DE102014213306A1 - Battery housing for electric vehicles in the form of a hybrid metal-plastic component and method for its manufacture - Google Patents
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Abstract
Um ein Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge, bei dem auch durch Temperaturschwankungen über einen größeren Temperaturbereich, vorzugsweise einige hundert Grad Celsius, keine Undichtigkeiten gegenüber Flüssigkeiten und/oder Gasen entlang der Anbindungsflächen zwischen Metall und Kunststoff auftreten, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Metall-Kunststoff-Hybridbauteils zu schaffen, wird ein Batteriegehäuse (100) in Form eines Metall-Kunststoff-Hybridbauteils vorgeschlagen, bei dem ein Kunststoffelement (102) entlang einer Anbindungsfläche (104) an ein Metallelement (101) wenigstens bereichsweise wenigstens weitgehend form- und/oder stoffschlüssig angrenzend angeformt ist, wobei entlang wenigstens eines Teils der Anbindungsfläche (104) zwischen dem Metallelement (101) und dem Kunststoffelement (102) ein mit einem wenigstens weitgehend dauerelastischen Werkstoff ausgebildetes Anbindungselement (103) angeordnet ist. Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Batteriegehäuses (100) mit den Verfahrensschritten: Herstellen des Metallelements (101), wahlweise Aufbringen eines flächigen Korrosionsschutzes auf das Metallelement (101), Aufbringen des Anbindungselements (103) auf das Metallelement (101) entlang wenigstens eines Teils der Anbindungsfläche (104) und Anformen des Kunststoffelements (102) an das Metallelement (101) vorgeschlagen.To a battery case for electric vehicles, in which also occur due to temperature fluctuations over a wider temperature range, preferably several hundred degrees Celsius, no leaks to liquids and / or gases along the bonding surfaces between metal and plastic, and a method for producing such a metal-plastic To provide a hybrid component, a battery housing (100) in the form of a metal-plastic hybrid component is proposed, in which a plastic element (102) along a connection surface (104) to a metal element (101) at least partially adjacent at least partially positively and / or cohesively is formed, wherein along at least a part of the connection surface (104) between the metal element (101) and the plastic element (102) arranged with a at least substantially permanently elastic material connecting element (103) is arranged. Furthermore, a method for producing such a battery housing (100) comprising the steps of: producing the metal element (101), optionally applying a planar corrosion protection to the metal element (101), applying the attachment element (103) to the metal element (101) along at least one Part of the connection surface (104) and molding of the plastic element (102) proposed to the metal element (101).
Description
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. The invention relates to a battery housing for electric vehicles in the form of a metal-plastic hybrid component. The invention further relates to a method for producing such a vehicle battery housing.
Stand der Technik State of the art
Aus der Druckschrift
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. The adhesion promoter is preferably a two-stage adhesion promoter which is completely crosslinked in two successive steps, preferably by thermal activation. After application to the metal material of the primer is partially crosslinked in a first step, so that forms a dust-dry surface, which is sufficiently resistant to damage during further manufacturing steps. During or after plastic spraying the bonding agent is completely crosslinked so that it hardens by the action of temperature and thereby receives its final properties. On the one hand, the adhesion promoter must form a material connection with the metal material and, on the other hand, a material connection with the plastic material. Accordingly, its material composition is determined in particular depending on the plastic material used. For some plastic materials, such. As polystyrene, it may be necessary to make a pretreatment of the metal material with another other bonding agent before the order of the primer to achieve a material connection.
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. It is found, however, that in hybrid metal-plastic components exposed to temperature variations, especially over a wider temperature range, due to the different temperature expansion coefficients of the metal and plastic, leakage along the bonding surfaces, i. Interfaces between the metal and the plastic, along which the adhesive is arranged occur. This results in such metal-plastic hybrid components which are impervious to liquids and / or gases, e.g. Water or air, must have, to the failure of the component.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile DESCRIPTION OF THE INVENTION: Problem, Solution, Advantages
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. The invention has the object to provide an electric vehicle battery housing in the form of a metal-plastic hybrid component of the type described above, in which also by temperature fluctuations over a wider temperature range, preferably several hundred degrees Celsius, no leaks along the connection surfaces between metal and plastic occur. The invention also has the object to provide a method for producing such a battery case.
