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Die Erfindung betrifft einen elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterboden für eine Karosserie eines Fahrzeugs mit einer fahrzeugseitigen Sekundärspule zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Fahrzeug mit einer Sekundärspule zum induktiven Laden und einem solchen elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterboden, gemäß Anspruch 7, sowie die Verwendung eines solchen elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterbodens oder eines solchen Fahrzeugs mit einem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterboden zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs.
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Das Prinzip der induktiven Energieübertragung hat sich im Konsumentenbereich bereits vor einiger Zeit durchgesetzt, beispielsweise werden elektrische Zahnbürsten, induktive Ladeschalen für Mobiltelefone und Induktionsfelder in der Küche eingesetzt. Im Zuge der Verbreitung von elektrischen Fahrzeugen wird auch nach Möglichkeiten gesucht, den Ladevorgang benutzerfreundlicher und automatisierter zu gestalten. Dabei werden der induktiven Energieübertragung als berührungslosen Ladetechnik mit einer im oder auf dem Boden montierten Bodenspule (Primärspule) und eine am Fahrzeug montierten Fahrzeugplatte (Sekundärspule) große Möglichkeiten zugeschrieben. Batteriebetriebene Fahrzeuge, Elektrofahrzeuge oder hybridelektrische Fahrzeuge weisen dazu eine Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs auf. Die Energieübertragung auf die Sekundärspule erfolgt induktiv mittels einer Primärspule des Energieübertragungssystems, die zum Beispiel in der Garage oder auf einem Stellplatz im Boden integriert oder auf diesen gelegt ist. Die Sekundärspule des Energieübertragungssystems ist mechanisch am Fahrzeugunterboden befestigt oder in die Karosserie des Fahrzeugs integriert. Wird das Fahrzeug zum Parken auf die Primärspule gestellt, so kann eine Ladung des mit der Sekundärspule elektrisch gekoppelten Energiespeichers des Fahrzeugs über die Primärspule erfolgen. Die Energieübertragung von der Primärspule zur Sekundärspule muss dabei möglichst effizient sein. Gleichzeitig muss die Sekundärspule möglichst einfach in das Fahrzeug integrierbar sein, möglichst leicht sein und einen effizienten Betrieb ermöglichen. Des Weiteren darf die Sekundärspule keine anderen elektrischen und/oder elektronischen Geräte im Fahrzeug beeinflussen.
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Das Laden eines Elektrofahrzeugs benötigt für die notwendigen Leistungen starke elektromagnetische Felder, wodurch es an vielen Stellen zu ungewünschten Nebenerscheinungen kommt. Probleme dieser Technik sind beispielsweise die Störung des Radioempfangs, die Beeinflussung von Steuergeräten sowie die teils extreme Erwärmung metallischer Bauteile. Deshalb sind bei der Integration eines induktiven Energieübertragungssystems in ein Fahrzeug, insbesondere der Sekundärspule, zusätzliche Maßnahmen zur elektromagnetischen Abschirmung erforderlich. Bei Magnetfeldabschirmungen für Fahrzeuge besteht zudem ein Bedarf nach kostengünstigen und möglichst leichtgewichtigen Magnetfeldabschirmungen. Die Verwendung von einer Karosserie aus Aluminium bietet zwar die Möglichkeit, das Gewicht einer Magnetfeldabschirmung zu reduzieren, Aluminium ist jedoch relativ teuer und zudem erfordert Aluminium relativ spezielle und teure Fügetechniken zur Bildung von Schweißverbindungen. Bisherige Versuche, die elektromagnetischen Auswirkungen auf das Fahrzeug sowie die darin befindlichen Personen zu minimieren, basieren im Wesentlichen auf dem zusätzlichen Anbringen einer nicht-magnetischen, isolierenden Schicht auf Karosserieteile.
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Vor dem Hintergrund der sich anbahnenden induktiven Ladetechnik für elektrifizierte Fahrzeuge ist die wirksame Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Strahlung (EMS) von großer Bedeutung. Bisherige elektrifizierte Fahrzeuge mussten deshalb stets mit zusätzlichen Abschirmflächen ausgestattet werden, die aufwendig gefertigt und montiert werden mussten. Eine Integration in die bestehende Fahrzeugarchitektur gestaltet sich dabei schwierig.
