-
Die Erfindung betrifft eine Batterieschale aufweisend eine intumeszierende Schicht, eine Traktionsbatterie, ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale aufweisend eine intumeszierende Schicht und ein Verfahren zum Recycling einer Batterieschale aufweisend eine intumeszierende Schicht.
-
Batterieschalen für Traktionsbatterien sind heute überwiegend aus Metall gefertigt. Ein wesentlicher Grund hierfür besteht in der vergleichsweise hohen Erweichungstemperatur des Metalls, welche bei der Einhaltung die Brandschutzbestimmungen für Batterieschalen hilft.
-
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 aufweisend eine Tragstruktur, wobei die Tragstruktur zu mehr oder gleich 50 Gew.-% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund besteht, wobei die Batterieschale eine intumeszierende Schicht aufweist.
-
Begrifflich 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 Regelfall als „mindestens“-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei ...“ usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich 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 „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 „Faser-Kunststoff-Verbund“ wird ein kristallisierter Werkstoff bestehend aus Fasern und einer Kunststoffmatrix verstanden, wobei die Kunststoffmatrix die Fasern umgibt und wobei die Fasern durch adhäsive Wechselwirkung an die Kunststoffmatrix gebunden sind. Vorzugsweise handelt es sich bei den Fasern um Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder dergleichen. Vorzugsweise weisen die Fasern zumindest bereichsweise eine Orientierung auf, insbesondere eine unidirektionale und/oder eine bidirektionale Orientierung.
-
Vorzugsweise ist ein Faser-Kunststoff-verbund zumindest teilweise aus einer Formmasse aufweisend einen Kunststoffanteil und einen Faseranteil ausgeformt. Eine Formmasse weist dabei insbesondere einen Anteil zwischen 25 Gew.-% und 55°Gew.-% Fasern auf, bevorzugt einen Anteil von Fasern zwischen 35 Gew.-% und 50°Gew.-% und besonders bevorzugt einen Anteil von Fasern zwischen 42 Gew.-% und 48°Gew.-%. Vorzugsweise besteht der Faseranteil der Formmasse aus Kurzschnittfasern mit einer Länge von weniger oder gleich 5 cm, welche chaotisch orientiert sind.
-
Vorzugsweise weist ein Faser-Kunststoff-verbund einen Bereich mit orientierten Endlosfasern auf, wobei die Endlosfasern eine Länge von mehr oder gleich 8 cm aufweisen. Vorzugsweise weist der Bereich mit orientierten Endlosfasern einen Faseranteil von 70 Vol.-% bis 80 Vol.-% auf. Vorzugsweise ist ein Bereich mit orientierten Endlosfasern in einen aus einer Formmasse ausgeformten Bereich zumindest teilweise eingebettet.
-
Unter einer „Tragstruktur“ wird zumindest eine Schicht aufweisend einen Faser-Kunststoff-Verbund mit einem Anteil von mehr oder gleich 50 Gew.-% einer Batterieschale verstanden, welche dazu eingerichtet ist, die auf die Batterieschale einwirkenden Kräfte aufzunehmen und zu verteilen.
-
Vorzugsweise wird unter einer Tragstruktur eine Schicht bestehend aus einem Faser-Kunststoff-Verbund verstanden.
-
Weiterhin vorzugsweise sei bei einer Tragstruktur auch an zumindest eine Schicht aufweisend eine hybride Materialkombination aus einem metallischen Werkstoff und einem Faser-Kunststoff-Verbund gedacht. Gemäß einer ersten vorzugsweisen Variante sei hierbei an eine metallische Schicht gedacht, welche eine angrenzende Schicht aus einem Faser-Kunststoff-Verbund aufweist. Gemäß einer zweiten vorzugsweisen Variante sei an eine metallische Rippenstruktur gedacht, welche mittels einem Faser-Kunststoff-Verbund bespannt und/oder aufgefüllt ist, sodass die Tragstruktur fluiddicht ausgeführt ist. Vorteilhaft können so die Eigenschaften der unterschiedlichen Materialien optimal kombiniert werden, wodurch unter anderem Gewicht eingespart werden kann.
