DE102010051745A1

DE102010051745A1 - PKW mit Schutzbauteil

Info

Publication number: DE102010051745A1
Application number: DE102010051745A
Authority: DE
Inventors: Dr. Arns Wilhelm
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2030-11-20
Also published as: ES2396407A2; US9929390B2; ES2396407R1; DE102010051745B4; US20120125703A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Personenkraftwagen (1), bei welchem eine elektrische Energie abgebende Einheit (7) zwischen zwei sich gegenüberliegenden Radhäusern (2) angeordnet ist und oberhalb der Energie abgebenden Einheit (7) ein Schutzbauteil (4) angeordnet ist, welches aus einem Sicken (10) aufweisenden Stahlblech besteht, wobei sich die Sicken (10) in Richtung von einem Radhaus (2) zum anderen erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Personenkraftwagen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine wachsende Bedeutung in der Automobiltechnologie hat die Hybridtechnik. Grundsätzlich meint Hybrid in der Antriebstechnik eine Kombination aus unterschiedlichen Arten oder Prozessen zum Antrieb eines Systems. Bezüglich der Antriebstechnik von Automobilen sind damit Fahrzeuge gemeint, welche wenigstens zwei Energieumwandler und zwei Energiespeichersysteme zum Antrieb beinhalten. Energiewandler können herkömmliche Verbrennungsmotoren oder auch die zunehmend verbreiteten Elektromotoren sein. Als Energiespeicher dienen regelmäßig Kraftstofftanks und zusätzlich Akkumulatoren.
Hybridelektrofahrzeuge sind also z. B. Personenkraftwagen mit einem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor als Energiewandler und einem Akkumulator und einem Kraftstofftank als Energiespeicher. Die Akkumulatoren sind oftmals Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren. Die Akkumulatoren sind in der Regel kastenförmig konfiguriert. Der Gewichtsanteil von Akkumulatoren kann bei Personenkraftwagen zwischen 10% und etwa 40% liegen, was mehrere Hundert Kilogramm bedeuten kann. Wegen des hohen Gewichts der Akkumulatoren werden sie zwecks eines niedrigen Fahrzeugschwerpunktes in unteren Fahrzeugbereichen verbaut. Eine mögliche Position hierfür ist auf dem Kofferraumboden hinter der Rückbank zwischen den Radhäusern.
Akkumulatoren, welche zwischen den Radhäusern angebracht sind, werden sich bei einem Seitencrash, wenn sich der Abstand zwischen den Radhäusern zu stark verringert, verformen. Ein mechanisch beschädigter Akkumulator weist ein erhebliches Gefahrenpotential auf. Im Schadensfall kann es zu inneren Kurzschlüssen kommen, welche beispielsweise das Gehäuse des Akkumulators zum Schmelzen bringen können. Durch die Hochspannung besteht akute Brandgefahr. In beschädigten Akkumulatoren können auch Schwelbrände entstehen, was erst nach einer gewissen Zeitspanne durch eine Rauchdurchzündung zum Brand führen kann. Des Weiteren sollten im Kofferraumboden angeordnete Akkumulatoren ebenfalls aus Sicherheitsgründen vor der Beladung des Kofferraums geschützt werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Personenkraftwagen bereitzustellen, bei welchem eine zwischen zwei Radhäusern angeordnete Energie abgebende Einheit, insbesondere ein Akkumulator, vor mechanischen Beschädigungen durch einen Unfall besser geschützt ist.
Die Lösung der zuvor genannten Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung betrifft einen Personenkraftwagen, bei welchem eine elektrische Energie abgebende Einheit zwischen zwei sich gegenüberliegenden Radhäusern angeordnet ist und oberhalb der Energie abgebenden Einheit ein Schutzbauteil angeordnet ist, welches aus einem Sicken aufweisenden Stahlblech besteht, wobei sich die Sicken in Richtung von einem Radhaus zum anderen erstrecken.
In einem erfindungsgemäßen PKW ist die elektrische Energie abgebende Einheit besonders bevorzugt im Kofferraum des Fahrzeugs angeordnet und von dem Schutzbauteil bedeckt. Das Schutzbauteil ist so angebracht, dass dieses und die elektrische Energie abgebende Einheit sich nicht berühren. Dadurch wird eine genügende Luftzirkulation zum Schutz vor Überhitzung der elektrische Energie abgebenden Einheit gewährleistet.