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Aus der
DE 10 2014 206 739 A1 ist ein Schubfeld zur Versteifung eines Vorderwagens einer Fahrzeugkarosserie bekannt, das Anlenkpunkte eines Vorderachslenkers mit einer Bodengruppe verbindet, wobei das aus Metall bestehende Schubfeld einen Aufnahmebereich mit Befestigungsmitteln zur mechanischen Befestigung einer Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs aufweist. Das flächige Schubfeld weist hierzu eine zur Fahrbahn hin offene Ausnehmung auf, in welcher die Sekundärspule angeordnet ist. Das Material und die Dicke des Schubfeldes zumindest im Bereich des Aufnahmebereichs für die Sekundärspule sind so gewählt, dass das Schubfeld die elektromagnetische Abschirmung zur Erfüllung gesetzlicher und/oder medizinischer Anforderungen an Feldstärken in den Fahrgastinnenraum übernimmt. Aufgrund der Anordnung der Sekundärspule an der Außenseite des Fahrzeugs beziehungsweise Schubfeldes ist diese praktisch ungeschützt gegenüber äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Steinschlag und Korrosion. Nachteilig ist weiterhin, dass die durch die Ausnehmung für die Sekundärspule an sich als auch durch die Sekundärspule die Luftströmung im Unterbodenbereich des Fahrzeugs in nicht gewünschter Weise beeinflusst wird, was zu einem erhöhten Luftwiderstand führt.
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Aus der gattungsbildenden
DE 10 2011 056 807 A1 ist ein Verbundblech zur Herstellung eines flächigen Karosseriebodenblechs mit integrierter Magnetfeldabschirmung für elektromagnetische Felder bekannt. Das Verbundblech besteht aus mindestens drei übereinander angeordneten Schichten, wobei mindestens eine der Schichten aus Elektroblech besteht. Die Magnetfeldabschirmung weist mindestens eine der Schichten aus Stahlblech und mindestens eine der Schichten aus Kunststoff und/oder Elastomer auf, wobei die mindestens eine Schicht aus Kunststoff und/oder Elastomer die mindestens eine Schicht aus Elektroblech und die mindestens eine Schicht aus Stahlblech miteinander stoffschlüssig verbindet. Das Karosseriebodenblech weist zur Aufnahme einer Sekundärspule zum induktiven Laden eines Energiespeichers - analog zu der aus der
DE 10 2014 206 739 A1 bekannten Bodengruppe - eine zur Fahrbahn hin offene Ausnehmung auf, in welcher die Sekundärspule angeordnet ist. Die Abschirmung elektromagnetischer Felder während des Ladevorgangs in einen oberhalb der Sekundärspule befindlichen Bau- oder Innenraum des Fahrzeugs wird hauptsächlich durch das Elektroblech geleistet. Nachteilig ist auch bei der aus der
DE 10 2011 056 807 A1 hervorgehenden Ladetechnik die ungeschützte Anordnung der Sekundärspule auf der der Fahrbahn zugewandten Außenseite des Bodenblechs.
