DE102010032072A1

DE102010032072A1 - Bodentragstruktur für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102010032072A1
Application number: DE102010032072A
Authority: DE
Inventors: Markus Volkmer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2030-07-24
Also published as: DE102010032072B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bodentragstruktur (1) für ein Kraftfahrzeug mit zwei in Längsrichtung verlaufenden Tunnellängsträgern (2), zwischen denen ein Mitteltunnel angeordnet ist; erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass – der Mitteltunnel (3) im Querschnitt aus einem geschlossenen Hohlprofil besteht, und – der Mitteltunnel (3) durch Einführen von der Kraftfahrzeugunterseite aus in den Bereich zwischen den Tunnellängsträgern (2) mit den Tunnellängsträgern (2) verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodentragstruktur für ein Kraftfahrzeug mit zwei in Längsrichtung verlaufenden Tunnellängsträgern, zwischen denen ein Mitteltunnel angeordnet ist.
Bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen werden in der Regel die erforderlichen Energiespeichersysteme, also bspw. die Traktionsbatterien in Reihe hintereinanderliegend in einem sich über fast die gesamte Länge der Fahrzeugkarosserie sich erstreckenden Mitteltunnel untergebracht.
Hinsichtlich des Einsatzes solcher Energiespeichersysteme bestehen hohe Sicherheitsforderungen, die die Unterbringung der Traktionsbatterien in einem stabilen, gas- und wasserdichten Gehäuse erfordern, welches die Traktionsbatterie beim Transport, der Montage und im Betrieb vor mechanischen Schäden schützt sowie einen Kontakt der Fahrgäste mit elektrischer Ladung, insbesondere im Fall eines Unfalles verhindert.
Um daher diesen Sicherheitsanforderungen zu entsprechen, ist ein separates Batteriegehäuse oder ein Batteriebehälter, in der Regel aus Metall vorgesehen, wobei die Batterien auf einem mit einer Bodentragstruktur der Kraftfahrzeugkarosserie verbundenen Batterieträger angeordnet sind. Ein solches Batteriegehäuse bzw. ein solcher Batteriebehälter wird dann von einem an die Fahrzeugkarosserie, d. h. der Bodentragstruktur angebundenen Mitteltunnel umschlossen, um eine Trennung zum Fahrgastraum zu realisieren.
Eine solche Anordnung von Traktionsbatterien in einem Mitteltunnel eines Kraftfahrzeugs ist aus der DE 10 2008 061 493 A1 bekannt, bei der zur Erfüllung von erhöhten sicherheitstechnischen Anforderungen die elektrischen Speicherelemente von einem Behälter aufgenommen werden, welcher auf einem Behälterträger angeordnet ist. Der Aufnahmeraum für diesen Behälter entsteht dadurch, dass durch den Mitteltunnel und ein im Querschnitt U-förmiges Bodenelement des Mitteltunnels ein im Querschnitt geschlossenes Hohlprofil entsteht. Das im Querschnitt geschlossene Hohlprofil wird durch den Behälterträger in zwei separate übereinanderliegende Hohlräume nach Art eines Doppel-Hohlprofils mit einem oberen Aufnahmeraum für den Behälter unterteilt. Der Behälterträger bildet zusammen mit dem Behälter einen Zusammenbau, so dass dieser von der Kraftfahrzeugunterseite aus an Flanschbereiche des Mitteltunnels befestigt werden kann.
Eine solche Anordnung einer Bodentragstruktur mit einem Mitteltunnel, in welchem ein Batteriegehäuse angeordnet ist, zeigt 4 in einer schematischen Querschnittsdarstellung in Fahrzeugquerrichtung. Die dort dargestellte Bodentragstruktur 100 umfasst in Längsrichtung zwei Schweller 30, die die Bodentragstruktur 100 randseitig begrenzt sowie zwei Tunnellängsträger 40, an denen ein Batterieträger 70 angebunden ist, auf dem eine Batterie 50 mit einem U-förmig auf demselben stehenden Batteriegehäuse 60 angeordnet ist. Ein Mitteltunnel 20 mit im Querschnitt U-förmigen Profil stülpt sich über das Batteriegehäuse 60 und ist an die Tunnellängsträger 40 angebunden. Zwischen einem Tunnellängsträger 40 und einem Schweller 30 befindet sich jeweils ein Bodenblech 80.
Der Nachteil dieser Struktur besteht neben einem erhöhten Gewicht aufgrund solcher erforderlicher Batteriegehäuse darin, dass die hohe Stabilität und hohe Deformationsfestigkeit des Batteriegehäuses 60 für die Karosseriestruktur nicht genutzt wird.
Aus der US 5,833,023 A ist eine Bodentragstruktur für ein Elektrofahrzeug bekannt, die durch mehrere in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende geschlossene Hohlprofilstrukturen gebildet wird, wobei in diesen Hohlprofilstrukturen mehrere hintereinander angeordnete Batterieeinheiten eingeführt werden. Mehrere solcher Batterieeinheiten werden mittels flexiblen Folien mechanisch mit dazwischen liegenden Abstandselementen zu einem Batteriesatz verbunden und mittels eines auf einem Schlitten befindlichen Förderbandes in ein Hohlprofil von dessen offenen Stirnseite aus eingeschoben.
Der Nachteil dieser bekannten Bodentragstruktur besteht darin, dass sich diese nicht in bekannte übliche Strukturen integrieren lassen, die aus Tunnellängsträgern mit Schwellern und dazwischen angeordneten Mitteltunnel und Bodenblechen bestehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bodentragstruktur der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass diese gegenüber den bekannten Strukturen verbesserte Eigenschaften aufweisen und insbesondere zur Aufnahme von elektrischen Speicherelementen geeignet ist, ohne dass dadurch ein erhebliches Mehrgewicht der Fahrzeugkarosserie entsteht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Bodentragstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine solche Bodentragstruktur zeichnet sich dadurch aus, dass

