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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Energiespeichergehäuses oder einer Komponente davon, ein Energiespeichergehäuse sowie ein Kraftfahrzeug.
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Energiespeichergehäuse der in Rede stehenden Art werden beispielsweise in teil- und vollelektrifizierten Kraftfahrzeugen eingesetzt. In derartigen Gehäusen sind die Batterien bzw. Batteriemodule untergebracht. Um die geforderten Reichweiten realisieren zu können, sind diese Speicher in der Regel sehr groß. Typische Werkstoffe sind Aluminium, aber auch Stahl, wobei bei Verwendung von Stahl als Werkstoff insbesondere der Korrosionsschutz eine zentrale Herausforderung darstellt. Die
DE 10 2018 132 171 A1 offenbart in diesem Zusammenhang ein Batteriegehäuse zur Aufnahme eines oder mehrerer Batteriemodule, umfassend einen Kasten mit einem Rahmen und einem Boden, welcher einen Innenraum zur Aufnahme des oder der Batteriemodule bereitstellt, mindestens einen zumindest abschnittsweise auf der dem Innenraum abgewandten Seite des Rahmens an den Rahmen des Kastens angebundenen Montageträger, welcher zur lösbaren Anbindung des Batteriegehäuses an ein Fahrzeug dient, einen Deckel zum Schließen des Kastens, wobei der Rahmen, der Boden, der Montageträger oder der Deckel des Batteriegehäuses aus einem Stahlblech gefertigt ist, welches eine Gefügestruktur, umfassend Ferrit und Martensit, aufweist und mit einem zinkbasierten Überzug ein- oder beidseitig versehen ist. Der zinkbasierte Überzug wird vor der Fertigung zu einer Komponente auf das Stahlblech, beispielsweise in einem kontinuierlichen Schmelz-Tauch-Beschichtungsprozess, aufgebracht.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Verfahren zum Herstellen von Energiespeichergehäusen, sowie die bekannten Energiespeichergehäuse und Kraftfahrzeuge, weiter zu optimieren und insbesondere bei gleichbleibender Qualität kostengünstiger zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch ein Energiespeichergehäuse gemäß Anspruch 11 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der beigefügten Figur.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Bearbeiten oder Herstellen eines Energiespeichergehäuses oder einer Komponente davon die Schritte:
- - Bereitstellen eines Energiespeichergehäuses, bevorzugt eines, insbesondere wannenförmigen, Gehäuseunterteils, wobei das Energiespeichergehäuse einen Bereich aufweist, welcher zur Beschichtung vorgesehen ist;
- - Aufbringen einer ersten Schicht auf den Bereich, insbesondere zum Korrosionsschutz;
- - Aufbringen einer zweiten Schicht auf die erste Schicht mittels Rollen- und/oder Rakelbeschichtung, insbesondere als mechanische Schutzschicht.
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Bei der Rollen- oder Rakelbeschichtung wird ein Beschichtungswerkstoff oder Beschichtungsmaterial auf den Bereich, welcher beschichtet werden soll, aufgetragen und im Anschluss mit einem Verteilwerkzeug, wie beispielsweise einer entsprechend ausgebildeten Rolle oder einem Rakel, verteilt. Hierbei kann mithilfe der Rolle oder des Rakels unkompliziert eine Beschichtungsdicke eingestellt werden. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, ein derartiges Verfahren zur Beschichtung von Energiespeichergehäusen oder Teilen davon anzuwenden. Energiespeichergehäuse der in Rede stehenden Art sind sehr groß, formen beispielsweise bei Personenkraftwagen oft große Bereiche des Unterbodens. Dies erschwert das Aufbringen einer Beschichtung, da das Handling derartiger Bauteile kompliziert ist. Die Verwendung von Stahlwerkstoffen für den Bau von Energiespeichergehäusen war aus diesem Grund lange nicht konkurrenzfähig. Die Rollen- und/oder Rakelbeschichtung hat sich in diesem Zusammenhang als vorteilhaft erwiesen. Diese Verfahren erlauben das gezielte Aufbringen von Beschichtungen auch auf sehr große, sperrige Bauteile oder Komponenten. Vorliegend werden zumindest zwei, sich voneinander bevorzugt hinsichtlich der verwendeten Werkstoffe unterscheidender Schichten aufgetragen.
