DE102008027894A1

DE102008027894A1 - Crashenergieabsorbierende Anordnung in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008027894A1
Application number: DE102008027894A
Authority: DE
Inventors: Steffen Meier; Jan Hogenmüller; Jürgen Metzler; Marc Oliver Kerth
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2009-12-17

Abstract

Eine crashenergieabsorbierende Anordnung in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Fahrschemel (1) des Kraftfahrzeuges und eine nahebei positionierte galvanische Zelle (2), ist dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Zelle in Crashrichtung vor dem Fahrschemel positioniert ist und wenigstens ein Deformationselement (3a, 3b) zur Aufnahme von Crashenergie zwischen galvanischer Zelle und Fahrschemel vorgesehen ist, wobei galvanische Zelle, Deformationselement und Fahrschemel derart konfiguriert und angeordnet sind, dass im Crashfall ein neuer, einer Verdrehung der galvanischen Zelle entgegenwirkender Lastpfad (F1, F1') ausgebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine crashenergieabsorbierende Anordnung in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Großvolumige galvanische Zellen, beispielsweise Hochvoltbatterien oder Brennstoffzellen, weisen bauartbedingt eine hohe träge Masse auf. Durch deren zunehmenden Einsatz in Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, können sich im Crashfall Probleme mit der Absorption der dann auftretenden kinetischen Energie (Crashenergie) ergeben. Beispielsweise kann die galvanische Zelle, durch unkontrollierte Bewegungen aufgrund ihrer Trägheit, im Crashfall schwere Schäden an in Crashrichtung liegenden Komponenten bzw. durch ihr Eindringen in den Passagierraum verursachen.
Aus der JP 06270692 ist eine gattungsgemäße crashenergieabsorbierende Anordnung in einem Kraftfahrzeug bekannt. Dabei ist eine Hybridbatterie in Fahrtrichtung hinter dem vorderen Fahrschemel eines Kraftfahrzeuges angeordnet, wobei zwischen der Hybridbatterie und einer hinteren Stirnfläche des Fahrschemels ein Abstand, zur zeitlich verzögerten Aufnahme von kinetischer Energie im Falle eines Frontalcrashs, vorgesehen ist. Eine derartige Anordnung der Hybridbatterie bzw. galvanischen Zelle im Lastpfad hinter einem Fahrschemel schützt zwar die galvanische Zelle vor Beschädigungen, verringert jedoch den für die Passagiere zur Verfügung stehenden Raum und erfordert außerdem umfangreiche Eingriffe im Rohbau der Karosserie, wenn ein herkömmliches Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgelegt werden soll.
Aus der älteren, nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2007 023 391 ist eine als Hochvoltbatterie ausgebildete galvanische Zelle mit einem Schutzgehäuse bekannt, die in der Kofferraummulde eines Kraftfahrzeuges, und damit im Falle eines Heckcrashs im Lastpfad vor dem hinteren Fahrschemel, angeordnet ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine crashenergieabsorbierende Anordnung in einem Kraftfahrzeug anzugeben, zur sicheren Aufnahme von im Crashfall auftretender kinetischer Energie einer Hybridbatterie bzw. galvanischen Zelle, bei möglichst geringem Gewicht und Zusatzaufwand.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die galvanische Zelle in Crashrichtung vor dem Fahrschemel positioniert ist und dass wenigstens ein Deformationselement zur Aufnahme von Crashenergie zwischen galvanischer Zelle und Fahrschemel vorgesehen ist, wobei galvanische Zelle, Deformationselement bzw. Deformationselemente und Fahrschemel derart konfiguriert und angeordnet sind, dass im Crashfall ein neuer, einer Verdrehung der galvanischen Zelle entgegenwirkender Lastpfad ausgebildet wird. Durch die Existenz von dem oder den Deformationselementen zwischen galvanischer Zelle und Fahrschemel wird im Crashfall bereits ein Anteil der auftretenden Crashenergie vor dem Auflaufen der galvanischen Zelle auf den Fahrschemel aufgenommen. Diese Energieaufnahme erfolgt dabei in definierter, d. h. vorhersagbarer Art und Weise. Insbesondere stellt die spezielle Konfiguration und Anordnung von galvanischer Zelle, Deformationselementen und Fahrschemel sicher, dass sich die galvanische Zelle im Crashfall nicht verdreht und in Crashrichtung liegende Bauteile, wie beispielsweise einen Kraftstofftank, beschädigt oder in den Passagierraum eindringt.
