DE102012105140B4 - Kraftfahrzeug mit einem Karosserierohbau, einem Batteriemodul und einer Vorrichtung zum Befestigen des Batteriemoduls an dem Karosserierohbau des Kraftfahrzeuges - Google Patents

Kraftfahrzeug mit einem Karosserierohbau, einem Batteriemodul und einer Vorrichtung zum Befestigen des Batteriemoduls an dem Karosserierohbau des Kraftfahrzeuges Download PDF

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Abstract

Kraftfahrzeug, aufweisend:einen Karosserierohbau (1) mit einem Heckbereich,wobei im Heckbereich ein Batteriekasten (3) angeordnet ist,wobei der Karosserierohbau (1) hintere Längsträger (9) und mit diesen Längsträgern (9) fest verbundene Konsolen (7, 8) aufweist,wobei vordere Konsolen (7) an ihrer dem Heck des Kraftfahrzeugs zugewandten Seite einen rohbauseitigen Hinterschnitt (11) aufweisen, der durch eine vertikal orientierte Wandung (12) der jeweiligen vorderen Konsole (7) gebildet ist,ein Batteriemodul (2),wobei das Batteriemodul (2) eine in den Batteriekasten (3) eingesetzte Batterie (15) und einen mit der Batterie (15) fest verbundenen Träger (16) aufweist,wobei die Konsolen (7, 8) der Lagerung des Trägers (16) beidseitig der Batterie (15) dienen,wobei der Träger (16) ein Rahmenteil (19) mit Rahmenschenkeln (20) aufweist,wobei der Träger (16) einen Hinterschnitt (22) aufweist, der durch einen Vorsprung (23) an dem jeweiligen Rahmenschenkel (20) gebildet ist und mit dem rohbauseitigen Hinterschnitt (11) zusammenwirkt,wobei der Vorsprung (23) an dem jeweiligen Rahmenschenkel (20) eine vordere Fläche (24) aufweist, welche in der Montagestellung von Träger (16) und Karosserierohbau (1) die Wandung (12) der jeweiligen vorderen Konsole (7) kontaktiert, derart, dass der Hinterschnitt (22) des Trägers (16) den Hinterschnitt (11) des Karosserierohbaus (1) bei an dem Karosserierohbau (1) befestigtem Träger (16) kontaktiert, undeine Vorrichtung zum Befestigen des Batteriemoduls (2) an dem Karosserierohbau (1) des Kraftfahrzeuges, mit Mitteln (25) zum Verschrauben von Träger (16) und Karosserierohbau (1),wobei sich die Mittel (25) zum Verschrauben von Träger (16) und Karosserierohbau (1) durch fluchtende Löcher (10, 21) der vorderen Konsolen (7) und der Rahmenschenkel (20) erstrecken.

Description

  • Die Erfindung betrifft Kraftfahrzeug mit einem Karosserierohbau, mit einem Batteriemodul und mit einer Vorrichtung zum Befestigen des Batteriemoduls an dem Karosserierohbau des Kraftfahrzeuges.
  • Batterien finden in Kraftfahrzeugen Verwendung, beispielsweise als Hochvoltbatterien, im Zusammenhang mit einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges oder einem rein elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug.
  • US 2007 / 0 007 060 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellenantrieb. Es ist ein Karosserierohbau mit Längsträgern und Querträgern gezeigt. An dem Karosserierohbau ist eine Brennstoffzelle mit Hilfskomponenten gelagert. Ebenfalls ist eine Speicherbatterie gezeigt, die hinter der Brennstoffzelle und den Hilfskomponenten angeordnet ist. Diese Speicherbatterie greift an einem hinteren Rahmen des Karosserierohbaus an. Im Bereich der Brennstoffzelle erstrecken sich parallel verlaufende Träger und ein sich zu diesen parallel verlaufenden Trägern quer erstreckender Träger, an welchem Abstufungen ausgebildet sind.
  • US 2009/0 166 116 A1 offenbart eine Befestigungsstruktur für eine elektrische Batterie eines Kraftfahrzeugs. In einem Heckbereich des Kraftfahrzeugs ist eine Batterie angeordnet, die an einem Karosserierohbau des Kraftfahrzeugs befestigt ist. Ein Batteriegehäuse weist ein unteres Teil und ein oberes Teil auf, die miteinander verschraubt sind. Die Batterie ist mit ihrem Batteriegehäuse an Trägern befestigt.
