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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz von Batteriemodulen in einem Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der
DE 10 2009 053 138 A1 bekannt. Hierbei sind in einem einen Batteriekasten umgebenden Bereich mehrere Energieabsorbierelemente vorgesehen.
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Eine Schutzvorrichtung für eine elektrische Batterie ist außerdem in der
DE 10 2015 012 257 A1 beschrieben. Dabei ist ein Batterierahmen mit einem zur Befestigung an einer Fahrzeugstruktur dienenden und als Kraftaufnahmeelement ausgebildeten Tragrahmen gekoppelt.
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Sämtliche der bekannten Lösungen nehmen jedoch insbesondere in Querrichtung des Kraftfahrzeugs sehr viel Raum in Anspruch, was den für die Batteriemodule zur Verfügung stehenden Raum stark verringert. Da in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs der für die Batteriemodule zur Verfügung stehende Raum durch die beiden Achsen begrenzt ist, besteht jedoch insbesondere in Querrichtung ein gewisses Potential, eine größere Anzahl an Batteriemodulen bzw. größere Batteriemodule unterzubringen und damit eine größere Reichweite des Kraftfahrzeugs zu erreichen. Dieser Raum wird bei den bekannten Lösungen jedoch, wie bereits erwähnt, größtenteils von den Energieabsorptionselementen bzw. allgemein den Schutzvorrichtungen eingenommen.
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Das Deformationsverhalten der bekannten Schutzvorrichtungen ist außerdem häufig von der Position des Auftreffens des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis in der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs abhängig, da die Querstege oder die Deformationselemente zwar relativ viel Kraft aufnehmen können, zwischen den Querstegen bzw. den Deformationselementen allerdings meist sehr viel weniger Kraft aufgenommen werden kann, sodass Hindernisse, auf die das Fahrzeug auftrifft, an bestimmten Stellen tiefer in die Schutzvorrichtungen eintreten können.
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Ein weiteres Problem der bekannten Lösungen besteht zum Teil darin, dass eine zu starke Verformung der Querstege zu einer Beschädigung der Batteriemodule führen kann.
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Es ist jedoch erforderlich, die Batteriemodule in ausreichender Weise zu schützen, da ein nicht ausreichender Schutz möglicherweise zur Beschädigung derselben führen kann, was wiederum Beschädigungen des Kraftfahrzeugs zur Folge haben könnte.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Schutz von Batteriemodulen in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, die einerseits über die gesamte Länge des Kraftfahrzeugs, über die die Batteriemodule angeordnet sind, einen ausreichenden Schutz derselben bietet, die andererseits jedoch das Unterbringen einer möglichst großen Anzahl an Batteriemodulen ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch die erfindungsgemäßen Deformationseinrichtungen an den dem Rahmen zugeordneten Enden der Querstege, die sich bei Aufbringen einer wenigstens teilweise in Längsrichtung auf dieselben wirkenden Kraft im Prinzip lediglich in ihrer Längsrichtung verformen, wird ein Großteil der auf das Gehäuse wirkenden Kraft durch die Deformationseinrichtungen aufgenommen, die sich aufgrund ihrer Konstruktion kontrolliert und gezielt verformen. Dadurch, dass die Verformung im Wesentlichen nur in der Längsrichtung erfolgt, werden die Deformationseinrichtungen nicht in Richtung der Batteriemodule verformt, so dass diese nicht beschädigt werden können. Dabei ist das Kraft-Weg-Verhalten der Deformationseinrichtungen sehr genau einstellbar.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schutz der Batteriemodule ermöglicht also eine gezielte Deformation von eine Kraft aufnehmenden Bauteilen in einem bestimmten Bereich des Gehäuses und definiert so einen Schutzbereich der Batteriemodule außerhalb dieses Deformationsbereichs, so dass Beschädigungen der Batteriemodule verhindert werden und dennoch genügend Raum für deren Unterbringung zur Verfügung steht.
