WO2022090349A1

WO2022090349A1 - Batterieschale aufweisend ein verstärkungsvlies, herstellverfahren und traktionsbatterie

Info

Publication number: WO2022090349A1
Application number: PCT/EP2021/079894
Authority: WO
Inventors: Hartmut Wolf; Weiwei Zhao
Original assignee: Kautex Textron Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2022-05-05
Also published as: EP4238168A1; US20240063480A1; JP2023547248A; CN116491017A; DE102020128528A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein eine Batterieschale, wobei die Batterieschale ein Verstärkungsvlies aus Langschnittfasern und eine Polymermatrix aufweist, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Batterieschale.

Description

Batterieschale aufweisend ein Verstärkungsvlies , Herstellverfahren und Traktionsbatterie

Die Erfindung betri f ft eine Batterieschale aufweisend ein Verstärkungsvlies , ein Herstellverfahren und eine Traktionsbatterie .

Eine Batterie , insbesondere eine Traktionsbatterie für die Energiespeicherung in einem Kraftfahrzeug, besteht aus einer Vielzahl von Bauteilen . Einem Batteriegehäuse aufweisend zumindest eine Batterieschale kommt dabei unter anderem die Aufgabe zu, Batteriemodule und weitere benötigte Komponenten zu befestigen und zu schützen .

Bei flachen Batteriegehäusen, insbesondere Batteriegehäusen für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, ergibt sich für das Batteriegehäuse die Anforderung, die hohe Masse der Batteriemodule bei vergleichsweise hohen Beschleunigungswerten sicher und robust zu lagern, weshalb heutige Batteriegehäuse eine vergleichsweise hohe Masse aufweisen .

Weiterhin stellt sich die Anforderung an eine Batterie eines Elektrofahrzeuges , dass die Batteriemodule vor Beschädigungen bei etwaigen Unfällen geschützt werden sollen .

Batterieschalen aus Kunststof f sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Aus führungen bekannt . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen .

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Batterieschale , insbesondere eine Batterieschale einer Traktionsbatterie , wobei die Batterieschale einen Boden und Seitenwände aufweist , wobei die Batterieschale eine Innenseite und eine Außenseite aufweist , wobei die Batterieschale ein Verstärkungsvlies aus Langschnitt fasern und eine Polymermatrix aufweist .

Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :

Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein" , „zwei" usw . im Regel fall als „mindestens"- Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein..." , „mindestens zwei ..." usw . , sofern sich nicht aus dem j eweil igen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann of fensichtlich oder technisch zwingend ist , dass dort nur „genau ein ..." , „genau zwei ..." usw . gemeint sein können .

Im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung sei der Ausdruck „insbesondere" immer so zu verstehen, dass mit diesem Ausdruck ein optionales , bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird . Der Ausdruck ist nicht als „und zwar" und nicht als „nämlich" zu verstehen .

Unter einer „Traktionsbatterie" wird ein Energiespeicher verstanden, insbesondere ein Energiespeicher für elektrischen Strom . Vorzugsweise ist eine Traktionsbatterie zum Einbau in sowie zum Antrieb von Elektroautos geeignet . Vorzugsweise ist eine Traktionsbatterie zur Nutzung in einem batterieelektrischen Kraftfahrzeug und/oder einem Kraftfahrzeug mit batterieelektrischem Antrieb und Verbrennungsmotor geeignet .

Unter einer „Batterieschale" wird ein Gehäusebestandteil einer Batterie , insbesondere einer Traktionsbatterie , verstanden .

Insbesondere ist eine Batterieschale zur Aufnahme von Komponenten einer Batterie eingerichtet und weist dementsprechend einen Aufnahmeraum zur Aufnahme von Komponenten auf , sodass diese durch die Batterieschale vor äußeren Einflüssen geschützt und/oder zumindest mittelbar in der Batterieschale befestigt werden können .

Vorzugsweise wird unter einer Batterieschale eine Batterieunterschale oder eine Batterieoberschale verstanden, wobei Batterieunterschale und Batterieoberschale vorzugsweise gemeinsam die wesentlichen Komponenten des Gehäuses einer Traktionsbatterie ergeben .

Unter einem „Verstärkungsvlies" wird ein Gebilde aus Fasern begrenzter Länge verstanden, die zu einer Faserschicht mit unregelmäßiger Orientierung zusammengefügt und miteinander verbunden worden sind, wobei ein Verstärkungsvlies designiert dazu eingerichtet ist , ein Bauteil aus einem Faser-Kunststof f-Verbund zu verstärken . Insbesondere kann ein Verstärkungsvlies in einer kristallisierten Polymermatrix die Stei figkeit und die Durchstoß festigkeit eines Faser-Kunststof f-Verbund Bauteils erhöhen .

