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Die Erfindung betrifft ein Batterie-Gehäuse für Elektrofahrzeuge in Form eines Metall-Kunststoff-Hybridbauteils. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Fahrzeugbatterie-Gehäuses.
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Stand der Technik
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 025 745 A1 ist ein Hybrid-Gehäusebauteil, insbesondere eine Metall-Kunststoff-Hybrid-Ölwanne, bekannt, bei dem ein Metall-Dichtungsflansch verwendet wird, an den über einen Anschlussstreifen und eine zweiseitige stoffschlüssige Anbindung ein Wandungsbereich aus Kunststoffmaterial angeschlossen ist. An dem Anschlussstreifen ist beidseitig jeweils flächig ein Haftvermittler vorgesehen, der die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoffmaterial des Wandungsbereichs und dem Metallmaterial des Dichtungsflanschs vollflächig herstellt. Der Haftvermittler kann ganzflächig oder nur bereichsweise vorgesehen sein. Das Metallmaterial kann bereits vor einer Bearbeitung durch Stanzen und Tiefziehen vorzugsweise beidseitig mit Haftvermittler versehen sein. Es wird als günstig bezeichnet, wenn der Haftvermittler dazu eine gewisse Zähigkeit besitzt, so dass er die erforderlichen Umformschritte mitmacht, ohne sich von dem darunter liegenden Metallmaterial abzulösen. Auch kann das Metallmaterial erst nach dem Stanzen und Tiefziehen durch Tauchen mit Haftvermittler beschichtet werden. Dabei wird insbesondere ein kunststoffbasierter Haftvermittler verwendet, der im ausgehärteten Zustand als Korrosionsschutzschicht dient. Das Kunststoffmaterial des Wandungsbereichs kann im Spritzgussverfahren an den Dichtungsflanschen angeschlossen werden. Zu diesem Zweck werden den Dichtungsflansch aufweisende Blecheinleger in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und in einem weiteren Arbeitsschritt mit dem Kunststoffmaterial verspritzt.
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Der Haftvermittler ist vorzugsweise ein zweistufiger Haftvermittler, der in zwei aufeinanderfolgenden Schritten, vorzugsweise durch thermische Aktivierung, vollständig vernetzt. Nach dem Aufbringen auf das Metallmaterial wird der Haftvermittler in einem ersten Schritt teilvernetzt, so dass sich eine staubtrockene Oberfläche ausbildet, die ausreichend resistent gegen Beschädigungen während weiterer Fertigungsschritte ist. Beim oder nach dem Kunststoffanspritzen wird der Haftvermittler vollständig vernetzt, so dass er durch Temperatureinwirkung aushärtet und dabei seine endgültigen Eigenschaften erhält. Der Haftvermittler muss zum einen eine stoffschlüssige Anbindung mit dem Metallmaterial und zum anderen eine stoffschlüssige Anbindung mit dem Kunststoffmaterial eingehen. Entsprechend wird seine Materialzusammensetzung insbesondere abhängig von dem verwendeten Kunststoffmaterial festgelegt. Bei manchen Kunststoffmaterialien, wie z. B. Polystyrol, kann es notwendig sein, vor dem Auftrag des Haftvermittlers eine Vorbehandlung des Metallmaterials mit einem weiteren anderen Haftvermittler vorzunehmen, um eine stoffschlüssige Anbindung zu erreichen.
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Es zeigt sich jedoch, dass bei Metall-Kunststoff-Hybridbauteilen, die im Gebrauch Temperaturschwankungen, insbesondere über einen größeren Temperaturbereich, ausgesetzt sind, aufgrund der unterschiedlichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten des Metalls und des Kunststoffs Undichtigkeiten entlang der Anbindungsflächen, d.h. Grenzflächen zwischen dem Metall und dem Kunststoff, entlang derer der Haftvermittler angeordnet ist, auftreten. Dies führt bei solchen Metall-Kunststoff-Hybridbauteilen, die eine Dichtigkeit gegenüber Flüssigkeiten und/oder Gasen, wie z.B. Wasser oder Luft, aufweisen müssen, zum Ausfall des Bauteils.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Elektrofahrzeugbatterie-Gehäuse in Form eines Metall-Kunststoff-Hybridbauteils der vorstehend beschriebenen Art zu schaffen, bei dem auch durch Temperaturschwankungen über einen größeren Temperaturbereich, vorzugsweise einige hundert Grad Celsius, keine Undichtigkeiten entlang der Anbindungsflächen zwischen Metall und Kunststoff auftreten. Die Erfindung hat ferner die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Batteriegehäuses zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Batteriegehäuse, bei dem ein Kunststoffelement entlang einer Anbindungsfläche an ein Metallelement wenigstens bereichsweise wenigstens weitgehend form- und/oder stoffschlüssig angrenzend angeformt ist, wobei entlang wenigstens eines Teils der Anbindungsfläche zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement ein mit einem wenigstens weitgehend dauerelastischen Werkstoff ausgebildetes Anbindungselement angeordnet ist.
