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Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für eine Hochvoltbatterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Ein solches Batteriegehäuse kann ein Gehäuseunterteil sowie einen Gehäusedeckel aufweisen. Bei der Montage der Hochvoltbatterie werden zunächst in einem Modulsetzprozess Batteriemodule in den nach oben offenen Gehäuseinnenraum des Gehäuseunterteils eingesetzt. Anschließend erfolgt ein Fügeprozess, bei dem der Gehäusedeckel auf das Gehäuseunterteil gesetzt wird.
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In einem gattungsgemäßen Batteriegehäuse sind der Deckelflansch und der Gehäuseflansch des Gehäuseunterteils miteinander verschraubt. Die Kontaktflächen zwischen dem Gehäusedeckel und dem Gehäuseunterteil sind planparallel in einer horizontalen Fügeebene ausgerichtet. Ein Spalt zwischen den Kontaktflächen ist mit einer fließfähigen Dichtmasse gefüllt.
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Die fließfähige Dichtmasse wird vor der Durchführung des Fügeprozesses auf zumindest einer der Kontaktflächen appliziert. Anschließend wird im Stand der Technik der Gehäusedeckel in einer Fügerichtung mit einer vordefinierten Fügekraft auf das Gehäuseunterteil gesetzt, wodurch sich die Dichtmasse zwischen den Kontaktflächen verteilt und ein überschüssiger Anteil der Dichtmasse vom Kontaktflächen-Spalt in den Gehäuseinnenraum verdrängt wird. Dies kann trotz hohem Dichtmasse-Materialaufwand zu einer Beeinträchtigung der Dichtwirkung zwischen den Kontaktflächen des Gehäusedeckels und des Gehäuseunterteils führen.
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Zusätzlich ergibt sich bei Verwendung einer niedrigviskosen Dichtmasse in Kombination mit einem Deckel aus dünnem Blech die Problematik, dass sich der Deckelflansch zwischen den Schraubpunkten undefiniert verformt, weil sich das Dichtmittel nicht in ausreichendem Maße verdrängen lässt.
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Aus der
US 2012/032 1939 A ist ein Batteriegehäuse für eine Batterie bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Batteriegehäuse für eine Hochvoltbatterie bereitzustellen, bei der mit konstruktiv einfachen Mitteln der Materialaufwand bei der Dichtmasse reduziert wird und/oder die Dichtwirkung der Dichtmasse erhöht wird.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 geht eine der Kontaktflächen der beiden Gehäuseteile nach gehäuseinnen in einen umlaufenden Dichtsteg über. Dieser verhindert im Fügeprozess ein undefiniertes Verdrängen von zum Abdichten benötigter Dichtmasse in den Gehäuseinnenraum hinein. Dadurch wird der Materialaufwand der Dichtmasse in vorteilhafter Weise verringert und außerdem sichergestellt, dass die gewünschte Dichtwirkung erreicht wird. Der Dichtsteg kann senkrecht auf der Kontaktfläche stehen. In diesem Fall können der Dichtsteg, die Kontaktfläche und die Deckelgeometrie eine Dichtkammer definieren, in der eine Dichtrichtung nicht senkrecht zu der Kontaktfläche ausgerichtet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Dichtsteg mit einer Steghöhe von der Kontaktfläche des einen Gehäuseteils abragen. Der Dichtsteg kann eine nach gehäuseinnen weisende Steg-Innenflanke und eine nach gehäuseaußen weisende Steg-Außenflanke aufweisen, die an einem Steg-Scheitel zusammenlaufen. Im Zusammenbauzustand kann der Steg-Scheitel in einer Fügerichtung und/oder die Steg-Außenflanke quer zur Fügerichtung jeweils über einen Füge-Freigang von dem anderen Gehäuseteil beabstandet sein. Der Dichtsteg bildet somit einerseits eine Fließ-Barriere für die zum Abdichten benötigte Dichtmasse. Andererseits ist durch den Füge-Freigang sichergestellt, dass der Dichtsteg im Fügeprozess nicht als Störkontur wirkt.