Unter einer „Langschnitt faser" wird eine Faser begrenzter Länge mit einer Länge von größer gleich 0 , 5 mm verstanden . Fasern mit einer Länge von weniger als 0 , 5 mm werden als Kurzschnitt fasern bezeichnet .

Unter einer „Polymermatrix" wird bei einem Faser-Kunststof f- Verbund ein Kunststof f verstanden, welcher das Verstärkungsvlies umgibt , wobei die Fasern des Verstärkungsvlieses mittels adhäsiver Wechselwirkung an die Polymermatrix gebunden sind .

Hier wird eine Batterieschale als Faser-Kunststof f-Verbund Bauteil vorgeschlagen, wobei der Faseranteil ein Verstärkungsvlies aufweist oder aus einem Verstärkungsvlies besteht .

Die Verwendung eines Verstärkungsvlieses ermöglicht eine Batterieschale mit einer hohen Stei figkeit bei einem vergleichsweise geringen Gewicht . Weiterhin kann mittels einem Verstärkungsvlies eine besonders gute Durchstoß festigkeit der Batterieschale erreicht werden .

Bei der Herstellung der hier vorgeschlagenen Batterieschale kommt vorzugsweise ein Pressverfahren zum Einsatz . Das Pressverfahren ermöglicht eine Verteilung einer schmel z flüssigen Formmasse zum Aus formen der Batterieschale in komplexen Geometrien, insbesondere in typischen Geometrien von Batterieschalen . Bei dem hier vorgeschlagenen Verstärkungsvlies handelt es sich um ein Gebilde aus Langschnitt fasern mit unregelmäßiger Orientierung, die mittels Adhäsion inmitten einer kristallinen und/oder schmel z flüssigen Polymermatrix miteinander verbunden sind . Dies ermöglicht , dass die schmel z flüssige Formmasse gemeinsam mit den darin enthaltenen Langschnitt fasern in dem Presswerkzeug verteilt wird . Sobald die Formmasse in dem Presswerkzeug erstarrt , bindet sie die Langschnitt fasern, wodurch eine Batterieschale entsteht , die ein vergleichsweise homogen verteiltes Verstärkungsvlies mit einem vergleichsweise homogenen Faservolumenanteil aufweist .

Vorteilhaft kann somit eine Batterieschale erreicht werden, die trotz der unregelmäßigen Orientierung der Langschnitt fasern innerhalb des Verstärkungsvlies vergleichsweise homogene Materialeigenschaften aufweist . Gemäß einer zweckmäßigen Aus führungs form ist die Höhe einer Seitenwand betrachtet in Normalenrichtung des Bodens der Batterieschale größer als 50 mm, bevorzugt größer als 80 mm, weiterhin bevorzugt höher als 110 mm und besonders bevorzugt höher al s 140 mm .

Besonders bevorzugt ist die Batterieschale monolithisch ausgeformt , wodurch die Batterieschale in einem einzigen Bauteil zusammenhängend und fugenlos hergestellt ist .

Optional weisen die Langschnitt fasern eine Länge zwischen 0 , 5 mm und 20 mm auf , bevorzugt eine Länge zwischen 1 , 0 mm und 15 mm und bevorzugt eine Länge zwischen 1 , 0 mm und 10 mm .

Hier wird vorzugsweise vorgeschlagen, dass die Langschnitt fasern eine Länge zwischen 0 , 5 mm und 20 mm aufweisen, wobei die Länge der Einzel fasern im Wesentlichen gleich oder unterschiedlich verteilt sein kann . Versuche haben ergeben, dass hierdurch in der vergleichsweise komplexen Bauteilgeometrie einer Batterieschale vorteilhaft besonders homogene Materialeigenschaften aufweisend eine vergleichsweise hohe Zugfestigkeit erreicht werden können .

Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für die Länge der Langschnitt fasern nicht als scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfindung zu verlassen . Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Größe des hier vorgeschlagenen Bereichs der Länge der Langschnitt fasern liefern .

Zweckmäßig weist die Batterieschale einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 20 % auf , bevorzugt einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 30 % und besonders bevorzugt einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 40 % .

Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :

Unter einem „Faservolumenanteil" das Verhältnis des Volumens der Fasern zum Gesamtvolumen eines faserverstärkten Materials verstanden .

Vorzugsweise weist die Batterieschale einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 45 % auf , bevorzugt einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 50 % und besonders bevorzugt einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 55 % .

Weiterhin vorzugsweise weist die Batterieschale einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 60 % auf , bevorzugt einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 70 % und besonders bevorzugt einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 80 % .

