DE102015008727A1

DE102015008727A1 - Kraftfahrzeug und Bodenmodul dafür

Info

Publication number: DE102015008727A1
Application number: DE102015008727.4A
Authority: DE
Inventors: Udo Mildner; Lothar Teske
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2017-01-12
Also published as: CN106335557A; GB2551360A; GB2551360A8; US9745001B2; CN106335557B; US20170008574A1; GB201610396D0

Abstract

Bei einem Bodenmodul (5) zum Einbau im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs ist ein dem Heck des Fahrzeugs zugewandter hinterer Bereich (8) des Bodenmoduls (5) aus einer ersten Kunststoffzusammensetzung und ein vom Heck abgewandter vorderer Bereich (7) aus einer zweiten Kunststoffzusammensetzung gefertigt, wobei die erste Kunststoffzusammensetzung dem hinteren Bereich (8) eine höhere elastische Verformbarkeit als dem vorderen Bereich (7) verleiht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug sowie ein Bodenmodul zur Verwendung in einem solchen Kraftfahrzeug.
Das Bevölkerungswachstum in den urbanen Ballungsgebieten führt zu einer ständig wachsenden Fahrzeugdichte und einer entsprechend steigenden Nachfrage nach Park- und Verkehrsraum, die auf begrenzter verfügbarer Fläche nur zu immer größeren Kosten befriedigt werden kann. Um den Flächen- und Kraftstoffverbrauch durch den Individualverkehr in vertretbaren Grenzen zu halten, ist es notwendig, extrem kompakte Fahrzeuge mit geringem Gewicht und entsprechend geringem Kraftstoffverbrauch zur Verfügung zu stellen.
Eine Möglichkeit der Gewichtsminimierung besteht darin, Teile einer Kraftfahrzeugkarosserie, die keine tragende oder die Fahrgastzelle versteifende Funktion haben, nicht mehr aus Metall, sondern aus Kunststoff zu fertigen. So ist beispielsweise aus DE 10 2010 054 693 A1 ein Bodenmodul für ein Kraftfahrzeug bekannt, das eine aus Kunststoff einstückig spritzgeformte Bodenwanne umfasst.
Um eine Fahrzeugbatterie und ein Ersatzrad tragen zu können, muss die Wanne steif sein, doch je steifer sie ist, um so größer ist die Gefahr, dass sie bei einer unfallbedingten Verformung bricht und dann ausgewechselt werden muss. Die Gefahr eines solchen Bruchs ist bei dem bekannten Bodenmodul dadurch begrenzt, dass es nicht unmittelbar bis an einen hinteren Querträger der Fahrzeugkarosserie reicht, so dass dieser bei einem Unfall deformiert werden kann, ohne das Bodenmodul in Mitleidenschaft zu ziehen. Bei einem extrem kompakten urbanen Fahrzeug ist es kaum möglich, ein Bodenmodul so weit von der Außenhaut der Karosserie entfernt anzubringen, dass es bei einem leichten Unfall vor Deformation und Bruch sicher ist. Wenn das Bodenmodul jedoch gebrochen ist, muss es ausgebaut und durch ein neues ersetzt werden. Die damit verbundenen hohen Reparaturkosten können zu einer ungünstigen Einstufung des Fahrzeugs bei der Unfallversicherung und dementsprechend hohen Betriebskosten für den Fahrzeughalter führen.
Es besteht daher Bedarf nach einem Kraftfahrzeug bzw. Komponenten dafür, die auch bei kompakter und gewichtssparender Bauweise den Reparaturaufwand nach einem Unfall minimieren.
Dieser Bedarf wird einer Ausgestaltung der Erfindung zu Folge befriedigt durch ein Bodenmodul zum Einbau im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein dem Heck des Fahrzeugs zugewandter hinterer Bereich des Bodenmoduls aus einer ersten Kunststoffzusammensetzung und ein von dem Heck abgewandter vorderer Bereich aus einer zweiten Kunststoffzusammensetzung gefertigt ist, und wobei die erste Kunststoffzusammensetzung dem hinteren Bereich eine höhere elastische Verformbarkeit als dem vorderen Bereich verleiht. Indem somit der bei einem leichten Unfall allenfalls gering gefährdete vordere Bereich relativ steif sein kann, um dem Bodenmodul die für den Transport von Gütern darauf erforderliche mechanische Belastbarkeit zu verleihen, kann der hintere Bereich aufgrund seiner Elastizität in großem Umfang verformt werden, ohne dass dies die Gefahr eines Bruchs mit sich bringt oder die mechanische Unversehrtheit des Bodenmoduls dadurch in anderer Weise beeinträchtigt wird.
