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Die Erfindung betrifft eine Tragrahmenstruktur für eine Energiespeichereinheit eines Kraftfahrzeugs gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Befestigungsanordnung einer solchen Tragrahmenstruktur an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Eine solche Tragrahmenstruktur für eine Energiespeichereinheit eines Kraftfahrzeugs sowie eine Befestigungsanordnung einer solchen Tragrahmenstruktur an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs geht aus der
DE 10 2016 121 252 A1 hervor. Die Tragrahmenstruktur weist einen in einem Unterbodenbereich der Karosserie des Kraftfahrzeugs reversibel lösbar an der Karosserie befestigbaren beziehungsweise befestigten, umfangsseitig geschlossenen und aus Längsträgerelementen und Querträgerelementen gebildeten Tragrahmen auf, dessen Querträgerelemente in jeweiligen, endseitigen Anschlussbereichen an die jeweiligen Längsträgerelemente angebunden sind. Dabei ist die Energiespeichereinheit an dem Tragrahmen befestigt und somit über den Tragrahmen an der Karosserie gehalten.
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Darüber hinaus offenbart die
DE 10 2016 004 577 A1 eine Tragrahmenstruktur zum Befestigen wenigstens eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug. Die Tragrahmenstruktur weist einen zwischen Seitenschwellern des Kraftfahrzeugs anordenbaren und an den Seitenschwellern befestigbaren Tragrahmen auf, welcher wenigstens zwei seitliche, in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Längselemente umfasst. An den Längselementen ist der Energiespeicher befestigbar. Außerdem sind jeweilige, in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Lastverteiler vorgesehen, zwischen welchen die Längselemente angeordnet sind. Die Tragrahmenstruktur umfasst außerdem jeweilige, zwischen den Längselementen und den Lastverteilern angeordnete Energieabsorptionselemente, welche bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung über die Lastverteiler verformbar sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tragrahmenstruktur und eine Befestigungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Tragrahmenstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Tragrahmenstruktur für eine Energiespeichereinheit eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens und vorzugsweise eines Personenkraftwagens. Die Energiespeichereinheit ist vorzugsweise zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildet, wobei die Energiespeichereinheit beispielsweise auch als elektrischer Energiespeicher oder elektrischer Speicher bezeichnet wird. Vorzugsweise ist die Energiespeichereinheit als eine Hochvolt-Komponente ausgebildet, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebsspannung, größer als 50 Volt (V) ist und vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt, um besonders große elektrische Leistungen zum, insbesondere elektrischen, Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können. Beispielsweise kann die Energiespeichereinheit als eine Batterie, insbesondere als eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildet sein.
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Die Tragrahmenstruktur weist einen in einem Unterbodenbereich der Karosserie des Kraftfahrzeugs anordenbaren und reversibel lösbar an der Karosserie befestigbaren, umfangsseitig geschlossenen und aus Längsträgerelementen und Querträgerelementen gebildeten beziehungsweise aufgebauten Tragrahmen auf. Unter dem Merkmal, dass der Tragrahmen umfangsseitig geschlossen ist, ist insbesondere zu verstehen, dass der Tragrahmen entlang seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend geschlossen ist. In Einbaulage des Tragrahmens verläuft dessen Umfangsrichtung beispielsweise um die Fahrzeughochrichtung, wobei der Tragrahmen beziehungsweise die Tragrahmenstruktur insgesamt die Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs einnimmt. In dem vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs sind die Tragrahmenstruktur und somit der Tragrahmen in dem Unterbodenbereich angeordnet und dabei reversibel lösbar an der Karosserie befestigt.
