DE102020209654B4 - Housing for holding a battery, especially a high-voltage battery - Google Patents

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Abstract

Gehäuse (1, 100) zur Aufnahme eines Energiespeichers, insbesondere einer Hochvoltbatterie, wobei das Gehäuse (1, 100) als schalenförmiges Element mit einem muldenförmigen Aufnahmeraum (A) für den Energiespeicher aus einer Rahmenstruktur mit einer Anzahl erster Bauteile als Gussbauteile und einer Anzahl zweiter Bauteilen aus Strangpressprofilen und einer Bodenplatte (9) in Hybridbauweise ausgeführt ist, wobei der Aufnahmeraum in z- Richtung durch die Bodenplatte (9) als Unterseite verschlossen ist, wobei die die Rahmenstruktur bildenden Anzahl erster und zweiter Bauteile zwecks Anbindung der Bodenplatte (9) eine am unteren Randbereich umlaufende nach innen versetzte Stufe ausbildet, die ein Einfügen der Bodenplatte (9) zur Ausbildung einer ebenen Bodenfläche und ein Verbinden der Bodenplatte (9) mit der Rahmenstruktur mittels eines Schweißverfahrens ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorderes und hinteres Gussteil (2, 3) als erste Bauteile die gegenüberliegenden Stirnseiten des Gehäuses (1, 100) bilden, und dass zwei Längsträger (4, 5) als die zweiten Bauteile, die seitlichen gegenüberliegenden Begrenzungswände als Rahmenstruktur für den muldenförmigen Aufnahmeraum A bilden, wobei die Längsträger (4, 5; 400; 500) eine Anzahl von Funktionsbereichen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) umfassen, wobei ein Funktionsbereich (4c) als Bodenplattenanbindungsbereich die nach innen versetzte Stufe ausbildet und das Verbinden der Bodenplatte (9) mittels eines Reibschweißverfahrens ermöglicht.Housing (1, 100) for accommodating an energy storage device, in particular a high-voltage battery, wherein the housing (1, 100) as a shell-shaped element with a trough-shaped receiving space (A) for the energy storage device consists of a frame structure with a number of first components as cast components and a number of second ones Components made of extruded profiles and a base plate (9) are designed in hybrid construction, the receiving space being closed in the z direction by the base plate (9) as the underside, the number of first and second components forming the frame structure for the purpose of connecting the base plate (9). forms a circumferential, inwardly offset step at the lower edge area, which enables the base plate (9) to be inserted to form a flat floor surface and the base plate (9) to be connected to the frame structure by means of a welding process, characterized in that a front and rear casting (2 , 3) form the opposite end faces of the housing (1, 100) as the first components, and that two longitudinal supports (4, 5) as the second components form the opposite side boundary walls as a frame structure for the trough-shaped receiving space A, the longitudinal supports (4 , 5; 400; 500) comprise a number of functional areas (4a, 4b, 4c, 4d, 4e), wherein a functional area (4c) as a base plate connection area forms the inwardly offset step and enables the base plate (9) to be connected by means of a friction welding process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse zur Aufnahme einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, wobei das Gehäuse durch eine Anzahl Gussbauteile und mit der Anzahl Gussbauteile verbundener Anzahl zweiten Bauteile, die aus Strangpressprofilen ausgebildet sind, in Hybridbauweise gebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gehäuses.The invention relates to a housing for accommodating a battery, in particular a high-voltage battery, the housing being formed in a hybrid design by a number of cast components and a number of second components connected to the number of cast components, which are formed from extruded profiles. The invention further relates to a method for producing such a housing.

Stand der TechnikState of the art

Elektromobilität ist das Zukunftsthema in der Automobilbranche. Die hierzu benötigten Batterien, die als Hochvoltbatterien ausgeführt sind, werden zum Schutz der Batterien und der Umwelt in entsprechenden Gehäusen verbaut.Electromobility is the future topic in the automotive industry. The batteries required for this, which are designed as high-voltage batteries, are installed in appropriate housings to protect the batteries and the environment.

Derartige Gehäuse sind beispielsweise als nach oben offene Halbschalen ausgeführt, wobei es unterschiedliche Bauformen gibt. Allen ist gemeinsam, dass sie mehr oder weniger wasserdicht sein müssen, rein, geometrisch sehr genau ausgeführt und eine hohe Eigensteifigkeit und Festigkeit aufweisen müssen. Insbesondere die große Bauform der Gehäuse und die Steifigkeit macht die kleinen Toleranzen erforderlich. Bei dem Zusammenbau des Kraftfahrzeugs und Befestigung des Gehäuses an der Fahrzeugkarosserie muss sich die Fahrzeugkarosserie an das Gehäuse anpassen und nicht umgekehrt.Such housings are designed, for example, as half-shells that are open at the top, and there are different designs. What they all have in common is that they must be more or less waterproof, clean, geometrically very precise and have a high level of inherent rigidity and strength. In particular, the large design of the housing and the rigidity make small tolerances necessary. When assembling the motor vehicle and attaching the housing to the vehicle body, the vehicle body must adapt to the housing and not the other way around.

Eine bekannte Gehäusebauform ist dabei aus einer Rahmenstruktur aus Strangpressprofilen und einer damit verbundenen Bodenplatte hergestellt. Diese Bauform hat den Vorteil, dass für die Rahmenstruktur fast ausschließlich Knetwerkstoffe verwendet werden. Beim Crash liegt der Vorteil auf der Hand. Gute Verformung und Festigkeitseigenschaften. Allerdings hat diese Ausführungsform auch einige Nachteile.A known housing design is made from a frame structure made of extruded profiles and a base plate connected to it. This design has the advantage that almost exclusively wrought materials are used for the frame structure. In the event of a crash, the advantage is obvious. Good deformation and strength properties. However, this embodiment also has some disadvantages.

Die Funktionsintegration ist kaum möglich. Jeder Anschraubpunkt als Befestigungsstelle, welcher nicht an der Strangpressfläche anliegt, erfordert ein eigenes Zusatzbauteil.Functional integration is hardly possible. Each screw point as a fastening point that does not rest on the extrusion surface requires its own additional component.

Des Weiteren haben Strangpressprofile für die oben genannte Anwendung eine zu große Fertigungstoleranz gerade in Hinblick auf Geradheit und Verwindung, so dass die geforderten Genauigkeiten nicht eingehalten werden können. Zusätzlich kommen noch Schweiß Verzüge hinzu. Um diese zu kompensieren ist meist eine Fräsbearbeitung des Zusammenbaus als einer der letzten Arbeitsschritte erforderlich. Die dabei entstehenden Späne und Kühlschmiermittelbenetzungen des Bauteils wiedersprechen der Reinheitsforderungen. Die Folge ist ein Waschprozess des Gesamtteils.Furthermore, extruded profiles for the above-mentioned application have too large a manufacturing tolerance, especially with regard to straightness and torsion, so that the required accuracies cannot be maintained. Additionally, welding causes distortions. In order to compensate for this, milling of the assembly is usually required as one of the final work steps. The resulting chips and cooling lubricant wetting of the component contradict the purity requirements. The result is a washing process of the entire part.

Um den zuvor genannten Schweißverzug zu reduzieren, und gleichzeitig ein „Dichtes“ Schweißverfahren zu erzielen wird gerne das sogenannte Reibschweißverfahren (FSW - friction stir welding- Verfahren) zur Verbindung von Bodenplatten an die Profil Strangpressrahmenstruktur verwendet. Aufgrund der geforderten Toleranzen ist allerdings nur eine Überlappverbindung möglich. Eine Überlappverbindung, welche mit dem Reibschweißverfahren hergestellt ist, hat zwangsweise immer einen Spalt zwischen Profilrahmen und Blech. Da dieser Spalt sehr klein ist kann er nicht auftrocknen. Es entsteht die sogenannte Spaltkorrosion, welche durch kontinuierliche Konzentrationszunahme zum Problem führt. Dies führt wiederum dazu, dass Nähte außen dann doch wieder mit dem MIG Verfahren (Herstellung von Schweißnähten mit Schutzgas) durchgeführt werden.In order to reduce the aforementioned welding distortion and at the same time achieve a “tight” welding process, the so-called friction stir welding process (FSW) is often used to connect floor panels to the profile extruded frame structure. However, due to the required tolerances, only an overlap connection is possible. An overlap connection made using the friction welding process always has a gap between the profile frame and the sheet metal. Since this gap is very small, it cannot dry out. This creates so-called crevice corrosion, which leads to a problem due to the continuous increase in concentration. This in turn leads to external seams being carried out using the MIG process (manufacture of weld seams with protective gas).

