型材上产生流体密封式螺纹连接的方法、嵌入件和电池盒与流程

文档序号:33625131发布日期:2023-03-25 17:34阅读:103来源:国知局
型材上产生流体密封式螺纹连接的方法、嵌入件和电池盒与流程

1.本发明涉及一种在型材上产生流体密封式螺纹连接的方法、一种用于型材的嵌入件以及一种电池盒。


背景技术:

2.下面主要结合电动车辆的电池盒来描述本发明。
3.电池盒应当是防水的。为此,电池盒的各个部分可以,例如,通过材料配合的结合相互连接,以便形成一个连续的壳体。例如,各个部分可以被焊接在一起。
4.然而,在维护工作中,焊接的电池盒会产生妨碍。
5.另外,电池盒可以由各个零件组装而成,然后用防水涂层密封。例如,可以在电池盒上喷上蜡,从而形成涂层。
6.涂层是一个复杂的过程,其中必须严格遵守某些参数,以确保电池盒的可靠密封。
7.电池盒的各个部分也可以在密封圈置于中间的情况下螺纹连接。然而,随着时间的推移,水可能通过螺纹连接渗透到各个部分。为了防止水渗入,可以用防水涂料密封螺纹连接。


技术实现要素:

8.因此,本发明所要解决的技术问题是使用在设计上尽可能简单的手段,提供一种用于在型材上产生流体密封式螺纹连接的改进的工艺、一种改进的型材嵌入件以及一种改进的电池盒。例如,改进可能涉及到改进的用于防止液体进入的螺纹连接的密封性和/或简化的过程控制。
9.在这里介绍的方案中,螺钉穿过型材的壁被拧入到布置在型材内的密封剂中。在此,密封剂由于螺钉而被部分地挤压。螺钉的旋转导致密封剂和螺钉之间的摩擦,从而使密封剂和螺钉升温。由于局部的热效应,密封剂可能部分液化或塑化并粘附在螺钉上。由于密封剂的回复力,液体的密封剂也可以渗透到螺钉和型材之间的螺纹连接,从而密封螺纹连接。另外,回复力可以具有如下大小,即,使得弹性的密封剂仿照螺钉或螺纹成型,从而密封螺纹连接。
10.为了使密封剂不容易溢出,密封剂被布置在型材的腔室内。腔室也限制了所需的密封剂的量,并有助于限制重量。腔室按比例地由型材的至少一个壁和通过嵌入件的至少一个壁形成。通过嵌入件,这里提出的方案也可以适用于本身不具有专门为此设计的腔室的标准型材。
11.提出了一种在型材上产生流体密封螺纹连接的方法,其中,螺钉穿过型材的壁被拧入到位于壁后面的腔室中,从而在壁中形成一个螺纹开口,其中,腔室由至少一个壁和插入型材内部空间的嵌入件形成,其中,在腔室中布置有密封剂,螺钉在拧入时被旋入到密封剂中,并且在此,密封剂在拧入时被螺钉部分地挤压,并且被挤压的密封剂被置于螺钉和螺纹开口周围,从而使螺纹连接被密封剂密封。
12.此外,还提出了一种用于型材的嵌入件,其中,嵌入件可以被布置在型材的内部空间中,并与型材的至少一个壁形成用于密封剂的腔室,使得密封剂在拧入螺钉时可以部分地被挤压,并且被挤压的密封剂被置于螺钉和壁上的螺纹开口周围。
13.还提出了一种用于电动车辆的电池盒,其中,电池盒具有至少一个型材,型材具有至少一个根据这里提出的方案的嵌入件,其中,嵌入件被布置在型材的内部空间中,并与型材的至少一个壁形成腔室,在该腔室中布置有密封剂,其中,至少一个螺钉穿过壁被拧入到腔室中,其中,螺钉被旋入到密封剂中,并且型材的螺纹连接被密封剂以流体密封的方式密封。
14.型材可以是电池盒的框架型材。例如,型材可以由金属材料组成,特别是铝材料或钢材料。型材可以是,例如,挤压型材或拉伸型材。型材可以是开放的型材,也可以是封闭的型材。型材可以具有沿主要延伸方向的基本恒定的横截面几何形状。例如,出于重量的考虑,型材也可以设置有空缺部。特别是,该型材可以是没有内部结构的简单空心型材。
