Abdeckstruktur und Verfahren zum Herstellen einer Abdeckstruktur

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Abdeckstruktur, insbesondere für eine Batterie und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Abdeckstruktur.

Seit einigen Jahren besteht ein Trend dahingehend, Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren zu ersetzen. Ein Problem dabei ist die Bereitstellung von hinreichender Batteriekapazität. Insbesondere bei mit Elektromotoren ausgeführten Kraftfahrzeugen müssen zur Gewährleistung einer zufriedenstellenden Reichweite Batterien mit großer Kapazität eingebaut werden. Diese werden häufig am Unterboden des Fahrzeugs be festigt und müssen dementsprechend gegen äußere Einflüsse geschützt werden. Der artige mit einem Unterfahrschutz ausgeführte Batterietragstrukturen sind beispielsweise in der DE 102011 005403 A1 und der WO 2018/149762 A1 offenbart.

Dabei werden in der Regel die Batterien in einer Art Batteriekasten aufgenommen, über die die eigentliche Batterie zur Fahrbahn hin mittels eines Unterfahrschutzes ge schützt ist. Der zur Karosserie/Fahrzeugkabine hinweisende Teil der Batterietrag struktur ist über eine Abdeckstruktur abgedeckt. Diese muss so ausgebildet sein, dass sie bei einem Brand der Batterie für eine bestimmte Zeit, beispielsweise fünf Minuten der Wärmeentwicklung standhalten, so dass ein Übergreifen auf die Fahrzeugkabine und sonstige Fahrzeugkomponenten verzögert wird.

Ein derartiger Batteriekasten, auch Batteriegehäuse genannt, ist in der Druckschrift DE 102010043899 A1 beschrieben. Bei dieser Lösung ist ein Batteriegehäuse mit einem Gehäusedeckel, der entsprechend einer Außenkontur einer Batteriezelle ausgebildet ist und einem Gehäuseboden ausgebildet, der an den haubenförmigen Gehäusedeckel angesetzt ist. Dieses Batteriegehäuse ist bei der bekannten Lösung aus einem schwer entzündlichen Kunststoff gefertigt. Eine derartige Lösung hält einer längeren Wärmeentwicklung nicht stand.

In dem Dokument DE 102013220778 A1 ist ebenfalls ein aus Kunststoff gefertigtes Batteriegehäuse beschrieben, das die gleichen Nachteile wie die oben genannte Batteriegehäusestruktur aufweist.

In der gattungsfremden Druckschrift DE 102009050787 A1 ist ein aus Kunststoff bestehendes Flugzeugbauteil beschrieben, das zur Verbesserung des Brandverhaltens mit einer glimmerhaltigen Sperrschicht ausgeführt ist.

Bekannt sind Lösungen, bei denen die beispielsweise als Batteriekastendeckel dienenden Abdeckstrukturen als Sheet-Moulded-Compound-Grundkörper (SMC- Grundkörper) gefertigt werden und der erforderliche Brandschutz dann durch nach trägliches Aufkleben einer Brandschutzschicht, beispielsweise von Glimmer- bzw. Mikanitplatten erzielt wird. Weiterhin ist es bekannt eine Elektromagnetische-Ver- träglichkeits-Schicht (EMV-Schicht) an der Oberseite des SMC- Grundkörpers anzu bringen.

Diese Vorgehensweise bedarf eines erheblichen fertigungstechnischen Aufwan des.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Abdeckstruktur zu schaffen, die zum einen den brandschutztechnischen Anforderungen und zum anderen den EMV-Anforderungen genügt, und die sich dabei mit verringertem Aufwand her steilen lässt. Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Abdeckstruktur zu schaffen.

Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Abdeckstruktur durch die Merkmalskombi nation des Anspruches 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmalskombi nation des nebengeordneten Anspruches 7 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die beanspruchte Abdeckstruktur ist insbesondere zur Verwendung als einer Batteriekastenwandung, vorzugsweise als eine Batterieabdeckung für ein Elektrofahr zeug ausgelegt. Diese Abdeckstruktur hat einen Sheet-Moulded-Compound-Grund- körper (SMC-Grundkörper). Als Brandschutzschicht ist mindestens ein Formteil und/oder mindestens eine ebene Platte vorgesehen. Zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und somit vorzugsweise zur Abschirmung gegenüber anderen Antriebs- und Steuerungs-/Regelelementen des Fahrzeugs ist die Abdeckstruktur mit einer Elektromagnetischen-Verträglichkeitsschicht (EMV-Schicht) ausgeführt. Die Fierstellung der Abdeckstruktur ist besonders einfach, da die Brandschutzschicht und die EMV-Schicht mit dem Grundkörper verklebt sind. Durch die einheitliche Verklebung der drei genannten Bauteile in einem Arbeitsgang in einer Klebepresse sind Synergien nutzbar.

Die Fierstellung der Abdeckstruktur ist besonders einfach, wenn das mindestens eine Formteil der Brandschutzschicht und die entsprechend einer Geometrie des SMC- Grundkörpers ausgeführte EMV-Schicht mit dem Grundkörper verklebt sind.

Es wird besonders bevorzugt, wenn der SMC-Grundkörper und die EMV-Schicht und die Brandschutzbeschichtung mittels eines reaktiven Flotmelt-Klebesystems mit einander verklebt sind. Dabei sind physikalisch abbindende Klebstoffe (Thermoplaste) und chemisch abbindende Klebstoffe (Duroplaste) möglich. Damit ist eine besonders haltbare und resistente Abdeckstruktur geschaffen.

Selbstverständlich kann anstelle eines derartigen Flotmelt-Klebers auch ein anderer Kleber, beispielsweise ein Pulverklebstoff oder sonstige Klebstoffe verwendet werden, die vorzugsweise vorab auf den Bauteilen bzw. auf zumindest einem Bauteil einer Klebepaarung appliziert werden und dann durch Einlegen in die Klebepresse akti viert werden, um die Verklebung durchzuführen. Wie erläutert, kann vor dem Einlegen in die Klebepresse die mit dem Klebstoff versehene Schicht abgedeckt werden, um ein Anhaften von Verschmutzungen oder ein unbeabsichtigtes Verkleben zu vermeiden.

Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, dass der Klebstoff erst unmittelbar vor Ein legen der Bauteile in die Klebepresse aufgetragen wird. Insbesondere bei Automotive-Anwendungen wird es bevorzugt, wenn die EMV- Schicht auf der von der Brandschutzbeschichtung abgewandten Seite des SMC-Grund- körpers aufgebracht ist. Insbesondere ist in der Einbaulage der Abdeckstruktur im Fahr zeug die Brandschutzbeschichtung unten und die EMV-Schicht oben.

Es wird bevorzugt, wenn die Brandschutzbeschichtung im Wesentlichen aus min destens einer Glimmerplatte oder Mikanitplatte und/oder aus mindestens einem Glimmerformteil oder Mikanitformteil gebildet ist. Dabei wird die Brandschutzbe schichtung vorzugsweise aus einer Vielzahl derartiger Platten zusammengesetzt.

Bei einem besonders einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel ist die EMV- Schicht als Aluminiumfolie oder Aluminiumkaschierung ausgeführt, die den SMC- Grundkörper teilweise oder weitgehend oder vollständig überdeckt.

Um die Positionierung der EMV-Schicht relativ zum SMC-Grundkörper zu erleich tern, kann eine Selbstzentrierung vorgesehen sein, die von einer Einwölbung der EMV- Schicht und einer dazu passenden Auswölbung des SMC-Grundkörpers gebildet ist.