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Aus der
DE 10 2012 102 437 A1 geht eine aus Funksignal abschirmenden Material hergestellte Unterbodenverkleidung eines zum Geländeeinsatz tauglichen Fahrzeugs hervor, die zur großflächigen Abdeckung durch Steinschlag gefährdeter Bereiche, wie zum Beispiel Motor- und Getriebeeinheit, Tank- und Abgassystems, dient. Aufgrund der großflächigen Ausführung der Unterbodenverkleidung werden auch Bereiche mit abgedeckt, in denen eine Signalübertragung von Sensoren ausgestrahlten Signalen zu den diesen zugeordneten, im geschützten Bereich angeordneten Antennen erfolgen soll. Zur Sicherstellung einer ungestörten Signalübertragung und ohne dass dazu eine Beeinträchtigung der Schutzfunktion der Unterbodenverkleidung erfolgt wird in dem jeweiligen Signaldurchgangsbereich der Unterbodenverkleidung in diese ein Durchbruch eingebracht, also das Material der Unterbodenverkleidung vollständig entfernt, und dieser Durchbruch anschließend wieder mit einem Deckel versehen, welcher aus einem nichtfunksignalabschirmenden Material besteht. Nachteilig bei der bekannten Unterbodenverkleidung ist deren aufwändige und kostenintensive Herstellung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterboden für eine Karosserie eines Fahrzeugs, ein Fahrzeug mit einem solchen elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterboden, sowie die Verwendung eines solchen elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterbodens oder eines solchen Fahrzeugs zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere eine verbesserte Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung bei einer leichten Montage der Abschirmung und bei einem geringen Gewicht sowie geringen Herstellungskosten ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein elektromagnetische Strahlung abschirmender Unterboden für eine Karosserie eines Fahrzeugs mit einer fahrzeugseitigen Sekundärspule zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs bereitgestellt wird, wobei der Unterboden und/oder eine Unterbodenverkleidung des Unterbodens aus Schichten ausgebildet ist, und wobei mindestens eine der Schichten aus einem Kunststoff oder einem Verbundfaser-Kunststoff und mindestens eine andere der Schichten aus zumindest bereichsweise einem diamagnetischen oder paramagnetischen Abschirmelement gebildet ist. Das Abschirmelement weist im Bereich der Sekundärspule mindestens eine Aussparung auf, so dass die elektromagnetische Strahlung durch die mindestens eine Aussparung zu der Sekundärspule durchdringen kann. Der erfindungsgemäße elektromagnetische Strahlung abschirmende Unterboden integriert also die Anforderungen der Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung auf intelligente und unkomplizierte Weise in die bestehende Fahrzeugarchitektur. Beim Produktionsprozess des schon heute teils schichtartig aufgebauten Unterbodens und/oder der Unterbodenverkleidung, die üblicherweise aus Kunststoff oder Verbundfaser-Kunststoff bestehen, wird eine zusätzliche, insbesondere nicht-magnetisierbare Schicht als Abschirmelement eingebracht. Das hier vorgestellte Prinzip bezieht sich auf alle in Betracht kommenden Abschirmungsmaterialien.
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Der elektromagnetische Strahlung abschirmende Unterboden für eine Karosserie eines Fahrzeugs mit einer fahrzeugseitigen Sekundärspule zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Vorteilhafterweise kann das Abschirmelement integral, bevorzugt einteilig, in den Unterboden, insbesondere die Karosserie, eingebunden werden, wodurch auf ein zusätzliches Anbringen der Abschirmung verzichtet werden kann. Dadurch wird insbesondere eine Ersparnis an Gewicht des Fahrzeugs und der Zeit bei der Montage der Abschirmung erreicht. Das Abschirmelement kann bereits bei der Herstellung des Unterbodens integriert werden, so dass keine zusätzlichen Halterungen notwendig sind. Vorteilhafterweise werden die mechanische Schutzfunktion und die aerodynamische Funktion des Unterbodens und/oder der Unterbodenverkleidung durch eine Schutzfunktion gegen elektromagnetische Strahlung ergänzt. Dadurch werden nicht nur Produktionskosten, gespart sondern auch Logistikprozesse, Ersatzteilbevorratung und Verpackung des ohnehin sehr komplexen Bereichs des Unterbodens vereinfacht. Vorteilhafterweise wird eine flächige und sichere Abschirmung der elektromagnetischen Strahlung gewährleistet. Vorteilhafterweise wird eine optimale Anpassung des Unterbodens und/oder der Unterbodenverkleidung an die Größe der Ladeplatte und die Ladeleistung ermöglicht. Vorteilhafterweise sind keine separaten Bauteile oder Fertigungsschritte nötig, und die Montage kann weitgehend unverändert gegenüber dem bisherigen Serien-Unterboden erfolgen. Vorteilhafterweise übernimmt der die elektromagnetische Strahlung abschirmende Unterboden nicht nur die Abschirmung der elektromagnetischen Strahlung, sondern bietet zugleich weitere Funktionen, wie die Abdichtung gegenüber der Umgebung und/oder die Steifigkeit der Karosserie. Vorteilhafterweise benötigt der Unterboden einen geringen Bauraumbedarf. Vorteilhafterweise werden durch den elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterboden durch elektromagnetische Felder verursachte Funktionsstörungen der angrenzenden Elektronikbauteile verhindert oder zumindest deutlich verringert.
