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Die Erfindung betrifft eine Tragrahmenstruktur zum Befestigen wenigstens eines Energiespeichers, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Tragrahmenstruktur zum Befestigen wenigstens eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, ist beispielsweise aus der
DE 10 2011 012 115 A1 bekannt. Die Tragrahmenstruktur umfasst einen zwischen Seitenschwellern des Kraftfahrzeugs, insbesondere dessen Karosserie, anordenbaren und an den Seitenschwellern befestigbaren Tragrahmen, welcher wenigstens zwei seitliche, in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Längselemente aufweist. Mit anderen Worten sind die seitlichen Längselemente in Einbaulage des Tragrahmens in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet, wobei in dem vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs der Tragrahmen beziehungsweise die Tragrahmenstruktur an dem Kraftfahrzeug, insbesondere an dessen Karosserie, befestigt ist. Der Energiespeicher ist an den Längselementen befestigbar, so dass der Energiespeicher über die Längselemente an dem Tragrahmen und somit an die Tragrahmenstruktur insgesamt angebunden werden kann.
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Die Tragrahmenstruktur umfasst ferner jeweilige, in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Lastverteiler, zwischen welchen die Längselemente angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Lastverteiler außenseitig der jeweiligen Längselemente angeordnet sind. Ferner umfasst die Tragrahmenstruktur jeweilige, in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Längselementen und den Lastverteilern angeordnete Energieabsorptionselemente, welche bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung über die beziehungsweise mittels der Lastverteiler verformbar sind. Wirkt beispielsweise eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung in Fahrzeugquerrichtung von außen nach innen auf einen der Lastverteiler, so wird die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung über den Lastverteiler auf wenigstens ein zwischen diesem Lastverteiler und dem zugehörigen Längselement angeordnetes Energieabsorptionselement übertragen, so dass dieses Energieabsorptionselement unter Energieverzehrung deformiert beziehungsweise verformt wird. Während des crashbedingten Deformationsvorgangs des Energieabsorptionselements stützt sich dieses auf seiner dem zugeordneten Lastverteiler abgewandten Seite an dem steifen, den Energiespeicher abschirmenden Tragrahmen ab. Der mittels des jeweiligen Energieabsorptionselements aufgemachte, zusätzliche Lastpfad verläuft quer zur Fahrzeuglängsrichtung und damit genau in senkrechter Richtung auf den Energiespeicher zu. Dies führt dazu, dass der Tragrahmen besonders steif und unverformbar ausgebildet sein muss, was mit einem entsprechend hohen Gewicht verbunden ist, da die Crashkräfte vollständig in den Tragrahmen eingeleitet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tragrahmenstruktur der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Energiespeicher mittels der Tragrahmenstruktur bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung besonders gut geschützt werden kann bei gleichzeitig vorzugsweise nur geringem Eigengewicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Tragrahmenstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Tragrahmenstruktur der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Energiespeicher bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, insbesondere bei einem Seitenaufprall, mittels der Tragrahmenstruktur besonders gut geschützt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das jeweilige Energieabsorptionselement schräg zur Fahrzeugquerrichtung verläuft. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich das jeweilige Energieabsorptionselement in Einbaulage der Tragrahmenstruktur, welche ihre Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs einnimmt, schräg zur Fahrzeugquerrichtung erstreckt. Im vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs ist die Tragrahmenstruktur an dem Kraftfahrzeug, insbesondere an dessen Karosserie, befestigt. Damit wird mittels jedem der Energieabsorptionselemente – in Richtung der Kraftbeaufschlagungsrichtung, das heißt in Crashkraftwirkungsrichtung gesehen – jeweils ein gegenüber dem Energiespeicher schräg nach außen vorne oder nach außen hinten verlaufender Lastpfad realisiert, welcher die Tendenz zum zumindest teilweisen Ableiten der in die Längselemente eingeleiteten Crashkräfte in Richtung der Längsachse der Längselemente aufweist. Dadurch werden die Längselemente nicht ausschließlich auf Biegung beansprucht, sondern auch in Richtung ihrer Längsachse auf Druck. Aufgrund dieser Ausgestaltung können die Längselemente relativ filigran und gewichtssparend gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Tragrahmenstrukturen ausgebildet werden.
