DE102017106648A1

DE102017106648A1 - Sicherungsrahmen für ein Batterieaufnahmesystem

Info

Publication number: DE102017106648A1
Application number: DE102017106648.9A
Authority: DE
Inventors: Alexandra Weber; Florian Glaubitz; Stefan Schacht; Sierk Fiebig; Robin Gerlach; Damian Adamczyk; Martin Sasum; Jürgen Hembuch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-10-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sicherungsrahmen (10) für ein Batterieaufnahmesystem (100), insbesondere für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, aufweisend zumindest zwei Bügelelemente (11) und zumindest zwei Verbindungselemente (12), wobei die Bügelelemente (11) und die Verbindungselemente (12) als Hohlprofil ausgebildet sind und an jedem Ende (13) jeweils eine Verbindungsstelle (14) aufweisen, wodurch die Bügelelemente (11) und Verbindungselemente (12) miteinander verbunden sind, sodass eine geschlossene Rahmenstruktur hergestellt ist, wobei an zumindest einem Bügelelement (11) und an zumindest einem Verbindungselement (12) zumindest eine Befestigungsmittelaufnahme (15) angeordnet ist, wodurch der Sicherungsrahmen (10) mit einem externen Bauteil, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie, verbindbar ist und zumindest die Bügelelemente (11) einen sich von ihrer ersten Verbindungsstelle (14) zu der zweiten Verbindungsstelle (14) in ihrem Verlauf verändernden Querschnitt (x) aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sicherungsrahmen für ein Batterieaufnahmesystem, insbesondere für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug gemäß dem ersten unabhängigen Patentanspruch sowie ein Batterieaufnahmesystem für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug gemäß dem zweiten unabhängigen Patentanspruch.
Batteriesysteme für elektrisch antreibbare Fahrzeuge setzen Sicherungsmaßnahmen voraus um beispielsweise mechanische Beschädigungen der Batteriemodule zumindest weitestgehend zu verhindern. Insbesondere bei elektrisch antreibbaren Fahrzeugen sind die Batteriemodule in einem Batterieaufnahmesystem angeordnet und werden von Rahmenkonstruktionen in der Batteriewanne gehalten und gegen äußere Krafteinflüsse geschützt. Aus der DE 10 2015 104 017 A1 ist eine solche Sicherheitsvorrichtung bekannt, wobei eine Vielzahl an rohrförmigen Elementen die Batteriezellen im Batteriemodul fixieren. Nachteilhaft bei den bekannten Sicherheitsvorrichtungen ist es unter anderem, dass diese ein hohes Gewicht aufweisen, sodass die Reichweite verringert und/oder der CO₂ Ausstoß vergrößert ist. Darüber hinaus sind die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen sperrig und benötigen somit viel Bauraum. Möchte man nun den benötigten Bauraum reduzieren, so ist es bei bekannten Konstruktionen lediglich dadurch möglich, dass geforderte Sicherheitsrichtlinien nicht eingehalten werden können und somit diese den Lastfällen nicht standhalten können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sicherungsrahmen für ein Batterieaufnahmesystem zu schaffen, welcher einfach herstellbar ist und gleichzeitig eine bessere Sicherheit, insbesondere in Lastfällen wie z. B. einem Pfahlcrush, zur Verfügung gestellt werden.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Sicherungsrahmen für ein Batterieaufnahmesystem gemäß dem ersten Erfindungsaspekt und ein Batterieaufnahmesystem gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sicherungsrahmen beschrieben worden sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batterieaufnahmesystem und jeweils umgekehrt, sodass bzgl. der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungsgegenstände möglich.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Sicherungsrahmen für ein Batterieaufnahmesystem, insbesondere für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug beansprucht, wobei der Sicherungsrahmen zumindest zwei Bügelelemente und zumindest zwei Verbindungselemente aufweist. Die Bügelelemente und die Verbindungselemente sind erfindungsgemäß als Hohlprofil ausgebildet und weisen an jedem seiner Enden jeweils eine Verbindungsstelle auf, wodurch die Bügelelemente mit den Verbindungselementen miteinander verbunden sind, sodass eine geschlossene Rahmenstruktur hergestellt ist. An zumindest einem Bügelelement und an zumindest einem Verbindungselement ist zumindest eine Befestigungsmittelaufnahme angeordnet, wodurch der Sicherungsrahmen über die zumindest zwei Befestigungsmittelaufnahmen mit einem externen Bauteil, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie, verbindbar ist. Erfindungsgemäß weisen die Bügelelemente einen sich von ihrer ersten