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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tragelement für ein Gehäuse für eine Fahrzeugtraktionsbatterie, sowie ein Gehäuse das solch ein Tragelement aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Tragelements für ein Gehäuse einer Fahrzeugtraktionsbatterie, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugtraktionsbatterie.
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Fahrzeugtraktionsbatterien kommen beispielsweise zum Antrieb von Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen zur Anwendung. Damit die in solchen Fahrzeugen zum Zweck des Antriebs verbaute Elektromaschine mit der benötigten großen elektrischen Leistung versorgt werden kann, sind Fahrzeugtraktionsbatterien so ausgelegt, dass sie eine hohe elektrische Ausgangsspannung aufweisen und zudem große elektrische Ströme abgegeben können. Dies wird dadurch erreicht, dass eine große Anzahl von Speicherzellen parallel und seriell miteinander verschaltet sind. Üblicherweise ist eine Fahrzeugtraktionsbatterie aus einer Anzahl von Energiespeichermodulen aufgebaut, wobei jedes der Energiespeichermodule eine Anzahl von Speicherzellen aufweist, die in der Regel zu einem Stapel angeordnet sind, der über Endplatten und Zugelemente verspannt ist. Die Speicherzellen enthalten elektrochemische Zellen, mit deren Hilfe elektrische Energie gespeichert werden kann.
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Die erforderliche große Anzahl von Speicherzellen bzw. Energiespeichermodulen führt dazu, dass Fahrzeugtraktionsbatterien üblicherweise großvolumig sind. Aufgrund der eingeschränkten Einbaumöglichkeiten wird eine Fahrzeugtraktionsbatterie oftmals im Bereich des Unterbodens eines Fahrzeugs eingebaut, weswegen sie eine geringe Höhe und demzufolge eine große Grundfläche aufweist (durchaus bis zu 150 cm × 100 cm). Um eine Fahrzeugtraktionsbatterie zum einen vor äußeren Einwirkungen zu schützen und zum anderen eine Rückhaltemöglichkeit für den Fall zu haben, dass beim Betrieb der Fahrzeugtraktionsbatterie eine Fehlfunktion auftritt, und dabei beispielsweise Elektrolyt und/oder Gas freigesetzt wird, ist diese in einem Gehäuse verbaut.
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Ein Gehäuse für eine Fahrzeugtraktionsbatterie weist ein Tragelement und ein Abdeckelement auf, wobei an dem Tragelement die Energiespeichermodule befestigt sind. Damit das Gehäuse die gewünschte Schutzfunktion erfüllt, muss dieses bestimmte Eigenschaften aufweisen bzw. bestimmte Anforderungen erfüllen. Insbesondere das Tragelement muss eine ausreichend hohe Steifigkeit aufweisen und zudem einwirkende Kräfte gut aufnehmen bzw. verteilen können. Daraus ergeben sich Anforderungen an das Material, aus dem das Tragelement gefertigt ist bzw. an das zum Einsatz kommende Fertigungsverfahren.
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Es hat sich herausgestellt, dass sich das Druckgussverfahren besonders gut für die Fertigung von Gehäusen für Fahrzeugtraktionsbatterien eignet, da dieses Verfahren generell für eine Massenproduktion geeignet ist und zudem so gefertigte Gehäuse, insbesondere Tragelemente, die oben dargelegten Steifigkeitsanforderungen und Kraftaufnahme- bzw. Kraftleitanforderungen erfüllen. Bevorzugt sind solche Gehäuse als Aluminiumdruckguss ausgeführt.
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Allerdings ist es nicht unproblematisch, wenn großflächige Bauteile mit einem Druckgussverfahren gefertigt werden sollen, insbesondere wenn großflächige Gehäusetragelemente als Aluminiumdruckguss gefertigt werden sollen: Prinzip bedingt entstehen bei einem Gussvorgang Sprengkräfte, die auf die beiden Werkzeughälften wirken und diese auseinander drängen. Die Sprengkräfte hängen dabei von der Fläche des zu gießenden Bauteils ab und nehmen mit zunehmender Bauteilfläche zu. Erreicht ein zu fertigendes Bauteil eine bestimmte Fläche und somit die Sprengkräfte einen bestimmten Wert, dann ist es nicht mehr möglich, mit einer konventionellen Druckgießmaschine ein großflächiges Bauteil einstückig, d. h. in einem einzigen Gussvorgang herzustellen. Demzufolge würde sich ein großflächiges Bauteil unter Verwendung einer konventionellen Druckgießmaschine nur dann herstellen lassen, wenn es konstruktiv in zwei Bauteilhälften unterteilt und diese beiden Hälften eigenständig gefertigt werden würden. Die Teilung kann dabei in Längs- oder Querrichtung erfolgen. Durch dieses Aufteilen reduzieren sich die Einzelflächen und somit die beim Gussvorgang auftretenden Sprengkräfte. Die beiden in zwei separaten Gussvorgängen hergestellten Hälften werden beispielsweise durch Schweißen oder Verschrauben miteinander verbunden.