-
Vorzugsweise besteht die Tragstruktur zu mehr oder gleich 60 Gew.-% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, bevorzugt zu mehr oder gleich 70 Gew.-% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund und besonders bevorzugt zu mehr oder gleich 80 Gew.-% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund. Vorzugsweise besteht die Tragstruktur zu mehr oder gleich 90 Gew.-% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, bevorzugt zu mehr oder gleich 95 Gew.-% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund und besonders bevorzugt zu mehr oder gleich 98 Gew.-% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund.
-
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für den Anteil des Faser-Kunststoff-Verbundes an der Tragstruktur 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 Anteils des Faser-Kunststoff-Verbundes an der Tragstruktur liefern.
-
Unter einem „Kunststoff“ wird ein Werkstoff verstanden, der hauptsächlich aus Makromolekülen besteht. Insbesondere wird unter einem Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff oder ein duroplastischer Kunststoff verstanden.
-
Unter einer „intumeszierenden Schicht“ wird eine Materialschicht verstanden, welche dazu eingerichtet ist, oberhalb einer definierten Aktivierungstemperatur zu intumeszieren. Mit anderen Worten ist eine intumeszierende Schicht dazu eingerichtet, sich oberhalb einer definierten Aktivierungstemperatur unter Hitzeeinwirkung auszudehnen und damit ihre Dicke zu erhöhen. Dies führt zu einer Volumenzunahme und zu einer Reduktion der Dichte der intumeszierenden Schicht, wodurch die Wärmeübertragung durch die intumeszierende Schicht reduziert werden kann. Bei einer definierten Hitzeeinwirkung kann mittels einer intumeszierenden Schicht vorteilhaft eine Wärmeisolation des mit der intumeszierenden Schicht beschichteten Materials, insbesondere der Tragstruktur der hier vorgeschlagenen Batterieschale, erreicht werden.
-
Vorzugsweise ist die intumeszierende Schicht auf der Außenseite der Batterieschale angebracht, wodurch die Tragstruktur vor einer von außen einwirkenden Hitze geschützt werden kann. Vorzugsweise ist die intumeszierende Schicht alternativ oder zusätzlich auf der Innenseite der Batterieschale angebracht, sodass die Tragstruktur vor einer von innen einwirkenden Hitze geschützt werden kann.
-
Vorzugsweise weist eine intumeszierende Schicht Blähgraphit auf.
-
Vorzugsweise besteht eine intumeszierende Schicht aus einem Polyurethane-Lack mit einem Blähgraphitzusatz. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Polyurethane-Lack um einen Zweikomponentenlack aus Harz und Härter.
-
Vorzugsweise weist die intumeszierende Schicht eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 120 °C auf. Weiterhin vorzugsweise weist die intumeszierende Schicht eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 125 °C auf, bevorzugt eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 130 °C und besonders bevorzugt eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 140 °C. Weiterhin vorzugsweise weist die intumeszierende Schicht eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 150 °C auf, bevorzugt eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 160 °C und besonders bevorzugt eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 170 °C. Weiterhin vorzugsweise weist die intumeszierende Schicht eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 180 °C auf, bevorzugt eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 190 °C und besonders bevorzugt eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 200 °C.
-
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für die Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht 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 Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht liefern.
-
Im Stand der Technik sind Traktionsbatterien bekannt, deren lasttragende Komponente aus Metall ausgebildet ist. Grund hierfür sind unter anderem die Brandschutzbestimmungen, welche Anforderungen an die strukturelle Integrität der Traktionsbatterie stellen. Dabei muss die Traktionsbatterie bei einer Hitzeeinwirkung, insbesondere in der designierten Einbaulage von unten, eine definierte Zeit standhalten. Um dies zu gewährleisten sind Traktionsbatterien bekannt, bei denen das Batteriegehäuse, insbesondere die untere Batterieschale, aus einem Metall mit einer vergleichsweise hohen Erweichungstemperatur besteht. Nachteilig führt dies zu einem vergleichsweise hohen Gewicht eines Traktionsbatteriegehäuses.
