-
Die Erfindung betrifft einen Tragrahmen zum Halten wenigstens eines Energiespeichers und/oder einer Antriebskomponente der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
-
Ein solcher Tragrahmen ist aus der
DE 10 2009 040 814 A1 bekannt. Der Tragrahmen dient zum Halten wenigstens eines Energiespeichers und/oder einer Antriebskomponente an einem Unterboden eines Personenkraftwagens, mit einer aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildeten Bodenstruktur.
-
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tragrahmen der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher bei einem geringen Bauraumbedarf eine hohe Crashsicherheit für die daran aufgenommenen Energiespeicher und/oder Antriebskomponenten aufweist.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Tragrahmen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Zur Bereitstellung eines Tragrahmens mit einem geringen Bauraumbedarf bei einer gleichzeitig hohen Crashsicherheit für die daran aufgenommenen Energiespeicher und/oder Antriebskomponenten ist es bei einem erfindungsgemäßen Tragrahmen vorgesehen, dass die Bodenstruktur jeweilige seitliche Prallelemente aus faserverstärktem Kunststoff umfasst, welche über wenigstens ein Stützelement miteinander verbunden sind. Durch die seitlich angebrachten Prallelemente können in einem Crashfall, insbesondere bei einem seitlichen Pfahlaufprall, die dabei auftretenden Kräfte gleichmäßig aufgenommen und über das die Prallelemente verbindende Stützelement auf die lastabgewandte Seite geleitet werden. Des Weiteren dienen die Prallelemente auch zur Energieabsorption bei einem Seitencrash, insbesondere bei einem Pfahlaufprall, so dass dabei auftretende Kräfte reduziert werden können. Insgesamt wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau eine erhebliche Reduktion von Intrusionen bei einem Crashfall, insbesondere bei einem Seitencrash, ermöglicht, so dass crash- bzw. intrusionsempfindliche Komponenten, insbesondere alternative Antriebe wie beispielsweise Wasserstoff-Flaschen, Gasflaschen, Hochvoltbatterien, Rangeextender und dergleichen vor gefährlichen Beschädigungen geschützt werden. Ferner kann durch die Ausbildung des Tragrahmens aus einem faserverstärkten Kunststoff eine lastoptimierte und somit auch eine besonders kompakte und bauraumsparende Bauweise des gesamten Tragrahmens erzielt werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bodenstruktur mit den seitlichen Prallelementen und dem wenigstens einen Stützelement einstückig ausgebildet ist. Zum einen kann dadurch der notwendige Montageaufwand erheblich reduziert werden und zum anderen wird die Steifigkeit der gesamten Bodenstruktur durch den einstückigen Aufbau verbessert, wodurch die Crashsicherheit des gesamten Tragrahmens insbesondere im Hinblick auf die damit aufgenommenen Energiespeicher und/oder Antriebskomponenten erhöht wird.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass an einem rückseitigen Bereich der Bodenstruktur ein aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildeter Rahmen zum Halten wenigstens eines weiteren Energiespeichers und/oder einer weiteren Antriebskomponente angebracht ist. üblicherweise ist der Bereich im Heckboden eines Personenkraftwagens ein eher unkritischer Bereich hinsichtlich eines Unfalls, so dass mittels des aus dem Leichtmetall ausgebildeten Rahmens eine einfache und somit auch kostengünstige Möglichkeit zum Halten weiterer Energiespeicher und/oder weiterer Antriebskomponenten bereitgestellt wird.
