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Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für eine Energiespeichereinrichtung eines Personenkraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine derartige Schutzeinrichtung ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2009 053 138 A1 als bekannt zu entnehmen. Die dortige Schutzeinrichtung umfasst zunächst eine Mehrzahl von Schutzelementen in Form von Energieabsorptionselementen, welche vorzugsweise in einem Abstand von bis zu 50 cm außenseitig der Energiespeichereinrichtung angeordnet sind. In einem weiteren Abstand werden die dortige Energiespeichereinrichtung beziehungsweise die zugehörigen Schutzelemente von einer Anprallstruktur umrahmt, welche beispielsweise durch jeweilige Längsträger und Querträger der Kraftwagenkarosserie gebildet wird.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2010 050 826 A1 geht eine gattungsgemäße Schutzeinrichtung, bei welcher zwischen einem jeweiligen Schweller und einem eine Traktionsbatterie aufnehmenden Batteriekasten ein Deformationselement angeordnet ist, wobei zwischen dem Deformationselement und dem Batteriekasten ein Spalt besteht.
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Aus der
DE 693 02 845 T2 geht eine Karosserie für ein Elektrofahrzeug hervor, bei welchem eine im Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnete Batterie vorgesehen ist, welche sich zwischen Seitenschwellern befindet. In Vorwärtsfahrtrichtung vor der Batterie sind Energieabsorptionsglieder vorgesehen, welche beim Crash einen die Batterie aufnehmenden Batterieträger schützen sollen.
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Aus der
DE 10 2008 047 345 A1 geht eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Boden hervor, welcher im Bereich einer Fahrgastzelle eine zweimal abgestufte, aus drei Teilebenen bestehende Fläche aufweist. Unterhalb eines Fahrersitzes ist ein Technikraum zur Unterbringung einer Batterie vorgesehen, welche auf verschiedene Weise an dem Fahrzeug befestigt werden kann, beispielsweise indem diese seitlich in ein ausgebildetes Fach einschiebbar oder alternativ auch von unten an dem Fahrzeugboden anbringbar ist.
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Aus der
GB 2 475 326 A geht eine Schutzeinrichtung für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs hervor, welche ein im Falle eines Crashs aufblasbaren Gassack umfasst, der zwischen der Batterie und einem Seitenschweller angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einerseits besonders kompakt aufgebaut ist und somit einen möglichst großen Bauraum für die Energiespeichereinrichtung zur Verfügung stellt, und andererseits einen wirksamen Schutz gegen eine übermäßige Intrusion in die Kraftwagenkarosserie im Bereich der Energiespeichereinrichtung infolge eines Seitenaufpralls des Personenkraftwagens gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindungen sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um eine Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche auf der einen Seite sehr kompakt gestaltet ist und demzufolge einen großen Bauraum für die Energiespeichereinrichtung bereitstellt, und welche andererseits einen wirkungsvollen Schutz gegen eine übermäßige Intrusion in die Kraftwagenkarosserie im Bereich der Energiespeichereinrichtung bei einem Seitenaufprall des Personenkraftwagens gewährleistet, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass seitlich der Energiespeichereinrichtung jeweils wenigstens ein unteres und ein oberes Schutzelement vorgesehen sind, und dass das wenigstens eine Schutzelement unterseitig und das wenigstens andere Schutzelement innenseitig am seitlich zugeordneten Seitenschweller befestigt sind.
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Durch die Anbringung der Schutzelemente an den Seitenschwellern kann somit erreicht werden, dass sich eine erhebliche Strukturverstärkung der Bodenstruktur der Kraftwagenkarosserie ergibt, welche die Energiespeichereinrichtung, welche vorzugsweise eine oder mehrere Hochvolt-Batterien umfasst, in optimaler Weise bei einem Seitenaufprall, insbesondere bei einem Pfahlaufprall, vor einer übermäßigen Intrusion schützt. Durch die Schutzelemente kann dabei insbesondere entsprechend Unfallenergie aufgenommen beziehungsweise abgebaut und - falls anschließend Unfallenergie übrig bleibt - lastverteilend an die in Kraftbeaufschlagungsrichtung dahinter liegende Energiespeichereinrichtung weiter gegeben werden. Es ist ersichtlich, dass durch die unmittelbare Befestigung der Schutzelemente an den zugehörigen Seitenschwellern eine kompakte und platzsparende Lösung geschaffen ist, sodass beispielsweise im Wesentlichen der gesamte Zwischenraum zwischen den Seitenschwellern für die Energiespeichereinrichtung zur Verfügung steht. Auf der anderen Seite ist die Bodenstruktur, welchen die Seitenschweller zugeordnet sind, auf optimale Weise gegen übermäßige Intrusionen verstärkt und geschützt.