  • DE 11 2009 004 862 T5 offenbart ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellenantrieb. In einem Heckbereich ist ein Brenngastank angeordnet, der hinter Hinterrädern positioniert ist. Vor den Hinterrädern ist ein weiterer Brenngastank positioniert. Im Bereich der Vordersitze des Kraftfahrzeugs sind die Brennstoffzelle und ein Wandler angeordnet. Der Wandler wirkt mit einer Batterie zusammen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Befestigen des Batteriemoduls am Karosserierohbau des Kraftfahrzeuges zu schaffen, die einfach bewerkstelligt werden kann und die bei einem Crashereignis, insbesondere einem Heckcrash des Kraftfahrzeuges, eine zuverlässig sichere Verbindung gewährleistet.
  • Die Erfindung schlägt ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 vor.
  • Wirken auf die Batterie, die eine relativ schwere Komponente darstellt, hohe Beschleunigungskräfte bei einem Crashereignis ein, gewährleisten die zusammenwirkenden Hinterschnitte von Träger und Karosseriebau, dass zwischen dem Batteriemodul, konkret dem Träger des Batteriemoduls, und dem Karosserierohbau wirkende Kräfte im Wesentlichen von den Hinterschnitten aufgenommen werden können, so dass die Schraubverbindung zwischen Träger und Karosseriebau nicht beschädigt wird. Der Formschluss zwischen den Hinterschnitten bewirkt demnach bei einem Crashereignis eine deutliche Verringerung der auf die Schraubpunkte einwirkende Kräfte.
  • Zudem wird durch die Hinterschnitte von Träger und Karosserierohbau die Ausrichtung des Batteriemoduls bei der Montage des Kraftfahrzeugs vereinfacht, indem der Hinterschnitt am Batteriemodul, konkret dessen Träger als Anschlag am Hinterschnitt des Karosserierohbaus genutzt wird.
  • Insbesondere bei einem Heckcrash des Kraftfahrzeuges wirken, aufgrund der großen Masse des Batteriemoduls, hohe Kräfte auf die Schraubpunkte von Träger und Karosserierohbau. Damit dies nicht zu einem Abreißen des Batteriemoduls führt, welches im Crashfall die Konsequenz hätte, dass das Batteriemodul, welches insbesondere im Heckbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, vorne in den Fahrgastraum eindringen kann und gravierende Sicherheitsprobleme auslösen kann, sind die zusammenwirkenden Hinterschnitte an Träger und Karosseriebau vorgesehen.
  • Die Hinterschnitte von Träger und Karosserierohbau sind so positioniert, dass der Hinterschnitt des Trägers den Hinterschnitt des Karosserieteils bei an dem Karosserierohbau befestigten Träger kontaktiert. Dies bedeutet, dass diese Kontaktierung bereits vor einem Crashereignis existiert, so dass sich das Batteriemodul bei einem Crash nicht bezüglich des Karosserierohbaus verschieben kann. Diese Anordnung ist auch von besonderem Vorteil bei der Montage, somit dem Positionieren des Batteriemoduls bezüglich des Karosserierohbaus.
  • Der Karosserierohbau weist beidseitig hintere Längsträger des Kraftfahrzeugs auf und mit diesen Längsträgern sind die Konsolen fest verbunden, wobei die Konsolen der Lagerung des Trägers beidseitig der Batterie dienen. Herbei steht der Träger vorzugsweise auf abgewandten Enden über die Batterie hinaus, so dass in diesen überstehenden Endbereichen die Verbindung mit den hinteren Längsträgern auf einfache Art und Weise erfolgen kann.
  • Bei der Batterie handelt es sich insbesondere um eine Hochvoltbatterie.
  • Die Hinterschnitte von Träger und Karosserierohbau sind demnach insbesondere so zu positionieren, dass sich bei einem Aufprall auf das Heck des Kraftfahrzeugs, unmittelbar bei Eintritt des Aufpralls, die Hinterschnitte aufeinander abstützen.
  • Vorzugsweise stützt sich die Batterie auf dem Boden des Batteriekastens ab und wird mittels des mit der Batterie fest verbundenen Trägers mit dem Karosseriebau verschraubt.
  • Die Batterie ist insbesondere in Querrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet.
  • Vorzugsweise weist der Träger nicht nur einen Hinterschnitt auf, sondern mindestens zwei Hinterschnitte und es weist der Karosserierohbau eine entsprechende Anzahl von Hinterschnitten auf, die mit den Hinterschnitten des Trägers zusammenwirken. So ist insbesondere vorgesehen, dass der Träger im Bereich jeder Konsole einen Hinterschnitt aufweist, der mit einem Hinterschnitt der rohbauseitigen Konsole zusammenwirkt.