Verbindungsstelle zu ihrer zweiten Verbindungsstelle in ihrem Verlauf verändernden Querschnitt auf. Die Anbindung des Sicherungsrahmens an zumindest zwei Punkten an einem externen Bauteil ermöglichen eine Entkopplung des Batterieaufnahmesystems vom Sicherungsrahmen, sodass extern auf den Sicherungsrahmen eingeleitete Kräfte nicht auf das Batterieaufnahmesystem, insbesondere auf eine Batteriemodulaufnahme, übertragen werden, sondern über die Befestigungsmittelaufnahmen an das externe Bauteil übertragen werden können. Erfindungsgemäß besteht der Sicherungsrahmen aus zumindest vier miteinander verbundenen Elementen, sodass eine geschlossene Rahmenstruktur entsteht. Erfindungswesentlich ist unter anderem, der sich in seinem Verlauf verändernde Querschnitt der Bügelelemente sowie die Anbindung des Sicherungsrahmens an ein externes Bauteil, wobei gleichzeitig der Sicherungsrahmen von dem Batterieaufnahmesystem entkoppelt ist. Sowohl die Bügelelemente als auch die Verbindungselemente sind als Hohlprofile ausgebildet, sodass eine erhöhte Steifigkeit und gleichzeitig eine gewichtsoptimierende Rahmenstruktur erzielbar ist. Der sich ändernde Querschnitt der Bügelelemente verstärkt die Steifigkeit der Bügelelemente und ermöglicht somit größere externe auf den Sicherungsrahmen einwirkende Kräfte aufzunehmen. Dabei kann das Bügelelement an zumindest einer Längsfläche konvex ausgebildet sein, sodass in dem Bereich der konvex ausgebildet ist eine Querschnittsvergrößerung hergestellt ist. Vorzugsweise sind die am größten belasteten und/oder mechanisch schwächere Bereiche der Bügelelemente mit einem vergrößerten Querschnitt ausgebildet. Weniger belastete Abschnitte des Bügelelementes können einen kleineren Querschnitt aufweisen. Somit kann sich der Querschnitt innerhalb des Verlaufes der Bügelelemente dahingehend verändern, dass nach einem erforderlichen Belastungsprofil der Querschnitt vergrößert oder verkleinert wird. Im Lastfall wird zum einen die Kraft von den Bügelelementen auf die Verbindungselemente geleitet und zum anderen über die Befestigungsmittelaufnahmen an ein externes Bauteil übertragen. Die Verbindungselemente sind dabei derart ausgebildet, dass die auftretenden Belastungen durch die Beschleunigung der Batteriemodule standhalten. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungselemente als Strangpressprofile ausgebildet sind. Erfindungsgemäß kann es vorteilhaft sein, wenn sich im Verlauf des Bügelelementes zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsstelle die Form/Geometrie/Querschnitt und/oder die Materialdicke der Bügelelemente ändert. So ist es denkbar, dass das Bügelelement abschnittsweise unterschiedliche polygonale Geometrien in seinem Verlauf aufweisen kann. Darüber hinaus ist es denkbar, dass das Bügelelement zumindest abschnittsweise sich unterscheidende Materialstärken aufweist.
Vorteilhaft kann es sein, dass die Veränderung des Querschnitts wenigstens abschnittsweise kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt, insbesondere dass der Querschnitt mittig zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsstelle am größten ist, sodass ein Sicherheitsabschnitt gebildet ist. Der Sicherheitsabschnitt bildet somit den Bereich des Bügelelementes, welcher im Lastfall die größte Kraft und somit die größte Energie aufnehmen muss. Insbesondere im Sicherheitsabschnitt des Bügelelementes ist der Querschnitt vergrößert gegenüber den übrigen Abschnitte des Bügelelementes. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Veränderung des Querschnitts wenigstens abschnittsweise kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt. Kanten oder Rundungen, welche zu Schwachstellen des Bügelelementes führen können, werden somit reduziert. Dementsprechend kann des erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Bügelelement von der ersten Verbindungsstelle einen sich kontinuierlich vergrößernden Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt sich im Verlauf zur zweiten Verbindungsstelle wieder reduziert, sodass lediglich der Sicherheitsabschnitt des Bügelelementes mit einem vergrößerten Querschnitt ausgebildet ist. Der Sicherheitsabschnitt des Bügelelementes kann dabei doppelbauchig ausgebildet sein, sodass das Bügelelement zumindest zu zwei Seiten hin konvex ausgebildet ist. Durch die kontinuierlich bzw. im Wesentlichen kontinuierlich ausgebildete Veränderung des Querschnitts können scharfe Kanten vermieden werden. Vielmehr werden durch die kontinuierliche oder im Wesentlichen kontinuierlich verlaufende Veränderung des Querschnitts sanfte Querschnittsübergänge zur Verfügung gestellt.
