DE102013102501A1

DE102013102501A1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013102501A1
Application number: DE102013102501.3A
Authority: DE
Inventors: Ralf Keller; Eduard Ewert
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: DE102013102501B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem heckseitigen Querträger sowie mit einer im Heckbereich vor dem Querträger angeordneten Traktionsbatterie. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der heckseitige Querträger als Hohlträger ausgebildet ist und die beiden hinteren Längsenden der Längsträger miteinander verbindet und dass zwischen der Traktionsbatterie und dem heckseitigen Querträger ein Schutzprofil angeordnet ist, welches die Traktionsbatterie bei einem Heckaufprall schützt. Hierdurch ist ein besonders effektiver Schutz der Traktionsbatterie im Crashfall möglich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem heckseitigen Querträger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Schutzprofil für ein derartiges Kraftfahrzeug.
Bei Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antrieb oder Zusatzantrieb (Elektro- oder Hybridfahrzeugen) kann es im Falle eines Unfalls zu einer Deformation der Hochvoltbatterie (Traktionsbatterie) oder aber zur Intrusion von Kleinteilen (Schrauben, Schweißbolzen, etc.) in die Traktionsbatterie kommen. Eine zu große Deformation im Crashfall kann jedoch zu einem Kurzschluss der Traktionsbatterie führen, wodurch im schlimmsten Fall ein Brand ausgelöst werden kann. Aus diesem Grund werden Traktionsbatterien, insbesondere in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, in einem crashstabilen Gehäuse bzw. einem Crashrahmen untergebracht, der Deformationen innerhalb der Traktionsbatterie zumindest minimieren, vorzugsweise sogar gänzlich vermeiden soll.
Aus der DE 10 2011 102 412 A1 ist ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie bekannt, die in einem Heckbereich des Kraftfahrzeuges zwischen zwei Längsträgern angeordnet ist. Über Befestigungsstellen ist dabei die Traktionsbatterie an einem Tragrahmen gehalten. Des Weiteren ist ein mit dem Tragrahmen verbundener Deformationsquerträger vorgesehen, der zur Aufnahme von Aufprallkräften bei einer Heckkollision um einen freien Deformationsweg hinter dem Tragrahmen angeordnet ist. Bei einer Heckkollision wird somit unter Verformung des Deformationsquerträgers Aufprallenergie absorbiert, ohne dass übermäßig große Aufprallkräfte in die vom Tragrahmen umrahmte Traktionsbatterie eingeleitet werden. Insbesondere sind aufgrund des dem Tragrahmen vorgeschalteten Deformationsquerträgers die Batteriebefestigungsstellen zwischen dem Batteriegehäuse und dem Tragrahmen von dem, die Crashkräfte aufnehmenden Deformationsquerträger entkoppelt. Hierdurch soll ein erhöhter Schutz für die Traktionsbatterie bereitgestellt werden können.
Aus der DE 10 2010 033 123 A1 ist eine Anordnung einer Energiespeichereinrichtung an einem Rohbau eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei welcher die Energiespeichereinrichtung zumindest mittelbar an dem Rohbau des Kraftfahrzeugs gehalten ist. Darüber hinaus ist wenigstens ein Betätigungselement vorgesehen, mittels welchem die Energiespeichereinrichtung vor oder bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Kraftfahrzeuges relativ zum Rohbau bewegbar ist. Durch dieses Betätigungselement soll die Energiespeichereinrichtung in Crash-/Lastfällen vor einer unerwünschten Beschädigung und/oder Zerstörung geschützt werden, indem die Energiespeichereinrichtung relativ zum Rohbau und zumindest überwiegend, insbesondere komplett, aus dem Anprallbereich des Rohbaus bzw. aus dem Bereich, der bei einem Unfall und damit bei einem vorgegebenen Lastfall mit Kräften beaufschlagt und gegebenenfalls deformiert wird, bewegt wird. Hierdurch soll sich insbesondere ein verbessertes Unfallverhalten des Kraftfahrzeuges ergeben.
Aus der EP 2 353 971 A1 ist ebenfalls ein Kraftfahrzeug mit einer in einem Heckbereich angeordneten Traktionsbatterie bekannt. Um diese Traktionsbatterie gegen Heckaufprallkräfte besser schützen zu können, ist neben einem Fahrzeugquerträger zusätzlich ein Aussteifungsträger vorgesehen, der in Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden Fahrzeuglängsträgern verläuft und der beabstandet zur Traktionsbatterie angeordnet ist, so dass eine Verformung des Aussteifungsträgers bei einem Heckaufprall zunächst ohne direkte Einwirkung auf die Traktionsbatterie erfolgen kann. Auch hierdurch soll das Crashverhalten des Kraftfahrzeugs verbessert bzw. die Gefahr einer Beschädigung der Traktionsbatterie bei einem Heckaufprall gemindert werden.