In einer anderen aus der DE 10 2018 214 739 A1 bekannten Bauform werden die Gehäuse für Batterien aus Aluminiumdruckguss Bauteilen hergestellt.
Diese Bauformen haben verfahrensbedingt ein Limit bei der Bauteilgröße. Bei kleineren Bauformen sind diese sehr erfolgreich im Einsatz. Bei großen Abmessungen z.B. 2000 x 1500 mm funktioniert eine einteilige Lösung nicht mehr, so dass mehrere Druckguss Bauteile aneinandergefügt werden müssen.
Die Vorteile der Gusslösungen liegen in der Funktionsintegration. Nachteile natürlich in den Werkstoffeigenschaften.In another from the DE 10 2018 214 739 A1 In a well-known design, the housings for batteries are made from die-cast aluminum components.
Due to the process, these designs have a limit on the component size. These are very successful in smaller designs. With large dimensions, for example 2000 x 1500 mm, a one-piece solution no longer works, so several die-cast components have to be joined together.
The advantages of casting solutions lie in the functional integration. Disadvantages of course in the material properties.

Des Weiteren ist aus der DE 10 2017 111 020 A1 ein Batteriegehäuse bekannt. Dieses Batteriegehäuse umfasst eine Rahmenstruktur, Tragprofile und eine Bodenplatte. Die Rahmenstruktur ist in einem Stück aus einem Leichtmetallwerkstoff gegossen. Die Tragprofile sind als Strangpressprofile ausgebildet und seitlich an der Rahmenstruktur verklebt oder verschweißt. Die Bodenplatte ist zur Ausbildung eines Aufnahmeraums bündig von unten in die Rahmenstruktur mit Tragprofilen eingefügt.Furthermore, from the DE 10 2017 111 020 A1 a battery case is known. This battery housing includes a frame structure, support profiles and a base plate. The frame structure is cast in one piece from a light metal material. The support profiles are designed as extruded profiles and are glued or welded to the side of the frame structure. The base plate is inserted flush from below into the frame structure with support profiles to form a receiving space.

Es ist daher Aufgabe Erfindung die aus dem Stand der Technik resultierenden Nachteile zu vermeiden und ein Gehäuse zur Aufnahme einer Batterie zu schaffen, welches eine erhöhte Steifigkeit bei einem geringen Gewicht, eine einfache Montage, sowie eine sichere und dichte Aufnahme der Batterie gewährleistet und welches auf kostengünstige Weise realisierbar ist.It is therefore the object of the invention to avoid the disadvantages resulting from the prior art and to create a housing for accommodating a battery, which ensures increased rigidity with a low weight, simple assembly, as well as a secure and tight accommodation of the battery and which can be realized cost-effectively.

Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.This task is solved by claim 1.

Die besondere Ausführung des Gehäuses welches eine Anzahl Gussbauteile als erste Bauteile und mit der Anzahl Gussbauteile verbundener Anzahl zweiten Bauteile, die aus Strangpressprofilen ausgebildet sind (Hybridbauweise), sowie die Ausbildung der Bauteile ermöglicht die Nutzung der Vorteile der einzelnen Gestaltungsformen (Guss, Profil usw.) sowie Fügeverfahren. Die kostentreibenden Nacharbeiten wie Fräsen, Waschen usw. fallen hierbei nicht an. Des Weiteren entstehen keine Probleme mit Spaltkorrosionen.The special design of the housing, which has a number of cast components as first components and a number of second components associated with the number of cast components, which are made of extruded profiles (hybrid construction), as well as the design of the components, enables the advantages of the individual design forms (cast, profile, etc.) to be used. ) and joining processes. Costly rework such as milling, washing, etc. is not necessary. Furthermore, there are no problems with crevice corrosion.

Die Ausführung des Gehäuses in einer Hybridbauweise aus Gussteilen und Profilteilen z.B. Strangpressprofilen, wobei alle Bauteile aus Aluminium als Werkstoff hergestellt sind, ermöglicht eine Leichtbauweise. Des Weiteren ist durch die entsprechende Ausführung und Anordnung der einzelnen Bauteile ein Mechanisches Kalibrieren (Richten) möglich. Erforderliche Funktionslöcher zur beispielsweise Anbindung an die Fahrzeugkarosserie können durch Stanzen eingebracht werden. Die geforderte Crashfunktion ist von der eigentlichen Gehäusestruktur getrennt. Aufgrund dieser Maßnahmen ist kein Waschen der Baugruppe erforderlich.The design of the housing in a hybrid construction made of cast parts and profile parts, e.g. extruded profiles, with all components made of aluminum as a material, enables a lightweight construction. Furthermore, mechanical calibration (alignment) is possible through the appropriate design and arrangement of the individual components. Required functional holes, for example for connection to the vehicle body, can be made by punching. The required crash function is separated from the actual housing structure. Due to these measures, no washing of the assembly is necessary.

In der ersten vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Gehäuse die folgenden Einzelteile:

  • - Gussteil vorne
  • - Gussteil hinten
  • - Längsträger links
  • - Längsträger rechts
  • - Crashleiste li.
  • - Crashleiste re.
  • - Querstreben 4x
  • - Bodenplatte
  • - Einpresshülsen am Längsträger
In the first advantageous embodiment, the housing comprises the following individual parts:
  • - Front casting
  • - Rear casting
  • - Longitudinal beam on the left
  • - Longitudinal member on the right
  • - Crash bar left.
  • - Crash bar right.
  • - Cross braces 4x
  • - Base plate
  • - Press-in sleeves on the longitudinal beam

Das Gehäuse ist als schalenförmiges Element mit einem muldenförmigen Aufnahmeraum für den Energiespeicher ausgeführt ist, wobei ein vorderes und hinteres Gussteil die gegenüberliegenden Stirnseiten bilden, und wobei zwei Längsträger als die zweiten Bauteile, die seitlichen gegenüberliegenden Begrenzungswände für einen muldenförmigen Aufnahmeraum A bilden. Hierdurch wird eine Rahmenstruktur vorgegeben, die aus den ersten und zweiten Bauteilen gebildet wird. Diese Rahmenstruktur wird mittels einer Bodenplatte als drittes Bauteil als Unterseite in z- Richtung gesehen verschlossen.The housing is designed as a shell-shaped element with a trough-shaped receiving space for the energy storage, with a front and rear casting forming the opposite end faces, and with two longitudinal beams as the second components, forming the opposite side boundary walls for a trough-shaped receiving space A. This specifies a frame structure that is formed from the first and second components. This frame structure is closed by means of a base plate as a third component as the underside in the z direction.

Das Gehäuse zur Aufnahme eines Energiespeichers, insbesondere einer Hochvoltbatterie, umfasst eine Rahmenstruktur aus einer Anzahl erster Bauteile und einer Anzahl zweiter Bauteile und eine Bodenplatte, wobei die Rahmenstruktur zwecks Anbindung der Bodenplatte eine am unteren Randbereich umlaufende nach innen versetzte Stufe ausbildet, die ein Einfügen der Bodenplatte zur Ausbildung einer ebenen Bodenfläche und ein Verbinden der Bodenplatte mit der Rahmenstruktur mittels eines Reibschweißverfahrens ermöglicht.The housing for accommodating an energy storage device, in particular a high-voltage battery, comprises a frame structure made up of a number of first components and a number of second components and a base plate, wherein the frame structure forms an inwardly offset step running around the lower edge region for the purpose of connecting the base plate, which allows insertion of the Base plate for forming a flat floor surface and enabling the base plate to be connected to the frame structure using a friction welding process.