Es ist des Weiteren denkbar, dass das Bügelelement einen Basisabschnitt, einen ersten Verbindungsabschnitt und einen zweiten Verbindungsabschnitt aufweist, wobei der Basisabschnitt die beiden Verbindungsabschnitte miteinander verbindet und der Sicherheitsabschnitt mittig oder im Wesentlichen mittig vom Basisabschnitt ausgebildet ist. An dem ersten Verbindungsabschnitt ist vorzugsweise die erste Verbindungsstelle des Bügelelementes ausgebildet und an dem zweiten Verbindungsabschnitt die zweite Verbindungsstelle des Bügelelementes ausgebildet. Der Basisabschnitt verbindet diese beiden Verbindungsabschnitte mit den jeweils an den Verbindungsabschnitten ausgebildeten Verbindungsstellen. Dabei kann das Bügelelement eine im Wesentlichen u-förmig ausgebildete Geometrie aufweisen. Der erste Verbindungsabschnitt und der zweite Verbindungsabschnitt können dabei unterschiedlich lang ausgebildet sein. Der Sicherheitsabschnitt ist mittig vom Basisabschnitt ausgebildet, sodass im Basisabschnitt eine Veränderung des Querschnitts des Bügelelementes ausgebildet ist. Insbesondere ist die Veränderung des Querschnitts mittig vom Basisabschnitt kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich ausgebildet. Die Verbindungsabschnitte des Bügelelementes können dabei als Schenkel ausgebildet sein, welche sich orthogonal zum Basisabschnitt erstrecken. Die Verbindungsabschnitte sind dabei vorzugsweise an den beiden Enden des Basisabschnittes ausgebildet. Der Basisabschnitt wird im Lastfall am meisten mechanisch belastet (beispielsweise bei einem Pfahlcrush), sodass vorzugsweise der Sicherheitsabschnitt mittig vom Basisabschnitt ausgebildet ist. In dem Sicherheitsabschnitt ist der Querschnitt des Bügelelementes vorzugsweise vergrößert gegenüber dem Querschnitt der beiden Verbindungsabschnitte des Bügelelementes. Die Verbindungsstellen können zumindest eine Aufnahme für eine Schraub-, Niet- oder Pressverbindung aufweisen, wodurch die Bügelelemente mit den Verbindungslementen verbunden werden können. Darüber hinaus ist es denkbar, dass das Bügelelement mit dem Verbindungselement verstemmt werden. Dafür kann zumindest eine Verbindungstelle, insbesondere des Bügelelementes, zumindest eine abschnittsweise konkav ausgebildete Geometrie (Vertiefung) aufweisen. Während der Montage von Verbindungselement und Bügelelement kann das Verbindungselement im Bereich der abschnittsweise konkav ausgebildeten Verbindungsstelle (Vertiefung) mit der Verbindungsstelle des Bügelelementes verstemmt werden. Über verstemmte Verbindungen können höhere Kräfte/Drehmomente übertragen werden.
Es ist des Weiteren denkbar, dass der Querschnitt des Verbindungselementes im Wesentlichen rechteckig, oval oder rund ausgebildet ist, wobei sich außenseitig des Verbindungselementes zwischen den Verbindungsstellen ein Verstärkungselement erstreckt, welches im Wesentlichen T-förmig ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Verbindungselement als Strangpressprofil ausgebildet, wobei ein Verstärkungselement beispielsweise als eine radiale Erhebung umfangsseitig am Verbindungselement ausgebildet ist. Somit erstreckt sich das Verstärkungselement in Umfangsrichtung aus dem Verbindungselement heraus, sodass ein erhöhtes Flächenträgheitsmoment des Verbindungselementes erzielbar ist. Vorzugsweise ist das Verstärkungselement T-förmig ausgebildet. Das Verstärkungselement kann dabei materialeinheitlich, kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Verbindungselement ausgebildet sein. Das zusätzliche Verstärkungselement erhöht somit die Stabilität der Verbindungselemente und das Flächenträgheitsmoment bei geringstem Mehrgewicht.
Vorteilhafterweise können Verbindungsmittel vorgesehen sein, wobei die Verbindungsmittel an dem Hohlprofil der Bügelelemente und/oder der Verbindungselemente angeordnet sind, sodass eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Verbindungselement und Bügelelement hergestellt ist. Die Verbindungsmittel können dabei als zusätzliche form- und/oder kraftschlüssige Verbindungsstücke ausgebildet sein, wobei die Verbindungsmittel vorzugsweise einen Außenumfang aufweisen, welcher derart dimensioniert ist, dass das Verbindungsmittel in das Hohlprofil des Bügelelementes und/oder des Verbindungselementes anordbar ist. Somit dient das Verbindungsmittel als Steckverbinder zur Verbindung der Bügelelemente mit den Verbindungselementen.