Vorteilhaft kann durch den hier vorgeschlagenen Bereich des Faservolumenanteils eine gute Verteilbarkeit der Formmasse erreicht werden, wodurch die Materialeigenschaften der Batterieschale bei gleichzeitig vergleichsweise hoher Zugfestigkeit besonders homogen sind .

Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für den Faservolumenanteil nicht als scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfindung zu verlassen . Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Größe des hier vorgeschlagenen Bereichs des Faservolumenanteils liefern . Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form besteht die Polymermatrix aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus Polypropylen, PA6 oder PA6.6.

Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:

Unter einem „Kunststoff" wird ein Werkstoff verstanden, der hauptsächlich aus Makromolekülen besteht.

Vorzugsweise ist ein Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff, wobei sich ein thermoplastischer Kunststoff in einem stoff abhängigen Temperaturbereich verformen lässt, wobei dieser Prozess reversibel ist und durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand beliebig oft wiederholt werden kann.

Vorzugsweise wird unter einem thermoplastischen Kunststoff ein Polyamid 6 (PA6) oder ein Polyamid 6.6 (PA6.6) verstanden.

Vorteilhaft kann hierdurch eine besonders steife Batterieschale aufweisend einen thermoplastischen Kunststoff erreicht werden, welche insbesondere einen hohen E-Modul und/oder einen hohen Kristallisationsgrad aufweist.

Gemäß einer zweckmäßigen Aus führungs form besteht die Polymermatrix aus einem duroplastischen Kunststoff, wodurch eine besonders harte und feste Batterieschale erreicht werden kann.

Bevorzugt weisen die Langschnitt fasern eine Glasfaser und/oder eine Kohlenstoff faser und/oder eine Aramidfaser auf.

Hier wird vorgeschlagen, dass die Langschnitt fasern aus einem Fasermaterial bestehen oder aus mehreren unterschiedlichen Fasermaterialien gemischt sind. Da die Materialeigenschaften von Glas faser, Kohlenstof f faser und/oder Aramidfaser unterschiedlich sind, kann die Auswahl der Fasern und/oder die Zusammensetzung der Fasern auf die individuellen Bedürfnisse der Batterieschale optimal angepasst werden .

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Aus führungs form weist die Batterieschale einen Metalleinsatz zur Befestigung der Batterieschale auf , insbesondere einen Metalleinsatz aufweisend ein Innengewinde .

Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :

Unter einem „Metalleinsatz" wird ein Körper aus Metall verstanden, welcher als Verbindungsmittel zur Befestigung der Batterieschale eingerichtet ist .

Vorzugsweise weist ein Metalleinsatz ein Innengewinde und/oder eine Profilierung auf seiner Außenseite auf . Dabei ist das Innengewinde dazu eingerichtet , im Zusammenspiel mit einer korrespondierenden Schraube eine Schraubverbindung herstellen zu können . Ferner ist die Profilierung auf der Außenseite dazu eingerichtet , einen Formschluss mit dem den Metalleinsatz umgebenden Kunststof f der Batterieschale eingehen zu können, sodass Kräfte besser zwischen der Batterieschale und dem Metalleinsatz übertragen werde können .

Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Metalleinsatz um einen Helicoil , welcher weiterhin vorzugsweise als Federgewinde ausgeformt ist . Ein derartiger Helicoil kann vorzugsweise vor dem Aus formen der Batterieschale in die Kavität eingelegt werden und beim Aus formen der Batterieschale von der Formmasse eingeformt werden . Vorteilhaft kann durch den Metalleinsatz eine robuste und belastbare Verbindung zwischen der Batterieschale und ihrer Umgebung erreicht werden, insbesondere mit der Karosserie eines designierten Kraftfahrzeugs und/oder einer angrenzenden Batterieschale .

Besonders bevorzugt weist zumindest eine Seitenwand der Batterieschale eine abweichende Höhe auf .

Bei Belastungsversuchen von Batteriegehäusen bestehend aus zwei Batterieschalen aufweisend ein Verstärkungsvlies hat sich herausgestellt , dass ein Batteriegehäuse besonders robust und widerstands fähig gegenüber äußeren Lasten ist , wenn zumindest eine Seitenwand der Batterieschale eine Höhe aufweist , die von der Höhe einer abweichenden Seitenwand abweicht . Gemäß einer vorzugsweisen Ausgestaltungs form kann ein Batteriegehäuse aus zwei Batterieschalen bestehen, die j eweils eine Seitenwand mit einer gegenüber der gegenüberliegenden Seitenwand abweichende Höhe aufweisen, sodass eine gegenüber den j eweiligen Böden der Batterieschalen winkelversetzte Trennebene besteht .