Anders ausgedrückt bewegt sich die träge Masse der galvanischen Zelle im Crashfall im Wesentlichen in Crashrichtung und läuft damit definiert auf den Fahrschemel auf, wo sie sicher abgebremst wird. Im Crashfall führt die galvanische Zelle also eine definierte lineare Bewegung entlang eines neu ausgebildeten Lastpfades durch. Eine derartige Anordnung erlaubt insbesondere den Einsatz einer galvanischen Zelle in einem herkömmlichen Fahrzeug mit minimalem Zusatzaufwand zur Darstellung eines Hybridfahrzeuges. Insbesondere können bestehende Träger- und Tankanordnungen übernommen werden, da erfindungsgemäß zu deren Schutz im Crashfall, zusätzlich zu bereits bestehenden Lastpfaden, ein neuer Lastpfad ausgebildet wird. Hierzu dient das oder die speziell konfigurierten und angeordneten Deformationselemente in ihrem Zusammenwirken mit galvanischer Zelle und Fahrschemel. Bedarfsweise sind gegenüber einem herkömmlichen Fahrzeug weitere geringe Zusatzaufwände nötig, beispielsweise eine lokale Verstärkung des Fahrschemels. Aufgrund der Variabilität bei Konfiguration und Anordnung von galvanischer Zelle und Deformationselementen bezüglich des herkömmlichen Fahrzeuges sind diese Zusatzaufwände jedoch sehr beschränkt.
Zusammenfassend wird, ausgehend von einem herkömmlichen Fahrzeug, die Anordnung einer galvanischen Zelle im Lastpfad vor einem Fahrschemel möglich, wodurch im Hybridfahrzeug wertvoller Platz im Bereich des Passagierraumes gewonnen wird, bei dennoch sicherem Crashverhalten.
Der neu ausgebildete Lastpfad wird dadurch optimiert, dass die galvanische Zelle im Wesentlichen auf derselben Höhe wie der Fahrschemel vorgesehen wird. Dies bedeutet, das die Schwerpunkte von galvanischer Zelle und Fahrschemel auf einer in Crashrichtung ausgerichteten Linie angeordnet sind und/oder das die galvanische Zelle unter- und oberhalb gleich weit über den Fahrschemel hinausragt. Somit läuft die galvanische Zelle im Crashfall etwa mittig auf den Fahrschemel auf, was deren Verdrehung entgegenwirkt und relativ einfache Deformationselemente ermöglicht. Alternativ ist auch eine versetzte Anordnung (seitlich und/oder in der Höhe) von galvanischer Zelle und Fahrschemel möglich, bei entsprechend aufwendigerer unterschiedlicher Gestaltung des oder der Deformationselemente.
Ein vereinfachter Zusammenbau ergibt sich, indem die Deformationselemente am Fahrschemel befestigt, beispielsweise angeschraubt oder angegossen, werden. Zusätzlich kann ein Spalt zwischen galvanischer Zelle und Deformationselement vorgesehen sein, um eine ungestörte Bewegung des elastisch gelagerten Fahrschemels zu ermöglichen. Alternativ sind die Deformationselemente an der galvanischen Zelle vorgesehen.
Eine bewährte Methode der Bereitstellung der Deformationselemente ist deren Fertigung als Aluminium-Strangpressprofile. Diese haben eine hohe Energieaufnahmefähigkeit und Stabilität und sind damit besonders geeignet die kinetische Energie im Crashfall aufzunehmen und in Verformung umzuwandeln bzw. weiterzuleiten.
