DE102012208047A1

DE102012208047A1 - Batteriewechseleinrichtung für E-Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102012208047A1
Application number: DE201210208047
Authority: DE
Inventors: Jürgen Osterlänger; Ulrike Weisskopf; Michael Bogner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2013-11-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Fixieren einer wechselbaren Traktionsbatterie (1) in einem unterbodenseitigen Bauraum (2) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (3). Um die Traktionsbatterie (1) auch bei großen dynamischen Belastungen sicher im Fahrzeug (3) zu fixieren, umfasst die Einrichtung – eine Spindel (4), – einen ersten und einen zweiten Schlitten (5, 6), wobei die Schlitten (5, 6) trieblich mit der Spindel (4) gekoppelt sind und bei einer Drehung der Spindel (4) eine einander entgegengesetzte Linearbewegung in Richtung der Spindelachse vollziehen, – ein erstes und zweites Fixierelement (7, 8), wobei in jedes der Fixierlemente (7, 8) jeweils einer der Schlitten (5, 6) durch Drehen der Spindel (4) zum Verspannen der Traktionsbatterie (1) im unterbodenseitigen Bauraum (2) einfahren kann, wobei – die Spindel (4) mit den Schlitten (5, 6) am Fahrzeug (3) und die Fixierelemente (7, 8) an der Traktionsbatterie (1) befestigbar sind oder – die Spindel (4) mit den Schlitten (5, 6) an der Traktionsbatterie (1) und die Fixierelemente (7) am Fahrzeug (3) befestigbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Fixieren einer wechselbaren Traktionsbatterie in einem unterbodenseitigen Bauraum eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Im Zuge der Verknappung fossiler Energieträger und einer verstärkten Schadstoffbelastung durch die weltweite Zunahme des Individualverkehrs gewinnen elektrische Antriebskonzepte für Kraftfahrzeuge zunehmend an Bedeutung. Einem flächendeckenden Einzug elektrisch betriebener Fahrzeuge stehen jedoch derzeit die hohen Kosten der zur Energiespeicherung benötigten Batterie entgegen sowie deren begrenzte Speicherkapazität und ihre im Vergleich zu einem Tankvorgang lange Ladedauer. Insbesondere die fehlende Eignung rein elektrisch betriebener Fahrzeuge für den Langstreckenverkehr begründet die derzeit noch fehlende Akzeptanz im Markt.
Ein Ansatz zur Ertüchtigung elektrisch betriebener Fahrzeuge für den Langstreckenverkehr stellt das in der US2009082957A1 offenbarte Batteriewechselsystem dar. Hiernach werden Fahrzeuge mit Wechselakkus ausgestattet, die in einem flächendeckenden Netz von Batteriewechselstationen gegen voll aufgeladene Akkus ausgetauscht werden können, sobald sich ihr Ladezustand dem Ende zuneigt. Ein derartiger Batteriewechselvorgang lässt sich deutlich schneller als ein Aufladen der Batterie durchführen.
Bei dem in oben genannter Schrift vorgestellten System erwirbt der Fahrer nicht die teure Traktionsbatterie. Hierdurch werden seine anfänglichen Investitionskosten für das Elektrofahrzeug deutlich reduziert, was zu einer erhöhten Kundenakzeptanz führen könnte. Hingegen ist beispielsweise der Betreiber der Wechselstation oder auch ein dritter Serviceprovider Eigentümer der Batterie, der sich über vom Nutzer des Fahrzeuges zu zahlende Nutzungsgebühren finanziert.
Die Attraktivität eines derartigen Systems hängt zum einen von den Kosten der Komponenten ab, die für einen Batteriewechsel auf Seiten einer Batteriewechselstation und des Fahrzeugs bzw. der Batterie benötigt werden. Des Weiteren müssen diese Komponenten einen schnellen Batteriewechsel und gleichzeitig eine sichere Fixierung der Traktionsbatterie im Fahrzeug während des Betriebs ermöglichen.
