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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung einer Oberschale oder eines Deckels an einer Unterschale eines Batteriegehäuses gemäß der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 10 der Erfindung betrifft dieselbe ferner ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Hochvoltbatterie eines Fahrzeugs, mit einer derartigen Befestigungsanordnung.
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Die
DE 10 2010 022 876 A1 beschreibt einen Batteriekasten, welcher eine Batteriewanne und eine Abdeckung aufweist. Die Batteriewanne und die Abdeckung weisen nach außen abgestellte, umlaufende Auflageflansche auf. Die Batteriewanne und die Abdeckung sind im Zusammenbau im Bereich ihrer Auflageflansche aufeinander gelegt und mittels einer Mehrzahl Klammern untereinander verbunden. Die
DE 10 2012 218 341 A1 beschreibt ein Kontaktsystem, welches eine Leiterplatte und wenigstens ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement umfasst. Die Leiterblatte weist zwischen zwei elektrisch isolierenden Substratschichten eine elektrisch leitfähige Schicht auf. Zur elektrischen Kontaktierung des Kontaktelements mit der elektrisch leitfähigen Schicht ist das Kontaktelement derart ausgebildet, dass es beim Aufschieben auf einen Rand der Leiterplatte wenigstens einen Teil der isolierenden Substratschicht entfernt und dort die elektrisch leitfähige Schicht elektrisch kontaktiert. Die
DE 10 2012 004 135 A1 der Anmelderin beschreibt eine Befestigungsanordnung der gattungsgemäßen Art, wobei eine Oberschale und eine Unterschale eines Batteriekastens einer Traktionsbatterie jeweils an einem umlaufenden Randbereich zueinander korrespondierend einen Auflageflansch ausbilden. Die Auflageflansche liegen unter Vermittlung einer Dichtung aufeinander und sind mittels einer Vielzahl Befestigungsklammern aus leitfähigem Material, beispielsweise Federstahl untereinander verbunden. Darüber hinaus weisen sowohl die Ober- als auch die Unterschale eine beispielsweise aufgedampfte elektrisch leitende Schicht auf, um EMV-Schutz (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) zu gewährleiten. Gemäß der Europäischen EMV-Richtlinie wird im Wesentlichen unter elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) die Fähigkeit eines Apparates, einer Anlage oder eines Systems verstanden, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für alle in dieser Umwelt vorhandenen Apparate, Anlagen oder Systeme unannehmbar wären. Gemäß dieser Druckschrift soll der elektrische Kontakt zwischen der Ober- und der Unterschale mittels elektrisch leitender Befestigungsklammern mit widerhakenartigen Elementen bewirkt werden, welche sich in die Ober- bzw. Unterschale eingraben.
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Bevorzugt werden derart elektrisch leitend beschichtete Batteriekästen jedoch noch mit einer Schutzschicht, beispielsweise einem KTL-Lack versehen. Unter KTL (KTL = kathodische Tauchlackierung) versteht die Fachwelt im Allgemeinen ein elektrochemisches Tauchlackierverfahren, bei dem die Lackabscheidung infolge chemischer Umsetzung eines Bindemittels bewirkt ist. Die vorgenannten, sich in die Ober- und Unterschale eingrabenden widerhakenartigen Elemente eröffnen ebenfalls die Möglichkeit, eine etwaige vorhandene Schutzschicht zu durchdringen und so die darunter liegende elektrisch leitende Schicht zu kontaktieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Hinblick auf den Stand der Technik alternative Befestigungsanordnung zu schaffen, welche aufwandsreduziert ist und eine sichere Befestigung einer/s EMV-Schutz aufweisenden Oberschale oder eines Deckels an einer EMV-Schutz aufweisenden Unterschale eines Batteriegehäuses sowie eine sichere elektrische Kontaktierung der Oberschale bzw. des Deckel mit der Unterschale gewährleistet. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Hochvoltbatterie eines Fahrzeugs, mit einer derartigen Befestigungsanordnung zur Verfügung zu stellen.