Mit besonders geringem Aufwand wird einer Verdrehung der galvanischen Zelle dadurch entgegengewirkt, das zwei Deformationselemente vorgesehen sind, die – in Querrichtung gesehen, also quer zur Crashrichtung – jeweils seitlich in den Endbereichen der galvanischen Zelle angeordnet sind. Damit wird eine definierte lineare Bewegung der galvanischen Zelle im Crashfall bei minimalem Gewichts- und Materialaufwand sichergestellt.
Eine noch bessere Absorbtion der im Crashfall auftretenden Energie wird dadurch erreicht, dass zusätzliche Deformationselemente in Crashrichtung gesehen vor der galvanischen Zelle angeordnet werden.
Noch weiter können die Crasheigenschaften verbessert werden, wenn die galvanische Zelle als Hochvoltbatterie mit einem sie umgebenden Schutzgehäuse ausgeführt ist, das ebenfalls zur Energieabsorption nutzbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die galvanische Zelle im Heckbereich eines Kraftfahrzeuges, in Fahrtrichtung gesehen hinter dem hinteren Fahrschemel, angeordnet. Die Anbringung der galvanischen Zelle im Bereich des Kofferraums, insbesondere in der Reserveradmulde, ermöglicht deren Unterbringung bei minimalen Bauraumverlusten. Durch die erfindungsgemäße, crashenergieabsorbierende Anordnung ist im Falle eines Heckcrashs eine sichere Aufnahme und Weiterleitung von auftretender kinetischer Energie an den hinteren Fahrschemel gewährleistet.
In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die galvanische Zelle im Frontbereich des Kraftfahrzeuges, in Fahrtrichtung gesehen vor dem vorderen Fahrschemel, angeordnet. Damit können neue Bauräume erschlossen werden, wobei im Falle eines Frontalcrashs eine sichere Aufnahme und Weiterleitung von auftretender kinetischer Energie an den vorderen Fahrschemel gewährleistet ist.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher dargestellt. Dabei zeigt die einzige Fig. eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Dargestellt ist ein hinterer Fahrschemel 1 in einem Kraftfahrzeug. In der – durch einen Pfeil visualisierten – Fahrtrichtung gesehen hinter dem hinteren Fahrschemel ist eine galvanische Zelle 2 angeordnet. Diese galvanische Zelle 2 ist in einem Schutzgehäuse vorgesehen, bestehend aus Längsteilen 21c, 21d und Querteilen 21a, 21b sowie (nicht dargestellten) Boden- und Deckelteilen aus Aluminium-Strangpressprofilen. Diese Teile sind miteinander zu einer stabilen Konstruktion zur Aufnahme der als Hochvoltbatterie ausgeführten galvanischen Zelle verbunden.
Des Weiteren ist der galvanische Zelle 2 eine Einheit 22 zur Kühlung/Lüftung zugeordnet, die seitlich an dem Schutzgehäuse angebunden ist. Zwischen Fahrschemel 1 und galvanischer Zelle 2 sind zwei Deformationselemente 3a, 3b aus Aluminiumstrangpressprofil zwischen angeordnet. Diese sind jeweils mit dem Fahrschemel 1 verschraubt und dienen der Aufnahme und Weiterleitung von im Crashfall auftretender kinetischer Energie. Zwischen den Deformationselementen 3a, 3b und der galvanischen Zelle 2 ist dabei ein Abstand d vorgesehen.