Aus der US20100071979A1 ist ein Batteriewechselsystem bekannt, bei dem die Traktionsbatterie in einer Rahmenkonstruktion gehaltert ist. Am Fahrzeug befinden sich vier Schnappriegel, die über ebenfalls am Fahrzeug befestigte Elektromotoren und diverse Getriebekomponenten betätigt werden. Die Schnappriegel greifen in einen an der Batterie befestigten Bolzen ein, um diese von der Fahrzeugunterbodenseite in das Fahrzeug zu heben und dort zu fixieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug mit einer wechselbaren Traktionsbatterie diese auch bei großen dynamischen Belastungen sicher im Fahrzeug zu fixieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung zum Fixieren einer wechselbaren Traktionsbatterie in einem unterbodenseitigen Bauraum eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Eine solche Einrichtung umfasst

– eine Spindel,
– einen ersten und einen zweiten Schlitten, wobei die Schlitten trieblich mit der Spindel gekoppelt sind und bei einer Drehung der Spindel eine einander entgegengesetzte Linearbewegung in Richtung der Spindelachse vollziehen,
– ein erstes und zweites Fixierelement, wobei in jedes der Fixierlemente jeweils einer der Schlitten durch Drehen der Spindel zum Verspannen der Traktionsbatterie im unterbodenseitigen Bauraum einfahren kann, wobei
– die Spindel mit den Schlitten am Fahrzeug und die Fixierelemente an der Traktionsbatterie befestigbar sind oder
– die Spindel mit den Schlitten an der Traktionsbatterie und die Fixierelemente am Fahrzeug befestigbar sind.

Ferner wird die Aufgabe durch ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem unterbodenseitigen Bauraum und einer hierin angeordneten wechselbaren Traktionsbatterie gelöst, wobei das Fahrzeug mindestens zwei der oben genannten Einrichtungen aufweist und wobei

– die Spindeln mit den Schlitten an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten des unterbodenseitigen Bauraums angeordnet sind, während die Fixierelemente an der Traktionsbatterie angeordnet sind, oder
– die Spindeln mit den Schlitten an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten der Traktionsbatterie angeordnet sind, während die Fixierelemente am unterbodenseitigen Bauraum angeordnet sind.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Traktionsbatterie im unterbodenseitigen Bauraum des Fahrzeugs durch Wechselwirkung der beiden auf der Spindel befestigten Schlitten mit den Fixierelementen realisiert. Hierbei ist es prinzipiell denkbar, die Spindel mit den Schlitten am Fahrzeug und die Fixierelemente an der Traktionsbatterie zu befestigen oder aber umgekehrt die Spindel mit den Schlitten an der Traktionsbatterie zu montieren und die hiermit wechselwirkenden Fixierelemente am Chassis des Fahrzeugs. Zum sicheren Fixieren der Traktionsbatterie innerhalb des unterbodenseitigen Bauraums sind mindestens zwei derartige Einrichtungen notwendig, wobei diese an zwei gegenüberliegenden Seiten der Batterie bzw. des unterbodenseitigen Bauraums zu montieren sind. Auf diese Art und Weise wird die Traktionsbatterie an mindestens vier Fixierstellen gehaltert. Jede Spindel einer dieser Einrichtungen trägt hierbei zwei Schlitten. Sobald die Spindel in Drehung versetzt wird, bewegen sich beide Schlitten in Richtung der Spindelachse. Sie bewegen sich hierbei jedoch in entgegengesetzter Richtung. In der einen Drehrichtung der Spindel bewegen sich die Schlitten aufeinander zu, während sie sich in der anderen Drehrichtung der Spindel voneinander weg bewegen. Zum Verspannen der Traktionsbatterie wird die Spindel einer jeden Einrichtung derart angetrieben, dass sich die Schlitten aufeinander zu bewegen. Zum Lösen der Traktionsbatterie wird die Spindel in entgegengesetzte Richtung gedreht. Hierbei bewegen sich die Schlitten einer jeden Spindel voneinander weg und geben die Fixierelemente frei. Die Traktionsbatterie kann mithin unterbodenseitig aus dem Fahrzeug entnommen werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die einander entgegengesetzte Bewegung der auf einer gemeinsamen Spindel montierten Schlitten dadurch realisiert, dass der erste Schlitten verdrehsicher über eine erste Mutter mit Rechtsgewinde mit der Spindel und der zweite Schlitten verdrehsicher mit einer zweiten Mutter mit Linksgewinde mit der Spindel verbunden ist.
