DE102017007490A1

DE102017007490A1 - Halteanordnung von Batterien an einem Rahmen für ein Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102017007490A1
Application number: DE102017007490.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Bergemann; Wolfgang Hänßler; Stefan Kaiser
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2019-02-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halteanordnung (12) von Batterien (14) an einem Rahmen (10) für ein Nutzfahrzeug, bei welchem der Rahmen (10) wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung (26) voneinander beabstandete, seitliche Längsstrukturen (16, 18), welche jeweils wenigstens einen Obergurt (20) und wenigstens einen separat von dem Obergurt (20) ausgebildeten und mit diesem verbundenen Untergurt (22) aufweisen, und Querstrukturen (24) umfasst, über welche die Längsstrukturen (16, 18) miteinander verbunden sind, wobei die Querstrukturen (24) jeweils von einer der Längsstrukturen (16, 18) in Fahrzeugquerrichtung (26) durchgängig zur jeweils anderen Längsstruktur (18, 16) und von den jeweiligen Obergurten (20) in Fahrzeughochrichtung durchgängig zu den jeweiligen Untergurten (22) verlaufen und jeweils mit den Obergurten (20) und den Untergurten (22) verbunden sind, wobei die Batterien (14) direkt an den Querstrukturen (24) gehalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halteanordnung von Batterien an einem Rahmen für ein Nutzfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Halteanordnung von Batterien an einem Rahmen für ein Nutzfahrzeug ist beispielsweise bereits aus der DE 10 2014 013 536 A1 bekannt. Bei der Halteanordnung weist der Rahmen wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete, seitliche Längsstrukturen auf, welche jeweils wenigstens einen Obergurt und wenigstens einen separat von dem Obergurt ausgebildeten und mit dem Obergurt verbundenen Untergurt aufweisen. Ferner umfasst der Rahmen Querstrukturen, über welche die Längsstrukturen miteinander verbunden sind. Hierzu sind die Querstrukturen an die jeweiligen Längsstrukturen angebunden. Außerdem sind die Batterien an dem auch als Tragrahmen oder Fahrgestell bezeichneten Rahmen gehalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halteanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Batterien auf besonders einfache Weise an dem Rahmen befestigt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Halteanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Halteanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Batterien besonders einfach an dem Rahmen befestigt werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Querstrukturen jeweils von einer der Längsstrukturen in Fahrzeugquerrichtung durchgängig zur jeweils anderen Längsstruktur verlaufen. Ferner verlaufen die Querstrukturen jeweils von den jeweiligen Obergurten der jeweiligen Längsstrukturen in Fahrzeughochrichtung durchgängig zu den jeweiligen Untergurten der jeweiligen Längsstrukturen. Des Weiteren sind die Querstrukturen mit den jeweiligen Obergurten der Längsstrukturen und mit den jeweiligen Untergurten der Längsstrukturen verbunden, sodass eine besonders hohe Steifigkeit des auch als Tragrahmen oder Fahrgestell bezeichneten Rahmens realisiert werden kann. Gleichzeitig kann das Gewicht des Rahmens besonders gering gehalten werden, wodurch eine besonders hohe Nutzlast des Nutzfahrzeugs dargestellt werden kann. Ferner ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Batterien sowie gegebenenfalls wenigstens ein weiteres Anbauteil oder weitere Anbauteile direkt an den Querstrukturen gehalten beziehungsweise befestigt sind. Die Halteanordnung ist ein Rahmenkonzept, welches durch nur geringe Detailanpassungen für Brennstoffzellen-Fahrzeuge verwendet werden kann, sodass beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu den Batterien Brennstoffzellen vorgesehen sind, welche direkt an den Querstrukturen gehalten sind. Insbesondere sind die Batterien beziehungsweise die Brennstoffzellen sowie gegebenenfalls die weiteren Anbauteile direkt auf den Querträgerstukturen befestigt, sodass beispielsweise die Batterien beziehungsweise die Brennstoffzellen sowie gegebenenfalls die weiteren Anbauteile in Fahrzeughochrichtung nach unten direkt an den Querstrukturen abgestützt sind.
Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass herkömmliche, beispielsweise als Lastkraftwagen ausgebildete Nutzfahrzeuge, welche beispielsweise batterie-elektrisch angetrieben sind, meist auf Serienfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren basieren. Diese Serienfahrzeuge haben üblicherweise als Rahmen einen Leiterrahmen, welcher üblicherweise wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete und einstückig ausgebildete Längsträger aufweist. An diesem Leiterrahmen müssen herkömmlicherweise die Batterien befestigt werden, was sich sehr aufwendig gestalten kann.