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Zweckmäßigerweise ist das Energiespeichergehäuse oder die Komponente aus einem Stahlwerkstoff gebildet, insbesondere aus einem blanken Stahlmaterial/Stahlblech. Die Komponente kann ein Gehäuseunterteil oder ein Gehäuseoberteil, wie ein Deckel-/Bodenelement, sein. Gemäß einer Ausführungsform ist das Energiespeichergehäuse in Mischbauweise gefertigt, umfassend Aluminiumbauteile und Stahlbauteile. Eine Mischbauweise kann auch Kunststoffbauteile umfassen. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei den Aluminiumbauteilen um Gussbauteile, insbesondere um Druckgussbauteile. Das Bauteil oder die Komponente, welches die beiden Schichten aufweist, ist bevorzugt ein Metallbauteil, insbesondere ein Aluminiumbauteil, bevorzugt ein Stahlbauteil. Der zu beschichtende Bereich ist ein Bereich, welcher hinsichtlich Korrosion und vor mechanischen Einflüssen geschützt werden muss. Typischerweise handelt es sich, wenn das Energiespeichergehäuse in einem Kraftfahrzeug, wie einem Personenkraftwagen verwendet wird, um den oder einen Bereich des Energiespeichergehäuses, welcher zur Fahrbahn hin orientiert ist.
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Zweckmäßigerweise erfolgt auch das Aufbringen der ersten Schicht mittels Rollen- und/oder Rakelbeschichtung oder mittels Spritzlackieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Schicht eine Korrosionsschutzschicht, wobei die zweite Schicht eine mechanische Schutzschicht ist. Stahlbauteile werden oftmals mittels KTL (kathodische Tauchlackierung) beschichtet. Problematisch hierbei ist, dass die Energiespeichergehäuse bzw. die in Rede stehenden Teile oder Komponenten derart groß sind, dass dies in der Praxis nicht ohne weiteres praktizierbar ist. In der Regel sind die vorhandenen, großen KTL-Bäder bereits mit Karosserien vollständig ausgelastet. Das Auftragen der ersten Schicht mittels Rollen- oder/oder Rakelbeschichtung oder auch mittels Spritzlackieren, stellt eine deutliche Verfahrensvereinfachung dar. Mit Vorteil können die vorgenannten Verfahren auch am bereits fertigen Bauteil, also an dem bereits bestehenden Gehäuseunterteil, beispielsweise der vorgenannten Wanne, oder einem Boden/Deckelelement, angewandt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn sowohl zum Aufbringen der ersten Schicht als auch zum Aufbringen der zweiten Schicht eines der vorgenannten Verfahren, insbesondere das gleiche Verfahren, angewandt wird, also insbesondere eine Rollen- oder Rakelbeschichtung. Die Rollen- oder Rakelbeschichtung erfolgt dabei zweckmäßigerweise in mehreren, beispielsweise nebeneinander angeordneten, Bahnen, solange, bis der Bereich vollständig beschichtet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Schicht zumindest einen der folgenden Werkstoffe auf: Polyvinylchlorid (PVC), silanmodifiziertes Polymer, Plastisol. Bei der zweiten Schicht handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Steinschlagschutzschicht, zweckmäßigerweise aus PVC (Polyvinylchlorid) oder modifizierten Silanen. Eine Schichtdicke beträgt vorteilhafterweise 0,3 bis 1,5 mm, insbesondere 0,5 bis 1 mm.
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Zweckmäßigerweise umfasst die erste Schicht zumindest einen der folgenden Werkstoffe: einen Kunststoff, insbesondere Epoxidharz, Zink. Insbesondere handelt es sich bei der ersten Schicht um eine Korrosionsschutzschicht. Die erste Schicht kann eine Kunststoffschicht sein, mit einer ähnlichen chemischen Zusammensetzung, wie sie auch bei einer KTL-Schicht, welche üblicherweise Epoxidharz umfasst, verwendet wird. Alternativ kann die erste Schicht auch ein metallischer Überzug sein oder zumindest einen metallischen Werkstoff umfassen, wie insbesondere Zink oder eine Zinklegierung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Rakelbeschichtung zumindest ein Verteilwerkzeug, insbesondere ein Rakel, verwendet, und wobei das Verfahren den Schritt umfasst:
- - Führen des Verteilwerkzeugs, insbesondere des Rakels, beim Aufbringen der zweiten Schicht derart, dass eine Oberflächenstruktur, insbesondere zur Strömungsoptimierung, erzeugt wird.