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Auch wenn durch das Aufteilen des zu fertigenden großflächigen Bauteils die Sprengkräfte reduziert und somit beherrschbar werden, so hat das Aufteilen des zu fertigenden Bauteils folgende nicht unerhebliche Nachteile:
- – Durch das Aufteilen in Einzelteile wird die Gussgeometrie des aus den Einzelteilen zusammengesetzten großflächigen Bauteils unterbrochen, was sich nachteilig auf die Festigkeit des Bauteils auswirkt.
- – Handelt es sich bei dem großflächigen Bauteil um ein Tragelement für ein Gehäuse für eine Fahrzeugtraktionsbatterie, welches zum Ausbilden des gesamten Gehäuses mit einem Abdeckelement verbunden wird, so ist aufgrund der Tatsache, dass das Tragelement aus Einzelteilen zusammengesetzt ist, die Dichtfläche zwischen dem Tragelement und dem Abdeckelement unterbrochen und muss deshalb aufwändig nachgearbeitet werden.
- – Zur Ausbildung des großflächigen Bauteils sind die Einzelteile miteinander zu verbinden. Durch die hierbei entstehenden Verbindungsstellen bzw. durch die hierfür eingesetzten Verbindungskomponenten erhöht sich das Gewicht des insgesamt gefertigten großflächigen Bauteils.
- – Da sämtliche Einzelteile, aus denen das großflächige Bauteil zusammengesetzt ist, als Druckguss ausgeführt sind, hat das Bauteil insgesamt eine einheitliche hohe Mindestwandstärke, weswegen das Bauteil ein hohes Gewicht hat.
- – Für jedes Einzelteil wird ein eigenes Druckgusswerkzeug benötigt, weswegen die Werkzeugkosten im Vergleich zu einer Fertigung, bei der der Einsatz eines einzigen Druckgusswerkzeugs ausreicht, wesentlich höher sind.
- – Durch die Nacharbeiten, die zum einen im Zusammenhang mit der Dichtfläche und zum anderen zum Verbinden der Einzelteile erforderlich sind, ist der Herstellungsprozess komplexer und somit die Herstellungskosten höher.
- – Dadurch dass das fertige großflächige Bauteil aus einer Vielzahl von Einzelteilen zusammengesetzt ist, weist es Verbindungsstellen bzw. Trennstellen auf, durch die die Nutzung des innerhalb des Gehäuses zur Verfügung stehenden Bauraums eingeschränkt ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Tragelement für ein Gehäuse für eine Fahrzeugtraktionsbatterie zu schaffen, das sich einfach und demzufolge mit geringen Fertigungskosten herstellen lässt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Tragelement zu schaffen, das zudem ein niedriges Gewicht aufweist. Ferner ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich ein entsprechendes Tragelement fertigen lässt.
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Diese Aufgaben werden durch ein Tragelement für ein Gehäuse für eine Fahrzeugtraktionsbatterie gelöst, das aus einem Modultragelement und zumindest einem plattenförmig ausgebildeten Verschlusselement aufgebaut ist, wobei das Modultragelement eine Anzahl von Modulbefestigungselementen aufweist, an denen eine Anzahl von Energiespeichermodulen befestigt sind, aus denen die Fahrzeugtraktionsbatterie aufgebaut ist, wobei das Modultragelement ferner zumindest eine Aussparung aufweist, die durch das plattenförmige Verschlusselement verschlossen ist.
