-
Die Erfindung betrifft Erfindung betrifft einen Tragrahmen für eine Batterie aus wenigstens einem Zellmodul mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen mit mehreren den Tragrahmen ausbildenden Schichten.
-
Ein Tragrahmen für eine Batterie aus mehreren Schichten ist aus der
CN 204 905 318 U bekannt. Der dortige Rahmen besteht aus mehreren über Bolzen bzw. Schrauben miteinander verbindbaren Einzelschichten. Er lässt sich so durch eine Variation der Anzahl der Schichten einfach und effizient an unterschiedliche Batteriegrößen anpassen. Er hat dabei den Nachteil, dass er mechanisch, insbesondere bei einer Beanspruchung auf Schub, vergleichsweise instabil ist.
-
Nun ist es jedoch gerade so, dass bei Batterien, und hier insbesondere bei Traktionsbatterien oder Hochvoltbatterien für Fahrzeuge, eine hohe Stabilität, alleine aus Gründen der Crashsicherheit, wichtig ist. Die hohe Stabilität muss dabei typischerweise auf einem sehr beengten Bauraum erzielt werden, was insbesondere die Herstellung struktursteifer Knotenverbindungen nur schlecht oder fast gar nicht umsetzbar macht. Ein weiterer Nachteil klassischer Tragrahmenstrukturen und -konstruktionen ist auch der thermische Verzug derselben, wenn diese beispielsweise aus Gitterelementen oder Rechteckrohren verscheißt ausgebildet sind. Auch die Integration von Zusatzbauteilen innerhalb des Tragrahmens ist schwierig. Der Einsatz von prinzipiell denkbaren Schweißmuttern oder Schrauben bei Rahmenkonstruktionen aus Metall führt wiederum zu dem oben bereits genannten Nachteil eines großen thermischen Verzugs bei der Herstellung.
-
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen verbesserten Tragrahmen für eine Batterie gemäß dem Oberbegriff es Anspruchs 1 anzugeben, welcher insbesondere außerordentlich steif und ohne thermischen Verzug zu realisieren ist, und welcher darüber hinaus insbesondere auch eine einfache Integration von Zusatzbauteilen innerhalb seiner Struktur ermöglicht.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Tragrahmen mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Tragrahmens ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Tragrahmen ist es vorgesehen, dass dieser aus einzelnen Schichten ausgebildet ist. Anders als im Stand der Technik dienen diese einzelnen Schichten nicht dazu, den Tragrahmen leicht skalierbar zu machen. Vielmehr sind die einzelnen Schichten zu einem Verbund verklebt. Ein solcher Verbund aus einzelnen Schichten erlaubt es, eine hohe Stabilität des Aufbaus zu erreichen. Die einzelnen Schichten sind dabei so ausgeführt, dass beispielsweise im Bereich von Ecken und Kanten keine aufwändige Verbindung erfolgen muss, sondern die Elemente so gestaltet sind das Trennungen in niedrig belastete Bereiche gelegt werden so dass hochbelasteten Eckbereich einteilig ausgebildet sind. Werden diese dann miteinander verklebt, um den Verbund des Tragrahmens auszubilden, entsteht ein sehr leichter und stabiler Aufbau, welcher mit hoher Festigkeit auch im Bereich von Knotenpunkten sehr platzsparend realisiert werden kann.
-
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tragrahmens kann es dabei vorgesehen sein, dass jede der Schichten aus einem oder mehreren Einzelteilen ausgebildet ist. Die Schichten können beispielsweise als umlaufende Einzelelemente ausgebildet sein, welche um den gesamten Umfang umlaufen. Daneben ist es auch denkbar, dass die Schichten oder zumindest einige der Schichten aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt werden, welche ihre Fügestellen bzw. ihre Trennfugen in Bereichen haben, welche hinsichtlich der Krafteinwirkung unkritisch sind oder in deren Bereich sowieso Öffnungen in dem Tragrahmen notwendig sind. Insbesondere lassen sich solche Teile mit einstückigen Schichten abwechselnd kombinieren, um so einen sehr steifen Aufbau zu erhalten und dennoch beim Materialeinsatz zur Herstellung der Schichten und Einzelteile sehr platzsparende Möglichkeiten zu haben, da die an ihrem Umfang nicht geschlossenen Einzelteile sehr viel platzsparender beispielsweise aus einer Blechplatte oder dergleichen ausgeschnitten werden können.