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Vorzugsweise ist der Kunststoff und/oder der Verbundfaser-Kunststoff ein elektrisch isolierendes Material.
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Vorzugsweise ist der Unterboden als Karosserieelement des Fahrzeugs ausgebildet.
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Unter einem Karosserieelement eines Fahrzeugs wird insbesondere eine Karosserie oder ein Teil der Karosserie eines Fahrzeugs, bevorzugt des Fahrzeugbodens oder des Fahrwerks, verstanden, bevorzugt eine lasttragende Fahrzeugstruktur oder ein Teil davon oder eine formstabilisierende Fahrzeugstruktur.
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Unter einem integralen Bestandteil des Unterbodens wird insbesondere ein Element verstanden, welches nicht als separates Element, insbesondere nicht als separates Bauteil vorliegt, sondern in den Unterboden und/oder Unterbodenverkleidung integriert ist. Vorzugsweise ist der integrale Bestandteil von dem Unterboden, einer Schicht des Unterbodens eingeschlossen. Vorzugsweise kann ein integraler Bestandteil nicht nachträglich an den Unterboden und/oder an die Unterbodenverkleidung angebracht werden. Vorzugsweise ist das Abschirmelement mit dem Unterboden und/oder der Unterbodenverkleidung einstückig ausgebildet, insbesondere wird das Abschirmelement bereits bei der Fertigung des Unterbodens in diesen integriert.
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Unter einem Abschirmelement wird insbesondere ein Element verstanden, das elektromagnetische Strahlung vollständig oder zumindest teilweise abschirmt, insbesondere wird elektromagnetische Strahlung in eine bestimmte Richtung abgeschirmt.
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Vorzugsweise wird die Form des Abschirmelements an das Magnetfeld der Primärspule, insbesondere die elektromagnetische Strahlung, angepasst.
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Der elektromagnetische Strahlung abschirmende Unterboden für eine Karosserie eines Fahrzeugs ist für jegliche Art von Fahrzeugen geeignet, insbesondere für Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse, Wohnmobile, Baufahrzeuge und/oder Nutzfahrzeuge.
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Unter einem induktiven Laden versteht man insbesondere einen Ladevorgang des elektrischen Speichers des Fahrzeugs, bei dem in einer Ladeposition elektrische Leistung von der Primärspule zur Sekundärspule induktiv übertragen wird, wobei in der Ladeposition die Sekundärspule in einer bestimmten räumlichen Position in Bezug auf die Primärspule angeordnet ist.
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Im Bereich der Aussparung kann insbesondere eine beliebig geformte Einbuchtung, eine Vertiefung oder eine Durchbrechung des Unterbodens vorhanden sein. Vorzugsweise ist die Aussparung ein Dreieck, ein Viereck, eine regelmäßig oder unregelmäßig geformte Figur, oder eine Halbschale.
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Vorzugsweise ist die Aussparung halbkugelförmig um die Sekundärspule ausgebildet.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Aussparung des Abschirmelements derart ausgebildet, dass sie bündig mit der Sekundärspule abschließt.
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Vorzugsweise ist Aussparung fahrzeugseitig hin verjüngt, insbesondere zur Sekundärspule hin. Vorzugsweise ist die mindestens eine Aussparung des Abschirmelements derart ausgebildet, dass die elektromagnetische Strahlung gezielt auf die Sekundärspule zentriert wird.