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Diese Aufgaben werden ferner durch ein Verfahren zum Herstellen eines Tragelements für ein Gehäuse für eine Fahrzeugtraktionsbatterie gelöst, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden:
- – Bereitstellen eines Modultragelements, das eine Anzahl von Modulbefestigungselementen und zumindest eine Aussparung aufweist,
- – Bereitstellen zumindest eines plattenförmig ausgebildeten Verschlusselements,
- – Verschließen der Aussparung mit dem plattenförmigen Verschlusselement.
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Auch wenn sich die nachfolgenden Ausführungen auf das Druckgussverfahren bzw. auf ein im Druckgussverfahren gefertigtes Tragelement beziehen, so soll dies keine grundlegende einschränkende Wirkung haben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann auch bei anderen Fertigungsverfahren angewandt werden, insbesondere bei solchen, bei denen die Fertigung von großflächig ausgebildeten Bauteilen, insbesondere die Fertigung von Tragelementen, Probleme mit sich bringen kann. Entsprechendes gilt auch für das Material, aus dem das Tragelement gefertigt ist. Allerdings wurde die erfindungsgemäße Vorgehensweise ausgehend von der vorstehend geschilderten, beim Druckgussverfahren gegebenen Sprengraftproblematik erarbeitet, weswegen nach derzeitigem Kenntnisstand bei diesem Herstellungsverfahren die größten Vorteile gegeben sind.
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Dadurch dass das Tragelement zumindest eine Aussparung aufweist, die insbesondere großflächig ausgestaltet ist, wird die Fläche des zu fertigenden Tragelements, genauer gesagt die Fläche des Modultragelements soweit reduziert, dass die bei einem Gussvorgang entstehenden Sprengkräfte auf solch ein Maß reduziert sind, dass das Tragelement einstückig, d. h. in einem einzigen Gussvorgang gefertigt werden kann. D. h. das Modultragelement kann unter Verwendung eines einzigen, aus zwei Werkzeughälften bestehenden Werkzeugs gefertigt werden. Vorteilhafterweise ist das Tragelement konstruktiv so aufgeteilt bzw. so gestaltet, dass das Modultrageelement im Wesentlichen die tragende bzw. abstützende Funktion übernimmt, d. h. die Energiespeicherelemente sind an dem Modultragelement befestigt. Das Modultragelement stellt somit ein tragendes Gerüst dar. Wohingegen dem plattenförmig ausgebildeten Verschlusselement lediglich eine verschließende und somit umhüllende Funktion zukommt. Bei dem erfindungsgemäßen Tragelement ist die Aussparung so angeordnet, dass diese im unverschlossenen Zustand eine Öffnung der Fahrzeugtraktionsbatterie gegenüber der Umwelt darstellt. Das Verschlusselement kann so ausgeführt sein, dass sich die Energiespeichermodule in einem geringen Maße an diesem abstützen können, beispielsweise indem das Energiespeichermodul mit einem zwischen dem Verschlusselement und dem Energiespeichermodul angeordneten Kühlkörper verspannt ist.
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Die Aufteilung des Tragelements in ein Modultragelement, dem eine tragende bzw. abstützende Funktion zukommt, und in ein plattenförmiges Verschlusselement, dem im Wesentlichen eine lediglich umhüllende bzw. verschließende Funktion zukommt, schafft eine größtmögliche gestalterische Freiheit. Dies ermöglicht die Gestaltung eines Modultragelements dessen Gussgeometrie nicht unterbrochen ist, so dass es sowohl bei ihm als auch bei dem Tragelement nicht zu Einschränkungen in der Festigkeit kommt. Ferner ist dadurch sichergestellt, dass das Tragelement eine durchgängige Kraftverteilung ermöglicht, somit eine optimale Spannungsverteilung ohne Spannungssprünge gegeben ist. Ferner kann durch eine entsprechend geeignete Festlegung des Orts der Aussparung dafür Sorge getragen werden, dass die Dichtfläche zwischen dem Tragelement und dem Abdeckelement nicht unterbrochen ist, weswegen auf eine aufwändige Nacharbeit verzichtet werden kann, wodurch der Herstellungsprozess unaufwändig ist, was zu niedrigeren Herstellungskosten führt. Insbesondere ist die Dichtgeometrie vereinfacht und damit günstiger darstellbar. Ferner kann durch geeignete Festlegung des Orts der Aussparung zweierlei erreicht werden: zum einen