Besonders vorteilhaft verhält sich ein belastetes Batteriegehäuse , wenn zwischen den beiden Batterieschalen eine leicht gegenüber den j eweiligen Böden der Batterieschalen winkelversetzte Trennebene verläuft . Vorzugsweise weist eine Batterieschale sowohl an der Seitenwand mit der gegenüber der gegenüberliegenden Seitenwand abweichenden Höhe und der gegenüberliegenden Seitenwand j eweils ein Verbindungsmittel zum designiert umgebenden Rohbau eines designierten Kraftfahrzeugs auf , besonders vorzugsweise in unmittelbarer Nähe zur designierten Trennebene . Hierdurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass die Lasten von der Batterieschale auf den designiert umgebenden Rohbau sowie die Lasten von dem designiert umgebenden Rohbau auf die Batterieschale j eweils besonders vorteilhaft übertragen werden können . Es hat sich herausgestellt , dass eine Lasteinleitung mittels eines Verbindungselements in der Nähe der Trennebene einer Batterieschale , insbesondere in der Nähe einer gegenüber dem Boden der Batterieschale winkelversetzten Trennebene besonders vorteilhaft ist , sodass eine besonders leichte Batterieschale erreicht werden kann .

Mit anderen Worten wird hier eine Batterieschale vorgeschlagen, die zwei Seitenwände mit konstanter aber unterschiedlicher Höhe aufweist und zwei Seitenwände , die ein diagonal verlaufendes Höhenniveau aufweisen, sodass das Höhenniveau zwischen den beiden Seitenwänden mit konstanter aber unterschiedlicher Höhe mittels der Seitenwände mit dem diagonal verlaufenden Höhenniveau ausgeglichen werden kann . Hierdurch lässt sich ein Batteriegehäuse mit einer leicht gegenüber den j eweiligen Böden der Batterieschalen winkelversetzten Trennebene erreichen .

Kraftfahrzeuge weisen häufig eine Asymmetrie hinsichtlich der Befestigungspunkte auf , mittels welcher die hier vorgeschlagene Batterieschale designiert mit der Struktur des Kraftfahrzeugs verbunden wird . Die hier vorgeschlagene Batterieschale weist Seitenwände mit einer abweichenden Höhe auf . Hierdurch kann vorteilhaft ermöglicht werden, dass die Batterieschale ideal auf ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Asymmetrie hinsichtlich der Befestigungspunkte angepasst werden kann . Die unterschiedlichen Höhen der Seitenwände sind dabei vorzugsweise dazu eingerichtet , dass die Batterieschale mittels einem am oberen Rand einer Seitenwand verlaufendem Kragen auf die am designierten Kraftfahrzeug asymmetrisch angeordnete Karosserie aufgelegt und weiterhin vorzugsweise zumindest mittelbar mittels dem Kragen oder den Krägen an dieser befestigt werden kann . Vorteilhaft können so im Betrieb des designierten Kraftfahrzeugs auftretende Hori zontalkräfte ideal in die hier vorgeschlagene Batterieschale eingeleitet werden . Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale , insbesondere einer Batterieschale nach dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst : a ) Aus formen der Batterieschale aus einem Vorformling aufweisend ein Verstärkungsvlies aus Langschnitt fasern und eine Polymermatrix mittels einem Presswerkzeug, insbesondere mittels einem Tauchkantenwerkzeug, aufweisend eine Kavität ; und b ) Entformen der Batterieschale .

Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :

Unter einem „Vorformling" wird eine vorgeformte Formmasse aufweisend eine Polymermatrix und ein von der Polymermatrix umschlossener Verstärkungsvlies verstanden . Vorzugsweise besteht die Polymermatrix aus einem thermoplastischen Kunststof f , insbesondere aus Polypropylen, PA 6 oder PA 6 . 6 .

Formpressen ist ein Fertigungsverfahren zur Verarbeitung von thermoplastischen oder duroplastischen Kunststof fen zu einem Formteil bei welchem ein „Presswerkzeug" , insbesondere in der Ausgestaltung eines Tauchkantenwerkzeugs , zum Einsatz kommt . Das Werkzeug weist eine Matritze und einen Kern auf , welche dazu eingerichtet sind, eine Kavität zur Aus formung eines Artikels zu bilden . Durch eine Relativbewegung zwischen Matritze und Kern kann die Kavität geöf fnet und geschlossen werden .

Zur Herstellung eines Artikels , insbesondere einer Batterieschale , wird die Formmasse , insbesondere in Gestalt eines Vorformlings , in die Kavität des Werkzeugs eingebracht . Vorzugsweise wird das Werkzeug temperiert . Anschließend wird die Kavität unter Einsatz eines Druckkolbens geschlossen . Durch den Druck erlangt die Formmasse die von der Kavität des Werkzeugs vorgegebene Form . Unter einem „Tauchkantenwerkzeug" wird ein Presswerkzeug verstanden, welches zur Führung des Kerns und/oder zur Abdichtung der Kavität zumindest teilweise umlaufende Tauchkanten aufweist . Vorzugsweise sind die Tauchkanten in Form von austauschbaren Tauchkantenleisten ausgestaltet .

