DE102017123752B3

DE102017123752B3 - Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil

Info

Publication number: DE102017123752B3
Application number: DE102017123752.6A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Bernard; Guan Chew
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2037-10-13

Abstract

Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil (8), aufweisendeinen sandwichartigen Materialverbund (28) miteinem flächigen Karosserieflächenelement (30) und einer flächigen Schwingungsdämpfungsanordnung (40), wobei die Schwingungsdämpfungsanordnung (40) eine elastische Dämpfungsschicht (42) und eine Deckschicht (44) aufweist, wobei die Dämpfungsschicht (42) zwischen dem Karosserieflächenelement (30) und der Deckschicht (44) angeordnet ist, wobei die Deckschicht (44) ein Batterieflächenmodul (50) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil.
Derartige Kraftfahrzeug-Karosseriebauteile, beispielsweise ein Kotflügel oder eine Motorhaube eines Kraftfahrzeugs, bestehen üblicherweise aus großflächigen, dünnen Metallblechen. Die großflächigen Karosseriebauteile neigen zu Karosseriebauteilschwingungen, wodurch der Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs gemindert wird. Die Karosseriebauteilschwingungen resultieren üblicherweise aus Schwingungen, die durch den Antriebsstrang oder durch die Fahrbahnoberfläche auf die Kraftfahrzeugkarosserie übertragen werden und Eigenschwingungen der großflächigen Karosseriebauteile verursachen.
Zum Vorbeugen derartiger Karosseriebauteilschwingungen ist auf derartigen Karosseriebauteilen üblicherweise eine Dämpfungsanordnung angeordnet, durch die die Karosseriebauteilschwingungen gedämpft werden. Eine derartige Dämpfungsanordnung beschreibt die EP 2 125 437 B1 , wobei die Dämpfungsanordnung eine aus Polymer- oder Bitumenmaterial hergestellte Dämpfungsschicht und eine Versteifungsschicht aufweist. Die Dämpfungsschicht ist auf dem Karosseriebauteil angeordnet und verformt sich bei einer Verformung des Karosseriebauteils mit diesem mit. Die an der Dämpfungsschicht befestigte, relativ steife Versteifungsschicht wirkt der Verformung der Dämpfungsschicht entgegen, so dass eine hohe Scherbeanspruchung der Dämpfungsschicht und dadurch eine hohe Energiedissipation erreicht wird.
Nachteilig an der in der EP 2 125 437 B1 beschriebenen Ausgestaltung des Kraftfahrzeug-Karosseriebauteils ist, dass derartige Karosseriebauteile mit einer Dämpfungsanordnung das Gewicht des Kraftfahrzeugs erhöhen.
Aus US 8,875,828 B2 ist eine vielzelligee Blockbatterie bekannt, die unterhalb der Fahrzeugbodenwand angeordnet ist und deren Batteriegehäuse über eine thermische Isolierschicht flächig an der Bodenwand angebracht ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein schwingungsgedämpftes Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil bereitzustellen, wobei das Gewicht des Kraftfahrzeugs effektiv gesenkt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Das Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil weist einen sandwichartigen Materialverbund auf, welcher ein flächiges Karosserieflächenelement und eine flächige Schwingungsdämpfungsanordnung aufweist. Die Schwingungsdämpfungsanordnung liegt mit einer Grundfläche vollflächig an dem Karosserieflächenelement an.
Das flächige Karosserieflächenelement ist plattenartig ausgeführt, so dass die Wanddicke des Karosserieflächenelements deutlich geringer als die Seitenlängen des Karosserieflächenelements ist. Das Karosserieflächenelement kann aus einem metallischen Blech-Werkstoff oder aus einem Kunststoff ausgeführt sein.
Durch seine Großflächigkeit neigt das Karosserieflächenelement zu Karosseriebauteilschwingungen. Um den Karosseriebauteilschwingungen vorzubeugen, ist an dem Karosserieflächenelement die Schwingungsdämpfungsanordnung angeordnet. Die Schwingungsdämpfungsanordnung weist eine elastische Dämpfungsschicht und eine steife Deckschicht auf. Die elastische Dämpfungsschicht ist unmittelbar mit dem Karosserieflächenelement verbunden, beispielsweise verklebt. Die Deckschicht schließt an die elastische Dämpfungsschicht an und ist mit dieser fest verbunden, beispielsweise verklebt. Auf diese Weise wird ein sandwichartiger Materialverbund aus dem Karosserieflächenelement, der elastischen Dämpfungsschicht und der Deckschicht hergestellt.