ist der Aufwand für das Nacharbeiten zum Verbinden der Einzelteile, in diesem Fall zum Verbinden des Modultragelements und des plattenförmigen Verschlusselements geringer, was ebenfalls zu einer Reduzierung der Komplexität des Herstellungsprozesses und somit der Herstellungskosten führt. Zum anderen können die Verbindungsstellen zwischen dem Modultragelement und dem Verschlusselement weniger aufwändig ausgeführt sein bzw. einfachere Verbindungskomponenten verwendet werden, was beides zu einer Reduzierung des Gewichts und der Herstellungskosten des Tragelements führt. Außerdem kann durch eine vorteilhafte Wahl des Ortes der Aussparung der Ort der Verbindungsstellen bzw. Trennstellen so günstig gelegt werden, dass die Nutzung des innerhalb des Gehäuses zur Verfügung stehenden Bauraums nur unwesentlich eingeschränkt ist. Somit muss der zur Verfügung stehende Bauraum nicht für einen Verbindungsflansch der beiden durch Längs- oder Querteilung entstandenen Bauteilhälften verwendet werden, sondern er kann für die Gestaltsteifigkeit des Tragelements verwendet werden. Werden sowohl das Modultragelement als auch das plattenförmige Verschlusselement im Druckgussverfahren gefertigt, sind zwar auch zwei Werkzeugsätze erforderlich, nämlich einer für das Modultragelement und einer für das Verschlusselement, da jedoch der Werkzeugsatz für das Verschlusselement aufgrund der einfach gehaltenen Geometrie des Verschlusselements wesentlich weniger komplex ist, reduzieren sich die Werkzeugkosten im Vergleich zu der bisher praktizierten, fertigungstechnisch bedingten Aufteilung des Tragelements in Läng- oder Querrichtung.
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Somit ist ein Tragelement geschaffen, das unter Berücksichtigung der mechanischen Anforderungen zum einen kostenoptimiert und zum anderen gewichtsoptimiert ist. Die Gewichtsoptimierung ist sogar dann gegeben, wenn sowohl das Modultrageelement als auch das Verschlusselement aus demselben Material bzw. nach demselben Fertigungsverfahren gefertigt sind.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass es sich bei der Aussparung um eine großflächige Aussparung handelt, die deutlich größer ist, als eine Ausnehmung, wie sie beispielsweise für die Aufnahme einer Schraube vorgesehen ist, mit dem ein Energiespeichermodul oder eine andere Komponente an dem Tragelement befestigt ist. Der Anteil der Aussparung an der Fläche des Tragelements, in der sich die Aussparung befindet, kann durchaus in der Größenordnung von 10 bis 20% liegen.
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Die obengenannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
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Hinsichtlich der Gewichtsreduzierung lässt sich das Tragelement weiter optimieren, und zwar dadurch, dass sich das Modultragelement und das Verschlusselement zumindest in einem Komponentenparameter unterscheiden. Dabei soll solch ein Parameter das für die Fertigung des jeweiligen Elements verwendete Material oder das jeweils zum Einsatz kommende Fertigungs- bzw. Herstellungsverfahren charakterisieren. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Modultragelement um ein Druckgussteil, insbesondere um eine Aluminiumdruckgussteil, und bei dem plattenförmigen Verschlusselement um ein Blech. Das Blech kann dabei aus Aluminium oder Stahl bestehen und beispielsweise durch einen Stanz- oder einen Laserschneidevorgang gefertigt sein. Dadurch dass die Aussparungen mit einem Blech bzw. einer Blechtafel verschlossen sind, weist das Tragelement nicht mehr durchgängig eine einheitlich hohe Mindestwandstärke auf, was zu einer deutlichen Gewichtsreduzierung führt. Somit lässt sich ohne Festigkeits- bzw. Steifigkeitseinbuße ein gewichtsoptimiertes Tragelement fertigen. Da Bleche zudem sehr viel einfacher zu fertigen sind als ein Druckgussteil, weist ein so ausgebildetes Tragelement zudem sehr niedrige Fertigungskosten auf. Durch diese Hybridbauweise werden die Vorteile miteinander verknüpft, die einerseits der Druckguss und andererseits die Verwendung von plattenförmigen Blechelementen bieten. Alternativ kann anstelle des Blechs auch ein aus Kunststoff gefertigtes Verschlusselement verwendet werden.
