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Die Erfindung betrifft eine Crashstruktur für ein Kraftfahrzeug, mit deren Hilfe durch plastische Verformung die Aufprallenergie bei einem Crash absorbiert werden kann nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus
DE 10 2004 023 754 A1 ist ein Batteriegehäuse für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs bekannt, das hinter einer Rücklehne unter einer Abdeckung am Boden des Kraftfahrzeugs befestigt ist. Bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs kann sich ein Heckbereich des Kraftfahrzeugs innerhalb einer hierfür vorgesehenen Knautschzone zusammenfalten, so dass ein mit dem Boden verbundener Keil auf eine zum Keil korrespondierende Rampe des Batteriegehäuses auftreffen kann. Das Batteriegehäuse kann durch eine weitere Bewegung des Keils auf das Batteriegehäuse zu um eine am Frontende des Batteriegehäuses vorgesehene quer zur Fahrtrichtung verlaufende Schwenkachse nach oben in das Fahrzeuginnere des Kraftfahrzeugs geschwenkt werden, um eine Beschädigung der Traktionsbatterie durch den Aufprall zu vermeiden.
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Aus
DE 31 41 164 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem bei einem heckseitigen Crash eine Traktionsbatterie mit einem oberen abgeschrägten Bereich gegen eine unter einer Rückbank angeordnete schiefe Ebene einer Klappe gedrückt wird, damit die Traktionsbatterie nach unten abgleiten kann und gleichzeitig die Klappe zum Schutz der Beine eines Fahrzeuginsassen nach oben schwenken kann.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis Elektrokomponenten für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vor einer Beschädigung bei einem Crash zu schützen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein geringeres Risiko einer Beschädigung von Elektrokomponenten eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bei einem Crash ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Crashstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist eine Crashstruktur für ein Kraftfahrzeug vorgesehen mit einem Gehäuse für eine Elektrokomponente, insbesondere Ladegerät und/oder Traktionsbatterie, zum elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, wobei das Gehäuse eine gegenüber der Vertikalen angeschrägte Rampe aufweist, einem bei einem Crash zusammenfaltbaren Bodenblech zur Ausbildung einer Knautschzone und einer mit dem Bodenblech verbundenen Gegenrampe zum Abgleiten an der Rampe des Gehäuses bei einem Zusammenfalten des Bodenblechs, wobei das Gehäuse von der an der Rampe anpressbaren Gegenrampe zumindest teilweise in Schwerkraftrichtung nach unten bewegbar ist.
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Bei einem Crash, beispielsweise einen Auffahrunfall, kann zumindest ein Teil der Aufprallenergie in das Bodenblech eingeleitet werden, das sich dadurch zusammenfaltet und durch die hierfür erforderliche Formänderungsarbeit zumindest einen Teil der eingeleiteten Aufprallenergie absorbiert. Bei einem hinreichend starken Zusammenfalten des Bodenblechs kann hierbei auch die Gegenrampe auf das Gehäuse zu verlagert werden. Wenn die Gegenrampe mit einer hinreichend großen Kraft auf das Gehäuse auftrifft, gelangt die Gegenrampe mit der Rampe in Kontakt. Aufgrund der gegenüber der Vertikalen angeschrägten Kontaktflächen der Rampe und der Gegenrampe weist eine Kraftkomponente der Gegenrampe nach unten, so dass das Gehäuse zusammen mit der in dem Gehäuse vorgesehenen Elektrokomponente nach unten gedrückt wird. Eine weitere Verlagerung der Gegenrampe führt dazu, dass das Gehäuse durch eine Schwenkbewegung und/oder eine Linearbewegung nach unten ausweichen kann. Obwohl das Gehäuse im Crash-Pfad der Crashstruktur angeordnet ist, kann das Gehäuse, durch die an der Rampe des Gehäuses angreifende Gegenrampe bei einem Crash aus dem Crash-Pfad herausbewegt werden, so dass ein reduziertes Risiko einer Beschädigung von Elektrokomponenten eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bei einem Crash ermöglicht ist.
