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Die Erfindung betrifft ein Fügeverfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art, ein Sandwichbauteil nach der im Oberbegriff von Anspruch 7 näher definierten Art sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Sandwichbauteil.
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Die Elektrifizierung des Verkehrssektors stellt einen wichtigen Bestandteil zur Reduktion des Ausstoßes klimaschädlicher Gase dar. So nimmt eine Anzahl elektrisch angetriebener Fahrzeuge kontinuierlich zu. Dabei kann es sich um sogenannte Hybrid- oder Plugin-Hybrid-Fahrzeuge handeln, welche neben einem Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs auch noch einen klassischen Verbrennungsmotor aufweisen, oder auch um rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge. Zur Energieversorgung der Elektromotoren umfassen diese Fahrzeuge einen elektrischen Energiespeicher, typischerweise in Form eines Akkumulators mit einer möglichst hohen Kapazität, um eine hohe Fahrzeugreichweite zu gewährleisten. Ein solcher Akkumulator, auch als Traktionsbatterie bezeichnet, lässt sich dabei effizient nur innerhalb eines gewissen Temperaturbereichs betreiben. So ist die Traktionsbatterie bei besonders hohen Temperaturen im Sommer zu kühlen und bei besonders tiefen Temperaturen im Winter zu beheizen. Um Wärmeverluste, beziehungsweise ein zu starkes Aufheizen der Traktionsbatterie zu verhindern, weisen elektrisch angetriebene Fahrzeuge oftmals Dämmmaterialien auf, welche die Traktionsbatterie zur einer Fahrzeugumgebung hin abschirmen. Hierdurch kann ein Kühl- beziehungsweise Heizbedarf zum Temperieren der Traktionsbatterie verringert werden, wodurch eine Reichweite eines entsprechende Dämmeinrichtungen aufweisenden Fahrzeugs erhöht werden kann.
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Bei der Auslegung von Elektrofahrzeugen ist zudem eine unfallsichere Auslegung einer Traktionsbatterieaufnahme am Fahrzeug von Bedeutung. Da eine Traktionsbatterie typischerweise korrosive Materialien wie ein korrosives Elektrolyt umfasst, darf dieses bei einem Unfall und einer entsprechenden Beschädigung eines Batteriegehäuses nicht aus der Traktionsbatterie entweichen. Ebenso besteht die Gefahr, dass einzelne von der Traktionsbatterie umfasste galvanischen Zellen bei einem Unfall zu einer Fahrzeugumgebung hin geöffnet werden, wodurch Luftsauferstoff in die galvanischen Zellen eindringen und mit einzelnen Bestandteilen der galvanischen Zellen exotherm reagieren kann. Dies wird als thermischen Durchgehen bezeichnet.
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Gemäß dem Stand der Technik erfolgt eine Aufnahme einer Traktionsbatterie von einem Fahrzeug über eine separate Haltevorrichtung. Ebenso ist eine separate Vorrichtung zur Temperierung der Traktionsbatterie vorgesehen. Um die Traktionsbatterie ausreichend vor einer Beschädigung aus Richtung einer Fahrbahn zu schützen, beispielsweise vor aufgeschleuderten Steinchen oder durch Aufsetzen des Fahrzeugs, ist typischerweise eine Traktionsbatterie über ein an einer Fahrzeugunterseite vorgesehenes Bodenblech gegenüber der Fahrzeugumgebung abgegrenzt. Somit sind zur Aufnahme und Kühlung der Traktionsbatterie sowie zum Schützen der Traktionsbatterie vor einer Beschädigung aus Richtung einer Fahrzeugunterseite jeweils entsprechende separate Einzelkomponenten notwendig. Dies erhöht einen Aufwand zum Vorsehen einer Traktionsbatterie in einem Fahrzeug, führt zu höheren Kosten sowie einem hohen Fahrzeuggewicht.