Die elektrische Energie abgebende Einheit ist bevorzugt ein Energiespeicher, z. B. ein Akkumulator, d. h. eine Einheit, die sowohl Energie speichern und gespeicherte Energie abgeben kann. Es kann sich auch um einen Energieerzeuger oder einen Energiewandler handeln.
Das Schutzbauteil ist bevorzugt aus gesickten Blechplatinen angefertigt. Die Sicken verlaufen in Richtung von einem Radhaus zum anderen. Hierdurch werden die Kräfte zwischen den Radhäusern über das Schutzbauteil übertragen, beziehungsweise die Knicksteifigkeit in Längsrichtung der Sicken wird erhöht. Hierdurch wird eine zusätzliche Versteifung des Schutzbauteils erreicht, um so im Falle eines Seitencrashs eine Verringerung des Abstandes zwischen den Radhäusern zu verhindern und folglich eine Beschädigung der elektrische Energie abgebenden Einheit. Das Schutzbauteil versteift also die Karosserie, überträgt Kräfte zwischen den Radhäusern und verhindert somit, dass die elektrische Energie abgebende Einheit gequetscht und beschädigt wird.
In Bezug auf die Blechdicke des Schutzbauteils liegt die maximale Tiefe der Sicken bevorzugt in einem Bereich von der 10 bis 20-fachen Blechdicke.
Die Ränder des Schutzbauteils sind abgerundet, also nicht scharfkantig. Es ist auch möglich, das Schutzbauteil mit randseitig angeordneten Blechschürzen zu realisieren, also die Ränder abzukanten oder umzustellen, um einen besseren Schutz vor Verletzungen zu schaffen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Schutzbauteil funktional gewissermaßen als Domstrebe dienen, was zu einer erwünschten Versteifung der Karosserie führt. Das Schutzbauteil kann dann an Federbeindomen angebracht werden. Die Torsionssteifigkeit der Karosserie wird dadurch vergrößert und so auch ihre Belastbarkeit gesteigert. Die Versteifung der Karosserie bringt wiederum noch weitere zusätzliche Vorteile mit sich, wie verbesserte Fahreigenschaften.
Vorzugsweise ist das Schutzbauteil so ausgebildet, dass es randseitig zwei Flansche aufweist, welche die elektrische Energie abgebende Einheit umgreifen. Hierdurch kann das Schutzbauteil über eine Flanschverbindung mit Teilen der PKW-Inneneinrichtung oder der Karosserie lösbar verbunden werden. Ein Vorteil, den die lösbare Verbindung aufweist, ist, dass das Schutzbauteil im Falle einer Reparatur oder eines Schadens einfach zu entnehmen ist. Des Weiteren ist es sinnvoll, den Flansch so zu konfigurieren und positionieren, dass ein Freiraum zu der Energie abgebenden Einheit vorhanden ist.
An den Radhäusern des erfindungsgemäßen Personenkraftwagens sind besonders bevorzugt Konsolen angeordnet, um das Schutzbauteil mit den Radhäusern zu verbinden. Die Verbindung kann bevorzugt formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen. Hier können z. B. Flanschverbindungen als Verbindungselemente dienen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Schutzbauteil an einer Bodengruppe der Karosserie befestigt, auf welcher sich die Energie abgebende Einheit befindet. Erfolgt die Verbindung zusätzlich mit den Radkästen, so ist das Schutzbauteil sehr stabil fixiert.
Zur Vereinfachung der nachfolgenden Beschreibung wird ein kartesisches Koordinatensystem eingeführt. Ausgehend von einem Nullpunkt, welcher sich in der Mitte einer gedachten Verbindungslinie zwischen Vorderrädern des Personenkraftwagens befindet zeigt die X-Achse gegen die Fahrrichtung des Personenkraftfahrzeugs, die Y-Achse nach rechts und die Z-Achse nach oben.
Beispielsweise können zwei Flanschverbindungen an den Seitenbereichen der Karosserie parallel zur Y-Achse und zwei Verbindungen an der Bodengruppe in Richtung der oder parallel zur X-Achse erfolgen. Hierdurch wird die elektrische Energie abgebende Einheit auch vor longitudinalen Stoßeinwirkungen geschützt.
Erfindungsgemäß erfolgt die Befestigung des Schutzbauteils mit der Bodengruppe über eine Stütze. Die Stütze ist besonders bevorzugt einteilig mit dem Schutzbauteil gefertigt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ermöglichen zwei Stützen an Vorder- und Hinterseite des Schutzbauteils eine Befestigung mit der Bodengruppe des Fahrzeugs.