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In einer konkreten Ausführungsform kann das eine Gehäuseteil ein Gehäuseunterteil sein und das andere Gehäuseteil ein Gehäusedeckel sein. Außerdem kann der Dichtsteg am Gehäuseunterteil angeformt sein. Der Gehäusedeckel kann im Fügeprozess in einer Fügerichtung von oben auf das Gehäuseunterteil setzbar sein. In diesem Fall kann die Fügeebene quer zur Fügerichtung ausgerichtet sein, während die beiden Kontaktflächen in der Fügeebene ebenflächig sowie planparallel einander gegenüberliegen können.
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Das Gehäuseunterteil kann beispielhaft wannenförmig ausgebildet sein, und zwar mit einem Gehäuseboden und einer umlaufenden Gehäuse-Seitenwand. Außerdem kann das Gehäuseunterteil ein Druckgussbauteil oder ein Strangpressbauteil oder ein Spritzgussbauteil sein, das insbesondere aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, hergestellt ist. Der Gehäusedeckel kann beispielhaft ein großflächiges Blechformteil, insbesondere aus Aluminium, sein. Um (speziell bei dünnem Blech) die Deckel-Formstabilität zu steigern, kann der Gehäusedeckel schalenförmig ausgebildet sein, und zwar mit einer horizontal ausgerichteten Deckel-Deckwand. Von der Deckel-Deckwand kann randseitig eine umlaufende Deckel-Seitenflanke heruntergezogen sein. Diese kann in einen nach gehäuseaußen abgewinkelten und ebenfalls umlaufenden Deckelflansch übergehen. Im Zusammenbauzustand ist der Deckelflansch in umlaufender Flanschverbindung mit einem Gehäuseflansch des Gehäuseunterteils.
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In der obigen Ausführungsform kann die Dichtsteg-Außenflanke über einen Quer-Freigang von der Deckel-Seitenflanke beabstandet sein. Außerdem kann der Dichtsteg-Scheitel über einen Vertikal-Freigang von der Deckel-Seitenflanke bzw. der Deckel-Deckwand beabstandet sein. Somit ist sichergestellt, dass der Dichtsteg im Fügeprozess nicht als Störkontur wirkt.
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Bevorzugt kann die Dichtkammer von der Kontaktfläche des Gehäuseunterteils, der Dichtsteg-Außenflanke und der Deckel-Seitenflanke begrenzt sein. Die Dichtkammer kann über den Vertikal-Freigang nach gehäuseinnen offen sein. In diesem Fall kann der Steg-Scheitel des Dichtstegs als eine Überlaufkante wirken, über die die Dichtmasse in den Gehäuseinnenraum gelangen kann. Dies geschieht jedoch erst, nachdem der zur Verfügung stehende Raum der Dichtkammer vollständig gefüllt ist. Dies hat den Vorteil, dass ein prozesssicheres Zusammenfügen der Gehäuseteile gewährleistet ist.
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Die erfindungsgemäße Dichtgeometrie weist die Dichtkammer auf, die nach gehäuseaußen in den zwischen den beiden Kontaktflächen befindlichen Spalt übergeht. In einer bevorzugten Dichtvariante kann die Dichtkammer mit einer niederviskosen Dichtmasse (zum Beispiel Butyl) gefüllt sein, die eine Hauptdichtung des montierten Gehäuses bildet und nach dem Dichtmasse-Auftrag eine gewisse Formstabilität gewährleistet. Der zwischen den Kontaktflächen befindliche Spalt kann idealerweise frei von der niederviskosen Dichtmasse sein, um Varianzen in den Montageparametern zu vermeiden.
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Zusätzlich kann, wenn die Umweltbedingungen es erfordern, der Spalt in der Flanschverbindung mit einer hochviskosen (das heißt leicht verdrängbaren) Dichtmasse gefüllt sein, um eine Spaltkorrosion zu vermeiden. Alternativ dazu kann der Spalt in der Flanschverbindung auch ohne Dichtmasse verbleiben.
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Besonders bevorzugt können der Deckelflansch und der Gehäuseflansch an zumindest einer Schraubstelle miteinander verschraubt sein. Dies hat den Vorteil, dass die Kontaktflächen in ausreichender Weise gegeneinander verpresst sind und sich neben der gewünschten Dichtwirkung auch eine höhere mechanische Stabilität und eine elektrische Verbindung einstellt.