Vorteilhafterweise weist das Verbindungsmittel zumindest ein Gewinde zur Aufnahme eines Befestigungsmittels auf, insbesondere weist das Verbindungsmittel einen Kunststoff und/oder Metall auf. Beispielsweise kann das Verbindungsmittel im Pultrusionsverfahren aus einem Kunststoff gefertigt sein und metallische Inserts aufweisen. Dabei ist es denkbar, dass das Verbindungsmittel einen Körper aus Kunststoff aufweist und die Gewinde aus einem metallischen Werkstoff in dem Kunststoffkörper ausgebildet sind. Dabei ist es denkbar, dass die Gewinde mit dem Kunststoff umspritzt sind. Vorzugsweise ist das Verbindungsmittel derart ausgebildet, dass dieses formschlüssig in das Hohlprofil des Bügelelementes und/oder des Verbindungselementes anordbar ist. Insbesondere kann es vorteilhaft sein wenn das Verbindungsmittel und/oder das Bügelelement und/oder das Verbindungselement Rastmittel aufweist, wodurch das Verbindungselement an dem Bügelelement und/oder dem Verbindungselement kraft- und/oder formschlüssig anordbar ist. Das Verbindungsmittel kann erfindungsgemäß einen Kunststoff oder einen 2K-Kunststoff aufweisen, wodurch eine besonders günstige Herstellungsweise ermöglicht ist. Darüber hinaus kann das Verbindungsmittel zumindest einen metallischen Werkstoff aufweisen, wodurch die Stabilität des Verbindungsmittels erhöht werden kann.
Des Weiteren ist es denkbar, dass das Verbindungselement und/oder das Bügelelement einen, vorzugsweise innenseitig des Hohlprofils, angeordneten Anschlag aufweist, sodass das Verbindungsmittel am Verbindungselement und/oder am Bügelelement positionierbar ist. Somit wird die Montage des Verbindungselementes und des Bügelelementes über das Verbindungsmittel erleichtert. Das Verbindungsmittel kann nunmehr in das Bügelelement und/oder das Verbindungselement soweit angeordnet werden, dass das Verbindungselement an dem erfindungsgemäßen Anschlag positionsfest fixiert ist. Danach kann das Verbindungselement mit dem Bügelelement über Befestigungsmittel mit Hilfe des Verbindungsmittels kraft- und/oder formschlüssig verbunden werden.
Vorteilhafterweise kann das Bügelelement und/oder das Verbindungselement als Schweißbaugruppe ausgebildet sein, wobei insbesondere das Bügelelement vierteilig ausgebildet und kraftschlüssig miteinander verbunden ist. Darüber hinaus ist es denkbar, dass das Bügelelement in einem Innenhochdruckumformverfahren ausgebildet ist. Dadurch können Gewichts- und Bauraumeinsparungen erzielt werden, daher keine Flansche für Schweiß-, Schraub- oder ähnliche kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen vorgesehen werden müssen. Das Bügelelement ist vorzugsweise rechteckig ausgebildet und kann aus vier Teilen ausgebildet sein, welche rechtwinklig zueinander und miteinander stoff- und kraftschlüssig verbunden sind. Vorzugsweise werden die vier Teile des Bügelelementes geschweißt, insbesondere lasergeschweißt, widerstandsgeschweißt oder ultraschallgeschweißt. Das Verbindungselemente ist vorzugsweise als Strangpressprofil ausgebildet. Das Verbindungsmittel kann dabei derart ausgestaltet sein, dass zwei unterschiedlich geometrisch ausgebildete Verbindungselemente und Bügelelemente zusammengefügt werden können. So ist es denkbar, dass das Bügelelement eine rechteckig ausgebildete Geometrie aufweist und das Verbindungselement eine ovale, runde oder abweichend von dem Bügelelement dimensionierte rechteckige Form aufweist. Das Verbindungsmittel ist dabei an einer Seite derart ausgebildet, dass es in oder auf das Bügelelement angeordnet werden kann und auf einer anderen Seite derart ausgebildet ist, dass es auf oder in das Verbindungselement angeordnet werden kann. Somit können die zwei unterschiedlich geometrisch ausgebildeten Verbindungsabschnitte bzw. Verbindungsstellen der Bügelelemente und der Verbindungselemente mittels des Verbindungsmittels verbunden werden.