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Beim Erfindungsgegenstand ist somit das Kunststoffelement entlang der Anbindungsfläche an das Metallelement angeformt. Die Anbindungsfläche bildet die Grenzfläche zwischen dem Metall und dem Kunststoff. Bevorzugt ist das Kunststoffelement aus einem thermoplastischen Werkstoff gebildet und durch Spritzgießen geformt, besonders bevorzugt durch Spritzgießen an das Metallelement angeformt. Durch das Anformen grenzt das Kunststoffelement entlang der Anbindungsfläche an das Metallelement. Das Angrenzen ist wenigstens bereichsweise, d.h. wenigstens in Bereichen, d.h. Teilen, der Anbindungsfläche, wenigstens weitgehend form- und/oder stoffschlüssig. Erfindungsgemäß ist nun entlang wenigstens eines Teils dieser Anbindungsfläche ein Anbindungselement angeordnet, das mit einem wenigstens weitgehend dauerelastischen Werkstoff ausgebildet ist. Das Anbindungselement stellt somit entlang dieses Teils dieser Anbindungsfläche eine wenigstens weitgehend dauerelastische Verbindung zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement her und schafft damit eine zuverlässige, gegenüber Temperaturschwankungen unempfindliche Abdichtung zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement entlang der Anbindungsfläche.
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Mit anderen Worten ist das Kunststoffelement in einem ersten Bereich weitgehend form- und/oder stoffschlüssig entlang der Anbindungsfläche an das Metallelement angeformt und in einem zweiten Bereich der Anbindungsfläche ist zwischen Kunststoff-Element und Metallelement ein aus dauerelastischem Werkstoff ausgebildetes Anbindungselement angeordnet.
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Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die bekannte Maßnahme, eine Verbesserung der Haftung zwischen Metallelement und Kunststoffelement durch einen Haftvermittler auf das Metallelement aufzubringen und damit zu versuchen, das Metall-Kunststoff-Hybridbauteil so fortzuentwickeln, dass es entlang der Anbindungsfläche auch erhöhte Temperaturspannungen aufzunehmen und standzuhalten vermag, nicht oder nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand zum gewünschten Ergebnis führt. Es zeigt sich, dass die durch unterschiedliche Temperaturkoeffizienten der thermischen Ausdehnung des Metalls einerseits und des Kunststoffs andererseits bei thermisch wechselnder Beanspruchung entlang der Anbindungsfläche auftretenden Temperaturspannungen zu Kräften entlang der Anbindungsfläche führen, die mit den bekannten Maßnahmen nicht beherrschbar sind.
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Vielmehr besteht nun die Erkenntnis darin, den Temperaturspannungen und ihrer schädlichen Wirkung dadurch wirksam zu begegnen, dass eine gezielte Möglichkeit geschaffen wird, diese Temperaturspannungen sich abbauen zu lassen, also die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Metall und Kunststoff als die Ursache für das Auftreten von Undichtigkeiten gezielt zuzulassen und dadurch möglichen Undichtigkeiten mit speziellen Abdichtungsmitteln zu begegnen. Als solche Abdichtungsmittel schlägt die Erfindung nun vor, in einfacher Weise den nicht benötigten Haftvermittler durch einen weitgehend dauerelastischen Werkstoff zu ersetzen. Das daraus gebildete Anbindungselement stellt eine wenigstens weitgehend dauerelastische Verbindung zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement her und schafft so konstruktiv einfach und zuverlässig eine Abdichtung sowie einen Ausgleich von Temperaturspannungen entlang der Anbindungsfläche.