Um nun eine besonders hohe Steifigkeit des Rahmens zu schaffen und dabei das Gewicht des Rahmens besonders gering halten zu können sowie Batterien mit einem nur geringen Montageaufwand und somit auf besonders einfache Weise an dem Rahmen befestigen zu können, ist es bei der erfindungsgemäßen Halteanordnung vorgesehen, eine herkömmliche Rahmenstruktur, insbesondere zwischen einer Vorder- und Hinterachse des Nutzfahrzeugs, in die genannten Ober- und Untergurte sowie in die Querstrukturen aufzulösen. Dies bedeutet, dass der jeweilige Obergurt und der jeweilige Untergurt der jeweiligen Längsstruktur nicht etwa einstückig miteinander ausgebildet sind, sondern der jeweilige Obergurt und der jeweilige Untergurt sind separat voneinander ausgebildete Bauteile, welche über die jeweiligen Querstrukturen miteinander verbunden sind. Ferner sind der Obergurt und der Untergurt der jeweiligen Längsstruktur mit dem Obergurt und dem Untergurt der jeweils anderen Längsstruktur über die Querstrukturen verbunden, sodass eine besonders hohe Steifigkeit auf gewichtsgünstige Weise realisiert werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Perspektivansicht eines Rahmens für ein Nutzfahrzeug, wobei der Rahmen für eine erfindungsgemäße Halteanordnung verwendet wird;
2 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Halteanordnung mit dem Rahmen gemäß 1; und
3 eine weitere schematische Perspektivansicht der Halteanordnung.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Rahmen für ein Nutzfahrzeug, insbesondere für einen Lastkraftwagen. Der Rahmen 10 wird auch als Tragrahmen oder Fahrgestell bezeichnet. Das Nutzfahrzeug ist beispielsweise ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Insbesondere ist das Nutzfahrzeug beispielsweise als batterie-elektrisches Fahrzeug ausgebildet. Somit weist das Nutzfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens eine elektrische Maschine auf, mittels welcher beispielsweise Räder des Nutzfahrzeugs und somit das Nutzfahrzeug insgesamt elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Um die elektrische Maschine als Elektromotor zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt, die beziehungsweise der beispielsweise in Batterien gespeichert ist.
Dabei zeigt 2 in einer schematischen Perspektivansicht eine Halteanordnung 12 der in 2 mit 14 bezeichneten Batterien an dem Rahmen 10. Wie besonders gut aus 1 erkennbar ist, weist der Rahmen 10 wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete, seitliche Längsstrukturen 16 und 18 auf, welche auch als Längsträgerstrukturen bezeichnet werden.
Die jeweilige Längsstruktur 16 beziehungsweise 18 weist nun nicht etwa einen einstückigen Längsträger auf, sondern ein solcher, herkömmlicherweise vorgesehener Längsträger ist bei dem Rahmen 10 in einen jeweiligen Obergurt 20 und in einen jeweiligen Untergurt 22 aufgelöst. Somit weisen die jeweiligen Längsstrukturen 16 und 18 jeweils wenigstens einen Obergurt 20 und wenigstens einen separat von dem jeweiligen Obergurt 20 ausgebildeten und mit dem jeweiligen Obergurt 20 verbundenen Untergurt 22 auf, welcher in Fahrzeughochrichtung unterhalb des Obergurts 20 angeordnet ist.
Des Weiteren umfasst der Rahmen 10 Querstrukturen 24, welche auch als Querträgerstrukturen bezeichnet werden. Über die Querstrukturen 24 sind die Längsstrukturen 16 und 18 miteinander verbunden, wobei die Querstrukturen 24 in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet sind. Dabei ist in 1 die Fahrzeugquerrichtung durch einen Doppelpfeil 26 veranschaulicht, während die Fahrzeuglängsrichtung durch einen Doppelpfeil 28 veranschaulicht ist.
Um nun die Batterien 14 auf besonders einfache Weise an dem Rahmen 10 befestigen zu können, verlaufen die jeweiligen Querstrukturen 24 jeweils von der Längsstruktur 16 in Fahrzeugquerrichtung durchgängig zur Längsstruktur 18 beziehungsweise umgekehrt. Ferner verlaufen die jeweiligen Querstrukturen 24 von den jeweiligen Obergurten 20 in Fahrzeughochrichtung nach unten durchgängig zu den jeweiligen Untergurten 22 beziehungsweise umgekehrt. Außerdem sind die Querstrukturen 24 jeweils mit den jeweiligen Obergurten 20 sowie mit den jeweiligen Untergurten 22 verbunden, sodass mittels der Querstrukturen 24 nicht nur der jeweilige Obergurt 20 mit dem jeweiligen Untergurt 22 der jeweiligen Längsstruktur 16 beziehungsweise 18 verbunden ist, sondern die jeweiligen Obergurte 20 und die jeweiligen Untergurte 22 der Längsstrukturen 16 und 18 sind auch untereinander verbunden. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass die Batterien 14 direkt an den Querstrukturen 24 befestigt beziehungsweise gehalten sind.