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Wie bereits erwähnt, weist ein Gehäuse für eine Fahrzeugtraktionsbatterie ein Tragelement und ein Abdeckelement auf, wobei es diesbezüglich mehrere Ausführungsoptionen gibt. So kann das Abdeckelement ein eigenständiges Bauteil sein, so dass nach dem Verbinden des Tragelements mit dem Abdeckelement das Gehäuse gegenüber der Fahrzeugkarosserie eigenständig ist. Alternativ kann es sich bei dem Abdeckelement auch um eine Komponente der Fahrzeugkarosserie handeln, beispielsweise ein im Bereich des Fahrzeugunterbodens oder des Fahrzeugkofferraums angeordnetes Blech. Somit ist das Gehäuse nach Verbinden von Tragelement und Abdeckelement fest mit der Fahrzeugkarosserie verbunden und gegenüber der Fahrzeugkarosserie nicht eigenständig. Ferner kann bei dem im Fahrzeug eingebauten Gehäuse in einer ersten Ausgestaltung das Abdeckelement das Gehäuseoberteil und das Tragelement das Gehäuseunterteil sein, während in einer zweiten Ausgestaltung das Abdeckelement das Gehäuseunterteil und das Tragelement das Gehäuseoberteil sein kann. Die vorstehend beschriebenen Alternativen können miteinander kombiniert werden, so dass sich insgesamt vier Ausgestaltungsvarianten ergeben. Den nachfolgenden Ausführungen liegt die Ausgestaltungsvariante zugrunde, bei der das Abdeckelement als eigenständiges Bauteil ausgeführt ist, und das Tragelement das Gehäuseunterteil und das Abdeckelement das Gehäuseoberteil darstellt, ohne dass dies eine einschränkende Wirkung haben soll.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Aussparung im Wesentlichen unterhalb zumindest eines befestigten Energiespeichermoduls angeordnet. Durch diese Maßnahme ergibt sich für die Anordnung der Aussparung eine große Gestaltungsfreiheit, da unterhalb des befestigten Energiespeichermoduls eine große Fläche zur Verfügung steht, innerhalb der eine großflächige Aussprung platziert werden kann, ohne dadurch die Tragfunktion des Tragelements zu beeinträchtigen. Somit lassen sich für das Tragelement zum einen mit Blick auf das Druckgussverfahren eine deutliche Sprengkraftreduzierung und zum anderen eine deutliche Gewichtsreduzierung realisieren.
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Entsprechend sind in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Anzahl von Modulbefestigungselementen konsequenterweise derart angeordnet, dass die befestigten Energiespeichermodule in einer Anzahl von Energiespeichermodulreihen angeordnet sind, wobei die Aussparung und das plattenförmige Verschlusselement jeweils derart ausgebildet sind, dass sie von ihren Abmessungen im Wesentlichen einer Fläche entsprechen, die von einer Energiespeichermodulreihe überdeckt ist. Dadurch wird eine deutliche Sprengkraft- und Gewichtsreduzierung erzielt.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Anzahl von Modulbefestigungselementen derart angeordnet, dass die befestigten Energiespeichermodule in einer Vielzahl von Energiespeichermodulreihen angeordnet sind, wobei unter jeder Energiespeichermodulreihe eine Aussparung angeordnet ist. Durch diese Maßnahme lassen sich die Sprengkräfte und das Gewicht des Tragelements am effektivsten reduzieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Modultragelement ferner ein die Aussparung umschließendes Aufnahmeelement auf, wobei das Aufnahmeelement einen Auflagebereich und einen gegenüber dem Auflagebereich abgesetzten Aufnahmebereich aufweist, wobei das Verschlusselement über einen im Aufnahmebereich angebrachten Kleber mit dem Modultragelement verklebt ist. Das Verkleben ist eine unaufwändige und kostengünstige Verbindungsart, um das Modultragelement und das Verschlusselement miteinander zu verbinden. Wird vorzugsweise ein Kleber mit Dichteigenschaft verwendet, kann zudem ein gasdichter Abschluss des Gehäuses erreicht werden.
