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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für ein Akkumulatorgehäuse eines Akkumulators für ein Kraftfahrzeug.
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In elektrisch betriebenen Fahrzeugen werden leistungsfähige Akkumulatoren benötigt. Diese müssen aufgrund der vergleichsweise hohen Lebensdauer von Kraftfahrzeugen (verglichen mit vielen anderen elektrischen Geräten) in hinreichendem Maße vor Umwelteinflüssen geschützt sein. Dies betrifft insbesondere auch den Schutz vor Korrosion und Feuchtigkeit, da Fahrzeuge naturgemäß häufig Witterungseinflüssen ausgesetzt sind. Daher weisen die in Kraftfahrzeugen angeordneten Akkumulatoren vergleichsweise widerstandsfähige Akkumulatorgehäuse auf.
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An die Akkumulatorgehäuse, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, werden neben der Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen, die sich insbesondere in entsprechenden Anforderungen an einen Korrosionsschutz widerspiegelt, weitere Anforderungen gestellt. So müssen derartige Akkumulatorgehäuse eine hohe mechanische Stabilität aufweisen. Darüber hinaus müssen die Akkumulatorgehäuse Anforderungen im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit erfüllen. Dies liegt daran, dass die Akkumulatorgehäuse oftmals auch elektronische Bauelemente, insbesondere ein Batteriemanagementsystem, enthalten, die entsprechende Anforderungen an die elektromagnetische Abschirmung durch das Akkumulatorgehäuse stellen.
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Dies führt dazu, dass vergleichsweise hohe Anforderungen an die Dichtungen zwischen Gehäuseteilen gestellt werden.
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Die Suche nach Dichtungsanordnungen, die zum einen im Hinblick auf Dichtigkeit und vor allem ihre mechanische Widerstandsfähigkeit hohe Anforderungen erfüllen können und gleichzeitig einen guten Korrosionsschutz gewährleisten und darüber hinaus eine gute elektromagnetische Verträglichkeit des Gehäuses ermöglichen, hat zu Dichtungsanordnungen geführt, bei denen eine Mehrzahl in einen Spalt eingebrachter Dichtmittel und/oder Verbindungselemente zum Einsatz kommen. Derartige Dichtungsanordnungen sind beispielsweise in der
DE 10 2019 103 049 A1 gezeigt. Die im Stand der Technik bisher bekannten Dichtungsanordnungen dieser Art weisen im Hinblick auf die gleichzeitige Erfüllung sämtlicher gewünschter Eigenschaften jedoch nach wie vor ein Verbesserungspotenzial auf.
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So können sich beim Einsatz derartiger großflächiger Akkumulatorgehäuse in Kraftfahrzeugen beispielsweise aufgrund der im Einsatz vorkommenden Verbindungen der in der Regel großflächigen Akkumulatorgehäuse Verformungen unterworfen sein. Noch wesentlich gravierender können die Verformungen derartiger Akkumulatorgehäuse ausfallen, wenn es zu Deformationen des Akkumulatorgehäuses, beispielsweise bei Unfällen, kommt. Um in derartigen Situationen das unkontrollierte Austreten von Gasen aus dem Akkumulatorgehäuse zu verhindern, müssen die Dichtungen auch in derartigen Situationen nach Möglichkeit intakt bleiben. Weiterhin können mittels Verbindungselementen zwar mechanisch stabile Verbindungen zwischen Gehäuseteilen hergestellt werden, die hierfür erforderlichen Gehäusekonstruktionen führen jedoch in der Regel dazu, dass sich zwischen den Gehäuseteilen den Dichtungen vorgelagerte Spalten bilden, in die Flüssigkeit eindringen und Dichtungen korrosiv unterwandern kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Dichtungsanordnung für ein Akkumulatorgehäuse eines Akkumulators für ein Kraftfahrzeug aufzuzeigen, die mechanisch widerstandsfähig, korrosionsunanfällig und elektromagnetisch verträglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Dichtungsanordnung nach dem unabhängigen Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
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Die Dichtungsanordnung weist ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil auf. Die Gehäuseteile sind miteinander mittels Verbindungselementen verbunden, wobei die Dichtungsanordnung zwischen den Gehäuseteilen einen Dichtspalt aufweist.