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Bevorzugt ist das Kunststoffelement in einem Spritzguss-Herstellungsvorgang als Spritzgusselement gebildet und durch Wärme- und/oder Druckeinwirkung, bevorzugt im Spritzguss-Herstellungsvorgang, auch an das Metallelement angeformt. Der dauerelastische Werkstoff des Anbindungselements ist dann so beschaffen, dass er entweder ohne Veränderung seiner mechanischen Eigenschaften den Temperaturen und Drücken des Spritzguss-Herstellungsvorgangs beim Anformen des Kunststoffelements an das Metallelement oder um dieses herum standhält. Wahlweise kann auch vorgesehen sein, dass der dauerelastische Werkstoff des Anbindungselements so beschaffen ist, dass er durch die Einwirkung der genannten Temperaturen und/oder Drücke gerade eine solche Veränderung erfährt, durch die er in den gewünschten dauerelastischen Zustand überführt wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses sind in den auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses umfasst der wenigstens weitgehend dauerelastische Werkstoff des Anbindungselements einen dauerelastischen Klebstoff. Damit wird eine noch bessere Abdichtung entlang der Anbindungsfläche und eine festere Verbindung zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement erzielt. Vorteilhaft wird auch die Fertigung vereinfacht, da das Aufbringen des Anbindungselements auf das Metallelement leicht, präzise, schnell und sicher möglich ist und Fertigungsfehler durch eine Lageänderung, insbesondere ein Ablösen und/oder Verrutschen, des Anbindungselements z.B. während des Spritzguss-Herstellungsvorgangs beim Formen des Kunststoffs auf dem Metallteil oder um dieses herum, zuverlässig vermieden werden. Der Klebstoff ist ebenfalls so beschaffen, dass er entweder ohne Veränderung seiner mechanischen Eigenschaften den Temperaturen und Drücken des Spritzguss-Herstellungsvorgangs standhält oder durch die Temperatur- bzw. Druckeinwirkung in den gewünschten dauerelastischen Zustand überführt wird.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ist das Anbindungselement zumindest im Wesentlichen schichtförmig ausgebildet. Das Anbindungselement, vorzugsweise mit einem dauerelastischen Klebstoff ausgebildet, ist somit schichtförmig zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement eingefügt, vorteilhaft mit gleichförmiger Schichtdicke. Diese Gestaltung ist einfach herstellbar und bildet einen gleichmäßigen Form-, Stoff- und/oder Kraftschluss zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement aus, wodurch eine hohe mechanische Festigkeit des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses und eine sehr zuverlässige Abdichtung zwischen Metall und Kunststoff erhalten werden.
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Ein derartiges, schichtförmiges Anbindungselement ist in einer konstruktiv besonders einfach gestalteten und materialsparenden Ausführung ausschließlich mit einem dauerelastischen Klebstoff ausgebildet, der z.B. als Paste auf dem Metallelement entlang der Anbindungsfläche vor dem Anformen des Kunststoffelements aufgebracht ist.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ist das Anbindungselement mit einem entlang wenigstens eines Teils wenigstens einer seiner Oberflächen mit dauerelastischem Werkstoff versehenen Trägerelement, bevorzugt einem schichtförmigen Trägerelement, ausgebildet. Dabei ist vorzugsweise der dauerelastische Werkstoff wieder durch einen oder mit einem dauerelastischen Klebstoff gebildet. Das Trägerelement ist wahlweise ein- oder mehrseitig, bei einer schichtförmigen Ausbildung ein- oder beidseitig, mit dem dauerelastischen Werkstoff, bevorzugt Klebstoff, versehen. Durch ein derartiges Trägerelement wird eine vereinfachte Handhabung des Anbindungselement während des Fertigungsvorgangs für das erfindungsgemäße Batteriegehäuse ermöglicht, insbesondere ein vereinfachtes Vorkonfektionieren, da das Trägerelement dem Anbindungselement insbesondere eine für den Fertigungsvorgang ausreichende Konturstabilität verleiht. Das Anbindungselement ist somit gesondert präzise herstellbar und danach exakt auf der Anbindungsfläche des Metallelements positionierbar, vorzugsweise aufklebbar.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ist das Trägerelement, insbesondere das schichtförmige Trägerelement, mit einer Folie, bevorzugt einer Kunststofffolie, ausgebildet. Durch diese Ausbildung ist eine sehr flexible Anpassung des Anbindungselements an unterschiedliche Gestaltungen der Anbindungsfläche möglich. Dazu kann die Folie sehr leicht geschnitten, gestanzt oder dergleichen werden und ist unterschiedlichen Gestaltungen der Anbindungsfläche, auch unterschiedlichen Oberflächenformen des Metallelements entlang der Anbindungsfläche, wie Wölbungen, Riffelungen, Sicken, Nuten, Vertiefungen, usw., leicht und einfach anpassbar. Die Folie ist einfach und kostengünstig herstellbar und mit einem dauerelastischen Werkstoff, insbesondere Klebstoff, beschichtbar sowie einfach handhabbar und verarbeitbar. In einer Abwandlung kann die Folie selbst mit oder aus einem dauerelastischen Werkstoff gebildet sein.