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Das jeweilige Energieabsorptionselement weist beispielsweise eine Längserstreckung und somit eine Längserstreckungsrichtung auf, welche schräg zur Fahrzeugquerrichtung und schräg zur Fahrzeuglängsrichtung verläuft. Durch diesen Verlauf des jeweiligen Energieabsorptionselements kann eine besonders vorteilhafte Energieabsorption bei einer beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung von außen nach innen auf das Kraftfahrzeug beziehungsweise auf die Tragrahmenstruktur wirkenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung realisiert werden, wodurch der beispielsweise als Energiemodul ausgebildete Energiespeicher besonders gut geschützt werden kann. Durch den schrägen Verlauf des Energieabsorptionselements ist es beispielsweise möglich, dass das Energieabsorptionselement bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, insbesondere bei einem Seitenaufprall, diagonal verformt, insbesondere gebogen und/oder gefaltet, wird, wodurch mittels des Energieabsorptionselements ein besonders hoher Betrag an Unfallenergie aufgenommen und absorbiert werden kann. Die erfindungsgemäße Tragrahmenstruktur eignet sich besonders vorteilhaft für die Anordnung des Energiespeichers unterhalb eines Fahrzeugbodens, so dass der Energiespeicher besonders gut geschützt werden kann beziehungsweise aufgrund seiner Anordnung bereits gut geschützt ist.
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Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildet, wobei der Energiespeicher beispielsweise als elektrischer Energiespeicher, insbesondere als Hochvolt-Energiespeicher, ausgebildet ist. Hierbei wird der Energiespeicher beispielsweise genutzt, um elektrische Energie zu speichern, mittels welcher wenigstens eine elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs versorgbar ist. Dabei liegt der Erfindung insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Aufgrund der Integration alternativer Antriebe und steigender Anforderungen an die Fahrzeugunfallsicherheit ist es wünschenswert, Intrusionen im Falle eines Aufpralls beziehungsweise eines Unfalls des Kraftfahrzeugs vor allem im Bereich der Fahrgastzelle und eines unterhalb des Fahrzeugbodens angebrachten Energiespeichers zum Schutz sowohl der Fahrzeuginsassen als auch des Energiespeichers besonders gering zu halten. Der zuvor genannte Bereich ist insbesondere durch geringe Fahrzeugstrukturen in der Fahrzeugbreite in Verbindung mit der Umsetzung eines möglichst großen nutzbaren Innenraums beziehungsweise mit der Umsetzung von maximalen Abmessungen des Energiespeichers im Falle eines Seitenaufpralls stark belastet. Besonders große Abmessungen des Energiespeichers sind wünschenswert, um eine hohe Reichweite zu realisieren, über welche das Kraftfahrzeug mittels in dem Energiespeicher gespeicherter Energie und dabei insbesondere elektrisch angetrieben werden kann. Aber auch m Falle eines Frontalaufpralls gilt es, den Bereich des Energiespeichers gegenüber deformierenden härteren Strukturen abzusichern, um eine übermäßige Beschädigung des Energiespeichers zu vermeiden. Dies ist durch die erfindungsgemäße Tragrahmenstruktur realisierbar, mittels welcher der Energiespeicher besonders gut geschützt werden kann.
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Die Tragrahmenstruktur ist eine Trägerstruktur, welche dem Schutz des Energiespeichers sowie indirekt der Fahrzeuginsassen dient. Der Tragrahmen ist ein Montagerahmen, an welchem der Energiespeicher befestigbar ist und über welchen der Energiespeicher an das Kraftfahrzeug, insbesondere an dessen Karosserie, anbindbar ist. Insbesondere kann über den Tragrahmen eine zumindest mittelbare Anbindung des Energiespeichers an die Rohbaustruktur des Kraftfahrzeugs erfolgen. Dabei ist es denkbar, dass der Tragrahmen unter Vermittlung der Lastverteiler an die Karosserie beziehungsweise an die Rohbaustruktur anbindbar ist. Hierzu weisen die Lastverteiler beispielsweise jeweilige Verbindungselemente auf, mittels welchen die Lastverteiler und über diese die Tragrahmenstruktur insgesamt an die Karosserie beziehungsweise die Rohbaustruktur anbindbar ist.