-
Vorzugsweise ist der Rahmen dabei an der Bodenstruktur angeklebt. Der Aufwand zur Herstellung des Zusammenbaus aus Bodenstruktur und Rahmen wird dadurch besonders gering gehalten, da der aus Leichtmetall ausgebildete Rahmen lediglich über eine steife Klebung gefügt und gegebenenfalls noch durch zusätzliche Nietverbindungen gesichert werden kann.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bodenstruktur und die Prallelemente aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff ausgebildet sind. Dadurch können die Bodenstruktur und die Prallelemente mit einer hohen Steifigkeit und Festigkeit ausgebildet werden, wodurch die Crashsicherheit des Tragrahmens verbessert wird.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bodenstruktur und die Prallelemente mittels eines Spritzpressverfahrens hergestellt sind. Beispielsweise können durch das sogenannte Resin Transfer Molding sowohl die Bodenstruktur als auch die Prallelemente insbesondere bei großen Stückzahlen besonders kostengünstig hergestellt werden.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Prallelemente jeweils wenigstens einen Schaumkern umfassen, welcher jeweils von wenigstens einer faserverstärkten Kunststofflage ummantelt ist, wobei die Prallelemente an die Bodenstruktur anlaminiert sind. Zum einen können die Prallelemente dadurch besonders leichtgewichtig ausgebildet werden und zum anderen dient der Schaumkern zur Energieabsorption in einem Crashfall, insbesondere bei einem Seitencrash.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass an der Bodenstruktur mehrere metallische Befestigungselemente angebracht sind, mittels welchen der Energiespeicher und/oder die Antriebskomponente und/oder elektrische Komponenten an der Bodenstruktur befestigbar sind. Dadurch können die an dem Tragrahmen angebrachten bzw. gehaltenen Energiespeicher und/oder Antriebskomponenten bzw. weitere elektrische Komponenten auf besonders einfache Weise an der Bodenstruktur befestigt werden.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Bodenstruktur eine aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, ausgebildete Platte umfasst, welche zwischen den Prallelementen angeordnet ist und diese miteinander verbindet. Dadurch wird die Steifigkeit der Bodenstruktur erhöht, wodurch ungewünschte Intrusionen bei einem Seitencrash verhindert werden können. Auftretende Lasten können durch die Prallelemente über die Platte besonders effektiv auf die lastabgewandte Seite geleitet werden, so dass im Bereich der Platte aufgenommene Energiespeicher und/oder Antriebskomponenten des Kraftwagens besonders gut vor Beschädigungen geschützt werden.
-
Schließlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Platte eine mit der Außenkontur des aufzunehmenden Energiespeichers und/oder der Antriebskomponente korrespondierende Kontur, insbesondere eine wellblechförmig ausgebildete Kontur aufweist. Zum einen trägt dies zu einer zusätzlichen Steifigkeitserhöhung bei und zum anderen kann durch die komplementäre Ausbildung der Platte mit den daran aufzunehmenden Energiespeichern und/oder Antriebskomponenten Bauraum eingespart werden.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
-
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine Draufsicht auf einen Unterboden eines Personenkraftwagens in dessen Mitte ein Tragrahmen angeordnet ist, mittels welchem ein Rangeextender des Personenkraftwagens gehalten ist;
-
2 eine Perspektivansicht auf den Tragrahmen, mittels welchem der in 1 gezeigte Rangeextender gehalten ist;
-
3 eine Draufsicht auf einen Unterboden eines weiteren Personenkraftwagens, in dessen Mitte eine alternative Ausführungsform des Tragrahmens angeordnet ist, mittels welchem eine Mehrzahl von Wasserstoff-Flaschen im Unterbodenbereich des Personenkraftwagens gehalten sind;
-
4 eine Perspektivansicht auf den in 3 gezeigten Tragrahmen, mittels welchem die Wasserstoff-Flaschen gehalten sind; und
-
5 eine Schnittansicht eines Prallelements aus einem faserverstärkten Kunststoff, welches in den 1 und 3 außenseitig an den beiden Ausführungsformen der Tragrahmen angebracht ist.
-
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Ein Unterboden 10 eines nicht näher bezeichneten Personenkraftwagens, an welchem ein Tragrahmen 12 zum Halten einer als Rangeextender ausgebildeten Antriebskomponente 14 angebracht ist, ist in 1 gezeigt. Mit anderen Worten dient der Tragrahmen 12 als Montagerahmen, an welchem im vorliegenden Fall die Antriebskomponente anmontiert und somit auch an den Unterboden 10 angebracht werden kann. Es ist in 1 also eine Montageanordnung der in dem Tragrahmen 12 aufgenommenen und an dem Unterboden angeordneten Antriebskomponente 14 gezeigt.
-
In 2 ist der Tragrahmen 12 in einer Perspektivansicht gezeigt. Der Tragrahmen 12 umfasst eine Bodenstruktur 16, welche aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst die Bodenstruktur 16 jeweilige seitliche Prallelemente 18, welche ebenfalls aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet und über jeweilige Stützelemente 20 miteinander verbunden sind. Die Bodenstruktur 16 ist mit den seitlichen Prallelementen 18 und den Stützelementen 20 einstückig ausgebildet. Die gesamte Bodenstruktur 16 und die Prallelemente 18 sowie die Stützelemente 20 sind aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff ausgebildet. Die Bodenstruktur 16 und die Prallelemente 18 können beispielsweise mittels eines Spritzpressverfahrens hergestellt werden.