-
Hier wird nun eine Batterieschale vorgeschlagen, deren Tragstruktur zu mindestens 50 Gew.-% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund besteht, wodurch die Masse der Batterieschale gesenkt werden kann. Da der Faser-Kunststoff-Verbund eine im Vergleich zu einem Metall geringe Erweichungstemperatur aufweist, wird vorgeschlagen die Tragstruktur der Batterieschale mittels einer intumeszierenden Schicht vor einer unzulässigen Erwärmung zu schützen.
-
Hierdurch kann erreicht werden, dass die Batterieschale im Fall einer Brandentwicklung und/oder Hitzeentwicklung, insbesondere einer Brandentwicklung und/oder Hitzeentwicklung unterhalb der Batterieschale, vor einem überkritischen Wärmeeintrag mittels der isolierend wirkenden intumeszierenden Lackschicht geschützt werden kann.
-
Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Tragstruktur nicht derart erweicht, dass designierte Komponenten aus dem Innenraum der Batterieschale freigesetzt werden. Insbesondere kann verhindert werden, dass Batteriemodule aus der Batterieschale herausfallen können.
-
Weiterhin kann mittels der intumeszierenden Schicht unterbunden werden, dass eine in Brand geratene Tragstruktur aus Faser-Kunststoff-Verbund nach einem Verlöschen des Brandherds weiterbrennt.
-
Vorzugsweise wird eine Batterieschale vorgeschlagen, deren Tragstruktur erst bei einer Temperatur erweicht, die größer ist als die Aktivierungstemperatur der hier vorgeschlagenen intumeszierenden Schicht.
-
Besonders vorteilhaft kann hierdurch erreicht werden, dass die intumeszierende Schicht unterhalb der Erweichungstemperatur der Tragstruktur aktiviert wird, dadurch expandiert und so die Tragstruktur vor einer kritischen Erweichung schützen kann.
-
Vorteilhaft kann hierdurch eine vergleichsweise leichte und/oder kostensparende Batterieschale erreicht werden, welche die Brandschutzbestimmungen erfüllen kann.
-
Die hier vorgeschlagene Batterieschale ermöglicht weiterhin ein stoffliches Recycling. Dabei sei unter anderem daran gedacht, dass die Batterieschale während des Recyclingvorgangs leicht über die Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht erhitzt wird. Während dem Recyclingvorgang wird die Batterieschale deutlich über die spezifizierte Brandzeit hinaus zumindest leicht über die Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht erhitzt, sodass die intumeszierende Schicht vorzugsweise vollständig reagiert und anschließend von der Batterieschale abfällt. Hierdurch reagiert die intumeszierende Schicht und kann anschließend, sofern sie nicht bereits vollständig abgefallen ist, mit geringerem mechanischen Aufwand von der Tragstruktur gelöst werden.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die intumeszierende Schicht eine Schichtdicke größer gleich 0,1 mm auf, vorzugsweise eine Schichtdicke größer gleich 0,1 mm und kleiner gleich 2,5 mm.
-
Vorzugsweise weist die intumeszierende Schicht eine Schichtdicke zwischen 0,1 mm und 0,7 mm auf, bevorzugt eine Schichtdicke zwischen 0,2 mm und 0,5 mm und besonders bevorzugt eine Schichtdicke zwischen 0,25 mm und 0,4 mm.
-
Vorzugsweise weist die intumeszierende Schicht eine Schichtdicke zwischen 0,25 mm und 0,35 mm auf, bevorzugt eine Schichtdicke zwischen 0,27 mm und 0,33 mm und besonders bevorzugt eine Schichtdicke zwischen 0,29 mm und 0,31 mm.