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Die Größe des sich durch die Deformationseinrichtungen ergebenden Deformationsbereichs und damit auch des Schutzbereichs für die Batteriemodule hängt unter anderem von der Beschaffenheit der eingesetzten Batteriemodule, der restlichen Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs sowie der einzuhaltenden Sicherheitsvorschriften ab. Dabei kann die Größe des Deformationsbereichs im Wesentlichen durch die Länge der Deformationseinrichtungen, mit der sie sich von dem Rahmen in das Innere des Gehäuses erstrecken, eingestellt werden.
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Dabei erzeugt der steife, nicht von den Deformationseinrichtungen eingenommene Teil der Querstege die Sicherheit der zwischen den Querstegen angeordneten Batteriemodulen.
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Ein noch besserer Schutz der Batteriemodule ergibt sich, wenn in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Deformationseinrichtungen so ausgebildet sind, dass sie sich nur über einen bestimmten Teil ihrer Länge verformen. Auf diese Weise kann der Schutzbereich für die Batteriemodule sehr genau definiert werden.
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Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass die Querstege wenigstens zwei Abschnitte aufweisen. Auf diese Weise lassen sich die auf die Querstege wirkenden Kräfte besonders einfach aufnehmen, so dass eine dementsprechend höhere Sicherheit bei der Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zwei Abschnitte durch Aufbringen einer Kraft gegeneinander beweglich sind. Dadurch können die auf das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung einwirkenden Kräfte besonders gut absorbiert werden.
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Eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug mit einem Bodenabschnitt, mit mehreren in dem Bodenabschnitt angeordneten Batteriemodulen und mit einer in dem Bodenabschnitt angeordneten, erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anspruch 10 angegeben.
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Eine solche Karosserie ist in der Lage, insbesondere bei einem Elektrofahrzeug vorteilhaft eingesetzt zu werden, da sie einen sehr guten Schutz für die dabei erforderlichen Batteriemodule bietet.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
- 1 eine sehr schematische Darstellung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer darin angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 5 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 6 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt auf sehr schematische Weise ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Karosserie 2. Die Karosserie 2 weist einen Bodenabschnitt 3 und eine in dem Bodenabschnitt 3 angeordnete Vorrichtung 4 zur Aufnahme und zum Schutz von Batteriemodulen 5 auf, von denen in 1 einige angedeutet sind. Bei dem Kraftfahrzeug 1 handelt es sich demnach um ein Elektrofahrzeug, das von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird, der wiederum von den Batteriemodulen 5 mit Strom versorgt wird.
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In 2 ist die Vorrichtung 4 zum Schutz der Batteriemodule 5 in einer Draufsicht dargestellt. Die Vorrichtung 4 weist ein Gehäuse 6 auf, das wiederum einen umlaufenden Rahmen 7 und mehrere, innerhalb des Rahmens 7 angeordnete, sich an ihren Enden an dem Rahmen 7 abstützende, in einer mit „y“ bezeichneten Querrichtung des Kraftfahrzeugs 1 verlaufende Querstege 8 aufweist. Wie in 2 mittels eines der Batteriemodule 5 angedeutet, sind die Batteriemodule 5 zwischen den Querstegen 8 angeordnet. Die Batteriemodule 5 können im Prinzip eine beliebige Höhe aufweisen, die unter anderem auch von der Konstruktion des Kraftfahrzeugs abhängt.
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Im vorliegenden Fall ist innerhalb des Rahmens 7 neben den Querstegen 8 außerdem ein Längssteg 9 angeordnet, an dem sich die Querstege 8 abstützen können. In dem Bereich, an dem sich die Querstege 8 an dem Längssteg 9 abstützen, können sie einen anderen Querschnitt als in ihrem restlichen Bereich aufweisen. Beispielsweise können die Querstege 8 in diesem Bereich einen geringeren Querschnitt aufweisen.