Vorzugsweise kann mittels eines Tauchkantenwerkzeugs , insbesondere eines Tauchkantenwerkzeugs mit variablem Volumen, eine Batterieschale hergestellt werden, deren Grat , sofern sie einen aufweist , in Richtung de Werkzeughubes zeigt .

Hier wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieschale vorgeschlagen, bei dem ein Vorformling innerhalb eines Presswerkzeuges zu einer Batterieschale ausgeformt wird . Nach dem Aus formen kristallisiert die Polymermatrix und die erstarrte Batterieschale kann nach dem Öf fnen des Presswerkzeuges entnommen werden .

Der verwendete Vorformling besteht aus einer Formmasse , welche eine Polymermatrix und ein Verstärkungsvlies aus ungleichmäßig innerhalb der Formmasse orientierten Langschnitt fasern aufweist .

Beim Aus formen mittels des Presswerkzeuges wird von dem Presswerkzeug eine Druckkraft auf den Vorformling übertragen, wodurch sich der Vorformling innerhalb der Kavität des Presswerkzeugs verteilt . Auf diese Weise entsteht auch eine vergleichsweise homogene Verteilung der ungleichmäßig orientierten Langschnittfasern innerhalb der Kavität , sodass sich auch das Verstärkungsvlies vergleichsweise gleichmäßig innerhalb der Kavität des Presswerkzeuges verteilt .

Da die Kavität entsprechend dem hier vorgeschlagenen Herstellungsverfahren die Negativform einer Batterieschale aufweist , kann so eine Batterieschale ausgeformt werden . Durch die vergleichsweise homogene Verteilung der Formmasse weist auch die fertige Batterieschale vergleichsweise homogene Materialeigenschaften auf .

Durch das Erreichen eines erforderlichen Werkzeuginnendruckes wird eine ausreichende Kompaktierung der Formmasse erreicht , wodurch eine robuste Struktur des Verstärkungsvlieses unterstützt werden kann .

Vorteilhaft kann mit dem hier vorgeschlagenen Herstellungsverfahren mit hohen Taktraten und dadurch mit vergleichsweise geringen Kosten eine hohe Anzahl von Batterieschalen als Faser- Kunststof f-Verbund Bauteil mit vergleichsweise homogenen Materialeigenschaften hergestellt werden .

Insbesondere bei der Verwendung eines Tauchkantenwerkzeugs kann vorteilhaft erreicht werden, das die eingewogene Formmasse nicht wieder aus der Kavität des Werkzeugs herausgepresst wird, wobei die enge Tolerierung von Matri ze und Stempel es erlauben, dass die Kavität beim Aus formen der Formmasse gleichzeitig entlüftet wird, wodurch eine vollständige Füllung der Kavität mit Formmasse erreicht werden kann, insbesondere bei komplexen Werkzeugen und langen Fließwegen .

Insbesondere die Verwendung eines Tauchkantenwerkzeugs ermöglicht es weiterhin eine Batterieschale mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren aus zuformen, die keinen Grat oder nur einen minimalen Grat aufweist , wodurch eine etwaig notwendige Nacharbeit vermieden oder reduziert werden kann .

Bevorzugt wird eine Formmasse für den Vorformling durch Mischen, insbesondere mittels einem Extruder, eines auf geschmol zenen Polymers , insbesondere eines auf geschmol zenen thermoplastischen

Kunststof fs , mit Langschnitt fasern bereitgestellt . Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :

Unter einer „Formmasse" wird ein Gemisch aus Langschnitt fasern und einer Polymermatrix verstanden, wobei die Langschnitt fasern bereits von der Polymermatrix umgeben sind und wobei die Langschnittfasern bereits zu einem Fasermaterial mit unregelmäßiger Orientierung zusammengefügt und mittels der Polymermatrix sowie durch adhäsive Wechselwirkung miteinander verbunden worden sind .

Die Formmasse wird gemäß einer ersten hier vorgeschlagenen Variante gewonnen, indem ein Schmel zestrom aus Polymermaterial und Langschnitt fasern in einem zweiten Extruder miteinander gemischt werden . Durch das Mischen entsteht weiterhin bereits innerhalb des zweiten Extruders die unregelmäßige Orientierung der Langschnittfasern innerhalb der Formmasse , die für die Bildung des Verstärkungsvlieses genutzt wird .