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Zur thermischen und elektrischen Isolierung von Traktionsbatterien, beziehungsweise einzelner Komponenten solcher Traktionsbatterien, wie Batteriemodulen oder galvanische Zellen, ist generell aus dem Stand der Technik bekannt die Traktionsbatterien, beziehungsweise die einzelnen Komponenten, mit einem isolierenden Schaum zu versehen. Mit Hilfe eines solchen Schaums kann auch ein Eindringen von Feuchte in die Traktionsbatterie verhindert werden. Als Schaum werden organische und anorganische Schäume verwendet, welche flüssig oder zäh an oder in die Traktionsbatterie eingebracht werden und dort aushärten. Ebenfalls kann eine Matte aus einem solchen Schaum hergestellt und diese nach Trocknung des Schaums an der Traktionsbatterie vorgesehen werden. Ein solcher Schaum zur thermischen und/oder elektrischen Isolierung von Batterien ist beispielsweise aus der
DE 695 10 589 T2 , der
DE 10 2015 121 107 A1 , der
DE 10 2015 202 339 A1 sowie der
DE 10 2011 052 513 A1 bekannt.
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Ferner offenbart die
DE 10 2007 010 751 A1 ein Batteriegehäuse zur Aufnahme eines Zellverbunds und einer Kühleinrichtung in Form einer mit Kühlkanälen versehenen Bodenplatte, wobei die Bodenplatte vertikale Kühlstäbe umfasst, welche zwischen den einzelnen Zellen des Zellverbunds angeordnet sind. In das Batteriegehäuse ist eine wärmeleitfähige und elektrisch isolierende Vergussmasse, beispielsweise aus Silikon oder einem Epoxidharz eingefüllt, wobei die Vergussmasse zur Ausfüllung vom Batteriegehäuse umfasster Freiräume dient. Somit wird eine spielfreie Fixierung der einzelnen Zellen des Zellverbunds sowie der Kühlstäbe innerhalb des Batteriegehäuses gewährleistet. Zudem lassen sich hierdurch Bauteiltoleranzen ausgleichen. Zur Erhöhung einer Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse kann diese auch Wärmeleitpartikel aufweisen. Der Kerngedanke der in der Druckschrift offenbarten Erfindung liegt dabei darin direkt das Batteriegehäuse als Form für die Vergussmasse zu nutzen. Somit entfällt die Notwendigkeit ein separates Metallblech zum Ausbilden der Form zu nutzen, wodurch das Batteriegehäuse einen geringeren Bauraum benötigt und ein Gewicht des Batteriegehäuses reduziert werden kann. Außerdem offenbart die Druckschrift das Vorsehen einer thermisch und elektrisch isolierenden Dämmschicht an einer Innenseite des Batteriegehäuses. Die Druckschrift offenbart dabei jedoch lediglich den Einbau und die Befestigung eines Zellverbunds in einem Batteriegehäuse. Das Vergießen der Zellen des Zellverbundes im Batteriegehäuse ist zudem mit einem hohen Aufwand verbunden und führt zu einer nicht lösbaren Befestigung der Zellen.
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Zudem ist aus der
DE 10 2016 103 411 A1 eine Batterieeinrichtung zur Aufnahme von Batteriemodulen für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug bekannt. Die Batterieeinrichtung umfasst eine Sandwich- beziehungsweise Verbundplatte, welche gleichzeitig eine Kühlfunktion und eine mechanische Schutzfunktion, analog zu einem Fahrzeugbodenblech, übernimmt. Außerdem ermöglicht die Sandwichplatte eine Aufnahme von Batteriemodulen am Fahrzeug bei gleichzeitiger Gewährung einer thermischen und akustischen Isolationswirkung. Zudem offenbart die Druckschrift ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Sandwichplatte mit Hilfe eins Fügeprozesses, bei dem einzelne Schichten der Sandwichplatte unter einer Druck- und Wärmeaufprägung miteinander verpresst werden. Hierzu sind jedoch die einzelnen Schichten der Sandwichplatte aufwändig separat herzustellen bevor sie gemeinsam in einem Presswerkzeug gefügt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fügeverfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Fügeverfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie ein solches Sandwichbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Sandwichbauteil ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.