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Unter einem diamagnetischen Abschirmelement wird insbesondere ein diamagnetisches Material aufweisendes Abschirmelement verstanden, das in einem externen Magnetfeld, bevorzugt bei elektromagnetischer Strahlung, ein induziertes Magnetfeld in einer Richtung, die dem äußeren Magnetfeld entgegengesetzt ist, ausbildet. Das im diamagnetischen Material induzierte Feld schwächt dabei das äußere Feld ab. Vorzugsweise ist die relative Permeabilität µr des diamagnetischen Abschirmelements kleiner als 1. Vorzugsweise ist das diamagnetische Material Bismut und/oder Kohlenstoff, insbesondere Graphit.
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Unter einem paramagnetischen Abschirmelement wird insbesondere ein paramagnetisches Material aufweisendes Abschirmelement verstanden, das bei Magnetisierung, bevorzugt bei elektromagnetischer Strahlung, dem äußeren Feld folgt, so dass das Magnetfeld innerhalb stärker ist als außerhalb. Ohne ein äußeres Magnetfeld zeigen paramagnetische Materialien keine magnetische Ordnung. Vorzugsweise ist die relative Permeabilität µr des paramagnetischen Abschirmelements größer als 1. Vorzugsweise ist das paramagnetische Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallen, Erdalkalimetallen oder Seltenen Erden.
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Vorzugsweise ist das Abschirmelement nicht-magnetisierbar, bevorzugt aus nicht magnetisierbarem Material ausgebildet. Vorzugsweise ist das Abschirmelement nicht aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet.
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Vorzugsweise schirmt der elektromagnetische Strahlung abschirmende Unterboden elektromagnetische Geräte wie Steuergeräte, Empfangsantennen und andere elektronische Komponenten, die durch Strahlung beeinträchtigt oder gestört werden können, Nutzer des Fahrzeugs und/oder den Motorraum des Fahrzeugs von der elektromagnetischen Strahlung ab.
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Unter einem elektromagnetischen Gerät wird insbesondere ein elektrisches und/oder elektronisches Gerät verstanden, insbesondere eine integrierte Schaltung, eine Spannungs- und/oder Stromquelle, ein Aktuator, eine Lampe, ein Steuergerät und/oder ein Peripheriegerät.
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Vorzugsweise ist die relative Permeabilität µr des Abschirmelements, insbesondere des Materials des Abschirmelements, kleiner als 2000, bevorzugt kleiner als 1000, bevorzugt kleiner als 500, bevorzugt kleiner als 200, bevorzugt kleiner als 100, bevorzugt kleiner als 50, bevorzugt kleiner als 20, bevorzugt kleiner als 10, bevorzugt kleiner als 8, bevorzugt kleiner als 5, bevorzugt kleiner als 2, oder bevorzugt kleiner als 1. Insbesondere bevorzugt weist das Abschirmelement eine Permeabilität µr von weniger als 1 auf.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abschirmelement aus einem metallischen Material ausgebildet ist, bevorzugt aus Aluminium, insbesondere aus Aluminium und Ferrit, Kohlenstoff, insbesondere Graphit, Bismut und/oder Zink. Dadurch wird eine besonders gute Abschirmung der elektromagnetischen Strahlung erreicht. Vorzugsweise ist das Abschirmelement aus einer metallischen Legierung, die Aluminium aufweist, ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schicht aus dem Abschirmelement zwischen mindestens zwei Schichten aus dem Kunststoff und/oder dem Verbundfaser-Kunststoff angeordnet ist. Vorzugsweise sind die mindestens zwei Schichten aus dem gleichen Kunststoff und/oder dem Verbundfaser-Kunststoff ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schicht aus dem Kunststoff oder dem Verbundfaser-Kunststoff die mindestens eine Schicht aus dem Abschirmelement stoffschlüssig umschließt.