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Zweckmäßigerweise wird beim Erzeugen der zweiten Schicht eine Oberflächenstruktur, ähnlich einer Haifischhaut, erzeugt. Derartige Riblet-Oberflächen verfügen, ähnlich der Haut von Haien, über kleine Rillen, welche ausgelegt sind, den Reibungswiderstand zu verringern. Die Ausgestaltung der Oberflächenstruktur ist nicht auf die vorgenannte Ausführungsart beschränkt. Auch anders geformte Oberflächenstrukturen können geeignet sein, den Reibungswiderstand des Energiespeichergehäuses im eingebauten Zustand zu minimieren. Das Verwenden einer beispielsweise strukturierten Rolle oder auch eines Rakels ermöglicht eine weitgehend flexible Gestaltung der Oberflächenstruktur.
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Zum Erzeugen der Oberflächenstruktur kann es vorteilhaft sein, die Vorschubgeschwindigkeit, die Bahnrichtung, den Abstand des Verteilwerkzeug, wie des Rakels oder der Rolle, von der zu beschichtenden Oberfläche und/oder die Vorschubrichtung des Rakels/der Rolle zu variieren. Insbesondere kann es auch vorteilhaft sein, das Verteilwerkzeug quer zur Vorschub- oder Produktionsrichtung alternierend zu bewegen. Mit Vorteil können so mäandrierende oder mäanderförmige Strukturen, insbesondere Rillenstrukturen- oder Rillenbilder, erzeugt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Thermisches Aktivieren der Schicht oder der Schichten.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die thermische Aktivierung mittels einer Wärmequelle, beispielsweise mittels Infrarotstrahlung. Die thermische Aktivierung erfolgt gemäß einer Ausführungsform unmittelbar nach dem Auftrag der jeweiligen Schicht.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auftragen der nächsten, also der zweiten Schicht, dann, wenn die erste Schicht an- oder ausgehärtet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Aufbringen der ersten Schicht und der zweiten Schicht im gleichen Arbeitstakt.
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Zweckmäßigerweise wird eine Vorrichtung oder ein Werkzeug verwendet, welches ermöglicht, die beiden Schichten in einem Arbeitstakt zu erzeugen. Dies bedeutet, dass beide Schichten zweckmäßigerweise in einem Bahndurchgang aufgebracht werden. Hierzu sind entsprechende Wärmequellen und auch Auftragswerkzeuge bzw. Verteilvorrichtungen, wie die Rollen oder Rakel, entsprechend angeordnet. Um einen Bereich gegebener Größe vollständig zu beschichten sind üblicherweise nebeneinander mehrere Bahnen aufzutragen.
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Jede der Schichten umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nur eine Lage. Eine gewünschte Schichtdicke kann mit Vorteil jeweils unmittelbar beim Auftragen oder Verteilen des Werkstoffs eingestellt oder erzeugt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Verwenden eines Mehrfachrakels oder einer Mehrfachrakelanordnung, alternativ auch einer Mehrfachrollenanordnung, bei welcher zumindest zwei Rakel oder auch Rollen entlang einer Auftragsrichtung beabstandet angeordnet
sind, zum Erzeugen der Schichten im gleichen Arbeitstakt.. Zweckmäßigerweise ist dazwischen zumindest eine Wärmequelle zur thermischen Aktivierung der bereits aufgebrachten Schicht angeordnet.
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Die Erfindung betrifft auch ein Energiespeichergehäuse, insbesondere ein Energiespeichergehäuse, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. unter dessen Verwendung hergestellt ist, wobei das Energiespeichergehäuse einen Bereich umfasst, welcher eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung wenigstens zwei übereinanderliegende Schichten umfasst, und wobei zumindest die zweite Schicht mittels Rollen- und/oder Rakelbeschichtung aufgebracht ist. Für das Energiespeichergehäuse gelten die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend, wie auch umgekehrt. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei der ersten Schicht um eine Korrosionsschutzschicht und bei der zweiten Schicht um eine Steinschlagschutzschicht.
