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Die Erfindung betrifft einen Batteriekasten gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Batteriekästen für Traktionsbatterien in Kraftfahrzeugen zählen beispielsweise durch die
DE 10 2014 226 566 B3 zum Stand der Technik. Derartige Batteriekästen besitzen einen Rahmen, der aus Rahmenprofilen zusammengesetzt ist. Knotenelemente greifen in die Enden der Rahmenprofile und geben den Winkel vor, über den ein erstes Rahmenprofil mit einem weiteren Rahmenprofil verbunden werden kann. Zur Verbindung der Knotenelemente mit den Rahmenprofilen wird ein Festigkeits-Klebstoff verwendet, der in eine Öffnung eingedrückt wird und eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung herstellt. Zusätzlich sind zwei Dichtungen zwischen dem Knotenelement und dem jeweiligen Ende des Rahmenbauteils vorgesehen.
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Zum Stand der Technik ist die
EP 2 385 274 A1 zu nennen, die eine Profildichtung mit Eckverbindern für ein Batteriegehäuse beschreibt. Es gibt einen Grundkörper, wobei der Grundkörper Profildichtungen mit profilierten Dichtungsflächen aufweist und wobei die Profildichtungen erste Enden und zweite Enden aufweisen. Zwei dieser Profildichtungen sind durch einen Eckverbinder an jeweils einem ihrer Enden miteinander verbunden. Diese Dichtung soll vulkanisierte Flachdichtungen ersetzen und einen modularen Aufbau der Dichtung ermöglichen. Die Dichtung ist für das System Deckel-Gehäuse vorgesehen. Sie soll ermöglichen, dass das Gehäuse mehrfach wieder geöffnet werden kann, ohne dass die Dichtung Schaden nimmt.
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Die
DE 37 34 564 A1 offenbart ein Gehäuse für die Aufnahme elektrischer und elektronischer Bauteile. Es wird eine Eckverbindung vorgeschlagen, wobei der Eckverbinder zwei Profile endseitig aufnimmt, die von innen mit dem Eckverbinder verschraubt werden. Zwischen dem Eckverbinder und den Profilen werden Dichtungen angeordnet. Es sind in jedem Eckverbinder zwei Dichtungen erforderlich.
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Die
DE 297 04 655 U1 offenbart ein Gehäuse aus Blechelementen, die miteinander verschraubt werden. In jedem Eckbereich der Blechelemente wird jeweils nur eine Dichtung verwendet. Im Eckbereich befindet sich ein Verbinder.
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Die
DE 10 2011 118 211 A1 offenbart eine Eckverbindung eines Rahmens, wobei zur Abdichtung ein Klebstoff in den Rahmen gespritzt wird, der die Innenflächen des Rahmens benetzt und dadurch die Dichtwirkung herstellt. Der Klebstoff tritt nicht nach außen und befindet sich auch nicht zwischen den Enden des Rahmens.
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Die
DE 25 27 980 A1 offenbart eine Eckverbindung für Metallprofile für Fenster oder Türrahmen, wobei über ein Verankerungselement im Eckverbinder eine Hebelwirkung ausgeübt werden soll. Hierzu wird von der Rahmenaußenseite eine Druckkraft auf dieses Hebelelement ausgeübt, das dann von innen mit den Innenseiten des aufgeschobenen Metallprofils verkrallt. Diese Art der Befestigung ist relativ aufwendig, da mehrere Teile benötigt werden, beispielsweise das besagte Hebelelement an jedem Schenkel des Eckverbinders.
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Die
DE 20 2007 016 562 U1 offenbart einen Eckverbinder zur Verbindung von Metallrohren. Der Verbinder soll aus Holz oder einem Holzwerkstoff bestehen. Dieser Werkstoff eignet sich nicht zur Verbindung von Batteriekästen, da Batteriekästen hohe statische und auch dynamische Kräfte bei der Fahrt eines Kraftfahrzeugs aufnehmen müssen.
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Die US 2001 / 0 014 250 A1 offenbart einen Eckverbinder, der in ein Hohlprofil eingesteckt wird. Die Hohlprofile sind auf Gehrung geschnitten. Der Eckverbinder soll mit den Profilen innenseitig verklebt werden.