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Vorzugsweise ist das Abschirmelement durch die mindestens eine Schicht aus dem Kunststoff oder dem Verbundfaser-Kunststoff gegenüber angrenzenden Flächen elektrisch isoliert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schicht aus dem Abschirmelement eine Schichtdicke von mindestens 1 mm aufweist, bevorzugt mindestens 2 mm, bevorzugt mindestens 3 mm, bevorzugt mindestens 4 mm, bevorzugt 1 bis 4 mm, bevorzugt 1 bis 3 mm, oder bevorzugt 1 bis 2 mm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Schicht aus dem Abschirmelement eine Schichtdicke von weniger als 1 mm auf.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schichtdicke der mindestens einen Schicht aus dem Abschirmelement innerhalb des Unterbodens und/oder der Unterbodenverkleidung variiert. Vorzugsweise nimmt die Schichtdicke der mindestens einen Schicht aus dem Abschirmelement zur mindestens einen Aussparung hin zu.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Schicht aus dem Abschirmelement zumindest bereichsweise halbkugelförmig ausgebildet, insbesondere in dem der Primärspule zugewandten Bereich.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Aussparung im Bereich der Sekundärspule eine zur Sekundärspule hin geschlossene Aussparung, bevorzugt durch mindestens eine Schicht aus dem Kunststoff oder dem Verbundfaser-Kunststoff.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Aussparung im Bereich der Sekundärspule eine zur Sekundärspule hin geöffnete Aussparung.
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Vorzugsweise ist der Unterboden mit dem Abschirmelement oder das Abschirmelement selbst fahrzeugseitig an die Primärspule angepasst, so dass eine Konzentration der von der Primärspule erzeugten elektromagnetischen Strahlung abgeschirmt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Unterboden und/oder die Unterbodenverkleidung mit dem Abschirmelement außerhalb der Sekundärspule angeordnet ist, insbesondere fahrzeugseitig unterhalb der Sekundärspule angeordnet ist.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Fahrzeug, insbesondere ein batteriebetriebenes Fahrzeug oder ein Plug-In hybridelektrisches Fahrzeug, mit einer Sekundärspule zum induktiven Laden und einem erfindungsgemäßen elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterboden bereitstellt, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich für das Fahrzeug insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterboden für eine Karosserie eines Fahrzeugs erläutert wurden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sekundärspule fahrzeugseitig oberhalb des Unterbodens und/oder der Unterbodenverkleidung angeordnet ist.
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Vorzugsweise weist der Unterboden und/oder die Unterbodenverkleidung zwei Schichten auf, die aus dem Abschirmelement ausgebildet sind, bevorzugt drei Schichten oder bevorzugt vier Schichten.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schicht aus dem Abschirmelement fahrzeugseitig vollständig unterhalb der Sekundärspule angeordnet ist.
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Vorzugsweise weist der Unterboden eine Kernschicht aus Stahl auf, wobei die Kernschicht aus Stahl von der mindestens einen Schicht aus dem Kunststoff oder dem Verbundfaser-Kunststoff und der mindestens einen Schicht aus dem Abschirmelement ummantelt ist. Dadurch werden hohe Crash- und Steifigkeitsanforderungen des Unterbodens erfüllt und gleichzeitig die Abschirmung der elektromagnetischen Strahlung gewährleistet.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem die Verwendung des erfindungsgemäßen elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterbodens oder eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich für die Verwendung insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterboden und für das Fahrzeug mit dem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterboden erläutert wurden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterbodens für eine Karosserie eines Fahrzeugs in unterschiedlicher Konfiguration in der Draufsicht;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterbodens für eine Karosserie eines Fahrzeugs in einem Schnitt durch den Unterboden; und
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterbodens eines Fahrzeugs in der Gesamtansicht in einem Schichtaufbau.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterbodens für eine Karosserie eines Fahrzeugs in unterschiedlicher Konfiguration (1A, 1 B und 1C) in der Draufsicht. Die Fahrzeugkarosserie und das Fahrzeug sind nicht dargestellt.