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Dadurch, dass seitlich der Energiespeichereinrichtung jeweils wenigstens ein unteres und ein oberes Schutzelement vorgesehen sind, kann somit insgesamt eine hochwirksame und gleichzeitig Bauraum sparende Schutzeinrichtung geschaffen werden, welche einerseits in optimaler Weise - jeweils außenseitig - Energie absorbieren kann und bei einer übermäßigen Kraftbeaufschlagung - jeweils innenseitig - relativ großformatig und gleichmäßig die überschüssige Energie an die Energiespeichereinrichtung weitergeben kann.
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Dadurch, dass das wenigstens eine Schutzelement unterseitig und das wenigstens andere Schutzelement innenseitig am seitlich zugeordneten Seitenschweller befestigt ist, ergibt sich somit eine äußerst Bauraum sparende Anordnung der Schutzelemente.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn jeweils wenigstens eines der seitlichen Schutzelemente einen Außenbereich aufweist, welcher als Energieabsorptionsbereich ausgebildet ist. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn jeweils wenigstens eines der seitlichen Schutzelemente einen Innenbereich aufweist, welcher als Rahmen- und Lastverteilungsbereich ausgebildet ist. Sollte demzufolge beispielsweise eine jeweilige Absorptionslänge des Energieabsorptionsbereichs nicht ausreichen, um alle Aufprallenergie zu absorbieren, so wird durch den jeweiligen Rahmen - und Lastverteilungsbereich erreicht, dass die übrige Unfallkraft großformatig und vergleichmäßigt an die dahinterliegende Energiespeichereinrichtung weitergegeben wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Schutzelement bei einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung mit seinem Rahmen- und Lastverteilungsbereich an einen unteren Eckbereich der Energiespeichereinrichtung abstützbar ist. Dieser Eckbereich der Energiespeichereinrichtung ist üblicherweise relativ stabil ausgebildet, sodass keine übermäßigen Beschädigungen der Energiespeichereinrichtung zu befürchten sind, wenn sich die entsprechenden Unfallkräfte in Grenzen halten.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Schutzelement bei einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung mit seinem Rahmen- und Lastverteilungsbereich an einem oberen Eckbereich der Energiespeichereinrichtung abstützbar ist. Hierbei gilt analog dasselbe wie bei der Abstützung des jeweiligen Schutzelements am unteren Eckbereich der Energiespeichereinrichtung.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn die Schutzelemente als Blechbauteile oder Profilbauteile ausgebildet sind. Derartige Blechbauteile oder Profilbauteile sind einfach herstellbar und außerdem kann auf besonders einfache und zuverlässige Weise gewährleistet werden, dass sich die entsprechenden Energieabsorptionsbereiche beziehungsweise Rahmen- und Lastverteilungsbereiche ausbilden, wenn ein Seitenaufprall auf den Kraftwagen erfolgt.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn sich die Schutzelemente zumindest im Wesentlichen über die gesamte Länge der Energiespeichereinrichtung erstrecken. Somit ergibt sich in Fahrzeuglängsrichtung ein optimaler Schutz der Energiespeichereinrichtung, und zwar unabhängig davon, wo sich das Zentrum des Seitenaufpralls, beispielsweise bei einem Pfahlaufprall, befindet.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
- 1 eine perspektivische Unteransicht auf eine Schutzeinrichtung für eine Energiespeichereinrichtung eines Personenkraftwagens mit jeweiligen Seitenschwellern einer Bodenstruktur einer Kraftwagenkarosserie, zwischen welchen die vorliegend kastenförmige Energiespeichereinrichtung angeordnet ist, und mit jeweiligen, seitlich der Energiespeichereinrichtung angeordneten Schutzelementen, welche jeweils am seitlich zugeordneten Seitenschweller befestigt sind; und in
- 2a, 2b eine jeweilige perspektivische Schnittansicht von schräg vorne innen bzw. schräg vorne außen auf den rechten Seitenschweller der Bodenstruktur der Kraftwagenkarosserie gemäß 1 sowie auf die zugehörige Schutzeinrichtung, jeweils entlang der in 1 durch die Linie II-II symbolisierten, in Fahrzeugquerrichtung bzw. in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Schnittebene.
