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Die Erfindung betrifft einen Integralträger für Antriebsenergie-Komponenten eines Kraftfahrzeugs mit einem Tragrahmen mit zwei Längs- und mindestens drei mit den Längsträgern verbundenen Querträgern, wobei der Integralträger einen mit dem Tragrahmen verbindbaren Unterträger umfasst, die Längs- und Querträger wangenförmig ausgebildet und fensterbildend angeordnet sind sowie die Fenster mit mindestens einer Schließhaube verschließbar sind.
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Gattungsbildene Integralträger bzw. Tragstrukturen sind im Stand der Technik prinzipiell vorbekannt. Besonders modular aufgebaute Kraftfahrzeuge nutzen ein entsprechendes Konstruktionsprinzip, um mit möglichst einer konstruktiven Grundvariante einer Tragstruktur möglichst viele verschiedene und auf den jeweiligen Einsatzzweck des betreffenden Kraftfahrzeugs angepasste Antriebs- oder Ausrüstungkomponenten an dem Kraftfahrzeug zu befestigen.
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Bevorzugt finden modulare Integralträgerkonzepte in Baukästen bzw. Architekturen für ganze Fahrzeugfamilien Anwendung, bei denen es erforderlich ist, mit möglichst wenig und idealerweise nur mit einer konstruktiven Grundvariante eine Vielzahl verschiedener Fahrzeugausprägungen darzustellen, wobei sichergestellt sein muss, dass für alle Antriebs- oder Ausrüstungskomponenten, die für eine Anordnung in dem durch den Integralträger vorbelegten Bauraum vorgesehen sind, eine sichere und über Lebensdauer Betriebsfeste Anbindungs- bzw. Befestigungsmöglichkeit bereitgestellt ist.
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Auch bei Hybrid- bzw. zumindest teilweise elektrifizierten Fahrzeugen werden Integralträgerkonzepte bereits eingesetzt, da sie sich gezielt hinsichtlich Crash-Anforderungen und den hieraus resultierenden Anforderungen an Bauteilsteifigkeiten auslegen lassen, wodurch bei einem Crash-Ereignis die an dem Integralträger befestigten Antriebs- bzw. Ausrüstungskomponenten einen Bauraum vorfinden, der zu keiner sicherheitsbeeinträchtigenden Verformung bzw. Beschädigung der Komponenten führt, was gerade bei elektrischen Energiespeichersystemen oder Gastanks für Brenngase ein zentrales Konstruktions- bzw. Auslegungsziel ist.
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In der
DE 10 2012 015 332 A1 wird ein Tragrahmen zum Halten wenigstens einer Antriebskomponente eines Personenkraftwagens offenbart, umfassend wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete und aus einem metallischen Werkstoff gefertigte Längsträger, welche über wenigstens zwei in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Querträger miteinander verbunden sind. Der Tragrahmen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger mit zumindest einem über einen Längenbereich ausgedehnten und aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildeten Energieabsorptionselement versehen sind, wobei das Energieabsorptionselement bevorzugt derart ausgeführt und ausgebildet ist, dass im Falle eines Aufpralls auf den Tragrahmen möglichst viel kinetische Aufprallenergie in Deformationsenergie des Energieabsorptionselements umwandelbar ist, wodurch es ermöglicht wird, die Längs- bzw. Querträger des Tragrahmens geometrisch einfach bzw. mit einer einfachen Materialgüte darzustellen.
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Neben einer auch unter Aufprallumständen sicheren Befestigung von Antriebskomponenten ist es allerdings zudem für bestimmte Antriebs- bzw. Ausrüstungskomponenten eines Kraftfahrzeugs erforderlich, weiteren Anforderungen zu genügen. Beispielsweise erfordern Gastanks für Brenngase einen gasdichten Bauraum, welcher zuverlässig sicherstellt, dass selbst im Falle einer Undichtigkeit des Gastanks kein Brenngas in einen Innenraumbereich des betreffenden Kraftfahrzeugs gelangen kann. Zudem ist es je nach geometrischer Ausführung der Antriebs- bzw. Ausrüstungskomponente des Kraftfahrzeugs erforderlich, weitere Komponenten an dem Integralträger zu befestigen, vor allem dann, wenn die Antriebs- bzw. Ausrüstungskomponente viel Bauraum beanspruchen bzw. solche Bauräume verwenden, die üblicherweise für andere, nicht mit an einem Antriebsstrang des betreffenden Kraftfahrzeugs in Verbindung stehende Fahrzeugkomponenten vorgesehen sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine optimierte Tragstruktur bzw. einen Integralträger anzugeben, welcher die im bisherigen Stand der Technik enthaltenden Einschränkungen weitestgehend vermeidet.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Anwendungsmöglichkeiten sowie daraus resultierende Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung, in den Figuren sowie in den Ausführungsbeispielen dargestellt. Dabei bilden alle beschriebenen, dargestellten und gezeichneten Merkmale für sich allein oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig davon, in welcher Reihenfolge diese in den Schutzansprüchen formuliert und/oder in der Beschreibung und/oder in den Figuren aufgeführt werden.