Der jeweilige Obergurt 20 ist beispielsweise als Profil, insbesondere als L-Profil, ausgebildet, wobei der jeweilige Obergurt 20 beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl, gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist beispielsweise der jeweilige Untergurt 22 als Profil, insbesondere als L-Profil, ausgebildet. Ferner ist es denkbar, dass der jeweilige Untergurt 22 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl, gebildet ist.
Die jeweilige Querstruktur 24 weist dabei wenigstens einen mit den jeweiligen Obergurten 20 verbundenen Querträger 30 auf, welcher sich von einem der Obergurte 20 in Fahrzeugquerrichtung durchgängig zum jeweils anderen Obergurt 20 erstreckt und mit den Obergurten 20 verbunden ist. Außerdem umfasst die jeweilige Querstruktur 24 einen mit den jeweiligen Untergurten 22 verbundenen zweiten Querträger 32, welcher sich von einem der Untergurte 22 in Fahrzeugquerrichtung durchgängig zu dem jeweils anderen Untergurt 22 erstreckt und mit den jeweiligen Untergurten 22 verbunden ist. Des Weiteren umfasst die jeweilige Querstruktur 24 Verbindungselemente 34, welche sich beispielsweise zumindest im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung erstrecken. Die jeweiligen Verbindungselemente 34 sind dabei mit den jeweiligen Querträgern 30 und 32 verbunden, sodass die jeweiligen Querträger 30 und 32 über die jeweiligen Verbindungselemente 34 miteinander verbunden sind. Die jeweilige Querstruktur 24 ist beispielsweise eine Schweißkonstruktion, bei welcher die Querträger 30 und 32 mit den jeweiligen Verbindungselementen 34 verschweißt sind. Insbesondere sind die Querträger 30 und 32 sowie die Verbindungselemente 34 beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, gebildet.
Um eine besonders große Anzahl an Batterien 14 und/oder besonders große Batterien 14 an den Querstrukturen 24 vorteilhaft befestigen zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Querstrukturen 24 die Längsstrukturen 16 und 18 in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin überragen.
Ferner ist es bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die jeweilige Querstruktur 24 mit den jeweiligen Längsstrukturen 16 und 18, insbesondere mit den jeweiligen Obergurten 20 und den jeweiligen Untergurten 22, über jeweilige, als Winkelbleche ausgebildete Winkelelemente 36 verbunden ist. Die Winkelelemente 36 sind beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl, gebildet. Insbesondere ist es denkbar, dass das jeweilige Winkelelement 36 mit der jeweiligen Querstruktur 24, insbesondere mit dem jeweiligen Querträger 30 beziehungsweise 32, sowie mit der jeweilige Längsstruktur 16 beziehungsweise 18, insbesondere mit dem jeweiligen Obergurt 20 beziehungsweise mit dem jeweiligen Untergurt 22, verschweißt ist. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Winkelelemente 36 mit den Längsstrukturen 16 und 18 und mit den Querstrukturen 24 verschraubt beziehungsweise an diese angeschraubt sind. Dabei erstreckt sich das jeweilige Winkelelement 36 in einem jeweiligen, durch die jeweilige Querstruktur 24 und die jeweilige Längsstruktur 16 beziehungsweise 18 gebildeten Eckbereich 38 über Eck, sodass eine besonders hohe Steifigkeit des Rahmens 10 auf gewichtsgünstige Weise realisiert werden kann. Insgesamt ist erkennbar, dass die Winkelelemente 36 als Befestigungswinkel verwendet werden, um die Querstrukturen 24 an die Längsstrukturen 16 und 18 anzubinden.
Die Längsstrukturen 16 und 18 und die Querstrukturen 24 bilden beispielsweise ein Mittelteil 40 des Rahmens 10. In Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin schließt sich an das Mittelteil 40 ein auch als Vorderteil bezeichnetes Frontmodul 42 an, welches mit dem Mittelteil 40 verbunden ist. In Fahrzeuglängsrichtung nach hinten schließt sich beispielsweise an das Mittelteil 40 ein Heckmodul 44 an, welches mit dem Mittelteil 40 verbunden ist.