15.嵌入件也可以是挤压型材或拉伸型材。例如,嵌入件可以由金属材料制成,特别是铝材料或钢材料。例如,嵌入件可以由与型材相同的材料制成,因此可以具有相同的物理特性,特别是相同的热膨胀特性。另外,嵌入件也可以由不同的材料制成,例如塑料。嵌入件可以有一个沿主延伸方向的基本恒定的截面几何形状。例如出于重量原因,嵌入物也可以设置有空缺部。在拧紧螺钉之前,嵌入件可以沿轴向推入型材,从而形成型材的内部结构。
16.电池盒可以由多个这样的具有插入的嵌入件和其他独立部件的型材组成。特别是,独立部件可以作为这里介绍的螺纹连接的夹紧部件被压在型材上。同样,型材之间也可以用所提出的螺纹连接方式进行连接。电池盒设计为用于封闭电动车辆的电池模块,并保护它们免受环境和机械的影响。电池盒可以是电动车辆碰撞结构的一部分。
17.嵌入件可以有至少一个在至少一侧开放的腔室。在插入状态下,开放的腔室可与型材的至少一个壁一起形成封闭的腔室。在插入状态下,嵌入件可以被支撑在型材的至少两个沿对角线对置的内角上。当嵌入件处于插入状态时,腔室可以基本上沿着型材或嵌入件的长度延伸。封闭的腔室的至少一个壁可以由型材的外壁形成。如果腔室被布置在型材的边缘,那么封闭的腔室的至少两个壁也可以由型材的外壁形成。
18.嵌入件可以在腔室区域的至少两个线形接触面上与型材接触。接触面可以抵接在型材的一个壁上,也可以抵接在型材的不同壁上。接触面可以以平面方式抵接在壁上,以达到对型材的密封效果。嵌入件相对于型材来说可以略大,以达到插入时对型材的夹持效果。嵌入物在插入过程中可以轻微弹性变形,以达到夹持效果。嵌入物可以基本上延伸到型材的整个长度。例如,型材的机械性能可由插入部分调整。另外,每个螺纹连接或每组螺纹连接都可以使用本身的嵌入件。在这种情况下,各个嵌入件可以被相互间隔开。
19.螺钉可以是标准的螺钉,并且可以被拧入到壁的现有螺纹中。螺钉也可以是自攻螺钉,并且可以被拧入到型材中的适配的型芯孔中。自攻螺钉可以在壁上形成螺纹。螺钉也可以是自钻自攻的螺钉,并且可以独立地在壁上钻孔,并在里面形成螺纹。
20.密封剂可以是持久弹性的物质。密封剂至少可以粘附在嵌入件上。密封剂可以具有热塑性的特性。当螺钉被拧入时,密封剂可以通过摩擦而被加热和液化。液化的密封剂可以润湿螺钉并对螺钉产生粘附作用。特别是当密封剂冷却并变硬或凝固时,会产生粘附作用。液化的密封剂也可以渗透到螺纹连接并在那里又硬化。替代地或补充地,密封剂可以被
螺钉特别地向侧面挤压,并对挤压产生回复力。回复力可以将密封剂压紧到螺钉上并在螺钉上密封。此外,在拧入过程中产生的颗粒可以被束缚在密封剂中。
21.螺钉可以将夹持部件夹在型材上。同样,螺钉也可以在不用夹持部分的情况下被拧到型材中。螺钉也可以将多个叠置的夹持部件夹在型材上。夹持部件可以是,例如,电池盒的盖子或底部。在夹持部件和型材之间可以布置有密封剂。密封剂可以是与腔室中相同的密封剂。夹持部件可以具有螺钉孔(schraubloch),螺钉穿过该螺钉孔拧入到型材中。螺纹连接的位置可由夹持部件的螺钉孔决定。螺钉也可以穿过没有孔的夹持部件,然后穿过型材拧入。螺钉的头部可以放置在夹持部件上,并将夹持部件压在型材上。在头部和夹持部件之间可以布置有密封垫圈。密封垫圈可以由延展性材料制成,并且至少可以部分地仿照夹持部件的轮廓成型。密封垫圈例如可以由铝材料制成。