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Zweckmäßigerweise weist die mechanische Schutzschicht, insbesondere Steinschlagschutzschicht, eine Oberflächenstruktur oder -Strukturierung auf. Zweckmäßigerweise ist diese ausgelegt, beispielsweise aerodynamische Vorteile zu bewirken. Zweckmäßigerweise weist die Oberflächenstruktur beispielsweise eine Riblet-Struktur auf, welche ausgelegt ist, den Reibungswiderstand zu reduzieren. Zweckmäßigerweise wird die Oberflächenstruktur direkt durch die zweite Schicht, also insbesondere die mechanische Schutzschicht, ausgebildet. Es ist also keine weitere Schicht oder Lage notwendig, um diese Funktionalität bereitzustellen, sondern die technischen Vorteile werden direkt durch die zweite Schicht bereitgestellt, insbesondere bei dessen Herstellung.
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Auch die erste Schicht ist zweckmäßigerweise mittels Rollen- und/oder Rakelbeschichtung oder auch mittels Spritzlackieren aufgebracht. Zweckmäßigerweise können die genannten Verfahren alle an einem, zumindest teilweise, fertigen Energiespeichergehäuse bzw. einer Komponente davon, ausgeführt werden. Insbesondere werden vorliegend also nicht Einzelteile oder Bleche, bevor sie umgeformt oder gefügt werden, beschichtet, sondern das an sich fertige Bauteil, wie beispielsweise das Gehäuseunterteil oder ein Boden-/Deckelelement eines Energiespeichergehäuses.
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Bei dem Bereich, welcher beschichtet ist, handelt es sich insbesondere um einen Bereich des Energiespeichergehäuses, welcher zu einer Fahrbahnebene hin orientiert ist. Insbesondere handelt es sich um einen im Nassraum befindlichen Bereich.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, welches zumindest ein erfindungsgemäßes Energiespeichergehäuse umfasst, wobei der Bereich, welcher beschichtet ist, einen Unterboden des Kraftfahrzeugs formt oder mit formt. Bei dem Kraftfahrzeug der in Rede stehenden Art handelt es sich bevorzugt um einen Personenkraftwagen oder auch um ein Nutzfahrzeug, insbesondere also um Landfahrzeuge. Die Energiespeichergehäuse der in Rede stehenden Art sind so groß, dass sie weite Bereiche des Unterbodens der entsprechenden Fahrzeuge einnehmen.
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Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht mit Vorteil die Verwendung von Stahlwerkstoffen bei oder für die Herstellung von Energiespeichergehäusen. Energiespeichergehäuse sind vorliegend insbesondere elektrische Energiespeichergehäuse oder Energiespeichergehäuse für Energiespeicherzellen, wie Batterien oder Batteriemodule, welche in den Gehäusen angeordnet sind.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigt:
- 1: eine schematische Skizze zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Skizze, wobei ein Bauteil 1 skizziert ist, welches einen Bereich 10 umfasst, welcher beschichtet werden soll. Der Auftrag der Beschichtung, welche zwei Lagen bzw. Schichten 11 und 12 umfasst, erfolgt vorliegend mittels zweier Rakel 20. Die Rakel 20 werden dazu verwendet, eine Dicke der jeweiligen Schicht einzustellen bzw. das Beschichtungsmaterial zu verteilen. Das Bezugszeichen R deutet eine Vorschubrichtung an, entlang derer die Rakel 20 bewegt werden. Zu erkennen ist, dass durch die Bewegung der Rakel 20 entlang der Vorschubrichtung R das Material verteilt wird, sodass eine Schicht bzw. Schichten 11, 12 entstehen. Skizziert ist weiter, dass Wärmequellen 30 vorgesehen sind, welche ausgelegt sind, die gerade aufgebrachte Schicht 11, 12 thermisch zu aktivieren. Das thermische Aktivieren kann ein An- oder Aushärten umfassen oder dieses zumindest aktivieren. Gemäß einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung verwendet, welche die hier skizzierten beiden Rakel 20 umfasst. Beispielsweise kann mit einer derartigen Anordnung, mit entsprechenden Auftragswerkzeugen zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials, wie auch entsprechender Wärmequellen, ein Auftrag der Schichten 11, 12 in einem Arbeitstakt erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil
- 10
- Bereich
- 11
- erste Schicht
- 12
- zweite Schicht
- 20
- Rakel
- 30
- Wärmequelle
- R
- Vorschubrichtung, Auftragsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018132171 A1 [0002]