Die Bodenplatte liegt hierbei ausgehend von der Unterseite auf an den Längsträgern sowie an den Gussteilen verlaufenden umlaufenden leistenförmigen Vorsprüngen auf. Diese umlaufenden Vorsprünge werden nachfolgend als Funktionsbereiche bezeichnet und bilden einen Absatz.Starting from the underside, the base plate rests on circumferential strip-shaped projections running on the longitudinal beams and on the cast parts. These surrounding projections are hereinafter referred to as functional areas and form a paragraph.

Nach dem Einfügen der Bodenplatte in die zuvor beschriebene Rahmenstruktur ergibt sich eine plane Unterseite und ein ebener Übergang zwischen Rahmenstruktur (erster und zweiter Bauteile) und Bodenplatte auf der Unterseite des Gehäuses. Diese obenstehende umlaufende Stufe an der Rahmenstruktur, d.h. an den Längsträgern und an den Gussteilen ermöglicht den Einsatz des Reibschweißverfahrens mit einer Badsicherung. Hierdurch werden sowohl Toleranzprobleme als auch Probleme mit einer Spaltkorrosion vermieden.After inserting the base plate into the frame structure described above, there is a flat underside and a flat transition between the frame structure (first and second components) and the base plate on the underside of the housing. This circumferential step above on the frame structure, i.e. on the side members and on the castings, enables the use of the friction welding process with a bath lock. This avoids both tolerance problems and problems with crevice corrosion.

Die Längsträger als zweite Bauteile umfassen als Strangpressprofil eine Vielzahl von Funktionsbereichen.The longitudinal beams as second components comprise a variety of functional areas as an extruded profile.

Diese Funktionsbereiche sind an beiden Längsträgern ausgeführt und werden wie folgt definiert:

  • Ein erster Funktionsbereich ist dabei ein Karosserie-Anbindungsbereich.
  • Ein weiterer zweiter Funktionsbereich ist als ein Crashleisten-Anbindungsbereich ausgeführt.
  • Ein dritter Funktionsbereich ist als Bodenplatten-Anbindungsbereich ausgebildet.
  • Ein vierter Funktionsbereich ist als sogenannter Lastverteiler zur Lasteinleitung der Kräfte bei einem Seitencrash ausgeführt.
  • Ein fünfter Funktionsbereich wird als Steifigkeits-Optimierungsbereich gebildet.
These functional areas are carried out on both longitudinal beams and are defined as follows:
  • A first functional area is a body connection area.
  • Another second functional area is designed as a crash bar connection area.
  • A third functional area is designed as a floor plate connection area.
  • A fourth functional area is designed as a so-called load distributor for transferring the forces in the event of a side crash.
  • A fifth functional area is formed as a stiffness optimization area.

Das Gehäuse ist wie bereits obenstehend genannt mit einer Crashfunktion ausgeführt. Hierfür sind seitlich im Bereich der Längsträger die Crashleisten vorgesehen.As already mentioned above, the housing is designed with a crash function. For this purpose, the crash strips are provided on the side in the area of the longitudinal beams.

In einer alternativen Ausführungsform können die Längsträger als zweite Bauteile auch als Gussbauteile ausgeführt sein.In an alternative embodiment, the longitudinal beams can also be designed as cast components as second components.

In der ersten vorteilhaften Ausführungsform sind diese Crashleisten als separate Einzelteile ausgeführt. Die Crashleisten werden dabei über in z- Richtung gesehen obere und untere Verbindungflansche der Längsträger mittels mechanischer Verbindungselemente wie Schrauben oder Nieten verbunden.In the first advantageous embodiment, these crash bars are designed as separate individual parts. The crash strips are connected via upper and lower connecting flanges as seen in the z direction The longitudinal beams are connected using mechanical connecting elements such as screws or rivets.

Aufgrund der Ausbildung der Crashleisten als Einzelteile, die in y- Richtung gesehen seitlich im Bereich der Längsträger an der Außenseite des Gehäuses verlaufen, umfassen die Crashleisten keine Toleranzanforderungen. Hierdurch ist man bei der Legierungsauswahl für das Material der Crashleisten freier.Due to the design of the crash strips as individual parts, which, viewed in the y-direction, run laterally in the area of the side members on the outside of the housing, the crash strips do not include any tolerance requirements. This gives you more freedom when choosing the alloy for the material of the crash bars.

Die Crashleisten umfassen vorteilhafterweise zwei Profilbereiche. Der erste Profilbereich ist der Aufnahme einer Biegeverformung zugeordnet, der zweite Profilbereich der Aufnahme einer Querverformung in y- Richtung.The crash bars advantageously include two profile areas. The first profile area is assigned to accommodate a bending deformation, the second profile area to accommodate a transverse deformation in the y-direction.

Erster und zweiter Profilbereich sind als Hohlkammerprofil ausgeführt.The first and second profile areas are designed as hollow chamber profiles.

Die in z-Richtung gesehen toleranzbehafteten Karosserieanbindungsbereiche sind an den seitlichen Längsträgern ausgeführt. Diese sind als Funktionsbereiche derart ausgeführt, dass sie gerichtet werden können.The body connection areas, which are subject to tolerances when viewed in the z direction, are carried out on the side longitudinal members. These are designed as functional areas in such a way that they can be directed.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die seitlichen Crashträger in die Längsträger integriert ausgeführt. Die einteilige Ausbildung der seitlichen Längsträger und zugeordneten Crashleisten reduziert die Anzahl der Bauteile des Gehäuses.According to a further preferred embodiment, the side crash beams are designed to be integrated into the longitudinal beams. The one-piece design of the side longitudinal beams and associated crash strips reduces the number of components in the housing.

Der zu der ersten vorteilhaften Ausführungsform beschriebene Aufbau des Gehäuses als schalenförmiges Element mit einem muldenförmigen Aufnahmeraum für den Energiespeicher ist grundsätzlich gleich. Der Unterschied liegt in der Integration der Crashleisten in die Längsträger.The structure of the housing described in the first advantageous embodiment as a shell-shaped element with a trough-shaped receiving space for the energy storage is basically the same. The difference lies in the integration of the crash bars into the side members.

Die Einzelteile des Gehäuses in der weiter bevorzugten Ausführungsform sind:

  • - Gussteil vorne
  • - Gussteil hinten
  • - Längsträger links
  • - Längsträger rechts
  • - Querstreben 4x
  • - Bodenplatte
  • - Einpresshülsen am Längsträger
The individual parts of the housing in the further preferred embodiment are:
  • - Front casting
  • - Rear casting
  • - Longitudinal beam on the left
  • - Longitudinal member on the right
  • - Cross braces 4x
  • - Base plate
  • - Press-in sleeves on the longitudinal beam

Bei der Ausführung des Gehäuses in der weiter bevorzugten Ausführungsform kann neben der Reduktion der Einzelteile auch die Anzahl der unterschiedlichen Verbindungstechniken reduziert werden. Bei der Verbindung der Einzelteile kommen nur Schweißverfahren, nämlich das Schutzgasschweißverfahren (MIG) und das Reibschweißverfahren (FSW) zur Anwendung.When designing the housing in the further preferred embodiment, in addition to reducing the number of individual parts, the number of different connection techniques can also be reduced. Only welding processes, namely inert gas welding (MIG) and friction welding (FSW), are used to connect the individual parts.