-
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für die Schichtdicke der intumeszierenden Schicht 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 Schichtdicke der intumeszierenden Schicht liefern.
-
Versuche haben gezeigt, dass durch die hier vorgeschlagenen Dicke der intumeszierenden Schicht eine besonders wirtschaftliche Lösung erreicht werden kann. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der hier vorgeschlagenen Schichtdicke möglichst wenig Material für die intumeszierende Schicht verwendet werden kann, wobei die Schichtdicke gleichzeitig ausreichend für eine Erfüllung der Brandschutzziele ist.
-
Weiterhin kann mittels der hier vorgeschlagenen Schichtdicke erreicht werden, dass sich die intumeszierende Schicht besonders leicht im Fall eines stofflichen Recyclings der Batterieschale von der Tragstruktur lösen lässt, während sich dickere und inhomogenere intumeszierende Schichten schwerer lösen lassen.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform weist die Batterieschale eine Haftvermittlungsschicht zwischen der Tragstruktur und der intumeszierenden Schicht auf.
-
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
-
Unter einer „Haftvermittlungsschicht“ wird eine Schicht verstanden, welche dazu eingerichtet ist, die zumindest mittelbare Haftfestigkeit zwischen der Tragstruktur der Batterieschale und der intumeszierenden Schicht zu erhöhen.
-
Die Haftvermittlungsschicht ist zwischen der Tragstruktur und der intumeszierenden Schicht angeordnet.
-
Vorzugsweise besteht eine Haftvermittlungsschicht aus einem Polyurethanelack. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Polyurethane-Lack um einen Zweikomponentenlack aus Harz und Härter.
-
Vorzugsweise handelt es sich bei der Haftvermittlungsschicht mit Ausnahme des nicht vorhanden Blähgraphitzusatzes um dieselbe Materialzusammensetzung wie bei der intumeszierenden Schicht.
-
Vorteilhaft kann hierdurch eine optimal dünne intumeszierende Schicht erreicht werden, welche ein optimales Verhältnis aus Haftfestigkeit und Volumenzunahme aufweist.
-
Weiterhin kann vorteilhaft erreicht werden, dass die hier vorgeschlagene Haftvermittlungsschicht während dem stofflichen Recycling vorteilhaft mitsamt der intumeszierenden Schicht von der Tragstruktur der Batterieschale gelöst werden kann.
-
Besonders bevorzugt ist ein Kunststoffanteil der Tragstruktur ein thermoplastischer Kunststoff.
-
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
-
Unter einem „Kunststoffanteil“ wird der gesamte Anteil des Kunststoffs der Tragstruktur verstanden.
-
Unter einem „thermoplastischen Kunststoff“ wird ein Kunststoff verstanden, der sich in einem stoffabhängigen Temperaturbereich verformen lässt, wobei dieser Prozess reversibel ist und durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand beliebig oft wiederholt werden kann.
-
Vorzugsweise ist der thermoplastische Kunststoff ein Polycarbonat oder ein Polybutylenterephthalat, wodurch die besonders vorteilhaften Materialeigenschaften dieser Kunststoffe für die Batterieschale genutzt werden können.
-
Durch die Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs kann eine besonders vorteilhaft recyclierbare und gleichzeitig leichte Batterieschale erreicht werden.
-
Optional ist der thermoplastische Kunststoff ein Polyamid 6 (PA6) .
-
Polyamid 6 bietet eine vergleichsweise hohe Erweichungstemperatur von 180 °C und eine vergleichsweise schlechte Wärmeleitung, sodass es vorteilhaft für die Tragstruktur der hier vorgeschlagenen Batterieschale eingesetzt werden kann.