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Bei einem Fügeverfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils der eingangs genannten Art werden wenigstens zwei Bauteile und/oder Baugruppen in einem Presswerkzeug unter Aufprägung eines Anpressdrucks verbunden. Erfindungsgemäß weist das Fügeverfahren wenigstens folgende Verfahrensschritte auf:
- - Aufnahme eines ersten Bauteils und einer ersten Baugruppe in einer ersten Gesenkform des Presswerkzeugs, wobei das erste Bauteil oder die erste Baugruppe eine an einer Seite zu einer Umgebung hin geöffnete Kavität aufweist und sich das erste Bauteil oder die erste Baugruppe an einer der zur Umgebung hin geöffneten Seite gegenüberliegenden Seite zumindest abschnittsweise an der ersten Gesenkform abstützt;
- - Applizieren eines aushärtbaren Schaums in die Kavität des ersten Bauteils oder der ersten Baugruppe aus Richtung der zur Umgebung hin geöffneten Seite;
- - Verschließen der Kavität mit einem zweiten Bauteil oder einer zweiten Baugruppe durch Verfahren des zweiten Bauteils oder der zweiten Baugruppe in eine Fügeposition, in der sich das zweite Bauteil oder die zweite Baugruppe zumindest mittelbar auf einer Kontaktfläche am ersten Bauteil oder der ersten Baugruppe abstützt und die zur Umgebung hin geöffnete Seite der Kavität zur Umgebung hin vollständig abdeckt, wobei sich das zweite Bauteil oder die zweite Baugruppe mit einer der Kavität abgewandten Seite zumindest abschnittsweise an einer zweiten Gesenkform des Presswerkzeugs abstützt;
- - Fixieren des zweiten Bauteils oder der zweiten Baugruppe in der Fügeposition für eine festgelegte Aushärtezeitdauer, während sich der Schaum in der Kavität aufbläht und dabei jeweils das erste Bauteil oder die erste Baugruppe und das zweite Bauteil oder die zweite Baugruppe an die jeweilige Gesenkform an der sich die Bauteile und/oder Baugruppen abstützten, anpresst, wodurch sich die zu fügenden Bauteile und/oder Baugruppen ausrichten, sodass potentielle Bauteiltoleranzüberschreitungen ausgeglichen werden;
- - Voneinander Wegbewegen der ersten und zweiten Gesenkform zur Freigabe des durch Aushärten des Schaums gefügten Sandwichbauteils und Entnahme des Sandwichbauteils aus dem Presswerkzeug.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens ist somit ein gleichzeitiges Fügen und Richten der zu fügenden Bauteile und/oder Baugruppen möglich. Hierdurch lässt sich ein Fertigungsaufwand zur Herstellung des Sandwichbauteils reduzieren, wodurch sich ebenfalls Kosten einsparen lassen. Die Gesenkformen des Presswerkzeugs bilden dabei einen Hohlraum aus, welcher eine Sollgeometrie des fertigen Sandwichbauteils entspricht. Durch Aufblähen des Schaums werden dann die zu fügenden Bauteile und/oder Baugruppen gegen die Gesenkformen, und damit in die Sollposition gedrückt. Hierdurch lassen sich die Bauteile beziehungsweise Baugruppen besonders einfach und zuverlässig richten.
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Das erfindungsgemäße Fügeverfahren lässt sich dabei mit einer beliebigen geometrischen Ausrichtung durchführen. So kann in eine vertikale Richtung betrachtet zuerst das erste Bauteil oder die erste Baugruppe in die erste Gesenkform von oben eingelegt werden, wobei die Kavität ebenfalls in die obere Richtung zeigt, und der Schaum von oben in die Kavität eingespritzt wird. Anschließend wird das zweite Bauteil oder die zweite Baugruppe ebenfalls von oben auf das zweite Bauteil oder die zweite Baugruppe gedrückt und in der Fügeposition festgehalten. Es ist jedoch auch möglich das erste Bauteil oder die erste Baugruppe von unten in die erste Gesenkform einzuführen, wobei die Kavität zur Umgebung nach unten hin geöffnet ist, woraufhin der Schaum von unten in die Kavität eingespritzt wird. Anschließend wird das zweite Bauteil oder die zweite Baugruppe von unten an das erste Bauteil oder die erste Baugruppe herangefahren und an diese angepresst. Ebenso ist es möglich, dass die Gesenkformen beziehungsweise die Bauteile oder Baugruppen zu einer horizontalen Seite ausgerichtet sind, sodass das Aufeinanderzubewegen und Verpressen der Bauteile beziehungsweise Baugruppen in eine horizontale Richtung erfolgt.