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In dem Dichtspalt sind ein erstes Dichtmittel und ein zweites Dichtmittel eingebracht. Dabei ist das erste Dichtmittel zwischen dem Inneren des Gehäuses und dem zweiten Dichtmittel und das zweite Dichtmittel zwischen dem Äußeren des Gehäuses und dem ersten Dichtmittel angeordnet. Dabei handelt es sich bei dem ersten Dichtmittel um ein heiß verarbeitbares Dichtmittel und bei dem zweiten Dichtmittel um ein kalt verarbeitbares Dichtmittel.
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Es hat sich gezeigt, dass sich mittels einer Kombination aus zwei nebeneinander angeordneten Dichtmitteln die unterschiedlichen Anforderungen an eine derartige Dichtungsanordnung gut erfüllen lassen. Durch die Verbindungselemente, die die beiden Gehäuseteile verbinden, lassen sich mechanisch belastbare Verbindungen zwischen den Gehäuseteilen realisieren. Heiß verarbeitbare Dichtmittel eignen sich insbesondere dazu, Dichtungen zu erzeugen, die ein gewisses Volumen bzw. eine gewisse Dicke aufweisen und dadurch eine gewisse Toleranz gegenüber Verformungen der Dichtungsanordnung aufweisen. Kalt verarbeitbare Dichtmittel hingegen können in niedrigen Viskositäten bereitgestellt werden, die es ermöglichen, dünne Spalte auszufüllen, wie sie sich bei der Verbindung von Gehäuseteilen mittels Verbindungselementen zwischen den Gehäuseteilen ausbilden können. Von außen betrachtet ist das zweite Dichtmittel somit in der Dichtungsanordnung dem ersten Dichtmittel vorgelagert und füllt insbesondere den Dichtspalt im Bereich der Befestigungselemente aus. Dadurch verhindert das zweite Dichtmittel das Eindringen von Feuchtigkeit in diesen Spalt und somit die korrosive Unterwanderung des zweiten Dichtmittels. Das zweite Dichtmittel wiederum sorgt für eine Abdichtung, die robust gegenüber mechanischen Einflüssen, insbesondere Verformungen des Akkumulatorgehäuses, ist.
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Bei dem Akkumulatorgehäuse handelt es sich insbesondere um ein Akkumulatorgehäuse, in dem eine Mehrzahl Akkumulatorzellen angeordnet ist, wobei die einzelnen Zellen insbesondere in separaten Zellgehäusen innerhalb des Akkumulatorgehäuses angeordnet sind. Derartige Akkumulatorgehäuse dienen insbesondere dazu, die einzelnen Zellen vor Umwelteinflüssen zu schützen. Gleichzeitig sollen im Falle des thermischen Durchgehens der Akkumulatorzellen die Insassen des Kraftfahrzeugs vor den hierbei entstehenden heißen und brennbaren Gasen geschützt werden. Dementsprechend sind die Akkumulatorgehäuse der in Rede stehenden Art vergleichsweise massiv ausgelegt. Das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil kann daher insbesondere aus einem metallischen Werkstoff sein. Beispielsweise kann es sich um ein Gehäuseteil aus einer Aluminiumlegierung handeln. Alternativ und/oder ergänzend kann es sich auch um ein Stahlteil, insbesondere um ein Stahlblech, handeln. Bei dem ersten und/oder dem zweiten Dichtmittel kann es sich um ein Dichtmittel auf der Basis von Butylkautschuk handeln. Es hat sich gezeigt, dass Dichtmittel auf der Basis von Butylkautschuk die notwendigen Eigenschaften mit sich bringen, um eine zuverlässige und langlebige Dichtung zu erzeugen. Entsprechend kann es sich bei dem heiß verarbeitbaren Dichtmittel insbesondere um ein sogenanntes Heißbutyl, beispielsweise Teroson RB 81 VA, handeln. Bei dem kalt verarbeitbaren Dichtmittel kann es sich insbesondere um ein sogenanntes Kaltbutyl, beispielsweise Teroson RB 4100, handeln.