Der vordere und der hintere Bereich des Bodenmoduls sind vorzugsweise miteinander einteilig ausgebildet, zum Beispiel durch Koextrusion der ersten und der zweiten Kunststoffzusammensetzung in einer gemeinsamen Form oder indem Flachmaterialzuschnitte aus der ersten bzw. der zweiten Kunststoffzusammensetzung gemeinsam in einem gleichen Formwerkzeug tiefgezogen und dabei miteinander verschweißt werden.
Typischerweise ist das gesamte Bodenmodul als Wanne geformt.
Eine ebene Bodenplatte des Bodenmoduls kann zu einem Teil durch den relativ wenig verformbaren vorderen Bereich und zu einem anderen Teil durch den stark verformbaren hinteren Bereich gebildet sein.
Ein horizontaler Befestigungsflansch zum Befestigen des Bodenmoduls an anderen Teilen der Karosserie des Kraftfahrzeugs kann sich um die Bodenplatte herum erstrecken.
Um die oben erwähnte Wannenform zu bilden, kann sich eine Wand um die Bodenplatte erstrecken.
Der Befestigungsflansch ist zweckmäßigerweise durch Rippen versteift, die sich zwischen einer Unterseite des Befestigungsflansches und einer Außenseite dieser die Bodenplatte und den Flansch verbindenden Wand erstrecken.
Eine Aufnahme für eine Fahrzeugbatterie ist vorzugsweise in dem relativ wenig verformbaren vorderen Bereich des Bodenmoduls gebildet.
Um die Batterie in der Aufnahme zu fixieren, kann die Aufnahme nach hinten durch eine von dem vorderen Bereich des Bodenmoduls aufragende Rippe begrenzt sein.
Des Weiteren kann die Aufnahme seitlich durch einen Vorsprung begrenzt sein, der von dem vorderen Bereich des Bodenmoduls aufragt und an dem ein Haken zum Umgreifen einer Rückseite der Batterie befestigbar, insbesondere aufsteckbar, ist.
Der Vorsprung kann einen Schraubbolzen umfassen, an dem der Haken durch eine aufgeschraubte Mutter befestigbar ist.
Um den Zusammenbau des Fahrzeugs zu vereinfachen, können das Bodenmodul und die in der Aufnahme des Bodenmoduls vormontierte Fahrzeugbatterie zusammen eine Baugruppe bilden, die als Einheit in der erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie eingebaut werden kann.
Die Aufgabe wird einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zu Folge gelöst durch eine Baugruppe mit einem Bodenmodul wie oben beschrieben und einer in der Aufnahme des Bodenmoduls vormontierten Fahrzeugbatterie.
Einer weiteren Ausgestaltung zu Folge wird die Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem Bodenmodul oder einer Baugruppe wie jeweils oben beschrieben, bei dem ein vorderer Rand des Bodenmoduls an einem mittleren hinteren Querträger des Kraftfahrzeugs verankert ist.
Wenn der vordere Bereich des Bodenmoduls sich unter den vorderen Querträger erstreckt, kann zwischen dem Querträger und dem Bodenmodul Stauraum geschaffen werden, der insbesondere zur Unterbringung der Fahrzeugbatterie nutzbar ist.
Ein hinterer Rand des Bodenmoduls kann an einem hinteren Querträger des Kraftfahrzeugs verankert sein. Selbst wenn dieser hintere Querträger aufgrund seiner exponierten Lage stark gefährdet ist, bei einer Kollision des Hecks des Kraftfahrzeugs mit einem Hindernis verformt zu werden, kann eine Schädigung des Bodenmoduls durch diese Deformation aufgrund der Elastizität des hinteren Bereichs vermieden werden.