  • Die jeweilige Konsole ist vorzugsweise als Schmiede- oder Gussteil ausgeführt.
  • Der Träger ist insbesondere auf einer Oberseite der Batterie angeordnet und liegt auf einer Oberseite des Karosserierohbaus, insbesondere einer Oberseite der Konsolen, auf. Bei dieser Anordnung liegt die Batterie vorzugsweise auf einem Boden des Batteriekastens auf.
  • Eine sichere Schraubverbindung zwischen Träger und Karosserierohbau ist gewährleistet, wenn der Träger, insbesondere ein Querträger, beidseitig der Batterie jeweils zwei Schraubpunkte zum Karosserierohbau aufweist. Konkret weist der Träger insbesondere Bohrungen zur Aufnahme von die Mittel zum Verschrauben von Träger und Karosseriebau bildenden Schrauben auf und es weist der Karosserierohbau oder die Konsolen Bohrungen oder Gewindebohrungen für die Schrauben auf. Sind Gewindebohrungen vorgesehen, wird die jeweilige Schraube unmittelbar in diese eingeschraubt. Ist bei dem Karosserierohbau bzw. der Konsole eine Bohrung vorgesehen, wird die diese Bohrung durchsetzende Schraube mit einer separaten Mutter verbunden.
  • Die jeweilige Konsole ist vorzugsweise so gestaltet, dass sie in Längserstreckung des Kraftfahrzeuges orientiert ist und eine vordere und hintere Auflage für den Träger aufweist. Hierbei wird es als besonders zweckmäßig angesehen, wenn die vordere Auflage, auf deren Hinterseite, den Hinterschnitt, der mit dem Hinterschnitt des Trägers zusammenwirkt, aufweist.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne auf dieses beschränkt zu sein. Es zeigt:
    • 1 eine räumliche Darstellung eines Karosseriebereichs eines Kraftfahrzeuges, veranschaulicht für den Heckbereich des Kraftfahrzeuges, mit einem mit dem Karosserierohbau verbundenen Batteriemodul, bezogen auf die Orientierung des Kraftfahrzeuges schräg von oben gesehen,
    • 2 in einer Darstellung gemäß 1 ausschließlich den Karosserierohbau,
    • 3 in einer Darstellung gemäß 1 ausschließlich das Batteriemodul,
    • 4 einen Schnitt durch die Anordnung von Karosserierohbau und Bestandteil des Batteriemoduls bildendem Träger gemäß der jeweiligen in 1 veranschaulichten Linie A-A,
    • 5 eine räumliche Darstellung der Anordnung einer Konsole des Karosserierohbaus und des mit dieser zusammenwirkenden Trägers.
  • 1 veranschaulicht den Heckbereich eines Karosserierohbaus 1 und ein am Karosserierohbau 1 befestigtes Batteriemodul 2. In 2 ist der Karosserierohbau 1 alleine dargestellt.
  • Bezogen auf die Orientierung des Kraftfahrzeuges weist der Karosserierohbau 1 im Bereich seines hinteren Endes, somit im Heckbereich des Kraftfahrzeuges, einen Batteriekasten 3 zum Einsetzen einer Batterie auf. Der Batteriekasten 3 erstreckt sich in Querrichtung des Kraftfahrzeuges und stellt sich im Wesentlichen als quaderförmiger Hohlraum dar. Ein Boden 4 des Batteriekastens 3 dient der Auflage der Batterie. Im Bereich von in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges verlaufenden Stirnwandungen 5 des Batteriekastens 3 weist der Karosserierohbau 1 neben dem Batteriekasten 3 jeweils zwei Schraubpunkte 6 auf, im Bereich derer das Batteriemodul 2 mit dem Karosserierohbau 1 verbindbar ist. Es weist der Karosserierohbau 1 im Bereich dieser Schraubpunkte 6 zwei vordere Konsolen 7 und zwei hintere Konsolen 8 auf, die mit hinteren Längsträgern 9 des Kraftfahrzeugs verbunden, insbesondere verschweißt sind, wobei diese hinteren Längsträger 9 Bestandteil des Karosserierohbaus 1 bilden. Mit jedem Längsträger 9 sind somit zwei Konsolen - vordere Konsole 7 und hintere Konsole 8 - verbunden, wobei jede Konsole 7 bzw. 8 ein Durchgangsloch 10, das als Gewindebohrung ausgebildet sein kann, aufweist und den Schraubpunkt zum Batteriemodul 2 bildet. Die jeweilige vordere Konsole 7 weist auf ihrer dem Heck zugewandten Seite einen Hinterschnitt 11 auf, der durch eine im Wesentlichen vertikal orientierte Wandung 12 der vorderen Konsole 7 gebildet ist. Die Konsolen 7 und 8 weisen obere Aufnahmeflächen 13 auf, die die Löcher 10 durchsetzen. Die Aufnahmeflächen 13 sind in einer Ebene angeordnet und dienen der Auflage des Batteriemoduls 2.