Die Aufgabe, die mitunter sehr schwere Traktionsbatterie in allen Raumrichtungen – auch bei Beschleunigung bis zu 8 g – sicher zu halten, wird ferner durch Bauteiltoleranzen im Millimeterbereich erschwert. Derartige Toleranzen, die beispielsweise durch unterschiedliche Lagetoleranzen der im Fahrzeug montierten Einrichtungen bzw. Fixierelemente verursacht werden, werden in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch ausgeglichen, dass die Muttern jeweils über eine Rutschkupplung mit dem zugehörigen Schlitten verbunden sind, wobei die Rutschkupplung unterhalb eines Schwellwertes für eine von der Spindel auf den Schlitten in Richtung der Spindelachse übertragene Kraft ein Verdrehen der zugehörigen Mutter verhindert und oberhalb des Schwellwertes ein Verdrehen der zugehörigen Mutter bewirkt. Auf diese Art und Weise kann einer der Schlitten zunächst in ein zugehöriges Fixierelement einfahren und dies solange verspannen, bis die Traktionsbatterie an entsprechender Stelle zur Anlage kommt, während gleichzeitig der zweite, auf derselben Spindel montierte Schlitten noch weiter mit seinem zugehörigen Fixierelement verspannt wird. Wäre der Antrieb hingegen starr, also ohne eine derartige Rutschkupplung ausgeführt, würde die Fixierung nach Anliegen an einer Seite auf der gegenüberliegenden Seite noch nicht fixiert sein und auch nicht weiter fixierbar sein, ohne die bereits fixierte Seite unter Umständen mechanisch überzubelasten. Die Rutschkupplung sorgt hingegen dafür, dass ab Erreichen des Schwellwertes an einem Schlitten die Mutter gleichsinnig mit der Spindel zu Drehen beginnt, während die Mutter auf der anderen Seite der Spindel noch drehfest auf der Spindel gelagert ist und somit weiter eine Kraft auf das zugehörige Fixierelement übertragen kann. Besagter Schwellwert ergibt sich aus der gewünschten Vorspannkraft, die zum sicheren Haltern der Traktionsbatterie im unterbodenseitigen Bauraum für notwendig erachtet wird. Demnach erlaubt die beschriebene Ausführungsform der Einrichtung ein individuelles Zuspannen des ersten und zweiten Schlittens, obwohl diese auf einer gemeinsamen Spindel verdrehsicher montiert sind. Die jeweilige Rutschkupplung fungiert hier als Kraftbegrenzung.
Eine besonders einfache Ausbildung einer derartigen Kraftbegrenzung gelingt in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass die Rutschkupplung als Toleranzring ausgebildet ist, der zwischen dem jeweiligen Schlitten und der jeweiligen Mutter angeordnet ist und ab Erreichen des Schwellwertes gegenüber dem Schlitten oder der Mutter durchrutscht.
Ab Erreichen des Schwellwertes soll die erste bzw. zweite Mutter gegenüber dem zugehörigen Schlitten drehen können, um die entsprechende Kraftbegrenzung zu bewirken. Besagtes Drehen wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch erleichtert, dass die Einrichtung ein erstes Wälzlager zur axialen Lagerung der ersten Mutter in dem ersten Schlitten aufweist und ein zweites Wälzlager zur axialen Lagerung der zweiten Mutter in dem zweiten Schlitten. Durch die Wälzlager wird die Stirnreibung der ersten Mutter gegenüber dem ersten Schlitten bzw. der zweiten Mutter gegenüber dem zweiten Schlitten minimiert.
Ein leichtes Anheben der Traktionsbatterie während des Fixiervorgangs kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert werden, dass die Schlitten jeweils eine keilförmige Kontur und die Fixierelemente jeweils eine keilförmige Gegenkontur aufweisen, wobei die keilförmige Kontur der Schlitten durch die Linearbewegung in die zugehörige Gegenkontur formschlüssig einfahrbar ist. Die Keilform der Kontur und Gegenkontur bewirkt, dass die beiden Schlitten, die sich während des Verspannens in horizontaler Richtung aufeinander zu bewegen, die Traktionsbatterie ein Stück weit in vertikaler Richtung anheben.