Das Bodenmodul ist vorzugsweise mithilfe von Schrauben lösbar verankert, einerseits, um im Falle einer Deformation des hintersten Querträgers diesen leicht vom Bodenmodul lösen und reparieren oder auswechseln zu können, ohne dafür das Bodenmodul entfernen zu müssen, andererseits, um auch das Bodenmodul schnell und kostengünstig auswechseln zu können, falls eine Kollision stark genug gewesen ist, um das Bodenmodul, z. B. durch Deformation bis in seinen vorderen Bereich hinein, zu schädigen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine Ansicht der Heckpartie eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
2 das Bodenmodul des Fahrzeugs, gesehen aus derselben Blickrichtung wie in 1;
3 eine Ansicht des Bodenmoduls schräg von vorne;
4 eine Baugruppe bestehend aus dem Bodenmodul und einer daran montierten Fahrzeugbatterie;
5 einen Schnitt durch das Bodenmodul in Fahrzeugquerrichtung, entlang der in 4 mit V-V bezeichneten Ebene;
6 einen Schnitt in Fahrzeugquerrichtung entlang der Ebene VI-VI aus 1;
7 einen Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung entlang der Ebene VII-VII aus 1;
8 einen Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung entlang der Fahrzeugmittelebene im intakten Zustand; und
9 einen zu 8 analogen Schnitt im deformierten Zustand nach einer Kollision.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Heckbereich der Karosserie eines erfindungsgemäßen kompakten Kraftfahrzeugs. Die Karosserie hat eine leiterartige Tragstruktur mit zwei sich entlang der Flanken des Fahrzeugs erstreckenden Längsträgern 4 und mehreren die Längsträger verbindenden Querträgern. Eine Heckklappe der Karosserie ist in der Figur weggelassen, so dass durch die Heckklappenöffnung zwischen zwei Seitenwänden 1 der Karosserie von diesen Querträgern ein hinterer Querträger 2 und ein mittlerer hinterer Querträger 3 sichtbar sind. Die beiden Querträger 2, 3 und die Längsträger 4 bilden zusammen einen rechteckigen Rahmen, unter dem ein wannenförmiges Bodenmodul 5 angebracht ist.
2 zeigt das Bodenmodul 5 getrennt von der Karosserie. Das Bodenmodul 5 ist aus zwei verschiedenen Kunststoffzusammensetzungen einteilig spritzgeformt, eine sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Linie 6 bildet die Grenze zwischen einem – in Bezug auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs – vorderen Bereich 7 aus einem relativ steifen, formbeständigen Kunststoff und einem hinteren Bereich 8 aus einem in weitem Ausmaß elastisch verformbaren Kunststoff. Eine im Wesentlichen ebene Grundplatte 9 gehört teils dem vorderen Bereich 7, teils dem hinteren Bereich 8 an. Eine in Fahrzeugquerrichtung langgestreckte Rippe 10 erstreckt sich parallel zur Linie 6 im vorderen, steifen Bereich der Grundplatte 9 über einen Teil von deren Breite. Der Rippe 10 liegt eine Ausbuchtung 11 an einem vorderen Rand der Grundplatte 9 gegenüber; der ein Stauraum zwischen der Ausbuchtung 11 und der Rippe 10 ist vorgesehen, um, wie in 1 und 4 gezeigt, eine Batterie 12 des Fahrzeugs aufzunehmen.
Ein Vorsprung an zentraler Stelle des steifen Bereichs der Grundplatte 9 ist gebildet, indem aus dem steifen Kunststoff eine Erhebung 13 geformt und in dieser ein nach oben aufragender Schraubbolzen 14 verankert ist. Der Schraubbolzen 14 kann, wie insbesondere in 6 zu erkennen, durch eine Schraube gebildet sein, deren Kopf beim Spritzformen des Bodenmoduls 5 in den steifen Kunststoff des vorderen Bereichs 7 eingebettet worden ist.
Rings um die rechteckige Grundplatte 9 erstreckt sich eine umlaufende Wand 15, die ebenfalls im vorderen Bereich 7 aus dem steifen und im hinteren Bereich 8 aus dem elastisch verformbaren Kunststoff geformt ist. Entlang der Oberkante der Wand 15 erstreckt sich ein lückenlos umlaufender Flansch 16. Im Bereich der Ausbuchtung 11 ist an der Wand 15 in der Nähe der Grundplatte 9 ein einwärts vorspringender horizontal langgestreckter Vorsprung 17 geformt, so dass die Batterie 12 vor der Rippe 10 und unter dem Vorsprung 17 formschlüssig einrasten kann.
