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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wannenteils auseiner Metallplatine mit winklig aneinandergrenzenden Seitenwänden, etwa eines Wannenteils eines Batteriegehäuses für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug mit folgenden Schritten:
- - Bereitstellen einer Metallplatine mit einem den Boden und die daran angeformten Seitenwände umfassenden Zuschnitt, wobei die Längserstreckung der Seitenwände jeweils durch eine Zuschnittskante begrenzt ist,
- - Durchführen eines Biegeschrittes zum Aufrichten der Seitenwände gegenüber dem Boden bis die Zuschnittskanten zweier benachbarter Seitenwände aneinander herangeführt sind,
- - Fügen der aneinander herangeführten Zuschnittskanten der Seitenwände miteinander
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Die Erfindung betrifft ferner ein Wannenteil aus Metall für ein Batteriegehäuse eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuges, welches Wannenteil einen Boden und daran angeformte Seitenwände aufweist.
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Bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen, wie beispielsweise bei Personenkraftwagen, Flurförderfahrzeugen oder dergleichen werden Batteriemodule als Stromspeicher eingesetzt. Derartige Batteriemodule sind typischerweise aus einer Vielzahl einzelner Batterien zusammengesetzt. Bei diesen Batterien handelt es sich um so genannte Hochvoltbatterien. An die Unterbringung derartiger, für einen Betrieb eines solchen Fahrzeuges notwendigen Batteriemodule, sind gewisse Anforderungen gestellt. Wesentlich ist, dass das oder die Batteriemodule in ihrem Batteriegehäuse vor äußeren Einflüssen geschützt sind. Zudem ist eine gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtete Unterbringung des oder der Batteriemodule in einem Batteriegehäuse erforderlich, um eine Kondensatbildung innerhalb des Batteriegehäuses zu verhindern. In die Batteriekammer des Batteriegehäuses eindringende Feuchtigkeit kann zu einem Kurzschluss und zu einem dadurch ausgelösten Brand des Batteriemoduls führen.
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Bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen spielt das mitgeführte Gewicht eine besondere Rolle, weshalb derartige Fahrzeuge kleinbauend ausgelegt werden. Dieses bedingt, dass auch die zum Betrieb des Fahrzeuges notwendigen Aggregate möglichst kleinbauend auszulegen sind, mithin das zur Verfügung stehende Einbauvolumen möglichst gut genutzt werden soll. Dieses gilt auch für das zum Betrieb des Fahrzeuges notwendige Batterievolumen. Vor diesem Hintergrund ist es wünschenswert, Batteriegehäuse für diese Zwecke einzusetzen, die zwar ein möglichst großes Batterievolumen aufzunehmen vermögen, aber dennoch kostengünstig in der Herstellung sind. Eine kostengünstige Art, Batteriegehäuse herzustellen ist, diese aus zwei Blechumformteilen zusammenzusetzen. Zumindest eines dieser Blechumformteile ist aus einer Stahlplatine im Wege eines Tiefziehprozesses zur Ausbildung der gewünschten Wannenstruktur gefertigt worden. Das weitere Teil kann als flacher Deckel oder auch als zweites Wannenteil ausgeführt sein. Im letzteren Fall ist das Batteriegehäuse somit durch zwei wannenartige Halbschalen bereitgestellt. Die Verwendung von Stahlteilen zum Herstellen dieser Batteriegehäuseteile gewährleistet bereits bei geringer Wandstärke die notwendigen Festigkeitseigenschaften, die ein solches Batteriegehäuse zum Schutze des bzw. der darin angeordneten Batteriemodule aufweisen soll. Allerdings ist bei dem Umformen von Stahlplatinen bei der Auslegung der Wannengeometrie auf die Radien zu achten, die mit diesem Umformprozess nicht unterschritten werden dürfen, um ein Reißen des Materials beim Tiefziehen zu vermeiden. Ein Batteriegehäuse mit einem solchen Wannenteil ist aus
DE 20 2016 102 223 U1 bekannt.
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Aufgrund der runden Eckausführung des Wannenteils und der winkligen Eckausführung der in das Wannenteil einzusetzenden Batteriemodule kann der Innenraum eines solchen Wannenteils nicht vollständig zur Aufnahme von Batteriemodulen genutzt werden.
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Alternativ ist aus der
DE 39 04 219 C2 ein hermetisch verschließbares Gehäuse bekannt, bei dem für eine flächige Anlage des Stoßes einer Seitenwand an der Wand einer benachbarten Seitenwand die Biegelinie der ersten Seitenwand um die Dicke des Materials nach innen versetzt wird.