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Eine weitere bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ist dadurch gekennzeichnet, dass das schichtförmige Trägerelement aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist, der bevorzugt mit dem thermoplastischen Werkstoff des Kunststoffelements verschmelzbar ist, wobei besonders bevorzugt der thermoplastische Kunststoff des schichtförmigen Trägerelements und der thermoplastische Werkstoff des Kunststoffelements übereinstimmen. Bevorzugt ist somit das Trägerelement als Kunststofffolie aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet, der bevorzugt mit dem thermoplastischen Werkstoff des Kunststoffelements verschmelzbar ist. Besonders bevorzugt stimmen der thermoplastische Kunststoff der Kunststofffolie und der thermoplastische Werkstoff des Kunststoffelements überein. Dadurch wird ein besonders enges und mechanisch festes Verschmelzen bzw. Verschweißen der Kunststoffe erhalten. Dazu ist die Kunststofffolie insbesondere nur entlang einer ihrer Oberflächen mit dem dauerelastischen Werk-/Klebstoff versehen, und zwar entlang der beim Aufbringen des Anbindungselements dem Metallelement zugewandten Oberfläche.
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Nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ist das Trägerelement mit einem Gewebewerkstoff ausgebildet. Der Gewebewerkstoff ist bevorzugt mit dem dauerelastischen Werkstoff, insbesondere Klebstoff, getränkt und/oder beschichtet. Durch den Gewebewerkstoff wird dem Trägerelement, d.h. dem Anbindungselement, eine hohe Formfestigkeit für den Herstellungsvorgang des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses verliehen, jedoch zugleich die Flexibilität des Anbindungselements für die Fertigung und die Dauerelastizität des Anbindungselements im bestimmungsgemäßen Gebrauch des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses gewährleistet.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildeten Batteriegehäuses in Form eines Metall-Kunststoff-Hybridbauteils, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- • Herstellen des Metallelements,
- • wahlweise Aufbringen eines flächigen Korrosionsschutzes auf das Metallelement,
- • Aufbringen des Anbindungselements auf das Metallelement entlang wenigstens eines Teils der Anbindungsfläche,
- • Anformen des Kunststoffelements an das Metallelement.
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Dabei wird die Herstellung des Metallelements im ersten Schritt völlig unabhängig von den weiteren Verfahrensschritten durchgeführt. Der durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Anbindungselements sowohl während der Fertigung, z.B. während eines Abkühlens nach einem Spritzguss-Herstellungsvorgang, als auch im bestimmungsgemäßen Gebrauch des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses gewährleistete Abbau von Temperaturspannungen ermöglicht dabei weitere Gestaltungsfreiheiten als im Stand der Technik, da durch das erfindungsgemäß ausgebildete Anbindungselement größere thermische Ausdehnungen des Metallelements bzw. des Kunststoffelements entlang der Anbindungsfläche schadlos möglich sind im Vergleich zur Verwendung eines Haftvermittlers. Die Anbindungsfläche muss somit nicht mehr nach dem Gesichtspunkt möglichst geringer thermischer Ausdehnungen gestaltet werden.
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Ein weiterer Vorzug besteht darin, das Metallelement vollflächig, also auch entlang der Anbindungsfläche, mit einem Korrosionsschutz zu versehen, z.B. mit einem Korrosionsschutzanstrich zu beschichten. Der dauerelastische Werkstoff, insbesondere Klebstoff, grenzt dann entlang der Anbindungsfläche an den Korrosionsschutz bzw. haftet darauf. Da dies erfindungsgemäß nur zu geringen mechanischen Belastungen des Korrosionsschutzes führt, wird dessen Unversehrtheit und Wirksamkeit nicht beeinträchtigt.