Die für die Herstellung einer vorbeschriebenen Abdeckstruktur geeignete Klebe presse hat ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug, deren Formflächen an die Groß flächen zu verklebenden Abdeckstruktur angepasst sind.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Brandschutzbeschichtung und die EMV-Schicht gemeinsam in einem Arbeitsgang mit dem SCM-Grundkörper ver klebt. Dies erfolgt in einer Klebepresse, in die der SMC-Grundkörper, die Brandschutz beschichtung und die EMV-Schicht (umgeformte Aluminiumfolie oder -kaschierung) ein gelegt werden. Abschließend wird durch Schließen der Werkzeughälften (Oberwerk zeug/Unterwerkzeug) der SMC-Grundkörper mit der Brandschutzbeschichtung und mit der EMV-Schicht zu der Abdeckstruktur verpresst und verklebt.

Bei einer für eine Serienfertigung geeigneten Weiterbildung des Verfahrens wird zuerst die Brandschutzbeschichtung auf dem Unterwerkzeug positioniert und fixiert. Nach diesem Einlegen der Brandschutzbeschichtung wird der SMC-Grundkörper in der Klebepresse positioniert. Danach wird die EMV-Schicht eingelegt.

Wenn die Brandschutzbeschichtung ein Formteil aufweist, dann hat das Unter werkzeug eine entsprechende Formfläche.

Bei einer anderen Weiterbildung des Verfahrens wird das zumindest eine die Brandschutzbeschichtung ausbildende Formteil außerhalb der Klebepresse zunächst an der Unterseite des SMC-Grundkörpers vorfixiert. Dann kann der SMC-Grundkörper mit der vorfixierten Brandschutzbeschichtung auf das Unterwerkzeug der Klebepresse gelegt werden, so dass die beiden erstgenannten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gleichzeitig erfolgen. Schließlich wird die EMV-Schicht auf die Oberseite des SMC-Grundkörpers aufgelegt.

Um die Vorfixierung - z.B. in Form von Klebestreifen - einfach anbringen zu können wird es besonders bevorzugt, wenn außerhalb der Klebepresse die Brand schutzbeschichtung auf den mit seiner Unterseite nach oben weisenden SMC-Grund körper aufgelegt wird und dort vorfixiert wird. Dann kann der SMC-Grundkörper mit der vorfixierten Brandschutzbeschichtung umgedreht werden, bevor es auf das Unterwerk zeug der Klebepresse gelegt wird.

Fertigungszeit lässt sich sparen, wenn das Verpressen und Verkleben zeitnah nach dem Entformen des SMC-Grundkörpers aus einem SMC-Presswerkzeug oder zeitnah nach dem Aufbringen des Klebstoffs oder zeitnah nach dem Vorfixieren der Brandschutzbeschichtung erfolgt.

Fertigungszeit und Tragarbeit lassen sich sparen, wenn das Verpressen und Ver kleben räumlich nah an oder benachbart zu dem SMC-Presswerkzeug, in dem der SMC-Grundkörpers geformt wurde, erfolgt. Z.B. beträgt der Abstand zwischen dem SMC-Presswerkzeug und der Klebepresse maximal 10 Meter, vorzugsweise maximal 5 Meter. Auch mit Bezug zum erfindungsgemäßen Verfahren können der SMC-Grund- körper, die EMV-Schicht und die Brandschutzbeschichtung mittels eines reaktiven Hot- melt-Klebesystems miteinander verklebt werden. Dabei sind physikalisch abbindende Klebstoffe (Thermoplaste) und chemisch abbindende Klebstoffe (Duroplaste) möglich. Damit wird eine besonders haltbare und resistente Abdeckstruktur geschaffen. Wie ausgeführt, können auch andere Klebstoffe verwendet werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 die erfindungsgemäße Abdeckstruktur vor dem Verpressen und Verkleben in einer Klebepresse in einer Explosionsdarstellung;

Figur 2 einen Großteil der erfindungsgemäß verklebten und verpressten Abdeck struktur aus Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung; und

Figur 3 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch eine Abdeckstruktur aus Figur

2.

Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Klebepresse 1 mit einem Oberwerk zeug 2 und einem Unterwerkzeug 4, die in der Darstellung gemäß Figur 1 auseinander gefahren sind. An dem Unterwerkzeug 4 (und entsprechend auch im Oberwerkzeug 2) sind Formflächen 6 ausgebildet, die im geschlossenem Zustand drei Komponenten 32, 12, 36 einer Abdeckstruktur 38, verpressen und verkleben. Die Abdeckstruktur 38 dient beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Batteriedeckel eines Elektrofahrzeugs.

Die Formflächen 6 sind entsprechend der Geometrie dieser Abdeckstruktur 38 als 3D-Fläche ausgebildet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wölbt sich die Form fläche 6 des Unterwerkzeugs 4 in dem in Figur 1 rechten Bereich nach oben, hin zum Oberwerkzeug 2 aus, so dass eine Auswölbung 8 ausgebildet ist. Im Werkzeugoberteil 2 ist eine entsprechende (nicht gezeigte) Einwölbung vorgesehen, so dass beim Schließen der Klebepresse 1 eine Flutze verklebt wird, die im montierten Zustand eine Komponente des Elektrofahrzeugs, beispielsweise einen Tank oder dergleichen überdeckt. In die geöffnete Klebepresse 1 wird ein SMC-Grundkörper 32 sowie eine Brand schutzbeschichtung 12 und eine EMV-Schicht 36 eingelegt. Beim dargestellten Aus führungsbeispiel ist die Brandschutzbeschichtung 12 mehrteilig aus Glimmerplatten 12a, 12b, 12c ausgebildet, die zunächst auf die Formfläche 6 aufgelegt werden. Die Glimmerplatte 12c überdeckt dabei die die Hutze ausbildende Auswölbung 8. Die Glimmerplatten 12a, 12b, 12c sind entsprechend der Kontur der Formflächen 6 bzw. der auszuformenden Abdeckstruktur 38 ausgebildet. Die beiden Glimmerplatten 12a, 12b, haben einen Abstand zur Glimmerplatte 12c. Die Glimmerplatten 12a, 12b, 12c decken im verbauten Zustand der Abdeckstruktur 38 die bei einer Flitzeentwicklung gefährdeten Bereiche der Abdeckstruktur 38 und die darüber liegenden Bauteile des Elektrofahr zeugs ab.

Zunächst wird mittels Sprühpistole der Klebstoff auf die Glimmerplatten 12a, 12b, 12c und auf die EMV-Schicht 36 aufgebracht.

In einer Serienfertigung erfolgt der Klebstoffauftrag vorzugsweise mittels eines Roboters im Spinnsprühauftrag.

Nach dem Einlegen der Glimmerplatten 12a, 12b, 12c wird der SMC-Grundkörper 32 in die Klebepresse 1 eingelegt, der beispielsweise aus einer Fasermatte, einem Faserflies oder dergleichen besteht, die bzw. das von einer Kunststoffmatrix, beispiels weise einem Polyester- oder Vinylesterharz, umgeben ist. Der so gebildete SMC- Rohling wurde vor der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem auf eine Umform-/Schmelztemperatur erwärmten SMC-Presswerkzeug aufgeschmolzen, so dass der SMC-Rohling in die vorbestimmte Geometrie des SMC-Grundkörpers 32 umgeformt werden konnte und nach dem Aushärten/Entformen diese 3D-Geometrie beibehalten hat.

Alternativ werden die Glimmerplatten 12a, 12b, 12c außerhalb der Klebepresse zunächst an der Unterseite des SMC-Grundkörpers 32 mittels Klebestreifen vorfixiert. Um diese einfach anbringen zu können, werden die Glimmerplatten 12a, 12b, 12c außerhalb der Klebepresse 1 auf den mit seiner (in verbauter Lage) Unterseite nach oben weisenden SMC-Grundkörper 32 aufgelegt. Dann wird der SMC-Grundkörper 32 mit den vorfixierten Glimmerplatten 12a, 12b, 12c umgedreht und auf das Unterwerk zeug 4 der Klebepresse 1 gelegt.