Bevorzugterweise kann das Verbindungselement und/oder das Bügelelement Kunststoff und/oder Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, aufweisen. Besonders bevorzugt ist es, dass die Bügelelemente aus einem Stahl und die Verbindungselemente aus einem Aluminium ausgebildet sind. Die Verbindung von Aluminium und Stahl kann beispielsweise kraft-, form- und/oder stoffschlüssig, bspw. durch Verkleben oder Verschrauben, erfolgen. Alternativ oder optional zu einem vierteilig ausgebildeten Bügelelement ist es denkbar, dass das Bügelelement in einen Innenhochdruckumformverfahren hergestellt ist. Aluminium ermöglicht eine gewichtsreduzierende Ausgestaltung der Verbindungselemente, wobei ein aus Stahl ausgebildetes Bügelelement ausreichend Steifigkeit aufweist, um extern auf das Bügelelement einwirkende Kräfte aufzunehmen.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Sicherungsrahmen ermöglicht Einsparpotenziale bei Herstellkosten und dem Gewicht des Sicherungsrahmens. Dementsprechend können auch der CO₂-Verbrauch der Fahrzeuge oder die Reichweite eines Elektrofahrzeuges verbessert werden. Auch werden weniger Einzelteile für den Sicherungsrahmen benötigt, wobei die Steifigkeit des Sicherungsrahmens gleichbleibend oder sogar erhöht werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Batterieaufnahmesystem für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug beansprucht. Das Batterieaufnahmesystem weist zumindest eine Batteriemodulaufnahme zur Aufnahme zumindest eines elektrischen Energiespeichers, beispielsweise eines Batteriemoduls und zumindest einen erfindungsgemäßen auf. Der Sicherungsrahmen ist dabei umfangsseitig außerhalb der Batteriemodulaufnahme angeordnet. Insbesondere ist der Sicherungsrahmen von der Batteriemodulaufnahme entkoppelt angeordnet und mit einem externen Bauteil, beispielsweise einer Fahrzeugkarosserie, kraft- und/oder formschlüssig verbunden. Dabei ist es denkbar, dass der Sicherungsrahmen mit der Karosserie eines Fahrzeugs verschraubt und/oder verschweißt ist. Darüber hinaus kann ein Deckel für das Batterieaufnahmesystem vorgesehen sein, wodurch die Batteriemodulaufnahme verschließbar ist, sodass das Batterieaufnahmesystem eine größere Steifigkeit aufweist und gegen äußere Umwelteinflüsse geschützt ist. Der Sicherungsrahmen ist erfindungsgemäß derart umfangsseitig außerhalb der Batteriemodulaufnahme angeordnet, dass diese mechanisch von der Batteriemodulaufnahme entkoppelt ist. Das bedeutet, dass auf dem Sicherungsrahmen eingeleitete Kräfte nicht auf die Batteriemodulaufnahme unmittelbar übertragen werden, sondern über die Befestigungsmittelaufnahmen des Sicherungsrahmens an ein externes Bauteil geleitet werden. Somit werden die Kräfte, welche beispielsweise bei einem Pfahlcrush auf den Sicherungsrahmen ausgeübt werden, über die Verbindungselemente und die Bügelelemente des Sicherungsrahmens an ein externes Bauteil, beispielsweise eine Karosserie eines Fahrzeuges, geleitet, ohne die Batteriemodulaufnahme und somit die in der Batteriemodulaufnahme angeordneten Energiespeicher zu beschädigen.
Das erfindungsgemäße Batterieaufnahmesystem weist somit einen erfindungsgemäßen Sicherungsrahmen auf, sodass sämtliche Merkmale und/oder Vorteile des erfindungsgemäßen Sicherungsrahmens auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Batterieaufnahmesystem gelten.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumliche Anordnung können sowohl für sich, als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:

1 eine erste mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungsrahmens,
2 eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungsrahmens,
Fig. 3a mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bügelelementes,
3b, c, d einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Bügelelementes,
4a eine mögliche Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Verbindungselement,
4b einen Querschnitt einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungselementes,
5 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batterieaufnahmesystems und
6 eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungsrahmens.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt ein erstes mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherungsrahmens 10, wobei der Sicherungsrahmen 10 zwei Bügelelemente 11 sowie zwei Verbindungselemente 12 aufweist. Die Bügelelemente 11 bilden die Breitseiten des im Wesentlichen rechteckig ausgebildeten Sicherungsrahmens 10. Die Verbindungselemente 12 bilden im Wesentlichen die Längsseiten des Sicherungsrahmens 10 und werden an den jeweiligen Enden 13 der Verbindungselemente 12 und der Bügelelemente 11 an den Verbindungsstellen 14 miteinander verbunden. Vorzugsweise werden die Bügelelemente 11 mit den Verbindungselementen 12 im Bereich der Verbindungsstelle 14 kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden. Dabei können die Bügelelemente 11 mit den Verbindungselementen 12 verschraubt, vernietet, verschweißt oder verklebt werden. Die Bügelelemente 11 weisen einen Basisabschnitt 11.1 sowie jeweils zwei Verbindungsabschnitte 11.2 auf. Mittig vom Basisabschnitt 11.1 ist der Sicherheitsabschnitt 16 gebildet, wobei in dem Sicherheitsabschnitt 16 der Querschnitt x des Bügelelementes 11 vergrößert ausgebildet ist gegenüber dem Querschnitt x der Verbindungsabschnitte 11.2. Der Sicherheitsabschnitt 16 weist dabei einen im Wesentlichen kontinuierlich sich verändernden Querschnitt x auf. An jeweils einem Bügelelement 11 sind jeweils zwei Befestigungsmittelaufnahmen 15 angeordnet. Die Befestigungsmittelaufnahmen 15 sind vorzugsweise aus dem gleichen Material ausgebildet wie das Bügelelement 11. Mittels der Befestigungsmittelaufnahmen 15 kann das Bügelelement 11 an einem externen Bauteil kraft- und/oder formschlüssig fixiert werden, sodass von außen auf das Bügelelement 11 wirkende Kräfte über die Befestigungsmittelaufnahmen 15 auf ein externes Bauteil geleitet werden können. Vorzugsweise werden die Bügelelemente 11 an den Befestigungsmittelaufnahmen 15 mit einer Fahrzeugkarosserie verschraubt. In 1 weist auch das eine Verbindungselement 12 eine Befestigungsmittelaufnahme 15 auf. Die Befestigungsmittelaufnahme 15 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material gebildet wie das Verbindungselement 12. Auch mit der Befestigungsmittelaufnahme 15 des Verbindungselementes 12 kann dieses mit einem externen Bauteil kraft- und/oder formschlüssig verbunden werden. In 1 sind die Verbindungselemente 12 als Strangpressprofile ausgebildet. Vorzugsweise können die Verbindungselemente 12 als ein Strangpressprofil aus Aluminium gefertigt sein.