Die einteilige Fertigung von Schutzbauteil und Stütze macht Fügeschritte und Verbindungsmittel überflüssig. Die Einteiligkeit ermöglicht eine kostengünstige und zeitsparende Fertigung.
Um eine besonders biegesteife Stütze zu schaffen, kann mindestens ein Kragen an dieser ausgebildet sein. Auch sickenartige Vertiefungen in der Stütze sind möglich. Die Vertiefungen können in beide Richtungen ausgebildet sein. Gleiches gilt für randseitige Kragen.
Vorteilig ist es, wenn die Stütze zur Anbringung von Verbindungselementen abgewinkelte Flansche aufweist. Hierbei sind die Flansche beispielshalber parallel zur Bodengruppe des Personenkraftwagens ausgebildet, was die Kontaktfläche vergrößert und die Einleitung größerer Kräfte erlaubt.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Personenkraftwagens sieht es vor, dass das Schutzbauteil wenigstens ein Verstärkungsblech umfasst, welches zur Aussteifung des Schutzbauteils dessen Sicken teilweise bedeckt. Hierdurch werden die Sicken abschnittsweise zu Hohlprofilen, was den Widerstand gegen Torsionskräfte und Verformungen erhöht.
Erfindungsgemäß werden die Verstärkungsbleche bevorzugt durch Punktschweißen stoffschlüssig und unlösbar mit dem Schutzbauteil verbunden.
Durch das Schutzbauteil wird eine teilweise oder komplette Trennung zwischen der Energie abgebenden Einheit und dem übrigen Kofferraum ermöglicht. Was wiederum die Energie abgebende Einheit vor im Kofferraum befindlichen Utensilien schützt.
Die Schutzbleche werden besonders bevorzugt an der Schutzbauteilunterseite, in einer Draufsicht unsichtbar, befestigt. Es ist jedoch auch möglich, die Schutzbleche an der Schutzbauteiloberseite anzubringen.
Erfindungsgemäß wird das Schutzbauteil aus einem warmumgeformten, pressgehärteten Werkstoff hergestellt. Durch die Presshärtung des Werkstoffes wird ein Endprodukt erreicht, welches eine sehr hohe Streckgrenze von über 1000 MPa und eine sehr hohe Zugfestigkeit von über 1500 MPa aufweist. Solche Bauteile sind nicht rückfedernd und werden oft auch als ultrahochfest bezeichnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Schutzbauteil aus einem borlegierten Stahl gefertigt. Borlegierte Stähle eignen sich besonders für das Presshärten. Borlegierte Stähle zeichnen sich durch hohe Festigkeiten und eine gute Umformbarkeit aus. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der hohen Festigkeit schon geringe Blechdicken verwendet werden können, was mit einer Material- und Kostenersparnis einhergeht.
Erfindungsgemäß ist das Schutzbauteil plattenförmig, bzw. flächig mit vertieften Sicken, ausgebildet. Es ist bevorzugt so ausgebildet, dass es sich in seiner Größe und Form der elektrischen Energie abgebenden Einheit anpasst. Es ist auch vorstellbar, dass das Schutzbauteil den Kofferraum in zwei Bereiche teilt: einen Bereich für die Energie abgebende Einheit und einen Bereich für Gepäck. So kann die gesamte Oberseite der elektrischen Energie abgebenden Einheit zusätzlich zu dem Querschutz auch vor lokalen Kräften aus der Beladung des Kofferraums geschützt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, bevorzugte Ausführungsformen anhand der schematischen Zeichnungen. Diese dienen lediglich dem einfacheren Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
1 eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Personenkraftwagens mit Schutzbauteil von hinten;
2 das Schutzbauteil in einer Seitenansicht;
3 das Schutzbauteil in einer perspektivischen Ansicht;
4 das Schutzbauteil mit Verstärkungsblechen in einer perspektivischen Ansicht von unten;
5 eine weitere erfindungsgemäße Variante des Schutzbauteils in einer perspektivischen Ansicht;
6 das Schutzbauteil aus 5 in der Seitenansicht und
7 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schutzbauteils in einer perspektivischen Ansicht.
