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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batterieträger für ein Elektrokraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Mit zunehmender Elektromobilität werden mehr und mehr Elektrokraftfahrzeuge produziert und im Straßenverkehr zugelassen. Elektrokraftfahrzeuge nutzen im Gegensatz zu Kraftfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen elektrische Energie, die über ein Antriebsaggregat umgesetzt wird in Fortbewegungsenergie.
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Zur Speicherung dieser elektrischen Energie sind Batterien, auch Akkumulatoren genannt, vorgesehen, die zum Teil einen recht hohen Volumenanteil sowie ein hohes Eigengewicht relativ bezogen zu dem Kraftfahrzeug aufweisen. Zumeist wird eine Vielzahl solcher Batterien im Unterflurbereich eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Damit die Batterien aufgenommen und zugleich geschützt sind, sind aus dem Stand der Technik Batterieträger, auch Battery Tray genannt, bekannt. Diese Batterieträger sind zumeist wannenförmig ausgebildet und besitzen einen Deckel zum Verschließen des Batterieträgers und damit der darin aufgenommenen Batterien. Dies bietet zumeist einen Schutz der Batterien gegen äußere Witterungseinflüsse und zugleich die Möglichkeit, dass austretende Dämpfe oder Flüssigkeiten aus den Batterien in dem wannenartigen Batterieträger aufgefangen werden und nicht in die Umwelt gelangen.
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Zur Erfüllung von Crash- und Steifigkeitsanforderungen an die Kraftfahrzeugkarosserie werden Batterieträger zunehmend derart ausgebildet, dass diese auch eine entsprechende Aussteifung der Kraftfahrzeugkarosserie im montierten Zustand vornehmen.
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Damit ein entsprechend groß dimensionierter Batterieträger, welcher sich zumeist von einer Kraftfahrzeugseite auf die gegenüberliegende Kraftfahrzeugseite erstreckt, ausgesteift wird, werden Verstärkungsstreben innerhalb des Batterieträgers angeordnet. Diese erstrecken sich zumeist von einer Seite zu einer gegenüberliegenden Seite des Batterieträgers.
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Da der Batterieträger selbst im nicht sichtbaren Unterflurbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, herrscht ein erheblicher Kostendruck zu dessen Herstellung. Da mehrere Einzelteile miteinander gekoppelt und gefügt werden müssen, unterliegen diese bei der Herstellung wiederum Produktionstoleranzen.
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Aus der
EP 2 741 343 A1 ist die Herstellung eines Batterieträgers aus Kunststoff bekannt. Mit hoher Geschwindigkeit müssen Einleger in den Kunststoff eingebracht werden.
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Aus der
DE 10 2005 010 161 A1 ist die Herstellung eines Instrumententafelträgers mit einem Toleranzausgleichselement bekannt.
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Ferner ist aus der
EP 2 528 134 A1 ein Batterieträger bekannt. Hierbei werden in einem unteren Rahmenelement Querstreben über ein L-förmiges Koppelelement gekoppelt. Darauf angesetzt wird eine aus einem Faserwerkstoff hergestellte Trägerwanne.
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Aufgabe ist es daher, einen Batterieträger bereitzustellen, der einfach, effektiv und kostengünstig hergestellt werden kann, welcher zugleich Crash- und Steifigkeitsanforderungen erfüllt.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird bei einem Batterieträger für ein Elektrokraftfahrzeug mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Der Batterieträger für ein Elektrokraftfahrzeug wird in einem Unterflurbereich der Karosserie montiert. Der Batterieträger weist eine Wanne zur Aufnahme einer Mehrzahl von Batterien sowie optional einen die Wanne verschließenden Deckel auf. Die Wanne selbst weist einen Boden sowie einen umlaufenden Rand auf. Erfindungsgemäß ist der Batterieträger dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Wanne sich von einer Wandseite zur gegenüberliegenden Wandseite des Randes erstreckende Verstärkungsstreben angeordnet sind. Endseitig ist an einer, insbesondere an jeder der Verstärkungsstreben ein Toleranzausgleichselement angeordnet.