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Dies soll ausschließlich bei Konfigurationen der Fall sein, bei denen zwei benachbarte Seitenwände stumpfwinklig aufeinander treffen.
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Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem ein Wannenteil für ein solches Batteriegehäuse hergestellt werden kann, welches eine Eckausführung der benachbarten Seitenwände aufweist, in die ein Batteriemodul mit seiner Ecke vorzugsweise insgesamt eingreifen kann. Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aus Metall hergestelltes Wannenteil für ein Batteriegehäuse eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuges vorzuschlagen, dessen Aufnahmevolumen besser nutzbar ist.
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Gelöst wird die verfahrensbezogene Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Wannenteils wobei die einzelnen Verfahrensschritte dadurch gekennzeichnet sind, dass
- - beim Bereitstellen der Metallplatine die Zuschnittskanten zweier benachbarter Seitenwände unter Zwischenschaltung eines Zuschnittbogenstückes ineinander übergehen,
- - beim Durchführen des Biegeschrittes die Biegelinie zwischen jeder Seitenwand und dem Boden von einer die Scheitel der zu einer Seitenwand benachbarten Zuschnittsbogenstücke verbindenden gedachten Linie in Richtung zur Mitte des Bodens hin versetzt ist und die Biegelinien von zwei benachbarten Seitenwänden sich innerhalb der Metallplatine kreuzen.
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Die auf das Wannenteil aus Metall gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Stöße benachbarter Seitenwände winklig aneinandergrenzen und die Eckausbildungen zwischen zwei benachbarten Seitenwänden und dem Boden durch eine Materialansammlung in den in die Eckausbildung eingebundenen Seitenwandbereichen verstärkt sind.
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Bei diesem Verfahren zum Herstellen eines Wannenteils als Teil eines Batteriegehäuses für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug wird die Wannenstruktur durch Aufrichten bzw. Abkanten der in einem Zuschnitt der Metallplatine vorhandenen Seitenwände gegenüber dem Boden ausgebildet. Die Längserstreckung der Seitenwände ist in jede Richtung durch eine Zuschnittskante begrenzt. Beim Aufrichten der Seitenwände gegenüber dem Boden werden somit die zueinanderweisenden Zuschnittskanten zweier benachbarter Seitenwände zur Ausbildung einer Kante des Wannenteils aneinander herangeführt. Mittels dieses Biegeschrittes sind die durch die Zuschnittskanten gebildeten Stöße der benachbarten Seitenwände winklig zueinander angeordnet, und zwar ohne einen erforderlichen Innenradius. Infolgedessen kann ein Batteriemodul bis in eine Eckausbildung zwischen zwei benachbarten Seitenwänden des Wannenteils eingreifen. Das durch das Wannenteil bereitgestellte Nutzvolumen ist daher entsprechend größer, verglichen mit einer Ausgestaltung, bei der durch Tiefziehen in den Eckausbildungen aneinandergrenzender Seitenwände ein bestimmter, typischerweise relativ großer Radius eingehalten werden muss.
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Von Besonderheit bei dem Schritt des Biegens zum Aufrichten der Seitenwände gegenüber dem Boden ist, dass die jeweilige Biegelinie zur Mitte des Bodens hin versetzt zu einer die Scheitel zweier Zuschnittsbogenstücke, über die jeweils zwei benachbarte Seitenwände-Zuschnittskanten verbunden sind, verläuft. Somit verläuft die Biegelinie parallel und mit Abstand zu der vorstehend genannten gedachten Linie. Bei herkömmlichen Biegeverfahren verläuft die Biegelinie entlang der vorstehend angesprochenen gedachten Scheitelverbindungslinie. Durch den erfindungsgemäßen Versatz der Biegelinie in Richtung zur Mitte des Bodens hin, wird zweierlei bewirkt. Zum einen werden die durch die Zuschnittskanten bereitgestellten Stöße zweier benachbarter Seitenwände über ihre Höhe durch den Prozess des Biegens unmittelbar aneinandergeführt. Zum anderen wird die Eckausbildung zweier benachbarter Seitenwandabschnitte mit dem Boden verstärkt. Da die Biegelinien von zwei benachbarten Seitenwänden sich innerhalb des Metallplatinenzuschnitts kreuzen, erfolgt in diesem, zu einer Ecke umzuformenden Bereich der Platine eine besonders intensive Umformung. Dieses hat eine besondere Kaltverfestigung zufolge. Die Materialumformung ist zudem in aller Regel so intensiv, dass sich in dem Bereich der Eckausbildung in den untersten Seitenwandabschnitten, typischerweise im gekrümmten Übergangsbereich in die Unterseite des Bodens, durch das notwendige Materialfliesen Material ansammelt. Beide Maßnahmen tragen zu einer besonderen Verstärkung der Eckausbildung eines solchen Wannenteils bei.