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Zur Sicherung der Verbindung von Modultragelement und Verschlusselement weist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Auflagebereich eine Anzahl von Elementbefestigungslöchern auf, über die das Verschlusselement mit dem Modultragelement verschraubt ist. Insgesamt werden somit das Modultragelement und das Verschlusselement durch Verkleben und Verschrauben miteinander verbunden, d. h. es kommt eine einfach handzuhabende Verbindungstechnik zum einen Einsatz, wodurch die Fertigungskosten für das Tragelement niedrig gehalten werden können. Zudem haben die Verbindungselemente kein allzu großes Gewicht, wodurch das Geweicht des Tragelements niedrig gehalten werden kann. Das Tragelement lässt sich somit durch einfache Arbeitsschritte, nämlich Auftragen von Kleber, Einlegen des Verschlusselements in die Aussparung des Modultragelements und Verschrauben von Verschlusselement und Modultragelement fertigen.
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Alternativ können das Tragelement und das Verschlusselement auch durch Nieten oder Schweißen miteinander verbunden werden.
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Unter Verwendung eines Tragelements, wie es vorstehend beschrieben ist, kann eine Fahrzeugtraktionsbatterie entsprechend folgender Verfahrensschritte hergestellt werden:
- – Bereitstellen eines Tragelements, das aus einem Modultragelement und zumindest einem plattenförmig ausgebildeten Verschlusselement aufgebaut ist, wobei das Modultragelement eine Anzahl von
Modulbefestigungselementen und zumindest eine Aussparung aufweist, die durch das plattenförmige Verschlusselement verschlossen ist,
- – Bereitstellen einer Anzahl von Energiespeichermodulen,
- – Befestigen der Energiespeichermodule an den Modulbefestigungselementen, und
- – Verbinden des Tragelements mit einem Abdeckelement.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines Gehäuses für eine Fahrzeugtraktionsbatterie,
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2 eine erste Draufsicht von oben auf ein erfindungsgemäßes Tragelement,
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3 eine zweite Draufsicht von oben auf ein erfindungsgemäßes Tragelement,
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4 ein plattenförmiges Verschlusselement in einer perspektivischen Darstellung,
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5 einen perspektivisch dargestellten Abschnitt eines Modultragelements,
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6 einen Querschnitt durch ein Modultragelement im Bereich einer Strebe.
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1 zeigt in einer Seitenansicht ein Gehäuse 10 für eine Fahrzeugtraktionsbatterie 12, das ein Tragelement 14 und ein Abdeckelement 16 aufweist. Das Tragelement 14 ist tragend ausgebildet, d. h. es hat eine Tragfunktion, an ihm sind in der Fahrzeugtraktionsbatterie enthaltene Energiespeichermodule befestigt. Wohingegen das Abdeckelement 16 keine tragende Funktion hat. Ein zum Abdichten des Gehäuseinnenraums gegenüber der Umwelt üblicherweise zwischen dem Tragelement 14 und dem Abdeckelement 16 eingebrachtes Dichtelement ist in 1 aus Gründern der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. An dem Tragelement 14 sind Gehäusebefestigungselemente angebracht, über die das Tragelement 14 und somit das Gehäuse 10 an einer nicht dargestellten Fahrzeugkomponente befestigt werden kann, wobei exemplarisch eines dieser Gehäusebefestigungselemente mit der Bezugsziffer 18 gekennzeichnet ist.
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Die in 1 gewählte Darstellung, gemäß der es sich bei dem Tragelement 14 um das Gehäuseunterteil und bei dem Abdeckelement 16 um das Gehäuseoberteil handelt, soll keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Tragelement 14 auch zum Aufbau eines Fahrzeugtraktionsbatteriegehäuses verwendet werden, bei dem das Abdeckelement durch eine Komponente der Fahrzeugkarosserie gebildet ist. Ferner kann das Gehäuse 10 im eingebauten Zustand auch so im Fahrzeug angeordnet sein, dass es sich bei dem Tragelement 14 um das Gehäuseoberteil und bei dem Abdeckelement 16 um das Gehäuseunterteil handelt.