Die Anbindung der Crashleisten an die Rahmenstruktur mittels mechanischer Verbindungselemente wie Schrauben oder Nieten entfällt. Die Ausführungsvariante des Gehäuses, bei dem die Crashleisten und die Längsträger einteilig ausgeführt sind, bietet weiterhin den Vorteil eines hohen Leichtbaupotentials sowie eines geringen Materialverschnitts.There is no need to connect the crash bars to the frame structure using mechanical connecting elements such as screws or rivets. The design variant of the housing in which the crash strips and the side members are made in one piece still offers the advantage of high lightweight construction potential and low material waste.

Das Gehäuse gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst an den Fügestellen keine Spalte, die zu einer Spaltkorrosion führen kann. Dies verlängert die Lebensdauer und Dauerfestigkeit erheblich.The housing according to the particularly preferred embodiment does not include any gaps at the joints, which can lead to crevice corrosion. This significantly extends the service life and fatigue strength.

Weiter vorteilhaft kann der Gehäuseboden, der aus der Bodenplatte gebildet wird, mit integrierter Kühlung ausgeführt sein.Further advantageously, the housing base, which is formed from the base plate, can be designed with integrated cooling.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Gehäuses erfolgt in einem ersten Schritt eine Verbindung der Bodenplatte mit den ersten und zweiten Bauteilen mittels des FSW Schweißverfahrens. In einem zweiten Schritt erfolgt dann das Verbinden der ersten und zweiten Bauteile mittels des MIG Schweißverfahrens.In the method according to the invention for producing the housing, the base plate is connected to the first and second components in a first step using the FSW welding process. In a second step, the first and second components are connected using the MIG welding process.

Dies hat den Vorteil, dass die bei einer umgekehrten Reihenfolge des Verbindens der Bauteile, das heißt zuerst einem MIG Schweißverfahren der Verbindung der ersten und zweiten Bauteile zu der Rahmenstruktur und anschließendem FSW Verfahren auftretenden Probleme der entstehenden Schweißspritzern und Durchbrand, beim MIG Verfahren, die die ebene Fläche für das FSW Schweißverfahren beeinflussen würde, vermieden wird.This has the advantage that the problems of welding spatter and burn-through that occur when the components are connected in the opposite order, i.e. first using a MIG welding process to connect the first and second components to the frame structure and then using the FSW process, are eliminated in the MIG process flat surface for the FSW welding process is avoided.

Vorteilhafterweise ist das Material der ersten und zweiten Bauteile und der Bodenplatte ein Magnesium oder ein Aluminium.Advantageously, the material of the first and second components and the base plate is magnesium or aluminum.

Weiter vorteilhaft ist das verwendete Gussverfahren ein vakuumuntertütztes Druckgussverfahren.Another advantage is that the casting process used is a vacuum-assisted die casting process.

In einer weiter alternativen Ausführungsform sind die ersten und zweiten Bauteile als Gussbauteile ausgeführt.In a further alternative embodiment, the first and second components are designed as cast components.

Die x, y, z Richtung entsprechen den üblichen Koordinaten eines Fahrzeugkoordinatensystems.The x, y, z directions correspond to the usual coordinates of a vehicle coordinate system.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.The invention is described below by way of example with reference to the accompanying drawings.

Es zeigt:

  • 1 eine perspektivische dreidimensionale Ansicht des Gehäuses,
  • 2 eine Detail Schnittansicht gemäß des Schnitts A-A der 1,
  • 3 eine Detail Schnittansicht der Anbindung der Bodenplatte an den Längsträger,
  • 4 eine Detail Schnittansicht des Funktionsbereichs 4b,
  • 5 eine Detail Schnittansicht gemäß des Schnitts A-A der 1,
  • 6 eine weitere Detail Schnittansicht im Bereich des Funktionsbereichs 4e des Längsträgers,
  • 7 eine Detail Schnittansicht mit dem Verlauf der Verbindung zwischen dem Längsträger und dem Gussteil,
  • 8 eine Detail Schnittansicht mit einer Kennzeichnung der Eckengestaltung des Längsträgers,
  • 9 eine Detail Schnittansicht gemäß des Schnitts C-C der 7,
  • 10 die Schweißnahtvorbereitung mittels Fräser,
  • 11 eine Detail Schnittansicht der Crashleiste am Längsträger,
  • 12 eine Detail Schnittansicht gemäß des Schnitts B-B in 13,
  • 13 ein Ausschnitt auf eine vergrößerte Ansicht der Schweißverbindung im Bereich Gussteil/Bodenplatte,
  • 14 eine Detailansicht auf die Schweißverbindungen zwischen den Bauteilen Gussbauteil, Querträger und der Bodenplatte,
  • 15 eine Schnittdarstellung längs des Schnitts A-A zur Darstellung der Schweißverbindung Längsträger mit Bodenplatte,
  • 16 eine schematische Darstellung der sich aus der 15 ergebenden Schweißnähte,
  • 17 eine zweite Ausführungsvariante des Gehäuses mit einteiliger Ausgestaltung der Längsträger mit Crashleiste in einer Ansicht von oben in einem Ausschnitt,
  • 18 eine Detail Schnittdarstellung des Schnitts A-A gemäß der 17,
  • 19 eine Detail Schnittdarstellung des Schnitts B-B gemäß der 17; und
  • 20 eine Detail Schnittdarstellung des Schnitts C-C gemäß der 17.
It shows:
  • 1 a perspective three-dimensional view of the housing,
  • 2 a detailed sectional view according to section AA of 1 ,
  • 3 a detailed sectional view of the connection of the base plate to the longitudinal beam,
  • 4 a detailed sectional view of the functional area 4b,
  • 5 a detailed sectional view according to section AA of 1 ,
  • 6 a further detailed sectional view in the area of the functional area 4e of the longitudinal member,
  • 7 a detailed sectional view showing the course of the connection between the longitudinal beam and the casting,
  • 8th a detailed sectional view with an identification of the corner design of the longitudinal beam,
  • 9 a detailed sectional view according to section CC of 7 ,
  • 10 the weld seam preparation using a milling cutter,
  • 11 a detailed sectional view of the crash bar on the side member,
  • 12 a detailed sectional view according to section BB in 13 ,
  • 13 a detail of an enlarged view of the welded connection in the casting/base plate area,
  • 14 a detailed view of the welded connections between the cast components, cross member and the base plate,
  • 15 a sectional view along section AA to show the welded connection of the longitudinal beam with the base plate,
  • 16 a schematic representation of the 15 resulting weld seams,
  • 17 a second embodiment variant of the housing with a one-piece design of the longitudinal beams with crash bar in a view from above in a cutout,
  • 18 a detailed sectional view of section AA according to 17 ,
  • 19 a detailed sectional view of section BB according to 17 ; and
  • 20 a detailed sectional view of section CC according to 17 .

Das in den 1 -16 in einer ersten Ausführungsform gezeigte Gehäuse 1 für eine Hochvoltbatterie ist als schalenförmiges nach oben offenes Element (Unterteil) ausgeführt und dient zur Aufnahme der nicht gezeigten Hochvoltbatterie in seinem muldenförmigen Aufnahmeraum A. Das Gehäuse 1 wird im Bereich seiner nachfolgend noch beschriebenen Längsträger von unten (muldenförmiger Aufnahmeraum in z-Richtung nach oben weisend an der Fahrzeugkarosserie angebunden.That in the 1 - 16 Housing 1 shown in a first embodiment for a high-voltage battery is designed as a shell-shaped element (lower part) that is open at the top and is used to accommodate the high-voltage battery, not shown, in its trough-shaped receiving space A. The housing 1 is in the area of its longitudinal supports described below from below (trough-shaped Recording space connected to the vehicle body pointing upwards in the z direction.