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Erfindungsgemäß kann somit eine Produktionstoleranz der Innenraummaße der Wanne und/oder der Länge der Verstärkungsstreben ausgeglichen werden. In der Folge kann ein Batterieträger bereitgestellt werden, dessen Boden der Wanne nicht durch zu lange oder zu kurze Verstärkungsstreben gewölbt ausgebildet ist.
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Die Wanne kann als einstückiges, dünnwandiges Blechbauteil, insbesondere Tiefziehbauteil, ausgebildet sein. Die Wanne kann auch durch einen Boden und einen mit dem Boden gekoppelten, außen umlaufenden Rahmen ausgebildet sein.
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Bevorzugt werden die Verstärkungsstreben als Profilbauteile durch Extrusion oder Rollformen hergestellt. Erhöhte und kostenintensive Maßnahmen zum präzisen Ablängen der Verstärkungsstreben werden durch das erfindungsgemäße Toleranzausgleichselement ebenfalls entfallen.
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Das Toleranzausgleichselement ist bevorzugt an einer Endseite jeder Verstärkungsstrebe angeordnet. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante kann auch an beiden Endseiten einer Verstärkungsstrebe jeweils ein Toleranzausgleichselement angeordnet sein. Die Verstärkungsstreben sind bevorzugt endseitig mit der Innenwand des Randes der Wanne gekoppelt. Weiterhin bevorzugt können die Verstärkungsstreben auch über ihren Längsverlauf mit dem Boden der Wanne gekoppelt sein.
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Bevorzugt ist die Wanne aus einem Stahlwerkstoff oder einem Leichtmetallwerkstoff ausgebildet. Weiterhin bevorzugt sind die Verstärkungsstreben ebenfalls aus einem Leichtmetall oder aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet. Besonders bevorzugt werden Verstärkungsstreben aus einer 7.000er Aluminiumlegierung hergestellt. Insbesondere weisen diese eine Dehngrenze Rp 0,2 größer 300 MPa, insbesondere größer 450 MPa, auf. Auf zumindest einer Endseite ist die Verstärkungsstrebe unter Eingliederung des Toleranzausgleichselements mit der Innenwand des Randes gekoppelt. Das Toleranzausgleichelement kann ebenfalls mit dem Rand bzw. mit der Verstärkungsstrebe über Kleben oder Schweißen gekoppelt sein. Auch kann das Toleranzausgleichselement zumindest mit der Verstärkungsstrebe durch formschlüssiges Verfahren gekoppelt sein, beispielsweise durch Nieten oder Clinchen.
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Das Toleranzausgleichselement ist hierzu insbesondere an einer Innenseite der Wandseite befestigt und umfasst ein Ende der Verstärkungsstrebe seitlich, insbesondere beidseitig, zumindest teilweise. Hierzu hat das Toleranzausgleichselement zwei C- bzw. U-förmig ausgebildete Schenkel, die die Verstärkungsstrebe seitlich umfassen.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist zwischen einer Stirnseite der Verstärkungsstrebe und der Innenseite der Wandseite ein Spalt ausgebildet. Somit wird die Verstärkungsstrebe untermaßig produziert, wobei die Untermaßigkeit durch das Toleranzausgleichselement ausgeglichen wird. Außerhalb der Produktionstoleranz liegende, zu lange übermaßige Verstärkungsstreben werden somit erfindungsgemäß vermieden. Auch Toleranzen der Wanne bzw. des Rahmens können durch die untermaßigen Verstärkungsstreben ausgeglichen werden.
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Das Toleranzausgleichselement selbst ist bevorzugt als Extrusionsbauteil ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann das Toleranzausgleichselement auch als Blechumformbauteil hergestellt sein. Im Falle eines Extrusionsbauteils wird das Toleranzausgleichselement insbesondere im Querschnitt U-förmig bzw. C-förmig oder auch T-förmig mit zwei Stegen ausgebildet. Das Extrusionsbauteil wird dann bevorzugt weiterhin schneidetechnisch und anschließend umformtechnisch sowie optional spanend bearbeitet.