-
Zumindest eine der Schichten kann dabei Bohrungen oder randoffene Ausnehmungen aufweisen. Die Integration von Bohrungen oder randoffenen Ausnehmungen in die Schichten erlaubt es beispielsweise nach dem Stapeln eine Durchgangsöffnung zu erhalten, in welche Schrauben eingebracht werden können oder dergleichen. Randoffene Ausnehmungen, welche je nach Herstellungsverfahren gegebenenfalls einfacher zu realisieren sind, können ebenfalls genutzt werden, beispielsweise um eine formschlüssige Verbindung von Batterieelementen in dem Rahmen zu realisieren, um - wie im eingangs genannten Stand der Technik - Kühlkanäle auszubilden oder dergleichen.
-
Dabei können gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tragrahmens Einlegeteile zwischen zumindest einige der Schichten und in Bohrungen oder randoffene Ausnehmungen der Schichten eingebracht sein. Solche Einlegeteile, beispielsweise Gewindebolzen, Gewindebuchsen oder dergleichen, lassen sich so außerordentlich einfach in den Aufbau des Tragrahmens integrieren. Sie können wie ihr Name sagt bei der Herstellung des Tragrahmens durch Aufstapeln der Schichten zwischen diese eingelegt werden, sodass, sehr viel einfacher als es bei einer Nachbearbeitung des Rahmens beispielsweise durch Bohren oder dergleichen wäre, Verbinder, Gewinde oder Anschlusselemente vorgesehen werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Einlegeteile und der Verbund des Tragrahmens nicht aus demselben Material bestehen müssen, sodass beispielsweise metallische Einlegeteile wie Gewindebuchsen einfach und effizient auch in Schichten aus nicht metallischen Materialien, beispielsweise aus Kunststoff, eingelegt werden können. Über Vorsprünge, Bünde oder dergleichen kann eine zumindest teilweise formschlüssige Fixierung der Einlegeteile in wenigstens eine Raumrichtung erreicht werden.
-
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee werden die Einlegeteile dabei zusammen mit dem Verbund verklebt, sodass letztlich ein Verbund aus den einzelnen Schichten sowie den Einlegeteilen entsteht, welcher als in sich stabiler und nach dem Verbund quasi einteiliger Tragrahmen alle denkbaren Anforderungen bezüglich der Flexibilität bei der Herstellung einerseits und insbesondere bezüglich der Stabilität des Aufbaus bei minimalem Bauvolumen andererseits gewährleistet.
-
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung des Tragrahmens kann es ferner vorsehen, dass als Material für die einzelnen Schichten metallische Materialien und/oder Kunststoffe zum Einsatz kommen. Solche metallischen Materialien können beispielsweise Bleche sein, insbesondere aus Stahl oder Eisen, oder auch aus anderen metallischen Werkstoffen, beispielsweise Aluminium. Dabei können verschiedene Kunststoffe ebenso eingesetzt werden, um die Schichten auszubilden. Dabei sind verschiedenste Kunststoffe grundlegend denkbar, diese können sowohl thermoplastisch als auch duroplastisch ausgebildet sein, und können bei Bedarf mit entsprechenden Fasern, beispielsweise Naturfasern, Glasfasern, Kevlarfasern, Kohlefasern oder dergleichen verstärkt ausgebildet sein.
-
Gemäß einer weiteren außerordentlich günstigen Ausgestaltung können die Materialien auch untereinander kombiniert werden. Dieser Aufbau eines Tragrahmens aus verschiedenen Materialien lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Tragrahmen sehr einfach realisieren. So können beispielsweise Schichten aus Blechen und Schichten aus Kunststoffmaterialien abwechselnd oder in einer vorgegebenen Reihenfolge aufgestapelt und zu dem Verbund des Tragrahmens miteinander verklebt werden. Durch das Kleben als Kaltfügeverfahren wird dies problemlos möglich, sodass eine hochflexible Anpassung des fertigen Tragrahmens aufgrund seiner Verbundbauweise und dem Verkleben der einzelnen Schichten möglich wird. Beispielsweise können im Bereich stark beanspruchter Oberflächen Schichten aus Blech eingesetzt werden, während in anderen Bereichen Schichten aus Kunststoff oder zur Steigerung der Festigkeit Schichten aus mit Fasern verstärktem Kunststoff, beispielsweise CfK-Schichten, zwischen metallischen Deckschichten eingesetzt werden.
-
Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Tragrahmens ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
-
Dabei zeigen:
- 1 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Tragrahmens;
- 2 den Tragrahmen gemäß 1 in einer Explosionsdarstellung; und
- 3 eine Schnittdarstellung durch einen Bereich des Tragrahmens mit einem Einlegeteil in einer teilweisen Explosionsdarstellung.
-
In der Darstellung der 1 ist ein Tragrahmen 1 für eine Batterie aus wenigstens einem Zellmodul mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen schematisch dargestellt. Der Tragrahmen 1 besteht im Wesentlichen aus einem Strukturbauteil, welches zwei mit 2 und 3 bezeichnete Flächen über den gesamten Umfang umschließt. In dem Tragrahmen 1 sind dabei Einlegeteile 4 zu erkennen, beispielsweise Gewindebuchsen.
