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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Speichervorrichtung, welche wenigstens einen Speichertank, und zumindest eine, an dem Kraftfahrzeug festgelegte Rahmenstruktur umfasst, an welcher der wenigstens eine Speichertank gehalten ist, wobei die Rahmenstruktur als Batterieträger zum Halten zumindest einer Traktionsbatterie an dem Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung für ein derartiges Kraftfahrzeug.
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Die
US 2006/0289224 A1 beschreibt einen Fahrzeugaufbau mit einer Rahmenstruktur an welcher ein Hilfsrahmen fixiert ist. An dem Hilfsrahmen sind ein elektrischer Antriebsmotor, Brennstoffzellen, eine Akkumulatorbatterie und ein Gastank montiert.
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Aus der
DE 20 2016 104 985 U1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofftank, einer Batterie sowie mit zwei Außenskeletten bekannt. Die Außenskelette sind zur Aufnahme von Aufprallenergie konfiguriert und umfassen jeweils ein Paar von Trägern, welche durch einen Querträger aneinander befestigt sind. Jeweils eines der beiden Außenskelette umgibt den Kraftstofftank bzw. die Batterie.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug sowie eine Speichervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine besonders hohe Steifigkeit aufweisen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Speichervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Speichervorrichtung, welche wenigstens einen Speichertank, und zumindest eine, an dem Kraftfahrzeug festgelegte Rahmenstruktur umfasst, an welcher der wenigstens eine Speichertank gehalten ist, wobei die Rahmenstruktur als Batterieträger zum Halten zumindest einer Traktionsbatterie an dem Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Speichertank einerseits an der Rahmenstruktur und andererseits an einem Halteelement des Kraftfahrzeugs fixiert. Dies ist von Vorteil, da der wenigstens eine Speichertank somit einerseits gegenüber der Rahmenstruktur und andererseits gegenüber dem Halteelement des Kraftfahrzeugs fixiert und damit festgelegt ist. Dadurch ergibt sich eine besonders hohe Steifigkeit der Speichervorrichtung insbesondere im Bereich des wenigstens einen Speichertanks.
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Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstofftanks, welche im Bereich eines Fahrzeugunterboden durch jeweilige Verschraubungen lediglich einseitig an einer Fahrzeugkarosserie festgelegt sind, wird durch die, infolge der Fixierung an der Rahmenstruktur und an dem Halteelement durch mehrseitiges Festlegen des wenigstens einen Speichertanks, erhöhte Steifigkeit des wenigstens einen Speichertanks eine Verringerung eines Körperschalleintrags durch sogenanntes Tankschwappen von in dem Speichertank enthaltener Flüssigkeit erheblich reduziert.
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Bei dem Halteelement kann es sich beispielsweise um ein Unterbodenblech des Kraftfahrzeugs handeln. Das Unterbodenblech kann eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs in Fahrzeughochrichtung nach unten hin begrenzen.
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Der wenigstens eine Speichertank kann mittels jeweiliger, lösbar Fixierelemente einerseits an der Rahmenstruktur und andererseits an dem Halteelement fixiert sein. Die Fixierelemente können beispielsweise als Schrauben ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Speichervorrichtung wenigstens zwei, an der zumindest einen Rahmenstruktur gehaltene Speichertanks, von welchen ein erster Speichertank als Kraftstofftank und ein zweiter Speichertank als SCR-Speichertank ausgebildet ist. Dies ist von Vorteil, da die Speichervorrichtung somit eine besonders hohe Funktionalität aufweist. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass der Kraftstofftank sowie der SCR-Speichertank dadurch gemeinsam und damit unter besonders geringem Montageaufwand im Rahmen einer sogenannten Hochzeit beispielsweise an einem Rohbau des Kraftfahrzeugs verschraubt werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Kraftfahrzeug die zumindest eine Traktionsbatterie, welche an der Rahmenstruktur gehalten ist. Dies ist von Vorteil, da die an der Rahmenstruktur gehaltene Traktionsbatterie somit zumindest bereichsweise, beispielsweise beim Überfahren von Hindernissen, durch die Rahmenstruktur vor Beschädigungen geschützt ist.