In der 1 ist ein Ausschnitt eines Kofferraumbereichs eines erfindungsgemäßen Personenkraftwagens 1 in einer Ansicht von hinten gezeigt. Links und rechts im Bild, gemäß dem bereits in der Beschreibung eingeführten Fahrzeugkoordinatensystem, sind in Richtung der Y-Achse Radhäuser 2 angeordnet. An den Radhäusern 2 sind Konsolen 3 befestigt, mit welchen ein Schutzbauteil 4 beispielsweise über eine im Bild gezeigte Flanschverbindung 5 verbindbar ist. Das Schutzbauteil 4 weist seitlich Flansche 6 auf.
Unterhalb des Schutzbauteils 4 befindet sich eine elektrische Energie abgebende Einheit 7, welche auf einer Bodengruppe 8 aufliegt. Das Schutzbauteil 4 ist breiter als die Energie abgebende Einheit 7.
Die 2 zeigt das Schutzbauteil 4 über der elektrische Energie abgebenden Einheit 7 in einer Seitenansicht. Die linke und rechte Seite des Bildes zeigen jeweils Blechschürzen 9, an welchen in einer bevorzugten Variante der Erfindung Flansche angeordnet sind, um das Schutzbauteil 4 an der Fahrzeugkarosserie zu befestigen. Des Weiteren sind mehrere in ihrer Tiefe identische Sicken 10 zu sehen. Der jeweilige Sickenboden 11 ist eben und liegt parallel zu einem zwischen den Sicken liegenden Bereich Z. Der Sickenboden 11 liegt nicht tiefer als das 20-fache der Blechdicke des Schutzbauteils 4. Die Sicken 10 sind im Querschnitt trapezförmig. Die Endbereiche der beiden gegenüberliegenden Seitenwände der Sicken 10 laufen abgerundet in die Schutzbauteiloberfläche 12 über. Der Abstand zwischen den einzelnen Sicken 10 entspricht bevorzugt der größten Sickenbreite, welche dem Bereich Z entspricht.
In der perspektivischen Ansicht des Schutzbauteils 4 in 3 sind randseitig an dem Schutzbauteil 4 die Flansche 6 zu erkennen, welche der Kopplung mit den Konsolen 3 dienen. Weiterhin sind an dem Schutzbauteil 4 durch dünnere Linien angedeutet aufgesetzte Verstärkungsbleche 13, welche sich auf der Unterseite des Schutzbauteils 4 befinden, zu sehen. Die Verstärkungsbleche 13 befinden sich auf der der elektrische Energie abgebenden Einheit 7 zugewandten Seite. Durch die Verstärkungsbleche 13 wird das Schutzbauteil 4 ausgesteift. Die Sicken 10 weisen unterschiedliche Längen auf. In ihren Längen orientieren sich die Sicken 10 an den unterschiedlich langen Bereichen des Schutzbauteils 4. In einem endseitigen Bereich S verläuft der Sickenboden 11 ansteigend bis zum Erreichen der Schutzbauteiloberfläche 12.
4 zeigt das Schutzbauteil 4 aus 3 in einer perspektivischen Ansicht von unten. Die Verstärkungsbleche 13 sind in ihrer Form an die Ränder des Schutzbauteils 4 angepasst. Der gestrichelten Linie folgend sind über Punktschweißen erzeugte Verbindungspunkte 14 angeordnet. Die Verstärkungsbleche 13 sind plan an der Unterseite des Schutzbauteils 4 befestigt. Weiterhin sind die Flansche 6 gezeigt. Die Flansche 6 sind an der verbreitert ausgeführten Seite des Schutzbauteils 4 angeordnet. Sie weisen jeweils zwei Bohrungen auf.
Die 5 zeigt eine weitere bevorzugte Variante eines erfindungsgemäßen Schutzbauteils 4a. Das Schutzbauteil 4a weist in dieser Ausführungsform lediglich zwei Sicken 10a auf. Die Sicken 10a sind in dieser Version der Erfindung durchgängig ausgebildet, d. h. die Sickenlänge entspricht der Schutzbauteillänge. Der Abstand zwischen den Sicken 10a beträgt in etwa die Hälfte der größten Sickenbreite. Zusätzlich sind in X-Richtung hintereinander liegend Stützen 15 an dem Schutzbauteil 4a angebracht. Das Schutzbauteil 4a ist in einen Hauptabschnitt 16 mit Sicken 10a und in einen trapezförmigen Abschnitt 17 unterteilt. Über die Stützen 15 kann das Schutzbauteil 4a an einer hier nicht gezeigten Bodengruppe 8 der Karosserie befestigt werden. Die hier dargestellten Flansche 6a sind abgewinkelt, sodass sie parallel zur Oberseite des Schutzbauteils 4a liegen. Dies ermöglicht eine einfache, komfortable Befestigungsmöglichkeit. Die Stützen 15 weisen zur Aussteifung sickenartige Vertiefungen 18 auf, die sich in Längsrichtung der Stützen 15 erstrecken.
