DE102021119745A1

DE102021119745A1 - Bauteilverbund und Hochvoltspeicher mit einem solchen Bauteilverbund

Info

Publication number: DE102021119745A1
Application number: DE102021119745.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Soldner; Hadar Sleiman; Johann Voglmeier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2023-02-02

Abstract

Es ist allgemein ein Hochvoltspeicher bekannt, der einen Boden und einen Deckel aus einer Aluminiumlegierung aufweist. Zwischen dem Boden und dem Deckel sind Batteriemodule angeordnet. Der Hochvoltspeicher umfasst zudem Mittelstege, die sich zwischen Batteriemodulen vom Boden bis zum Deckel erstrecken. Diese Mittelstege bestehen aus ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bauteilverbund aus zumindest einem stranggepressten Hohlkammerprofil und einem flächigen Bauteil zu schaffen, der aufgrund seiner Gestaltung schnell und prozesssicher herstellbar ist.Erfindungsgemäß besteht ein Bauteilverbund aus zumindest einem stranggepressten Hohlkammerprofil und einem flächigen Bauteil. Dass Hohlkammerprofil liegt in seiner Längserstreckung auf dem flächigen Bauteil auf und ist mit zumindest einer länglichen Schweißnaht mit dem flächigen Bauteil verschweißt ist. Das Hohlkammerprofil weist dazu zwei angeformte, einander gegenüberliegende seitlich abstehende Stege (12) auf, mit denen das Hohlkammerprofil auf dem flächigen Bauteil aufliegt. Das Hohlkammerprofil ist mit den Stirnseiten (14) der Stege (12) jeweils mit einer länglichen Schweißnaht mit dem flächigen Bauteil verschweißt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bauteilverbund nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Hochvoltspeicher mit einem solchen Bauteilverbund.
Es ist allgemein ein Hochvoltspeicher bekannt, der einen Boden und einen Deckel aus einer Aluminiumlegierung aufweist. Zwischen dem Boden und dem Deckel sind Batteriemodule angeordnet. Der Hochvoltspeicher umfasst zudem zumindest einen Mittelsteg, die sich zwischen zumindest zwei Batteriemodulen vom Boden bis zum Deckel erstreckt. Dieser Mittelsteg besteht ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bauteilverbund aus zumindest einem stranggepressten Hohlkammerprofil und einem flächigen Bauteil zu schaffen, der aufgrund seiner Gestaltung schnell und prozesssicher herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Bauteilverbund mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dieser Bauteilverbund kann Bestandteil eines Hochvoltspeichers sein, der wiederum in einem Kraftfahrzeug verbaut sein kann.
Erfindungsgemäß besteht ein Bauteilverbund aus zumindest einem stranggepressten Hohlkammerprofil und einem flächigen Bauteil. Ein stranggepresstes Hohlkammerprofil umschließt im Querschnitt gesehen zumindest einen Hohlraum vollständig. Das Hohlkammerprofil liegt in seiner Längserstreckung auf dem flächigen Bauteil auf und ist mit zumindest einer länglichen Schweißnaht mit dem flächigen Bauteil verschweißt ist. Das Hohlkammerprofil weist dazu zwei angeformte, einander gegenüberliegende seitlich abstehende Stege auf, mit denen das Hohlkammerprofil auf dem flächigen Bauteil aufliegt. Das Hohlkammerprofil ist mit den Stirnseiten der Stege jeweils mit einer länglichen Schweißnaht mit dem flächigen Bauteil verschweißt.
Bevorzugt sind die Stege einstückig mit dem restlichen Hohlkammerprofil als Strangpressbauteil ausgeführt. Dabei können die freien Endabschnitte der Stege vorteilhafterweise so gestaltet sein, dass sie flächig auf dem flächigen Bauteil aufliegen. Insbesondere können die Stirnseiten der freien Enden der Stege unmittelbar und rechtwinklig auf dem flächigen Bauteil aufliegen.
Ein als Strangpressprofil ausgeführtes Hohlkammerprofil ohne abstehende Stege kann fertigungstechnisch bedingt keine scharfkantige Außenkontur sondern stets nur abgerundete Kanten aufweisen. Wenn nun ein solches Strangpressprofil auf einem flächigen Bauteil aufliegt, löst sich das Hohlkammerprofil im Querschnitt gesehen beidseitig der Auflagefläche auf dem flächigen Bauteil aufgrund der abgerundeten Kanten bogenförmig von dem flächigen Bauteil ab. Dadurch entsteht beidseitig des Hohlkammerprofils jeweils ein Spalt zu dem flächigen Bauteil. Wenn nun das Hohlkammerprofil mit dem flächigen Bauteil verschweißt werden soll, müssen diese Spalten mit der Schweißnaht ausgefüllt werden. Dies erfordert viel Material, das beim Schweißen zugeführt werden muss, und das Erzeugen der Schweißnähte benötigt relativ viel Zeit.
Die erfindungsgemäße Gestaltung des Hohlkammerprofils mit zwei seitlich abstehenden Stegen ermöglicht eine bessere Verschweißung. Denn die freien Endabschnitte der Stege können so gestaltet sein, dass sie flächig auf dem flächigen Bauteil aufliegen, und dass die Stirnseiten der Stege unmittelbar und rechtwinklig auf dem flächigen Bauteil aufliegen. Ein solcher abstehender Steg kann auch bei einem Strangpressprofil so gestaltet werden, dass die Stirnseite wirklich eine echte rechtwinklige Kante ohne Radien bildet. Das Hohlkammerprofil kann dann mit den Stirnseiten der Stege mit dem flächigen Bauteil verschweißt werden. Dabei müssen keine Spalten mit Schweißmaterial aufgefüllt werden, um eine prozesssichere Verschweißung gewährleisten zu können. Auf diese Weise wird deutlich weniger Material benötigt, das beim Verschweißen zugeführt werden muss. Auch kann die erforderliche Schweißnaht wesentlich schneller hergestellt werden als eine Schweißnaht, die einen Spalt auffüllen muss. Zudem wird die Kantenführung durch taktile oder optische Hilfsmittel seitens der Anlagentechnik deutlich verbessert, was zu qualitativ hochwertigeren Fügenähte führt bei tendenziell geringerem Wärmeintrag und damit weniger Verzug der Schweißkonstruktion.