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Die Aufgabe ist mit einem Integralträger für Antriebsenergie-Komponenten eines Kraftfahrzeugs mit einem Tragrahmen gelöst, wobei der Tragrahmen zwei in Fahrzeugquerrichtung beabstandete Längsträger, die über mindestens drei in Fahrzeuglängsrichtung beabstandete Querträger miteinander verbunden sind, umfasst. Der Integralträger ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass er einen mit dem Tragrahmen verbindbaren Unterträger zur Aufnahme und Halterung mindestens einer Antriebsenergie-Komponente aufweist. Der Unterträger ist so ausgebildet, dass für verschiedene Antriebsenergie-Komponenten bzw. Kombinationen von Antriebsenergie-Komponenten verschiedene Unterträger vorgesehen sind, die jeweils an die Form der verwendeten Antriebsenergie-Komponenten angepasst sind. Auf diese Weise ist es möglich, geometrisch verschiedene Antriebsenergie-Komponenten zu befestigen, ohne die grundsätzliche Struktur bzw. Ausführungsform des Integralträgers anzupassen. Dadurch ist es möglich, mit reduziertem konstruktivem Aufwand verschiedene Antriebsvarianten mit geringen baulichen Abänderungen für eine Kraftfahrzeugarchitektur darzustellen. Darüber hinaus umfasst ein erfindungsgemäßer Integralträger als Seitenwangen ausgebildete Längsträger sowie als Querwangen ausgebildete Querträger, wobei zwischen je zwei Querwangen Fenster ausgebildet sind, die eine an alle alternativ montierbaren Antriebsenergie-Komponenten angepasste Form aufweisen sowie die jeweilige Antriebsenergie-Komponente seitlich komplett umschließen, wodurch ein seitlich abgeschlossener Bauraum entsteht, welcher ein für die jeweilige Antriebsenergie-Komponente maximales Bauraumvolumen bereitstellt. Die Fenster sind zudem erfindungsgemäß mit mindestens einer Schließhaube, die an die Form der verwendeten Antriebsenergie-Komponenten angepasst ist, verschließbar ausgebildet, so dass auch in Fahrzeughochrichtung ein nach oben bzw. unten abgeschlossener Bauraum entsteht.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der Unterträger als Strangspressprofil fertigbar, vorzugsweise mit einer Oberschale und einer Unterschale, die über eine Anzahl von Vertikalstegen miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Fertigung des Unterträgers möglich, wobei eine gewünschte Quersteifigkeit bzw. ein anforderungsgemäßes Bauraumvolumen für die jeweilige zu befestigende Antriebsenergie-Komponente über die Anzahl von Vertikalstegen eingestellt werden kann.
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Weiter bevorzugt sind der Tragrahmen bzw. dessen Komponenten als Gussbauteil fertigbar, wodurch einerseits ein geringes Bauteilgewicht realisiert werden kann, andererseits je nach Gussmaterial ein Bruchdehnungsverhalten des Tragrahmens anforderungsgemäß einstellbar ist. Zudem ermöglicht eine Fertigung des Tragrahmens in einem Gießverfahren eine einfache Darstellung von Hohlräumen, in denen sich vorzugsweise Befestigungselemente befestigen lassen, woran weitere Komponenten eines Kraftfahrzeugs fixierbar sind.
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Vorteilhaft sind die Schließhauben gasdicht mit dem Tragrahmen verbindbar. Auf diese Weise ist bei einer Integration eines Gastanks als Antriebsenergie-Komponente sichergestellt, dass im Falle einer Leckage des Gastanks kein Brenngas in einen Innenraumbereich des Kraftfahrzeugs diffundieren kann.