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An ihren dem Rahmen 7 zugerichteten bzw. zugeordneten Enden weisen die Querstege 8 jeweilige Deformationseinrichtungen 10 auf, die so ausgebildet sind, dass sie sich bei Aufbringen einer wenigstens teilweise in Längsrichtung derselben, also in der mit „y“ bezeichneten Querrichtung des Kraftfahrzeugs 1, auf dieselbe wirkende Kraft F im Wesentlichen lediglich in ihrer Längsrichtung verformen. Vorzugsweise sind die Deformationseinrichtungen 10 so ausgebildet, dass sie sich nur über einen bestimmten Teil ihrer Länge verformen. Dadurch ergibt sich ein mittels einer gestrichelten Linie angedeuteter Schutzbereich für die Batteriemodule 5, in denen diese keinerlei Beschädigungen erfahren. In den anderen, dem Rahmen 7 zugewandten Bereichen innerhalb des Gehäuses 6 sind gegebenenfalls geringfügige Beschädigungen der Batteriemodule möglich, jedoch nur in einem solchen Umfang, dass dies keine sicherheitsrelevanten Folgen hat.
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Die 3 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Deformationseinrichtungen 10 der Vorrichtung 4. In sämtlichen in den 3 bis 7 dargestellten Ausführungsformen weisen die Querstege 8 zwei gegeneinander bewegliche Abschnitte 8a und 8b auf. Hierbei sind die Abschnitte 8a jeweils dem Rahmen 7 zugeordnet bzw. mit dem Rahmen 7 verbunden. Die Abschnitte 8b erstrecken sich in Richtung des Längsstegs 9 bzw. in Richtung der Mitte des Kraftfahrzeugs 1. Auf der gegenüberliegenden Seite des Rahmens 7 können die Deformationseinrichtungen 10 in ähnlicher bzw. identischer Weise ausgebildet sein. Die Abschnitte 8b können sich dabei über den Längssteg 9 hinweg erstrecken, so dass die Querstege 8 im Prinzip einen mittleren Abschnitt, nämlich den Abschnitt 8b, und zwei äußere Abschnitte, nämlich die Abschnitte 8a, aufweisen. Des Weiteren sind bei sämtlichen in den 3 bis 6 beschriebenen Ausführungsformen die beiden Abschnitte 8a und 8b als Hohlprofile ausgebildet, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
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Eine weitere, sämtliche Ausführungsformen der Vorrichtung 4 betreffende Gemeinsamkeit kann darin bestehen, dass die beiden Abschnitte 8a und 8b der Deformationseinrichtungen 10 aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Festigkeiten bestehen. Als Werkstoffe für die Deformationseinrichtungen 10 bzw. deren Abschnitte 8a und 8b kommen die unterschiedlichsten Metallwerkstoffe, wie z. B. Stahl oder Aluminium, jedoch auch Kunststoffe, faserverstärkte Kunststoffe und ähnliches in Frage. Dabei ist auch denkbar, Stähle mit unterschiedlichen Festigkeiten einzusetzen.