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Als ferner besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Tragrahmen wenigstens zwei in Einbaulage in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Querelemente aufweist, über welche die Längselemente miteinander verbunden sind. Somit bilden beispielsweise die Längselemente und die Querelemente einen Schutzbereich, welcher in Umfangsrichtung vollständig umlaufend durch die Längselemente und die Querelemente begrenzt beziehungsweise gebildet ist. Dieser Schutzbereich ist mehr oder minder starr und dient insbesondere dem Schutz des Energiespeichers, wobei das Schutzprofil beziehungsweise der Tragrahmen vorzugsweise tragend ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Energiespeicher zumindest teilweise in dem Schutzbereich anordenbar ist, sodass das Schutzprofil beispielsweise um den Energiespeicher umläuft, insbesondere vollständig umläuft. Der Schutzbereich beziehungsweise das Schutzprofil kann ferner zur Aussteifung der Karosserie zwischen deren Seitenwandstrukturen, das heißt zwischen den Seitenschwellern genutzt werden, so dass die Karosserie in einem Zustand, in welchem die Tragrahmenstruktur an die Seitenschweller angebunden ist, durch das Schutzprofil beziehungsweise durch den Tragrahmen ausgesteift ist. Im Falle einer unfallbedingten Deformation kann der Schutzbereich den Energiespeicher vor übermäßiger Beschädigung schützen und insbesondere aus einem Intrusionsbereich schieben.
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Die jeweiligen Energieabsorptionselemente bilden einen jeweiligen Last aufnehmenden Deformationsbereich, welcher jeweils in Fahrzeugquerrichtung außenseitig des jeweiligen Längselements angeordnet ist. Das jeweilige Energieabsorptionselement ist dabei beispielsweise eine definiert Energie absorbierende, deformierende Crashstruktur, welche bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung verformt wird und dadurch Unfallenergie absorbiert. Der jeweilige Lastverteiler aktiviert den äußeren Bereich und den beispielsweise tragenden Schutzbereich und bewirkt damit eine Verschiebung des Energiespeichers aus einem Deformationsbereich, wobei der Lastverteiler beispielsweise im äußeren Bereich, insbesondere direkt, an das jeweilige Querelement angebunden ist. Im mittleren Bereich des Tragrahmens dient der jeweilige Lastverteiler beispielsweise der Aktivierung des Last aufnehmenden Deformationsbereichs. Ferner kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Lastverteiler einen seitlichen Anbindungsbereich der Tragrahmenstruktur zur Karosserie bildet, da – wie bereits beschrieben – der jeweilige Lastverteiler beispielsweise mit der Karosserie verbindbar ist.
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Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Tragrahmenstruktur ist ein definiertes und modular abstimmbares Deformationsverhalten, insbesondere bei einem Seitenaufprall, realisierbar. Die erfindungsgemäße Tragrahmenstruktur ermöglicht die Realisierung eines definierten Verschiebens des Energiespeichers aus dem Deformationsbereich. Durch den Einsatz der Tragrahmenstruktur ist es möglich, eine Optimierung beziehungsweise Maximierung des Volumens des Energiespeichers in einem begrenzten Bauraum bei geringen Fahrzeugabmessungen und erhöhten Sicherheitsanforderungen zur Steigerung der Fahrzeugreichweite zu realisieren, sodass eine besonders hohe Speicherkapazität des Energiespeichers realisiert werden kann. Eine Kombination der Tragrahmenstruktur aus als Montagerahmen fungierender Tragrahmen und Rohbau-Crashstruktur bringt neben funktioneller Verbesserung auch Kosten- und Gewichtsvorteile. Ferner kann ein modularer Aufbau aus Energiespeicher und Tragrahmen realisieren. Dieser modulare Aufbau lässt bei entsprechendem Bauraumvorhalt leicht in durchschnittliche Gesamtfahrzeug-Architekturen beziehungsweise Karosserien integrieren.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Perspektivansicht auf eine Tragrahmenstruktur zum Befestigen wenigstens eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug;
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2 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht auf die Tragrahmenstruktur mit dem an der Tragrahmenstruktur befestigten Energiespeicher;
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3 ausschnittsweise eine weitere schematische Draufsicht auf die Tragrahmenstruktur in einem deformierten Zustand;
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4 eine schematische Querschnittsansicht durch die Tragrahmenstruktur und den Energiespeicher;
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5 eine schematische Draufsicht auf die Tragrahmenstruktur;
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6 eine schematische Unteransicht auf die Tragrahmenstruktur bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Kraftfahrzeugs;
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7 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch die Tragrahmenstruktur und den Energiespeicher;
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8 jeweils eine schematische Perspektivansicht auf und ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch die Tragrahmenstruktur;
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9 ausschnittsweise eine schematische Unteransicht auf die Tragrahmenstruktur und den Energiespeicher gemäß einer möglichen Ausführungsform;
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10 ausschnittsweise eine schematische Unteransicht auf die Tragrahmenstruktur und den Energiespeicher gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform und
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11 ausschnittsweise eine schematische Unteransicht auf die Tragrahmenstruktur und den Energiespeicher gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Tragrahmenstruktur zum Befestigen wenigstens eines in 2 ausschnittsweise erkennbaren Energiespeichers 10 für ein Kraftfahrzeug, welches beispielsweise als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug umfasst einen hybridischen oder hybridisierten, das heißt elektrifizierten Antriebsstrang, welcher wenigstens eine elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs aufweist. Die elektrische Maschine ist dabei in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs betreibbar. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird diese mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt.