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Der Dichtspalt im Bereich des zweiten Dichtmittels weist vorzugsweise eine Dicke von wenigstens 0,2 mm, insbesondere wenigstens 0,3 mm und/oder höchstens 0,5 mm, insbesondere 0,4 mm, auf. Es hat sich gezeigt, dass sich mit der Verwendung von kalt verarbeitbaren Dichtmitteln, insbesondere Kaltbutyl, sehr dünne Dichtspalte realisieren lassen. Idealerweise lässt sich der Dichtspalt so auf die vorstehende Restdicke reduzieren, die insbesondere auch durch die Verbindungselemente bedingt sein kann, beispielsweise wenn das Material beim Eindrehen der Schrauben aufgeworfen wird.
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Bei den Verbindungselementen kann es sich entsprechend um gewindeformende Schrauben handeln. Derartige Schrauben werden auch als Flowdrill-Schrauben bezeichnet. Diese können insbesondere ohne ein vorgebohrtes Loch in die Gehäuseteile geschraubt sein. Bei den hierbei entstehenden Materialumformungen entstehen lokal für kurze Zeit vergleichsweise hohe Temperaturen von 350 °C bis 450 °C. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass diese kurzzeitig auftretenden hohen Temperaturen keinen negativen Einfluss auf das Dichtmittel ausüben.
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Das erste Gehäuseteil kann eine Nut aufweisen. Vorteilhafterweise kann das erste Dichtmittel zumindest teilweise in der Nut angeordnet sein. Eine derartige Nut stellt einen vergleichsweise großvolumigen Aufnahmeraum für das erste Dichtmittel dar. Die durch das eingebrachte Dichtmittel so entstehende Dichtung weist im Ergebnis im Bereich der Nut eine signifikant höhere Dicke auf als im Bereich der zur Nut benachbarten Dichtflächen. Dies sorgt im Ergebnis für bessere Verformungseigenschaften der resultierenden Dichtung, da ein größeres Volumen an Dichtmittel sich verformen kann, als wenn das Dichtmittel lediglich zwischen zwei Dichtflächen eingebracht ist.
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Bei dem ersten Gehäuseteil kann es sich um einen Rahmen handeln. Derartige Rahmen dienen insbesondere dazu, einem Akkumulatorgehäuse der in Rede stehenden Art eine hohe mechanische Stabilität zu verleihen. Entsprechend ist das Material des Gehäuses im Bereich des Rahmens wesentlich dicker als in anderen Bereichen, insbesondere im Bereich einer Oberschale und/oder einer Unterschale.
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Bei dem zweiten Gehäuseteil kann es sich um eine Oberschale, eine Unterschale und/oder eine Kühlplatte handeln. Kühlplatten dienen dazu, das Innere eines Akkumulatorgehäuses der in Rede stehenden Art zu kühlen. Sie können beispielsweise aus miteinander verlöteten Blechen bestehen, die zwischen sich einen durch ein Kühlmedium durchströmenden Hohlraum ausbilden.
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Entsprechend kann das Verfahren zur Herstellung einer Dichtungsanordnung vorsehen, dass das erste Dichtmittel und das zweite Dichtmittel in Gestalt zweier, insbesondere, zumindest im Wesentlichen, parallel verlaufender, Raupen und/oder Schnüre auf einer Dichtfläche eines der Gehäuseteile aufgetragen wird. Anschließend werden die Gehäuseteile unter Ausbildung der Dichtungsanordnung miteinander verbunden. Dabei wird das erste Dichtmittel mit einer höheren Temperatur aufgetragen als das zweite Dichtmittel.