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Bevorzugt ist die Traktionsbatterie einerseits an wenigstens einem Karosserieelement des Kraftfahrzeugs und andererseits an der Rahmenstruktur festgelegt. Dadurch ist eine besonders steife Verbindung der Traktionsbatterie geschaffen. Die Traktionsbatterie kann insbesondere zerstörungsfrei lösbar an dem Karosserieelement und der Rahmenstruktur festgelegt sein. Dadurch kann im Kundendienstfall ein separates Demontieren der Traktionsbatterie sowohl von der Rahmenstruktur als auch von dem Karosserieelement erfolgen. Die Traktionsbatterie kann also entfernt werden, ohne hierfür die Rahmenstruktur und damit den wenigstens einen Speichertank zu lösen. Das Karosserieelement kann allgemein dem Halteelement entsprechen.
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Ist der Speichertank als Kraftstofftank ausgebildet, so kann ein Ausbau und damit ein Entfernen des Kraftstofftanks vermieden und dementsprechend beispielsweise auf ein - gegebenenfalls für den Ausbau des Kraftstofftanks erforderliches - Absenken einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs verzichtet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Rahmenstruktur zumindest ein Gitterelement zum Schutz des wenigstens einen Speichertanks auf. Dies ist von Vorteil, da durch ein derartiges Gitterelement beispielsweise verhindert werden kann, dass bei einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs überfahrene Gegenstände an den Speichertank und/oder in den Bereich der Traktionsbatterie gelangen. Das Gitterelement kann also die Traktionsbatterie und/oder den Speichertank bzw. mehrere Speichertanks vor Beschädigungen schützen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine Speichertank in Schwerkraftrichtung an der Rahmenstruktur in Anlage ist. Mit anderen Worten liegt der wenigstens eine Speichertank entgegen der Schwerkraft auf der Rahmenstruktur auf. Dies ist von Vorteil, da der Speichertank somit entgegen der Schwerkraft durch die Rahmenstruktur abgestützt ist. Dadurch kann eine Entlastung von einer oder mehreren Fixierungen zwischen dem wenigstens einen Speichertank und dem Halteelement des Kraftfahrzeugs bewirkt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine Speichertank mittels zumindest eines ersten Fixierelements an dem Halteelement und mittels zumindest eines zweiten Fixierelements an der Rahmenstruktur des Kraftfahrzeugs fixiert, wobei das zumindest eine erste Fixierelement und das zumindest eine zweite Fixierelement parallel zueinander orientiert sind. Dies ist von Vorteil, da sich hierdurch eine besonders hohe Steifigkeit, insbesondere im Bereich jeweiliger Fixierstellen zwischen dem wenigstens einen Speichertank und der Rahmenstruktur sowie zwischen dem wenigstens einen Speichertank und dem Halteelement des Kraftfahrzeugs ergibt. Dadurch kann ein Körperschalleintrag durch Tankschwappen, also durch in dem Speichertank infolge von Fahrbewegungen des Kraftfahrzeugs schwappender Flüssigkeit besonders weitgehend verringert werden.