22.在拧入之前,事先配备了密封剂的嵌入件可以被插入到型材中。在将嵌入件推入型材之前,可以将密封剂放在嵌入件的开放的腔室中。密封剂可以由嵌入件的制造商事先布置在至少一侧仍然开放的腔室中。密封剂可以以略大的尺寸布置在开放的腔室中,以便在嵌入件在被推入的状态对型材产生压力。在插入过程中型材会被加热,以促进密封剂沿型材滑动,和/或在型材冷却后提高密封剂对型材的粘附性。
23.密封剂也可以就在拧入之前被定量配给到腔室中。密封剂可以以可流动或糊状的状态被定量配给。密封剂可以在插入的情况下被定量配给到切割好的型材中。密封剂可以使用定量配给装置进行定量配给。密封剂可以通过布置在型材或嵌件的端面上的喷嘴被引入腔室中。另外,密封剂可以通过插入腔室内的喷枪进行定量配给。喷嘴可以布置在喷枪的端部。在定量配给密封剂的同时,喷枪可以沿着腔室移动。特别是,密封剂可以在喷枪从腔室中抽出时被定量配给。
24.密封剂可以通过沿腔室延伸的型材开口被定量配给到腔室中。型材开口可以沿腔室延伸。型材开口突破了腔室的壁,也突破了型材的外壁。腔室的壁也可以是型材的外壁。腔室的壁和型材的外壁也可以彼此间隔开。然后,型材开口可以有连接腔室壁和型材外壁的壁。由于型材开口,腔室的壁基本上呈c形。施加喷嘴可以通过型材开口插入腔室内,以定量配给密封剂。因此,特别地,密封剂可以局部地在螺纹连接区域被定量配给到腔室中。在定量配给过程中,施加喷嘴可以沿着型材开口移动,并且密封剂可以在螺纹连接区域从施加喷嘴被定量配给到腔室中。
25.腔室可以基本上完全被密封剂填满。密封剂可以从腔室的一端填充到另一端。由此可以在腔室的任何地方进行流体密封式螺纹连接。
26.腔室可以局部地在螺纹连接处被填充密封剂。螺纹连接的位置可以被预先限定。密封剂可以以按份的方式在螺纹连接的位置被定量配给。因此,可以各份之间将空气布置到腔室中。通过沿腔室分布的份可以节省密封剂。开放的腔室可以只在螺纹连接的周围区域进行填充。螺纹连接前后的预定距离可以以密封剂进行填充。例如,可以沿着开放的腔室拉动喷嘴,并且密封剂可以在螺纹连接区域从喷嘴或喷枪中被定量配给到开放的腔室。在两个螺纹连接之间可以中断所述定量配给。
27.可以将丁基材料作为密封剂定量配给到腔室。丁基或丁基材料具有持久的弹性,并且特别是在升高的温度下对金属有良好的附着力。丁基材料可以很容易地从喷嘴被定量配给。为此,丁基材料可以例如被加热到130℃和150℃之间的温度。当加热时,丁基材料是
糊状的,并且可塑性变形。在腔室内,丁基材料可以再次冷却,并硬化为持久的弹性状态。丁基材料是可重复使用的。另外,海绵橡胶也可以作为密封剂使用。
28.螺钉可以在拧入时向侧面挤压壁的材料,钻过壁并且在被挤压的材料中形成螺纹。螺钉可以是流动钻头螺钉(flieβbohrschraube)。螺钉的尖端可以放在型材的连续壁上,旋转并压在壁上。在此,壁由于摩擦被局部加热,直到型材的金属材料变得可流动。压力导致尖端将壁的材料向侧面挤压,在壁被穿透时形成壁的环形加厚部分。理想情况下,挤压是在不进行切削的情况下完成的。一旦尖端穿透了壁,它就会进入后面的密封剂,并且基本上侧向地挤压密封剂。在穿透过程中可能产生的碎片可以通过密封剂被嵌入在腔室中。与尖端相邻的螺钉柄具有圆锥形的外螺纹,其在尚可流动的加厚部分中压出或形成内螺纹。理想情况下,螺纹的形成也不需要切削。在螺纹成型过程中可能产生的碎片可以通过密封剂被嵌入到腔室中。