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Besonders vorteilhaft bei diesem Verfahren ist, dass der Biegeschritt ohne ein damit einhergehendes Ziehen durchgeführt wird.
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Nach dem Biegeschritt werden die aneinandergeführten Zuschnittskanten der Seitenwände miteinander gefügt, typischerweise durch einen Schweißprozess. In diesen kann auch die Eckausbildung eingebunden sein, wenn zu befürchten ist, dass sich durch den Biegeschritt ein kleiner Riss in dem Material der Metallplatine ausgebildet hat.
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Der Betrag des Versatzes der Biegelinie der Seitenwände gegenüber dem Boden in Richtung zur Mitte des Bodens hin gegenüber der gedachten Scheitelverbindungslinie wird man in Abhängigkeit von der Materialstärke der Platine wählen. Je dicker die Platine ist, desto größer wird man den Versatz wählen. Der Versatz entspricht typischerweise der Erstreckung der auszubildenden Krümmung im Übergang von der Außenseite des Bodens zur Außenseite einer Seitenwand.
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Typischerweise ist der Übergang der beiden durch den Biegeprozess zusammenzuführenden Stöße zweier benachbarter Seitenwände durch einen Radius miteinander verbunden. Wenn die Entstehung eines Risses bei dem Prozess des Aufrichtens benachbarter Seitenwände vermieden werden soll, kann, typischerweise ausgehend von dem Scheitel des die Stöße verbindenden Radius, entlang der Winkelhalbierenden des durch die Längserstreckung der Stöße eingefassten Winkels ein Einschnitt kurzer Länge in der Platine eingebracht sein.
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Vorzugsweise werden alle Seitenwände zeitgleich aufgerichtet, da dann das Risiko der Entstehung eines Risses im Eckbereich reduziert und gewährleistet ist, dass das Materialfließen zu einer Materialansammlung im Eckbereich führt. Aufgrund des sich ohnehin an den Biegeprozess anschließenden Fügeschritt ist die Entstehung eines Risses in der Eckausbildung des Wannenteils unkritisch, da dieser durch den ohnehin durchzuführenden Fügeschritt ohne Weiteres wieder geschlossen werden kann. Ein solches Fügen wird typischerweise als Schweißung, insbesondere Laserschweißung, ausgeführt. Als Platine wird vorzugsweise eine Stahlplatine verwendet. Möglich ist es auch, ein solches Wannenteil ausgehend von einer Leichtmetallplatine aus einem Material hinreichender Festigkeit, beispielsweise einer geeigneten Aluminiumlegierung, herzustellen.
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Der Biegeschritt wird als Kaltumformschritt durchgeführt.
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Typischerweise weist ein solches Wannenteil oberseitig einen umlaufenden Flansch auf. Ein solcher Flansch kann auch mit dem vorbeschriebenen Verfahren ausgebildet werden. Dann sind an die Längsseiten der Seitenwände an ihrem dem Boden gegenüberliegenden Ende jeweils Flanschstreifen angeformt, die zur Ausbildung eines umlaufenden Flansches des Wannenteils gegenüber den Seitenwänden abgekantet werden. Dieses wird in einem Biegeschritt durchgeführt. Das Abkanten der Flanschstreifen gegenüber den Seitenwänden wird typischerweise in die entgegengesetzte Richtung ausgeführt, in der die Seitenwände gegenüber dem Boden aufgerichtet bzw. abgekantet werden. Wenn hingegen ein nach innen vorspringender umlaufender Flansch vorgesehen sein sollte, werden die Flanschstreifen in derselben Richtung gegenüber den Seitenwänden abgekantet, wie die Seitenwände gegenüber dem Boden abgekantet werden. Die längsseitigen Endabschnitte der Flanschstreifen sind derart zugeschnitten, dass nach Abkanten derselben gegenüber den Seitenwänden und Aufrichten der Seitenwände gegenüber dem Boden diese bündig mit ihrem Stoß aneinandergrenzen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die längsseitigen Endabschnitte der Flanschstreifen auf Gehrung geschnitten sind. Dieses ist bevorzugt, da dann die die Stöße bildenden Zuschnittskanten der aneinander herangeführten Seitenwände und die aneinander herangeführten Stöße der Flanschstreifen auf einer linearen Fügebahn liegen und somit in einfacher Weise zusammen mit dem Fügen der Zuschnittskanten der Seitenwände gefügt werden können.