Auch aus der JP 2002186101 A ist eine crashstabilisierende Struktur zum Schutz einer Traktionsbatterie bei einem Crash eines Kraftfahrzeugs bekannt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Kraftfahrzeug der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere einen verbesserten Schutz einer Traktionsbatterie bei einem Fahrzeugcrash bewirken soll.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Kraftfahrzeug mit einer heckseitig angeordneten Traktionsbatterie, insbesondere bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, ein besonderes konstruktives Schutzsystem für die Traktionsbatterie vorzusehen, welches die Gefahr einer Beschädigung der Traktionsbatterie bei einem Heckaufprall zumindest minimiert. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist dabei in bekannter Weise einen heckseitigen Querträger auf, wobei die Traktionsbatterie im Heckbereich vor dem heckseitigen Querträger und insbesondere zwischen den beiden Längsträgern angeordnet ist. Um möglichst viel Aufprallenergie absorbieren zu können und zudem sowohl für einen flächigen als auch für einen lokalen Heckaufprall gerüstet zu sein, ist der heckseitige Querträger erfindungsgemäß als Hohlträger, insbesondere als kreisbogenförmiger Hohlträger ausgebildet und verbindet die beiden hinteren Längsenden der Längsträger miteinander. Besonders durch die Ausbildung als Hohlträger besitzt der Querträger ein vergleichsweise hohes Flächenträgheitsmoment und dadurch eine vergleichsweise hohe Steifigkeit, was eine hohe Aufnahme an Aufprallenergie und Umwandlung derselben in Deformationsarbeit ermöglicht. Zwischen der Traktionsbatterie und dem heckseitigen Querträger ist üblicherweise noch ein bislang freier Bauraum vorgesehen, der nun erfindungsgemäß von einem Schutzprofil zumindest teilweise ausgefüllt wird, wobei dieses Schutzprofil dafür vorgesehen ist, die Traktionsbatterie ebenfalls bei einem Heckaufprall vor einer unerwünschten Krafteinwirkung zu schützen. Durch das zusätzliche Schutzprofil ist somit der Heckbereich des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs nicht nur über den Querträger in der Lage, Deformationsenergie aufzunehmen und abzubauen, sondern zusätzlich auch über das Schutzprofil, welches in der Art eines Schutzschildes wirkt und dadurch beispielsweise das unerwünschte Eindringen von Kleinteilen, wie beispielsweise Schrauben oder Bolzen, in die Traktionsbatterie zuverlässig verhindert. Insbesondere bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen ist die Traktionsbatterie oftmals als Hochvoltbatterie ausgelegt, bei welchen es bei einem Eindringen von Kleinteilen zu einem Kurzschluss und damit zu einem Brand des Kraftfahrzeugs kommen kann, was unbedingt vermieden werden muss. Durch das Schutzprofil, welches in der Art eines Schutzschildes wirkt, kann die Traktionsbatterie zusätzlich nicht nur vor einer Deformation, sondern vor allem auch von einem unerwünschten Eindringen von Kleinteilen geschützt werden, welche gegebenenfalls zu einem Kurzschluss und damit einem Brand führen könnten.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der heckseitige Querträger als gebogenes oder gerades Strangpressprofil oder aber als gebautes Kastenprofil ausgebildet. Beide Varianten erlauben eine einerseits wirtschaftliche und dadurch kostengünstige Herstellungsweise und andererseits ein hohes Biegemoment, welches zur Aufnahme hoher Anprallkräfte geeignet ist. Dabei ist denkbar, dass das Hohlprofil lediglich eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Kammer oder aber mehrere derartige Kammern aufweist, die durch einzelne Stege, welche das Hohlprofil innerlich zusätzlich aussteifen, gebildet werden. Durch die Ausbildung als Hohlträger bzw. Hohlprofil ist eine vergleichsweise hohe Energieaufnahme bei gleichzeitig vergleichsweise geringem Gewicht möglich.