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2 zeigt in einer ersten Draufsicht von oben ein erfindungsgemäßes Tragelement 14. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, ist das Tragelement 14 aus einem Modultragelement 20 und einer Anzahl von plattenförmig ausgebildeten Verschlusselementen aufgebaut, wobei eines der Verschlusselemente exemplarisch mit der Bezugsziffer 22 gekennzeichnet ist. Die Verschlusselemente 22 sind durch Energiespeichermodule teilweise verdeckt, von denen eines exemplarisch mit der Bezugsziffer 24 gekennzeichnet ist. Die Energiespeichermodule 24 sind über in 2 nicht dargestellte Modulbefestigungselemente an dem Modultragelement 20 befestigt, wobei die befestigten Energiespeichermodule in einer Anzahl von Energiespeichermodulreihen angeordnet sind, von denen eine exemplarisch mit der Bezugsziffer 26 gekennzeichnet ist. Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, weist das Modultragelement 20 bedingt durch das zu seiner Fertigung eingesetzte Druckgussverfahren eine Mindestwandstärke 28 auf. Diese Mindestwandstärke 28 weist das Modultragelement 20 durchgängig auf, also auch in seinem Bodenbereich.
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Die in 2 gewählte Darstellung soll keine einschränkende Wirkung haben. Zum einen kann eine Fahrzeugtraktionsbatterie insgesamt eine andere Anzahl von Energiespeichermodulen aufweisen. Zum anderen kann eine Energiespeichermodulreihe eine andere Anzahl von Energiespeichermodulen aufweisen.
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3 zeigt in einer zweiten Draufsicht von oben ein erfindungsgemäßes Tragelement 14, wobei in 3 die Energiespeichermodule nicht dargestellt sind. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, weist das Modultragelement 20 Aussparungen 30 auf. Jede dieser Aussparungen 30 ist von einem umlaufenden Aufnahmeelement 32 umschlossen. Zwischen den einzelnen Aussparungen 30 sind Streben 34 angeordnet. In 3 sind exemplarisch zwei der Aussparungen 30 jeweils mit einem plattenförmig ausgebildeten Verschlusselement 22 verschlossen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 3 keine Modulbefestigungselemente dargestellt. Ferner wurde auf die Darstellung von Elementbefestigungslöchern verzichtet, über die die Verschlusselemente mit dem Modultragelement verschraubt sind.
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Entgegen der Darstellung in 3 können die Gehäusebefestigungselemente 18 an den Längsseiten des Modultragelements 20 vorzugsweise jeweils auf Höhe der Streben 34 angeordnet sein.
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4 zeigt ein perspektivisch dargestelltes plattenförmiges Verschlusselement 22. Das Verschlusselement 22 weist Strukturelemente auf, von denen eines exemplarisch mit der Bezugsziffer 36 gekennzeichnet ist. Die Strukturelemente 36 verleihen dem Verschlusselement 22 eine Steifigkeit. Die in 4 gewählte Darstellung der Strukturelemente 36 soll keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich kann eine andere Anzahl von bzw. eine andere Lage und Form der Strukturelemente vorgesehen sein. Ferner weist das Verschlusselement 22 eine Vielzahl von Bohrungen 38 auf, die dazu dienen, das Verschlusselement 22 an dem Modultragelement 20 zu befestigen.
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5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Abschnitt eines Modultragelements 20. Dieser Abschnitt zeigt eine erste Aussparung 30a und eine zweite Aussparung 30b, sowie eine zwischen beiden Aussparungen liegende Strebe 34. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, weist die Strebe 34 ein u-förmiges Profil auf. Die Strebe 34 weist ferner Modulbefestigungselemente 40 auf, die wiederum jeweils ein Modulbefestigungsloch aufweisen, die zum Befestigen von Energiespeichermodulen 24 an dem Modultragelement 20 vorgesehen sind. Von den Modulbefestigungslöchern ist eines exemplarisch mit der Bezugsziffer 42 gekennzeichnet. Die Modulbefestigungselemente 40 sind zu Modulbefestigungsverbunden 44 zusammengefasst, die in Abhängigkeit des Anbringungsorts an dem Modultragelement 20 eine unterschiedliche Anzahl von Modulbefestigungselementen 40 aufweisen. Der im Randbereich des Modultragelements 20 angeordnete Modulbefestigungsverbund 44a weist zwei Modulbefestigungselemente 40e, 40f auf. Wohingegen der im Innenbereich des Modultragelements 20 angeordnete Modulbefestigungsverbund 44b vier Modulbefestigungselemente 40a, 40b, 40c, 40d aufweist. Zwischen den einzelnen Modulbefestigungselementen 40 sind Verstärkungsrippen 46 angeordnet, von denen eine exemplarisch mit der Bezugsziffer 46 gekennzeichnet ist. Über die beiden Modulbefestigungselemente 40b, 40e und zwei weitere, in 5 nicht dargestellte Modulbefestigungselemente ist ein nicht dargestelltes erstes Energiespeichermodul an dem Modultragelement 20 befestigt. In entsprechender Weise ist ein zweites Energiespeichermodul über die beiden Modulbefestigungselemente 40c, 40f und zwei weitere nicht dargestellte Modulbefestigungselemente an dem Modultragelemente 20 befestigt.