Zweckmäßigerweise sind hierbei die beiden Keilkonturen derart ausgeführt, dass sie eine enge Schmiegung darstellen, um die Flächenpressung zwischen dem jeweilige Schlitten und dem zugehörigen Fixierelement definiert in Grenzen zu halten und gleichzeitig überhöhte Kantenspannung zu vermeiden. Dies gelingt bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der die keilförmige Kontur der Schlitten einen Ballradius zwischen 20 und 200 mm aufweist und mit der zugehörigen Gegenkontur im verspannten Zustand der Traktionsbatterie einen Berührungspunkt in der Mitte der insbesondere gekrümmten Schräge der Gegenkontur bildet.
Die erfindungsgemäße Einrichtung fixiert die Traktionsbatterie zumindest in einer Raumrichtung. Diese mindestens eine Raumrichtung ist durch die Lage der Spindelachse definiert. Insbesondere dann, wenn die Schlitten die zuvor beschriebene Keilform aufweisen, wird mittels der beiden auf einer gemeinsamen Spindel montierten Schlitten auch noch eine Verspannung in einer weiteren Raumrichtung, nämlich der vertikalen, erzielt. Durch das Zusammenfahren der beiden Schlitten und die hiermit verbundene Hubbewegung wird die Traktionsbatterie gegen die Fahrzeugkarosserie in vertikaler Richtung verspannt.
Um zusätzlich noch eine Fixierung der Traktionsbatterie in der verbleibenden dritten Raumrichtung zu erzielen, umfasst die Einrichtung ferner

– einen dritten und einen vierten Schlitten, wobei die Schlitten trieblich mit der Spindel gekoppelt sind und bei der Drehung der Spindel eine einander entgegengesetzte Linearbewegung in Richtung der Spindelachse vollziehen und
– mindestens ein drittes Fixierelement umfasst,

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Einrichtung einen Motor, insbesondere einen Elektromotor zum Antrieb der Spindel. Dies hat den Vorteil, dass die Aktuierung der Einrichtung ohne weitere äußere Hilfsmittel erfolgen kann.
Eine alternative vorteilhafte Ausführung der Erfindung kennzeichnet sich hingegen dadurch, dass die Einrichtung eine Schnittstelle für ein motorisch angetriebenes, außerhalb des Fahrzeugs angeordnetes Werkzeug zum Antrieb der Spindel umfasst. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, dass der motorische Antrieb für die Spindel weder die Kosten noch das Gewicht des Fahrzeugs erhöht. Der motorische Antrieb ist insbesondere vielmehr Teil einer Batteriewechselstation. Ein von diesem Antrieb angetriebenes Werkzeug kann hierbei beispielsweise unterbodenseitig an einer entsprechenden Schnittstelle der Einrichtung ansetzen, um die Spindel gegebenenfalls über benötigte Winkeltriebe in Drehung zu versetzen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Gleiche oder zumindest gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 ein Kraftfahrzeug mit einem unterbodenseitigen Bauraum und einer Traktionsbatterie zur Unterbringung in diesen Bauraum,
2 eine Einrichtung zum Fixieren der Traktionsbatterie im unterbodenseitigen Bauraum in Schnittdarstellung,
3 eine Aufsicht auf die Einrichtung nach 2,
4 eine Seitenansicht auf die Einrichtung nach 2,
5 eine Schnittdarstellung der Einrichtung nach 2 in geöffneter Darstellung,
6 eine Schnittdarstellung der Einrichtung nach 2 in geschlossener Stellung,
7 eine erste geschnittene perspektivische Darstellung der Einrichtung nach 2,
8 eine zweite geschnittene perspektivische Darstellung der Einrichtung nach 2 und
9 eine perspektivische Darstellung der Einrichtung nach 2.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 3 mit einem unterbodenseitigen Bauraum 2 und einer Traktionsbatterie 1 zur Unterbringung in diesen Bauraum. Die dargestellte Traktionsbatterie 1, bei der es sich beispielsweise um einen Lithium-Ionen-Akku handelt, besitzt naturgemäß eine begrenzte Speicherkapazität und bietet demnach für das dargestellte Kraftfahrzeug 3 auch nur eine begrenzte Reichweite. Der Ladevorgang einer derartigen Traktionsbatterie 1 benötigt in der Regel mehrere Stunden. Um ein solches elektrisch betriebenes Fahrzeugs 3 langstreckentauglich zu machen, ist es mit einem Schnellwechselsystem für die Traktionsbatterie 1 ausgestattet. Sobald die Traktionsbatterie 1 sich dem entladenden Zustand nähert, fährt das Fahrzeug 3 in eine Batteriewechselstation, die in der Figur nicht dargestellt ist. In dieser Batteriewechselstation kann die Traktionsbatterie 1 dem unterbodenseitigen Bauraum 2 des Fahrzeugs 3 entnommen werden und gegen eine aufgeladene Batterie getauscht werden. Die entnommene Batterie wird anschließend in der Batteriewechselstation wieder geladen, um für einen erneuten Batterieaustausch insbesondere eines anderen Fahrzeugs zur Verfügung zu stehen. Demnach beinhaltet eine derartige Wechselstation eine Ladeinfrastruktur zum Aufladen der entnommenen leeren Batterien und einen Speicher, der genügend aufgeladene Batterien aufnehmen kann, die zum „Betanken” von Elektrofahrzeugen zur Verfügung stehen.