Zweckmäßig ist der heckseitige Querträger aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium, ausgebildet. Besonders im Sportwagenbau sind zur Leistungssteigerung leichte Materialien gefordert, so dass hier insbesondere Leichtmetalle, wie beispielsweise Aluminium oder auch Magnesium, zum Einsatz kommen können. Selbstverständlich ist alternativ auch der Einsatz von Kompositmaterialien, beispielsweise faserverstärkten Kunststoffen denkbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Traktionsbatterie in einem Gehäuse angeordnet. Ein derartiges Gehäuse schützt die Traktionsbatterie nochmals und erschwert dadurch die Deformation bzw. das Eindringen unerwünschter Kleinteile in die Traktionsbatterie. Das Gehäuse kann dabei ebenfalls aus einem Leichtmetall oder aber einem faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sein und dadurch eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweisen.
Zweckmäßig weist das Schutzprofil zumindest zwei horizontale Stege auf, die eine vordere und eine hintere Platte des Schutzprofils miteinander verbinden. Die Stege verlaufen dabei in Fahrzeugquerrichtung und besitzen bei einem Heckaufprall ein besonders hohes Biegemoment, so dass ein derartig ausgebildetes Schutzprofil eine hohe Energieabsorption ermöglicht. Durch eine entsprechende Anordnung der einzelnen Stege ist die Ausbildung des gesamten Schutzprofils als extrudiertes Aluminiumprofil problemlos möglich, so dass dieses fertigungstechnisch einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Das Schutzprofil kann dabei plattenartig, insbesondere auch als gebogene Platte, ausgebildet sein, wodurch nochmals eine Versteifung erzielt werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
1 einen Ausschnitt aus einem Heckbereich eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
2 eine Detaildarstellung eines heckseitigen Querträgers,
3 eine Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Schutzprofil,
4 eine Seitenansicht auf die Traktionsbatterie mit daran angeordnetem Schutzprofil,
5 eine Darstellung wie in 4, jedoch in einer Draufsicht.
Entsprechend der 1 weist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 in seinem dargestellten Heckbereich einen heckseitigen Querträger 2 auf, der üblicherweise zwei hintere Längsenden zweier Längsträger 3 (vergleiche 2) miteinander verbindet und dadurch eine Karosserie des Kraftfahrzeugs 1 aussteift. In dem Heckbereich des Kraftfahrzeugs 1 ist in Fahrtrichtung 4 gesehen vor dem Querträger 2 eine Traktionsbatterie 5 angeordnet, die beispielsweise als Hochvoltbatterie ausgebildet sein kann, sofern das Kraftfahrzeug 1 beispielsweise als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet ist. Die Traktionsbatterie 5 kann dabei zumindest teilweise zwischen den beiden Längsträgern 3 der Karosserie des Kraftfahrzeuges 1 angeordnet sein.
Um nun die Traktionsbatterie 5 bei einem Heckaufprall auf das Kraftfahrzeug 1 vor einer negativen Krafteinwirkung, insbesondere einer Deformation oder einem Eindringen von Kleinteilen, wie beispielsweise Bolzen oder Schrauben, wirkungsvoll schützen zu können, ist der heckseitige Querträger 2 vorzugsweise als kreisbogenförmiger Hohlträger ausgebildet und besitzt dadurch eine vergleichsweise hohe Biegesteifigkeit, die es ermöglicht, im Crashfall viel Crashenergie aufzunehmen und in Deformationsarbeit umzuwandeln. Zwischen der Traktionsbatterie 5 und dem heckseitigen Querträger 2 ist darüber hinaus ein Schutzprofil 6 (vergleiche insbesondere auch die 3) angeordnet, welches die Traktionsbatterie 5 zusätzlich bei einem Heckaufprall auf das Kraftfahrzeug 1 schützt.
Der heckseitige Querträger 2 kann beispielsweise als gebogenes oder gerades Strangpressprofil oder aber auch als gebautes Kastenprofil ausgebildet sein. Sowohl die Ausbildung als Strangpressprofil als auch die Ausbildung als Kastenprofil ermöglicht eine kostengünstige Herstellung und sofern hierfür ein Leichtmetall verwendet wird, zugleich auch eine gewichtsoptimierte Herstellung trotz vergleichsweise hoher aufzunehmender Biegekräfte.
Betrachtet man die 2, so kann man erkennen, dass sich der Querträger 2 über Füße 7 an den Längsträgern 3 abstützt, wobei die Füße 7 entweder einen integralen Bestandteil des Querträgers 2 bilden oder aber separat zu diesem ausgebildet sein können und dann mit diesem verbunden werden.