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Der Energiespeicher 10 ist beispielsweise als elektrischer Energiespeicher ausgebildet, so dass mittels des Energiespeichers 10 elektrische Energie gespeichert werden kann. Dabei kann die elektrische Maschine, insbesondere in ihrem Motorbetrieb, mit der in dem Energiespeicher 10 gespeicherten elektrischen Energie versorgt werden. Beispielsweise ist der Energiespeicher 10 als Batterie ausgebildet. Um besonders hohe elektrische Leistungen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zu realisieren, ist der Energiespeicher 10 vorzugsweise als Hochvolt-Energiespeicher (HV-Energiespeicher) ausgebildet. Dabei ist es wünschenswert, eine hohe Speicherkapazität des Energiespeichers 10 zu realisieren, so dass eine besonders hohe Menge als elektrischer Energie in dem Energiespeicher 10 gespeichert werden kann. Zur Realisierung einer hohen Speicherkapazität sind große Abmessungen des Energiespeichers 10 erforderlich.
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Wie im Folgenden genauer erläutert wird, dient die Tragrahmenstruktur zum Befestigen des Energiespeichers 10 an dem Kraftfahrzeug, insbesondere an dessen in 4 ausschnittsweise erkennbaren Karosserie 12, welche auch als Rohbau oder Rohbaustruktur bezeichnet wird. In Zusammenschau mit 4 ist erkennbar, dass die Tragrahmenstruktur einen in Fahrzeugquerrichtung zwischen Seitenschwellern 14 der Karosserie 12 anordenbaren und an den Seitenschwellern 14 befestigbaren Tragrahmen 16 aufweist. In Einbaulage der Tragrahmenstruktur ist der Tragrahmen 16 in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Seitenschwellern 14 angeordnet, wobei die Tragrahmenstruktur ihre Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs einnimmt. In diesem vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs ist die Tragrahmenstruktur an der Karosserie 12 befestigt.
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Der Tragrahmen 16 umfasst zwei seitliche, bezogen auf die Einbaulage in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Längselemente 18, welche sich bezogen auf die Einbaulage zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken. Ferner umfasst der Tragrahmen 16 wenigstens zwei, bezogen auf die Einbaulage in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Querelemente 20, welche sich bezogen auf die Einbaulage zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstrecken. Dabei sind die Längselemente 18 über die Querelemente 20 miteinander verbunden beziehungsweise umgekehrt. Der Tragrahmen 16 ist somit in Umfangsrichtung vollständig umlaufend geschlossen und bildet somit ein umlaufendes, vollständig geschlossenes Schutzprofil, was besonders gut in 5 erkennbar ist. Dadurch begrenzt der Tragrahmen 16 einen Schutzbereich 22, welcher in Umfangsrichtung vollständig umlaufend beziehungsweise vollständig geschlossen ist.
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In seinem an der Tragrahmenstruktur angeordneten beziehungsweise befestigten Zustand ist der Energiespeicher 10 – wie besonders gut in 4 erkennbar ist – zumindest teilweise in dem Schutzbereich 22 und somit in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Längselementen 18 und in Fahrzeuglängsrichtung zwischen den Querelementen 20 angeordnet.
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Der Tragrahmen 16 ist vorzugsweise als selbstragender Rahmen ausgebildet. Die Längs- und Querelemente 18, 20 sind vorzugsweise so steif ausgebildet, dass sowohl bei einem Seitenaufprall als auch bei einem Front- oder Heckaufprall des Kraftfahrzeugs beziehungsweise am Kraftfahrzeug der von diesen Strukturelementen umschlossene, den mindestens einen Energiespeicher 10 aufnehmende Schutzbereich 22 intakt und so der Energiespeicher geschützt bleibt. Bei einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Tragrahmens 16 kann dieser daher gegebenenfalls aus dem unmittelbaren Aufschlagbereich des Anprallpartners zumindest teilweise herausbewegt, insbesondere herausgeschoben werden beziehungsweise um einen gewissen Weg nachgeben, was beispielsweise mittels einer entsprechenden Befestigung des Tragrahmens am Kraftfahrzeugrohbau, die unter entsprechender Krafteinwirkung zumindest bestimmte Befestigungsstellen auflöst beziehungsweise freigibt, realisierbar ist. Wichtig ist, dass die Strukturintegrität des Schutzbereichs 22 zum Schutze des Energiespeichers in jedem Fall erhalten bleibt.