Die Dämpfung des Karosserieflächenelements erfolgt im Wesentlichen durch die Dämpfungsschicht, wobei sich die Dämpfungsschicht bei einer Verformung des Karosserieflächenelements mit dem Karosserieflächenelement verformt. Die an der Dämpfungsschicht befestigte Deckschicht, welche vorzugsweise steifer ausgeführt ist als das Karosserieflächenelement, verformt sich nicht, insbesondere nicht in seiner Grundebene, woraus hohe Scherbeanspruchungen der Dämpfungsschicht resultieren. Mit der Scherbeanspruchung der Dämpfungsschicht erfolgt eine hohe Energiedissipation, wodurch die Schwingungen gedämpft werden. Natürlich kann die Deckschicht sich auch verformen, auch in diesem Fall wird die Scherenergie in der Dämpfungsschicht dissipiert.
Ein Kraftfahrzeug weist eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern auf, welche im Betriebszustand mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Die elektrische Energie stellt üblicherweise eine in dem Kraftfahrzeug angeordnete Batterie zur Verfügung, so dass die elektrischen Verbraucher, beispielsweise ein Aktor eines elektrisch verstellbaren Spiegels oder einer elektrisch betätigten Heckklappe eines Kraftfahrzeugs, durch die Batterie mit elektrischer Energie bedarfsgerecht gespeist werden.
Erfindungsgemäß ist die Deckschicht ein Batterieflächenmodul. Das Batterieflächenmodul kann eine Einzelbatterie sein, welche beispielsweise mit einem einzigen elektrischen Verbraucher verbunden ist und diesen elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt. Alternativ kann das Batterieflächenmodul eine von vielen in dem Kraftfahrzeug angeordneten Batterieflächenmodulen sein, welche an unterschiedlichen Karosserieflächenelementen angeordnet sind und miteinander verschaltet sind.
Durch die Schwingungsdämpfungsanordnung mit einer durch das Batterieflächenmodul ausgeführten Deckschicht wird das Gewicht des Kraftfahrzeugs gesenkt, indem das Batterieflächenmodul sowohl für die Schwingungsdämpfung als auch zur Versorgung der elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie eingesetzt wird.
Das flächige Karosserieflächenelement und das Batterieflächenmodul sind parallel zueinander angeordnet, wobei das Batterieflächenmodul verbiegbar ist, so dass sich das Batterieflächenmodul an die Form des Karosserieflächenelements in gewissen Grenzen anpassen kann. Dadurch wird auf eine einfache und kostengünstige Weise eine Schwingungsdämpfungsanordnung bereitgestellt, wobei die Form des Karosseriebauteils unabhängig von der daran befestigten Schwingungsdämpfungsanordnung ausgestaltet werden kann. Dadurch, dass das Batterieflächenelement an die Form des Karosserieflächenelements anpassbar ist, wird eine Schwingungsdämpfungsanordnung und eine Batterie zum Versorgen von elektrischen Verbrauchern mit elektrischer Energie bauraumsparend in dem Kraftfahrzeug angeordnet.
Das Batterieflächenmodul weist mindestens eine Festkörper-Batteriezelle auf. Die mindestens eine Festkörper-Batteriezelle weist eine flächige Anode, eine flächige Kathode und einen zwischen der Anode und der Kathode angeordneten flächigen Festkörper-Elektrolyt auf.
Das Karosserieflächenelement ist eine Außenhautkomponente des Kraftfahrzeugs, wobei die Außenhautkomponente üblicherweise aus einem dünnen, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff ausgebildeten Karosserieflächenelement ausgeführt ist und zu Karosserieschwingungen neigt. Durch die Schwingungsdämpfungsanordnung können die Karosseriebauteilschwingungen der Außenhautkomponente gedämpft werden.
Vorzugsweise ist die Festkörper-Batteriezelle eine Lithium-Keramik-Batteriezelle, wobei der Festkörper-Elektrolyt aus Keramik ausgebildet ist. Durch die Ausgestaltung des Batterieflächenelements mit Festkörper-Batteriezellen ist eine Verformung des Batterieflächenmoduls möglich, wobei die Festkörper-Batteriezellen auch bei einer Beschädigung der Festkörper-Batteriezellen, beispielsweise bei einem Unfall, kein Sicherheitsrisiko darstellt.
Vorzugsweise ist die Dämpfungsschicht aus einem viskoelastischen Werkstoff ausgeführt. Der viskoelastische Werkstoff weist ein elastisches und ein viskoses Materialverhalten auf, wobei die Schwingungsdämpfung im Wesentlichen durch das viskose Materialverhalten erfolgt, indem die Schwingungsenergie in Wärme umgewandelt wird. Vorzugsweise ist die Dämpfungsschicht aus Butyl oder Bitumen ausgeführt, wobei Butyl und Bitumen ein viskoelastisches Materialverhalten aufweisen. Alternativ kann die Dämpfungsschicht aus einem Kunststoff mit einem viskoelastischen Materialverhalten ausgeführt sein.
Vorzugsweise ist die Dämpfungsschicht elektrisch nicht-leitend, so dass das Batterieflächenelement auf eine einfache und kostengünstige Weise von dem Karosserieflächenelement elektrisch isoliert ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug, und
2 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil.

Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Außenhaut 12, welche sich aus einer Vielzahl von Kraftfahrzeug-Karosseriebauteilen 8 zusammensetzt. Die Außenhaut 12 umfasst unter anderem einen Vorderrad-Kotflügel 16, einen Hinterrad-Kotflügel 18, eine Motorhaube 20, ein Dachelement 22, eine Vordertür 24 und eine Hintertür 26.
Die Karosseriebauteile 8 sind großflächig und plattenartig ausgeführt und neigen aufgrund ihrer Großflächigkeit zu Karosseriebauteilschwingungen. Die Karosseriebauteilschwingungen resultieren dabei aus Schwingungen, die durch den Antriebsstrang und/oder durch die Fahrbahnoberfläche auf die Karosseriebauteile 8 übertragen werden. Außerdem können die Karosseriebauteilschwingungen aus auf die Karosseriebauteile 8 wirkende Stoßkräfte, beispielsweise Regenprasseln oder Windumströmung auf die Karosseriebauteile 8, verursacht werden.
Um die Schwingungen der Karosseriebauteile 8 zu dämpfen, weisen die Karosseriebauteile 8 einen sandwichartigen Materialverbund 28 auf, welcher sich aus einem flächigen Karosserieflächenelement 30 und einer Schwingungsdämpfungsanordnung 40 zusammensetzt.
Einen derartigen sandwichartigen Materialverbund 28 zeigt die 2. Die 2 zeigt ein Karosseriebauteil 8 mit einem Karosserieflächenelement 30 und eine Schwingungsdämpfungsanordnung 40 mit einer Dämpfungsschicht 42 und einer Deckschicht 44. Die Dämpfungsschicht 42 ist mit einer ersten Grundfläche 46 unmittelbar an dem Karosserieflächenelement 30 verklebt. An einer zweiten Grundfläche 48 ist die Deckschicht 44 angeordnet. Die Dämpfungsschicht 42 ist aus Butyl hergestellt, wobei Butyl ein viskoelastisches Werkstoffverhalten aufweist.
Bei einer Verformung des Karosserieflächenelements 30 quer zur Grundebene verformt sich die Dämpfungsschicht 42 aufgrund ihrer niedrigen Steifigkeit mit dem Karosserieflächenelement 30. Die an der zweiten Grundfläche 48 angeordnete Deckschicht 44 ist steifer als die Dämpfungsschicht 42 ausgeführt, so dass die Deckschicht 44 der Verformung der Dämpfungsschicht 42 entgegenwirkt. Die Verformung des Karosserieflächenelements 30 und das Entgegenwirken der Deckschicht 44 verursachen eine hohe Scherbeanspruchung in der Dämpfungsschicht 42, woraus eine hohe Energiedissipation, und daraus resultierend, die Schwingungsdämpfung resultiert.
Erfindungsgemäß ist die Deckschicht 44 der Schwingungsdämpfungsanordnung 40 aus einem Batterieflächenmodul 50 ausgeführt. Das Batterieflächenmodul 50 weist mindestens eine Festkörper-Batteriezelle auf, welche sich aus einer flächigen Anode, einer flächigen Kathode und einem zwischen der Anode und der Kathode angeordnete flächigen Festkörper-Elektrolyt zusammensetzt. Der Festkörper-Elektrolyt ist aus Keramik ausgebildet.
Das Batterieflächenmodul 50 kann eine Einzelbatterie, die beispielsweise mit einem einzigen elektrischen Verbraucher verbunden ist und diesen elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt oder eine von vielen miteinander verschalteten und an unterschiedlichen Karosseriebauteilen 8 angeordneten Batterieflächenmodulen 50 sein. Die Vordertür 24 weist beispielsweise eine Schwingungsdämpfungsanordnung 40 mit einem Batterieflächenmodul 50 auf, wobei das Batterieflächenmodul 50 eine Einzelbatterie darstellt und mit einem elektrisch verstellbaren Spiegel 60 bzw. mit dem Aktor des elektrisch verstellbaren Spiegels 60 elektrisch gekoppelt ist.
Durch eine derartiges Karosseriebauteil 8 bzw. durch eine Außenhaut 12, welche mehrere derartige Karosseriebauteile 8 aufweist, wird das Gewicht des Kraftfahrzeugs gesenkt, indem das Batterieflächenmodul 50 sowohl für die Schwingungsdämpfung als auch zur Versorgung der elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie genutzt wird.
Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen.