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Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch eine Anordnung zur Befestigung einer Oberschale oder eines Deckels an einer Unterschale eines Batteriegehäuses, mit zumindest einem elektrisch leitenden Befestigungselement, mittels dem im Bereich zueinander korrespondierender und übereinander gelegter Auflageflansche die Oberschale oder der Deckel mit der Unterschale verbunden oder verbindbar ist, wobei die Oberschale oder der Deckel sowie die Unterschale wenigstens abschnittsweise eine elektrisch leitende Außenbeschichtung mit einer darauf aufgebrachten Schutzschicht aufweisen oder selbst aus einem elektrisch leitenden Material bestehen und eine außenliegende Schutzschicht aufweisen, wobei das zumindest eine Befestigungselement durch ein zumindest abschnittsweise im Querschnitt U-profilförmig ausgebildetes Schienenelement gebildet ist, welches Schienenelement einen Steg sowie einen Ober- und einen Untergurt aufweist und von der Stirnkante der übereinander gelegten Auflageflansche her auf diese aufgeschoben oder aufschiebbar und infolge einer nachgeschalteten Bewegung in Längsrichtung der Auflageflansche mit denselben kraft- und/oder formschlüssig verbunden oder verbindbar ist, und wobei der Obergurt und der Untergurt jeweils zumindest ein Schneidelement aus einem elektrisch leitenden Material mit einer Schneidkante aufweisen, welche Schneidkante derart zu den Auflageflanschen hin gerichtet ist, dass infolge der besagten Bewegung in Längsrichtung der Auflageflansche die Schutzschicht gezielt lokal aufgekratzt sowie eine Kratzspur ausgebildet ist/wird und die darunter liegende elektrisch leitende Außenbeschichtung oder das elektrisch leitende Material elektrisch kontaktiert ist/wird.
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Durch diese Maßnahme ist eine schnelle und dichte Verbindung sowie eine sichere elektrische Kontaktierung zwischen der Oberschale oder dem Deckel und der Unterschale eines Batteriegehäuses ermöglicht. Im Hinblick auf ein Batteriegehäuse, beispielsweise einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, welches Batteriegehäuse im Allgemeinen einen quader- oder würfelförmigen Hohlkörper zur Aufnahme von Batteriemodulen mit Batteriezellen ausbildet, ergeben sich hierdurch vier Randabschnitte von vorzugsweise umlaufenden Auflageflanschen der Oberschale oder des Deckels und der Unterschale des Batteriegehäuses, woraus gemäß einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungsform der Erfindung maximal vier derartige Schienenelemente resultieren, die sich jeweils über annähernd den gesamten Verlauf eines Randabschnitts erstrecken können. Eine Vielzahl von Befestigungselementen, wie sie nach dem Stand der Technik (
DE 10 2012 004 135 A1 ) favorisiert wird, ist vorliegend entbehrlich.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Eine besonders funktionssichere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das Schienenelement im Bereich des Ober- und/oder Untergurts zumindest eine zur besagten Stirnkante hin offene Aussparung aufweist, die seitlich vom Ober- oder Untergurt eingefasst ist, wobei der Aussparung eine Erhebung im unmittelbar benachbarten Auflageflansch derart zugeordnet ist, dass infolge Aufschieben des Schienenelements auf die Auflageflansche das Schienenelement eine Vormontagelage einnimmt, indem die Erhebung von der Aussparung aufgenommen ist/wird, und dass infolge der nachgeschalteten Bewegung des Schienenelements in Längsrichtung der Auflageflansche die Erhebung in einer Endmontagelage des Schienenelements unterhalb des Ober- oder Untergurts in einer dieselbe aufnehmenden Ausnehmung des Ober- oder Untergurts positioniert und in der Ebene der Auflageflansche gesehen die Erhebung in Querrichtung der Auflageflansche gesichert ist/wird. Die besagte Erhebung kann beispielsweise durch eine Einprägung, Sicke oder Wulst gebildet sein. Was das Schneidelement anbelangt, ist dieses bevorzugt einstückig und materialeinheitlich mit dem Schienenelement ausgebildet, woraus Kosteneinsparungen