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Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass das Gehäuse für eine als Ladegerät und/oder Traktionsbatterie ausgestaltete Elektrokomponente für den elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs auf einem Unterboden des Kraftfahrzeugs positioniert sein kann und/oder mit dem Gehäuse einen Teil des Unterbodens ausbildet. Im Gegensatz zu einem Ausweichen des Gehäuses nach oben kann bei einem Ausweichen des Gehäuses nach unten die Bewegung des Gehäuses nicht durch oberhalb des Gehäuses abgelegte Gepäckstückte oder dergleichen blockiert sein. Eine Blockade der Ausweichbewegung des Gehäuses bei einem Crash durch den regulären Gebrauch des Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer ist vermieden. Insbesondere ist unterhalb des Gehäuses allenfalls ein Unterboden vorgesehen, der von dem Gehäuse im Crashfall durchbrochen werden kann. Der Unterboden kann hierzu geeignete Sollbruchstellen aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Unterboden eine von dem Gehäuse zumindest teilweise ausgefüllte Aussparung aufweisen, so dass das Gehäuse einen Teil des eigentlichen Unterbodens ausbilden kann. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass unterhalb des Unterbodens bis zu einer Fahrbahnoberseite üblicherweise auch bei einem Crash ein hinreichend großer Abstand verbleibt, in den das Gehäuse ausweichen kann. Eine Beschädigung von Batterien oder anderer elektrischer Komponenten in dem Gehäuse kann dadurch vermieden werden, so dass beispielsweise ein Austritt einer elektrolytischen Flüssigkeit aus dem Gehäuse infolge einer Beschädigung einer Batterie vermieden werden kann. Selbst wenn bei einem besonders schweren Unfall die im Gehäuse angeordneten Komponenten beschädigt werden sollten, ist zumindest ein Kontakt mit einer im Innern des Kraftfahrzeugs befindlichen Person vermieden, so dass beispielsweise stromführende Teile der Elektrokomponente oder austretende elektrolytische Flüssigkeit die Person im Innern des Kraftfahrzeugs nicht verletzen können. Die Sicherheit von Fahrzeuginsassen vor Gesundheitsbeeinträchtigen durch in dem Gehäuse vorgesehenen Elektrokomponenten ist dadurch verbessert.
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Das Gehäuse kann als Elektrokomponente insbesondere ein Ladegerät und/oder eine Batterie, vorzugsweise Traktionsbatterie zum rein elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, aufweisen. Mit dem Ladegerät kann eine externe Stromquelle angeschlossen werden, um eine Batterie des Kraftfahrzeugs aufzuladen. Das Ladegerät kann beispielsweise einen Konverter zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom aufweisen. Ferner kann das Ladegerät eine Batterie aufweisen, in der die zugeführte elektrische Energie gespeichert werden kann. Vorzugsweise weist das das Ladegerät bereits die gesamte Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs auf. Die Traktionsbatterie weist ein Speichervermögen für elektrische Energie auf, das ausreicht das Kraftfahrzeug rein elektrisch anzutreiben. Mit Hilfe der Traktionsbatterie kann für das Kraftfahrtzeug beispielsweise eine rein elektrische Reichweite von ca. 100 km, vorzugsweise 300 km erreicht werden.
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Insbesondere ist das Gehäuse um eine, insbesondere quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufende, Drehachse von der anpressbaren Gegenrampe nach unten schwenkbar und/oder linear in im Wesentlichen vertikaler Richtung von der anpressbaren Gegenrampe nach unten bewegbar. Das Gehäuse kann dadurch bei einem Crash schnell aus dem Crash-Pfad herausbewegt werden. Die Knautschzone des Kraftfahrzeugs kann zumindest um einen Teil der Erstreckung des Gehäuses in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verlängert werden, ohne eine Beschädigung des Gehäuses oder der Elektrokomponenten befürchten zu müssen.
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Vorzugsweise weist die Rampe und/oder die Gegenrampe einen Hohlraum auf. Die Rampe und/oder die Gegenrampe können als Leichtbauteil ausgestaltet sein, das für seine Masse eine hohe Festigkeit aufweist. Beispielsweise ist die Rampe und/oder die Gegenrampe aus einem Strangpressteil hergestellt, bei dem mehrere durch Stege begrenzte Hohlräume vorgesehen sein können. Es ist auch möglich die Rampe und/oder die Gegenrampe durch ein umgebogenes Blech auszubilden.