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Bevorzugt sind das zumindest eine erste Fixierelement und das zumindest eine zweite Fixierelement parallel zu einer Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs orientiert. Dadurch ergibt sich eine besonders haltbare und - im Hinblick auf Körperschalleintrag infolge von Tankschwappen - Geräusch reduzierende Verbindung zwischen dem wenigstens einen Speichertank, der Rahmenstruktur und dem Kraftfahrzeug.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das erste Fixierelement und das zweite Fixierelement als jeweilige Schrauben ausgebildet, welche in einander entgegengesetzten Richtungen in den wenigstens einen Speichertank eingeschraubt sind. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders einfache, lösbare Verbindung geschaffen ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der wenigstens eine Speichertank und/oder die Rahmenstruktur jeweilige Elastomerlager auf, in welche das erste Fixierelement und/oder das zweite Fixierelement eingeschraubt sind. Dies ist von Vorteil, da durch die Elastomerlager eine besonders günstige Körperschallentkopplung erzielt werden kann.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Speichertank und zumindest eine an dem Kraftfahrzeug festlegbare Rahmenstruktur, an welcher der wenigstens eine Speichertank gehalten ist, wobei die Rahmenstruktur als Batterieträger zum Halten zumindest einer Traktionsbatterie an dem Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß umfasst der wenigstens eine Speichertank zumindest eine Fixierkomponente zum Festlegen des wenigstens einen Speichertanks an einem Halteelement des Kraftfahrzeugs. Mittels der zumindest einen Fixierkomponente ist der wenigstens eine Speichertank insbesondere ortsfest an dem Halteelement fixierbar. Durch die zumindest eine Fixierkomponente ist es möglich, den wenigstens einen Speichertank nicht nur an der Rahmenstruktur zu halten, sondern auch an dem Kraftfahrzeug festzulegen. Die zumindest eine Fixierkomponente kann beispielsweise als Durchgangsöffnung oder als Gewindeeinsatz ausgebildet sein, um nur einige Beispiele zu nennen. Dementsprechend kann in die Fixierkomponente ein Fixierelement einschraubbar sein, um den Speichertank an dem Halteelement und damit am Kraftfahrzeug zu fixieren.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf einen Fahrzeugunterboden mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Tankanordnung;
- 2 eine Draufsicht auf eine Speichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug;
- 3 eine Perspektivansicht auf die Speichervorrichtung, welche an einem Unterboden des schematisch dargestellten Kraftfahrzeugs angeordnet ist; und
- 4 eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs der Speichervorrichtung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Draufsicht auf einen Fahrzeugunterboden 70 mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Tankanordnung. Bei dieser Tankanordnung ist ein Kraftstofftank 74 durch eine Mehrzahl an Verschraubungen 72 (hier: insgesamt sieben Verschraubungen 72) axial am Fahrzeugunterboden 70 und damit an der Karosserie festgelegt. Durch die vorliegend eindimensionalen Verschraubungen 72 kann es zu einem Torsionsmoment im Bereich der Verschraubungen 72 des Kraftstofftanks 74 durch in Fahrtrichtung gerichtetes Tankschwappen von in dem Kraftstofftank 74 mitgeführtem Kraftstoff kommen. Aufgrund von einzuhaltenden Einbautoleranzen ist der Kraftstofftank 74 in einem umlaufenden Abstand von beispielsweise 10 mm zu anderen, am Fahrzeugunterboden 70 fixierten Fahrzeugkomponenten angeordnet. Aufgrund der eindimensionalen Verschraubungen 72 in Verbindung mit einer zumindest bereichsweise geringen Steifigkeit des Fahrzeugunterbodens 70 werden Schwappgeräusche in Form von Körperschall in den Fahrzeugunterboden 70 eingeleitet.
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Die in 1 gezeigte Tankanordnung am Fahrzeugunterboden 70 weist neben dem bereits angesprochenen Tankschwappen mehrere, weitere Nachteile auf. Für jede Verschraubung 72 am Fahrzeugunterboden 70 sind sogenannte Schrauberfreigänge freizuhalten, was zu Bauraumeinbußen führt. Die Verschraubungen 72, welche auch als Schraubpunkte bezeichnet werden können stellen zudem ein potentielles Produktrisiko für sogenannte niO-Verschraubungen (niO = nicht in Ordnung) dar. Im Falle solcher niO-Verschraubungen, also fehlerhafter Verschraubungen 72 kann es zu Taktzeitenverlusten bei der Montage kommen. Im Zusammenspiel mit anderen Komponenten wie beispielsweise PHEV-Batterien sind Fügetoleranzen von beispielsweise 10 mm für die sogenannte Hochzeit einzuhalten. Der für die Fügetoleranzen vorgehaltenen Bauraum kann nicht weiter genutzt werden.
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2 zeigt eine Speichervorrichtung 20 für ein Kraftfahrzeug 10. Das Kraftfahrzeug 10 ist vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich in 3 durch ein Halteelement 14 des Kraftfahrzeugs 10 angedeutet. Das Halteelement 14 ist in 4 schematisch dargestellt und vorliegend als Unterbodenblech des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet. Durch die Speichervorrichtung 20 können die aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile zumindest weitgehend überwunden werden.