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In 1 ist in einer Perspektivansicht von schräg unten ein Personenkraftwagen in Einvolumenform, also mit lediglich einer Fahrzeugsitzreihe, dargestellt. Dessen Kraftwagenkarosserie 10 umfasst eine Bodenstruktur 12, welche unter anderem jeweilige Seitenschweller 14 und 16 umfasst, zwischen welchen sich ein Hauptboden 18 erstreckt.
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Die Seitenschweller 14, 16 erstrecken sich dabei gegenüber dem Hauptboden 18 so weit nach unten, dass zwischen diesen eine Energiespeichereinrichtung 20, welche vorliegend eine oder mehrere Hochvolt-Batterien umfasst, angeordnet werden kann. Demzufolge handelt es sich im vorliegenden Fall um ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb, also beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug.
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Wie nun insbesondere in Zusammenschau mit den 2a und 2b erkennbar ist, welche jeweils eine perspektivische Schnittansicht von innen her bzw. von außen her auf den rechten Seitenschweller 14 sowie eine im Weiteren noch näher erläuterte Schutzeinrichtung entlang einer durch die Linie II-II in 1 repräsentierten, in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise in Fahrzeugquerrichtung zeigen, soll nun die Funktionsweise dieser Schutzeinrichtung erläutert werden. Dabei sei zunächst angemerkt, dass in 2a die Energiespeichereinrichtung 20 der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden ist, wobei diese in 2b geschnitten dargestellt ist.
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Die Schutzeinrichtung, mittels welcher die Energiespeichereinrichtung 20 bei einem Seitenaufprall des Kraftwagens, insbesondere bei einem Pfahlaufprall, geschützt wird, umfasst vorliegend auf beiden Seiten der Energiespeichereinrichtung 20 jeweils ein oberes Schutzelement 22 und ein unteres Schutzelement 24, welche im Wesentlichen waagrecht und in Fahrzeuglängsrichtung verlaufen. Beide Schutzelemente 22, 24 sind dabei vorliegend unmittelbar am seitlich zugeordneten Seitenschweller 14 befestigt, und zwar über eine übliche mechanische Verbindung oder Fügverbindung.
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Um nun zunächst auf das untere Schutzelement 24 zu kommen, ist dieses vorliegend als entsprechend mehrteiliges Blechbauteil mit entsprechenden Hohlkammern ausgebildet. Alternativ wäre es jedoch auch denkbar, dieses als Profilbauteil, beispielsweise als Strangpressprofilbauteil, auszubilden.
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Das untere Schutzelement 24 umfasst dabei einen Außenbereich 26, welcher vorliegend als Energieabsorptionsbereich ausgebildet ist. Außerdem umfasst das untere Schutzelement 24 einen Innenbereich 28, welcher als Rahmen- und Lastverteilungsbereich ausgebildet ist. Außen- und Innenbereich 26, 28 sind dabei beispielsweise im Bereich einer Fügflanschverbindung 30 des zugehörigen Seitenschwellers 14 voneinander unterteilt. Diese Unterteilung ist jedoch nicht zwingender Maßen an dieser Stelle vorgesehen.
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Der außenseitig angeordnete Energieabsorptionsbereich beziehungsweise Außenbereich 26 dient demzufolge bei einem Seitenaufprall, insbesondere bei einem Pfahlaufprall, dazu, Aufprallenergie aufzunehmen und das Fahrzeug möglichst abzubremsen. Demgegenüber dient der als Rahmen- und Lastverteilungsbereich wirkende Innenbereich 28 durch seine Rahmenfunktion als zusätzliche Verstärkung und Aussteifung des Seitenschwellers 14, sowie durch seine Lastverteilungsfunktion dazu, gegebenenfalls von dem Außenbereich 26 nicht absorbierte Energie möglichst großformatig und gleichmäßig an die seitlich dahinterliegende Energiespeichereinrichtung 20 weiterzugeben.
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Hierbei stützt sich der Rahmen- und Lastverteilungsbereich beziehungsweise Innenbereich 28 des unteren Strukturelements 24 bei einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung an einen in 2b erkennbaren unteren Eckbereich 32 der Energiespeichereinrichtung 20 ab. An dieser Stelle sei angemerkt, dass - wie aus 2b erkennbar ist - im unbelasteten Zustand ein Spalt zwischen dem Innenbereich 28 des unteren Schutzelements 24 und dem Eckbereich 32 der Energiespeichereinrichtung 20 vorgesehen ist. Dieser vermeidet entsprechende Geräusche zwischen den Bauteilen. Unter Umständen wäre es jedoch auch denkbar, dass das untere Schutzelement 24 und die Energiespeichereinrichtung 20 unmittelbar aneinander anliegen. Allerdings ist in diesem Fall ein Spalt vorgesehen, welcher vorzugsweise wenige Millimeter bis wenige Zentimeter betragen kann.