Um die Batterie 12 in dieser Raststellung zu sichern, ist auf den Schraubbolzen 14 ein aus Kunststoff spritzgeformter Haken 18 aufgesteckt, der wie in 4 gezeigt an einer Schmalseite 19 der Batterie und ihrer dem Fahrzeugheck zugewandten Breitseite 20 anliegt und durch eine auf den Schraubbolzen 14 aufgeschraubte Mutter 21 in seiner Position fixiert ist.
5 zeigt einen schematischen Schnitt durch das Bodenmodul 5 und die Batterie 12 entlang der durch die Ausbuchtung 11 verlaufenden, in 4 mit V-V bezeichneten Ebene. Der Flansch 16 erstreckt sich oberhalb der Ausbuchtung 10 von der Oberkante der Wand 15 über die Grundplatte 9, so dass der zwischen dem Flansch 16 und der Grundplatte 9 gebildete Stauraum die Form einer Nische 24 hat, in die die Batterie 12 von hinten kommend, durch einen Bewegungsablauf wie in 7 gezeigt, eingeschoben und unter anderem durch formschlüssigen Eingriff unterhalb des Vorsprungs 17 gesichert ist.
Von einem in 5 im Schnitt gezeigten seitlichen Abschnitt der Wand 15 erstreckt sich der Flansch 16 nach außen und ist durch dreieckige Rippen 22 versteift, die sich zwischen der Unterseite des Flansches 16 und der Wand 15 erstrecken. Derartige Rippen 22 sind an allen vier Seiten des Bodenmoduls 5 entlang des Flansches 16 verteilt, um insbesondere jene Bereiche des Flansches 16 zu versteifen, in denen ein Schraubloch 23 ausgespart ist. Die Schraublöcher 23 dienen zur Befestigung des Bodenmoduls 5 an den Unterseiten der Längs- und Querträger 2, 3, 4 mithilfe von Schrauben, die die Schraublöcher 23 von unten her durchsetzen und in Gewinde an den Längs- und Querträgern 2, 3, 4 eingreifen.
6 zeigt einen Schnitt durch das Bodenmodul 5, die Batterie 12 und einen Längsträger 4 entlang der Ebene, die in 1 mit VI-VI bezeichnet ist und durch die Achse des Schraubbolzens 14 verläuft. Der Längsträger 4 setzt sich zusammen aus zwei Blechen 25, 26, die miteinander an sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Flanschen 27, 28 verschweißt sind. Der Flansch 16 des Bodenmoduls 5 berührt die Unterseite des dem Fahrzeuginneren zugewandten Flansches 27 und ist an diesem durch sich von unten her durch die Schraublöcher 23 erstreckende Schrauben 29 lösbar befestigt.
Wie in 7 zu sehen, umfasst auch der hintere Querträger 2 zwei Bleche 30, 31, die an einem Flansch 32 miteinander verschweißt sind. Dieser Flansch 32 liegt auf gleicher Hohe mit dem Flansch 27 des Längsträgers 4, und auch an ihm ist der Flansch 16 des Bodenmoduls 5 durch Schrauben 29 befestigt.
Unterhalb des mittleren hinteren Querträgers 3 verläuft der Flansch 16 des Bodenmoduls 5 auf einem tieferen Niveau als entlang der Längsträger 4 und des hinteren Querträgers 2. Zwar umfasst auch der mittlere hintere Querträger 3 zwei entlang von Flanschen 33, 34 miteinander verschweißte Bleche 35, 36, doch ist hier der Flansch 16 nicht an den Flanschen 33, 34, sondern auf einem tieferen Niveau, an der Unterseite des Blechs 36, verschraubt.
8 zeigt das am hinteren Querträger 2 und am mittleren hinteren Querträger 3 verschraubte Bodenmodul 5 im intakten, nicht verformten Zustand. In 9 ist ein Teil des hinteren Querträgers 2 durch eine Kollision nach vorn zum mittleren hinteren Querträger 3 hin verlagert. Die daraus resultierende Deformation des Bodenmoduls 5 konzentriert sich auf den leicht verformbaren, elastischen hinteren Bereich 8; der steife vordere Bereich 7 ist im Wesentlichen unverformt. Wenn bei einer Reparatur der ausgelenkte hintere Querträger 2 wieder gerichtet oder ausgetauscht wird, kehrt der hintere Bereich 8 aufgrund seiner Elastizität in die Konfiguration der 8 zurück, ohne dass es dafür eines weiteren Eingriffs bedarf.
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Bezugszeichenliste