Die nicht dargestellte Batteriewechselstation umfasst eine Vorrichtung, mit der sich die Traktionsbatterie 1 zumindest ein Stück weit in den unterbodenseitigen Bauraum 2 des Fahrzeugs 3 einbringen lässt. Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise eine Art Hebebühne sein. Sobald die Traktionsbatterie 1 bis auf einen Mindestabstand mittels besagter Hebebühne in den unterbodenseitigen Bauraum 2 eingedrungen ist, wird die Traktionsbatterie 2 mittels erfindungsgemäßer Einrichtungen in den unterbodenseitigen Bauraum 2 vollständig eingezogen und dort verliersicher verspannt. Ausgestaltungen dieser Einrichtungen werden anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
2 zeigt eine solche Einrichtung zum Fixieren der Traktionsbatterie im unterbodenseitigen Bauraum in Schnittdarstellung. Die Einrichtung umfasst zunächst eine Spindel 4, auf der ein erster Schlitten 5, ein zweiter Schlitten 6, ein dritter Schlitten 14 sowie ein vierter Schlitten 15 verdrehsicher angeordnet sind. Die Verdrehsicherung ist dadurch gegeben, dass sich die Schlitten 5, 6, 14, 15 in einer entsprechend geformten Linearführung 20 befinden, die einen Formschluss mit den Schlitten 5, 6, 14, 15 bildet.
Jeder der Schlitten 5, 6, 14, 15 ist über eine Mutter 9, 10 auf der Spindel 4 gelagert. So ist der erste Schlitten 5 mittels einer ersten Mutter 9 auf der Spindel 4 gehaltert, während der zweite Schlitten 6 mittels einer zweiten Mutter 10 auf der Spindel 4 gehaltert ist. Analoges gilt für den dritten und vierten Schlitten 14, 15, wobei der Übersichtlichkeit halber hier gleichermaßen verwendete Muttern nicht mit Bezugszeichen versehen wurden.
Sämtliche Muttern 9, 10 sind mittels eines stirnseitigen Axiallagers 19 axial gegenüber dem zugehörigen Schlitten 5, 6, 14, 15 gelagert. Ferner befindet sich zwischen jeder Mutter 9, 10 und dem zugehörigen Schlitten 5, 6, 14, 15 eine Rutschkupplung 11 am Umfang der Mutter 9, 10. Diese ist als Toleranzring ausgebildet. Ein mit den Schlitten 5, 6, 14, 15 zusammenwirkendes Element umfasst ein erstes und zweites Fixierelement 7, 6 sowie ein drittes Fixierelement 16, welches in der Darstellung gemäß 2 nur partiell zu erkennen ist. Vorteilhafterweise sind die Fixierelemente 7, 8, 16 für eine Montage an der Traktionsbatterie vorgesehen, während die dargestellte Anordnung umfassend die Spindel 4 sowie die Schlitten 5, 6, 14, 15 mit den zugehörigen Elementen im Bereich des unterbodenseitigen Bauraums des Fahrzeugs an dessen Karosserie montierbar sind. Jedoch ist eine Anordnung der Elemente auch in umgekehrter Form denkbar und von der Erfindung umfasst. Umgekehrt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Fixierelemente 7, 8, 16 an der Karosserie des Fahrzeugs im Bereich des unterbodenseitigen Bauraums anzuordnen sind, während die Spindel 4 mit den darauf montierten Schlitten 5, 6, 14, 15 zur Montage an der Batterie bzw. einem die Batterie haltenden Batterietrog vorgesehen sind.