bei der Herstellung sowie Materialeinsparungen resultieren. So kann das Schienenelement samt Schneidelement beispielsweise aus Federstahlblech nach einem an sich bekannten, kostengünstigen Stanz-Präge-Verfahren hergestellt sein. Wie die Erfindung weiter vorsieht, ist gemäß einer besonders praxisnahen Ausführungsform der Erfindung das zumindest eine Schneidelement bevorzugt durch ein auf der den Auflageflanschen zugewandten Innenseite des Ober- oder Untergurts angeordnetes Zahnelement mit Schneidkante gebildet. Alternativ kann das Schneidelement auch durch eine/n zum betreffenden Auflageflansch hin abgestellte Längskante oder Längskantenabschnitt des Ober- oder Untergurts mit besagter Schneidkante gebildet sein. Um die sich während der Montage ergebende Kratzspur vor nachteiligen Umwelteinflüssen zu schützen, ist dieselbe bevorzugt von einem Dichtelement umgeben. Weiter bevorzugt ist das Dichtelement vorab im potentiellen Bereich der Kratzspur am Ober- oder Untergurt angebracht, beispielsweise stoffschlüssig durch Klebung befestigt. Wie die Erfindung noch vorsieht, ist das Schienenelement in der besagten Endmontagelage zusätzlich gegen eine Relativbewegung zwischen Schienenelement und Auflageflanschen in Längsrichtung derselben gesichert. Diese zusätzliche Sicherung ist bevorzugt durch zumindest ein lösbares, mechanisches Befestigungsmittel bewirkt. Das zumindest eine Befestigungsmittel kann beispielsweise durch eine Schraube, einen Stift, einen Splint oder dergleichen mehr, welche/r das Schienenelement mit der Oberschale oder dem Deckel und/oder der Unterschale verbindet, gebildet sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Hochvoltbatterie eines Fahrzeugs, mit einer Befestigungsanordnung der vorbeschriebenen Art.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:
- 1 äußerst schematisch ein mit einer Traktionsbatterie ausgestattetes Fahrzeug,
- 2 eine perspektivische Seitenansicht eines Abschnittes eines Batteriegehäuses besagter Traktionsbatterie nach 1, mit einem erfindungswesentlichen Befestigungselement der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung,
- 3 das Batteriegehäuse nach 2 mit dem erfindungswesentlichen Befestigungselement in einer Endmontagelage desselben,
- 4 das Befestigungselement in einer Einzelteilansicht,
- 5 die Einzelheit „Z“ nach 4 mit der Darstellung eines Schneidelements samt eines Dichtelements, und
- 6 äußerst schematisch die Funktionsweise des Schneidelements samt Dichtelement nach 5.
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1 zeigt zunächst ein Fahrzeug 1, vorliegend einen Personenkraftwagen, mit einem Elektromotor 2 als Antriebsmotor und einer eine Traktions- bzw. Hochvoltbatterie ausbildenden Batteriebaugruppe 3. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt sich somit um ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug 1. Durch die Erfindung mit erfasst ist insbesondere auch ein sogenanntes Hybridfahrzeug, welches neben einem oder mehreren Elektromoren 2 auch einen Verbrennungsmotor aufweist (nicht zeichnerisch dargestellt). Herkömmlich sind ein, zwei oder mehr Batteriezellen in zumindest einem Modulgehäuse zu einem nicht zeichnerisch dargestellten Batteriemodul zusammengefasst. Ein, zwei oder mehrere derartige Batteriemodule sind in einem Batteriegehäuse 4 des Batteriemoduls 3 angeordnet. Das Batteriegehäuse 4 weist eine Unterschale 5 auf, auf welcher das oder die Batteriemodul/e abgestellt sind. Der Unterschale 5 ist vorliegend eine das Batteriegehäuse 4 verschließende Oberschale 6 zugeordnet, welche von oben auf die Unterschale 5 aufgesetzt und mit derselben verbunden ist/wird. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf besagte Oberschale 6, sondern erfasst selbstverständlich auch einen nicht zeichnerisch dargestellten Deckel, der eine von der Oberschale 6 abweichende Gestalt aufweist, beispielsweise plan ausgebildet ist. Die Unter- und Oberschale 5, 6 bestehen bevorzugt aus einem Kunststoff, aus einem faserverstärkten und/oder mittels Einleger verstärkten Kunststoff oder aus einem Metall.