Betrachtet man das Schutzprofil 6 gemäß der 3, so kann man erkennen, dass dieses mehrere im Einbauzustand in horizontaler Richtung verlaufende Stege 8 aufweist, die eine vordere Platte 9 mit einer hinteren Platte 10 des Schutzprofils 6 verbinden. Durch den dargestellten Aufbau ist es immer noch möglich, das Schutzprofil 6 als extrudiertes Leichtmetallprofil, insbesondere als extrudiertes Aluminiumprofil, auszubilden. Die Vielzahl der horizontalen Stege 8, die im Einbauzustand in Fahrzeugquerrichtung verlaufen, ermöglicht einen besonders hohen Schutz der Traktionsbatterie 5 sowohl bei flächigen als auch lokalen Crashpartnern.
Um die Traktionsbatterie 5 weiter vor unerwünschten Krafteinwirkungen im Crashfall schützen zu können, kann diese in ein Gehäuse 11 eingehaust sein. Sowohl das Schutzprofil 6 als auch der Querträger 2 können zusätzlich Rippen bzw. Sicken 12 aufweisen, die die Steifigkeit des Querträgers 2 bzw. des Schutzprofils 6 weiter erhöhen.
Je nach Auslieferungsland können auch länderspezifische Varianten mit unterschiedlichen Wandstärken angeboten werden.
Das Schutzprofil 6 kann darüber hinaus Laschen 13, insbesondere Schweißlaschen, zur Anbindung an beispielsweise das Gehäuse 11 der Traktionsbatterie 5 besitzen.
Mit dem erfindungsgemäßen Querträger 2 und mit dem erfindungsgemäßen Schutzprofil 6 ist ein besonders guter Schutz der Traktionsbatterie 5 möglich, wobei neben der Ausbildung der beiden Komponenten 2, 6 aus Leichtmetall auch eine Ausbildung aus faserverstärkten Kunststoffen denkbar ist. Ein Anwendungsgebiet für ein derartiges Schutzprofil 6 bzw. einen derartigen Querträger 2 ergibt sich insbesondere im Bereich von Elektro- oder Hybridfahrzeugen, bei welchen als Traktionsbatterie 5 eine sogenannte Hochvoltbatterie verbaut ist, die einem besonderen Schutz vor Deformation bzw. Eindringen unerwünschter Kleinteile im Crashfall bedarf.
Wie in den 4 und 5 dargestellt ist, ist das Schutzprofil 6 gebogen ausgeführt und bildet somit einen hinteren gebogenen Rand für die Traktionsbatterie 5. Das Schutzprofil 6 schützt die Traktionsbatterie 5 vor einer Deformation oder einem Eindringen von Kleinteilen, wie beispielsweise Bolzen oder Schrauben. Nicht dargestellt ist der Querträger 2, der gebogen oder gerade ausgeführt sein kann.
Das Schutzprofil 6 kann auch in diesem Fall als extrudiertes Leichtmetallprofil, insbesondere als extrudiertes Aluminiumprofil, ausgebildet sein. Auch die Einbettung in ein die Traktionsbatterie 5 umgebendes Gehäuse 11 ist denkbar. Durch die kreisbogenförmige geometrische Form des Schutzprofils 6 ist dieses auch in der Lage, einen schräg gerichteten Heckaufprall optimal aufnehmen und dessen Energie absorbieren zu können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011102412 A1 [0003]
DE 102010033123 A1 [0004]
EP 2353971 A1 [0005]
JP 2002186101 A [0006]

Claims

Kraftfahrzeug (1) mit einem heckseitigen Querträger (2) sowie mit einer im Heckbereich vor dem Querträger (2) angeordneten Traktionsbatterie (5), dadurch gekennzeichnet, dass der heckseitige Querträger (2) Hohlträger ausgebildet ist und dass zwischen der Traktionsbatterie (5) und dem heckseitigen Querträger (2) ein Schutzprofil (6) angeordnet ist, welches die Traktionsbatterie (5) bei einem Heckaufprall schützt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der heckseitige Querträger (2) als insbesondere gebogenes oder gerades Strangpressprofil ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der heckseitige Querträger (2) als gebautes Kastenprofil ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der heckseitige Querträger (2) aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzprofil (6) als extrudiertes Aluminiumprofil ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterie (5) in einem Gehäuse (11) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) der Traktionsbatterie (5) mit dem Schutzprofil (6) verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzprofil (6) zumindest zwei horizontale Stege (8) aufweist, die eine vordere und eine hintere Platte (9, 10) des Schutzprofils (6) miteinander verbinden, und/oder dass das Schutzprofil (6) gebogen ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) als Elektro- oder als Hybridfahrzeug ausgebildet ist.
Schutzprofil (6) für ein Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Schutzprofil (6) zumindest zwei horizontale Stege (8) aufweist, die eine vordere und eine hintere Platte (9, 10) des Schutzprofils (6) miteinander verbinden.