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Aus 4 ist ferner erkennbar, dass der Energiespeicher 10 an den Längselementen 18 befestigbar beziehungsweise – im vollständig hergestellten Zustand des Fahrzeugs – befestigt ist. Dabei kann der Energiespeicher 10 auf dem tragenden Schutzbereich 22 beziehungsweise auf dem Tragrahmen 16 aufliegen oder, insbesondere darunter, hängend an dem Tragrahmen 16 befestigt sein.
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Die Tragrahmenstruktur umfasst ferner jeweilige, in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete und somit seitliche Lastverteiler 24, wobei die Längselemente 18 – bezogen auf die Einbaulage der Tragrahmenstruktur – in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Lastverteilern 24 angeordnet sind.
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Die Lastverteiler 24 sind jeweils als Längselemente, beispielsweise Strangpressprofile oder in Schalenbauweise, ausgebildet und verlaufen bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel der Tragrahmenstruktur parallel zu dem jeweils benachbart angeordneten Längselement 18. Dabei sind die Lastverteiler 24 jeweils an den Enden der die Längselemente 18 in Fahrzeugquerrichtung überragenden beziehungsweise seitlich überstehenden Querelementen 20 befestigt. Aufgrund des Überstands der Querelemente 20 gegenüber den Längselementen 18 ist zwischen diesen und dem jeweiligen Lastverteiler 24 jeweils ein umlaufend geschlossener Bereich geschaffen, der als Deformationsbereich 30 dient.
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In dem jeweiligen Deformationsbereich 30 sind zur Tragrahmenstruktur gehörige, in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Längselementen 18 und den Lastverteilern 24 angeordnete Energieabsorptionselemente 26 angeordnet, welche besonders gut in 2 erkennbar und bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung über die Lastverteiler 24 verformbar sind. Kommt es beispielsweise zu einem Seitenaufprall und einer daraus resultierenden, in Fahrzeugquerrichtung von außen nach innen auf einen der Lastverteiler 24 wirkenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, so nimmt dieser Lastverteiler 24 die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung auf und überträgt sie an die zugehörigen Energieabsorptionselemente 26, welche in der Folge verformt werden und dadurch Unfallenergie absorbieren. Wie insbesondere aus 3 ersichtlich, wird der jeweilige Lastverteiler 24 zumindest bei einer Kraftbeaufschlagung in einem Bereich zwischen den Querelemente 20 in Richtung auf die Längselemente 18 hin verformt, insbesondere eingedrückt, wodurch auch die jeweiligen Energieabsorptionselemente 26 im Deformationsbereich 30 energieabsorbierend deformiert werden, nicht aber das im Lastpfad angeordnete Längselement 18, an dem sich die Energieabsorptionselemente 26 abstützen. Dieses Längselement 18 hält der Kraftbeaufschlagung stand und verformt sich vorzugsweise nicht beziehungsweise nur in einem solchen Maß, dass der Schutzbereich 22 erhalten bleibt und eine übermäßige Deformation des Energiespeichers 10 vermieden wird. Aus 3 geht auch hervor, dass auch die Querelemente 20 sich nur geringfügig verformen und den auf den Lastverteiler 24 wirkenden Crashkräften im Wesentlichen standhalten, so dass sich insgesamt nur im Deformationsbereich 30 eine Eindrückung und Deformation des Tragrahmens 16 stattfindet.
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Um nun ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten zu realisieren, verläuft das jeweilige Energieabsorptionselement 26 – wie besonders gut in 2 erkennbar ist – schräg zur Fahrzeugquerrichtung. Die Fahrzeugquerrichtung ist in 2 durch strichpunktierte Linien 32 veranschaulicht. Dabei schließt das jeweilige Energieabsorptionselement 26 mit der Fahrzeugquerrichtung einen Winkel α ein, wobei der Winkel α beispielsweise zumindest im Wesentlichen 40 Grad beträgt.