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. This object is achieved by a battery housing, in which a plastic element along an attachment surface to a metal element at least partially at least partially positively and / or cohesively adjacent integrally formed along at least a portion of the connection surface between the metal element and the plastic element with an at least substantially permanently elastic material formed connecting element is arranged.
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. In the subject invention, therefore, the plastic element along the connection surface is integrally formed on the metal element. The bonding surface forms the interface between the metal and the plastic. Preferably, the plastic element is formed from a thermoplastic material and formed by injection molding, particularly preferably formed by injection molding to the metal element. By molding, the plastic element adjoins the metal element along the connection surface. The abutment is at least partially, ie at least in areas, ie parts, the Anbindungsfläche, at least largely positive and / or cohesive. According to the invention, a connection element is then arranged along at least part of this attachment surface, which is formed with an at least substantially permanently elastic material. The connection element thus produces an at least largely permanently elastic connection between the metal element and the plastic element along this part of this connection surface and thus creates a reliable, insensitive to temperature fluctuations seal between the metal element and the plastic element along the connection surface.
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. In other words, the plastic element in a first region is largely integrally formed and / or integrally formed along the connection surface to the metal element and in a second region of the connection surface between the plastic element and metal element is formed a permanently elastic material formed connecting element.
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. The invention makes use of the finding that the known measure, an improvement in the adhesion between the metal element and plastic element applied by an adhesion promoter on the metal element and thus to try to develop the metal-plastic hybrid component so that it along the connection surface and increased temperature stresses can not and only with disproportionate effort leads to the desired result. It can be seen that the temperature stresses occurring along the connection surface due to different temperature coefficients of the thermal expansion of the metal on the one hand and of the plastic on the other hand lead to forces along the connection surface during thermally alternating stress along the connection surface, which can not be controlled with the known measures.
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. Rather, it is now the knowledge to effectively counteract the temperature stresses and their harmful effect that a targeted way is created to let these temperature stresses degrade, so targeted the different thermal expansions of metal and plastic as the cause of the occurrence of leaks permit and thereby counteract possible leaks with special sealing means. As such sealing means, the invention now proposes to replace the unneeded adhesion promoter by a substantially permanently elastic material in a simple manner. The connecting element formed therefrom produces an at least largely permanently elastic connection between the metal element and the plastic element and thus constructively provides simple and reliable sealing and compensation of temperature stresses along the connection surface.
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. Preferably, the plastic element is formed in an injection-molding production process as an injection molding element and formed by heat and / or pressure, preferably in the injection-molding production process, also to the metal element. The permanently elastic material of the attachment element is then such that it either withstands the temperatures and pressures of the injection molding production process during molding of the plastic element to the metal element or around it without changing its mechanical properties. Optionally, it can also be provided that the permanently elastic material of the attachment element is such that it experiences just such a change by the action of the said temperatures and / or pressures, by which it is converted into the desired permanently elastic state.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses sind in den auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen gekennzeichnet. Advantageous embodiments of the battery housing according to the invention are characterized in the dependent on claim 1 dependent claims.
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. According to a preferred embodiment of the battery housing according to the invention, the at least largely permanently elastic material of the connection element comprises a permanently elastic adhesive. This results in an even better seal along the connection surface and a stronger connection achieved between the metal element and the plastic element. Advantageously, the production is simplified, since the application of the connection element to the metal element easily, precisely, quickly and safely possible and manufacturing errors by a change in position, in particular a detachment and / or slipping of the connection element, for example during the injection molding manufacturing process during molding of the plastic on the metal part or around it, reliably avoided. The adhesive is also such that it either withstands the temperatures and pressures of the injection molding production process without changing its mechanical properties, or is converted by the effect of temperature or pressure into the desired permanently elastic state.
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. In a further preferred embodiment of the battery housing according to the invention, the connection element is at least substantially layered. The attachment element, preferably formed with a permanently elastic adhesive, is thus layered between the metal element and the plastic element inserted, advantageously with uniform layer thickness. This design is easy to prepare and forms a uniform shape, material and / or adhesion between the metal element and the plastic element, whereby a high mechanical strength of the battery housing according to the invention and a very reliable seal between metal and plastic are obtained.