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In 2, 3 und 4 sind jeweils auf das Kraftfahrzeug 10 bezogene Koordinatensysteme angegeben, welche durch eine Fahrzeuglängsrichtung x, durch eine Fahrzeugquerrichtung y sowie durch eine Fahrzeughochrichtung z des Kraftfahrzeugs 10 definiert sind. Die Fahrzeuglängsrichtung x entspricht vorliegend allgemein einer Längserstreckungsrichtung der Speichervorrichtung 20. Die Fahrzeugquerrichtung y entspricht vorliegend allgemein einer Quererstreckungsrichtung der Speichervorrichtung 20. Die Fahrzeughochrichtung z entspricht vorliegend allgemein einer Hocherstreckungsrichtung der Speichervorrichtung 20.
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2 und 3 zeigen, dass die Speichervorrichtung 20 zwei Speichertanks, nämlich einen ersten Speichertank 30 und einen zweiten Speichertank 40 sowie eine an dem Kraftfahrzeug 10 lösbar, beispielsweise durch Schraubenverbindungen, festgelegte Rahmenstruktur 50 umfasst an welcher die Speichertanks 30, 40 gehalten sind. Die beiden Speichertanks 30, 40 sind vorliegend lediglich exemplarisch in Fahrzeugquerrichtung y unmittelbar nebeneinander angeordnet. Es ist klar, dass die beiden Speichertank 30, 40 auch beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung x und damit in Längserstreckungsrichtung der Speichervorrichtung 20 hintereinander und beispielsweise in einem Abstand zueinander angeordnet sein können. Die Speichertanks 30, 40 können auch beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung y zueinander versetzt sein, wenngleich dies vorliegend nicht weiter dargestellt ist.
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Der erste Speichertank 30 ist vorliegend als Kraftstofftank und der zweite Speichertank 40 als SCR-Speichertank ausgebildet.
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Die Rahmenstruktur 50 ist als Batterieträger zum Halten einer Traktionsbatterie 12 des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet. Die Rahmenstruktur 50 umfasst zwei Rahmenelemente 52, 62, an welchen die Traktionsbatterie 12 sowie die beiden Speichertanks 30, 40 mittelbar oder unmittelbar abgestützt sein können. Die beiden Rahmenelemente 52, 62 erstrecken sich vorliegend parallel in einem Abstand zueinander und in Fahrzeuglängsrichtung x. Vorliegend sind die beiden Rahmenelemente 52, 62 als Längsstreben der Rahmenstruktur 50 ausgebildet. Die an der Rahmenstruktur 50, bzw. an den Rahmenelementen 52, 62 gehaltene Traktionsbatterie 12 ist in 2 und 3 erkennbar.
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4 zeigt besonders deutlich anhand des ersten Speichertanks 30, dass die Speichertanks 30, 40 einerseits an der Rahmenstruktur 50 und andererseits an dem Halteelement 14 des Kraftfahrzeugs 10 fixiert sind.
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Die Speichertanks 30, 40 umfassen vorliegend mehrere, in 4 lediglich anhand des ersten Speichertanks 30 angedeutete Fixierkomponenten 36 zum Festlegen der Speichertanks 30, 40 an dem Halteelement 14 des Kraftfahrzeugs 10. Die Fixierkomponenten 36 sind vorliegend als jeweilige Gewindeeinsätze ausgebildet, in welche, wie in 4 erkennbar ist, jeweilige, vorliegend als Schrauben ausgebildete, erste Fixierelemente 32 eingeschraubt sind, um mittels dieser ersten Fixierelemente 32 die Speichertanks 30, 40 an dem Halteelement 14 (Unterbodenblech) lösbar zu fixieren. Im Bereich der jeweiligen ersten Fixierelemente 32 weist die Speichervorrichtung 20 jeweilige Elastomerlager 38 auf, in welche die ersten Fixierelemente 32 eingeschraubt sind, um die jeweiligen Speichertanks 30, 40 an dem Halteelement 14 zu lagern.