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Das Toleranzausgleichselement weist Aufnahmen zur Koppelung mit einer Batterie auf. Dabei kann es sich um Auflageflächen handeln. Es kann sich jedoch auch um Montageaufnahmen, beispielsweise mit einer Einschweiß- oder Nietmutter oder eines Gewindeabschnitts, handeln, an welchen die Batterien in dem Batterieträger befestigt werden.
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Weiterhin besonders bevorzugt weist der Rand nach außen gerichtete Ausprägungen auf. Im Bereich der Ausprägung ist das Toleranzausgleichselement eingesetzt. Eine Innenmantelfläche der Wanne ist somit im Wesentlichen plan bzw. bündig, trotz rückseitiger Befestigung des Toleranzausgleichselements ausgebildet. Eine eventuell hierdurch erfahrene Aufdickung der Wand wird durch die nach außen gerichtete Ausprägung kompensiert.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
- 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Batterieträger in perspektivischer Ansicht,
- 2 eine schematische Ansicht eines Toleranzausgleichselements mit Verstärkungsstrebe,
- 3 bis 6 verschiedene Detailansichten des Innenraums des Batterieträgers mit eingesetztem Toleranzausgleichselement,
- 7 ein Toleranzausgleichselement hergestellt, durch Extrusion und Umformung, in perspektivischer Ansicht,
- 8 einen Batterieträger mit dem Toleranzausgleichselement aus 7,
- 9 ein alternatives Toleranzausgleichselement, hergestellt durch Extrusion und Umformung,
- 10 ein Toleranzausgleichselement, hergestellt durch Blechumformen,
- 11 und 12 einen Batterieträger mit dem aus 10 dargestellten Toleranzausgleichselement und
- 13 und 14 eine alternative Ausgestaltungsvariante einer Verstärkungsstrebe sowie mit Koppelung eines Toleranzausgleichselements an dem Rand einer Wanne.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründungen entfällt.
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1 zeigt einen Batterieträger 1 in perspektivischer Ansicht. Der Batterieträger 1 weist eine Wanne 2 auf, wobei die Wanne 2 einen außen umlaufenden Rand 3 sowie einen Boden 4 besitzt. In einem Innenraum 5 der Wanne 2 sind Verstärkungsstreben 6 angeordnet. Die Verstärkungsstreben 6 erstrecken sich dabei von einer Wandseite 7 zu einer gegenüberliegenden Wandseite 7.
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2 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Toleranzausgleichselement 8. Dieses umfasst mit seinen zwei Schenkeln 14 das Ende der Verstärkungsstrebe 6. Zwischen einer Endseite 9 der Verstärkungsstrebe 6 und einem rückseitigen Steg 27 ist ein Spalt 10 ausgebildet, so dass verschiedene Fertigungstoleranzen der Verstärkungsstrebe 6 und/oder der Wanne 2 ausgeglichen werden können. Eine Rückseite 28 des Stegs 27 wird mit der nicht dargestellten Wandseite der Wanne 2 gekoppelt. Es können dann punktförmige Fügeverbindungen 29, beispielsweise durch Nieten oder Punktschweißungen, hergestellt werden, zwischen den Schenkeln 14 und einer jeweiligen Seite 30 der Verstärkungsstrebe 6.
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Die Toleranzausgleichselemente 8 sind in einer Detaildarstellung in 3 gezeigt. Das Toleranzausgleichselement 8 ist im Wesentlichen im Querschnitt C-förmig ausgebildet. Eine Rückseite des Toleranzausgleichselementes 8 ist mit der Wandseite 7 gekoppelt. Eine Endseite 9 der Verstärkungsstrebe 6 ist nicht bis an die Wandseite 7 geführt. Gemäß 4 verbleibt somit zwischen der Endseite 9 der Verstärkungsstrebe 6 sowie der Wandseite 7 des Randes 3 der Wanne 2 ein Spalt 10 bzw. ein Abstand.