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Der Auftrag des ersten Dichtmittels kann dabei bei einer Temperatur von wenigstens 60°C, vorzugsweise von wenigstens 80°C, und/oder höchstens 180°C, vorzugsweise höchstens 160°C, erfolgen.
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Die Verarbeitung des zweiten Dichtmittels erfolgt insbesondere bei Raumtemperatur. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das zweite Dichtmittel zum Zwecke seiner Verarbeitung wieder beheizt noch gekühlt wird.
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Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass das zweite Dichtmittel auf die zum ersten Dichtmittel hin hin gelegene Hälfte der durch das zweite Dichtmittel zu benetzenden Dichtfläche aufgetragen wird. Auf diese Weise wird eine weitgehende Vermeidung von Lufteinschlüssen erreicht.
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Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass das erste Dichtmittel als Schnur und/oder Raupe mit einem mittleren Querschnitt, der einem Kreis von wenigstens 3 mm, insbesondere wenigstens 3,5 mm, und/oder höchstens 5 mm, insbesondere höchstens 4,5 mm, Durchmesser entspricht, aufgetragen wird.
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Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass das zweite Dichtmittel als Schnur und/oder Raupe mit einem mittleren Querschnitt, der einem Kreis von wenigstens 1 mm, insbesondere wenigstens 1,2 mm, und/oder höchstens 1,8 mm, insbesondere höchstens 2 mm, Durchmesser entspricht, aufgebracht wird.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des Aufbringens der Dichtmittel auf einen ersten Gehäuseteil,
- 2 Verbinden eines zweiten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil,
- 3 das Aufbringen der Dichtmittel auf den ersten Gehäuseteil zur Ausbildung einer weiteren Dichtungsanordnung,
- 4 das Verbinden eines weiteren, zweiten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil,
- 5 eine schematische Darstellung des Querschnitts der Dichtflächen unmittelbar vor dem Verbinden der Gehäuseteile,
- 6 eine schematische Darstellung der fertigen Dichtungsanordnungen.
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Das im gezeigten Beispiel dargestellte beispielhafte Akkumulatorgehäuse 10 weist zwei Dichtungsanordnungen 12, 14 auf.
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Die in den 1 und 2 beispielhaft dargestellte Dichtungsanordnung 12 weist wie insbesondere in 1 zu erkennen ist, ein erstes Dichtmittel 16 sowie ein zweites Dichtmittel 18 auf. Die Dichtmittel 16, 18 werden beispielhaft in Gestalt paralleler Raupen umlaufend auf die Dichtfläche 20 des ersten Gehäuseteils 22 aufgetragen. Bei dem ersten Gehäuseteil 22 kann es sich wie im gezeigten Beispiel um einen Rahmen handeln. In 1 dargestellt ist die Gestalt, welche das erste Dichtmittel 16 und das zweite Dichtmittel 18 annehmen, wenn das erste Gehäuseteil 22 mit dem zweiten Gehäuseteil 24 verbunden ist. Diese Situation ist in 2 dargestellt. Bei dem zweiten Gehäuseteil 24 kann es sich wie in den 1 und 2 beispielhaft dargestellt, um eine Kühlplatte handeln. Das so gebildete Akkumulatorgehäuse 10 ist in den 1 und 2 mit Ansicht auf die Unterseite dargestellt.
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Wie im gezeigten Beispiel kann ein Gehäuseteil, im gezeigten Beispiel das Gehäuseteil 22, im Bereich der Dichtfläche 20 Schraubdome 26 aufweisen. Es ist möglich, dass der Auftrag des zweiten Dichtmittels 18 im unmittelbaren Nahbereich dieser Schraubdome 26 unterbrochen ist. In diesem Fall kann durch die Ausbreitung des ersten Dichtmittels 18 beim Verbinden des ersten Gehäuseteils 22 mit dem zweiten Gehäuseteil 24 dennoch eine umlaufende Dichtung durch das zweite Dichtmittel 16 erzeugt werden.