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Die
US 4 452 138 A offenbart einen einsteckbaren Eckverbinder für einen Bilderrahmen. Aspekte der Dichtigkeit spielen bei Bilderrahmen keine Rolle. Der Kleber wirkt innenseitig. Er kann auch auf die auf Gehrung geschnittenen Enden des Rahmens aufgetragen werden. Es handelt sich um eine Klebeverbindung.
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Die
CN 106 711 368 A offenbart ein Batteriegehäuse mit einsteckbaren Eckverbindern in einer Rahmenstruktur. Die Eckverbinder sind in die Rahmen gesteckt und werden miteinander verschraubt. Hierzu sind Schrauben und Gewindeflächen erforderlich, was sich in Anbetracht der Vielzahl der Ecken eines Batteriekastens auf die Anzahl der zu verarbeitenden Bauteile auswirkt. Zudem ist die Montage durch das Handling der vielen Bauteile relativ aufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Batteriekasten für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen, der möglichst wenig Dichtmittel benötigt und einfach in der Herstellung ist.
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Diese Aufgabe ist bei einem Batteriekasten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der erfindungsgemäße Batteriekasten besitzt einen Rahmen, der aus Rahmenprofilen gebildet ist, welche über Eckverbinder miteinander verbunden sind. Die von den Eckverbindern gehaltenen Enden der Rahmenprofile schließen eine Dichtung unmittelbar zwischen sich ein.
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Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtung unmittelbar von den Enden der Rahmenprofile zwischen sich eingeschlossen ist und nicht unter Zwischenschaltung eines Eckverbinders. Dadurch ist es möglich, nur eine einzige Dichtung vorzusehen, die einerseits die Abdichtung zu dem einen Ende und andererseits die Abdichtung zu dem anderen Ende bewirkt. Der Eckverbinder kann dadurch einfacher gestaltet sein, da ein besonderer Dichtungssitz für mehrere Dichtungen am Eckverbinder entfällt.
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Es sind zudem weniger Bauteile erforderlich, um den fluiddichten Rahmen bereitzustellen. Weniger Bauteile sind schneller zu montieren. Zudem ist das Risiko von Leckagen bei nur einem einzigen Dichtelement grundsätzlich geringer, weil es nur zwei Dichtflächen gibt, die sich beiderseits der Dichtung an den Enden der Rahmenprofile befinden. Im Unterschied dazu würde es bei einem Zwischenstück, wie beispielsweise einem Eckverbinder, insgesamt vier Dichtflächen geben.
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Die Dichtung kann umlaufend sein. Sie dichtet dann den gesamten Umfangsbereich der Enden ab. Die Dichtung kann den Eckverbinder umgeben. Der Eckverbinder kann die Dichtung als vormontiertes Bauteil unter einer gewissen Klemmkraft in der korrekten Lage halten, bevor der Eckverbinder in die Rahmenprofile gesteckt wird. Sollten je Ecke mehrere Eckverbinder notwendig sein, z.B. weil die Rahmenprofile als Mehrkammerprofile ausgebildet sind, kann die Dichtung auch mehrere Eckverbinder umgeben.
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Die Dichtung ist insbesondere ein vorgefertigter Formkörper. Es handelt sich vorzugsweise um eine Dichtung aus einem elastomeren Werkstoff.
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Die Erfindung sieht auch die Möglichkeit vor, formlose Dichtungen zu verwenden. In diesem Fall wird die Dichtung im pastösen Zustand auf den wenigstens einen Eckverbinder aufgetragen, der gewissermaßen als Dichtungsträger für das pastöse Material soweit vorbereitet wird, dass nach dem Einstecken der Eckverbinder in die Rahmenprofile eine geschlossene, umlaufende Dichtung zwischen den besagten Enden der Rahmenprofile besteht.
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Die Dichtung kann nach dem pastösen Auftragen teilweise oder vollständig in ihren elastomeren Endzustand aushärten. Es ist aber auch möglich, die Dichtung bei montierten Enden der Eckverbinder aushärten zu lassen. Maßgeblich ist, dass die notwendige Dichtwirkung erreicht wird, ohne dass sich der Fertigungsaufwand erhöht.