6 zeigt das Schutzbauteil 4a aus 5 in der Seitenansicht. In der hier gezeigten Ausführung ist die im Bild links angeordnete Stütze 15 länger ausgeführt als die im Bild rechts angeordnete Stütze 15a. Dies ermöglicht eine Befestigung des Schutzbauteils 4a auch auf unebenen Bodengruppen. Im Bereich der Sicken 10a bis hin zur kürzeren Stütze 15a weist das Schutzbauteil 4a eine verlängerte Blechschürze 9 auf.
In 7 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Schutzbauteil 4b ähnlich dem aus 5 in einer isometrischen Ansicht abgebildet. Das Schutzbauteil 4b ist in einen größeren trapezförmigen Abschnitt 17a und in einen kleineren trapezförmigen Abschnitt 17b mit dazwischen liegenden Sicken 10a unterteilt. Im Gegensatz zu 5 verjüngt sich das Schutzbauteil 4b also auf beiden Seiten zu den Stützen 15 hin.
Bezugszeichenliste

1: Personenkraftwagen
2: Radhäuser
3: Konsole
4: Schutzbauteil
4a: Schutzbauteil
4b: Schutzbauteil
5: Flanschverbindung
6: Flansch
6a: Flansch
7: Einheit
8: Bodengruppe
9: Blechschürzen
10: Sicken
10a: Sicken
11: Sickenboden
11a: Sickenboden
12: Schutzbauteiloberfläche
13: Verstärkungsbleche
14: Verbindungspunkte
15: Stütze
15a: Stütze
16: Hauptabschnitt mit Sicken
17: trapezförmiger Abschnitt
17a: trapezförmiger Abschnitt
17b: trapezförmiger Abschnitt
18: Vertiefung
Z: Bereich zwischen den Sicken
S: steigender Bereich

Claims

Personenkraftwagen mit folgenden Merkmalen: a) eine elektrische Energie abgebende Einheit (7) ist zwischen zwei sich gegenüberliegenden Radhäusern (2) der Karosserie des Personenkraftwagens (1) angeordnet; b) oberhalb der Energie abgebenden Einheit (7) ist ein Schutzbauteil (4) angeordnet; c) das Schutzbauteil (4) besteht aus Stahlblech; d) das Schutzbauteil (4) weist Sicken (10) auf; e) die Sicken (10) erstrecken sich in Richtung von einem Radhaus (2) zum anderen.
Personenkraftwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzbauteil (4) randseitige Flansche (6) aufweist, welche die elektrische Energie abgebende Einheit (7) umgreifen.
Personenkraftwagen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzbauteil (4) mit den Radhäusern (2) verbunden ist.
Personenkraftwagen nach Anspruche 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Radhäusern (2) Konsolen (3) angeordnet sind, um das Schutzbauteil (4) mit den Radhäusern (2) zu verbinden.
Personenkraftwagen nach mindestens einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzbauteil (4) an einer Bodengruppe (8) der Karosserie befestigt ist, auf welcher die Energie abgebende Einheit (7) angeordnet ist.
Personenkraftwagen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Schutzbauteils (4) mit der Bodengruppe (8) über wenigstens eine Stütze (15) erfolgt, welche einteilig mit dem Schutzbauteil (4) ausgebildet ist.
Personenkraftwagen nach Anpruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze (15) zur Befestigung des Schutzbauteils abgewinkelte Flansche (6) aufweist.
Personenkraftwagen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzbauteil (4) wenigstens ein Verstärkungsblech (13) umfasst, welches zur Aussteifung des Schutzbauteils (4) dessen Sicken (10) teilweise bedeckt.
Personenkraftwagen nach einem der zuvor genannten Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzbauteil (4) plattenförmig ausgebildet ist.
Personenkraftwagen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzbauteil (4) aus einem warmumgeformten, pressgehärteten Werkstoff hergestellt ist.
Personenkraftwagen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzbauteil (4) aus einem borlegierten Stahl besteht.