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Die Speichertanks 30, 40 sind vorliegend in Schwerkraftrichtung und damit entgegen der Fahrzeughochrichtung z an der Rahmenstruktur 50 in Anlage. 4 zeigt hierzu anhand des ersten Speichertanks 30, dass die Speichertanks 30, 40 an zumindest einer Seite 64 jeweiliger Seiten 54, 64 der jeweiligen Rahmenelemente 52, 62 anliegen und abgestützt sein können. Die jeweiligen Seiten 54, 64 sind in Hocherstreckungsrichtung (Fahrzeughochrichtung z) der Speichervorrichtung 20 oben an den jeweiligen Rahmenelementen 52, 62 angeordnet.
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Die Speichertanks 30, 40 sind zudem über jeweilige zweite Fixierelemente 34 an der Rahmenstruktur 50 bzw. an den jeweiligen Rahmenelementen 52, 62 fixiert. Die zweiten Fixierelemente 34 sind ebenso wie die ersten Fixierelemente 32 als jeweilige Schrauben ausgebildet. Im Bereich der jeweiligen zweiten Fixierelemente 34 weist die Speichervorrichtung 20 jeweilige Elastomerlager 58 auf, in welche die zweiten Fixierelemente 34 eingeschraubt sind, um die jeweiligen Speichertanks 30, 40 an den jeweiligen Rahmenelementen 52, 62 zu lagern.
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Die Speichertanks 30, 40 sind zusammenfassend mittels der ersten Fixierelemente 32 an der Rahmenstruktur 50 und mittels der zweiten Fixierelemente 34 an dem Halteelement 14 des Kraftfahrzeugs 10 fixiert. In 4 ist erkennbar, dass die jeweiligen ersten Fixierelemente 32 und die jeweiligen zweiten Fixierelemente 34 jeweils parallel zur Hocherstreckungsrichtung (Fahrzeughochrichtung z) und damit parallel zueinander orientiert sind, wodurch eine besonders günstige Versteifung der Speichertanks 30, 40 erzielt werden kann. Die jeweiligen Fixierelemente 32, 34 sind dabei in einander entgegengesetzten Richtungen in die Speichertanks 30, 40 eingeschraubt.
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Die Rahmenstruktur 50 umfasst zusätzlich wenigstens ein Gitterelement 60 zum Schutz der Speichertanks 30, 40 sowie der Traktionsbatterie 12. Das Gitterelement 60 ist vorliegend lediglich in 3 schematisch dargestellt und erstreckt sich in Hocherstreckungsrichtung (Fahrzeughochrichtung z) unterhalb der beiden Speichertanks 30, 40 und der Traktionsbatterie 12. Das Gitterelement 60 ist an den einander gegenüberliegenden Rahmenelementen 52, 62 festgelegt.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung die Traktionsbatterie 12 durch die Rahmenstruktur 50 am Unterboden des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet und dort an dem Halteelement 14 lösbar festgelegt werden kann. Das Kraftfahrzeug 10 kann als HEV (hybrid electric vehicle), als MHEV (mild hybrid electric vehicle) oder als PHEV (plug-in hybrid electric vehicle) ausgebildet sein. Die Rahmenstruktur 50 kann beispielsweise nach der Befestigung der Traktionsbatterie 12 sowie der jeweiligen Speichertanks 30, 40 im Rahmen der sogenannten Hochzeit am Halteelement 14 befestigt werden. Die Rahmenstruktur 50 ermöglicht also das gleichzeitige Heranführen und Anordnen der Traktionsbatterie 12 und der jeweiligen Speichertanks 30, 40 an dem Unterboden des Kraftfahrzeugs 10.
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Die Speichertanks 30, 40 (Kraftstofftank, SCR-Speichertank) sowie die Traktionsbatterie 12 können zunächst an der Rahmenstruktur 50 vormontiert werden. Anschließend kann die Rahmenstruktur 50 zusammen mit den Speichertanks 30, 40 und der Traktionsbatterie 12 an den Unterboden herangeführt und dort fixiert werden. Dadurch ergibt sich ein geringer Abstand zwischen dem Kraftstofftank (erster Speichertank 30) und dem SCR-Speichertank (zweiter Speichertank 40) und anderen Bauteilen, da keine Fügetoleranzen in der Hochzeit berücksichtigt werden müssen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0289224 A1 [0002]
- DE 202016104985 U1 [0003]