-
Der Tragrahmen 1 in der Darstellung der 1 ist dabei in einer Sandwichbauweise aus einer Vielzahl von einzelnen Schichten 5 aufgebaut. In der Explosionsdarstellung der 2 sind diese einzelnen Schichten 5 dargestellt. In dem in 2 unteren Bereich befinden sich einige Schichten 5.1 bis 5.4, welche weitgehend identisch aufgebaut sind und in sich geschlossen um die Fläche 2 verlaufen. Im Anschluss kommen weitere Schichten 5.5 bis 5.6, welche sowohl um die Fläche 2 als auch um die Fläche 3 verlaufen. Im Anschluss kommen weitere Schichten 5.7 bis 5.13, die um die gesamte Fläche 3 verlaufen, die bezüglich der Fläche 2 jedoch in der Darstellung der 2 links mittig eine Öffnung aufweisen. In der Explosionsdarstellung sind außerdem die Einlegeteile 4 zu erkennen, welche oberhalb der sechsten Schicht 5.6 in randoffene Ausnehmungen der siebten und achten Schicht 5.7 und 5.8 eingelegt sind, und im Anschluss in Bohrungen der darauffolgenden Schichten 5.9 bis 5.13.
-
In der Darstellung der 3 ist eine Schnittdarstellung durch den Schichtaufbau mit einem solchen Einlegeteil 4 zu erkennen, wobei hier eine teilweise Explosionsdarstellung gewählt wurde, die Schichten 5 also anders als beim fertigen Tragrahmen 1 der 1 mit leichtem Abstand zueinander dargestellt sind. Der Aufbau besteht vergleichbar wie in den 1 und 2 aus dreizehn einzelnen Schichten. Die unteren vier Schichten 5.1 bis 5.4 weisen eine große Durchgangsbohrung 7 auf. Dann kommen zwei Schichten 5.5 und 5.6 mit einer entsprechend kleineren Durchgangsbohrung 8. Die Schichten 5.7 und 5.8 weisen jeweils eine randoffene Ausnehmung 9 auf, welche sich formschlüssig um einen Flansch 6 als konstruktives Element 6 des Einlegeteils 4 legen. Im Anschluss sind die Schichten 5.9 bis 5.13 wieder mit einer passgenau zum Durchmesser des Einlegeteils 4 in der Darstellung der 3 oberhalb des Flansch ausgestatten Bohrung 10 versehen. Wird dieser Aufbau mit den dreizehn Einzelschichten 5 nun aufeinandergelegt, so wird das Einlegeteil 4 entsprechend fixiert. Im Bereich des Flanschs 6 kommt es zu einer formschlüssigen Anlage an der Schicht 5.6 einerseits und an der Schicht 5.9 andererseits sowie seitlich im Bereich der Ausnehmungen 9 der Schichten 5.7 und 5.8, da das Einlegeteil, anders als es in der Darstellung der 3 wirkt, nicht rund sondern aus zwei nebeneinander angeordneten Gewindebuchsen ausgebildet ist. Diese sind in den 1 und 2 entsprechend zu erkennen.
-
Der gesamte Verbund aus den 13 einzelnen Schichten 5 wird dann zusammen mit den eingelegten Einlegeteilen 4 aufeinander gestapelt und in einem Kaltfügeverfahren verklebt. Die einzelnen Schichten 5, welche jeweils einteilig oder aus mehreren Einzelteilen ausgebildet sein können, werden so zusammen mit den Einlegeteilen 4 zu einem festen strukturellen Verbund des Tragrahmens 1 gefügt.
-
Durch das Kaltfügeverfahren und die einfache Möglichkeit Einlegeteile 4 wie beispielsweise Anschlusselemente, Verbinder, Gewindebuchsen oder dergleichen zu integrieren, entsteht ein sehr einfacher und effizienter Aufbau. Dabei können verschiedene Materialien wie beispielsweise Metalle, Kunststoffe, faserverstärkte Kunststoffe und dergleichen annähernd beliebig untereinander kombiniert werden, um so in jeder einzelnen Schicht 5 des Tragrahmens 1 die für diese Schicht 5 idealen Materialeigenschaften und kräfteaufnehmenden Strukturen zu realisieren. Alles in allem entsteht so ein Aufbau, welcher außerordentlich stabil ist, und welcher insbesondere in den Ecken der Flächen 3 und insbesondere der Fläche 2 auch bei beengten Platzverhältnissen für den Tragrahmen 1 eine sehr hohe Festigkeit und Stabilität im Verhältnis zum Materialeinsatz bietet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