Das Gehäuse 1 umfasst die nachfolgenden Bauteile:

  • Gussteil vorne (2)
  • Gussteil hinten (3)
  • Längsträger links (4)
  • Längsträger rechts (5)
  • Crashleiste li. (6)
  • Crashleiste re. (7)
  • Querträger (8)
  • Bodenplatte (9)
  • Einpresshülsen am Längsträger
The housing 1 includes the following components:
  • Front casting (2)
  • Rear casting (3)
  • Longitudinal member left (4)
  • Side member right (5)
  • Crash strip left. (6)
  • Crash bar right. (7)
  • Cross member (8)
  • Base plate (9)
  • Press-in sleeves on the longitudinal beam

Wie es aus der perspektivischen Darstellung zu erkennen ist, bilden das vordere und hintere Gussteil 2, 3 als erste Bauteile die gegenüberliegenden Stirnseiten, sowie die beiden Längsträger 4, 5 als zweite Bauteile die seitlichen gegenüberliegenden Begrenzungswände für den muldenförmigen Aufnahmeraum A. Der Aufnahmeraum wird in z- Richtung nach unten hinweisend durch die Bodenplatte 9 als drittes Bauteil als Unterseite verschlossen.As can be seen from the perspective view, the front and rear castings 2, 3 form the opposite end faces as the first components, and the two longitudinal supports 4, 5 as second components form the opposite side boundary walls for the trough-shaped receiving space A. The receiving space is in z-direction pointing downwards closed by the base plate 9 as a third component as the underside.

Die Gussteile 2, 3 sind aus einem Aluminium Druckguss hergestellt. Die Längsträger 4, 5 sind als Strangpressprofile aus einem Aluminium Werkstoff ausgeführt. Des Weiteren umfasst das Gehäuse Crashleisten als vierte Bauteile. Die Crashleisten 6, 7 sind ebenfalls aus einem Aluminium Strangpressprofil hergestellt. Diese sind seitlich, das heißt in y- Richtung außerhalb des Aufnahmeraums A parallel zu den Längsträgern 4, 5 angeordnet. Aus der perspektivischen Darstellung ist nur die Crashleiste rechts 7 zu ersehen.The castings 2, 3 are made from die-cast aluminum. The longitudinal beams 4, 5 are designed as extruded profiles made of aluminum material. The housing also includes crash strips as fourth components. The crash strips 6, 7 are also made from an extruded aluminum profile. These are arranged laterally, that is in the y direction outside the receiving space A, parallel to the longitudinal beams 4, 5. Only the crash bar on the right 7 can be seen from the perspective view.

Die Crashleisten 6, 7 haben aufgrund der außenliegenden Anordnung und Anbindung wie es anhand der weiteren Zeichnungen noch näher erläutert ist keine Toleranzanforderung. Dadurch ist man freier in der Legierungsauswahl.Due to the external arrangement and connection, the crash strips 6, 7 have, as will be explained in more detail in the further drawings tert is not a tolerance requirement. This gives you more freedom in the choice of alloys.

Die Querträger 8 als fünfte Bauteile dienen der Stabilisierung und Steifigkeit des Gehäuses 1 und verlaufen im muldenförmigen Aufnahmeraum A und überspannen diesen ausgehend von dem Längsträger links 4 zu dem Längsträger rechts 5. In der Zeichnung sind zwei Querträger 8 als strebenförmige Elemente dargestellt. Vorzugsweise sind allerdings vier parallel und beabstandet zueinander verlaufende Querträger 8 angeordnet.The cross members 8 as fifth components serve to stabilize and stiffen the housing 1 and run in the trough-shaped receiving space A and span this starting from the longitudinal member on the left 4 to the longitudinal member on the right 5. In the drawing, two cross members 8 are shown as strut-shaped elements. However, four cross members 8 running parallel and spaced apart from one another are preferably arranged.

Der Aufbau des Gehäuses 1 ist in Längsrichtung und in Querrichtung gesehen symmetrisch.The structure of the housing 1 is symmetrical in the longitudinal and transverse directions.

Wie nachfolgend noch näher beschrieben, sind beim Zusammenbau des Gehäuses mindestens drei unterschiedliche Verbindungstechniken erforderlich. (FSW, MIG, Schrauben, Nieten).As described in more detail below, at least three different connection techniques are required when assembling the housing. (FSW, MIG, screws, rivets).

Die 2 zeigt eine Detail Schnittansicht gemäß des Schnitts A-A der 1. In dieser Schnittdarstellung ist der Querschnitt sowohl der Crashleiste 6 als auch des Längsträgers 4 ersichtlich. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich nunmehr nur auf eine Seite des Gehäuses 1. Die gegenüberliegende Seite ist entsprechend spiegelbildlich ausgeführt.The 2 shows a detailed sectional view according to section AA of the 1 . In this sectional view, the cross section of both the crash bar 6 and the longitudinal member 4 can be seen. The following description now only refers to one side of the housing 1. The opposite side is designed to be a mirror image.

Die Crashleiste 6 umfasst zwei in y Richtung nebeneinanderliegende Hohlkammerprofile, wobei das innenliegende erste Profil 6a rechteckig ausgeführt ist und das außenliegende zweite Profil 6b eine leicht wabenförmige Struktur aufweist.The crash bar 6 comprises two hollow chamber profiles lying next to one another in the y direction, the internal first profile 6a being rectangular and the external second profile 6b having a slightly honeycomb-shaped structure.

Der Längsträger 4 umfasst als Strangpressprofil eine Vielzahl von Funktionsbereichen. Ein erster Funktionsbereich bildet dabei ein Karosserie-Anbindungsbereich 4a. Dieser ist ein in Längsrichtung verlaufender, horizontal nach außen kragender, rechteckiger Flansch. Über diesen Anbindungsbereich wird sowohl die Anbindung an die Fahrzeugkarosserie als auch die Anbindung der Crashleiste 6 an den Längsträger 4 hergestellt.The longitudinal beam 4, as an extruded profile, includes a variety of functional areas. A first functional area forms a body connection area 4a. This is a longitudinal, horizontally projecting, rectangular flange. Both the connection to the vehicle body and the connection of the crash bar 6 to the side member 4 are established via this connection area.

Die Anbindung der Crashleiste 6 die unterhalb des Karosserieanbindungsbereichs 4a verläuft, erfolgt mittels einer nur schematisch angezeigten Schraub- oder Nietverbindung V1.The crash strip 6, which runs below the body connection area 4a, is connected by means of a screw or rivet connection V1, which is only shown schematically.

Ein weiterer zweiter Funktionsbereich bildet dabei ein Crashleisten-Anbindungsbereich 4b.A further second functional area forms a crash bar connection area 4b.

Dieser ist als streifenförmiger in Längsrichtung verlaufender nach außen kragender Auflageabschnitt ausgeführt. Die Crashleiste 6 liegt hier mittels ihrer Unterseite des ersten Profils 6a auf dem Anbindungsbereich 4b auf und ist mittels einer Schraub- oder Nietverbindung V2, wie es schematisch angezeigt ist, angebunden.This is designed as a strip-shaped outwardly projecting support section running in the longitudinal direction. The crash bar 6 rests here on the connection area 4b by means of its underside of the first profile 6a and is connected by means of a screw or rivet connection V2, as shown schematically.

In der 3 ist ein dritter Funktionsbereich des Längsträgers 4 als Bodenplatten-Anbindungsbereich 4c gezeigt. Hierzu ist auf der innenliegenden zum Aufnahmeraum A des Gehäuses 1 hinweisenden Seite des Längsträgers 4 im unteren Bereich ein im Querschnitt rechteckiger rohrförmiger Profilabschnitt P ausgeführt. Die Bodenplatte 9 ist als rechteckiges blechförmiges Element ausgebildet und liegt an seinen seitlichen Randbereichen von unten an den seitlichen Profilabschnitten P am Bodenanbindungsbereich 4c an.In the 3 a third functional area of the longitudinal beam 4 is shown as a floor plate connection area 4c. For this purpose, on the inner side of the longitudinal beam 4 facing the receiving space A of the housing 1, a tubular profile section P with a rectangular cross-section is designed in the lower region. The base plate 9 is designed as a rectangular sheet-metal element and rests on its lateral edge areas from below on the side profile sections P on the floor connection area 4c.