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Nachfolgend ist die Erfindung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht eines aus einer Stahlplatine hergestellten Wannenteils als Teil eines Batteriegehäuses,
- 2: eine Draufsicht auf eine zugeschnittene Stahlplatine zur Ausbildung des Wannenteils der 1,
- 3: eine perspektivische Ansicht des Wannenteils der 1 aus einer anderen Perspektive mit Blickrichtung auf eine Eckausbildung und
- 4: eine vergrößerte Darstellung der in 3 erkennbaren Eckausbildung des Wannenteils.
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Ein Wannenteil 1 als Teil eines Batteriegehäuses zur Aufnahme eines oder mehreren Batteriemodule für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug ist aus einer Stahlplatine hergestellt. Das Wannenteil 1 umfasst einen Boden 2 und vier daran angeformte Seitenwände 3, 3.1, 3.2, 3.3. Die Seitenwände 3 - 3.3 grenzen mit jeweils einer Längsseite unter Zwischenschaltung eines gekrümmten Abschnittes 4 an die Oberseite des Bodens 2. Die Krümmung des Abschnittes 4 ist Ausfluss eines Biegeschrittes, mit dem die Seitenwände 3 - 3.3 gegenüber dem Boden 2 aufgerichtet worden sind. An die Seitenwände 3 - 3.3 ist an ihrer dem Boden 2 gegenüberliegenden Längsseite jeweils ein Flanschabschnitt 5 - 5.3 angeformt. Jeder Flanschabschnitt 5 - 5.3 ist gegenüber dem jeweiligen Seitenteil 3 - 3.3 durch Abkanten in seine gegenüber der Seitenwand 3 - 3.3 unterschiedliche Raumlage gebracht worden.
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2 zeigt in einer Draufsicht eine Stahlplatine 6, aus der das Wannenteil 1 geformt worden ist. Die Stahlplatine 6 weist einen Zuschnitt auf. Durch den Zuschnitt sind der Boden 2 und die Seitenwände 3 - 3.3 sowie daran angeformte, die späteren Flanschabschnitte 5 - 5.3 bildenden Flanschstreifen 7 - 7.3 gebildet. Durch den Zuschnitt ist die Längserstreckung jeder Seitenwand 3 - 3.3 in beide Richtungen durch jeweils eine Zuschnittskante 8, 8.1; 8.2, 8.3 begrenzt. Die Zuschnittskanten 8, 8.1 bzw. 8.2, 8.3 sind beispielhaft an den Seitenwänden 3, 3.1 kenntlich gemacht.
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Die Zuschnittskanten 8, 8.2 zweier benachbarter Seitenwände 3, 3.1 gehen unter Zwischenschaltung eines Zuschnittsbogenstücks 9 ineinander über. Die zueinanderweisenden Endabschnitte der Flanschstreifen 7, 7.1 benachbarter Seitenwände 3, 3.1 sind auf Gehrung geschnitten. Die Gehrungsschnitte sind bezüglich der Flanschstreifen 7, 7.1 mit den Bezugszeichen 10, 10.1 kenntlich gemacht. Der Gehrungsschnitt 10 geht in die Zuschnittskante 8 und der Gehrungsschnitt 10.1 in die Zuschnittskante 8.2 über.
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Gestrichelt sind in 2 Biegelinien B1 , B2 eingezeichnet. Die außenliegenden Biegelinien B1 sind diejenigen Biegelinien, an denen die Flanschstreifen 7 - 7.3 gegenüber der jeweiligen Seitenwand 3 - 3.3 abgekantet werden. Die Abkantung der Flanschstreifen 7 - 7.3 gegenüber der jeweiligen Seitenwand 3 - 3.3 erfolgt bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel nach unten, da die in 2 erkennbare Oberseite der Stahlplatine 6 die Innenwände der Seitenwände 3 - 3.3 zeigt.
