖面图。清楚的看到，塑料102围住通孔110的切边，并且连接面104也沿着金属元件101的第二表面112延伸。但是，在描述的示例中在第二表面112的区域里的连接面104具有比在第一表面111的区域里更少的侧面尺寸，也就是沿着表面111或者112测量所得的尺寸。

沿着第一表面111区域中的连接面104将平面设计的连接元件103安置在金属元件101和塑料元件102之间，在附图3中同样如此示出，也就是与金属元件101以及塑料元件102一样以同样的方式在截面中被描述出来。所述连接元件103由持久弹性材料构成，优先是持久弹性粘合材料。所述持久弹性材料，尤其粘合材料，以形状配合和/或材料接合的方式一面连接了金属元件101的连接面104，另一面连接了塑料元件102，并且在他们之间形成了持久弹性的密封以及形状配合的连接，所述连接在不损害连接密封性前提下能够实现金属元件101以及塑料元件102不同的热膨胀。沿着第二表面、金属元件101和塑料元件102直接地、也就是没有连接元件103的中间层地、形状配合和/或材料接合地互相连接。如果在第二表面112区域里的连接元件103完全平面地沿着连接面104延伸，正如它被设计的一样，由此在金属元件101和塑料元件102之间得到机械固定的连接，并且在变型中这样的设计方案也是可以行的。因为根据本发明设计的蓄电池外壳100的原因，在第二表面112区域沿着连接面104可能出现的在金属元件101和塑料元件102之间的细小泄漏是没有危险的，因为连接元件103就可以保证有效的密封。优选的是，在蓄电池外壳100有液体和/或气体加载的侧面上，也就是连接面104的沿着朝向这个侧面的边缘设置连接元件103，由此沿着连接面104延伸到连接元件103的液体和/或气体的细小渗透被很大程度上减少。

为了制造根据本发明的蓄电池外壳100，在使用塑料元件102待被包封的连接面104上在它的密封区域内(它是连接面104的一部分)沿着这部分设有连接元件103，也就是说，连接面104在第一表面111的区域内被安装上以预定数量的持久弹性材料，这里是粘合材料，优选是糊状。所述数量可以用这样的方式测量，即在蓄电池外壳100根据本发明的使用中在预期的温度波动情况下保证所要实现的密封性，并且可以例如通过简单的试生产和密封性试验而测定。作为这样的材料，例如可以使用名为“双面胶带5363”作为申请人认为特定的粘合材料。这种粘合材料可以承受住在注塑制造过程中出现的温度，也就是过程温度，以及注塑制造过程中出现的压强。

在下一个制造步骤中在施加持久弹性材料、在此是施加粘合材料之后，为了塑料元件102的制造，金属元件101被热塑的塑料压力注塑包封。作为这样的材料，例如可以使用名为“尼龙6”的作为申请人认可的特定的塑料。

在制造方法的变型方案中，带有粘合材料的镀层薄膜替代了糊状的粘合材料被沿着连接面104施加在金属元件101的上面。预批量生产的连接面103作为粘合薄膜件在连接面104的密封区中尤其被粘贴在金属元件101的第一表面111上面。预批量生产的连接元件103作为粘合带能够有选择地由织物材料，例如织物带构成。

总之，由此获得以金属-塑料混合构件形式的蓄电池外壳，它能够满足对于密封性和耐热性的较高的要求，而且可以简单，低成本，精确和快速的制造以及安全可靠的再生产。根据本发明的蓄电池外壳还可以实现设计上的高灵活性。相似地根据本发明的金属-塑料-混合构件可以应用到例如汽车技术，航天及宇航技术，医药技术，测量技术，电子学以及土木工程学上。

附图标记列表

100金属塑料混合构件的形式下蓄电池外壳

101100中的金属元件

102100中的塑料元件

103100中的连接元件

104101中的连接面

110101中的通孔

111101中的第一表面

112101中的第二表面

113110内部102中的穿孔

A-A附图2中切线

Claims (10)

1.一种被设计为金属塑料混合构件的蓄电池外壳(100)，其中，塑料元件(102)沿着连接面(104)至少局部地至少很大程度上形状配合和/或材料接合地邻近地模制在金属元件(101)上，其中，沿着在金属元件(101)和塑料元件(102)之间的连接面(104)的至少一个部分安置由至少很大程度上持久弹性的材料构成的连接元件(103)。

2.按照权利要求1所述的蓄电池外壳(100)，其特征在于，连接元件(103)的至少很大程度上持久弹性的材料包括持久弹性的粘合材料。

3.按照权利要求1或2所述的蓄电池外壳(100)，其特征在于，连接元件(103)至少基本上被设计成层状。

4.按照权利要求1、2或3所述的蓄电池外壳(100)，其特征在于，连接元件(103)由支承元件、优选由层状的支承元件构成，所述支承元件沿着它的至少一个表面的至少一部分配备持久弹性的材料。

5.按照权利要求4所述的蓄电池外壳(100)，其特征在于，支承元件、尤其层状的支承元件由薄膜、优选是塑料薄膜构成。

6.按照权利要求4或5所述的蓄电池外壳(100)，其特征在于，层状的支承元件由热塑性的塑料构成，所述塑料优选与塑料元件(102)的热塑性的材料都是可熔化的，其中，特别优选的是层状的支承元件的热塑性塑料和塑料元件(102)的热塑性材料相一致。

7.按照权利要求4所述的蓄电池外壳(100)，其特征在于，支承元件由织物材料构成。

8.一种用于制造按照前面权利要求中任一项设计的、以金属塑料混合构件形式的蓄电池外壳(100)的方法，其特征在于，方法步骤是：

·制造金属元件(101)，

·在金属元件(101)上有选择地施加面状的防腐蚀保护，

·沿着连接面(104)的最少一个部分在金属元件(101)上施加连接元件(103)，以及

·在金属元件(101)上模制塑料元件(102)。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，连接元件(103)以糊状被施加在金属元件(101)上面，并且通过这种施加而被模制。

10.按照权利要求8所述，其特征在于，连接元件(103)作为支承元件被施加在金属元件(101)上面，所述支承元件沿着至少一个它的表面的至少一个部分配备持久弹性的材料。