Wie es aus den Zeichnungen zu erkennen ist, bilden die Profilabschnitte P eine nach innen versetzte in Längsrichtung verlaufende Stufe zur Anlage der Bodenplatte 9. Nach dem Einfügen der Bodenplatte 9 in die Rahmenstruktur (2, 3, 4, 5) die aus den Längsträgern und den Gussteilen gebildet wird, ergibt sich ausgehend von der Unterseite U des Gehäuses 1 eine ebene Bodenfläche.As can be seen from the drawings, the profile sections P form an inwardly offset step running in the longitudinal direction for the contact of the base plate 9. After inserting the base plate 9 into the frame structure (2, 3, 4, 5), which consists of the longitudinal beams and The cast parts are formed, starting from the underside U of the housing 1 there is a flat floor surface.

In der 4 ist der Funktionsbereich 4b im Detail gezeigt. Hier ist ein Formschluss zwischen Crashleiste und Längsträger hergestellt. Der mit dem Pfeil PF1 gekennzeichnete Bereich markiert hierbei Start/Stopp für das Reibschweißverfahren. Der Flansch kann abgefräst werden, falls die „Kerbe“ des Start-Stopps kritisch für den Crash ist. Dies tritt aber nur bei der Verbindung der Gussteile 2, 3 zu den Längsträgern 4, 5 auf, der hier nicht gezeigt ist.In the 4 the functional area 4b is shown in detail. Here a positive connection is created between the crash bar and the side member. The area marked with the arrow PF1 marks the start/stop for the friction welding process. The flange can be milled if the start-stop “notch” is critical to the crash. However, this only occurs when the castings 2, 3 are connected to the longitudinal beams 4, 5, which is not shown here.

In der 5 ist mittels des strichpunktierten Ovals ein vierter Funktionsbereich des Längsträgers 4 gezeigt. Dieser als Hohlprofil ausgeführte Abschnitt 4d ist als sogenannter Lastverteiler zwischen den Querträgern 8 und der Crashleiste 6 zur Lasteinleitung der Kräfte beim Seitencrash ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass zur Lasteinleitung kein zusätzliches Bauteil angeordnet werden muss.In the 5 A fourth functional area of the longitudinal beam 4 is shown by means of the dash-dotted oval. This section 4d, designed as a hollow profile, is designed as a so-called load distributor between the cross members 8 and the crash bar 6 for the load transfer of the forces in the event of a side crash. This has the advantage that no additional component has to be arranged to introduce the load.

Die 6 zeigt in einer Detail Schnittansicht einen fünften Funktionsbereich des Längsträgers 4, der als Steifigkeits-Optimierungsbereich 4e bezeichnet wird und mit der strich punktierten Linie angezeigt ist.The 6 shows a detailed sectional view of a fifth functional area of the longitudinal member 4, which is referred to as the stiffness optimization area 4e and is indicated by the dash-dotted line.

Dieser Bereich 4e dient der Optimierung der Steifigkeit der Karosserieanbindung. Dies erfolgt über Kragarme 10, die eine fachwerksartige Aussteifung bilden. Weiterhin sind die Kragarme 10 im unteren Verbindungsbereich zu dem nach außen krgenden Flansch des Längsträgers mit einer keilförmigen Aufdickung 11 stabilisiert.This area 4e serves to optimize the rigidity of the body connection. This is done via cantilever arms 10, which form a truss-like reinforcement. Furthermore, the cantilever arms 10 are stabilized with a wedge-shaped thickening 11 in the lower connection area to the outwardly curving flange of the longitudinal beam.

Die 7 zeigt mit der gestrichelten Linie die Verbindungslinie beim Schweißverfahren zwischen Gussteil 2 bzw. 3 mit dem Längsträger 4 bzw. 5. Entlang der gestrichelten Linie soll das Gussteil mit dem Längsträger über ein Schutzgas Schweißverfahren MIG, CMT (Metallschutzgas Schweißverfahren) verbunden werden.The 7 The dashed line shows the connecting line during the welding process between Casting 2 or 3 with the longitudinal beam 4 or 5. Along the dashed line, the casting should be connected to the longitudinal beam using an inert gas welding process MIG, CMT (metal inert gas welding process).

Diese Verbindungsflächen zwischen den ersten und zweiten Bauteilen wird vor dem Schweißverfahren in einem Fräsverfahren vorbereitet. Die gefräste Schweißnahtvorbereitung erfolgt über einen Formfräser F entlang der gestrichelten Linie. Dies ist in der 10 dargestellt. Der Formfräser F ist ein formgeschliffener Walzenfräser. Die Befräsung erfolgt in den Ecken Rund mit R>10mm damit der mit dem Roboter geführte Schweißbrenner ohne absetzen diese Z-Linien schweißen kann.These connecting surfaces between the first and second components are prepared in a milling process before the welding process. The milled weld seam preparation is carried out using a form milling cutter F along the dashed line. This is in the 10 shown. The form milling cutter F is a form-ground milling cutter. The milling is carried out in the corners round with R>10mm so that the welding torch guided by the robot can weld these Z-lines without having to set it down.

Grundsätzlich kann die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Bauteilen sowohl in x als auch in y- Richtung mittels einer MIG Schweißnaht erfolgen. Die Verbindungsflächen müssen dann entsprechend angepasst ausgeführt werden. Dies ist in den Zeichnungen allerdings nicht näher dargestellt.In principle, the connection between the first and second components can be made in both the x and y directions using a MIG weld seam. The connecting surfaces must then be adapted accordingly. However, this is not shown in more detail in the drawings.

Im unteren Bereich erfolgt eine Überschweißung mit dem Lichtbogen der FSW Naht wodurch die Dichtheit realisiert wird.In the lower area, the FSW seam is welded over with the arc, which creates a tight seal.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Gehäuses erfolgt in einem ersten Schritt eine Verbindung der Bodenplatte mit den ersten und zweiten Bauteilen mittels des FSW Schweißverfahrens. In einem zweiten Schritt erfolgt dann das Verbinden der ersten und zweiten Bauteile mittels des MIG Schweißverfahrens.When producing the housing according to the invention, the base plate is connected to the first and second components in a first step using the FSW welding process. In a second step, the first and second components are connected using the MIG welding process.

In der 8 ist mittels der Pfeile PF2 und PF3 oben und unten die Eckengestaltung angezeigt. Die Eckengestaltung außen ist dabei rechteckig. Die gegenüberliegende Eckengestaltung innen ist mit einem großen Radius ausgeführt.In the 8th The corner design is indicated at the top and bottom using the arrows PF2 and PF3. The outside corner design is rectangular. The opposite corner design on the inside has a large radius.

In der 11 ist in der Schnittdarstellung die Crashleiste 6 dargestellt, die als ein reines Crashbauteil ausgeführt ist und die Profilbereiche 6a und 6b umfasst. Der Profilbereich 6a ist dabei der Aufnahme einer Biegeverformung zugeordnet, der Profilbereich 6b der Aufnahme einer Querverformung in y- Richtung. Wie es aus den Zeichnungen zu erkennen ist, ist der Profilbereich als Hohlkammerprofil ausgeführt und weist mittig in z- Richtung nach oben und unten weisend eine sickenförmige Auswölbung auf.In the 11 The sectional view shows the crash bar 6, which is designed as a pure crash component and includes the profile areas 6a and 6b. The profile area 6a is assigned to the absorption of a bending deformation, the profile area 6b to the absorption of a transverse deformation in the y-direction. As can be seen from the drawings, the profile area is designed as a hollow chamber profile and has a bead-shaped bulge in the middle in the z direction pointing up and down.