Bei der dargestellten Ausführungsform weist die erste Mutter 9 ein Linksgewinde auf, während die zweite Mutter 10 ein Rechtsgewinde umfasst. Dies führt dazu, dass sich bei einer Drehung der Spindel 4 in eine erste Drehrichtung der erste und zweite Schlitten 5, 6 aufeinander zubewegen, während sich besagte Schlitten 5, 6 bei einer Drehung der Spindel 4 in eine entgegengesetzte zweite Richtung voneinander entfernen. Die Muttern, mit denen der dritte Schlitten 14 und der vierte Schlitten 15 auf der Spindel 4 gelagert sind, sind ebenso mit gegenläufigen Gewinden ausgebildet, sodass der dritte Schlitten 14 bei einer Drehung der Spindel 4 dieselbe translatorische Bewegung durchführt wie der erste Schlitten 5 und der vierte Schlitten 15 dieselbe Bewegung in translatorischer Richtung durchführt wie der zweite Schlitten 6. Die Orientierung der Spindelachse bewirkt, dass sich die Schlitten 5, 6, 14, 15 stets entlang der x-Koordinate 12 bewegen.
Zum Anheben der Traktionsbatterie in den unterbodenseitigen Bauraum und zum verliersicheren Verspannen besagter Traktionsbatterie wird eine Drehrichtung der Spindel 4 gewählt, bei der sich erster und zweiter Schlitten 5, 6 ebenso wie dritter und vierter Schlitten 14, 15 aufeinander zu bewegen. Wie in der Darstellung zu erkennen ist, weisen erster und zweiter Schlitten 5, 6 eine keilförmige Kontur auf, die im verspannten Zustand in eine ebenfalls keilförmige Gegenkontur des ersten und zweiten Fixierelementes 7, 8 eingefahren ist. Aufgrund dieser keilförmigen Kontur führt die translatorische Bewegung der Schlitten 5, 6 in x-Richtung nicht nur zu einem Verspannen der Batterie in Richtung der x-Achse 12, sondern auch zu einem Anheben der Batterie in Richtung der z-Achse 21 und mithin auch zu einem Verspannen der Batterie in vertikaler Richtung gegenüber der Karosserie des Fahrzeugs. Ein Verspannen der Batterie in Richtung der verbliebenen Raumkoordinate, der y-Richtung 13, die sich in Richtung der Zeichenebene erstreckt, erfolgt mittels des dritten und vierten Schlittens 14, 15 und des hiermit zusammenwirkenden dritten Fixierelementes 16.
In der Aufsicht auf die Einrichtung nach 2, die in 3 dargestellt ist, ist ebenso wie in der in 4 dargestellten Seitenansicht vornehmlich die Ausgestaltung der Linearführung 20 zu erkennen.
5 zeigt eine Schnittdarstellung der Einrichtung nach 2 in geöffnetem Zustand. Hierbei befinden sich die insbesondere an der Traktionsbatterie angeordneten Fixierelemente 7, 8, 16 in vertikaler Richtung betrachtet noch so weit von der Spindel 4 mit den darauf montierten Schlitten 5, 6, 14, 15 entfernt, dass diese mit den Fixierelementen 7, 8, 16 nicht in Eingriff geraten können. Demnach muss die Traktionsbatterie mittels der externen Wechselstation noch ein Stück weit angehoben werden, bevor diese mithilfe der Schlitten 5, 6, 14, 15 im unterbodenseitigen Bauraum des Fahrzeugs verspannt werden kann. Sobald dies geschehen ist, wird die Spindel 4 derart gedreht, dass sich die in der Abbildung auf der linken Seite befindlichen Schlitten 5, 14 den in der Abbildung rechts dargestellten Schlitten 6, 15 in horizontaler Richtung annähern. Die keilförmigen Konturen des ersten und zweiten Schlittens 5, 6 greifen in das erste und zweite Fixierelement 7, 8 ein. Bei der horizontalen Bewegung der Schlitten 5, 6 läuft deren keilförmige Kontur entlang der keilförmigen Gegenkontur des ersten und zweiten Fixierelementes 7, 8 und hebt hierbei die Traktionsbatterie noch ein weiteres Stück, insbesondere in etwa 25 cm, in den unterbodenseitigen Bauraum des Fahrzeug.