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Das Batteriegehäuse 4 bildet einen im Detail nicht zeichnerisch dargestellten quader- oder würfelförmigen Hohlkörper zur Aufnahme besagter Batteriemodule aus. Die Unterschale 5 und die Oberschale 6 des Batteriegehäuses 4 weisen jeweils einen nach außen abgestellten, bevorzugt umlaufenden Auflageflansch 7, 8 auf (vgl. 1-3). Die Auflageflansche 7, 8 sind im Zusammenbau gegebenenfalls unter Vermittlung einer nicht zeichnerisch dargestellten Ringdichtung übereinander gelegt und unter Zuhilfenahme von separat hergestellten Befestigungselementen untereinander kraftschlüssig dicht verbunden. Aufgrund der quader- oder würfelförmigen Ausbildung des Batteriegehäuses 4 ergeben sich im Bereich der Auflageflansche 7, 8 vier Randabschnitte 9, von denen in 2 und 3 lediglich ein Randabschnitt 9 ersichtlich ist. Lediglich beispielgebend ist jedem Randabschnitt 9 je ein Befestigungselement zugeordnet.
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Die Unterschale 5 und die Oberschale 6 weisen jeweils eine nicht zeichnerisch dargestellte elektrisch leitende Außenbeschichtung als EMV-Schutz (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) auf, auf welcher eine Schutzschicht 10 aufgebracht ist. Die elektrisch leitende Außenbeschichtung ist beispielsweise durch eine aufgedampfte elektrisch leitende Schicht, insbesondere Metallschicht, oder durch eine Metallfolie gebildet. Die besagte Schutzschicht 10 ist beispielsweise durch einen KTL-Lack (KTL = kathodische Tauchlackierung) gebildet. Um einen hohen EMV-Schutz zu gewährleisten, sind die elektrisch leitenden Außenbeschichtungen der Unterschale 5 und der Oberschale 6 untereinander elektrisch zu verbinden. Dieses wird mittels der oben bereits erwähnten Befestigungselemente bewirkt.
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Ein jedes Befestigungselement, von denen hier lediglich eines gezeigt ist, ist durch ein im Querschnitt U-profilförmiges Schienenelement 11 gebildet, welches einen Steg 12 sowie einen Obergurt 13 und einen Untergurt 14 aufweist. Im montierten Zustand des Schienenelements 11 werden die übereinander respektive unmittelbar oder mittelbar über besagte Ringdichtung aufeinandergelegten Auflageflansche 7, 8 von Obergurt 13 und Untergurt 14 sozusagen klammerartig umfasst, wobei sich das Schienenelement 11 mittels des Steges 12 an der Stirnkante 15 der Auflageflansche 7, 8 abstützt. Das Schienenelement 11 ist demnach entsprechend dem Richtungspfeil 16 von der besagten Stirnkante 15 her, d.h. quer zur Längserstreckung der Auflageflansche 7, 8 auf dieselben aufgeschoben bzw. aufschiebbar (vgl. 2). Das Schienenelement 11 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung als Stanz-Präge-Teil sowie elektrisch leitend ausgebildet. Bevorzugt besteht dieses aus Metallblech, weiter bevorzugt aus Stahlblech, insbesondere aus Federstahl.