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Der elektromagnetische Strahlung abschirmende Unterboden 1 für eine Karosserie eines Fahrzeugs mit einer fahrzeugseitigen Sekundärspule 3 zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs weist einen Unterboden 1 und/oder ein Unterbodenverkleidungsteil des Unterbodens 1 auf, der beziehungsweise das aus Schichten 5 ausgebildet ist. Der Unterboden 1 und/oder das Unterbodenverkleidungsteil weist zumindest bereichsweise ein diamagnetisches oder paramagnetisches Abschirmelement 7 auf. Mindestens eine der Schichten des Unterbodens 1 und/oder des Unterbodenverkleidungsteils ist aus einem Kunststoff oder einem Verbundfaser-Kunststoff ausgebildet, und mindestens eine der Schichten des Unterbodens 1 und/oder des Unterbodenverkleidungsteils ist aus dem Abschirmelement 7 gebildet.
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Das Abschirmelement 7 weist im Bereich der Sekundärspule 3 mindestens eine Aussparung 11 auf, so dass die elektromagnetische Strahlung durch die mindestens eine Aussparung 11 zu der Sekundärspule 3 durchdringen kann. Bei dem diamagnetischen oder paramagnetischen Material des Abschirmelements 7 handelt es sich insbesondere um ein nicht-magnetisierbares Material.
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Die Konfigurationen 1A, 1B und 1C weisen jeweils eine Aussparung 11 des Abschirmelements 7 im Unterboden 1 und/oder des Unterbodenverkleidungsteils auf. Das Abschirmelement 7 ist in den Konfigurationen unterschiedlich dimensioniert ausgebildet, wobei in 1A das Abschirmelement 7 - bis auf die Aussparung 11 - über den gesamten Unterboden 1 und/oder das Unterbodenverkleidungsteil ausgebildet ist, und in 1C das Abschirmelement 7 minimal lediglich im Bereich der Aussparung 11 ausgebildet ist.
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Die Sekundärspule befindet sich jeweils fahrzeugseitig oberhalb der Aussparung 11, das heißt, vorzugsweise allen Ausführungsbeispielen des Unterbodens 1 und/oder des Unterbodenverkleidungsteils ist gemeinsam, dass die Sekundärspule auf der der Fahrbahn abgewandten Seite des Unterboden 1 und/oder des Unterbodenverkleidungsteils angeordnet ist. Daher weist der Unterboden und/oder das Unterbodenverkleidungsteil eine Doppelfunktion auf, nämlich einerseits als mechanische Schutzvorrichtung für im Fahrzeug befindliche Einrichtungen und Aggregate gegen Steinschlag und Verschmutzung und anderseits als Strahlungsschutz für empfindliche Bauteile beim Aufladen einer fahrzeugseitig vorgesehenen Batterie mittels einer stationären Primärspule und der fahrzeugseitig vorgesehenen Sekundärspule. Grundsätzlich denkbar wäre es jedoch auch, dass der Unterboden 1 und/oder das Unterbodenverkleidungsteil so ausgebildet sind, dass die Aussparung 11 eine den gesamten Unterboden/das Unterbodenverkleidungsteil durchdringende Durchgangsöffnung ist. Die mechanische Schutzfunktion des Unterbodens 1 beziehungsweise des Unterbodenverkleidungsteils wäre hier zumindest nur eingeschränkt gegeben.
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Der elektromagnetische Strahlung abschirmende Unterboden 1 für eine Karosserie eines Fahrzeugs ist insbesondere für ein Batterie-betriebenes oder ein Plug-In hybridelektrisches Fahrzeug, das eine Sekundärspule 3 zum induktiven Laden aufweist, ausgebildet. Der Unterboden 1 ermöglicht das induktive Laden des elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs mit einer Sekundärspule 3, die über einer Primärspule, bevorzugt über eine unter dem Fahrzeug, insbesondere im Boden, angeordnete Primärspule.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Abschirmelement 7 aus einem metallischen Material ausgebildet, bevorzugt aus Aluminium, insbesondere aus Aluminium und Ferrit.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Schicht aus dem Abschirmelement 7 zwischen mindestens zwei Schichten aus dem Kunststoff und/oder dem Verbundfaser-Kunststoff 9 angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine Schicht aus dem Abschirmelement 7 eine Schichtdicke von mindestens 1 mm auf. Allgemein muss die Schichtdicke des Abschirmelements 7 zumindest im Aufnahmebereiche der elektromagnetischen Strahlung durch die Sekundärspule 3 derart gewählt werden, dass diese größer ist als die Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung in das Abschirmelement 7, dabei hängt die Schichtdicke insbesondere von der gewählten Frequenz der elektromagnetischen Strahlung ab.