6 zeigt eine Schnittdarstellung der Einrichtung nach 2 in geschlossener Stellung. Nunmehr sind die Schlitten 5, 6, 14, 15 in die entsprechenden Fixierelemente 7, 8, 16 eingefahren. Aufgrund von Toleranzen der beteiligten Bauteile und der Einbaulage im Fahrzeug bzw. an der Batterie wird in der Regel beispielsweise zwischen dem ersten Schlitten 5 und dem ersten Fixierelement 7 bereits eine ausreichende Vorspannkraft erreicht, bevor dies zwischen dem zweiten Schlitten 6 und dem zweiten Fixierelement 8 geschieht. Aufgrund der Rutschkupplung 11 zwischen der ersten Mutter 9 und dem ersten Schlitten 5 kann in diesem Zustand die erste Mutter 9 mit der Spindel ab Erreichen der notwendigen Vorspannkraft mitdrehen, sodass ein weiteres Drehen der Spindel 4 nicht zu einer Erhöhung der Vorspannkraft zwischen dem ersten Schlitten 5 und dem ersten Fixierelement 7 führt. Derweil kann die Vorspannkraft zwischen dem zweiten Schlitten 6 und dem zweiten Fixierelement 8 bis zum Erreichen der notwendigen Vorspannkraft auch auf dieser Seite weiter erhöht werden.
Anhand der 7, 8 und 9, die perspektivische bzw. geschnitten perspektivische Darstellungen der Einrichtung nach 2 bieten, ist zu erkennen, wie mittels des dritten Schlittens 14 und des vierten Schlittens 15 in Wechselwirkung mit dem dritten Fixierelement 16 eine Verspannung in y-Richtung 13 (siehe 2) erzielt werden kann. Der dritte und vierte Schlitten 14, 15 keilen das dritte Fixierelement 16 hierbei beidseitig ein, sodass nach Erreichen der notwendigen Vorspannkraft auch in der orthogonal zur Spindelachse orientierten horizontal verlaufenden Raumrichtung Spielfreiheit bei der Lagerung der Traktionsbatterie im unterbodenseitigen Bauraum erreicht werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Traktionsbatterie
2: Unterbodenseitiger Bauraum
3: Fahrzeug
4: Spindel
5: erster Schlitten
6: zweiter Schlitten
7: erstes Fixierelement
8: zweites Fixierelement
9: erste Mutter
10: zweite Mutter
11: Rutschkupplung
12: x-Richtung
13: y-Richtung
14: dritter Schlitten
15: vierter Schlitten
16: drittes Fixierelement
17: Motor
18: erstes Wälzlager
19: zweites Wälzlager
20: Linearführung
21: z-Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009082957 A1 [0003]
US 20100071979 A1 [0006]

Claims

Einrichtung zum Fixieren einer wechselbaren Traktionsbatterie (1) in einem unterbodenseitigen Bauraum (2) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (3) mit – einer Spindel (4), – einem ersten und einem zweiten Schlitten (5, 6), wobei die Schlitten (5, 6) trieblich mit der Spindel (4) gekoppelt sind und bei einer Drehung der Spindel (4) eine einander entgegengesetzte Linearbewegung in Richtung der Spindelachse vollziehen, – ein erstes und zweites Fixierelement (7, 8), wobei in jedes der Fixierlemente (7, 8) jeweils einer der Schlitten (5, 6) durch Drehen der Spindel (4) zum Verspannen der Traktionsbatterie (1) im unterbodenseitigen Bauraum (2) einfahren kann, wobei – die Spindel (4) mit den Schlitten (5, 6) am Fahrzeug (3) und die Fixierelemente (7, 8) an der Traktionsbatterie (1) befestigbar sind oder – die Spindel (4) mit den Schlitten (5, 6) an der Traktionsbatterie (1) und die Fixierelemente (7) am Fahrzeug (3) befestigbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Schlitten (5) verdrehsicher über eine erste Mutter (9) mit Rechtsgewinde mit der Spindel (4) und der zweite Schlitten (6) verdrehsicher mit einer zweiten Mutter (10) mit Linksgewinde mit der Spindel (4) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die Muttern (9, 10) jeweils über eine Rutschkupplung (11) mit dem zugehörigen Schlitten (5, 6) verbunden sind, wobei die Rutschkupplung (11) unterhalb eines Schwellwertes für eine von der Spindel (4) auf den Schlitten (5, 6) in Richtung der Spindelachse übertragenene Kraft ein Verdrehen der zugehörigen Mutter (9, 10) verhindert und oberhalb des Schwellwertes ein Verdrehen der zugehörigen Mutter (9, 10) bewirkt.