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Der Obergurt 13 des Schienenelements 11 weist eine Mehrzahl zur besagten Stirnkante 15 hin offene Aussparungen 17 auf, die seitlich vom Obergurt 13 respektive Material desselben eingefasst sind. Es ist sozusagen eine kammartige Struktur des Obergurts 13 mit zueinander beabstandet angeordneten Zähnen ausgebildet. Einer jeden Aussparung 17 ist am Auflageflansch 8 der Oberschale 6 eine zum Obergurt 13 gerichtete Erhebung 18 zugeordnet, welche während des Aufschiebens des Schienenelements 11 auf die Auflageflansche 7, 8 von der betreffenden Aussparung 17 aufgenommen wird. Hierdurch ergibt sich eine nicht zeichnerisch dargestellte Vormontagelage des Schienenelements 11. Die Erhebung 18 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel noppenartig ausgebildet. Alternativ kann die Erhebung 18 beispielsweise auch durch eine Einprägung, eine Sicke oder eine Wulst im betreffenden Auflageflansch 7, 8 gebildet sein (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Ausgehend von der besagten Vormontagelage des Schienenelements 11 ist dasselbe durch eine nachgeschalte Bewegung entsprechend dem Richtungspfeil 19 in Längsrichtung der Auflageflansche 7, 8 in eine Endmontagelage 20 überführbar, wodurch die Erhebung 18 unterhalb eines die jeweilige Aussparung 17 einfassenden Materialabschnitts respektive Zahns des Obergurts 13 positioniert ist (vgl. insbes. 3). Hierbei dringt die Erhebung 18 formschlüssig in eine vorbereitete nutenartige Ausnehmung 21 des Obergurts 13 des Schienenelements 16 ein, die somit in der Ebene der Auflageflansche 7, 8 die Erhebung 18 in Querrichtung der Auflageflansche 7, 8 fixiert bzw. sichert. Aufgrund der Tatsache, dass gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Schienenelements 11 dasselbe aus einem Federstahl besteht, ist vorliegend vorteilhaft der besagte Formschluss mit Kraftschluss durch Klemmung kombiniert.
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Wie den 2 bis 4 weiter zu entnehmen ist, ist das Schienenelement 11 in seiner Endmontagelage 20 zusätzlich gegen eine Relativbewegung zwischen Schienenelement 11 und Auflageflanschen 8, 9 in Längserstreckung der Auflageflansche 7, 8 gesichert. Diese Sicherung wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch ein lösbares, mechanisches Befestigungsmittel 22 bewirkt, welches vorliegend durch eine Schraube gebildet ist, die erste Bohrungen 23 im Ober- und Untergurt 13, 14 des Schienenelements 11 sowie korrespondierende zweite Bohrungen 24 in der Unter- und Oberschale 5, 6 durchsetzt. Bevorzugt ist zumindest eine der Bohrungen 23, 24 als Gewindebohrung ausgebildet. Alternativ kann das Befestigungsmittel 22 auch durch einen Stift, einen Splint oder dgl. mehr gebildet sein (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Um die elektrisch leitende Kontaktierung zwischen den nicht zeichnerisch dargestellten, elektrisch leitenden Außenbeschichtungen der Unterschale 5 und der Oberschale 6 zu bewirken, weisen der Obergurt 6 und der Untergurt 5 des Schienenelements 11 auf ihrer den Auflageflanschen 7, 8 zugeordneten Innenseite 25 jeweils einstückig und materialeinheitlich mit dem Ober- bzw. Untergurt 6, 5 ausgebildete Schneidelemente 26 auf. Der Einfachheit halber sind lediglich die am Untergurt 5 angeordneten Schneidelemente 26 gezeigt (vgl. 4 und 5).