In der Serienfertigung werden die beschichteten Glimmerplatten 12a, 12b, 12c auf dem Unterwerkzeug 4 positioniert und fixiert.

Zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) wird auf den SMC-Grundkörper 32 auf der von der Brandschutzbeschichtung 12 abgewandten Groß fläche (in Figur 1 oben) die EMV-Schicht 36 aufgeklebt. Beim dargestellten Aus führungsbeispiel ist diese EMV-Schicht 36 aus einer Aluminiumfolie/-kaschierung gebil det, die vor der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Umformwerk zeug entsprechend der 3D-Geometrie des SMC-Grundkörpers 32 geformt wurde.

Um die Positionierung der EMV-Schicht 36 relativ zum SMC-Grundkörper 32 zu erleichtern, ist eine Selbstzentrierung vorgesehen, die beim dargestellten Ausführungs beispiel von einer Einwölbung der EMV-Schicht 36 und einer dazu passenden Aus wölbung des SMC-Grundkörpers 32 gebildet ist. Wenn die EMV-Schicht 36 auf den SMC-Grundkörper 32 abgesenkt wird, tauch die Auswölbung in die Einwölbung form schlüssig ein, wodurch sich eine (Vor)positionierung der beiden Teile zueinander ergibt.

In einem einzigen Arbeitsgang wird schließlich der SMC-Grundkörper 32 einer seits mit der Brandschutzbeschichtung 12 und andererseits mit der EMV-Schicht 36 mittels eines reaktiven Hotmelt-Klebesystems und der Klebepresse 1 verpresst und verklebt, so dass nach diesem Arbeitsgang die Abdeckstruktur 38 gemäß Figur 2 aus gebildet ist, die zur Fahrzeugkabine des Elektrofahrzeugs hin mit der EMV-Schicht 36 und zur Batterie hin mit der Brandschutzbeschichtung 12 versehen ist.

Figur 3 zeigt den Schichtaufbau der fertig verklebten Abdeckstruktur 38 mit der oben (Ansicht nach Figur 3) liegenden EMV-Schicht 36, die über Klebstoff einer Klebe fuge 40 flächig mit dem SMC-Grundkörper 32 verbunden ist. Dieser ist über Klebstoff einerweiteren Klebefuge 40 mit den Glimmerplatten 12a, 12b, 12c verbunden. Dabei können physikalisch abbindende Klebstoffe (Thermoplaste) und chemisch abbindende Klebstoffe (Duroplaste) verwendet werden. Somit ist ein homogener Schichtaufbau der Abdeckstruktur 38 gewährleistet, der im Hinblick auf die EMV-Problematik, die Brand schutzbeständigkeit und die mechanische Festigkeit optimiert ist.

Auf diese Weise lassen sich auch für große Batteriekapazitäten geeignete form- stabile und Brandschutzvorschriften genügende Abdeckstrukturen 38 hersteilen, die eine Fläche von deutlich mehr als 1 m ² aufweisen können.

Offenbart ist eine Abdeckstruktur 38, deren SMC-Grundkörper 32 mit zwei weite ren Schichten 12, 36 in einer Klebepresse 1 gleichzeitig verpresst und verklebt wird.

Bezugszeichenliste:

1 Klebepresse

2 Oberwerkzeug

4 Unterwerkzeug

6 Formfläche

8 Auswölbung

12 Brandschutzbeschichtung 12a Glimmerplatte

12b Glimmerplatte

12c Glimmerplatte

32 SMC-Grundkörper 36 EMV-Schicht

38 Abdeckstruktur

40 Klebefuge