Einrichtung nach Anspruch 3, wobei die Rutschlupplung (3) als Toleranzring ausgebildet ist, der zwischen dem jeweiligen Schlitten (5, 6) und der jeweiligen Mutter (9, 10) angeordnet ist und ab Erreichen des Schwellwertes gegenüber dem Schlitten (5, 6) oder der Mutter (9, 10) durchrutscht.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem ersten Wälzlager (18) zur axialen Lagerung der ersten Mutter (9) in dem ersten Schlitten (5) und einem zweiten Wälzlager (19) zur axialen Lagerung der zweiten Mutter (10) in dem zweiten Schlitten (6).
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlitten (5, 6) jeweils eine keilförmige Kontur und die Fixierelemente (7, 8) jeweils eine keilförmige Gegenkontur aufweisen, wobei die keilförmige Kontur der Schlitten (5, 6) durch die Linearbewegung in die zugehörige Gegenkontur formschlüssig einfahrbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die keilförmige Kontur der Schlitten (5, 6) einen Ballradius zwischen 20 und 200 mm aufweist und mit der zugehörigen Gegenkontur im verspannten Zustand der Traktionsbatterie (1) einen Berührpunkt in der Mitte der insbesondere gekrümmten Schräge der Gegenkontur bildet.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels des ersten und zweiten Schlittens (5, 6) auf das erste und zweite Fixierelement (7, 8) eine Spannkraft in einer ersten Raumkoordinate (12) übertragbar ist und die Einrichtung ferner – einen dritten und einen vierten Schlitten (14, 15) aufweist, wobei die Schlitten (14, 15) trieblich mit der Spindel (4) gekoppelt sind und bei der Drehung der Spindel (4) eine einander entgegengesetzte Linearbewegung in Richtung der Spindelachse vollziehen, und – mindestens ein drittes Fixierelement (16) umfasst, wobei der dritte und vierte Schlitten (14, 15) durch Drehung der Spindel (4) derart in das dritte Fixierelement (16) einfahrbar sind, dass eine Spannkraft in Richtung einer zweiten, zur ersten Raumkoordinate orthogonalen Raumkoordinate (13) auf das dritte Fixierlement (16) übertragbar ist, die gemeinsam mit der ersten Raumkoordinate (12) in einer horizontalen Ebene orientiert ist.
Einrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung einen Motor (17), insbesondere einen Elektromotor, zum Antrieb der Spindel (4) umfasst.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Einrichtung eine Schnittstelle für ein motorisch angetriebenes, außerhalb des Fahrzeugs (3) angeordnetes Werkzeug zum Antrieb der Spindel (4) umfasst.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (3) mit einem unterbodenseitigen Bauraum (2) und einer hierin angeordneten wechselbaren Traktionsbatterie (1), wobei das Fahrzeug (3) mindestens zwei Einrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist und wobei – die Spindeln (4) mit den Schlitten (5, 6, 14, 15) an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten des unterbodenseitigen Bauraums (2) angeordnet sind, während die Fixierelemente (7, 8, 16) an der Traktionsbatterie (1) angeordnet sind, oder – die Spindeln (4) mit den Schlitten (5, 6, 14, 15) an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten der Traktionsbatterie (1) angeordnet sind, während die Fixierelemente (7, 8, 16) am unterbodenseitigen Bauraum (2) angeordnet sind.