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Besonders bevorzugt ist ein Führungsgestell zur definierten Bewegung des Gehäuses nach unten bei angepresster Gegenrampe vorgesehen. Beispielsweise kann das Führungsgestell zur Befestigung des Gehäuses im Kraftfahrzeug vorgesehen sein, wobei zur Befestigung des Gehäuses mit dem Führungsgestell vorgesehene Befestigungsmittel im Crashfall abgeschert werden können, um die Bewegung des Gehäuses nach unten zulassen zu können. Das Führungsgestell kann vergleichsweise starre Bauteile aufweisen, die bestimmte Bewegungsrichtungen des Gehäuses auch im Crashfall blockieren, wodurch die gewünschte Bewegung des Gehäuses nach unten im Crashfall von dem Führungsgestell erzwungen werden kann. Das Führungsgestell kann beispielweiseweise von einem mit der Tragstruktur der Kraftfahrzeugkarosserie verbundenen Hilfsrahmen ausgebildet sein, der insbesondere eine gezielte Drehung des Gehäuses und/oder ein gezieltes Abgleiten an dem Führungsgestell und der Gegenrampe ermöglicht.
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Insbesondere weist das Führungsgestell einen Querträger zur Ausbildung einer Drehachse für das Gehäuse auf. Der Querträger kann beispielsweise ein starres Verbindungsteil der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs ausbilden, das auch bei einem Crash in der Regel nicht plastisch verformt wird. Bei einem Abgleiten der Rampe des Gehäuses an der Gegenrampe kann der Querträger ein Widerlager ausbilden, so dass das Gehäuse infolge der nach unten gerichteten Kraftkomponente der Gegenrampe nach unten schwenken kann. Die vorzugsweise linienförmige Kontaktstelle des Querträgers an dem Gehäuse kann hierbei die Drehachse für das Gehäuse ausbilden. Vorzugsweise kann der Querträger eine Verlagerung des Gehäuses in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs blockieren, so dass die Gegenrampe das Gehäuse nicht gegen andere Kraftfahrzeugkomponenten auf der Höhe des Gehäuses drücken kann. Eine Beschädigung der anderen Kraftfahrzeugkomponenten ist dadurch vermieden.
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Vorzugsweise weist das Führungsgestell Längsträger zur Begrenzung eines quer zur Fahrtrichtung ausgerichteten Bewegungsanteils des Gehäuses auf, wobei insbesondere die Längsträger von der Gegenrampe mitnehmbar ausgeformt sind. Die Längsträger können ein Ausweichen oder ein Ausbeulen des Gehäuses quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs blockieren. Dadurch kann ein Ausweichen des Gehäuses nach unten bei einem Crash erzwungen werden. Ein Ausweichen des Gehäuses nach oben kann durch die Gegenrampe blockiert werden. Dadurch, dass die Längsträger von der Gegenrampe mitgenommen werden können, kann ein Knicken und/oder Ausbeulen der Längsträger vermieden werden.
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Besonders bevorzugt liegen die Längsträger an ihrer Stirnseite flächig an der Gegenrampe an. Die Stirnseite des jeweiligen Längsträgers kann zum Verlauf der Gegenrampe korrespondieren und im Wesentlichen parallel zu einer zur Rampe weisenden Anschlagfläche der Gegenrampe verlaufen. Dadurch ist ein Herauswandern der Längsträger nach oben vermieden. Zudem kann durch die flächige Anlage vermieden werden, dass bei einem Crash die Längsträger die Gegenrampe beschädigen und in das Innere der Gegenrampe eindringen.
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Insbesondere ist das Bodenblech und/oder die Gegenrampe über eine Führungsschiene an dem Führungsgestell in Fahrtrichtung geführt. Dadurch kann eine gewünschte Relativbewegurig der Gegenrampe relativ zum Gehäuse erzwungen werden. Die Führungsschiene ist insbesondere im Wesentlichen starr ausgeführt. Vorzugsweise kann die Führungsschiene in einer Öffnung des Führungsgestells geführt sein und bei einem Crash zusammen mit der Gegenrampe im Wesentlichen linear in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verlagert werden.