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Wie der Darstellung in 5 zu entnehmen ist, ist aufgrund der Ausgestaltung der Modulbefestigungselemente 40 zwischen dem Modultragelement 20 und einem an diesem befestigten Energiespeichermodul 26 ein Zwischenraum ausgebildet, der beispielsweise der Aufnahme einer nicht dargestellten Kühlvorrichtung dient, mit der das Energiespeichermodul 26 gekühlt werden kann.
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Die nachfolgenden Ausführungen werden anhand der ersten Aussparung 30a gemacht, sie gelten aber auch in entsprechender Weise für die zweite Aussparung 30b. Die erste Aussparung 30a ist von einem Aufnahmeelement 48 umschlossen, das der Aufnahme eines Verschlusselements 22 dient, mit dem die erste Aussparung 30a verschlossen wird. Das Aufnahmeelement 48 weist einen einen Auflagebereich 50 und einen gegenüber diesem abgesetzten Aufnahmebereich 52 auf. Dadurch dass der Aufnahmebereich 52 abgesetzt ist, bildet sich in diesem Bereich zwischen dem auf dem Auflagebereich 50 aufsitzenden Verschlusselement 22 und dem Modultragelement 20 ein Zwischenraum aus, der der Aufnahme eines Klebers dient, mit dem das Verschlusselement 22 mit dem Modultragelement 20 verklebt ist. Der Auflagebereich 50 weist eine Anzahl von Elementbefestigungslöchern 54 auf, über die das Verschlusselement 22 mit dem Modultragelement 20 verschraubt werden kann. Der Aufnahmebereich 52 hat vorzugsweise eine Breite von einigen Millimetern.
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In 6 ist ein Querschnitt durch ein Modultragelement 20 im Bereich einer Strebe 34 dargestellt. Die Darstellung in 6 zeigt eine in Bezug auf die Strebe 34 symmetrische Anordnung, so dass nachfolgend lediglich eine Anordnungshälfte beschrieben ist.
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Die Strebe 34 geht in einen Auflagebereich 50 über, in dem ein Durchgangsloch 56 angeordnet ist. In dieses Durchgangsloch ist eine Steckhülse 58 eingebracht, in die wiederum eine Schraube 60 eingedreht und somit das Verschlusselement 22 im Auflagebereich 50 mit dem Modultragelement 20 verschraubt ist. Wie der Darstellung in 6 zu entnehmen ist, ist der Aufnahmebereich 52 gegenüber dem Auflagebereich 50 abgesetzt, so dass sich zwischen dem Verschlusselement 22 und dem Modultragelement 20 ein Zwischenraum 62 ausbildet, der der Aufnahme eines nicht dargestellten Klebers dient, mit dem das Verschlusselement 22 mit dem Modultragelement 20 verklebt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 12
- Fahrzeugtraktionsbatterie
- 14
- Tragelement
- 16
- Abdeckelement
- 18
- Gehäusebefestigungselement
- 20
- Modultragelement
- 22
- Verschlusselement
- 24
- Energiespeichermodul
- 26
- Energiespeichermodulreihe
- 28
- Mindestwandstärke
- 30
- Aussparung
- 32
- Aufnahmeelement
- 34
- Strebe
- 36
- Strukturelement
- 38
- Bohrung
- 40
- Modulbefestigungselement
- 42
- Modulbefestigungsloch
- 44
- Modulbefestigungsverbund
- 46
- Verstärkungsrippe
- 48
- Aufnahmeelement
- 50
- Auflagebereich
- 52
- Aufnahmebereich
- 54
- Elementbefestigungsloch
- 56
- Durchgangsloch
- 58
- Steckhülse
- 60
- Schraube
- 62
- Zwischenraum