  • Die dem jeweiligen Längsträger 9 zugeordneten, vorderen und hinteren Konsolen 7 und 8 bilden eine Baueinheit 14.
  • 3 veranschaulicht das Batteriemodul 2. Dieses weist eine als Hochvoltbatterie ausgebildete Batterie 15 für das Kraftfahrzeug auf, welches einen Hybridantrieb aufweist, ferner einen mit der Batterie 15 fest verbundenen Träger 16. Die eine Einheit darstellende Batterie 15, die aus mehreren miteinander verbundenen Einzelbatterien gebildet ist, stellt sich im Wesentlichen als quaderförmiger Körper dar. Der Träger 16 ist auf die obere Fläche der Batterie 15 aufgelegt und mit dieser beispielsweise mittels Schrauben fest verbunden. Stirnseitig ist mit der Batterie 15 ein Batteriemanager 17 verbunden. Der Träger 16 ist als Querträger ausgebildet, somit in Querrichtung des Karosserierohbaus 1 bzw. in Längsrichtung des Batteriekastens 3 angeordnet. Der Träger 16 steht im Bereich seiner abgewandten Enden 18 über die Batterie 15 bzw. den Batteriemanager 17 über und weist ein oberes, im Wesentlichen rechteckiges Rahmenteil 19 auf, das im Bereich der den Enden 18 zugewandten Rahmenschenkel 20 jeweils zwei Löcher 21 aufweist, die die trägerseitigen Schraubpunkte zum Karosserierohbau 1 bzw. zu den Konsolen 7, 8 darstellen.
  • Der Träger 16 besteht beispielsweise aus Stahl.
  • Wie der Darstellung der 4 und 5 zu entnehmen ist, weist der Träger 16 im Bereich seiner beiden Rahmenschenkel 20, benachbart dem vorderen Loch 21 des jeweiligen Rahmenschenkels 20, auf seiner Unterseite einen Hinterschnitt 22 auf, der durch einen Vorsprung 23 am Rahmenschenkel 20 gebildet ist. Dieser Vorsprung 23 weist eine vordere Fläche 24 auf, die in der Montagestellung von Träger 16 und Karosserierohbau 1 die Wandung 12 der vorderen Konsole 7 kontaktiert, so dass in Richtung des Pfeils x gemäß 4 eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Träger 16 und dem Karosserierohbau 1 geschaffen ist.
  • Bei der Montage des Batteriemoduls 2 wird dieses im Bereich der Rahmenschenkel 20 ergriffen und die Batterie 15 von oben in den Batteriekasten 3 eingesetzt. Die Abmessungen sind hierbei so gewählt, dass bei auf dem Boden 4 des Batteriekastens 3 aufliegender Batterie 15 der Träger 16 im Bereich seiner beiden Rahmenschenkel 20, wie zur Darstellung der 4 und 5 veranschaulicht, flächig auf den beiden vorderen Konsolen 7 und den beiden hinteren Konsolen 8 aufliegt. Bei diesem Montagevorgang werden die beiden Vorsprünge 23 des Trägers 16 unmittelbar hinter die beiden vorderen Konsolen 7 eingeführt und liegen an deren Wandungen 12 an, wie es in den 4 und 5 veranschaulicht ist. Durch die jeweils miteinander fluchtenden Löcher 10 und 21 werden vier Befestigungsschrauben 25 gesteckt bzw. bei Ausbildung des Loches 10 als Gewindebohrung die jeweilige Schraube 25 in diese eingeschraubt. Hierdurch ist eine feste Verbindung von Träger 16 und damit Batteriemodul 2 mit den Konsolen 7 und 8, somit dem Karosserierohbau 1 hergestellt.