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Vorzugsweise ist die Gegenrampe zu der Rampe nach unten versetzt angeordnet. Vorzugsweise kann die Gegenrampe die Rampe in Fahrtrichtung betrachtet teilweise überdecken. Wenn die Gegenrampe das Gehäuse nach unten drückt, kann die Rampe an der Gegenrampe abgleiten und/oder nach unten wandern. Durch den Versatz der Gegenrampe zur Rampe kann die Gegenrampe auch weiterhin gegen das Gehäuse drücken und das Gehäuse weiter nach unten drücken, wenn das Gehäuse bereits eine gewisse Wegstrecke nach unten zurückgelegt hat. Der Kontakt der Gegenrampe mit der Rampe bleibt auch nach einer bereits erfolgten Verlagerung des Gehäuses nach unten erhalten.
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Besonders bevorzugt ist ein Stoßfänger zum Einleiten von Aufprallenergie in das Bodenblech bei einem Crash vorgesehen, wobei der Stoßfänger und das Gehäuse sich in Fahrtrichtung betrachtet zumindest teilweise überdecken. Das Gehäuse und die in dem Gehäuse untergebrachten Elektrokomponenten können dadurch in dem Crash-Pfad des Kraftfahrzeugs angeordnet werden, aber bei einem Crash automatisch aus dem Crash-Pfad nach unten herausbewegt werden, um eine Beschädigung der Elektrokomponente zu vermeiden. Der Bauraum des Kraftfahrzeugs kann dadurch besser ausgenutzt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische perspektivische Ansicht einer Crashstruktur und
- 2: eine schematische Schnittansicht der Crashstruktur aus 1.
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Die in 1 und 2 dargestellte Crashstruktur 10 eines Kraftfahrzeugs weist ein mit einem Stoßfänger verbindbares Bodenblech 12 auf. Das Bodenblech 12 kann bei einem Crash zusammengefaltet werden, um die Aufprallenergie zu absorbieren und ist damit Teil einer Knautschzone des Kraftfahrzeugs. In Längsrichtung des Kraftfahrzeugs zum Bodenblech 12 beabstandet ist ein Gehäuse 14 vorgesehen, in dem beispielsweise ein Ladegerät zum Aufladen einer Traktionsbatterie aus einer externen an dem Ladegerät angeschlossenen Stromquelle eingebaut sein kann. Das Gehäuse 14 weist an der zum Bodenblech 12 weisenden Seite eine sich nach oben hin verjüngende Rampe 16 auf. An dem von dem Stoßfänger weg weisenden und zum Gehäuse 14 hin weisenden Ende des Bodenblechs 12 ist eine Gegenrampe 18 vorgesehen. Bei einem Crash kann das sich zusammenfaltende Bodenblech 12 die Gegenrampe 18 gegen die Rampe 16 drücken und dadurch das Gehäuse 14 nach unten aus dem Crash-Pfad herausdrücken.
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Um die Bewegung des Gehäuses 14 bei einem Crash zu kontrollieren kann ein Führungsgestell 20 vorgesehen sein. Das Führungsgestell 20 kann einen starren Querträger 22 aufweisen, auf dem das Gehäuse 14 aufliegen kann. Wenn bei einem Crash die Gegenrampe 18 das Gehäuse 14 nach unten drückt, kann der Querträger 22 eine Drehachse definieren, um die das Gehäuse 14 zusammen mit dem Ladegerät oder einer anderen Elektrokomponente nach unten verschwenkt werden kann. An dem Gehäuse 14 können an den Seitenflächen Längsträger 24 anliegen, die ein Ausweichen des Gehäuses 14 quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs blockieren können. Die Querträger 24 können an ihren Stirnseiten flächig an der Gegenrampe 18 anliegen und von der Gegenrampe 18 bei einem Crash mitbewegt werden. Die Gegenrampe 18 kann zudem über eine Halteeinheit 26 an einer starren Führungsschiene 28 geführt sein, wobei, die Führungsschiene 28 an dem Haltegestell 20 geführt oder befestigt ist, so dass eine zielgerichtete definierte Relativbewegung der Gegenrampe 18 zum Gehäuse 14 sichergestellt werden kann.