Aus der 2 geht ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherungsrahmens 10 hervor. Der Sicherungsrahmen 10 weist hierbei zwei Bügelelemente 11 und zwei Verbindungselemente 12 auf, welche an den Enden 13 der Bügelelemente 11 und der Verbindungselemente 12 über die Verbindungsstellen 14 verbunden sind. In 2 ist zur Verbindung der Bügelelemente 11 mit den Verbindungselementen 12 ein Verbindungsmittel 17 vorgesehen. Das Verbindungsmittel 17 ist dabei an den jeweiligen Enden 13 des Verbindungselementes 12 angeordnet. Das Verbindungsmittel 17 weist dabei jeweils zwei Gewinde 17.1 auf, sodass das Verbindungselement 12 mit dem Verbindungsmittel 17 und dem Bügelelement 11 kraft- und/oder formschlüssig verbunden werden kann. Vorzugsweise weist das Bügelelement 11 hierfür Bohrungen auf, sodass an der Verbindungsstelle 14 des Bügelelementes 11 und des Verbindungselementes 12 beispielsweise eine Niete oder Schraube angeordnet werden kann. Diese dient zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung des Bügelelementes 12, des Verbindungsmittels 17 und des Verbindungselementes 12. Hierbei kann das Verbindungsmittel 17 als ein aus Kunststoff hergestelltes Bauteil ausgebildet sein, wobei die Gewinde 17.1 als metallisches Insert ausgebildet sind. Die weiteren erfindungswesentlichen Merkmale und Eigenschaften sind darüber hinaus identisch mit den in 1 beschriebenen.
Die 3a zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bügelelementes 11. Das Bügelelement 11 weist dabei einen Basisabschnitt 11.1 und zwei Verbindungsabschnitte 11.2 auf, wobei der Basisabschnitt 11.1 die Verbindungsabschnitte 11.2 verbindet. im Bereich des Basisabschnittes 11.1 ist der Sicherheitsabschnitt 16 angeordnet, wobei im Sicherheitsabschnitt 16 das Bügelelement 11 einen sich im Verlauf vergrößernden Querschnitt x aufweist. Darüber hinaus zeigt die 3a die Verbindungsstellen 14 des Bügelelementes 11, wobei an den Verbindungsstellen 14 das Bügelelement 11 jeweils zwei Bohrungen aufweist, sodass ein Befestigungsmittel, beispielsweise eine Schraube oder eine Niete, aufgenommen werden kann und beispielsweise mit dem Verbindungselement 12 oder einem Verbindungsmittel 17 verbunden werden kann. In der 3b ist ein Schnitt A-A des Bügelelementes 11 aus der 3a gezeigt. Dabei weist das Bügelelement 11 einen ersten Querschnitt x auf. Der Schnitt A-A aus der 3b zeigt den Querschnitt x außerhalb des Sicherheitsabschnittes 16. Die 3b zeigt weiterhin eine Verbindungsstelle 14 mit zwei darin angeordneten Bohrungen an dem einen Ende 13 des Bügelelementes 11. Darüber hinaus ist eine Befestigungsmittelaufnahme 15 gezeigt, wobei die Befestigungsmittelaufnahme 15 kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig mit dem Bügelelement 11 ausgebildet ist. Die Befestigungsmittelaufnahme 15 ist dabei im Verbindungsabschnitt 11.2 des Bügelelementes 11 angeordnet. In 3c ist ein zweiter Schnitt B-B des Bügelelementes 11 gezeigt. Der Schnitt B-B weist einen Querschnitt x auf, wie er im Sicherheitsabschnitt 16 des Bügelelementes 11 ausgebildet sein kann. Der Querschnitt x im Schnitt B-B ist vergrößert gegenüber dem Querschnitt x aus Figur 3b und 3d. In 3d ist ein Schnitt C-C eines erfindungsgemäßen Bügelelementes 11 gezeigt, wobei ein Querschnitt x des Verbindungsabschnittes 11.2 gezeigt ist. Der Schnitt C-C verläuft außerdem durch eine Befestigungsmittelaufnahme 15, welche im Übergangsbereich zwischen dem Basisabschnitt 11.1 und dem Verbindungsabschnitt 11.2 angeordnet ist. Die Befestigungsmittelaufnahme 15 ist als zylindrische Aufnahme ausgebildet und stoffschlüssig mit dem Bügelelement 11 ausgebildet.