  • Durch diese Art der Befestigung des Batteriemoduls 2 am Karosserierohbau 1 können insbesondere Sicherheitsanforderungen bei einem Heckcrash erfüllt werden, indem ein Abreißen der im Bereich der Schraubpunkte 6, somit der Löcher 10 und 21, angeordneten Schrauben 25 verhindert wird. Das Zusammenwirken von Träger 16 und Karosserierohbau 1 bezüglich deren Hinterschnitte 11 und 22 reduziert nachhaltig die auf die Schrauben 25 im Crashfall einwirkenden Kräfte. Es ist überdies eine einfache Ausrichtung des Batteriemoduls 2 im Karosserierohbau 1 bei der Fahrzeugmontage durch Nutzung der Hinterschnitte 11, 22 als Anschlag gewährleistet.

Claims (12)

  1. Kraftfahrzeug, aufweisend: einen Karosserierohbau (1) mit einem Heckbereich, wobei im Heckbereich ein Batteriekasten (3) angeordnet ist, wobei der Karosserierohbau (1) hintere Längsträger (9) und mit diesen Längsträgern (9) fest verbundene Konsolen (7, 8) aufweist, wobei vordere Konsolen (7) an ihrer dem Heck des Kraftfahrzeugs zugewandten Seite einen rohbauseitigen Hinterschnitt (11) aufweisen, der durch eine vertikal orientierte Wandung (12) der jeweiligen vorderen Konsole (7) gebildet ist, ein Batteriemodul (2), wobei das Batteriemodul (2) eine in den Batteriekasten (3) eingesetzte Batterie (15) und einen mit der Batterie (15) fest verbundenen Träger (16) aufweist, wobei die Konsolen (7, 8) der Lagerung des Trägers (16) beidseitig der Batterie (15) dienen, wobei der Träger (16) ein Rahmenteil (19) mit Rahmenschenkeln (20) aufweist, wobei der Träger (16) einen Hinterschnitt (22) aufweist, der durch einen Vorsprung (23) an dem jeweiligen Rahmenschenkel (20) gebildet ist und mit dem rohbauseitigen Hinterschnitt (11) zusammenwirkt, wobei der Vorsprung (23) an dem jeweiligen Rahmenschenkel (20) eine vordere Fläche (24) aufweist, welche in der Montagestellung von Träger (16) und Karosserierohbau (1) die Wandung (12) der jeweiligen vorderen Konsole (7) kontaktiert, derart, dass der Hinterschnitt (22) des Trägers (16) den Hinterschnitt (11) des Karosserierohbaus (1) bei an dem Karosserierohbau (1) befestigtem Träger (16) kontaktiert, und eine Vorrichtung zum Befestigen des Batteriemoduls (2) an dem Karosserierohbau (1) des Kraftfahrzeuges, mit Mitteln (25) zum Verschrauben von Träger (16) und Karosserierohbau (1), wobei sich die Mittel (25) zum Verschrauben von Träger (16) und Karosserierohbau (1) durch fluchtende Löcher (10, 21) der vorderen Konsolen (7) und der Rahmenschenkel (20) erstrecken.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Batterie (15) eine Hochvoltbatterie ist.
  3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Hinterschnitte (22, 11) von Träger (16) und Karosserierohbau (1), bei einem Aufprall auf das Heck des Kraftfahrzeuges, unmittelbar bei Eintritt des Aufpralls, aufeinander abstützen.
  4. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Batterie (15) auf einem Boden (4) des Batteriekastens (3) aufliegt und der Träger (16) auf einer Oberseite der Batterie (15) und auf einer Oberseite des Karosserierohbaus (1) aufliegt.
  5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Batterie (15) in Querrichtung des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.
  6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die jeweilige Konsole (7 bzw. 8) als Schmiede- oder Gussteil ausgeführt ist.
  7. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Träger (16) aus Stahl besteht.
  8. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Träger (16) zwei Hinterschnitte (22) aufweist, die mit den Hinterschnitten (11) der vorderen Konsolen (7) zusammenwirken.
  9. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Träger (16) als ein Querträger ausgebildet ist und beidseitig der Batterie (15) jeweils zwei Schraubpunkte (6) zum Karosserierohbau (1) aufweist.
  10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, wobei der Träger (16) Löcher (21) zur Aufnahme von die Mittel bildenden Schrauben (25) aufweist, sowie der Karosserierohbau (1) oder die Konsolen (7, 8) Löcher (10) oder Gewindebohrungen für die Schrauben (25) aufweist bzw. aufweisen.
  11. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die jeweilige vordere und hintere Konsole (7, 8) eine Baueinheit (14) bilden, die eine vordere und hintere Auflage für den Träger (16) aufweist.
  12. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die vordere Konsole (7) auf deren Hinterseite den Hinterschnitt (11), der mit dem Hinterschnitt (22) des Trägers (16) zusammenwirkt, aufweist.
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