– der Mitteltunnel im Querschnitt aus einem geschlossenen Hohlprofil besteht, und
– der Mitteltunnel durch Einführen von der Kraftfahrzeugunterseite aus in den Bereich zwischen den Tunnellängsträgern mit den Tunnellängsträgern verbunden wird.

Mit einer solchen erfindungsgemäßen Bodentragstruktur wird ein Aufnahmeraum geschaffen, der vor einer Montage durch Einführen von der Kraftfahrzeugunterseite aus mit elektrischen oder elektromechanischen Komponenten, insbesondere elektrischen Speicherelementen bestückt werden kann. Damit kann der übliche separate Aufnahmeraum innerhalb des Mitteltunnels entfallen, da bspw. bei einer Aufnahme von elektrischen Speicherelementen, wie einer Traktionsbatterie das den Mitteltunnel bildende Hohlprofil gleichzeitig das Gehäuse für eine solche Traktionsbatterie darstellt.
Vorzugsweise erfolgt die Anbindung des den Mitteltunnel darstellenden Hohlprofils mittels Flansche, die in der Ebene der Bodentragstruktur und in Längsrichtung des Mitteltunnels verlaufend jeweils tunnellängsträgerseitig an das Hohlprofil angeformt sind.
Des Weiteren sind die Flansche gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung derart an das Hohlprofil angeformt, dass die bodenseitige Hohlprofilseite des Hohlprofils mit Bodenblechen der Bodentragstruktur im Wesentlichen fluchtet, wobei jeweils ein Bodenblech zwischen einem Tunnellängsträger und einem die Bodentragstruktur in Fahrzeuglängsrichtung begrenzenden Schweller angeordnet ist. Damit wird eine im Wesentlichen ebene Unterbodenfläche ohne Überstände realisiert, vor allem dann, wenn vorzugsweise die Tunnellängsträger als auch die Schweller im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind.
Wie bereits dargestellt, wird gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das den Mitteltunnel bildende Hohlprofil als Behälter zur formschlüssigen Aufnahme von elektrischen Speicherelementen ausgebildet. Durch das formschlüssige Anliegen der äußeren Flächen der elektrischen Speicherelemente, bspw. der Traktionsbatterie an den inneren Flächen des Hohlprofils stellt dieser Mitteltunnel faktisch das Gehäuse einer solchen Traktionsbatterie dar. Durch diese Funktionsintegration, d. h. Verschmelzung von Batteriegehäuse und Mitteltunnel zu einem Bauteil, ist im Vergleich zum Stand der Technik kein separater Mitteltunnel erforderlich. Ein solcher Mitteltunnel kann von Stirnseite zu Stirnseite mit Traktionsbatterien befüllt werden.
Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, wenn ein mit von Stirnseite zu Stirnseite mit Traktionsbatterien bestückter Mitteltunnel zwischen zwei elektrischen Antriebsaggregaten angeordnet wird, wobei jeweils der Vorderachse und der Hinterachse des Kraftfahrzeugs ein elektrisches Antriebsaggregat zugeordnet ist und diese Antriebsaggregate mit dem Mitteltunnel in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs fluchten. Damit ist in einfacher Weise ein Allradantrieb für ein Elektrofahrzeug realisierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Bodentragstruktur vor dem Montage eines mit Traktionsbatterien bestückten Mitteltunnels,