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Schneidelemente 26 sägezahnähnlich ausgebildet (vgl. insbes. 5). Sie weisen an ihrem freien Ende eine Schneidkante 27 auf, die derart zum jeweils benachbarten Auflageflansch 7, 8 gerichtet ist, dass infolge der Bewegung des Schienenelements 11 in Längsrichtung der Auflageflansche 7, 8 (vgl. insbes. 3) die Schutzschicht 10 gezielt lokal aufgekratzt wird und die darunter liegende elektrisch leitende Außenbeschichtung im Bereich des Ober- und Untergurts 13, 14 von den jeweils zugeordneten Schneidelementen 26 des elektrisch leitfähigen Schienenelements 11 kontaktiert wird. Um die sich während der Montage ergebende Kratzspur 28 des betreffenden Auflageflansches 7, 8 vor nachteiligen Umwelteinflüssen zu schützen, ist dieselbe von einem langgestreckten, ringförmigen Dichtelement 29 umgeben, welches sich im montierten Zustand des Schienenelements 11 am Schienenelement 11 und am jeweils zugeordneten Auflageflansch 7, 8 abstützt.
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Das Dichtelement 29 ist vorab im potentiellen Bereich der sich ausbildenden Kratzspur 28 am Ober- bzw. Untergurt 13, 14 des Schienenelements 11 angebracht. Es besteht bevorzugt aus einem Elastomer, z.B. einem elastomeren Kunststoff, und ist beispielsweise auf der Innenseite 25 des Ober- bzw. Untergurts 13, 14 aufgeklebt oder nach einem Kunststoffspritzgießverfahren aufgespritzt. 6 zeigt insoweit äußerst schematisch die Funktionsweise des Schneidelements 26 samt Dichtelement 29, wobei zum einen die Ausgangsstellung des Schneidelements 26 samt Dichtelement 29, d. h. zum Zeitpunkt der Vormontagelage des Schienenelements 11 durch eine gestrichelte Linienführung und zum anderen zum Zeitpunkt der Endmontagelage 20 des Schienenelements 11 das Schneidelement 26 samt Dichtelement 29 durch eine durchgezogene Linienführung dargestellt sind. Die sich ergebende Kratzspur 28 ist in der besagten Endmontagelage 20 vollständig vom Dichtelement 29 umgeben.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel stellt auf sägezahnähnliche Schneidelemente 26 ab, die an der Innenseite 26 von Ober- und Untergurt 13, 14 ausgebildet sind. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese konkret beschriebene Art der Schneidelemente 26, sondern erfasst auch Schneidelemente 26, die beispielsweise durch ein freies Ende der Längskante 30 oder eines Längskantenabschnittes 31 des Ober- bzw. Untergurtes 13, 14 gebildet ist, welche/r Längskante 30 bzw. Längskantenabschnitt 31 zum betreffenden Auflageflansch 7, 8 hin abgestellt ist respektive gerichtet ist und eine Schneidkante 27 ausbildet (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Elektromotor
- 3
- Batteriebaugruppe
- 4
- Batteriegehäuse
- 5
- Unterschale
- 6
- Oberschale
- 7
- Auflageflansch (Unterschale 5)
- 8
- Auflageflansch (Oberschale 6)
- 9
- Randabschnitte
- 10
- Schutzschicht
- 11
- Schienenelement
- 12
- Steg
- 13
- Obergurt
- 14
- Untergurt
- 15
- Stirnkante (Auflageflansche 7, 8)
- 16
- Richtungspfeil
- 17
- Aussparung
- 18
- Erhebung
- 19
- Richtungspfeil
- 20
- Endmontagelage
- 21
- Ausnehmung
- 22
- Befestigungsmittel
- 23
- erste Bohrungen
- 24
- zweite Bohrungen
- 25
- Innenseite
- 26
- Schneidelement
- 27
- Schneidkante
- 28
- Kratzspur
- 29
- Dichtelement
- 30
- Längskante
- 31
- Längskantenabschnitt