Vor dem Mischen innerhalb des zweiten Extruders mittels einem ersten Extruder wird gemäß der ersten Variante ein Polymermaterial auf geschmol zen, gegebenenfalls homogenisiert und als Schmel zestrom bereitgestellt , der gemeinsam mit den Langschnittfasern in dem zweiten Extruder zu der Formmasse vermischt wird .

Gemäß der zweiten hier vorgeschlagenen Variante wird die Formmasse in einem einzigen Extruder aufbereitet , welcher zwei Abschnitte aufweist . In dem ersten Abschnitt wird das Polymermaterial auf geschmol zen und gegebenenfalls homogenisiert . Anschließend werden die Langschnitt fasern am Anfang des sich anschließenden zweiten Abschnitts dem Schmel zestrom zugeführt , werden von dem Extruder und dem darin bereits befindlichen Schmel zestrom gefördert , von dem Extruder mit dem Schmel zestrom gemischt und die Formmasse homogenisiert . Optional wird der Vorformling vor dem Aus formen der Batterieschale mittels einer Extruderdüse ausgeformt ; und/ oder in das Presswerkzeug, insbesondere das Tauchkantenwerkzeug, eingebracht .

Gemäß einer ersten Alternative wird hier vorgeschlagen, dass der Vorformling mittels einer Extruderdüse aus der Formmasse ausgeformt wird, wobei der Vorformling direkt von der Extruderdüse in das geöf fnete Presswerkzeug eingebracht wird .

Hierfür kann beispielsweise die Extruderdüse beim Aus formen des Vorformlings von einer geeigneten Mechanik, vorzugsweise mittels einem Manipulator, über das geöf fnete Presswerkzeug geführt werden, wodurch der ausgeformte Vorformling simultan mit dem Ausformen in dem Presswerkzeug abgelegt wird .

Gemäß einer zweiten Variante wird vorgeschlagen, dass der Vorformling zunächst von einer orts festen Extruderdüse ausgeformt wird und anschließend in das geöf fnete Presswerkzeug überführt wird . Dies kann vorzugsweise manuell oder mittels einem Manipulator geschehen .

Gemäß einer zweckmäßigen Aus führungs form ist die Extruderdüse eine Breitschlitzdüse .

Vorteilhaft kann hierdurch ein im Wesentlichen rechteckiger Vorformling ausgeformt werden, welcher mit einfachen Mitteln in das Presswerkzeug verbracht werden kann oder auch mittels einer beweglichen Extruderdüse in dem Presswerkzeug abgelegt werden kann .

Bevorzugt weist die Kavität des Presswerkzeugs , insbesondere des Tauchkantenwerkzeugs , ein variables Volumen auf . Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :

Weist das Presswerkzeug, insbesondere das Tauchkantenwerkzeug, ein „variables Volumen" auf , so wird darunter verstanden, dass die Kavität des Werkzeugs keine definierte Endstellung aufweist , insbesondere weist die bewegliche Werkzeughäl fte gegenüber der feststehenden Werkzeughäl fte keine definierte Endstellung auf . Viel fach ist nur eine Werkzeughäl fte beweglich gelagert , insbesondere das Oberwerkzeug, sodass das Oberwerkzeug keine definierte Endstellung gegenüber der unteren Werkzeughäl fte (Unterwerkzeug) aufweist . Mit anderen Worten ergibt sich die Materialdicke der Batterieschale entsprechend der Menge der in das Presswerkzeug eingebrachten Formmasse .

Vorteilhaft kann so die Menge der für eine Batterieschale verwendeten Formmasse in einem im Vergleich zu einem Presswerkzeug ohne variables Volumen in einem breiteren Toleranzbereich abgemessen werden . Dabei wird vorzugsweise vorgeschlagen die minimale Menge der Formmasse festzulegen, mit welcher eine Batterieschale erreicht wird, welche mindestens die geforderte Bauteilstei figkeit aufweist .

Weiterhin ermöglich ein Presswerkzeug, insbesondere ein Tauchkantenwerkzeug, mit variablem Volumen eine Aus formung filigraner Details der Batterieschale , ohne das Risiko einer Überfüllung und/oder einer Unterfüllung des Werkzeugs einzugehen .

Gemäß einer optionalen Aus führungs form wird vor dem Aus formen der Batterieschale ein Einlegeteil in die Kavität eingebracht .

Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert : Unter einem „Einlegeteil" wird ein vorgeformtes Teil verstanden, welches neben dem Vorformling in die Kavität des Werkzeugs eingebracht und gemeinsam mit dem Vorformling zu einem Artikel ausgeformt wird .

Vorzugsweise ist ein Einlegeteil ein Metalleinsatz , welcher sich durch adhäsive Wechselwirkung mit der Formmasse verbindet .

Vorzugsweise ist ein Einlegeteil ein Kunststof fbauteil , welches durch Adhäsion und/oder Mischung mit der Formmasse verbunden wird .