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Das Anbindungselement kann die Anbindungsfläche vollständig oder teilweise überdecken. Bei teilweiser Überdeckung wird entlang der vom Anbindungselement nicht überdeckten Teile der Anbindungsfläche ein unmittelbarer Form- bzw. Stoffschluss und damit direkter Kraftschluss zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement erhalten, der der mechanischen Festigkeit dient. Bei entsprechender Kontur des Anbindungselements bleibt die vollständige Abdichtung aber gewahrt.
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Das Kunststoffelement wird bevorzugt in einem Spritzguss-Herstellungsvorgang der genannten Art an das Metallelement angeformt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache, kostengünstige, präzise und sichere Fertigung erfindungsgemäß ausgebildeter, gegenüber Gasen und Flüssigkeiten, wie z.B. Luft oder Wasser, dichter Batteriegehäuse.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Anbindungselement als Paste auf das Metallelement aufgebracht und durch dieses Aufbringen geformt. Die Paste kann aufgestrichen oder gespritzt oder ggf. gedruckt werden.
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Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Anbindungselement als mit einem entlang wenigstens eines Teils wenigstens einer seiner Oberflächen mit dauerelastischem Werkstoff versehenes Trägerelement auf das Metallelement aufgebracht. Bei dieser Ausgestaltung wird das Anbindungselement bevorzugt vorkonfektioniert, d.h. in der Kontur vorgefertigt, die es nach Aufbringen auf dem Metallelement einnehmen soll. Vorzugsweise wird das Anbindungselement aus einem bahnartig ausgebildeten, teilweise oder vollflächig mit dauerelastischem Werkstoff, insbesondere Klebstoff, beschichteten Trägermaterial, vorzugsweise Folie und/oder Gewebe, in der gewünschten Kontur ausgeschnitten und/oder ausgestanzt. Die einzelnen, derart ausgeschnittenen und/oder ausgestanzten Konturen, d.h. die einzelnen beschichteten Trägerelemente, die die einzelnen Anbindungselemente bilden, können dann auf die Anbindungsflächen der Metallelemente aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, werden. Um die Handhabung bei diesen Herstellungs- und Verarbeitungsschritten zu vereinfachen und automatisierbar zu machen, ist besonders bevorzugt vorgesehen, die einzelnen Anbindungselemente, d.h. beschichteten Trägerelemente, nach dem Vorkonfektionieren auf eine Schutzfolie oder zwischen zwei Schutzfolien zu bringen, die insbesondere streifenförmig ausgebildet sind. Die Schutzfolie bildet bzw. die Schutzfolien bilden dann einen Träger für die Handhabung während der Fertigung und können bevorzugt für einen Transport zwischen Fertigungsstätten und Fertigungsschritten aufgerollt werden. Zum Aufbringen auf die Metallelemente werden die einzelnen Anbindungselemente von der Schutzfolie bzw. den Schutzfolien entnommen und auf die Anbindungsflächen der Metallelemente übertragen. Wahlweise können derartig vorkonfektionierte Anbindungselemente auch von Hand verarbeitet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Elektrofahrzeug-Batterie-Gehäuse beschränkt, sondern lässt sich selbstredend auf beliebige dichtigkeitsrelevante Metall-Hybrid-Bauteile übertragen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben, wobei übereinstimmende Elemente in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Es zeigen:
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1 ein Beispiel für ein Metallelement für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Batteriegehäuse,
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2 das erfindungsgemäße Batteriegehäuse, hergestellt mit dem Beispiel für ein Metallelement gemäß 1, und
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3 eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Batteriegehäuse nach 2 entlang der in 2 eingetragenen Schnittlinie A-A, um 90° gegen den Uhrzeigersinn gedreht.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist mit dem Bezugszeichen 101 ein Metallelement bezeichnet, das zum Bilden eines Beispiels für ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse in Form eines Metall-Kunststoff-Hybridbauteils 100 bestimmt und ausgestaltet und in 1 ausschnittsweise in einer Draufsicht dargestellt ist. Dabei handelt es sich um ein aus einem Blech ausgestanztes und tiefgezogenes Werkstück für ein im Kraftfahrzeugbau einzusetzendes Bauteil. Das Metallelement 101 ist mit mehreren ausgestanzten Durchbrüchen 110 versehen. In der Umgebung der Durchbrüche 110 und diese umschließend ist das Metallelement 101 dazu vorgesehen, mit einem Kunststoffelement 102 in einem Spritzguss-Herstellungsvorgang umspritzt zu werden, um dadurch das Batteriegehäuse 100 zu fertigen. Das Kunststoffelement 102 soll derart gestaltet werden, dass es entlang einer Anbindungsfläche 104 an das Metallelement 101 wenigstens weitgehend form- und/oder stoffschlüssig grenzt. Die Anbindungsfläche 104 erstreckt sich auf einer in der Draufsicht der 1 vorderen, d.h. in 1 dem Betrachter zugekehrten, ersten Oberfläche 111 des Blechs 101 über die umrandet und schraffiert dargestellte Fläche und umgibt die Durchbrüche 110 von allen Seiten. Darüber hinaus erstreckt sich die Anbindungsfläche auch auf einer in der Draufsicht der 1 hinteren, d.h. in 1 vom Betrachter abgewandten, zweiten Oberfläche 112 des Blechs 101 sowie, genau genommen, auch entlang der Schnittkanten der Durchbrüche 110 im Blech 101.