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Generell ist die Kavität lediglich an einer Seite zur Umgebung hin geöffnet, und an den übrigen fünf Seiten von einer Wandung des ersten Bauteils oder der ersten Baugruppe begrenzt, sodass nach Verschließen der Kavität durch das zweite Bauteil oder die zweite Baugruppe der Schaum, während er sich aufbläht, an keiner Stelle aus der Kavität in die Umgebung entweichen kann. Indem eine Ausbreitung des sich aufblähenden Schaums in der Kavität eingeschränkt wird, kann der sich ausbreitende Schaum einen Druck auf die zu fügenden Bauteile und/oder Baugruppen auswirken. Nachdem der Schaum ausgehärtet ist, haftet er an den zu fügenden Bauteilen und/oder Baugruppen an und bildet einen die Bauteile und/oder Baugruppen verbindenden Schaumkern aus.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Fügeverfahrens sieht vor, dass vor Verschließen der Kavität mit dem zweiten Bauteil oder der zweiten Baugruppe ein Klebstoff auf die Kontaktfläche appliziert wird. In diesem Falle liegen die fügenden Bauteile und/oder Baugruppen nicht unmittelbar, sondern mittelbar über dem Klebstoff an der Kontaktfläche aufeinander an. Mit Hilfe des Klebstoffs lässt sich eine Verbindung der zu fügenden Bauteile und/oder Baugruppen weiter verbessern. So sind die zu fügenden Bauteile und/oder Baugruppen nicht nur über den ausgehärteten Schaum miteinander verbunden, sondern auch über den Klebstoff. Während die zu fügenden Bauteile und/oder Baugruppen vom Presswerkzeug in der Fügeposition gehalten werden, üben die erste und zweite Gesenkform einen Anpressdruck auf die zu fügenden Bauteile und/oder Baugruppen, sowie den Schaum aus. Hierdurch kann eine Adhäsionswirkung sowohl des aushärtenden Schaums, als auch des Klebstoffs verbessert werden.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Fügeverfahrens wird die erste Baugruppe von einer mit wenigstens einem Kühlkanal versehenen Wanne ausgebildet. Bei der Wanne kann es sich insbesondere um eine Wanne zur Aufnahme von wenigstens einem Batteriemodul zur Ausbildung einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs handeln. Zur Kühlung einer solchen Traktionsbatterie weist die Wanne wenigstens einen Kühlkanal auf. Dabei kann der Kühlkanal von einer Kühlkanalplatte ausgebildet sein, welche insbesondere an die Wanne angelötet ist. Die Wanne ist darüber hinaus insbesondere durch einen Tiefziehprozess oder einem Abkantprozess in ihre Form gebracht worden. Während dem Tiefziehen oder Abkanten der Wanne können erste Bauteiltoleranzabweichungen in die Wanne eingebracht werden. Beim Anlöten der Kühlkanäle, beziehungsweise der Kühlkanalplatte an die Wanne heizt sich die Wanne stark auf. Dies kann zu thermischen Spannungen in der Wanne führen, wodurch sich die Wanne noch weiter verformt. Hierdurch können die Bauteiltoleranzabweichungen noch weiter zunehmen. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens lassen sich dank des Ausrichtens der zu fügenden Bauteile und/oder Baugruppen solche Bauteiltoleranzüberschreitungen besonders einfach und zuverlässig ausgleichen. Deshalb eignet sich das erfindungsgemäße Fügeverfahren ganz besonders zum Fügen und Richten einer mit Kühlkanälen versehenen Wanne zur Aufnahme einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs. Durch das Richten der Wanne lässt sich zudem eine Oberflächengenauigkeit der Wanne verbessern, wodurch einzelne Batteriemodule zur Ausbildung der Traktionsbatterie besonders einfach und zuverlässig von der Wanne aufgenommen werden können. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens lassen sich auch solche verzogenen Wannen fügen und richten, welche sonst aufgrund vergleichsweise großer Bauteiltoleranzüberschreitungen als Ausschussware angesehen würden. Die erste Baugruppe kann neben der Wanne und den Kühlkanälen auch weitere Einzelkomponenten, wie beispielsweise einen Rahmen, aufweisen. Insbesondere mit Hilfe des Rahmens lässt sich die Kavität seitlich so begrenzen, dass die Kavität lediglich in eine Richtung zur Umgebung hin geöffnet ist. Zudem lässt sich die Wanne mit Hilfe des Rahmens versteifen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Fügeverfahrens sieht ferner vor, dass das zweite Bauteil von einer Platte, insbesondere einem Unterbodenschutzblech, ausgebildet wird. Bei der Platte kann es sich um eine beliebige Platte wie eine Kunststoff- oder Metallplatte handeln. Das zweite Bauteil, beziehungsweise die Platte, dient dabei dazu die Wanne in einem eingebauten Zustand der Wanne an einer übergeordneten Struktur, beispielsweise einem Fahrzeug, in Richtung einer Umgebung hin abzuschirmen. Die Wanne, der Schaum(kern) und die Platte, insbesondere das Unterbodenschutzblech, bilden somit das Sandwichbauteil aus. Hierdurch lässt sich eine funktionsintegrierte, von einem einzigen Bauteil ausgebildete Aufnahme für Batteriemodule einer Traktionsbatterie schaffen, welche gleichzeitig eine Kühlfunktion, thermische Isolierfunktion und eine Schutzfunktion aufweist.