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In einem ersten Biegeschritt werden die Flanschstreifen 7 - 7.3 zum Ausbilden der späteren Flanschabschnitte 5 - 5.3 in der vorgenannten Richtung gegenüber der jeweiligen Seitenwand 3 - 3.3 abgekantet, und zwar um 90°. In einem nachfolgenden Biegeschritt werden die Seitenwände 3 - 3.3 gemeinsam und damit gleichzeitig gegenüber dem Boden 2 aufgerichtet. In Bezug auf die Darstellung der Metallplatine 6 in 2, die in diesem Ausführungsbeispiel als Stahlplatine ausgebildet ist, werden die Seitenwände 3 - 3.3 nach oben gebogen, und zwar entlang der Biegelinie B2 . Die Biegelinie B2 jeder Seitenwand 3 - 3.3 gegenüber dem Boden 2 ist gegenüber einer gedachten Verbindungslinie V, die die Scheitel der beiden, an jeweils eine Zuschnittskante 8, 8.1 bzw. 8.2, 8.3 grenzenden Zuschnittsbogensstücke 9 verbindet, zur Mitte des Bodens 2 hin versetzt. Die Verbindungslinie V ist der Übersicht halber nur bei der Seitenwand 3 in 2 eingetragen. Damit ist die Biegelinie B2 von der Verbindungslinie V beabstandet. Die eigentliche Eckausbildung, die bei dem Aufrichten der Seitenwände 3 - 3.3 gegenüber dem Boden 2 erstellt wird, befindet sich im Bereich des Schnittpunktes zweier Biegelinien B2 und somit mit Abstand zu einem Zuschnittsrand innerhalb der Stahlplatine 6. Das Aufrichten der Seitenwände 3 - 3.3 gegenüber dem Boden 2 führt in diesen Bereichen zu einer intensiven Umformung mit Materialfließen und zu einer Materialansammlung. Das Aufrichten bzw. Abkanten der Seitenwände 3 - 3.3 gegenüber dem Boden 2 wird so weit durchgeführt, dass die eine Seitenwand 3 - 3.3 längsseitig begrenzenden Zuschnittskanten 8 - 8.3 jeweils an die benachbarte Zuschnittskante 8 - 8.3 der benachbarten Seitenwand 3 - 3.3 herangeführt sind.
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Die in die Form des Wannenteils 1 gebrachte Stahlplatine 6 ist bezüglich der außenseitigen Kanten- und Eckausbildung in 3 und 4 gezeigt. Besonders illustrativ ist die vergrößerte Darstellung der 4. Die mit ihren Zuschnittskanten 8, 8.2 zueinandergeführten Seitenwände 3, 3.1 bilden, wie aus 4 erkennbar, eine Kehle aus. Im Übergang dieser Kantenausbildung in den Boden 2, welches die Eckausbildung darstellt, hat sich aufgrund des vorbeschriebenen Biegeprozesses Material angesammelt. Die Materialansammlung ist in 4 in dem Übergangsbereich der Seitenwände 3 bzw. 3.1 in dem Boden 2 mit dem Bezugszeichen 11, 11.1 kenntlich gemacht. Diese Materialansammlung 11, 11.1 ist auf den gekrümmten Übergangsbereich zwischen den Seitenwänden 3, 3.1 in den Boden 2 begrenzt. Hierdurch ist die auf diese Weise gebildete Ecke Material verstärkt. Aufgrund der Umformung hat zudem in dem Bereich der Eckausbildung eine Kaltverfestigung stattgefunden, sodass die Eckausbildung auch aus diesem Grunde durch die dadurch begründete höhere Festigkeit verstärkt ist. Die durch die zueinandergeführten Zuschnittskanten 8, 8.2 gebildete Ecke ist für eine Schweißverbindung der Zuschnittskanten 8, 8.2 der Seitenwände 3, 3.1 besonders geeignet.
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In einem an die Formgebung der Stahlplatine 6 zum Ausbilden des Wannenteils 1 anschließenden Schritt werden die aneinander herangeführten Seitenwände 3-3.1 sowie die durch diesen Biegeprozess ebenfalls aneinander herangeführten Flanschstreifen 7 - 7.3 miteinander gefügt. Durch den Fügeprozess sind die Kanten und die untere Eckausbildung jeweils nochmals verstärkt.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, die Erfindung umsetzen zu können, ohne dass diese im Rahmen dieser Ausführungen näher beschrieben werden müssten.