2 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Bodentragstruktur mit montiertem Mitteltunnel,
3 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs mit Antriebsaggregaten und einer erfindungsgemäßen Bodentragstruktur, und
4 eine schematische Darstellung einer Bodentragstruktur gemäß Stand der Technik.
1 zeigt eine Bodentragstruktur 1 einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs in einer Querschnittsdarstellung in Fahrzeugquerrichtung, die zwei die Bodentragstruktur 1 randseitig begrenzenden Schwellern 6 und zwei Tunnellängsträger 2 umfasst, wobei zwischen jeweils einem Schweller 6 und einem Tunnellängsträger 2 ein Bodenblech 5 angeordnet ist. Ein als Mitteltunnel 3 ausgebildetes Hohlprofil nimmt formschlüssig elektrische Speicherelemente, hier Traktionsbatterien 7 auf.
Zur Bildung von jeweils einem in Längsrichtung des Hohlprofiles verlaufenden Flansch 4 ist die bodenseitige Hohlprofilseite 3a des den Mitteltunnel 3 bildenden Hohlprofils über dessen beiden Seitenteile 3b hinaus in Fahrzeugquerrichtung verlängert.
Diese Baugruppe bestehend aus dem den Mitteltunnel 3 bildenden Hohlprofil, das mit Traktionsbatterien 7 bestückt ist, wird von der Kraftfahrzeugunterseite aus zwischen die beiden Tunnellängsträger 2 eingeführt und über die beiden Flansche 4 mit diesen Tunnellängsträgern 2 mechanisch lösbar oder unlösbar verbunden, wie dies in 2 dargestellt ist.
Die Traktionsbatterien 7 werden stirnseitig in den Mitteltunnel 3 eingeführt. Falls während der Lebensdauer des Kraftfahrzeugs diese Traktionsbatterien 7 ausgetauscht werden müssen, kann dieser Mitteltunnel 3 durch Lösen der Verbindung zwischen den beiden Flanschen 4 und den Tunnellängsträgern 2 aus den Bodentragstruktur 1 entnommen werden. Entspricht jedoch die Lebensdauer der Traktionsbatterien 7 der Fahrzeuglebensdauer, kann die Verbindung zwischen den Flanschen 4 und den Tunnellängsträger 2 unlösbar ausgeführt werden.
Das den Mitteltunnel 3 bildende Hohlprofil kann einstückig hergestellt werden, wodurch eine hohe Stabilität der gesamten Bodentragstruktur 1 erreicht wird.
Daneben kann ein solcher Mitteltunnel 3 auch aus einem U-förmigen Profil und einer Trägerplatte hergestellt werden, wobei eine solche Trägerplatte der bodenseitigen Hohlprofilseite 3a entspricht.
Mit der erfindungsgemäßen Bodentragstruktur lässt sich in vorteilhafter Weise ein Allradantrieb für ein Elektrofahrzeug 10 realisieren, wie dies in der schematischen Ansicht gemäß 3 dargestellt ist.
Hiernach ist bei einem Elektrofahrzeug 10 sowohl einer Vorderachse 11 als auch einer Hinterachse 12 jeweils ein elektrisches Antriebsaggregat 13 bzw. 14 zugeordnet, wobei diese Antriebsaggregate 13 und 14 direkt benachbart zur Vorder- bzw. Hinterachse 11 bzw. 12 derart angeordnet sind, dass sich zwischen dem Antriebsaggregat 13 für die Vorderachse 11 und dem Antriebsaggregat 14 für die Hinterachse 12 der Mitteltunnel 3 erstreckt und auf dieser Länge dieser Mitteltunnel 3 mit Traktionsbatterien 7 bestückt ist.
Die Antriebsaggregate 13 und 14 umfassen einen Elektromotor, ggf. mit Getriebe.
Bezugszeichenliste