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Der wenigstens eine Eckverbinder ist durch Umformung der Rahmenprofile mit den Rahmenprofilen formschlüssig gefügt. Das Fügen kann durch Verpressen eines Teilbereichs des Rahmenprofils in eine dafür vorgesehene Vertiefung des Eckverbinders erfolgen. Die Vertiefung ermöglicht es, eine formschlüssige Verkrallung zwischen dem Rahmenprofil und dem Eckverbinder herzustellen. Es kann sich um eine Clinchverbindung handeln. Es ist möglich, dass die Rahmenprofile mit dem Eckverbinder zusätzlich verschraubt sind. Die Wahl der Befestigungsmethode zwischen Eckverbinder und Rahmenprofil muss gewährleisten, dass die Dichtwirkung erhalten bleibt. Daher werden die Enden vorzugsweise unter Vorspannung gegen die Dichtung gedrückt und in dieser Position auch fixiert.
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Vorzugsweise sind die Enden der Rahmenprofile zumindest teilweise auf Gehrung geschnitten. Der Gehrungsschnitt beträgt bei 90°-Eckverbindern 45°. Der Begriff Eckverbinder ist im Rahmen der Erfindung nicht auf 90°-Winkel beschränkt. Auch kann der Eckverbinder mehr als zwei Rahmenprofile miteinander verbinden. Es kann sich um einen T-förmigen Verbinder oder auch um einen Kreuz-Verbinder handeln. Der Eckverbinder im weitesten Sinne ist ein Knotenelement an Enden von Rahmenprofilen, wobei das Knotenelement bzw. der Eckverbinder so konfiguriert ist, dass möglichst wenige Dichtelemente notwendig sind um den Rahmen abzudichten. Insbesondere entfällt bei der Erfindung das sogenannte Dichtschweißen der Rahmenprofile und etwaiger Eckverbinder und der damit einhergehende Wärmeverzug. Zudem gibt es bei Schweißprozessen höhere Prozessrisiken bzw. auch einen höheren Aufwand bezüglich der Nahtvorbereitung. Auch reine Klebeverbindungen mit reaktiven Dichtstoffen oder Schmelzklebstoffen haben den Nachteil, dass in der Fertigung sehr sauber gearbeitet werden muss. Gegebenenfalls sind Zusatzmaßnahmen zur stabilen Aushärtung von Kleb- und Dichtstoffsystemen durch Hitzestrahlung, definierte Atmosphäre und besondere klimatische Bedingungen zu berücksichtigen. Auch sind die Reaktionszeiten teilweise für eine rasche und kostengünstige Fertigung zu lang. Es wird daher erfindungsgemäß eine Dichtung aus einem Formkörper bevorzugt, da mit einem vormontierten Formkörper sowohl Zusatzmaßnahmen zur stabilen Aushärtung von Kleb- und Dichtstoffsystemen entfallen und zudem bei hoher Bauteilgenauigkeit (kein Wärmeverzug) und bei hoher Prozesssicherheit Dichtigkeit zwischen den Enden hergestellt werden kann.
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Die Eckverbinder sind aus einem Strangpressprofil hergestellt. Strangpress-Eckverbinder lassen sich besonders gut bei Rahmenprofilen mit gleichbleibendem Querschnitt verwenden. Zum formschlüssigen Fügen besitzen die stranggepressten Eckverbinder an ihrer äußeren Randseite Vertiefungen. Die Rahmenprofile müssen daher lediglich von der Außenseite des Batteriekastens her nach innen gedrückt werden, so dass die Verprägungen der Rahmenprofile in die Vertiefungen der Eckverbinder fassen. Es findet eine gegenseitige Orientierung und Fixierung der Bauteile statt, die vor allen Dingen die notwendige Fügegenauigkeit und auch Dauerfestigkeit im Hinblick auf die Dichtung garantiert. Derartige formschlüssige Verbindungen oder auch Clinchverbindungen lassen sich zudem vergleichsweise schnell erstellen.