-
Vorzugsweise wird für den Faser-Kunststoff-Verbund ein Polyamid 6 verwendet. Vorteilhaft kann durch die Faserverstärkung, insbesondere die Glasfaserverstärkung, neben der zusätzlichen Festigkeit auch eine Erweichungstemperatur des Faser-Kunststoff-Verbundes von mehr oder gleich 200 °C erreicht werden, insbesondere eine Erweichungstemperatur von 220 °C.
-
Optional ist der thermoplastische Kunststoff ein Polyamid 6.6 (PA6.6).
-
Vorzugsweise wird für den Faser-Kunststoff-Verbund ein Polyamid 6.6 verwendet. Vorteilhaft kann so eine Erweichungstemperatur für den Faser-Kunststoff-Verbund von 250 °C erreicht werden.
-
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Traktionsbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterieschale nach dem ersten Aspekt der Erfindung.
-
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
-
Unter einem „Kraftfahrzeug“ wird ein durch einen Motor angetriebenes Fahrzeug verstanden. Vorzugsweise ist ein Kraftfahrzeug nicht an eine Schiene gebunden oder zumindest nicht dauerhaft spurgebunden.
-
Vorzugsweise wird hier eine Traktionsbatterie vorgeschlagen, deren im designierten Einbauzustand nach unten orientierte Batterieschale einer Batterieschale gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung entspricht.
-
Es versteht sich, dass sich die Vorteile einer Batterieschale nach dem ersten Aspekt der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, unmittelbar auf eine Traktionsbatterie aufweisend eine Batterieschale gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erstrecken.
-
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 ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale aufweisend eine intumeszierende Schicht, insbesondere eine Batterieschale gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, umfassend folgende Schritte:
- - Ausformen der Tragstruktur der Batterieschale, und
- - Aufbringen der intumeszierenden Schicht.
-
Hier wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieschale aufweisend eine intumeszierende Schicht vorgeschlagen, insbesondere zur Herstellung einer Batterieschale gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei zunächst eine Tragstruktur der Batterieschale mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrensschritt ausgeformt wird. Anschließend wird die Tragstruktur der Batterieschale gegebenenfalls entformt und eine intumeszierende Schicht aufgebracht.
-
Der Verfahrensschritt zum Ausformen der Batterieschale kann hierbei in Abhängigkeit der Ausgestaltung der Tragstruktur unterschiedlich gestaltet sein.
-
Gemäß einer ersten Variante wird eine Tragstruktur aufweisend einen Faser-Kunststoff-Verbund innerhalb einer formgebenden Kavität aus einer Formmasse ausgeformt.
-
Gemäß einer zweiten Variante wird zunächst eine metallischer Bereich der Tragstruktur hergestellt, vorzugsweise mit einem Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeug aufweisend orientierte Endlosfasern kombiniert, und mit einem Faser-Kunststoff-Verbund aufweisend eine chaotisch orientierte Kurzschnittfaser in einen Wirkzusammenhang gebracht.
-
Gemäß einer dritten Variante wird aus Metall eine Rippenstruktur ausgebildet. Diese wird gemeinsam mit einer Formmasse aufweisend einen Kunststoff und eine chaotisch orientierte Kurzschnittfaser, und vorzugsweise gemeinsam mit einem Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeug aufweisend orientierte Endlosfasern, in eine formgebende Kavität eingebracht und unter Druck zu einer Tragstruktur ausgeformt.
-
Gemäß einer vierten Variante wird eine der drei vorgenannten Varianten derart modifiziert, dass eine mit einem Kunststoff imprägnierte Struktur aus einer orientierten Endlosfaser in die designierte Tragstruktur eingebracht wird und gemeinsam mit der Formmasse und vorzugsweise einem metallischen Bereich zu der Tragstruktur ausgeformt wird.
-
Weiterhin sei an weitere aus dem Stand der Technik bekannte Varianten zur Ausformung der Tragstruktur gedacht.
-
Die intumeszierende Schicht kann auf die Tragstruktur der Batterieschale gesprüht, gestrichen oder gerollt werden.