1: Bodentragstruktur
2: Tunnellängsträger
3: Hohlprofil als Mitteltunnel
3a: bodenseitige Hohlprofilseite des Hohlprofils 3
3b: Seitenteile des Hohlprofils 3
4: Flansch
5: Bodenblech
6: Schweller
7: elektrische Speicherelemente, Traktionsbatterie
10: Elektrofahrzeug
11: Vorderachse
12: Hinterachse
13: Antriebsaggregat
14: Antriebsaggregat
20: Mitteltunnel
30: Schweller
40: Tunnellängsträger
50: Batterie
60: Gehäuse der Batterie 50
70: Batterieträger
80: Bodenblech
100: Bodentragstruktur gemäß Stand der Technik

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008061493 A1 [0005]
US 5833023 A [0008]

Claims

Bodentragstruktur (1) für ein Kraftfahrzeug mit zwei in Längsrichtung verlaufenden Tunnellängsträgern (2), zwischen denen ein Mitteltunnel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Mitteltunnel (3) im Querschnitt aus einem geschlossenen Hohlprofil besteht, und – der Mitteltunnel (3) durch Einführen von der Kraftfahrzeugunterseite aus in den Bereich zwischen den Tunnellängsträgern (2) mit den Tunnellängsträgern (2) verbunden wird.
Bodentragstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass – in der Ebene der Bodentragstruktur (1) und in Längsrichtung des Mitteltunnels (3) verlaufende Flansche (4) jeweils tunnellängsträgerseitig an das Hohlprofil angeformt sind, und – der Mitteltunnel (3) mittels der Flansche (4) mit den Tunnellängsträgern (2) verbunden wird.
Bodentragstrukturstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (4) derart an das Hohlprofil (3) angeformt sind, dass die bodenseitige Hohlprofilseite (3a) des Hohlprofils (3) mit Bodenblechen (5) der Bodentragstruktur (1) im Wesentlichen fluchtet, wobei jeweils ein Bodenblech (5) zwischen einem Tunnellängsträger (2) und einem die Bodentragstruktur (1) in Fahrzeuglängsrichtung begrenzenden Schweller (6) angeordnet ist.
Bodentragstrukturstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tunnellängsträger (2) als auch die Schweller (6) im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind.
Bodentragstrukturstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (3) als Behälter zur Aufnahme von elektrischen Speicherelementen (7) ausgebildet ist.
Bodentragstrukturstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Vorderachse (11) und der Hinterachse (12) des Kraftfahrzeugs (10) ein elektrisches Antriebsaggregat (13, 14) derart zugeordnet ist, dass in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs (10) der Mitteltunnel (3) zwischen den beiden Antriebsaggregaten (13, 14) angeordnet ist.