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Die Rahmenprofile können in einer Weiterbildung der Erfindung zum Inneren des Batteriekastens weisende Stege besitzen zur Verbindung mit einem Boden des Batteriekastens. Die Stege können als Auflager für den Boden dienen. Es ist möglich, den Boden mit dem Rahmen zu verschweißen. Es ist auch möglich, dass der Boden formschlüssig oder klemmend mit den Stegen verbunden wird. Zusätzlich kann zwischen dem Boden und den Stegen ein Dichtmittel angeordnet sein. Es kann sich hierbei um Dichtband handeln, insbesondere in Gestalt einer Formdichtung. Diese kann durch Fügen des Bodens mit dem Rahmen, beispielsweise durch Clinchen oder Schrauben, befestigt und fixiert werden. Die Klemmung zwischen dem Boden und dem Steg bewirkt ein Anpressen der Dichtung und damit die gewünschte Dichtwirkung.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass bei hoher Prozesssicherheit eine saubere Fertigung von Batteriekästen möglich ist. Die teilweise schwierigen oder aufwendigen Oberflächenbehandlungen zur Bereitstellung von Klebeflächen entfallen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Ansicht einen Eckbereich eines Rahmens eines Batteriekastens;
- 2 eine weitere perspektivische Ansicht des Eckbereiches eines Rahmens;
- 3 eine schematische Ansicht einer formschlüssigen Verbindung zwischen Rahmenprofil und Eckverbinder;
- 4 in schematischer Darstellung einen Eckbereich eines Batteriekastens vor der Montage eines Bodens;
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Eckverbinders;
- 6 den Eckverbinder der 5 in der Einbaulage in Verbindung mit dem Rahmenprofil;
- 7 den Eckverbinder der 5 und 6 in der Einbaulage nach dem formschlüssigen Verbinden;
- 8 den Eckbereich eines Batteriekastens mit dem Eckverbinder der 5 in einer Schnittdarstellung;
- 9 eine perspektivische Ansicht des mit dem Eckverbinder gefügten Rahmens eines Batteriekastens;
- 10 ein Rahmenprofil im Querschnitt;
- 11 das Rahmenprofil der 10 mit Eckverbinder;
- 12 ein weiteres Rahmenprofil im Querschnitt mit Eckverbinder und
- 13 ein weiteres Rahmenprofil im Querschnitt mit Eckverbinder.
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1 zeigt den Eckbereich eines Batteriekastens 1 mit einem Rahmen 2, bestehend aus Rahmenprofilen 3, 4, die über Eckverbinder 5 verbunden werden, wie sie in 2 zu sehen sind. Der Batteriekasten 1 besitzt ferner einen Boden 6, der an Stegen 7 befestigt wird, die zur Innenseite des Batteriekastens 1 weisen. Die Stege 7 befinden sich an einem unteren Randbereich der Rahmenprofile 3, 4. Die Rahmenprofile 3, 4 sind auf Gehrung geschnitten und im 90°-Winkel zueinander angeordnet. Die beiden übereinander angeordneten und jeweils einstückigen Eckverbinder 5 fassen in die beiden Rahmenprofile 3, 4. Die Rahmenprofile 3, 4 besitzen einen gleichbleibenden Querschnitt. Sie bestehen aus Metall. Sie sind im Strangpressverfahren hergestellt. Die Dichtigkeit im Eckbereich soll durch eine Dichtung 8 hergestellt werden, welche zwischen die Enden 9, 10 der Rahmenprofile 3, 4 angeordnet wird. In der Einbaulage umschließt die Dichtung 8 den Eckverbinder 5, der in die Enden 9, 10 der Rahmenprofile 3, 4 fasst. 2 zeigt rein schematisch, wie eine solche umlaufende Dichtung 8 aus einem elastomeren Formkörper gestaltet sein kann. Die Dichtung 8 ist in diesem Fall L-förmig und erstreckt sich auch in den Bereich der Stege 7 an den Unterkanten der Rahmenprofile 3, 4.
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Der Eckverbinder 5 besteht aus Metall. Er besitzt ebenfalls einen gleichbleibenden Querschnitt und ist im Strangpressverfahren hergestellt. Der Eckverbinder 5 besitzt daher mehrere Kammern, die durch Stege voneinander getrennt sind. Jeder Eckverbinder 5 besitzt zwei Schenkel 11, 12, von denen jeweils einer in ein Ende 9, 10 des Rahmenprofils 3, 4 fasst. Jeder der Schenkel 11, 12 besitzt eine Vertiefung 13, die zur Außenseite des Batteriekastens 1 und damit zur Außenseite der Rahmenprofile 3, 4 gerichtet ist.
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3 zeigt die Vertiefung 13 im Schenkel 11 des Eckverbinders 5 im Querschnitt. Sie ist dafür vorgesehen, formschlüssig in Eingriff mit dem jeweiligen Rahmenprofil 3, 4 zu gelangen, indem das Rahmenprofil 3, 4 in dem Bereich der Vertiefung 13 in die Vertiefung 13 gepresst wird (3). Dadurch ist das Rahmenprofil 3, 4 in der Einbaulage fest mit dem Eckverbinder 5 verbunden.