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Sollte der Bauraum nicht ausreichen, um einen Schraubflansch zu realisieren, sind auch andere Fügetechniken möglich. Beispielhaft kann auf die Verschraubung verzichtet werden, sofern die verwendete Dichtmasse aushärtend ist, das heißt eine ausreichende Klebwirkung aufweist. In diesem Fall kann gegebenenfalls als Fügetechnik alleine eine Klebeverbindung verwendet werden.
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Bei Verwendung einer zusätzlichen hochviskosen (das heißt leicht verdrängbaren) Dichtmasse im Spalt zwischen den Kontaktflächen kann bevorzugt die folgende Flanschgeometrie bereitgestellt sein: So kann der Gehäuseflansch nach gehäuseaußen in einen Randsteg übergehen, der um eine Stufenhöhe von der Fügeebene versetzt ist. Der Randsteg bildet zusammen mit dem gegenüberliegenden Deckelflansch ein nach gehäuseaußen offenes Nutprofil. Im Fügeprozess wirkt das Nutprofil als eine Verdrängungskammer, in die überschüssige hochviskose Dichtmasse vom Kontaktflächen-Spalt hinein verdrängt wird. Die hochviskose Dichtmasse tritt daher im Fügeprozess nicht außen am Gehäuse aus, so dass es gehäuseaußen nicht zu einer Tropfenbildung kommt.
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Besonders bevorzugt kann der Dichtsteg im Fügeprozess eine Positionierhilfe beziehungsweise Zentrierkontur bilden, die mit einer deckelseitigen Gegenkontur, insbesondere der Deckel-Seitenflanke, zusammenwirken kann. Dadurch ist speziell bei einem vollautomatisierten Fügeprozess eine lagesichere Positionierung des Gehäusedeckels auf dem Gehäuseunterteil gewährleistet.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in einer Teilschnittansicht ein Batteriegehäuse im Zusammenbauzustand; und
- 2 eine Ansicht, anhand der ein Fügeprozess veranschaulicht ist.
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In der 1 ist das Batteriegehäuse ist aus einem Gehäuseunterteil 1 und einem Gehäusedeckel 3 aufgebaut, die zusammen einen Gehäuseinnenraum 5 umschließen. Das Gehäuseunterteil 1 ist wannenförmig aus einem Gehäuseboden und einer Gehäuse-Seitenwand 33 aufgebaut. Der Gehäusedeckel 3 ist ein schalenförmiges Blechformteil, das eine horizontal ausgerichtete Deckel-Deckwand 9 aufweist, von der außenseitig eine Deckel-Seitenflanke 11 heruntergezogen ist, die in einen nach gehäuseaußen abgewinkelten Deckelflansch 13 übergeht. Der Deckelflansch 13 und ein Gehäuseflansch 15 des Gehäuseunterteils 1 sind mit ihren Kontaktflächen 17, 19 in einer Fügeebene E in Anlage zusammengefügt. Die beiden Kontaktflächen 17, 19 liegen einander ebenflächig sowie planparallel gegenüberliegen. Zudem sind die beiden Flansche 13, 15 an Schraubstellen 21 miteinander verschraubt, von denen in der 1 nur eine gezeigt ist. Die Fügeebene E ist in der 1 quer zu einer Fügerichtung F (2), das heißt in einer Gehäusequerrichtung y, ausgerichtet ist.
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In der 2 geht die Kontaktfläche 17 des Gehäuseflansches 15 nach gehäuseinnen in einen Dichtsteg 27 über. Dieser ragt um eine Steghöhe h (1) von der Kontaktfläche 17 ab und weist einen Steg-Scheitel 31, eine Steg-Innenflanke 29 sowie eine Steg-Außenflanke 30 auf.
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Die Dichtsteg-Außenflanke 30 ist in der Gehäusequerrichtung y über einen Quer-Freigang Δy von der Deckel-Seitenflanke 11 beabstandet ist. Zudem ist der der Dichtsteg-Scheitel 31 über einen Vertikal-Freigang Δz von der Deckel-Geometrie (das heißt von der Deckel-Seitenflanke 11 und der Deckel-Deckwand 9 beabstandet. Auf diese Weise definieren die Kontaktfläche 17 des Gehäuseflansches 15, die Dichtsteg-Außenflanke 30 und die Deckel-Geometrie eine Dichtkammer 35, die mit einer niederviskosen Dichtmasse 25 gefüllt ist. Die Dichtkammer 35 ist nach gehäuseinnen über den Vertikal-Freigang Δz offen gestaltet.