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. Such a layer-shaped attachment element is formed in a structurally particularly simple design and material-saving design exclusively with a permanently elastic adhesive, which is e.g. is applied as a paste on the metal element along the connection surface before the molding of the plastic element.
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. According to a preferred development of the battery housing according to the invention, the connection element is formed with a carrier element provided along at least one part of at least one of its surfaces with permanently elastic material, preferably a layer-shaped carrier element. In this case, preferably the permanently elastic material is again formed by one or with a permanently elastic adhesive. The carrier element is optionally on one or more sides, in a layer-shaped training on one or both sides, with the permanently elastic material, preferably adhesive, provided. By such a support element a simplified handling of the connection element during the manufacturing process for the battery housing according to the invention is made possible, in particular a simplified prefastening, since the support element gives the connection element in particular sufficient for the manufacturing process contour stability. The attachment element is thus separately produced precisely and then exactly positioned on the attachment surface of the metal element, preferably glued.
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. In an advantageous development of the battery housing according to the invention, the carrier element, in particular the layer-shaped carrier element, is formed with a foil, preferably a plastic foil. With this design, a very flexible adaptation of the connection element to different configurations of the connection surface is possible. For this purpose, the film can be very easily cut, stamped or the like and is easily and simply adaptable to different configurations of the connection surface, including different surface shapes of the metal element along the connection surface, such as bulges, corrugations, beads, grooves, depressions, etc. The film is simple and inexpensive to produce and with a permanently elastic material, in particular adhesive, coatable and easy to handle and processable. In a modification, the film itself may be formed with or from a permanently elastic material.
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. A further preferred embodiment of the battery housing according to the invention is characterized in that the layer-shaped carrier element is formed from a thermoplastic material, which is preferably fusible with the thermoplastic material of the plastic element, wherein particularly preferably the thermoplastic material of the layered carrier element and the thermoplastic material of the plastic element coincide. Preferably, therefore, the carrier element is formed as a plastic film of a thermoplastic material, which is preferably fused with the thermoplastic material of the plastic element. Particularly preferably, the thermoplastic plastic of the plastic film and the thermoplastic material of the plastic element match. As a result, a particularly tight and mechanically strong fusion or welding of the plastics is obtained. For this purpose, the plastic film is provided in particular only along one of its surfaces with the permanently elastic work / adhesive, along the surface of the metal element facing the application of the connecting element.
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. According to another embodiment of the battery housing according to the invention, the carrier element is formed with a fabric material. The fabric material is preferably impregnated and / or coated with the permanently elastic material, in particular adhesive. Due to the fabric material, the carrier element, i. the connection element, a high dimensional stability for the manufacturing process of the battery housing according to the invention imparted, but at the same time ensures the flexibility of the connection element for the production and the permanent elasticity of the connection element in the intended use of the battery housing according to the invention.
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.
- Producing the metal element,
- Optionally applying a surface corrosion protection to the metal element,
- Applying the attachment element to the metal element along at least part of the attachment surface,
- • molding of the plastic element to the metal element.
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. In this case, the production of the metal element in the first step is carried out completely independently of the further process steps. The by the inventive design of the connection element both during production, eg during cooling after an injection molding manufacturing process, as well as the intended use of the battery housing guaranteed degradation of temperature stresses allows more design freedom than in the prior art, as compensated by the inventive design connection element greater thermal expansion of the metal element or the plastic element along the connection surface harmless are possible in comparison to the use of a primer. The connection surface no longer has to be designed according to the aspect of the lowest possible thermal expansion.
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. Another advantage is to provide the metal element over the entire surface, including along the connection surface, with a corrosion protection, e.g. coated with a corrosion protection paint. The permanently elastic material, in particular adhesive, then adjoins the corrosion protection along the connection surface or adheres to it. Since this leads according to the invention only to low mechanical loads of corrosion protection, its integrity and effectiveness is not impaired.