1: Seitenwand
2: hinterer Querträger
3: mittlerer hinterer Querträger
4: Längsträger
5: Bodenmodul
6: Linie
7: vorderer Bereich
8: hinterer Bereich
9: Grundplatte
10: Rippe
11: Ausbuchtung
12: Batterie
13: Erhebung
14: Schraubbolzen
15: Wand
16: Flansch
17: Vorsprung
18: Haken
19: Schmalseite
20: Breitseite
21: Mutter
22: Rippe
23: Schraubloch
24: Nische
25: Blech
26: Blech
27: Flansch
28: Flansch
29: Schraube
30: Blech
31: Blech
32: Flansch
33: Flansch
34: Flansch
35: Blech
36: Blech

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010054693 A1 [0003]

Claims

Bodenmodul (5) zum Einbau im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein dem Heck des Fahrzeugs zugewandten hinterer Bereich (8) des Bodenmoduls (5) aus einer ersten Kunststoffzusammensetzung und ein vom Heck abgewandter vorderer Bereich (7) aus einer zweiten Kunststoffzusammensetzung gefertigt ist, wobei die erste Kunststoffzusammensetzung dem hinteren Bereich (8) eine höhere elastische Verformbarkeit als dem vorderen Bereich (7) verleiht.
Bodenmodul (5) nach Anspruch 1, bei dem der vordere Bereich (7) und der hintere Bereich (8) miteinander einteilig ausgebildet sind.
Bodenmodul (5) nach Anspruch 1 oder 2, das als Wanne geformt ist.
Bodenmodul (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine ebene Bodenplatte (9) zu einem Teil durch den vorderen Bereich (7) und zu einem anderen Teil durch den hinteren Bereich (8) gebildet ist.
Bodenmodul nach Anspruch 4, bei dem ein horizontaler Befestigungsflansch (16) sich um die Bodenplatte (9) herum erstreckt.
Bodenmodul nach Anspruch 5, bei dem der Befestigungsflansch (16) durch Rippen (22) versteift ist, die sich zwischen einer Unterseite des Befestigungsflansches (16) und einer Außenseite einer die Bodenplatte (9) und den Befestigungsflansch (16) verbindenden Wand (15) erstrecken.
Bodenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der vordere Bereich (7) eine Aufnahme für eine Fahrzeugbatterie (12) aufweist.
Bodenmodul nach Anspruch 7, bei dem die Aufnahme nach hinten durch eine von dem vorderen Bereich (7) des Bodenmoduls aufragende Rippe (10) begrenzt ist.
Bodenmodul nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Aufnahme seitlich durch einen von dem vorderen Bereich des Bodenmoduls aufragenden Vorsprung (13) begrenzt ist, auf den ein Haken (18) zum Umgreifen wenigstens einer Seite (19, 20) der Batterie (12) aufsteckbar ist.
Baugruppe mit einem Bodenmodul nach Anspruch 7, 8 oder 9 und einer in der Aufnahme vormontierten Fahrzeugbatterie (12).
Kraftfahrzeug mit einem Bodenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einer Baugruppe nach Anspruch 10, bei dem ein vorderer Rand des Bodenmoduls (5) an einem mittleren hinteren Querträger (3) des Kraftfahrzeugs verankert ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, bei dem der vordere Bereich (7) des Bodenmoduls (5) sich unter dem mittleren hinteren Querträger (3) erstreckt und ein Stauraum (24) nach oben von dem mittleren hinteren Querträger (3) und nach unten von dem vorderen Bereich (7) begrenzt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 oder 12, bei dem ein hinterer Rand des Bodenmoduls (5) an einem hinteren Querträger (2) des Kraftfahrzeugs verankert ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, 12 oder 13, bei dem das Bodenmodul (5) mit Hilfe von Schrauben (29) lösbar verankert ist.