外螺纹的与圆锥螺纹相邻的圆柱部分与新形成的内螺纹啮合,并在型材的方向上牵拉螺钉的与圆柱螺纹相邻的螺钉头。在此,位于螺钉头和螺纹之间的夹持部件被可以压在型材上。热的尖端和也被加热的螺纹锥形部分在穿透过程中加热密封剂。整个螺钉和密封剂之间的摩擦进一步增加了密封剂的发热。密封剂被局部地、有限地液化,并润湿了热的螺钉。液体的密封剂的侧向位移受到相邻的冷的密封剂的阻碍,并且在液体的密封剂中产生了高的压力。由于高的压力,液体的密封剂也被压入在型材的内螺纹和螺钉的外螺纹之间的间隙,从而持久地密封螺纹连接。
附图说明
29.下面将参照附图解释本发明的一个有利的实施方案。其中:
30.图1示出根据本发明的一个实施例的带有嵌入件的流体密封式螺纹连接;
31.图2示出根据本发明的一个实施例的被预先完全填充的嵌入件;以及
32.图3示出根据本发明的一个实施例的被预先局部地填充的嵌入件。
33.附图只是示意图,仅用于解释本发明。相同或类似作用的元素在整个过程中都有相同的附图标记。
具体实施方式
34.图1显示了根据一个实施例的带有嵌入件101的流体密封式螺纹连接100。螺钉102在螺纹连接100处被拧入型材106的螺钉孔中。螺钉102具有外螺纹。螺钉孔具有内螺纹。型材106是电动车辆的电池盒108的框架型材。螺钉102将夹持部件110压在型材106上。夹持部件110例如是电池盒108的盖子。
35.型材106是由铝材料或钢材料制成的挤压型材或拉伸型材。型材106沿其主要延伸方向具有基本不变的横截面。例如,型材106在其横截面可能被改变的区域内也可以有弯曲。这里,型材106是具有四角形截面的封闭式空心型材。因此,型材106可以被描述为方管(vierkantrohr)。
36.嵌入件101也是由铝材料或钢材料制成的挤压型材或拉伸型材。嵌入件101沿其主延伸方向也具有基本不变的截面。
37.嵌入件101被插入型材106的内部空间,并在型材106的两个沿对角线对置的内角区域中抵接于型材106的内表面。
38.在型材106的一个内边缘区域中,嵌入件101与型材的壁114一起形成腔室112,该腔室在型材106的整个长度上延伸。螺钉孔位于壁114中。在替代性的实施方案中,腔室112的两个或多个壁114也可以由型材106的壁形成。在螺纹连接100处,螺钉102穿过夹持部件110并穿过壁114被拧入到腔室112中。在壁114中形成有内螺纹。夹持部件110被螺钉102压在壁114上。
39.在腔室112的区域内,嵌入件101以三个表面抵接在型材106的内侧。这里,表面中的两个沿着腔室112的相对侧延伸,以将腔室112与型材106内部的其余部分密封。第三个表面是支撑面并且支撑嵌入件101,以防止在内部空间内倾斜。
40.在这里提出的方案中,在腔室112中,至少在螺纹连接100的区域中布置有密封剂116。螺钉102被旋入到密封剂116中。螺钉102至少部分地向侧面挤压密封剂116。被挤压的密封剂116与螺钉102和螺钉孔接触,并将螺纹连接100以流体密封的方式密封。
41.当螺钉102被拧入到密封剂116中时,密封剂116至少因密封剂116和螺钉102之间的摩擦而被加热,并至少部分液化。在液体状态下,密封剂116润湿了螺钉102,并至少部分地渗透到在内螺纹和螺钉102之间的螺纹线中。密封剂116粘附在螺钉102和内螺纹的表面上,从而密封螺纹线。