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Des Weiteren können bei sämtlichen Ausführungsformen der Vorrichtung 4 die beiden Abschnitte 8a und 8b unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Vorzugsweise ist dabei der Abschnitt 8a mit einem kleineren Querschnitt als der Abschnitt 8b, z.B. mit einer geringeren Wandstärke, ausgeführt. Unterschiedliche Querschnitte können auch eingesetzt werden, wenn die beiden Anschnitte 8a und 8b nicht als separate Teile, sondern einteilig miteinander ausgebildet sind.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform weisen die beiden Abschnitte 8a und 8b an ihren einander zugewandten Enden unterschiedliche Durchmesser auf. Im vorliegenden Fall weist der Abschnitt 8a einen geringeren Durchmesser auf als der Abschnitt 8b, so dass der Abschnitt 8a in den Abschnitt 8b eingreift. Bei Einwirken einer Kraft F auf den Quersteg 8 und somit auf die Deformationseinrichtung 10 dringt dabei der Abschnitt 10 in den Abschnitt 8b ein. Dies führt zu einer Verjüngung bzw. einer Durchmesserverringerung des Abschnitts 8a, wodurch ein Großteil der Kraft F abgebaut wird. Möglicherweise ergibt sich auch eine geringfügige Vergrößerung des Außendurchmessers des Abschnitts 8b, diese ist jedoch nur so groß, dass eine Gefahr einer Beschädigung der Batteriemodule 5 im Prinzip ausgeschlossen werden kann. Insbesondere tritt eine solche Vergrößerung des Außendurchmessers des Abschnitts 8b nur über einen sehr kurzen Bereich der Länge desselben auf. Bei dieser Ausführungsform ist es außerdem möglich, den Abschnitt 8a aus einem Werkstoff mit einer geringeren Festigkeit als den Werkstoff des Abschnitts 8b auszuführen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, den Abschnitt 8a mit einem geringeren Querschnitt als den Abschnitt 8b auszuführen.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform sind die beiden Abschnitte 8a und 8b der Deformationseinrichtung 10 mittels eines Verbindungselements 11 miteinander verbunden. Des Weiteren weist der Abschnitt 8a einen geringeren Durchmesser bzw. allgemein einen kleineren Querschnitt als der Abschnitt 8b auf, so dass der Abschnitt 8a innerhalb des Abschnitts 8b angeordnet ist. Bei Einwirken einer Kraft F auf den entsprechenden Quersteg 8 bewirkt das Verbindungselement 11 eine plastische Verformung des Abschnitts 8a, beispielsweise indem ein ebenfalls in 4 dargestellter Schlitz 12 in dem Abschnitt 8a gebildet wird. Auch auf diese Weise kann somit die Kraft F von der Deformationseinrichtung 10 aufgenommen werden. Statt des als durchlaufender Bolzen ausgebildeten Verbindungselements 11 könnte dasselbe auch lediglich an einer Seite der Deformationseinrichtung 10 vorgesehen sein. Selbstverständlich wären auch zwei oder mehr um den Umfang der Abschnitte 8a und 8b vorgesehene Verbindungselemente 11 denkbar.
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Bei der Ausführungsform der Deformationseinrichtung 10 gemäß 5 weist der Abschnitt 8a eine geringere Wandstärke als der Abschnitt 8b auf. Dadurch verformt sich der Abschnitt 8a bei Einwirken der Kraft F stärker als der Abschnitt 8b, so dass der Abschnitt 8a den Großteil der Kraft F aufnimmt und sich der Abschnitt 8b im Prinzip nicht verformt. Dadurch stellt der Abschnitt 8b ebenfalls keine Gefährdung für die benachbarten Batteriemodule 5 dar und die oben genannte Schutzzone bleibt aufrechterhalten. Bei dieser Ausführungsform wäre es zusätzlich möglich, die beiden Abschnitte 8a und 8b aus Werkstoffen mit unterschiedlicher Festigkeit auszuführen. Beispielsweise kann der Abschnitt 8a aus einem spröderem Werkstoff bestehen als der Abschnitt 8b, so dass die auf die Deformationseinrichtungen 10 einwirkende Kraft zu einer Zerstörung des Abschnitts 8a führt, wohingegen der Abschnitt 8b erhalten bleibt.
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Bei der Ausführungsform von 6 ist an dem dem Rahmen 7 zugewandten Ende der Deformationseinrichtung 10 eine Umformeinrichtung 13 vorgesehen. Durch die Umformeinrichtung 13 wird der Abschnitt 8a bei Einwirken der Kraft F gemäß der gestrichelten Linien verformt, so dass die Kraft F abgebaut wird, ohne dass der Abschnitt 8b wesentlich beschädigt wird. Im vorliegenden Fall wird dies auch dadurch erreicht, dass der Abschnitt 8a wiederum einen geringeren Querschnitt, im vorliegenden Fall eine geringere Wandstärke, als der Abschnitt 8b aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009053138 A1 [0002]
- DE 102015012257 A1 [0003]
- DE 102013220139 A1 [0004]