-
Wird die intumeszierende Schicht auf die Tragstruktur gesprüht, so kann dies mit einem Airless-Verfahren, einem Airmix-Verfahren oder einem Druckluft-Verfahren erfolgen.
-
Vorzugsweise wird die intumeszierende Schicht mit einer Schichtdicke größer gleich 0,1 mm auf die Tragstruktur aufgebracht, vorzugsweise einer Schichtdicke größer gleich 0,1 mm und kleiner gleich 2,5 mm.
-
Vorzugsweise wird die intumeszierende Schicht mit einer Schichtdicke zwischen 0,1 mm und 0,7 mm auf die Tragstruktur aufgebracht, bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen 0,2 mm und 0,5 mm und besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen 0,25 mm und 0,4 mm.
-
Vorzugsweise wird die intumeszierende Schicht mit einer Schichtdicke zwischen 0,25 mm und 0,35 mm auf die Tragstruktur aufgebracht, bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen 0,27 mm und 0,33 mm und besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen 0,29 mm und 0,31 mm.
-
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für die Schichtdicke der intumeszierenden Schicht 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 Schichtdicke der intumeszierenden Schicht liefern.
-
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Tragstruktur vor dem Aufbringen der intumeszierenden Schicht vorgewärmt wird, wodurch sich die Trockenzeit der intumeszierenden Schicht reduzieren lässt und eine gleichmäßigere Oberfläche der intumeszierenden Schicht erreicht werden kann.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform wird die intumeszierende Schicht vor dem Aufbringen aus Komponenten zumindest aufweisend ein Harz und einen Härter gemischt.
-
Zweckmäßig wird den Komponenten Harz und Härter ein Blähgraphitzusatz beigefügt. Gemäß einer weiteren denkbaren Ausführungsform sind Harz und Blähgraphit bereits vorgemischt und werden später gemeinschaftlich mit dem Härter vermischt.
-
Vorzugsweise wird die Materialtemperatur des Ausgangsmaterials für die intumeszierende Schicht, insbesondere der Harzkomponente, vom Vorratsbehälter bis zur Austrittsöffnung an der Lackierpistole konstant gehalten, insbesondere durch eine Begleitheizung und/oder eine Isolierung der betroffenen Anlagenkomponenten. Hierdurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass die intumeszierende Schicht mit konstanten Materialeigenschaften aufgetragen werden kann, wodurch die Homogenität der intumeszierenden Schicht und/oder die Prozesssicherheit des Auftragsverfahrens verbessert werden können.
-
Optional wird das Harz vor dem Mischen mit einem Lösemittel verdünnt.
-
Die Verdünnung des Harzes mit einem Lösemittel bewirkt eine Reduzierung der Viskosität des Harzes, wodurch sich dieses leichter verarbeiten lässt.
-
Hierdurch lässt sich die Homogenität der Schichtdicke der intumeszierenden Schicht verbessern, wodurch prozesssicher auch wirtschaftlich optimale geringere Schichtdicken der intumeszierenden Schicht erreicht werden können. Außerdem kann durch die Verdünnung auch die Homogenität der Zusammensetzung der intumeszierenden Schicht vorteilhaft verbessert werden.
-
Vorzugsweise wird dem Harz zwischen 1 Gew.-% und 7 Gew-% Lösemittel zugesetzt, bevorzugt zwischen 1,5 Gew.-% und 5 Gew-% Lösemittel und besonders bevorzugt zwischen 2 Gew.-% und 3 Gew-% Lösemittel.
-
Durch die Reduzierung der Viskosität des Harzes wird die Fließfähigkeit des Harzes und damit auch des gemischten Ausgangsmaterials für die intumeszierende Schicht verbessert. Hierdurch können die Verarbeitungsdrücke reduziert werden, wodurch der Beschichtungsprozess verbessert werden kann.