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Das Ausführungsbeispiel der 4 zeigt rein schematisch, dass zusätzlich zu dem Eckverbinder 5 der Boden 6 über Schrauben 14 mit dem Flansch 7 gekoppelt werden kann. Es kann sich bei den Schrauben 14 um selbstformende Schrauben handeln, die nach dem Verfahren des Fließlochformens eingesetzt werden. Es ist auch denkbar, die Schrauben 14 durch vorgefertigte Öffnungen zu stecken und mit einer Mutter 15 zu sichern. Um Dichtigkeit zwischen den Flanschen 7 und dem Boden 6 herzustellen, ist eine weitere umlaufende Dichtung 16 vorgesehen, die zwischen der Unterseite des Bodens 6 und der Oberseite der Flansche 7 angeordnet wird und zwischen Boden 6 und Flansch 7 geklemmt wird. Auch in 1 ist die besagte Dichtung 16 für den Boden eingezeichnet.
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5 zeigt in perspektivischer Darstellung eine weitere Ansicht des Eckverbinders 5 mit seinen beiden identisch konfigurierten Schenkeln 11, 12. Der Eckverbinder 5 ist von einem Strangpressprofil abgelängt, so dass er über seine Höhe einen gleichbleibenden Querschnitt mit Wänden und Kammern 17 besitzt, so dass der Eckverbinder 5 leicht ist und gleichzeitig eine hohe Steifigkeit besitzt. Die 6 und 7 zeigen die Verbindung in der Ecke vor und nach dem Verpressen der Rahmenprofile 3, 4. Die Dichtung 8 zwischen den Enden 9, 10 ist vormontiert ( 6) und wird durch das Verpressen lagefixiert. 7 zeigt, wie die Enden 9, 10 der Rahmenprofile 3, 4 verprägt worden sind und in die Vertiefungen 13 des Eckverbinders 5 fassen. Die Vertiefungen 13 in der äußeren Randseite 18 des Eckverbinders 5 werden vollständig von dem verprägten Material der beiden Rahmenprofile 3, 4 ausgefüllt.
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Die Schnittdarstellung der 8 zeigt ferner, dass sich die Außendicke der ausgebildeten Verprägungen 19, 20 bei diesem Beispiel nicht über die gesamte Höhe der Rahmenprofile 3, 4 erstrecken, sondern etwa nur über die Hälfte. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem mehrere derartige Verprägungen 19, 20 in Hochrichtung der Rahmenprofile 3, 4 übereinander und im Abstand zueinander angeordnet sind. Die Rahmenprofile 3, 4 sind Hohlprofile und besitzen mindestens eine obere und eine untere Kammer. In den beiden oberen Kammern der Rahmenprofile 3, 4 ist in nicht näher dargestellter Weise ein erster Eckverbinder angeordnet und in den unteren Kammern in nicht näher dargestellter Weise ein zweiter Eckverbinder platziert. Die beiden Eckverbinder werden auf identische Art und Weise fixiert, so dass mehrere Verprägungen 19, 20 an der Außenseite der Rahmenprofile 3, 4 gibt.
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Die Rahmenprofile können in einer weiteren Ausführungsform zur äußeren Randseite offene Bereiche aufweisen, d. h. es können offene oder teilweise offene Profile (C-Profil, U-Profil) sein. Die 10 bis 13 zeigen rein schematisch im Querschnitt Beispiele offener Profile 4, teils mit eingestecktem Eckverbinder 5. Der Eckverbinder 5 wird von jeweils einem Steg an der Außenseite des Rahmenprofils 3 umgriffen. In diesem Steg kann eine Verprägung zur Fixierung des Eckverbinders 5 angeordnet sein. Der Steg kann am oberen und/oder unteren Ende des Rahmenprofils 4 angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriekasten
- 2
- Rahmen
- 3
- Rahmenprofil von 2
- 4
- Rahmenprofil von 2
- 5
- Eckverbinder
- 6
- Boden
- 7
- Steg
- 8
- Dichtung
- 9
- Ende von 3
- 10
- Ende von 4
- 11
- Schenkel von 5
- 12
- Schenkel von 5
- 13
- Vertiefung in 11, 12
- 14
- Schraube
- 15
- Mutter
- 16
- Dichtung
- 17
- Kammer
- 18
- Äußere Randseite von 5
- 19
- Verprägungen
- 20
- Verprägungen