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Durch eine Herstellung des Schaumkerns des Sandwichbauteils mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich eine thermische Isolierwirkung des Sandwichbauteils weiter verbessern, wodurch die Batterie im Sommer weniger gekühlt und im Winter weniger beheizt werden muss. Hierdurch lässt sich eine Reichweitenverbesserung erzielen, da eine durch den verringerten Heizbeziehungsweise Kühlbedarf eingesparte Energiemenge für einen Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht.
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Zudem weist das Sandwichbauteil gegenüber einer klassischen Traktionsbatterieaufnahme, welche aus einer Vielzahl einzelnen Komponenten besteht, eine erhöhte Festigkeit und ein erhöhtes Schubmodul auf, was eine bessere Crashbeziehungsweise Crushschutzwirkung gewährleistet. Mit Hilfe des Schaums wird im Falle einer Beschädigung wenigstens eines Kühlkanals zudem ein Auslaufen von Kühlflüssigkeit aus dem Sandwichbauteil heraus verhindert. Hierzu ist der Schaum insbesondere geschlossen porig ausgeführt. Aufgrund der verbesserten thermischen Eigenschaften des Sandwichbauteils kann zudem ein Wärmeleitpasten- beziehungsweise Klebstoffeinsatz zur Befestigung einzelner Batteriemodule an der Wanne reduziert werden.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Fügeverfahrens wird ein vom aufgeblähten Schaum ausgeübter Anpressdruck eingestellt, insbesondere durch Verändern eines Quellgrads des Schaums. Durch Einstellen des durch den aufgeblähten Schaums ausgeübten Anpressdrucks lässt sich ein Ausrichten der Bauteile und/oder Baugruppen im Presswerkzeug gezielt steuern. So lassen sich die potentiellen Bauteiltoleranzüberschreitungen noch zuverlässiger ausgleichen.
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Bevorzugt wird als Schaum ein Kunststoffschaum oder ein Kunstharzschaum, insbesondere ein Polyurethanschaum verwendet. Hierbei handelt es sich um bewährte Stoffe zur Ausbildung des Schaums. So lässt sich der Schaum besonders zuverlässig und kostengünstig herstellen.
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Ein Sandwichbauteil mit wenigstens einer Wanne, einer Platte und einer im Wesentlichen zwischen der Wanne und der Platte angeordneten Schaumkern wird erfindungsgemäß mit einem im vorigen beschriebenen Verfahren hergestellt. Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens lässt sich das Sandwichbauteil somit besonders einfach, zuverlässig und günstig herstellen. Zudem weist das so hergestellte Sandwichbauteil, verglichen mit aus dem Stand der Technik bekannten Aufnahmen für Fahrzeugtraktionsbatterien, überragende thermische und elektrische Isolationseigenschaften auf. Zudem lässt sich die Traktionsbatterieaufnahme durch Verwenden eines solchen erfindungsgemäßen Sandwichbauteils besonders unfallsicher ausführen.