42.在一个实施方案中,螺纹连接100是直接螺纹连接。在直接螺纹连接中,螺钉102已穿透非预钻孔的壁114,并且在这种情况下形成螺钉孔和内螺纹。在直接螺纹连接中,螺钉102也可以可选地先穿透夹持部件110。然而,在所示的例子中,夹持部件110具有通孔。对于直接螺纹连接,螺钉102在通孔内被放置在型材106上并且被旋转。在此,螺钉102可以以非切削或切削的方式穿透壁114。布置在壁114后面的密封剂116持久地束缚了在直接螺纹连接过程中可能出现的碎片。
43.当穿透壁114时,螺钉102和壁114之间的摩擦力会使螺钉102和壁114加热。受热的壁114变软,允许螺钉102穿透。当它穿透时,螺钉102将壁114的金属材料挤压到侧面,在壁上形成环形加厚部分。螺钉102将内螺纹形成到加厚部分的内侧中。然后,加热的螺钉102穿透密封剂116,该密封剂已经部分地被加热的壁114加热。这使得密封剂116变成稀薄流态,并特别好地润湿螺钉102和内螺纹。碎片也被低粘度的密封剂116束缚得特别好。
44.在一个实施方案中,将型材106和带有空的腔室112的嵌件101切割成电池盒108所需的长度,然后在进行螺纹连接100之前将密封剂116定量配给到腔室112中。密封剂116可以通过腔室112的开放的端部被定量配给到腔室112中。
45.在一个实施方案中,其端部具有喷嘴的喷枪从一侧插入腔室112,并被推到另一侧。然后,密封剂116从喷嘴被定量配给,喷枪以预定的速度通过腔室112抽回。在这种情况下,速度具有如下大小,即,使得从喷嘴中流出的密封剂116充满腔室112的整个横截面。由此可以基本防止密封剂116中的孔隙和气穴。在定量配给开始之前,腔室112的另一端可以被封闭,以防止密封剂116的泄漏。
46.在一个实施方案中,喷枪通过腔室112缩回,密封剂116被定量配给到未来的螺纹连接100的区域。为每个螺纹连接100定量配给一份的密封剂116。一份填充了从螺纹连接100之前不远到螺纹连接100之后不远的腔室112的横截面。在螺纹连接100之间,腔室112保持空。由此,与完全填充腔室112相比,可以减少使用密封剂116的量。
47.在一个实施方案中,丁基材料被定量配给到腔室112中作为密封剂116。丁基材料
在升高的温度下进行定量配给。由于温度升高,丁基材料至少是粘性的或糊状的,并且可以塑性地填充腔室的横截面。此外,由于温度升高,丁基材料对腔室112的壁有良好的附着力。当冷却到环境温度时,丁基材料保持持久的弹性,但不能再发生塑性变形。通过在拧入螺钉102的过程中的加热使丁基材料再次变得可塑性变形,并很好地粘附在螺钉102上。
48.在一个未示出的实施方案中,密封剂116通过沿腔室112延伸的型材开口被定量配给到腔室112中。型材开口允许在沿型材106的任何位置进入腔室112。
49.为了定量配给,施加喷嘴或填充喷嘴从外面通过型材开口插入,并将密封剂定量配给到腔室112中。
50.在一个实施方案中,施加喷嘴在型材106一端被插入到腔室112中,开始定量配给,并且在定量配给过程中,施加喷嘴沿着型材开口移动到型材106的另一端。在这个过程中,腔室112完全被密封剂116填满。
51.在替代性的实施方案中,密封剂116只被定量配给到未来螺纹连接100的区域。在这种情况下,当沿着型材开口移动施加喷嘴时,在螺纹连接前不远开始定量配给并且在螺纹连接100后不远停止定量配给或中断定量配给直到下一个螺纹连接100前不远。在螺纹连接100之间,腔室112保持空。施加喷嘴可以沿型材开口以恒定的速度移动。