-
An der Bodenstruktur 16 sind des Weiteren mehrere metallische Befestigungselemente 22 vorgesehen, mittels welchen im vorliegenden Fall die als Rangeextender ausgebildete Antriebskomponente 14 an dem Tragrahmen 12 bzw. an der Bodenstruktur 16 befestigt werden kann. Die Befestigungselemente 22 können darüber hinaus auch dazu genutzt werden, weitere hier nicht näher bezeichnete, insbesondere elektrische, Komponenten an der Bodenstruktur 16 zu befestigen.
-
An einem rückseitigen Bereich der Bodenstruktur 16 ist ein aus einem Leichtmetall, im vorliegenden Fall aus einem Aluminium, ausgebildeter Rahmen 24 zum Halten wenigstens eines weiteren Energiespeichers und/oder einer weiteren Antriebskomponente angebracht. Mit anderen Worten ist der Rahmen 24 als eine sich an der Bodenstruktur 16 heckseitig anschließende Leichtmetallstruktur ausgebildet, die beispielsweise zur Befestigung einer Wasserstoff-Flasche, eines Abluftmoduls, eines Kraftstofftanks, Komponenten einer Rangeextendervariante oder dergleichen dienen kann. In diesem hinteren Bereich ist die Crashgefahr nicht so hoch, so dass dort auf besonders aussteifende, kraftumleitende und energieabsorbierende Vorkehrungen verzichtet werden kann. Der Rahmen 24 ist dabei an der Bodenstruktur 16 angeklebt. Dadurch, dass aufgrund der verringerten Crashgefahr in diesem Heckbereich die Leichtmetallstruktur besonders einfach ausgestaltet werden kann, ist diese besonders kostengünstig.
-
In 3 ist eine weitere Variante eines Unterbodens 10' eines nicht näher bezeichneten Personenkraftwagens gezeigt, an welchem eine alternative Ausführungsform eines Tragrahmens 26 gezeigt ist. Vorliegend ist der Tragrahmen 26 dazu ausgebildet, eine Mehrzahl von als Wasserstoff-Flaschen 28 ausgebildete Energiespeicher zu halten bzw. aufzunehmen.
-
In 4 ist der Tragrahmen 26 in einer Perspektivansicht gezeigt. Genau wie der Tragrahmen 12, welcher in 1 bzw. 2 gezeigt ist, weist der Tragrahmen 26 eine Bodenstruktur 16 sowie jeweilige seitliche Prallelemente 18 aus faserverstärktem Kunststoff auf, welche vorliegend über ein Stützelement 20 miteinander verbunden sind. Im Gegensatz zu dem Tragrahmen 12 umfasst der Tragrahmen 26 bzw. die Bodenstruktur 16 eine aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere aus einem kohlfaserverstärkten Kunststoff, ausgebildete Platte 28, welche zwischen den Prallelementen 18 angeordnet ist und diese miteinander verbindet. Die Platte 28 dient also ebenfalls als Stützelement in Form eines Schubfelds, mittels welchem bei einem Seitencrash entsprechend auftretende und von einem der Prallelemente 18 aufgenommene Kräfte großflächig verteilt und auf die jeweils crashabgewandte Seite des Tragrahmens 26 umgeleitet werden.
-
Die Platte 30 weist eine mit den Außenkonturen der aufgenommenen Wasserstoff-Flaschen 28 korrespondierende Kontur auf, wobei diese im vorliegenden Fall wellblechförmig ausgebildet ist. Zum einen wird dadurch die Steifigkeit der Platte 30 zusätzlich erhöht und zum anderen wird durch die den Wasserstoff-Flaschen 28 nachempfundene Kontur Bauraum eingespart, so dass die Wasserstoff-Flaschen 28 besonders platzsparend an dem Unterboden 10' angebracht werden können. An der Bodenstruktur 16 sind vorliegend ebenfalls eine Mehrzahl metallischer Befestigungselemente 22 angebracht, mittels welchen im vorliegenden Fall die Wasserstoff-Flaschen 28 an der Bodenstruktur 16 bzw. an dem Tragrahmen 26 aufgenommen werden können. Die Befestigungselemente 22 sind jeweils am Ende einer jeweiligen Rinne 32 der Platte 30 angeordnet, wobei im Montagezustand die Wasserstoff-Flaschen 28 kontaktlos über den Rinnen 32 angeordnet sind bzw. über diesen schweben.