Besonders zweckmäßig wird vor dem Aus formen der Batterieschale ein Metalleinsatz zur Befestigung der Batterieschale , insbesondere ein Metalleinsatz aufweisend ein Innengewinde , in die Kavität eingebracht , insbesondere wird der Metalleinsatz in eine Wirkverbindung mit einer Halteeinrichtung in der Kavität gebracht .

Unter einer „Halteeinrichtung" wird j egliche Vorrichtung im Inneren der Kavität verstanden, welche dazu eingerichtet ist , den Metalleinsatz während dem Aus formen der Batterieschale zu fixieren, sodass dieser positionsgenau in der ausgeformten Batterieschale angeordnet werden kann .

Hier wird vorgeschlagen, dass die Batterieschale mitsamt ihrer Verbindungsmittel in einem Takt ausgeformt wird . Vorzugsweise ist ein Verbindungsmittel dazu eingerichtet , im Inneren der Batterieschale eine Komponente und/oder ein anderweitiges Anbauteil für die designierte Traktionsbatterie mit der Batterieschale verbinden zu können . Vorzugsweise ist ein Verbindungsmittel zur Verbindung der Batterieschale mit ihrer Umgebung eingerichtet , insbesondere mit einem designierten Kraftfahrzeug . Vorzugsweise handelt es sich bei dem Metalleinsatz um einen He- licoileinsat z , welcher vorzugsweise als Federgewinde ausgeführt ist . Dieser kann vor dem Aus formen der Batterieschale in die Kavität eingelegt werden, sodass er beim Aus formen der Batterieschale von der Formmasse eingeformt werden kann .

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des zweiten Aspekts mit dem Gegenstand des vorstehenden Aspekts der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ .

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Batterieschale , insbesondere eine Batterieschale einer Traktionsbatterie , wobei die Batterieschale einen Boden und Seitenwände aufweist , wobei die Batterieschale eine Innenseite und eine Außenseite aufweist , wobei die Batterieschale mit einem Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellt worden ist .

Es versteht sich, dass sich die Vorteile eines Verfahrens zur Herstellung einer Batterieschale nach dem zweiten Aspekt der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, unmittelbar auf eine Batterieschale erstrecken, die mit einem Verfahren zur Herstellung einer Batterieschale nach dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellt worden ist .

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des dritten Aspekts mit den Gegenständen der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ .

Nach einem vierten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Traktionsbatterie , insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterieschale nach dem ersten

Aspekt der Erfindung oder dem dritten Aspekt der Erfindung . Es versteht sich, das s sich die Vorteile einer Batterieschale nach dem ersten Aspekt der Erfindung oder dem dritten Aspekt der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, unmittelbar auf eine Traktionsbatterie aufweisend eine Batterieschale gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder dem dritten Aspekt der Erfindung erstrecken .

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des vierten Aspekts mit dem Gegenstand des vorstehenden Aspekts der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ .

Weitere Vorteile , Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Aus führungsbeispielen . Dabei zeigen im Einzelnen :

Figur 1 : schematisch einen Ausschnitt einer Batterieschale ;

Figur 2 : schematisch einen Ausschnitt einer Batterieschale in einem Ausschnitt eines Presswerkzeugs mit Standardtrennung; und

Figur 3 : schematisch einen Ausschnitt einer Batterieschale in einem Ausschnitt eines Tauchkantenwerkzeugs .

Die Batterieschale 100 in Figur 1 besteht ist monolithisch aus einem thermoplastischen Kunststof f (nicht bezeichnet ) ausgeformt , der ein Verstärkungsvlies (nicht dargestellt ) umschließt .

Die Batterieschale 100 weist einen Boden 102 , zumindest eine Seitenwand 104 und einen umlaufenden Kragen 120 auf .

Weiterhin weist die Batterieschale 100 ein inneres Verstei fungs- element 140 zur Verstei fung der Batterieschale 100 auf , welches ebenfalls monolithisch mit der Batterieschale 100 ausgeformt ist und somit auch ein Verstärkungsvlies (nicht dargestellt ) aufweist .

Das innere Verstei fungselement 140 weist beidseitig (nur einseitig sichtbar ) Verstei fungsrippen 141 auf , welche die Batterieschale 100 zusätzlich verstei fen und ebenfalls ein Verstärkungsvlies (nicht dargestellt ) aufweisen .

Auch der Kragen 120 weist ein Verstärkungsvlies (nicht dargestellt ) in seinem Inneren auf .

Der Kragen 120 der Batterieschale 100 weist weiterhin zumindest einen Metalleinsatz 110 auf , mittels welchem die Batterieschale 100 befestigt werden kann und/oder mit einer abweichenden Batterieschale (nicht dargestellt ) zu einem Batteriegehäuse (nicht dargestellt ) verbunden werden kann .