-
Vorteilhaft kann hierdurch die wirtschaftlich optimale Dicke der intumeszierenden Schicht erreicht werden. Durch die verbesserte Homogenität der Zusammensetzung der intumeszierenden Schicht ist diese darüber hinaus effizienter und kann sich besser stofflich recyceln lassen. Insbesondere führt eine geringere Schichtdicke der intumeszierenden Schicht im Prozess des Recyclings dazu, dass weniger Wärme für das Aktivieren der intumeszierenden Schicht aufgewendet werden muss.
-
Optional wird das Harz vor dem Mischen erwärmt.
-
Zweckmäßig sei daran gedacht, dass das Harz nach dem Mischen dann erwärmt aufgebracht wird.
-
Die Erhöhung der Temperatur des Harzes bewirkt eine Reduzierung der Viskosität des Harzes, wodurch sich dieses leichter verarbeiten lässt.
-
Hierdurch kann die Homogenität der Schichtdicke der intumeszierenden Schicht verbessert werden, wodurch prozesssicher auch geringere Schichtdicken der intumeszierenden Schicht erreicht werden können. Außerdem kann durch die Erwärmung der Temperatur des Harzes auch die Homogenität der Zusammensetzung der intumeszierenden Schicht vorteilhaft verbessert werden.
-
Vorzugsweise wird die Erhöhung der Temperatur des Harzes vor dem Mischen mit einer Verdünnung des Harzes mit einem Lösemittel vor dem Mischen kombiniert.
-
Vorzugsweise wird das Harz vor dem Mischen mit dem Härter auf eine Temperatur zwischen 40 °C und 60 °C erwärmt, bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 45 °C und 55 °C und besonders bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 48 °C und 52 °C.
-
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für die Temperatur des Harzes 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 Temperaturbereichs des Harzes liefern.
-
Durch die Erhöhung der Temperatur des Harzes kann dessen Viskosität auch ohne den Einsatz von Lösemitteln reduziert werden, sodass die Umweltbelastung durch verdampfende Kohlenwasserstoffe reduziert werden kann.
-
Bevorzugt wird vor dem Aufbringen der intumeszierenden Schicht eine Haftvermittlungsschicht aufgetragen.
-
Vorteilhaft kann durch die Haftvermittlungsschicht eine optimal dünne intumeszierende Schicht erreicht werden, welche ein optimales Verhältnis aus Haftfestigkeit und Volumenzunahme aufweist.
-
Besonders vorteilhaft kann das Auftragen der Haftvermittlerschicht und/oder der intumeszierenden Schicht mit einem Auftragsroboter erfolgen. Vorzugsweise sei daran gedacht, dass eine Komponente aufweisend Harz und vorzugsweise Blähgraphit aus einem Harz-Reservoir vorzugsweise mittels einer Harz-Pumpe durch eine Harzleitung zu einem Mischer oder einer Düse gefördert wird. Dabei sei weiterhin vorzugsweise daran gedacht, dass das Harz-Reservoir und/oder die Harzleitung beheizt sind. Weiterhin sei vorzugsweise daran gedacht, dass der etwaig verwendete Härter vorzugsweise mittels einer Härter-Pumpe durch eine Härterleitung zu dem Mischer gefördert wird und dort in eine Wirkverbindung mit dem Harz und vorzugsweise dem Blähgraphit gelangt. In dem etwaig aufgewiesenen Mischer werden die Komponenten miteinander gemischt und von dort zu einer Düse weitergefördert, wobei auch eine Leitung zwischen dem Mischer und der Düse beheizt sein kann.
-
Vorzugsweise weist der Auftragsroboter ein System zum Spülen des Leitungssystems, des etwaig aufgewiesenen Mischers und der Düse auf.
-
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 ein-Verfahren zum Recycling einer Batterieschale aufweisend eine intumeszierende Schicht, wobei die Batterieschale über eine spezifizierte Zeit hinaus über eine Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht erhitzt wird.