Indem die galvanische Zelle 2 in Fahrtrichtung gesehen hinter dem hinteren Fahrschemel 1 angeordnet ist, wird die im Falle eines Heckcrashs auftretende kinetische Energie zunächst an die galvanische Zelle 2 geleitet. Hierzu ist die galvanische Zelle 2 zusammen mit den Deformationselementen 3a und 3b sowie dem hinteren Fahrschemel 1 derart konfiguriert und angeordnet, dass ein neuer Lastpfad F1, F1' zur Aufnahme und Weiterleitung dieser Energie ausgebildet wird. Dazu sind die beiden Deformationselemente 3a, 3b in den seitlichen Endbereichen der galvanischen Zelle 2 vorgesehen. Anders ausgedrückt ist die galvanische Zelle 2 so positioniert, dass ihre Längswände 21c, 21d in etwa den gleichen Abstand von – in Querrichtung gesehen – der Mitte M des hinteren Fahrschemels 1 haben. Hierzu sind die Deformationselemente 3a, 3b in Querrichtung gesehen im jeweils selben Abstand S1, S2 von der Mitte M des hinteren Fahrschemels 1 vorgesehen. Diese Anordnung bezieht sich dabei nur auf die galvanische Zelle 2 selbst, nicht auf die ein anderes Crashverhalten aufweisende Lüftungs-/Kühlanordnung 22. Zudem sind die galvanische Zelle 2 und der hintere Fahrschemel 1 in etwa derselben Höhe vorgesehen.
Die beschriebene, spezielle Konfiguration führt nun dazu, dass im Fall eines Heckcrashs ein neuer Lastpfad F1, F1' ausgebildet wird, der eine definierte lineare Bewegung der galvanischen Zelle 2 in Richtung des hinteren Fahrschemels 1 bewirkt. Insbesondere wird durch diese spezielle Konfiguration ein Verdrehen der galvanischen Zelle, d. h. einer Bewegung aus dem Lastpfad F1, F1' heraus, entgegengewirkt. Dies ermöglicht einen sicheren Schutz von hinter bzw. im Bereich des hinteren Fahrschemels 1 liegenden Komponenten, wie beispielsweise einem Kraftstofftank T.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 06270692 [0003]
- DE 102007023391 [0004]

Claims

Crashenergieabsorbierende Anordnung in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Fahrschemel (1) des Kraftfahrzeuges und eine nahebei positionierte galvanische Zelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Zelle in Crashrichtung vor dem Fahrschemel positioniert ist und wenigstens ein Deformationselement (3a, 3b) zur Aufnahme von Crashenergie zwischen galvanischer Zelle und Fahrschemel vorgesehen ist, wobei galvanische Zelle, Deformationselement und Fahrschemel derart konfiguriert und angeordnet sind, dass im Crashfall ein neuer, einer Verdrehung der galvanischen Zelle entgegenwirkender Lastpfad (F1, F1') ausgebildet wird.
Crashenergieabsorbierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die galvanische Zelle im Wesentlichen auf derselben Höhe wie der Fahrschemel vorgesehen ist.
Crashenergieabsorbierende Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das oder jedes Deformationselement am Fahrschemel befestigt, insbesondere geschraubt oder gegossen, ist.
Crashenergieabsorbierende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das oder jedes Deformationselement als Aluminium-Strangpressprofil gefertigt ist.
Crashenergieabsorbierende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Deformationselemente in den – jeweils in Querrichtung gesehenen – Endbereichen der galvanischen Zelle vorgesehen sind.
Crashenergieabsorbierende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich Deformationselemente in Crashrichtung gesehen vor der galvanischen Zelle angeordnet sind.
Crashenergieabsorbierende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die galvanische Zelle als Hochvoltbatterie mit einem Schutzgehäuse (21a, 21b, 21c, 21d), insbesondere aus Aluminiumstrangpressprofilen, vorgesehen ist.
Crashenergieabsorbierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die galvanische Zelle im Heckbereich eines Kraftfahrzeuges, in Fahrtrichtung gesehen hinter dem hinteren Fahrschemel, angeordnet ist.
Crashenergieabsorbierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die galvanische Zelle im Frontbereich eines Kraftfahrzeuges, in Fahrtrichtung gesehen vor dem vorderen Fahrschemel, angeordnet ist.
Kraftfahrzeug mit einer crashenergieabsorbierenden Anordnung nach einer der vorhergehenden Ansprüche.