Aus 2 ist erkennbar, dass das Nutzfahrzeug beispielsweise wenigstens zwei in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Achsen 46 und 48 aufweist. Die Achse 46 ist dabei beispielsweise eine Vorderachse, wobei die Achse 48 eine Hinterachse ist. Insbesondere ist es denkbar, dass das Nutzfahrzeug zweiachsig ausgebildet ist. Das Frontmodul 42 wird beispielsweise in Abhängigkeit von einem Vorderachskonzept des Nutzfahrzeugs ausgestaltet, wobei beispielsweise das Heckmodul 44 in Abhängigkeit von einem Hinterachskonzept ausgestaltet wird. Insbesondere sind beispielsweise das Frontmodul 42 und/oder das Heckmodul 44 in den Fig. verkürzt dargestellt. Insbesondere aus 2 und 3 ist erkennbar, dass beispielsweise die Vorderachse an das Frontmodul 42 angebunden ist, während beispielsweise die Hinterachse an das Heckmodul 44 angebunden ist. Das Mittelteil 40 ist dabei in einem sogenannten Zwischenachsbereich und somit zwischen den Achsen 46 und 48 angeordnet.
Aus 3 ist erkennbar, dass beispielsweise weitere, insbesondere von Batterien unterschiedliche Anbauteile 50 vorgesehen sein können, welche beispielsweise direkt an den Querstrukturen 24 gehalten beziehungsweise befestigt sind. Insbesondere sind die Batterien 14 und die weiteren Anbauteile 50 auf den Querstrukturen 24 direkt befestigt, sodass beispielsweise die Batterien 14 und die weiteren Anbauteile 50 in Fahrzeughochrichtung nach unten direkt an den jeweiligen Querstrukturen 24 abgestützt sind.
Aus 1 bis 3 geht auch besonders gut ein Herstellungs- beziehungsweise Montageverfahren hervor. Bei einem ersten Schritt des Herstellungs- beziehungsweise Montageverfahrens wird beispielsweise der Rahmen 10 bereitgestellt, wie dies in 1 veranschaulicht ist. Bei einem aus 2 erkennbaren zweiten Schritt werden beispielsweise zunächst die Batterien 14 direkt an den Querstrukturen 24 befestigt. Bei einem beispielsweise aus 3 erkennbaren dritten Schritt werden die weiteren Anbauteile 50 direkt an den Querstrukturen 24 befestigt, wobei beispielsweise der zweite Schritt auf den ersten Schritt und der dritte Schritt auf den zweiten Schritt folgen. Insbesondere ist es denkbar, die Halteanordnung 12 beziehungsweise den Rahmen 10, insbesondere durch Detailanpassung, für Brennstoffzellen-Fahrzeuge zu verwenden, sodass beispielsweise anstelle der beziehungsweise zusätzlich zu den Batterien 14 Brennstoffzellen direkt an die Querstrukturen 24 befestigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014013536 A1 [0002]

Claims

Halteanordnung (12) von Batterien (14) an einem Rahmen (10) für ein Nutzfahrzeug, bei welchem der Rahmen (10) wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung (26) voneinander beabstandete, seitliche Längsstrukturen (16, 18), welche jeweils wenigstens einen Obergurt (20) und wenigstens einen separat von dem Obergurt (20) ausgebildeten und mit diesem verbundenen Untergurt (22) aufweisen, und Querstrukturen (24) umfasst, über welche die Längsstrukturen (16, 18) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrukturen (24) jeweils von einer der Längsstrukturen (16, 18) in Fahrzeugquerrichtung (26) durchgängig zur jeweils anderen Längsstruktur (18, 16) und von den jeweiligen Obergurten (20) in Fahrzeughochrichtung durchgängig zu den jeweiligen Untergurten (22) verlaufen und jeweils mit den Obergurten (20) und den Untergurten (22) verbunden sind, wobei die Batterien (14) direkt an den Querstrukturen (24) gehalten sind.
Halteanordnung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Querstruktur (24) wenigstens einen mit den jeweiligen Obergurten (20) verbundenen ersten Querträger (30), wenigstens einen mit den jeweiligen Untergurten (22) verbundenen und separat von dem ersten Querträger (30) ausgebildeten zweiten Querträger (32) und separat von den Querträgern (30, 32) ausgebildete Verbindungselemente (34) aufweist, über welche die Querträger (30, 32) miteinander verbunden sind.
Halteanordnung (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrukturen (24) die Längsstrukturen (16, 18) in Fahrzeugquerrichtung (26) nach außen überragen.
Halteanordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres Anbauteil (50) direkt an wenigstens einer der Querstrukturen (24) befestigt ist.
Halteanordnung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Querstruktur (24) mit den jeweiligen Längsstrukturen (16, 18) über jeweilige Winkelelemente (36), insbesondere Winkelbleche, verbunden ist, welche sich in jeweiligen, durch die jeweilige Querstruktur (24) und die jeweilige Längsstruktur (16, 18) gebildeten Eckbereiche (38) über Eck erstrecken.