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2 zeigt das Beispiel für das erfindungsgemäße Batteriegehäuse 100 nach Durchführen des Spritzguss-Herstellungsvorgangs, in dem das Metallelement 101 mit dem Kunststoffelement 102 entlang der Anbindungsfläche 104 umspritzt und dadurch das Kunststoffelement 102 an das Metallelement angeformt ist. Die Ansicht der 2 ist dieselbe wie in 1, d.h. eine rechtwinklige Draufsicht auf die erste Oberfläche 111 des Metallelements 101. Durch das Kunststoffelement 102 sind alle Durchbrüche 110 des Metallelements 101 abgedeckt bzw. umschlossen, wobei im Kunststoffelement 102 innerhalb des großen, kreisrunden, mittleren der Durchbrüche 110 eine Durchführung 113 eingeformt ist.
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3 zeigt das erfindungsgemäße Batteriegehäuse 100 nach 2 in einer Schnittdarstellung entlang der in 2 eingetragenen Schnittlinie A-A, um 90° gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Es ist zu erkennen, dass das Kunststoffelement 102 die Schnittkanten der Durchbrüche 110 umschließt und sich die Anbindungsfläche 104 auch entlang der zweiten Oberfläche 112 des Metallelements 101 erstreckt. Im dargestellten Beispiel weist jedoch die Anbindungsfläche 104 im Bereich der zweiten Oberfläche 112 geringere Lateralabmessungen auf als im Bereich der ersten Oberfläche 111, d.h. entlang der Oberflächen 111 bzw. 112 gemessen.
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Entlang der Anbindungsfläche 104 im Bereich der ersten Oberfläche 111 ist zwischen dem Metallelement 101 und dem Kunststoffelement 102 ein flächig ausgebildetes Anbindungselement 103 angeordnet und in 3 ebenfalls, d.h. in gleicher Weise wie das Metallelement 101 und das Kunststoffelement 102, im Querschnitt dargestellt. Dieses Anbindungselement 103 ist mit einem dauerelastischen Werkstoff ausgebildet, bevorzugt einemdauerelastischen Klebstoff. Der dauerelastische Werkstoff, insbesondere Klebstoff, schließt sich form- und/oder stoffschlüssig einerseits an die Anbindungsfläche 104 des Metallelements 101 und andererseits an das Kunststoffelement 102 an und bildet zwischen diesen eine dauerelastische Dichtung und formschlüssige Verbindung, die unterschiedliche thermische Ausdehnungen des Metallelements 101 und des Kunststoffelements 102 ermöglicht, ohne die Dichtigkeit der Verbindung zu beeinträchtigen. Entlang der zweiten Oberfläche sind das Metallelement 101 und das Kunststoffelement 102 unmittelbar, d.h. ohne Zwischenlage eines Anbindungselements 103, form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Dadurch wird eine mechanisch festere Verbindung zwischen dem Metallelement 101 und dem Kunststoffelement 102 erhalten, als sie ausgebildet wäre, wenn das Anbindungselement 103 auch im Bereich der zweiten Oberfläche 112 vollflächig entlang der Anbindungsfläche 104 sich erstrecken würde, obwohl in einer Abwandlung auch eine solche Ausgestaltung möglich ist. Etwaig im Bereich der zweiten Oberfläche 112 entlang der Anbindungsfläche 104 auftretende, kapillare Undichtigkeiten zwischen dem Metallelement 101 und dem Kunststoffelement 102 sind aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Batteriegehäuses 100 unschädlich, da das Anbindungselement 103 trotzdem eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet. Vorzugsweise ist das Anbindungselement 103 auf der mit Flüssigkeiten und/oder Gasen beaufschlagten Seite des Batteriegehäuses 100, d.h. entlang der dieser Seite zugesandten Berandung der Anbindungsfläche 104, vorzusehen, wodurch ein kapillares Eindringen der Flüssigkeiten und/oder Gase entlang der Anbindungsfläche 104 bis zum Anbindungselement 103 weitestgehend vermieden wird.