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Insbesondere aus den 2a und 2b ist zudem erkennbar, dass vorliegend das untere Schutzelement 24 unterseitig des korrespondierenden Seitenschwellers 14 festgelegt ist. Prinzipiell wäre hier jedoch auch eine andere Festlegung denkbar.
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Das obere Schutzelement 22, welches vorliegend als Profilbauteil ausgebildet ist, umfasst analog zu dem unteren Schutzelement 24 ebenfalls einen Außenbereich 34 und einen Innenbereich 36, welche als Energieabsorptionsbereich beziehungsweise Rahmen- und Lastverteilungsbereich ausgebildet sind. Das innenseitig des korrespondierenden Seitenschwellers 14 befestigte obere Schutzelement 22 umfasst demzufolge außenseitig ebenfalls einen Energieabsorptionsbereich und innenseitig einen Rahmen- und Lastverteilungsbereich, wobei sich dieser bei einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung infolge eines Seitenaufpralls, insbesondere eines Pfahlaufpralls, auf den Kraftwagen im Wesentlichen an einem in der 2b erkennbaren oberen Eckbereich der kastenförmigen Energiespeichereinrichtung 20 abstützt. Der Außenbereich 34, welcher als Energieabsorptionsbereich ausgebildet ist, dient somit in einer ersten Phase einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zur Absorption von Unfallenergie, während der als Rahmen- und Lastverteilungsbereich ausgebildete Innenbereich 36 im Anschluss daran bei einer höheren Kraftbeaufschlagung zur Verstärkung des Seitenschwellers 14 und zur Lastverteilung von Kräften auf die Energiespeichereinrichtung 20 dient.
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Im vorliegenden Fall ist erkennbar, dass das obere Schutzelement 22 eine Mehrzahl von Stegen 40 umfasst, welche über entsprechende Knickstellen 42 verfügen, welche eine gezielte Energieabsorption ermöglichen. Die Lastverteilung erfolgt dann beispielsweise im Wesentlichen über eine zu Innenseite hin orientierte Außenwand 44 des oberen Schutzelements 22. An dieser Stelle sei angemerkt, dass anstelle eines Profilbauteils auch ein Blechbauteil, welches aus mehreren Blechelementen zusammengesetzt sein kann, als oberes Schutzelement 22 Anwendung finden könnte.
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Die hier in Zusammenhang mit dem rechten Seitenschweller 14 beschriebene Schutzeinrichtung befindet sich in ebensolcher Weise - wie zumindest anhand 1 teilweise erkennbar ist - auch am linken Seitenschweller 16.
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Die Energiespeichereinrichtung 20 selbst kann beispielsweise ein Blechgehäuse 46 umfassen, welches eine oder mehrere Hochvolt-Batterien 48 umschließt.
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Insgesamt wird somit deutlich, dass vorliegend eine Schutzeinrichtung geschaffen ist, mit welcher eine zwischen den Seitenschwellern 14 und 16 angeordnete Energiespeichereinrichtung 20 insbesondere bei einem Seitenaufprall des Kraftwagens, wie beispielsweise einem Pfahlaufprall, besonders geschützt ist, wobei Energie absorbiert und - wenn nötig - an die Energiespeichereinrichtung 20 übertragen wird. Damit können übermäßige Intrusionen in die Energiespeichereinrichtung 20 unterbunden beziehungsweise in vertretbarer Größe gehalten werden. Insbesondere bei engen Bauraumbedingungen kann somit durch die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung die zugehörige Energiespeichereinrichtung 20 hochwirksam geschützt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftwagenkarosserie
- 12
- Bodenstruktur
- 14
- Seitenschweller
- 16
- Seitenschweller
- 18
- Hauptboden
- 20
- Energiespeichereinrichtung
- 22
- oberes Schutzelement
- 24
- unteres Schutzelement
- 26
- Außenbereich
- 28
- Innenbereich
- 30
- Fügflanschverbindung
- 32
- unterer Eckbereich
- 34
- Außenbereich
- 36
- Innenbereich
- 38
- oberer Eckbereich
- 40
- Stege
- 42
- Knickstellen
- 44
- Außenwand
- 46
- Blechgehäuse
- 48
- Hochvolt-Batterien