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Ferner ist in 4 ersichtlich, dass ein außen überstehender Flansch 11 der Wanne 2 gebildet ist und dieser Flansch auf einem außen umlaufenden Rahmen 12 aufliegt. Der Rahmen 12 kann auch aus einem Hohlprofil, insbesondere einem Mehrkammerhohlprofil, ausgebildet sein.
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Der Rahmen 12 hat gemäß 5 ersichtlich noch einen unten vorstehenden Steg 13. Der Steg 13 liegt dabei unterhalb der Verstärkungsstreben 6 auf, so dass die Verstärkungsstreben 6 unter Eingliederung des Bodens 4 auf dem Steg 13 aufliegen.
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Das Toleranzausgleichselement 8 selbst weist zwei Schenkel 14 auf, mit welchen es die Verstärkungsstrebe 6 jeweils seitlich umfasst. Gemäß 6 können beispielsweise zwei Lochschweißungen 15 vorgenommen sein, so dass die Verstärkungsstrebe 6 mit dem Toleranzausgleichselement 8 gekoppelt ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltungsvariante ist in 7 dargestellt. Das Toleranzausgleichselement 8 ist als Strangpressprofil hergestellt und anschließend in einem unteren Bereich des rückseitigen Stegs 27 eingeschnitten und abgebogen worden, so dass Aufnahmen 16, hier in Form von Aufnahmesockeln zur Koppelung mit einer nicht näher dargestellten Batterie, vorhanden sind. An einer umgebogenen Kante ist bevorzugt die Aufnahme 16 mit einer Fügenaht 17, beispielsweise hergestellt durch Schweißen, mit einem der Schenkel 14 gekoppelt, so dass eine höhere Steifigkeit der Aufnahme 16 bereitgestellt ist.
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In 8 ist das aus 7 dargestellte Toleranzausgleichselement 8 in einem Batterieträger 1 eingebaut. Das Toleranzausgleichselement 8 ist mit den Verstärkungsstreben 6 gekoppelt. Die Verstärkungsstreben 6 teilen einzelne Aufnahmeräume 18 ein, in welche nicht näher dargestellte Batterien angeordnet werden können. Auch an den Verstärkungsstreben 6 selbst sind Aufnahmen 16 ebenfalls zur Koppelung mit nicht näher dargestellten Batterien ausgebildet. In Einbaulage sind die Verstärkungsstreben 6 hier maßgeblich in Kraftfahrzeugquerrichtung Y orientiert. Auch kann - wie hier ebenfalls dargestellt - eine Verstärkungsstrebe 6m in Kraftfahrzeuglängsrichtung X verlaufend angeordnet sein. Die Verstärkungsstreben 6 und 6m kreuzen sich somit. Es können Aussparungen oder Ausklinkungen in den einzelnen Verstärkungsstreben 6, 6m vorhanden sein, so dass diese ineinander gesteckt werden können. Ebenfalls dargestellt ist ein außen umlaufender Rahmen 12. Der Flansch 11 der Wanne 2 liegt auf dem Rahmen 12 auf. Der Rahmen 12 ist in der hier dargestellten Ausgestaltungsvariante ausgebildet als im Querschnitt L-förmiges Mehrkammerhohlprofil. Ein L-Schenkel ist nach außen wegzeigend orientiert ausgebildet.
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Eine alternative Ausgestaltungsvariante ist dargestellt in 9. Das Toleranzausgleichselement 8 ist ebenfalls als Strangpressprofilbauteil hergestellt mit zwei Schenkeln 14 und einem rückseitigen Steg 27. Die Schenkel 14 sind an einer Schnittkante 19 eingeschnitten und zu Aufnahmen 16 seitlich abgebogen. Auch hier ist optional eine Fügenaht 17 vorgesehen, so dass Aufnahmen 16 lagefixiert an dem Toleranzausgleichselement 8 ausgebildet sind. Die Aufnahmen 16 können Montageöffnungen 20 aufweisen, beispielsweise zur Durchführung eines Schraubbolzens oder auch zur Koppelung mit einer Mutter oder einem Niet.