Die seitlichen Crashbauteile 6, 7 sind in Längsrichtung x-Richtung gesehen vorne und hinten mit dem entsprechenden Gussteil 2 bzw. 3 verschraubt. (Horizontale Verschraubung in Y-Richtung)The side crash components 6, 7 are screwed to the corresponding cast part 2 and 3 at the front and rear, as seen in the longitudinal x direction. (Horizontal screw connection in Y direction)

Wie bereits zu der 2 beschrieben sind die Crashleisten 6, 7 von unten an den zugeordneten Längsträger 4, 5 über mehrere Schrauben oder Blindnieten angebunden.As already for that 2 described, the crash strips 6, 7 are connected from below to the associated longitudinal beams 4, 5 via several screws or blind rivets.

Die Karosserieanbindung des Gehäuses 1 erfolgt nur über die Längsträger 4, 5 und ist an den Crashleisten 6 und 7 freigestellt.The body connection of the housing 1 only takes place via the side members 4, 5 and is free at the crash strips 6 and 7.

Die 12 zeigt in einer Schnittdarstellung die Schweißverbindung zwischen Gussteil 2 bzw. 3 und Bodenplatte 9. Das Gussteil 3 überlappt die Bodenplatte 9 in einem Randbereich R von oben. Die rechte Darstellung zeigt den FSW Stumpf beim Schweißvorgang mit Schweißbadsicherung. Wie es aus der Schnittdarstellung zu erkennen ist, ist der untere Randbereich R des Gussteils 3 als nach innen versetzter Absatz ausgeführt. Dies ermöglicht eine streifenförmige Auflagefläche der Bodenplatte 9 auch im Bereich der Gussteile 2, 3. Die Bodenplatte 9 liegt nach dem Einfügen in die Rahmenstruktur, die aus den Längsträgern und den Gussteilen gebildet wird, eben auf und bildet auf der Unterseite des Gehäuses eine bündig verlaufende Fläche.The 12 shows a sectional view of the welded connection between the casting 2 or 3 and the base plate 9. The casting 3 overlaps the base plate 9 in an edge region R from above. The illustration on the right shows the FSW stump during the welding process with weld pool protection. As can be seen from the sectional view, the lower edge region R of the casting 3 is designed as an inwardly offset shoulder. This enables a strip-shaped support surface for the base plate 9 also in the area of the castings 2, 3. After being inserted into the frame structure, which is formed from the longitudinal beams and the castings, the base plate 9 lies flat and forms a flush running surface on the underside of the housing Area.

In 13 ist in einer Detaildarstellung von unten und in einem Schnitt die Schweißverbindung in Querrichtung zwischen Bodenplatte 9 und Gussteil 3 gezeigt. Die Schweißlinie S1 ist dabei als Streifen dargestellt. Wie es aus dem Schnitt zu erkennen ist, erfolgt der Start des Schweißvorgangs im aufgedickten Bereich B des Gussteils 3. Das Endloch E kann somit im aufgedickten Bereich des Gussteils verbleiben.In 13 is shown in a detailed view from below and in a section of the welded connection in the transverse direction between the base plate 9 and the casting 3. The welding line S1 is shown as a stripe. As can be seen from the section, the welding process starts in the thickened area B of the casting 3. The end hole E can therefore remain in the thickened area of the casting.

14 zeigt die Schweißnähte S2 und S3 und S4 zwischen der Bodenplatte 9 und den zu verbindenden Bauteilen (Gussteil 2, 3; Längsträger 4, 5; Querträger 8). 14 shows the weld seams S2 and S3 and S4 between the base plate 9 and the components to be connected (casting 2, 3; longitudinal members 4, 5; cross members 8).

Diese Schweißverbindungen werden im Reibschweißverfahren als FSW Schwei-ßungen hergestellt. Die Schweißnähte S2 und S3 und S4 sind mit den streifenfömigen Bereichen dargestellt und die Verbindungen sind wie folgt:

  • S2: Gussbauteil 2, 3 zu Bodenplatte 9: FSW Stumpf mit Schweißbadsicherung
  • S3: Längsträger 4, 5 zu Bodenplatte 9: FSW Stumpf mit Schweißbadsicherung
  • S4: Querträger 8 zu Bodenplatte 9: FSW Überlappverbindung
These welded connections are produced using friction welding as FSW welds. The welds S2 and S3 and S4 are shown with the strip-shaped areas and the connections are as follows:
  • S2: Cast component 2, 3 for base plate 9: FSW butt with weld pool protection
  • S3: Longitudinal beam 4, 5 to base plate 9: FSW butt with weld pool protection
  • S4: Cross member 8 to base plate 9: FSW overlap connection

Alle Schweißnähte werden überkreuzt und der Start bzw. Ende der Schweißnähte wird aus den Verbindungsstellen der miteinander zu verbindenden Bauteile gelegt.All weld seams are crossed and the start or end of the weld seams is placed at the connection points of the components to be connected to one another.

Bei Quernähten werden die Start- bzw. Endpunkte 16 in den Längsträger 4, 5 Flansch gelegt. Bei Längsnähten werden die Start- bzw. Endpunkte 18 des Schweißverfahrens in eigens gestaltete Ausläufe im Gussbauteil 2, 3 gelegt.For transverse seams, the start and end points 16 are placed in the longitudinal beam 4, 5 flange. At Longitudinal seams, the start and end points 18 of the welding process are placed in specially designed outlets in the cast component 2, 3.

Die 15 und 16 zeigen die Reibschweißverbindung (FSW Schweißung) zwischen Bodenplatte 9 zu Längsträger 4. Durch die Gestaltung des Längsträgers 4 ergeben sich zusätzliche ca. 20mm lange FSW Nähte 20 welche das Bodenblech 9 mit dem Längsträger 4 bzw. 5 verbinden.The 15 and 16 show the friction weld connection (FSW weld) between the base plate 9 and the longitudinal beam 4. The design of the longitudinal beam 4 results in additional approximately 20mm long FSW seams 20 which connect the base plate 9 to the longitudinal beam 4 or 5.

In den 17 bis 20 ist in einer zweiten Ausführungsform ein Gehäuse 100 gezeigt, welches im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform eine einteilige Ausführung der seitlichen Längsträger 4, 5 und der Crashleisten 6, 7 umfasst. Die seitlichen Längsträger 4 bzw. 5 sind dabei mit den Crashleisten 6 bzw. 7 als einteilige Längsträger links/rechts 400, 500 als Strangpressprofil aus einem Aluminium Werkstoff ausgebildet.In the 17 until 20 In a second embodiment, a housing 100 is shown, which, in contrast to the previously described embodiment, comprises a one-piece design of the side longitudinal beams 4, 5 and the crash strips 6, 7. The side longitudinal beams 4 and 5 are designed with the crash strips 6 and 7 as one-piece left/right longitudinal beams 400, 500 as an extruded profile made of an aluminum material.

Das Gehäuse 100 in der weiteren Ausführungsform umfasst dabei die folgenden Bauteile:

  • Gussteil vorne (2)
  • Gussteil hinten (3)
  • Längsträger links (400)
  • Längsträger rechts (500)
  • Crashleiste li. (6)
  • Crashleiste re. (7)
  • Querträger (8)
  • Bodenplatte (9)
  • Einpresshülsen am Längsträger
The housing 100 in the further embodiment comprises the following components:
  • Front casting (2)
  • Rear casting (3)
  • Longitudinal member left (400)
  • Side member right (500)
  • Crash strip left. (6)
  • Crash bar right. (7)
  • Cross member (8)
  • Base plate (9)
  • Press-in sleeves on the longitudinal beam

Bei dieser Ausführungsvarianten ergeben sich die folgenden Vorteile:

  • - Die Variante der geringsten Anzahl an Einzelteilen
  • - Es sind zur Herstellung des Gehäuses 100 aufgrund der einteiligen Ausbildung der Längsträger 400, 500 mit den Crashleisten nur 2 Arten von Verbindungstechniken erforderlich. Dies sind die beiden Schweißverfahren FSW und MIG Schweißen.
  • - Es ergibt sich ein geringer Verschnitt, was zu einem Kostenvorteil führt.
  • - Potential zur leichtesten Bauweise
  • - Keine Spalte => Spaltkorrosion
  • - Wenn die Z-Toleranz an den Karosserieanbindungsbereichen der Längsträger vergrößert wird könnte es ohne Zusammenbau Bearbeitung funktionieren.
  • - Knotengestaltung des Längsträgers 200, 500 zum Gussteil 2, 3 „ohne“ Steifigkeitssprung.
This design variant has the following advantages:
  • - The variant with the lowest number of individual parts
  • - Due to the one-piece design of the longitudinal beams 400, 500 with the crash strips, only 2 types of connection techniques are required to produce the housing 100. These are the two welding processes FSW and MIG welding.
  • - There is little waste, which leads to a cost advantage.
  • - Potential for the lightest construction
  • - No gap => crevice corrosion
  • - If the Z tolerance on the body connection areas of the side members is increased it could work without assembly machining.
  • - Node design of the longitudinal beam 200, 500 to the casting 2, 3 “without” a jump in stiffness.