52.图2显示了根据一个实施例的被预先完全填充的嵌入件101。此处示出了在插入未示出的型材前的嵌入件101。在没有型材壁的情况下,嵌入件101已经形成了一个至少在一侧开放的腔室200。在插入过程中,开放的腔室200的至少一个开放侧被型材的至少一个壁封闭。
53.在这里,开放的腔室200从一端到另一端被完全预先填充了密封剂116。密封剂116在开放侧从开放的腔室200中伸出。当被推入到型材中时,密封剂116被弹性变形或挤压在一起。因此,密封剂116在之后封闭的腔室中处于预紧状态,并被预紧力强烈地压在穿透螺钉上。对螺钉的压迫产生了大量的摩擦,从而导致密封剂116的强烈加热。为了缓解预紧力,液化的密封剂116渗透到螺纹连接处并将其密封。
54.图3显示了根据一个实施例的被预先填充的嵌入件101。嵌入件101基本上与图2中的嵌入件相对应。在这里,开放的腔室200在之后的推入状态下将出现螺纹连接的位置被密封剂116预先填充。在这种情况下,在每个螺纹连接的区域300中,一份302的密封剂116被局部地定量配给到开放的腔室200中。在这里,密封剂116也从开放的腔室200的开放侧突伸出来。
55.换句话说,提出了一种通过型材中的预填充的嵌入件来密封直接螺纹连接的方法。
56.在直接螺纹连接的情况下,不能保证直接螺纹连接形成的螺纹的紧固性。然而,在电池系统的情况下,恰恰是这种紧密性的功能是重要的,甚至在安全方面是重要的。现有的螺钉系统,即螺钉和其中进行螺纹连接的型材,以及与工艺有关的螺钉技术,都不能在密封性方面提供百分之百的安全。
57.这里提出的方案确保,在由直接螺纹连接形成的螺纹中产生所需的密封。
58.通过在一个额外的模具中填充密封剂,该模具被插入并夹在一个随后将在其中进行螺纹连接的框架型材中,这就确保了在螺纹连接过程中新形成的螺纹被自动密封。将螺钉浸泡在密封剂中,可以防止水渗入直接螺纹连接形成的螺纹中。
59.如果使用丁基作为密封剂,在螺纹成型过程中产生的摩擦产生的热量同时软化周围的丁基化合物,并粘附在螺钉上。丁基的附着力随着温度的升高而提高。这也适用于其他密封剂。额外的嵌入件与预填充的密封剂使得这里提出的密封可以在现有的载体型材中得到实现。
60.因此,可以省略在表面喷洒例如蜡或其他密封喷雾剂的工作。通过到密封剂中的直接螺纹连接,可以达到高质量的效果。涉及的努力非常少。该过程非常稳定,并实现了良好的可重复性。
61.这里介绍的方案可以特别适用于电池系统,但也可以用于其他领域。高水平的工艺可靠性,以及在标准的工业化方面,可以实现非常好的可行性和功能保证。到装有密封剂的腔室中的直接螺纹连接是一种不影响公差、节省空间、无污垢的解决方案,与螺钉类型无关。通过固定和束缚住自攻和开槽螺钉在钻孔和螺纹成型过程中可能产生的任何切屑,可以实现高水平的技术清洁度(tecsa)。
62.由于上述详细描述的装置和方法是实施例,因此在不离开本发明范围的情况下,技术人员可以以通常的方式对其进行大范围的修改。特别是,机械布置和各个元素之间的比例只是示范性的。
63.附图标记列表
64.100 螺纹连接
65.101 嵌入件
66.102 螺钉
67.106 型材
68.108 电池盒
69.110 夹持部件
70.112 腔室
71.114 壁
72.116 密封剂
73.200 开放的腔室
74.300 螺纹连接的区域
75.302 份
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