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Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 100 wird auf die mit dem Kunststoffelement 102 zu umspritzende Anbindungsfläche 104 innerhalb deren Dichtbereichs, das ist der Teil der Anbindungsfläche 104, entlang dessen das Anbindungselement 103 ausgebildet werden soll, d.h. hier die Anbindungsfläche 104 im Bereich der ersten Oberfläche 111, in vorbestimmter Menge ein dauerelastischer Werkstoff, hier ein Klebstoff, aufgebracht, bevorzugt pastös. Die Menge ist danach bemessen, dass die zu erzielende Dichtigkeit bei der zu erwartenden Temperaturschwankung im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Batteriegehäuses 100 gewährleistet ist, und kann z.B. durch einfache Probenfertigung und Dichtigkeitsuntersuchungen ermittelt werden. Als solcher Werkstoff kann z.B. ein unter der Bezeichnung „Acrylic Foam Tape 5363“ bei der Anmelderin spezifizierter Klebstoff eingesetzt werden. Dieser Klebstoff ist so beschaffen, dass er den beim Spritzguss-Herstellungsvorgang auftretenden Temperaturen, d.h. Prozesstemperaturen, und Drücken für die Dauer des Spritzguss-Herstellungsvorgangs standhält.
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Im nächsten Herstellungsschritt wird nach Aufbringen des dauerelastischen Werkstoffs, hier: Klebstoffs, das Metallelement 101 zur Herstellung des Kunststoffelements 102 mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt. Als solcher Kunststoff kann z.B. ein unter der Bezeichnung PA6 bei der Anmelderin spezifizierter Kunststoff eingesetzt werden.
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In einer Abwandlung dieses Herstellungsverfahrens wird statt der pastösen Aufbringung des Klebstoffs eine mit Klebstoff beschichtete Folie auf dem Metallelement 101 entlang der Anbindungsfläche 104 aufgebracht. Insbesondere wird ein vorkonfektioniertes Anbindungselement 103 als Klebefolienelement im Dichtbereich der Anbindungsfläche 104 auf der ersten Oberfläche 111 des Metallelements 101 aufgeklebt. Wahlweise kann das vorkonfektionierte Anbindungselement 103 als Klebeband mit einem Gewebewerkstoff, z.B. Gewebeband, ausgebildet sein.
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Insgesamt wird so ein Batteriegehäuse in Form eines Metall-Kunststoff-Hybridbauteils erhalten, das erhöhten Anforderungen an Dichtigkeit und Temperaturbeständigkeit genügt und dabei einfach, kostengünstig, präzise und schnell herstellbar sowie dabei sicher und zuverlässig reproduzierbar ist. Das erfindungsgemäße Batteriegehäuse ermöglicht dabei eine hohe Konstruktionsflexibilität. Gleiches gilt für erfindungsgemäße Metall-Kunststoff-Hybridbauteile, die z.B. in der Kraftfahrzeugtechnik, der Luft- und Raumfahrttechnik, der Medizintechnik, der Messtechnik, der Elektronik und im Bauwesen eingesetzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Batteriegehäuse in Form eines Metall-Kunststoff-Hybridbauteils
- 101
- Metallelement von 100
- 102
- Kunststoffelement von 100
- 103
- Anbindungselement von 100
- 104
- Anbindungsfläche von 101
- 110
- Durchbruch in 101
- 111
- Erste Oberfläche von 101
- 112
- Zweite Oberfläche von 101
- 113
- Durchführung in 102 innerhalb 110
- A-A
- Schnittlinie in 2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006025745 A1 [0002]