Claims (9)

Gehäuse (1, 100) zur Aufnahme eines Energiespeichers, insbesondere einer Hochvoltbatterie, wobei das Gehäuse (1, 100) als schalenförmiges Element mit einem muldenförmigen Aufnahmeraum (A) für den Energiespeicher aus einer Rahmenstruktur mit einer Anzahl erster Bauteile als Gussbauteile und einer Anzahl zweiter Bauteilen aus Strangpressprofilen und einer Bodenplatte (9) in Hybridbauweise ausgeführt ist, wobei der Aufnahmeraum in z- Richtung durch die Bodenplatte (9) als Unterseite verschlossen ist, wobei die die Rahmenstruktur bildenden Anzahl erster und zweiter Bauteile zwecks Anbindung der Bodenplatte (9) eine am unteren Randbereich umlaufende nach innen versetzte Stufe ausbildet, die ein Einfügen der Bodenplatte (9) zur Ausbildung einer ebenen Bodenfläche und ein Verbinden der Bodenplatte (9) mit der Rahmenstruktur mittels eines Schweißverfahrens ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorderes und hinteres Gussteil (2, 3) als erste Bauteile die gegenüberliegenden Stirnseiten des Gehäuses (1, 100) bilden, und dass zwei Längsträger (4, 5) als die zweiten Bauteile, die seitlichen gegenüberliegenden Begrenzungswände als Rahmenstruktur für den muldenförmigen Aufnahmeraum A bilden, wobei die Längsträger (4, 5; 400; 500) eine Anzahl von Funktionsbereichen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) umfassen, wobei ein Funktionsbereich (4c) als Bodenplattenanbindungsbereich die nach innen versetzte Stufe ausbildet und das Verbinden der Bodenplatte (9) mittels eines Reibschweißverfahrens ermöglicht.Housing (1, 100) for accommodating an energy storage device, in particular a high-voltage battery, wherein the housing (1, 100) as a shell-shaped element with a trough-shaped receiving space (A) for the energy storage device consists of a frame structure with a number of first components as cast components and a number of second ones Components made of extruded profiles and a base plate (9) are designed in hybrid construction, the receiving space being closed in the z direction by the base plate (9) as the underside, the number of first and second components forming the frame structure for the purpose of connecting the base plate (9). forms a circumferential, inwardly offset step at the lower edge area, which enables the base plate (9) to be inserted to form a flat floor surface and the base plate (9) to be connected to the frame structure by means of a welding process, characterized in that a front and rear casting (2 , 3) form the opposite end faces of the housing (1, 100) as the first components, and that two longitudinal supports (4, 5) as the second components form the opposite side boundary walls as a frame structure for the trough-shaped receiving space A, the longitudinal supports (4 , 5; 400; 500) comprise a number of functional areas (4a, 4b, 4c, 4d, 4e), wherein a functional area (4c) as a base plate connection area forms the inwardly offset step and enables the base plate (9) to be connected by means of a friction welding process. Gehäuse (1, 100) zur Aufnahme eines Energiespeichers nach Anspruch 1 oder 2 wobei die Anzahl erster Bauteile (2, 3), die Anzahl zweiter Bauteile (4, 5, 400, 500) und die Bodenplatte (9) aus Aluminium oder Magnesium Werkstoff hergestellt sind.Housing (1, 100) to accommodate an energy storage device Claim 1 or 2 wherein the number of first components (2, 3), the number of second components (4, 5, 400, 500) and the base plate (9) are made of aluminum or magnesium material. Gehäuse (1, 100) zur Aufnahme eines Energiespeichers nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei als weitere Bauteile seitliche Crashleisten (6, 7) vorgesehen sind, die als Strangpressprofile aufgeführt sind und als separate Bauteile an die Längsträger angebunden sind.Housing (1, 100) for accommodating an energy storage device according to one of the preceding claims, wherein additional components include side crash strips (6, 7), which are listed as extruded profiles and are connected to the longitudinal beams as separate components. Gehäuse (1, 100) zur Aufnahme eines Energiespeichers nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei seitliche Crashleisten (6, 7) vorgesehen sind, die einteilig mit den Längsträgern (400, 500) als Strangpressprofile aufgeführt sind.Housing (1, 100) for accommodating an energy storage device according to one of the preceding claims, wherein lateral crash strips (6, 7) are provided, which are made in one piece with the longitudinal beams (400, 500) as extruded profiles. Gehäuse (1, 100) zur Aufnahme eines Energiespeichers nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als weitere Bauteile Querstreben (8) vorgesehen sind, die den Aufnahmeraum (A) in y- Richtung zwischen den Längsträgern (4, 5; 400; 500) überspannen.Housing (1, 100) for accommodating an energy storage device according to one of the preceding claims, with cross struts as further components (8) are provided, which span the receiving space (A) in the y direction between the longitudinal beams (4, 5; 400; 500). Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (1, 100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anbindung zwischen den ersten Bauteilen (2, 3), den zweiten Bauteilen (4, 5, 400; 500), und der Bodenplatte (9) mittels dem Reibschweißverfahren und/oder dem Schutzgasschweißverfahren hergestellt wird, derart, dass in einem ersten Schritt die Bodenplatte (9) mittels eines Reibschweißverfahrens (FSW) an die ersten und zweiten Bauteile stoffschlüssig angebunden wird und dass in einem anschließenden zweiten Schritt die benachbarten ersten und zweiten Bauteile zu einer Rahmenstruktur mittels eines Schutzgasschweißverfahrens (MIG) stoffschlüssig verbunden werden.Method for producing a housing (1, 100) according to one of the preceding claims, wherein the connection between the first components (2, 3), the second components (4, 5, 400; 500), and the base plate (9) by means of Friction welding and / or the inert gas welding process is produced in such a way that in a first step the base plate (9) is bonded to the first and second components by means of a friction welding process (FSW) and that in a subsequent second step the adjacent first and second components a frame structure using an inert gas welding process (MIG). Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (1, 100), nach Anspruch 6, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt Crashleisten (6, 7) mittels Schraub- und/oder Nietverbindungen an die Längsträger (4, 5) angebunden werden.Method for producing a housing (1, 100), according to Claim 6 , wherein in a further process step, crash strips (6, 7) are connected to the longitudinal beams (4, 5) by means of screw and / or rivet connections. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (1, 100) nach einem der Ansprüche 6-7, wobei als Material für die ersten und zweiten Bauteile und die Bodenplatte Aluminium oder Magnesium verwendet wird.Method for producing a housing (1, 100) according to one of Claims 6 - 7 , whereby aluminum or magnesium is used as the material for the first and second components and the base plate. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (1, 100) nach einem der Ansprüche 6-8, wobei das Gussverfahren zur Herstellung der ersten und/oder zweiten Bauteile ein vakkuumunterstützter Druckguss ist.Method for producing a housing (1, 100) according to one of Claims 6 - 8th , wherein the casting process for producing the first and / or second components is a vacuum-assisted die casting.
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