-
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
-
Die Zulassungsvorschriften von Elektrofahrzeugen erfordern „spezifizierte Zeiten“ in denen eine Traktionsbatterie und damit auch eine Batterieschale einem Feuer einer definierten Temperatur standhalten können muss, ohne ein gewisses Maß an Schädigung aufzuweisen.
-
Unter einer „Aktivierungstemperatur“ einer intumeszierenden Schicht wird eine Temperatur verstanden, ab welcher die intumeszierende Reaktion startet.
-
Mit anderen Worten wird hier vorgeschlagen, dass die Batterieschale zum Recycling so lange oberhalb der Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht erhitzt wird, bis die intumeszierende Schicht vollständig durchreagiert ist.
-
Vorzugsweise fällt die vollständig durchreagierte intumeszierende Schicht eigenständig ab und/oder lässt sich mit geringem mechanischen Aufwand von der Batterieschale trennen, sodass die für das Recycling gewünschte stoffliche Trennung erreicht werden kann.
-
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des vierten Aspekts mit den Gegenständen der vorstehenden Aspekte 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 Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:
- 1: schematisch einen Bereich einer Batterieschale gemäß einer ersten Ausführungsform; und
- 2: schematisch einen Bereich einer Batterieschale gemäß einer zweiten Ausführungsform.
-
In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bzw. gleiche Merkmale, sodass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, sodass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird. Ferner sind einzelne Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch separat in anderen Ausführungsformen verwendbar.
-
Der Bereich einer Batterieschale 10 in 1 besteht aus einer Tragstruktur 20 und einer intumeszierenden Schicht 30, welche auf die Tragstruktur 20 aufgebracht worden ist.
-
Die Tragstruktur 20 besteht vorliegend zu 100 Gew.-% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund aufweisend einen thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyamid 6, und einen Faseranteil zwischen 35 Gew.-% und 65 Gew.-%. Vorzugsweise ist das Polyamid 6 mittels einer Glasfaser verstärkt.
-
Alternativ (nicht abgebildet) besteht die Tragstruktur 20 aus einem Hybridmaterial aufweisend einen Faser-Kunststoff-Verbund und Metall.
-
Die intumeszierende Schicht 30 besteht aus einem Polyurethanlack, welcher einen Blähgraphitzusatz aufweist. Die intumeszierende Schicht 30 ist so ausgestaltet, dass sie bei 160 C intumesziert. Damit liegt die Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht 30 unterhalb der Erweichungstemperatur der Tragstruktur 20.
-
Dies führt zu einer Volumenzunahme und zu einer Reduktion der Dichte der intumeszierenden Schicht 30, wodurch die Wärmeübertragung durch die intumeszierende Schicht 30 vorteilhaft reduziert werden kann. Somit kann mittels der intumeszierenden Schicht 30 eine Wärmeisolation der mit der intumeszierenden Schicht 30 beschichteten Tragstruktur 20 der hier vorgeschlagenen Batterieschale 10 erreicht werden.
-
Der Bereich einer Batterieschale 10 in 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform in 1 durch die Haftvermittlungsschicht 40, welche zwischen der Tragstruktur 20 und der intumeszierenden Schicht 30 angeordnet ist.
-
Mittels der Haftvermittlungsschicht 40 kann die Haftfestigkeit der intumeszierenden Schicht 30 an der Tragstruktur 20 verbessert werden. Hierdurch können dünnere und wirtschaftlichere intumeszierende Schichten 30 erreicht werden.
-
Vorzugsweise besteht die Haftvermittlungsschicht 40 aus einem Polyurethanlack. Besonders bevorzugt unterscheidet sich dieser gegenüber der intumeszierenden Schicht 30 nur dadurch, dass die Haftvermittlungsschicht 40 keinen Blähgraphitzusatz aufweist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Batterieschale
- 20
- Tragstruktur
- 30
- intumeszierende Schicht
- 40
- Haftvermittlungsschicht