Auch der Boden 102 der Batterieschale 100 weist zumindest einen Metalleinsatz 110 auf , mittels welchem designierte Komponenten (nicht dargestellt ) in der Batterieschale 100 verbunden werden können .

In Figur 2 wird ein Ausschnitt einer Batterieschale 100 in einem Ausschnitt eines mehrteiligen Presswerkzeugs mit Standardtrennung ( 160 ) dargestellt . Wie ersichtlich ist , erstreckt sich ein etwaiger Grat 150 der Batterieschale 100 in der Trennebene (nicht bezeichnet ) des Presswerkzeugs mit Standardtrennung ( 160 ) .

In Figur 3 wird ein Ausschnitt einer Batterieschale 100 in einem Ausschnitt eines mehrteiligen Tauchkantenwerkzeugs ( 170 ) dargestellt . Hier erstreckt sich ein etwaiger Grat 150 der Batterieschale 100 in der Richtung (nicht bezeichnet ) in welcher das Tauchkantenwerkzeug ( 170 ) geöf fnet und geschlossen werden kann . Bezugszeichenliste

100 Batterieschale

102 Boden 104 Seitenwand

110 Metalleinsatz

120 Kragen

140 inneres Verstei fungselement

141 Verstei fungsrippen 150 Grat

160 Presswerkzeug mit Standardtrennung

170 Tauchkantenwerkzeug

Claims

22 Patentansprüche

1. Batterieschale (100) , insbesondere eine Batterieschale (100) einer Traktionsbatterie, wobei die Batterieschale (100) einen Boden (102) und Seitenwände (104) aufweist, wobei die Batterieschale (100) eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieschale (100) ein Verstärkungsvlies aus Langschnittfasern und eine Polymermatrix aufweist.

2. Batterieschale (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Langschnitt fasern eine Länge zwischen 0,5 mm und 20 mm aufweisen, bevorzugt eine Länge zwischen 1,0 mm und 15 mm und bevorzugt eine Länge zwischen 1,0 mm und 10 mm.

3. Batterieschale (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieschale (100) einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 20 % aufweist, bevorzugt einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 30 % und besonders bevorzugt einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 40 %.

4. Batterieschale (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, insbesondere aus Polypropylen, PA6 oder PA6.6.

5. Batterieschale (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Langschnitt fasern eine Glasfaser und/oder eine Kohlenstoff faser und/oder eine Aramidfaser aufweisen .

6. Batterieschale (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieschale (100) einen Metalleinsatz (110) zur Befestigung der Batterieschale (100) aufweist, insbesondere einen Metalleinsatz (110) aufweisend ein Innengewinde .

7. Batterieschale (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Seitenwand der Batterieschale (100) eine abweichende Höhe aufweist.

8. Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale (100) , insbesondere einer Batterieschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst: c) Ausformen der Batterieschale (100) aus einem Vorformling aufweisend ein Verstärkungsvlies aus Langschnitt fasern und eine Polymermatrix mittels einem Presswerkzeug (160) , insbesondere mittels einem Tauchkantenwerkzeug (170) , aufweisend eine Kavität; und d) Entformen der Batterieschale (100) .

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Formmasse für den Vorformling durch Mischen, insbesondere mittels einem Extruder, eines auf geschmolzenen Polymers, insbesondere eines auf geschmolzenen thermoplastischen Kunststoffs, mit Langschnitt fasern bereitgestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling vor dem Ausformen der Batterieschale (100) mittels einer Extruderdüse ausgeformt wird; und/ oder in das Presswerkzeug (160) , insbesondere das Tauchkantenwerkzeug (170) , eingebracht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Extruderdüse eine Breitschlitzdüse ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das die Kavität des Presswerkzeugs (160) , insbesondere des Tauchkantenwerkzeugs (170) , ein variables Volumen aufweist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ausformen der Batterieschale (100) ein Einlegeteil in die Kavität eingebracht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ausformen der Batterieschale (100) ein Metalleinsatz zur Befestigung der Batterieschale (100) , insbesondere ein Metalleinsatz aufweisend ein Innengewinde, in die Kavität eingebracht wird, insbesondere wird der Metalleinsatz in eine Wirkverbindung mit einer Halteeinrichtung in der Kavität gebracht .

15. Batterieschale (100) , insbesondere eine Batterieschale (100) einer Traktionsbatterie, wobei die Batterieschale (100) einen Boden (102) und Seitenwände (104) aufweist, wobei die Batterieschale (100) eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieschale (100) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14 hergestellt worden ist.

16. Traktionsbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterieschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 15.