Günstigerweise besteht das Hohlkammerprofil und/oder das flächige Bauteil aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung. Zu den Leichtmetallen zählen vor allem Aluminium und Magnesium sowie Legierungen aus Aluminium und Magnesium. Ein Hohlkammerprofil aus einem Leichtmetall bzw. einer Leichtmetalllegierung weist eine hohe Steifigkeit bei einem relativ zur Steifigkeit geringen Gewicht auf. Es eignet sich also besonders für Anwendungsfälle, bei denen das Gesamtgewicht möglichst gering gehalten werden soll. Insbesondere Aluminium und Aluminiumlegierungen sind auch zur Herstellung des Hohlkammerprofils in einem Strangpressverfahren sehr geeignet.
Bevorzugt sind die Schweißnähte zwischen dem Hohlkammerprofil und dem flächigen Bauteil Laserschweißnähte. Beim Laserschweißen wird Licht mit Hilfe einer Fokussieroptik auf einen kleinen Fleck gebündelt. Da die Energiedichte sehr hoch ist, wird das zu schweißende Material schnell geschmolzen und es entsteht schnell eine Schweißnaht. Laserschweißen ermöglicht die schnelle und automatisierte Fertigung von sehr präzisen Schweißnähten. Auch eignet sich Laserschweißen gut zum Verschweißen von Leichtmetallbauteilen. Gegenüber konventionellen Schweißtechniken hat das Laserschweißen vor allem die Vorteile, dass die Schweißnähte in hoher Qualität hochautomatisiert erzeugt werden können. sehr schlank gehalten werden können, und die thermische Belastung und damit der Verzug gering ist.
Idealerweise bildet der erfindungsgemäße Bauteilverbund einen Teil eines Hochvoltspeichers. Ein Hochvoltspeicher umfasst üblicherweise mehrere Batteriemodule, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Der Bauteilverbund kann einen Teil eines solchen Gehäuses bilden. Beispielsweise kann das flächige Bauteil einen Boden oder einen Deckel des Hochvoltspeichers bilden. Das Hohlkammerprofil kann günstigerweise eine Zwischenwand zwischen dem Boden und dem Deckel bilden, die zwischen zumindest zwei Zellmodulen angeordnet ist, und sich zwischen dem Boden und dem Deckel erstreckt.
Derartige Hochvoltspeicher werden beispielsweise in modernen Kraftfahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb benötigt. Die elektrischen Antriebe benötigen relativ viel Strom, der durch einen solchen wieder aufladbaren Hochvoltspeicher bereitgestellt wird. Im Kraftfahrzeugbau spielt auch das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs eine große Rolle. Daher bietet es sich an, möglichst viele Bauteile aus einem leichten Werkstoff, wie beispielsweise aus einem Leichtmetall, zu verwenden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellungsweise einen Schnitt durch einen Hochvoltspeicher eines Kraftfahrzeugs.
In der einzigen Figur ist ein Schnitt durch einen Teil eines Gehäuses eines Hochvoltspeichers eines Kraftfahrzeugs dargestellt. In dem Hochvoltspeicher sind mehrere Batteriemodule untergebracht, die die notwendige elektrische Leistung für einen Elektroantrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Die Batteriemodule sind in einem vollständig geschlossenen Gehäuse untergebracht. Das Gehäuse umfasst zumindest einen Boden 2, einen Deckel, Seitenwände und zumindest eine Zwischenwand 4. Der Boden 2 ist ein flächiges Bauteil aus einem umgeformten Aluminiumblech. Er erstreckt sich in einer horizontalen Fahrzeugebene in Fahrzeuglängsrichtung x und in Fahrzeugquerrichtung y. Die zumindest eine Zwischenwand 4 erstreckt sich zwischen zumindest zwei Batteriemodulen vom Boden 2 bis zum nicht dargestellten Deckel in Fahrzeughochrichtung z. Die Zwischenwand 4 besteht aus einem stranggepressten Hohlprofil aus einer Aluminiumlegierung. Das Hohlprofil umschließt im Querschnitt gesehen einen unteren Hohlraum 6, einen großen mittleren Hohlraum 8 und zwei kleinere obere Hohlräume 10 vollständig, die sich in Fahrzeugquerrichtung y erstrecken.
Die Zwischenwand 4 steht auf dem Boden 2. Dazu weist das Hohlkammerprofil im unteren Abschnitt zwei angeformte, einander gegenüberliegende seitlich abstehende Stege 12 auf. Die beiden seitlich abstehenden Stege 12 bilden quasi Füße für die Zwischenwand 4. Die abstehenden Stege 12 liegen mit ihren freien Endabschnitten flächig auf dem Boden 2 auf. Die Stirnseiten 14 der freien Enden der Stege 12 liegen unmittelbar und rechtwinklig auf dem Boden 2 auf. Der Übergang zwischen den Stirnseite 14 der Stege 12 und der Auflagefläche der Stege 12 auf dem Boden 2 ist rechtwinklig und ohne Radius gestaltet. Auf diese Weise gibt es keinen Spalt zwischen dem unteren Ende der Stirnseite 14 und dem Boden 2.
Die Zwischenwand 4 ist mit dem Boden 2 verschweißt. Dazu sind die Stege 12 jeweils mit einer Laserschweißnaht mit dem Boden 2 verbunden. Die Laserschweißnähte sind als Kehlschweißnähte zwischen dem Boden 2 und den Stirnwänden 14 der Stege 12 ausgeführt. Die Verwendung eines Laserschweißverfahrens ermöglicht es, die Schweißnähte schnell und voll automatisiert erzeugen zu können. Dabei muss nur wenig Schweißmaterial zugeführt werden, weil einerseits ein Laserschweißverfahren verwendet wird und andererseits kein Spalt zwischen den Stirnseiten 14 und dem Boden 2 mit Schweißmaterial aufgefüllt werden muss.
Die Verwendung eines Hohlprofils mit zusätzlichen Stegen 12 als Zwischenwand 4 ermöglicht so eine schnelle Herstellung des Gehäuses des Hochvoltspeichers, die zudem die Zuführung von weniger Schweißmaterial erfordert als bei der Verwendung eines Hohlprofils ohne zusätzliche Stege.