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Wie ferner besonders gut in 2 erkennbar ist, überragen die Querelemente 20 die jeweiligen Längselemente 18 in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin, so dass der jeweilige Lastverteiler 24, insbesondere direkt, an die Querelemente 20 angebunden beziehungsweise an den Querelementen 20 abgestützt ist. Dadurch kann von dem jeweiligen Lastverteiler 24 aufgenommene Unfallenergie, insbesondere direkt, auf wenigstens eines der Querelemente 20 übertragen werden, so dass dadurch der Tragrahmen 16 und somit der Energiespeicher 10 besonders vorteilhaft aus Intrusionsbeziehungsweise Deformationsbereichen bewegt, insbesondere geschoben, werden können. Festzuhalten bleibt, dass bei dem in 2 dargestellten, besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Tragrahmens 16 die vorstehend beschriebene, vorzugsweise direkte Anbindung des jeweiligen Lasterverteilers 24 an den Enden der Querelemente 20, gegebenenfalls auch unter Einsatz einer jeweiligen Befestigungs-/Verbindungskonsole, wie bei einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, bei einem Seitenaufprall auf das Kraftfahrzeug dazu führt, dass erste Lastpfade vom Lastverteiler 24 direkt in die Querelemente 20 und zweite Lastpfade vom Lastverteiler 25 über die Energieabsorptionselemente 26 in die Längselemente 18 und von dort weiter in die Querelemente 20 gebildet werden.
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Das jeweilige Energieabsorptionselement 26 ist beispielsweise ein Strukturelement mit definiertem Deformationsverhalten, wobei das jeweilige Energieabsorptionselement 26 aus unterschiedlichen Materialien und unterschiedlichen Formen und deren Kombinationen gebildet sein kann. Beispielsweise kann das jeweilige Energieabsorptionselement 26 zumindest in einem jeweiligen Längenbereich einen bogenförmigen Verlauf aufweisen. Ferner ist es denkbar, dass das jeweilige Energieabsorptionselement 26 als anfaltende Crashbox gebildet ist und/oder wenigstens einen Schaum beziehungsweise wenigstens ein Schaumelement umfasst. 9 bis 11 zeigen dabei unterschiedliche, mögliche Ausführungsformen der Energieabsorptionselemente 26.
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Der Deformationsbereich 30 weist eine nur geringe, in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Länge auf und dient der Energieabsorption und der Energieabstützung oder Übertragung, um übermäßige Beschädigungen des Schutzbereichs 22 und übermäßige Intrusionen des Schutzbereichs 22 zu vermeiden. Dadurch kann der Energiespeicher 10 besonders gut geschützt werden.
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In 2 ist besonders gut erkennbar, dass das jeweilige Energieabsorptionselement 26 einenends an das jeweilige Längselement 18 und andernends an den jeweiligen Lastverteiler 24 angebunden ist. Dadurch wird das jeweilige Energieabsorptionselement 26, welches auch als Deformationselement bezeichnet wird, mittels des jeweiligen Lastverteilers 24 aktiviert. Unter einer solchen Aktivierung ist zu verstehen, dass unfallbedingte Lasten, das heißt Unfallenergie über den jeweiligen Lastverteiler 24 auf das jeweilige Energieabsorptionselement 26 übertragen wird, wodurch das jeweilige Energieabsorptionselement 26 verformt wird.
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2 zeigt den Lastverteiler 24 und die Energieabsorptionselemente 26 in einem undeformierten Zustand. Demgegenüber zeigt 3 den Lastverteiler 24 und die Energieabsorptionselemente 26 in einem deformierten Zustand, zu welchem es beispielsweise infolge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, insbesondere eines Seitenaufpralls, gekommen ist. Im Rahmen dieses Seitenaufpralls wirkt beispielsweise eine unfallbedingte Last in Fahrzeugquerrichtung von außen nach innen. Diese unfallbedingte Last wird zunächst durch den Lastverteiler 24 aufgenommen und über den Lastverteiler 24 auf die Energieabsorptionselemente 26 übertragen, wodurch diese aktiviert und schließlich verformt werden.
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5 zeigt die Tragrahmenstruktur in einer schematischen Draufsicht. Aus 5 geht besonders gut der schräge Verlauf der Energieabsorptionselemente 26 zur Fahrzeugquerrichtung und zur Fahrzeuglängsrichtung hervor. Ferner ist aus 5 besonders gut erkennbar, dass die jeweiligen Lastverteiler 24 direkt an die Querelemente 20 angebunden sind.
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6 veranschaulicht die Wirkweise der Tragrahmenstruktur beispielsweise bei einem Crashfall von der Seite, das heißt bei einem Seitenaufprall. Aus 6 ist besonders gut erkennbar, dass der Energiespeicher 10 mittels der Tragrahmenstruktur besonders vorteilhaft aus einem Deformationsbereich geschoben wird, wodurch übermäßige Beschädigungen des Energiespeichers 10 vermieden werden können.