-
Ferner ist an dem Tragrahmen 26 ebenfalls ein aus Aluminium ausgebildeter Rahmen 24 vorgesehen, welcher an die Bodenstruktur 16 angeklebt ist.
-
In 5 ist eines der Prallelemente 18 in einer schematischen Schnittansicht gezeigt. Das Prallelement 18 weist eine Mehrzahl von Schaumstoffkernen 34 auf, welche jeweils von einer Mehrzahl von faserverstärkten Kunststofflagen 36 bis 48 ummantelt sind. Bei der Kunststofflage 36 handelt es sich vorliegend um einen 1,3 mm dicken Flechtschlauch, welcher eine Art Außenhülle des Prallelements 18 ausbildet.
-
Bei der Kunststofflage 38 handelt es sich ebenfalls um einen Flechtschlauch, welcher vorliegend eine Dicke von 0,4 mm aufweist, und die beiden oberen Schaumstoffelemente 34 ummantelt.
-
Der linkere obere Schaumkern 34 ist von der Kunststofflage 40 zumindest teilweise ummantelt, welche vorliegend aus zwei Lagen mit orthogonal zueinander ausgerichteten Verstärkungsfasern besteht, welche insgesamt eine Dicke von 0,7 mm aufweist. Der rechte obere Schaumkern 34 ist zumindest bereichsweise von einer Kunststofflage 42 ummantelt, welche vorliegend drei Lagen mit einer Gesamtdicke von 1 mm umfasst, wobei innerhalb der jeweiligen Lagen Verstärkungsfasern in 0 Grad, 90 Grad bzw. 0 Grad ausgerichtet sind.
-
Die beiden unteren Schaumkerne 34 sind von der Kunststofflage 44 ummantelt, bei welcher es sich vorliegend um einen 1,8 mm dicken Flechtschlauch handelt. Der untere rechte Schaumkern 34 ist zumindest teilweise von der Kunststofflage 46 ummantelt, bei welcher es sich vorliegend um einen dreilagige Schicht mit 1 mm Dicke handelt, bei welcher Verstärkungsfasern in 0 bzw. 90 Grad zueinander angeordnet sind. Schließlich ist der untere linke Schaumkern 34 von der Kunststofflage 48 zumindest teilweise ummantelt, wobei diese zwei Lagen mit ±45 Grad zueinander ausgerichteten Verstärkungsfasern aufweist und eine Gesamtdicke von 0,8 mm aufweist.
-
Bei den Verstärkungsfasern der Kunststofflagen 40, 42, 46, 48 kann es sich beispielsweise um Kohlenstofffasern, Glasfasern, Metallfasern und dergleichen handeln.
-
Zwei der Prallelemente 18 sind an die Bodenstruktur 16 anlaminiert, so dass die Bodenstruktur 16 und die Prallelemente 18 insgesamt einstückig ausgebildet sind. Die Schaumstoffkerne 34 dienen dabei in einem Seitencrashfall zur Energieabsorption, so dass an der Bodenstruktur 16 angebrachte bzw. aufgenommene Energiespeicher 28 und/oder Antriebskomponenten 14 besonders gut vor Beschädigungen und insbesondere vor Intrusionen geschützt werden. Die Prallelemente 18 sind also mit anderen Worten als Art Prallplatten in Form jeweiliger Wickelteile ausgebildet, die die Schaumkerne 34 in sich tragen.
-
Durch die Ausbildung der Bodenstruktur 16 des Tragrahmens 26 in Faserverbundbauweise kann das Gesamtgewicht gegenüber einer als Stahlkonstruktion ausgebildeten Variante erheblich reduziert werden. Ferner ist ein verbessertes Toleranzmanagement möglich, da kein Verzug mehr durch Schweißvorgänge oder dergleichen auftritt, welcher bei üblicherweise aus vielen Einzelteilen zusammengeschweißten Stahlvarianten erfolgt.
-
Der mehrteilige Aufbau des Tragrahmens 10 bzw. 10' bzw. der Bodenstruktur 16 kann durch eine differenzielle Fertigung in Form von Resin Transfer Molding bzw. Vakuum-Infusion und durch Erstellen des Zusammenbaus in einer Klebevorrichtung hergestellt werden. Alle mittels des Resin Transfer Molding hergestellten Komponenten können mittels sogenannter One-Shot-Verfahren hergestellt werden, wobei mehrteilige Preforms genutzt und eine integrale Fertigung verwendet wird.
-
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 102009040814 A1 [0002]
- DE 102009053138 A1 [0003]