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. The attachment element may completely or partially cover the attachment surface. In the case of partial overlapping, a direct form or material bond and thus direct adhesion between the metal element and the plastic element, which serves for the mechanical strength, is obtained along the parts of the connection surface not covered by the connection element. With a corresponding contour of the connection element, however, the complete seal is maintained.
Das Kunststoffelement wird bevorzugt in einem Spritzguss-Herstellungsvorgang der genannten Art an das Metallelement angeformt. The plastic element is preferably molded onto the metal element in an injection molding manufacturing process of the type mentioned.
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. The process according to the invention enables simple, cost-effective, precise and safe production of gases which are designed according to the invention and gases, such as liquids, e.g. Air or water, tight battery case.
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. In an advantageous development of the method according to the invention, the attachment element is applied as a paste to the metal element and shaped by this application. The paste can be painted on or sprayed or printed if necessary.
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. According to another advantageous development of the method according to the invention, the connecting element is applied to the metal element as a carrier element provided with permanently elastic material along at least one part of at least one of its surfaces. In this embodiment, the attachment element is preferably prefabricated, i. prefabricated in the contour, which should take it after application on the metal element. Preferably, the attachment element is cut and / or punched out of a web-like, partially or full-surface with permanently elastic material, in particular adhesive, coated carrier material, preferably film and / or fabric, in the desired contour. The individual contours thus cut out and / or punched out, i. The individual coated carrier elements that form the individual connection elements can then be applied to the attachment surfaces of the metal elements, in particular adhesively bonded. In order to simplify and automate handling in these manufacturing and processing steps, it is particularly preferred to provide the individual attachment elements, i. coated carrier elements to bring after prefabrication on a protective film or between two protective films, which are in particular strip-shaped. The protective film forms or the protective films then form a carrier for handling during production and can preferably be rolled up for transport between production sites and manufacturing steps. For application to the metal elements, the individual attachment elements are removed from the protective film or the protective films and transferred to the bonding surfaces of the metal elements. Optionally, such prefabricated connection elements can also be processed by hand.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Elektrofahrzeug-Batterie-Gehäuse beschränkt, sondern lässt sich selbstredend auf beliebige dichtigkeitsrelevante Metall-Hybrid-Bauteile übertragen. The present invention is not limited to electric vehicle battery cases, but can of course be applied to any density-relevant metal-hybrid components.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
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: Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below, wherein matching elements in all figures are given the same reference numerals and a repeated description of these elements is omitted. Show it:
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Preferred embodiment of the invention
In
Entlang der Anbindungsfläche
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses
Im nächsten Herstellungsschritt wird nach Aufbringen des dauerelastischen Werkstoffs, hier: Klebstoffs, das Metallelement
In einer Abwandlung dieses Herstellungsverfahrens wird statt der pastösen Aufbringung des Klebstoffs eine mit Klebstoff beschichtete Folie auf dem Metallelement
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. Overall, a battery housing is obtained in the form of a metal-plastic hybrid component that meets increased requirements for tightness and temperature resistance and thereby simple, cost-effective, accurate and quick to produce and it is safe and reliable reproducible. The battery housing according to the invention allows a high degree of design flexibility. The same applies to hybrid metal-plastic components according to the invention, e.g. can be used in automotive engineering, aerospace engineering, medical technology, metrology, electronics and construction.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100 100
- Batteriegehäuse in Form eines Metall-Kunststoff-Hybridbauteils Battery housing in the form of a metal-plastic hybrid component
- 101 101
-
Metallelement von
100 Metal element of100 - 102 102
-
Kunststoffelement von
100 Plastic element of100 - 103 103
-
Anbindungselement von
100 Connection element of100 - 104 104
-
Anbindungsfläche von
101 Connection surface of101 - 110 110
-
Durchbruch in
101 Breakthrough in101 - 111 111
-
Erste Oberfläche von
101 First surface of101 - 112 112
-
Zweite Oberfläche von
101 Second surface of101 - 113 113
-
Durchführung in
102 innerhalb110 Carrying out in102 within110 - A-A A-A
-
Schnittlinie in
2 Cutting line in2
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102006025745 A1 [0002] DE 102006025745 A1 [0002]
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- 2015-07-06 CN CN201510390828.7A patent/CN105313323A/en active Pending
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