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So ist bei einem Fahrzeug mit einem solchen Sandwichbauteil erfindungsgemäß das Sandwichbauteil dazu eingerichtet wenigstens ein Batteriemodul einer Traktionsbatterie aufzunehmen und einen Fahrzeuginnenraum wenigstens in Richtung einer Fahrbahn gegenüber einer Umgebung abzuschirmen. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein beliebiges Fahrzeug wie einen PKW, LKW, Transporter, Bus oder dergleichen handeln.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, des erfindungsgemäßen Sandwichbauteils und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Schnittansicht einer aus dem Stand der Technik bekannte Bauteilanordnung zur Aufnahme wenigstens eines Batteriemoduls zur Ausbildung einer Traktionsbatterie;
- 2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Sandwichbauteils zur Aufnahme wenigstens eines Batteriemoduls zur Ausbildung einer Traktionsbatterie;
- 3 eine Prinzipdarstellung einzelner Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Fügeverfahrens zur Herstellung des in 2 gezeigten Sandwichbauteils; und
- 4 eine Prinzipdarstellung zweier Ausschusswannen deren Bauteiltoleranzen außerhalb eines gültigen Bereichs liegen, wobei die Bauteiltoleranzen zur Herstellung einer ordnungsgemäßen Wanne durch Richten mit Hilfe des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens ausgeglichen werden.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Bauteilanordnung 15 zur Aufnahme wenigstens eines nicht dargestellten Batteriemoduls zur Ausbildung einer ebenfalls nicht dargestellten Traktionsbatterie eines Fahrzeugs. Die Bauteilanordnung 15 umfasst hierzu eine Wanne 11, wenigstens einen mit der Wanne 11 verlöteten Kühlkanal 10, einen Rahmen 16 zur Erhöhung einer Steifigkeit der Bauteilanordnung 15, eine Isolationsmatte 17 sowie ein Unterbodenschutzblech 12. Dabei sind die Wanne 11 mit dem Rahmen 16 und der Rahmen 16 mit dem Unterbodenschutzblech 12 jeweils über eine Schicht aus Klebstoff 9 formschlüssig verbunden. Zur Aufnahme der nicht dargestellten Traktionsbatterie, beziehungsweise von der Traktionsbatterie umfasster Batteriemodule, bildet die Wanne 11 eine Aufnahmeaussparung 18 aus. Um die Bauteilanordnung 15 an einem Fahrzeug anzubringen, lässt sich beispielsweise der Rahmen 16 mit einem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen eines Fahrgestells des Fahrzeugs verbinden.
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Die Bauteilanordnung 15 umfasst eine Vielzahl von Einzelkomponenten. Somit ist die Bauteilanordnung 15 aufwändig herzustellen und weist ein vergleichsweise hohes Gewicht auf, was sich nachteilig auf eine Reichweite eines die Bauteilanordnung 15 umfassenden Fahrzeugs auswirkt. Zudem lässt sich trotz Vorsehens der Isolationsmatte 17 bei einem Unfall ein Austreten von Kühlflüssigkeit aus den Kühlkanälen 10 an eine Fahrzeugumgebung nicht verhindern.
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2 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Sandwichbauteils 1 welches mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Fügeverfahrens hergestellt wurde. Das Sandwichbauteil 1 umfasst ebenfalls die mit wenigstens einem Kühlkanal 10 versehene Wanne 11, welche hier ebenfalls über eine Schicht aus Klebstoff 9 mit dem Rahmen 16 verbunden ist. Anstelle der Isolationsmatte 17 weist das Sandwichbauteil 1 jedoch einen Schaumkern 14 auf, welcher wenigstens sowohl an der Wanne 11, als auch am Unterbodenschutzblech 12 anhaftet. Zur besseren Fixierung des Unterbodenschutzblechs 12 an den restlichen Komponenten des Sandwichbauteils 1 ist das Unterbodenschutzblech 12 zudem ebenfalls über eine Schicht aus Klebstoff 9 mit dem Rahmen 16 verbunden. Der Schaumkern 14 weist gegenüber der Isolationsmatte 17 verbesserte thermische Isolationseigenschaften auf, wodurch die nicht dargestellte Traktionsbatterie im Sommer weniger stark gekühlt und im Winter weniger stark beheizt werden muss. Zudem wird das Unterbodenschutzblech 12 noch zuverlässiger fixiert, da es neben der Klebstoffschicht 9 auch über den Schaumkern 14 mit der Wanne 11 beziehungsweise dem Rahmen 16 verbunden ist. Der Schaumkern 14 füllt dabei einen Hohlraum 19 vollständig aus, was mechanische Eigenschaften des Sandwichbauteils 1 gegenüber der in 1 dargestellten Bauteilanordnung 15 verbessert. Insbesondere wird hierdurch eine Unfallsicherheit des Sandwichbauteils 1 verbessert, wodurch die nicht dargestellte Traktionsbatterie noch besser geschützt werden kann.
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3 veranschaulicht einzelne Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens zur Herstellung des in 2 gezeigten Sandwichbauteils 1. Dabei zeigt 3a) eine Aufnahme der in den 1 und 2 gezeigten Wanne 11 in einem Presswerkzeug 4, wobei die Wanne 11 hier ein erstes zu fügendes Bauteil 2.1, beziehungsweise eine erste zu fügende Baugruppe 3.1 ausbildet. Die Wanne 11 liegt mit einer Seite SGF1 auf einer ersten Gesenkform 4.1 des Presswerkzeugs 4 auf. Die Wanne 11 bildet ferner an einer in Richtung einer Umgebung hin ausgerichteten Seite Su eine Kavität 6 aus.