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In einer möglichen Ausführungsform ist eine Antriebsenergie-Komponente als mindestens ein Gastank ausgebildet, alternativ ist es möglich, eine Antriebsenergie-Komponente als mindestens einen Brennstofftank auszubilden. Wiederum alternativ ist es denkbar, dass eine Antriebsenergie-Komponente als mindestens eine elektrische Batterieeinheit ausgeführt ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht weiter vor, die Antriebsenergie-Komponenten als zwei in Querrichtung hintereinander angeordnete Gastanks auszuführen, wobei der Unterträger Halte-Rinnen zur Aufnahme der Gastanks aufweist, die Gastanks durch die Fenster im Tragrahmen ragen und die Schließhauben zylinderschalenartig ausgebildet und gasdicht mit dem Tragrahmen verbindbar sind. In einer solchen Konfiguration lässt sich mehr Brenngas in einem entsprechend ausgestatteten Kraftfahrzeug mitführen, so dass ein Aktionsradius des Kraftfahrzeugs bis zu einer erneuten Betankung entsprechend vergrößerbar ist.
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In einer entsprechenden Anordnung ist es zudem zweckmäßig, den hinteren Gastank in Fahrzeugquerrichtung kürzer als den vorderen Gastank und zwischen Hinterrädern des Fahrzeugs anzuordnen. Dadurch ist es möglich, vorzugsweise zusätzliche Radführungselemente einer Hinterachse wie Fahrwerkslenker an dem Integralträger zu befestigen, wodurch ein Achsträger als zusätzliches Befestigungselement einer Hinterachse an einer Fahrzeugstruktur nicht mehr benötigt wird.
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Weiter vorteilhaft ist es, als zusätzliche Antriebsenergie-Komponente einen Brennstofftank vorzusehen und den Unterträger zweischalig mit einer Oberschale und einer Unterschale auszubilden, wobei die Gastanks auf der Oberschale gehalten sind und der Brennstofftank im Raum zwischen Oberschale und Unterschale angeordnet ist. In einer solchen Konfiguration ist eine Brennstoffversorgung auf kompaktem Bauraum für einen hybriden Fahrzeugantrieb möglich, welcher neben Brennstoff auch Brenngas zur Energieumwandlung benötigt.
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Als alternative Konfiguration ist es denkbar, die Antriebsenergie-Komponenten als einen Brennstofftank und eine Batterieeinheit auszubilden und ferner den Unterträger zweischalig mit einer Oberschale und einer Unterschale auszuführen, wobei die Batterieeinheit und der Brennstofftank hintereinander im Raum zwischen Oberschale und Unterschale angeordnet sind. Damit ist eine Energieversorgung für einen zweiten hybriden Fahrzeugantrieb realisiert, welcher neben Brennstoff für einen Verbrennungsmotor elektrische Energie für eine elektrische Traktionsmaschine benötigt.
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Vorzugsweise umfassen der Tragrahmen oder der Unterträger Lagerpunkte zur Befestigung von Fahrwerkskomponenten. Dadurch entfällt die Notwendigkeit von Stützlagern von Feder-Dämpfer-Einheiten, wodurch wiederum erweiterter Bauraum für Antriebsenergie-Komponenten bereitstellbar ist. Auf diese Weise sind Energieversorgungskonzepte für hybride Antriebsstränge leichter in ein mit einem erfindungsgemäßen Integralträger ausgestattetes Kraftfahrzeug integrierbar, ohne weitere Bauräume wie beispielweise einen Gepäckraum in ihrem Bauraumvolumen zu beeinträchtigen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Erfindung beispielhaft erläutern. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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3 eine perspektivische Ansicht schräg von vorne der zweiten Ausführungsform,
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4 eine perspektivische Teilansicht einer Radaufhängung, und
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5 eine perspektivische Ansicht von schräg unten hinten der zweiten Ausführungsform.
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Ein erfindungsgemäßer Integralträger 100 in 1. weist einen aus wenigstens drei in Fahrzeuglängsrichtung beabstandeten Querträgern 12 und wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung beabstandeten Längsträgern 10 zusammengesetzten Tragrahmen 110 auf, welcher zwischen den Längs- 10 bzw. Querträgern 12 Fenster 14 ausbildet. Die Längsträger 10 bzw. Querträger 12 sind als Seiten- bzw. Querwangen ausgebildet und umschließen somit die in dem Tragrahmen 110 zu befestigen Antriebsenergie-Komponente seitlich komplett.