In 4a ist ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbindungselementes 12 gezeigt, wobei das Verbindungselement 12 als Strangpressprofil ausgebildet ist und ein Verstärkungselement 12.1 aufweist. Das Verstärkungselement 12.1 ist außenseitig zwischen den Verbindungsstellen 14 des Verbindungselementes 12 angeordnet und weist eine im Wesentlichen T-förmiges ausgebildetes Profil aus. Das T-Profil des Verstärkungselementes 12.1 erhöht das Flächenträgheitsmoment bei geringem Mehrgewicht. An dem Verbindungselement 12 der 4a ist darüber hinaus eine Befestigungsmittelaufnahme 15 angeordnet, sodass das Verbindungselement 12 kraft- und/oder formschlüssig mit einem externen Bauteil verbindbar ist. Vorzugsweise ist das Verbindungselement 12 als ein Strangpressprofil ausgebildet und weist vorzugsweise Aluminium auf. Die 4b zeigt einen Schnitt A-A des Verbindungselementes 12 aus der 4a. Dabei ist in der 4b eine mögliche Ausführungsform eines möglichen Querschnitts x des Verbindungselementes 12 gezeigt. In 4b weist das Verbindungselement 12 eine im Wesentlichen rechteckige Geometrie auf, wobei außenseitig an der rechteckigen Geometrie des Verbindungselementes 12 ein Verstärkungselement 12.1 ausgebildet ist, welches im Wesentlichen T-förmig ausgebildet ist und stoffschlüssig mit dem Verbindungselement 12 verbunden ist. Vorzugsweise wird diese in 4b gezeigte Geometrie in einem Herstellungsprozess als Strangpressprofil, vorzugsweise aus Aluminium, gefertigt.
In 5 ist eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batterieaufnahmesystems 100 gezeigt. Das Batterieaufnahmesystem 100 weist dabei eine Batteriemodulaufnahme 101 auf, wobei in der Batteriemodulaufnahme 101 zumindest ein Energiespeicher 102 angeordnet ist. Der Energiespeicher 102 ist in 5 gestrichelt dargestellt. In der Batteriemodulaufnahme 101, welche vorzugsweise wannenartig ausgebildet ist, sind darüber hinaus Verstärkungsstrukturen an den Wänden der Batteriemodulaufnahme 102 ausgebildet. Umfangsseitig der Batteriemodulaufnahme 101 ist ein erfindungsgemäßer Sicherungsrahmen 10 angeordnet. Vorzugsweise ist der Sicherungsrahmen 10 entkoppelt von der Batteriemodulaufnahme 101 angeordnet, sodass von außen auf den Sicherungsrahmen 10 einwirkende Kräfte nicht unmittelbar auf die Batteriemodulaufnahme 101 übertragen werden. So dient der Sicherungsrahmen 10 vor einer möglichen Verformung der Batteriemodulaufnahme 101 und insbesondere sichert er die Energiespeicher 102 vor mechanischen Beschädigungen.
Die 6 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungsrahmens 10, wobei ein Verbindungselement 12 ausgeblendet ist. Erfindungsgemäß kann zumindest eine Verbindungstelle 14, insbesondere des Bügelelementes 11, zumindest eine abschnittsweise konkav ausgebildete Geometrie (Vertiefung) aufweisen. Während der Montage von Verbindungselement 12 und Bügelelement 11 kann das Verbindungselement 12 im Bereich der abschnittsweise konkav ausgebildeten Verbindungsstelle 14 (Vertiefung) mit der Verbindungsstelle 14 des Bügelelementes 11 verstemmt werden. In 6 weisen die Verbindungstellen 14 des Bügelelementes 11 hierzu zwei im Wesentlichen konkav ausgebildete Vertiefungen auf. Während der Montage von Verbindungselement 12 und Bügelelement 11 kann das Verbindungselement 12 im Bereich der abschnittsweise konkav ausgebildeten Verbindungsstelle 14 (Vertiefung) mit der Verbindungsstelle 14 des Bügelelementes 11 verstemmt werden. Dadurch kann eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen Bügelelement 11 und Verbindungselement 12 durch plastisches Verformen hergestellt werden. Diese Verformung des Randbereiches zumindest eines der Teile kann in einer Weise erfolgen, dass sie sich unlösbar ineinander verkeilen. Über verstemmte Verbindungen können höhere Kräfte/Drehmomente übertragen werden.
Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsform, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Sicherungsrahmen
11: Bügelelemente
11.1: Basisabschnitt
11.2: Verbindungsabschnitt
12: Verbindungselemente
12.1: Verstärkungselement
13: Ende
14: Verbindungsstelle
15: Befestigungsmittelaufnahme
16: Sicherheitsabschnitt
17: Verbindungsmittel
17.1: Gewinde
18: Anschlag
100: Batterieaufnahmesystem
101: Batteriemodulaufnahme
102: Energiespeicher
x: Querschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015104017 A1 [0002]

Claims

Sicherungsrahmen (10) für ein Batterieaufnahmesystem (100), insbesondere für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, aufweisend zumindest zwei Bügelelemente (11) und zumindest zwei Verbindungselemente (12), wobei die Bügelelemente (11) und die Verbindungselemente (12) als Hohlprofil ausgebildet sind und an jedem Ende (13) jeweils eine Verbindungsstelle (14) aufweisen, wodurch die Bügelelemente (11) und Verbindungselemente (12) miteinander verbunden sind, sodass eine geschlossene Rahmenstruktur hergestellt ist, wobei an zumindest einem Bügelelement (11) und an zumindest einem Verbindungselement (12) zumindest eine Befestigungsmittelaufnahme (15) angeordnet ist, wodurch der Sicherungsrahmen (10) mit einem externen Bauteil, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie, verbindbar ist und zumindest die Bügelelemente (11) einen sich von ihrer ersten Verbindungsstelle (14) zu der zweiten Verbindungsstelle (14) in ihrem Verlauf verändernden Querschnitt (x) aufweisen.
Sicherungsrahmen (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Querschnitts (x) wenigstens abschnittsweise kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt, insbesondere dass der Querschnitt (x) mittig zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsstelle (14) am größten ist, sodass ein Sicherheitsabschnitt (16) gebildet ist.
Sicherungsrahmen (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bügelelement (11) einen Basisabschnitt (11.1), einen ersten Verbindungsabschnitt (11.2) und einen zweiten Verbindungsabschnitt (11.2) aufweist, wobei der Basisabschnitt (11.1) die beiden Verbindungsabschnitte (11.2) miteinander verbindet und der Sicherheitsabschnitt (16) mittig vom Basisabschnitt (11.1) ausgebildet ist.
Sicherungsrahmen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (x) des Verbindungselements (12) im Wesentlichen rechteckig, oval oder rund ausgebildet ist, wobei sich Außenseitig zwischen den Verbindungsstellen (14) des Verbindungselements (12) ein Verstärkungselement (12.1) erstreckt, welches im Wesentlichen T-förmig ausgebildet ist.
Sicherungsrahmen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsmittel (17) vorgesehen sind, wobei die Verbindungsmittel (17) an dem Hohlprofil der Bügelelemente (11) und/oder der Verbindungselemente (12) angeordnet sind, sodass eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Verbindungselement (12) und Bügelelement (11) hergestellt ist.
Sicherungsrahmen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (17) zumindest ein Gewinde (17.1) zur Aufnahme eines Befestigungsmittels aufweist, insbesondere wobei das Verbindungsmittel (17) Kunststoff und/oder Metall aufweist.
Sicherungsrahmen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (12) und/oder das Bügelelement (11) einen, vorzugsweise innenseitig, angeordneten Anschlag (18) aufweist, sodass das Verbindungsmittel (17) am Verbindungselement (12) und/oder am Bügelelement (11) positionierbar ist.
Sicherungsrahmen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bügelelement (11) und/oder das Verbindungselement (12) als Schweißbaugruppe ausgebildet ist, insbesondere das Bügelelement (11) vierteilig ausgebildet und stoff- und kraftschlüssig miteinander verbunden ist.
Sicherungsrahmen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement und/oder das Bügelelement Kunststoff und/oder Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, aufweist.
Batterieaufnahmesystem (100) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug aufweisend, zumindest eine Batteriemodulaufnahme (101) zur Aufnahme zumindest eines elektrischen Energiespeichers (102) und zumindest einen Sicherungsrahmen (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sicherungsrahmen (10) umfangsseitig außerhalb der Batteriemodulaufnahme (101) angeordnet ist.