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In der 1 ist ein zwischen den beiden Kontaktflächen 17, 19 befindlicher Spalt 23 nicht mit der mit der niederviskosen Dichtmasse 25, sondern mit einer hochviskosen Dichtmasse 26 gefüllt. Um ein Austreten der hochviskosen Dichtmasse 26 nach gehäuseaußen zu vermeiden, weist die Flanschverbindung in der 1 die folgende Geometrie auf: So geht der Gehäuseflansch 15 nach gehäuseaußen in einen Randsteg 37 über, der um eine Stufenhöhe s von der Fügeebene E nach unten versetzt ist. Dadurch bildet sich ein nach außen offenes Nutprofil 38 (1) zwischen dem Randsteg 37 und dem gegenüberliegenden Deckelflansch 13. Das Nutprofil 38 wirkt als Verdrängungskammer, in die im Fügeprozess überschüssige hochviskose Dichtmasse 26 hinein verdrängt wird, um eine Tropfenbildung zu vermeiden.
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Nachfolgend wird anhand der 2 ein Fügeprozess beschrieben: Zunächst wird die niederviskose Dichtmasse 25 in einem umlaufenden Eckbereich 39 appliziert, der zwischen der Kontaktfläche 17 des Gehäuseflansches 15 und der Dichtsteg-Außenflanke 30 aufgespannt ist. Der gehäuseäußere Bereich der Kontaktfläche 17 wird mit der hochviskosen Dichtmasse 26 benetzt. Anschließend wird der Gehäusedeckel 3 in einer, in der Gehäusehochrichtung z ausgerichteten Fügerichtung F von oben mit einer Fügekraft auf das Gehäuseunterteil 1 gesetzt. Beim Aufsetzen verteilt sich die niederviskosen Dichtmasse 25 in der Dichtkammer 35. Mittels des Dichtstegs 27 wird ein Verdrängen der niederviskosen Dichtmasse 25 in den Gehäuseinnenraum 5 hinein begrenzt. Der Steg-Scheitel 31 des Dichtstegs 27 wirkt dabei als eine Überlaufkante, über die die niederviskose Dichtmasse 25 in den Gehäuseinnenraum 5 gelangen kann. Ein solcher Überlauf geschieht jedoch erst, nachdem der zur Verfügung stehende Raum in der Dichtkammer 35 vollständig gefüllt ist. Dies hat den Vorteil, dass ein prozesssicheres Zusammenfügen der Gehäuseteile gewährleistet ist.
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Der Dichtsteg 27 bildet im Fügeprozess zudem eine Positionierhilfe bzw. Zentrierkontur, die mit einer deckelseitigen Gegenkontur, das heißt mit der Deckel-Seitenflanke 11 zusammenwirkt, so das eine lagerichtige Deckel-Positionierung auf dem Gehäuseunterteil 1 vereinfacht wird.
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In der 1 ist der Spalt 23 zwischen den Kontaktflächen 17, 19 aus Korrosionsschutzgründen mit der hochviskosen Dichtmasse 26 gefüllt. Anstelle dessen kann in einer weiteren Ausführungsvariante auf die Verwendung der hochviskosen Dichtmasse 26 verzichtet werden. In diesem Fall wird die Dichtwirkung alleine von der in der Dichtkammer 35 positionierten niederviskosen Dichtmasse 25 erzielt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuseunterteil
- 3
- Gehäusedeckel
- 5
- Gehäuseinnenraum
- 9
- Deckfläche
- 11
- Deckel-Seitenwand
- 13
- Deckelflansch
- 15
- Unterteil-Gehäuseflansch
- 17, 19
- Kontaktflächen
- 21
- Schraubstelle
- 23
- Kontaktflächen-Spalt
- 25
- niederviskose Dichtmasse
- 26
- hochviskose Dichtmasse
- 27
- Dichtsteg
- 29
- Steg-Innenflanke
- 30
- Steg-Außenflanke
- 31
- Steg-Scheitel
- 33
- Gehäuse-Seitenwand
- 35
- Dichtkammer
- 37
- Randsteg
- 38
- Nutprofil
- E
- Fügeebene
- F
- Fügerichtung
- h
- Steghöhe
- s
- Stufenhöhe
- Δy
- Quer-Freigang
- Δz
- Vertikal-Freigang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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