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3b) zeigt eine Applikation eines den späteren Schaumkern 14 ausbildenden Schaums 7, welcher aus Richtung der Umgebung in die Kavität 6 hineingespritzt wird. Bei dem Schaum 7 kann es sich um einen Kunststoff- oder einen Kunstharzschaum, insbesondere um einen Polyurethanschaum handeln.
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3b) zeigt einen optionalen, sich an das Einspritzen des Schaums 7 in die Kavität 6 anschließenden Verfahrensschritt. Dabei wird eine optionale Schicht aus Klebstoff 9 auf einer Kontaktfläche 8 des mit der Wanne 11 verbundenen Rahmens 16 aufgetragen.
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In 3c) wird ein zweites Bauteil 2.2 beziehungsweise eine zweite Baugruppe 3.2, hier in Form des Unterbodenschutzbleches 12, von einer zweiten Gesenkform 4.2 des Presswerkzeugs 4 aufgenommen und durch Aufeinanderzubewegen der ersten und zweiten Gesenkform 4.1, 4.2 mit dem Schaum 7 beziehungsweise dem Rahmen 16 verpresst. Dabei stützt sich das Unterbodenschutzblech 12 an einer der Kavität 6 abgewandten Seite SGF2 an der zweiten Gesenkform 4.2 ab. Das Unterbodenschutzblech 12 schließt dann die Kavität 6 gegenüber der Umgebung vollständig ab. So kann der Schaum 7 nicht aus der Kavität 6 an die Umgebung auslaufen.
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3d) zeigt einen Aushärteprozess des Schaums 7. Die erste und zweite Gesenkform 4.1, 4.2 bleiben bis zum Aushärten des Schaums 7 geschlossen, und halten hierdurch das Unterbodenschutzblech 12 in einer Fügeposition, sodass das Unterbodenschutzblech 12 über den Schaum 7 und den Klebstoff 9 mit dem Rahmen 16, beziehungsweise der Wanne 11, zum Sandwichbauteil 1 verbunden wird. Dabei bläht sich der Schaum 7 auf und übt einen Anpressdruck 13 auf das Unterbodenschutzblech 12 und die Wanne 11 aus. Durch das Schließen und Halten der ersten und zweiten Gesenkform 4.1 und 4.2 üben zudem die beiden Gesenkformen 4.1 und 4.2 einen Anpressdruck 5 auf das Unterbodenschutzblech 12 und die Wanne 11 aus. Der Anpressdruck 5 kann dabei wie in der Figur gezeigt konstant über eine Fläche, beziehungsweise in der zweidimensionalen Darstellung der 3d) entlang einer Linie, des Unterbodenschutzbleches 12 und der Wanne 11 verlaufen, es ist jedoch auch denkbar, dass der Anpressdruck 5 in Abhängigkeit eines Ortes stärker oder schwächer ausfällt, beispielsweise einen parabelförmigen Verlauf aufweist. Durch das Verpressen des Unterbodenschutzbleches 12, des Schaums 7, und des Rahmens 16 wird eine besonders zuverlässige Klebverbindung hergestellt, zudem werden die einzelnen Bauteile 2.1, 2.2 ausgerichtet, wodurch unzulässig hohe Bauteiltoleranzüberschreitungen ausgeglichen werden.
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Dies ist noch einmal in 4 veranschaulicht. Dabei zeigt 4 in einer linken Hälfte zwei verbogene Wannen 11. Diese weisen so große Bauteiltoleranzabweichungen auf, dass die Wannen 11 als Ausschuss zu betrachten sind. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens lassen sich die Bauteiltoleranzen jedoch ausgleichen, wodurch eine ordnungsgemäße Wanne 11, welche in 4 im rechten Bildausschnitt gezeigt ist, hergestellt werden kann. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens lässt sich somit eine Ausschussproduktion verringern, wodurch Kosten eingespart werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69510589 T2 [0005]
- DE 102015121107 A1 [0005]
- DE 102015202339 A1 [0005]
- DE 102011052513 A1 [0005]
- DE 102007010751 A1 [0006]
- DE 102016103411 A1 [0007]