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Mit dem Tragrahmen 110 verbindbar, vorzugsweise durch Verschraubungen, beinhaltet der Integralträger 100 zudem, wie in 1 gezeigt, einen Unterträger 120a, welcher mit einer Oberschale 30 und einer Unterschale 32 in Fahrzeughochrichtung abschließbar ausgeführt und über eine Anzahl Vertikalstege 20 versteift ist. Diese Vertikalstege 20 sind in Fahrzeuglängsrichtung je nach Art der in dem Unterträger 120 zu befestigen Antriebsenergie-Komponente verschieden angeordnet und verbinden zudem die Oberschale 30 mit der Unterschale 32. Ein Schließblech 130a bildet eine obere Einfassung für die Antriebsenergie-Komponenten und ist vorteilhaft gasdicht mit den Seiten- bzw. Querwangen des Tragrahmens 110 verbindbar.
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In 1 ist als erste Ausführungsform der Erfindung ein vorderer Gastank 16a und eines hinterer Gastank 16b auf der Oberschale 30, die den Unterträger 120a in Fahrzeughochrichtung nach oben abschließt, dargestellt. Gerade in einer solchen Konfiguration ist es vorteilhaft, das Schließblech 130a gasdicht mit dem Tragrahmen 110 verbindbar auszuführen. In dieser Anordnung sind der Unterträger 120a sowie die ihn in Fahrzeughochrichtung nach oben abschließende Oberschale 30 geometrisch derart ausgeführt, dass der vordere 16a und der hintere Gastank 16b an der Oberschale 30 befestigbar sind. Vorteilhaft ist dabei der hintere Gastank 16b in Fahrzeugquerrichtung kürzer, jedoch mit identischem Durchmesser ausgeführt und zwischen Hinterrädern eines mit einem erfindungsgemäßen Integralträger 100 ausgestatteten Kraftfahrzeugs angeordnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der vordere 16a und der hintere Gastank 16b auf derselben Wickelanlage fertigbar sind.
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2 weiterhin zeigt als zweite Ausführungsform der Erfindung einen Brennstofftank 26 und eine Batterieeinheit 28 auf der Oberschale 30, die den Unterträger 120b in Fahrzeughochrichtung nach oben abschließt. In einer solchen Konfiguration ist der Unterträger 120b geometrisch derart ausgeführt, dass der Brennstofftank 26 sowie die Batterieeinheit 28 in einem Bauraum zwischen der Oberschale 30 und der Unterschale 32 befestigbar sind.
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Eine weitere bevorzugte Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Integralträger 100 ist in 3 und in 4 gezeigt. Hier werden an den Seitenwangen befestigte Stützlager 24 zur Anbindung einer Dämpfer-Einheit 34 und an dem Unterträger 120b und/oder dem Tragrahmen 110 befestigte Lagerpunkte 24 zur Anbindung von Fahrwerkslenkern 34 verwendet, wodurch zusätzliche Befestigungsmittel von Achskomponenten, wie beispielsweise ein Achsträger, nicht mehr notwendig sind.
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In 5 ist eine bevorzugte Weiterbildung des Integralträgers (100) dargestellt, wobei ein hinterer Stoßfänger-Querträger (38) an dem Integralträger (100) befestigt und über wenigstens eine Stützstrebe (40) abgestützt ist. In einer solchen Anordnung lassen sich Crash-Lasten, die bei einem Heckaufprall auftreten, direkt an den Integralträger (100) über einen tiefliegenden Lastpfad abführen, wobei über die Längs- (10) bzw. Querträger (12) eine Lastverteilung erfolgt, während die Antriebsenergie-Komponenten in einem lastgeschützten Bereich befestigt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Integralträger
- 110
- Tragrahmen
- 120a
- Unterträger
- 120b
- Unterträger
- 130a
- Schließblech
- 130b
- Schließblech
- 140
- Radaufhängung
- 10
- Längsträger
- 12
- Querträger
- 14
- Fenster
- 16a
- Vorderer Gastank
- 16b
- Hinterer Gastank
- 18a
- Vordere Schließhaube
- 18b
- Hintere Schließhaube
- 20
- Vertikalsteg
- 22
- Stützlager
- 24
- Lagerpunkt
- 26
- Brennstofftank
- 28
- Batterieeinheit
- 30
- Oberschale
- 32
- Unterschale
- 34
- Dämpfer-Einheit
- 36
- Fahrwerkslenker
- 38
- Hinterer Stoßfänger-Querträger
- 40
- Stützstrebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012015332 A1 [0005]