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Es wurde gefunden, dass es in Fahrzeugarchitekturen von Personenkraftwagen mit alternativen Antrieben, insbesondere rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen, wichtig beziehungsweise vorteilhaft ist, einen möglichst großen Energiespeicher in einem begrenzt verfügbaren Bauraum unterzubringen. Das Volumen beziehungsweise die Abmessungen des Energiespeichers in Verbindung mit den Gesamtfahrzeugabmessungen und das daraus resultierende Gewicht haben einen Einfluss auf den Energieverbrauch und die Reichweite, über welche das Fahrzeug, insbesondere rein elektrisch, angetrieben werden kann. Üblicherweise erfolgt die Integration des Energiespeichers im Bodenbereich des Kraftfahrzeugs, um den nutzbaren Innenraum für Fahrzeuginsassen möglichst groß zu gestalten. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass – wie in den 4 und 6 besonders gut erkennbar ist – der Energiespeicher 10 im fertig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs unterhalb eines Bodens 34 der Karosserie 12 angeordnet ist.
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Der Boden 34 wird auch als Fahrzeugboden bezeichnet und begrenzt beispielsweise den Innenraum des Kraftfahrzeugs in Fahrzeughochrichtung nach unten hin. Vorteilhafterweise wird der Energiespeicher 10 so platziert, dass er im Falle eines Unfalls möglichst wenig belastet wird und/oder durch zusätzliche Verstärkungsstrukturen geschützt wird. Dies ist durch die Tragrahmenstruktur realisierbar. Insbesondere ermöglicht die Tragrahmenstruktur die Realisierung eines definierten, modular abstimmbaren Deformationsverhaltens, so dass der Energiespeicher 10 betriebssicher befestigt und somit vorteilhaft in das Kraftfahrzeug integriert werden kann, wobei der Energiespeicher gleichzeitig im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung umlaufend gegen Intrusionen geschützt werden kann. Hierzu ist der Tragrahmen 16 beispielsweise als eine umlaufende Profilstruktur, das heißt als umlaufendes Schutzprofil ausgebildet, welche beziehungsweise welches in seitlichen Bereichen erweitert ist und dabei die Deformationsbereiche 30 aufweist. Die Energieabsorptionselemente 26 sind dabei zusätzliche Strukturen, die den Last aufnehmenden, deformierbaren Deformationsbereich 30 bilden.
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Die Befestigung der Tragrahmenstruktur samt Energiespeicher 10 erfolgt beispielsweise weitgehend in einem seitlichen, äußeren Strukturbereich an der Karosserie 12 und schafft – über den aufliegend oder hängend an dem eine innere tragende Schutzstruktur darstellenden Tragrahmen 16 befestigten Energiespeicher 10 – ein entkoppeltes System, das den Energiespeicher 10 im Falle einer Intrusion relativ zur Fahrzeugstruktur beziehungsweise zur Karosserie 12 bewegen kann. Der jeweilige Deformationsbereich 30 ist eine seitliche Konstruktion, welche einerseits Intrusionsenergie verteilt und diese andererseits über Deformation abbaut. Die seitliche Konstruktion ist aber auch robust genug, um den Energiespeicher 10 betriebsfest zu tragen und teilweise aus dem relevanten Deformationsbereich zu schieben.
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Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die beispielsweise Profile darstellenden Längselemente 18 und/oder Querelemente 20 zum Beispiel über zusätzliche Verstärkungen zu erweitern, um so die Widerstandsfläche für mögliche eindringende Körper im Falle eines Fahrzeugcrashes zu vergrößern. Derartige zusätzliche Verstärkungen sind aus 8 erkennbar und dort mit 36 bezeichnet, wobei die jeweilige Verstärkung beispielsweise durch eine Konsole, ein Abstellblech oder ähnliches gebildet ist.
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Eine Ausführung des Tragrahmens 16 als selbsttragender Rahmen hat sich als vorteilhaft für die Vormontage und spätere Integration im Kraftfahrzeug dargestellt, da dadurch eine Modularisierung darstellbar ist, über welche Montagekosten eingespart werden können. Eine Ausgestaltung der Tragrahmenstruktur, insbesondere des Tragrahmens 16, als Trägerstruktur aus geschraubten Teilsegmenten ist dabei ebenfalls denkbar. Ebenso kann die zusätzliche Tragrahmenstruktur, insbesondere der Tragrahmen 16, sinnvollerweise als Anbindungsbasis für unterschiedliche weitere Komponenten im Gesamtfahrzeug genutzt werden, so dass beispielsweise Unterbodenverkleidungen und/oder elektrische Leitungssätze und/oder andere Bauelemente an die Tragrahmenstruktur, insbesondere an den Tragrahmen 16 angebunden werden können.