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In einer weiteren Ausführungsform variiert die Schichtdicke der mindestens einen Schicht aus dem Abschirmelement 7 innerhalb des Unterbodens 1 und/oder der Unterbodenverkleidung.
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In einer weiteren Ausführungsform umschließt die mindestens eine Schicht aus dem Kunststoff oder dem Verbundfaser-Kunststoff 9 die mindesten eine Schicht aus dem Abschirmelement 7 stoffschlüssig. Dadurch wird insbesondere verhindert, dass das Abschirmelement 7 elektrisch kontaktierbar ist und/oder korrodiert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Sekundärspule 3 fahrzeugseitig oberhalb des Unterbodens 1 und/oder der Unterbodenverkleidung angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Schicht aus dem Abschirmelement 7 fahrzeugseitig vollständig unterhalb der Sekundärspule 3 angeordnet.
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Die mindestens eine Aussparung 11 kann unterschiedliche Formen aufweisen, insbesondere kann die Form der Aussparung 11 der Form der Sekundärspule 3 angepasst werden und/oder zur Zentrierung/Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung hin zur Sekundärspule 3 ausgebildet sein. So kann beispielsweise die Aussparung 11 eine Trichterform hin zur Sekundärspule 3 aufweisen. Bevorzugt entsprechen die Größe und die Form der Aussparung 11 zur Aufnahme der elektromagnetischen Strahlung in etwa der Größe der Sekundärspule 3.
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Vorteilhafterweise wird eine einfache und damit zeitsparende Bauweise einer Abschirmung für elektromagnetische Strahlung bereitgestellt, da der Unterboden 1 mit dem Abschirmelement 7 integral ausgebildet ist. Dadurch kann auf ein zusätzliches Anbringen einer Abschirmung auf Karosserieelemente verzichtet werden, was zu einer Ersparnis von Gewicht und Zeit bei der Montage der Abschirmung führt. Vorteilhafterweise kann das Abschirmelement 7 bereits bei der Herstellung des Unterbodens 1 integriert werden, so dass keine zusätzlichen Halterungen notwendig sind. Vorteilhafterweise wird die mechanische Schutzfunktion und die aerodynamische Funktion des Unterbodens 1 und/oder der Unterbodenverkleidung mit einer Schutzfunktion gegen elektromagnetische Strahlung kombiniert. Dadurch werden nicht nur Produktionskosten gespart sondern auch Logistikprozesse, Ersatzteilbevorratung und Verpackung des ohnehin sehr komplexen Bereichs des Unterbodens vereinfacht.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektromagnetische Strahlung abschirmenden Unterbodens 1 für eine Karosserie eines Fahrzeugs in einem Schnitt durch den Unterboden 1 in einem Ausführungsbeispiel gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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In der dargestellten Ausführungsform des Unterbodens 1 ist eine Schicht eines Abschirmelements 7 vollständig von einer Schicht eines Kunststoffs oder Faserverbund-Kunststoffs 9 ummantelt. Der Unterboden 1 ist in dieser Ausführungsform einstückig ausgebildet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrische Strahlung abschirmenden Unterbodens 1 für eine Karosserie eines Fahrzeugs in der Gesamtansicht in einem Schichtaufbau in einem Ausführungsbeispiel gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Der Unterboden 1 ist entsprechend den Anforderungen der Karosserie geformt, so dass fahrzeugseitig Bauteile eingebaut werden können und die Sekundärspule 3 zum induktiven Laden des elektrischen Speichers des Fahrzeugs angeordnet werden kann.
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In einer Ausführungsform weist der Unterboden 1 einen Kern aus Stahlblech auf.