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Eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante des Toleranzausgleichselements 8 ist dargestellt in 10. Das Toleranzausgleichselement 8 ist hier als Blechumformbauteil und insbesondere als Spangenbauteil ausgebildet. Es weist mindestens einen, hier dargestellt zwei Koppelabschnitte 21, zur Koppelung mit der nicht näher dargestellten Wandseite des Batterieträgers 1 auf. Der Koppelabschnitt 21 ist einstückig und werkstoffeinheitlich mit einem zweiten Koppelabschnitt 22 verbunden. Der zweite Koppelabschnitt 22 eignet sich zur Festlegung am Boden 4 der Wanne 2. Das Toleranzausgleichselement 8 weist weiterhin einen Halteabschnitt 23 auf. Der Halteabschnitt 23 ist als Bügelkörper ausgebildet und umfasst die Verstärkungsstrebe 6 seitlich und übergreift auch die Verstärkungsstrebe 6 an einer Oberseite, welche dem Boden 4 gegenüberliegt. Somit ist der Halteabschnitt 23 als die Verstärkungsstrebe 6 übergreifender Spangenabschnitt ausgebildet.
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11 zeigt das Toleranzausgleichselement 8 in Einbaulage in einem erfindungsgemäßen Batterieträger 1. Die Verstärkungsstreben 6 sind von einer Wandseite 7 zur gegenüberliegenden Wandseite 7 erstreckend ausgebildet. In der Wandseite 7 des Randes 3 sind nach außen gerichtete Ausprägungen 24 ausgebildet. Auch am Boden 4 sind nach außen gerichtete Ausprägungen 24 ausgebildet. Der Koppelabschnitt 21 und der zweite Koppelabschnitt 22 können mit jeweils Punktschweißungen mit der Wandseite 7 und/oder dem Boden 4 gekoppelt sein. Der Halteabschnitt 23 ist mit einer Fügenaht 25 mit der Verstärkungsstrebe 6 gekoppelt. Die Verstärkungsstrebe 6 selbst kann Flansche 26 aufweisen, mit welchem sie am Boden 4, beispielsweise auch durch eine Punktschweißung, gekoppelt ist. Die Verstärkungsstrebe 6 kann somit als Blechumformbauteil ausgebildet sein.
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12 zeigt den Batterieträger 1 aus 11 in Gesamtansicht. Die Toleranzausgleichselemente 8 sind nicht nur an der jeweiligen Wandseite 7 angeordnet, sondern auch an einer mittleren Verstärkungsstrebe 6m, so dass die einzelnen Verstärkungsstreben 6, welche in Kraftfahrzeugquerrichtung Y verlaufen, an jeder ihrer Endseiten von einem Toleranzausgleichselement 8 ergriffen sind.
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13 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante einer Verstärkungsstrebe 6. Diese ist im Querschnitt doppel-T-förmig konfiguriert. Ein langer Doppel-T-Steg 31 erstreckt sich zwischen den zwei gegenüberliegenden T-Stegen 32. Ein nach unten abstehender Verstärkungssteg 33 ist zusätzlich ausgebildet. Gemäß 14 ist dargestellt, dass das Toleranzausgleichselement 8, hier in Form eines L-förmigen Schenkels, mit der Wandseite 7 des Randes 3 gekoppelt ist. Ein weiterer Teil liegt dann an dem langen Doppel-T-Steg 31 an und ist mit diesem über Fügeverbindungen 34, beispielsweise über Verbindungen 33, beispielsweise doppelt punktgeschweißt. Eine besonders gute seitliche Zugänglichkeit und somit durchgeführte automatische, beispielsweise Roboterschweißung, ist möglich. Eine hinreichende Verbindung von der Verstärkungsstrebe 6 zu dem umlaufenden Rand 3 der Wanne 2 wird durch das Toleranzausgleichselement 8 ausgebildet.