Claims

Bauteilverbund aus zumindest einem stranggepressten Hohlkammerprofil und einem flächigen Bauteil, auf dem das Hohlkammerprofil in seiner Längserstreckung aufliegt, wobei das Hohlkammerprofil mit dem flächigen Bauteil mit zumindest einer länglichen Schweißnaht verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkammerprofil zwei angeformte, einander gegenüberliegende seitlich abstehende Stege (12) aufweist, mit denen das Hohlkammerprofil auf dem flächigen Bauteil aufliegt, und wobei die Stirnseiten (14) der Stege (12) jeweils mit einer länglichen Schweißnaht mit dem flächigen Bauteil verschweißt ist.
Bauteilverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege einstückig mit dem restlichen Hohlkammerprofil als Strangpressbauteil ausgeführt sind.
Bauteilverbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Endabschnitte der Stege (12) so gestaltet sind, dass sie flächig auf dem flächigen Bauteil aufliegen.
Bauteilverbund nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (14) der freien Enden der Stege (12) unmittelbar und rechtwinklig auf dem flächigen Bauteil aufliegen.
Bauteilverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnähte Laserschweißnähte sind.
Bauteilverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkammerprofil und/oder das flächige Bauteil aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung besteht.
Hochvoltspeicher umfassend einen Bauteilverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Hochvoltspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Bauteil einen Boden (2) oder einen Deckel des Hochvoltspeichers bildet.
Hochvoltspeicher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkammerprofil eine Zwischenwand (4) in dem Hochvoltspeicher bildet, die sich zwischen einem Boden (2) und einem Deckel zwischen zumindest zwei Zellmodulen erstreckt.
Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltspeicher nach einem der Ansprüche 7 bis 9.