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Wie im gezeigten Beispiel kann die Verbindung zwischen dem ersten Gehäuseteil 22 und dem zweiten Gehäuseteil 24 mit mittels Verbindungselementen 28 erfolgen. Bei den Verbindungselementen 28 kann es sich wie im gezeigten Beispiel um gewindeformende Schrauben handeln.
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In den 3 und 4 ist schematisch die Verbindung zwischen dem ersten Gehäuseteil 22 und einem weiteren zweiten Gehäuseteil 30 in Gestalt einer Oberschale unter Ausbildung einer weiteren Dichtungsanordnung 14 gezeigt. Das erste Dichtmittel 16 und das zweite Dichtmittel 18 sind in 3 entsprechend der Darstellung in 1 in der Gestalt dargestellt, die sie nach dem Verbinden des ersten Gehäuseteils 22 mit dem zweiten Gehäuseteil 30 annehmen.
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Bei dem zweiten Gehäuseteil 30 handelt es sich um eine Oberschale. In der 3 schematisch dargestellt sind die Zellgehäuse einzelner Zellen, die innerhalb des Akkumulatorgehäuses 10 angeordnet sind. Auch das zweite Gehäuseteil 30 und das erste Gehäuseteil 22 können wie beispielhaft dargestellt mittels Verbindungselementen 28 in Gestalt von gewindeformenden Schrauben verbunden werden.
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Die Dichtmittel 16 und 18 können insbesondere in einem zähflüssigen bzw. pastösen Zustand auf die jeweiligen Dichtflächen aufgetragen werden. Die Gehäuseteile 30 und 22 bzw. 24 und 22 können dann aneinander gepresst und mittels der Verbindungselemente 28 miteinander verbunden werden. 6 zeigt die resultierende Ausprägung der Dichtungsanordnungen 12 und 14. In 5 hingegen ist schematisch die Position der aufgetragenen Dichtschnüre der beispielhaften Dichtungsanordnungen 12 und 14 unmittelbar vor dem Aneinanderpressen der Gehäuseteile 22 und 30 bzw. 24 und 22 dargestellt.
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Wie schematisch dargestellt, kann es vorgesehen sein, dass das erste Dichtmittel 16 im Bereich einer Nut 34 aufgetragen bzw. in die Nut 34 eingebracht wird. Das Dichtmittel 18 wird insbesondere auf der zum ersten Dichtmittel 16 hin gelegenen Hälfte der später von dem Dichtmittel 18 benetzten Fläche aufgetragen. Diese Situation ist in 5 dargestellt. Wie hingegen in 6 zu erkennen ist, breitet sich das zweite Dichtmittel 18 beim Ausbilden der Dichtungsanordnungen 14 und 12 in einem resultierenden, vergleichsweise dünnen Dichtspalt zwischen den Gehäuseteilen 22 und 30 bzw. zwischen den Gehäuseteilen 24 und 22 aus. Das erste Dichtmittel 16 hingegen füllt im Wesentlichen die Nuten 34 aus. Auf der zum Inneren des Akkumulatorgehäuses 10 hin gelegenen Seite der Nut 34 kann ein Dichtspalt 36 vorgesehen sein, der eine wesentlich größere Spaltbreite aufweist als der Dichtspalt, der sich im Bereich des zweiten Dichtmittels 18 ausbildet. Dies führt dazu, dass sich das erste Dichtmittel 16 bevorzugt in diesem Dichtspalt 36 ausbreitet, nachdem es die Nut 34 ausgefüllt hat.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Akkumulatorgehäuse
- 12
- Dichtungsanordnung
- 14
- Dichtungsanordnung
- 16
- erstes Dichtmittel
- 18
- zweites Dichtmittel
- 20
- Dichtfläche
- 22
- erstes Gehäuseteil
- 24
- zweites Gehäuseteil
- 26
- Schraubdome
- 28
- Verbindungselement
- 30
- weiteres zweites Gehäuseteil
- 32
- Zellgehäuse
- 34
- Nut
- 36
- Dichtspalt
- X
- Richtung
- Y
- Richtung
- Z
- Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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