Claims

Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil (8), aufweisend einen sandwichartigen Materialverbund (28) mit einem flächigen Außenhaut-Karosserieflächenelement (30) und einer flächigen Schwingungsdämpfungsanordnung (40), wobei die Schwingungsdämpfungsanordnung (40) eine elastische Dämpfungsschicht (42) und eine Deckschicht (44) aufweist, wobei die Dämpfungsschicht (42) zwischen dem Karosserieflächenelement (30) und der Deckschicht (44) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (44) ein verbiegbares Batterieflächenmodul (50) ist, das flächige Karosserieflächenelement (30) und das Batterieflächenmodul (50) parallel zueinander angeordnet sind, und das Batterieflächenmodul (50) mindestens eine Festkörper-Batteriezelle aufweist, wobei die mindestens eine Festkörper-Batteriezelle eine flächige Anode, eine flächige Kathode und einen zwischen der Anode und der Kathode angeordneten flächigen Festkörper-Elektrolyt aufweist.
Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörper-Batteriezelle eine Lithium-Keramik-Batteriezelle ist, wobei der Festkörper-Elektrolyt aus Keramik ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (42) aus einem viskoelastischen Werkstoff ausgeführt ist.
Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (42) aus Butyl oder Bitumen ausgeführt ist.
Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil (8) nach einem der vorangegangenen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieflächenelement (30) aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (42) elektrisch nicht-leitend ist.