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Aus 7 ist erkennbar, dass es vorteilhafterweise vorgesehen sein kann, dass der jeweilige Lastverteiler 24 auch eine Anbindungsfunktion übernimmt, mittels welcher die Tragrahmenstruktur an die Schwellerstruktur beziehungsweise an den jeweiligen Seitenschweller 14 und somit an die Karosserie 12 insgesamt anbindbar ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Lastverteiler 24 jeweilige Verbindungselemente aufweisen, mittels welchen die Lastverteiler 24 und über diese die Tragrahmenstruktur insgesamt an die Seitenschweller 14 und somit an die Karosserie 12 insgesamt anbindbar sind. Ferner kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der jeweilige Lastverteiler 24 zumindest eines der Querelemente 20 und/oder zumindest eines der Längselemente 18 aktiviert und dadurch den Energiespeicher 10 relativ zum Kraftfahrzeug aus dem Deformationsbereich verschiebt. Beispielsweise ist das jeweilige Längselement 18 und/oder das jeweilige Querelement 20 als ein Profil ausgebildet, wobei das jeweilige Längselement 18 beziehungsweise das Querelement 20 aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein kann. Die Tragrahmenstruktur, insbesondere der Tragrahmen 16, ist beispielsweise als Zusammenbau ausgebildet, welcher geschweißt sein kann. Ferner ist es denkbar, dass die Tragrahmenstruktur, insbesondere der Tragrahmen 16, aus reversibel lösbar verbundenen beziehungsweise lösbaren Teilsegmenten gebildet ist.
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Vorzugsweise sind die zum Einsatz kommenden Profile nicht als geschlossene Profile ausgebildet, sondern die Gesamtkonstruktion oder Teilumfänge der Konstruktion ist aus offenen Profilen wie beispielsweise L-Profilen und/oder U-Profilen, Sonderformen, laser- und/oder punktgeschweißte Rollprofile etc. gebildet, wobei die jeweiligen Profile zumindest lokal verstärkt sein können.
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Insgesamt ist erkennbar, dass die Querelemente 20 zumindest vorliegend Last aufnehmende Elemente sind und für eine hinreichende Steifigkeit der Tragrahmenstruktur, insbesondere des Tragrahmens 16, sorgen. Der jeweilige Lastverteiler 24 wird zur Lastaufnahme und zur Lastverteilung sowie dazu genutzt, die Tragrahmenstruktur an den jeweiligen Seitenschweller 14 anzubinden. Unfallbedingte Kräfte werden über den jeweiligen Lastverteiler 24 sowohl auf die jeweiligen Energieabsorptionselemente 26 als auch auf die Querelemente 20 übertragen. Je Lastverteiler 24 sind zwei Energieabsorptionselemente 26 vorgesehen, welche jeweils schräg zur Fahrzeuglängsrichtung und schräg zur Fahrzeugquerrichtung und dabei schräg zueinander verlaufen. Vorliegend verlaufen die jeweiligen Energieabsorptionselemente 26 zumindest im Wesentlichen V-förmig beziehungsweise diagonal zueinander. Dabei verlaufen die jeweiligen Energieabsorptionselemente 26 vorliegend in Fahrzeugquerrichtung von innen nach außen aufeinander zu. Die Energieabsorptionselemente 26 können auch dazu genutzt werden, unfallbedingte Lasten über das jeweilige Längselement 18 auf die Querelemente 20 zu übertragen. Dadurch, dass die Energieabsorptionselemente 26 infolge von unfallbedingten Lasten deformiert werden, wird mittels der Energieabsorptionselemente 26 Unfallenergie absorbiert, wodurch übermäßige Beschädigungen des Energiespeichers 10 vermieden werden können. Durch den entsprechenden schrägen Verlauf der Energieabsorptionselemente 26 kann – wie in 3 erkennbar ist – ein diagonales Versagen, insbesondere Falten, der Energieabsorptionselemente 26 bewirkt werden, sodass Unfallenergie besonders effektiv auf besonders geringem Raum absorbiert werden kann. Der Winkel, unter welchem die Energieabsorptionselemente 26 schräg zur Fahrzeugquerrichtung verlaufen, das Material der Energieabsorptionselemente 26 und ihre Wanddicke werden optimiert, um die Energieabsorption zu maximieren, wobei vorzugsweise ein direkter Kontakt des jeweiligen Lastverteilers 24 mit dem jeweiligen, auf dessen Seite angeordneten Längselement 18 vermieden werden soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011012115 A1 [0002]