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An dem Tragrahmen ist die Energiespeichereinheit, insbesondere reversibel lösbar, befestigbar oder befestigt. Der umfangsseitig geschlossene Tragrahmen begrenzt beispielsweise einen Aufnahmebereich, in welchem die Energiespeichereinheit zumindest teilweise anordenbar oder angeordnet ist. Im vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs ist die auch als Energiespeicher bezeichnete Energiespeichereinheit beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten sowie in Fahrzeugquerrichtung nach außen beidseitig jeweils zumindest teilweise durch den Tragrahmen überdeckt. Die Querträgerelemente des Tragrahmens sind dabei in jeweiligen, endseitigen Anschlussbereichen an die jeweiligen Längsträgerelemente angebunden. Mit anderen Worten weist das jeweilige Querträgerelement des Tragrahmens beidseitig Endbereiche auf, welche als Anschlussbereiche ausgebildet sind. In den Anschlussbereichen ist das jeweilige Querträgerelement an den jeweiligen Längsträgerelementen befestigt beziehungsweise mit den jeweiligen Längsträgerelementen verbunden.
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Um nun ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest eines der Querträgerelemente in seinen jeweiligen endseitigen Anschlussbereichen einen bogenförmigen oder sich schräg zur Fahrzeuglängsrichtung und/oder zur Fahrzeugrichtung erstreckenden und somit beispielsweise gekrümmten und/oder abgewinkelten Verlauf aufweist und über den jeweiligen endseitigen Anschlussbereich derart an das jeweilige Längsträgerelement angebunden ist, dass unfallbedingte, auf das zumindest eine Querträgerelement beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Kräfte mittels des jeweiligen Anschlussbereichs beziehungsweise durch den beschriebenen Verlauf in wenigstens eine in Fahrzeuglängsrichtung wirkende und über den jeweiligen Anschlussbereich auf das jeweilige Längsträgerelement übertragbare erste Kraftkomponente und in wenigstens eine in Fahrzeugquerrichtung wirkende und über den jeweiligen Anschlussbereich auf das jeweilige Längsträgerelement übertragbare zweite Kraftkomponente aufteilbar sind. Die Fahrzeuglängsrichtung wird auch als x-Richtung bezeichnet, so dass die erste Kraftkomponente auch als x-Komponente bezeichnet wird. Die Fahrzeugquerrichtung wird auch als y-Richtung bezeichnet, so dass die zweite Kraftkomponente auch als y-Komponente bezeichnet wird. Die unfallbedingten Kräfte resultieren beispielsweise aus einem Aufprall oder Anprall, insbesondere aus einem in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Aufprall oder Anprall eines Kollisionspartners.
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Somit ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zumindest eine Querträgerelement über seine endseitigen Anschlussbereiche so an das jeweilige Längsträgerelement angebunden beziehungsweise angeschlossen ist, dass anprall- beziehungsweise aufprallbedingte und auf das zumindest eine Querträgerelement wirkende Kräfte mit in x-Richtung und in y-Richtung des Kraftfahrzeugs wirkenden Teilkraftkomponenten in das jeweilige Längsträgerelement eingeleitet, das heißt auf das jeweilige Längsträgerelement übertragen werden. Hierdurch werden die unfallbedingten Kräfte besonders vorteilhaft von dem zumindest einen Querträgerelement auf die Längsträgerelemente übertragen und hierdurch um den Aufnahmebereich beziehungsweise um die Energiespeichereinheit herumgeführt, ohne dass es zu einer übermäßigen unfallbedingten Belastung der Energiespeichereinheit kommt und ohne dass es zu übermäßigen Belastungen und zu einem Versagen des Tragrahmens beziehungsweise der Tragrahmenstruktur kommt. Dadurch kann die Energiespeichereinheit bei einem Unfall besonders vorteilhaft geschützt werden. Die erfindungsgemäße Tragrahmenstruktur ermöglicht somit eine besonders unfallsichere Anordnung beziehungsweise Unterbringung der Energiespeichereinheit an dem Kraftfahrzeug. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Tragrahmenstruktur eine Anordnung der Energiespeichereinheit über die Tragrahmenstruktur besonders nahe an einer Achse, insbesondere an einer Hinterachse, des Kraftfahrzeugs, ohne dass es beispielsweise bei einem Frontal- oder Heckaufprall zu übermäßigen Belastungen und Schäden der Energiespeichereinheit kommt.
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Durch die erfindungsgemäße Tragrahmenstruktur kann eine beispielsweise aus der Trägheit des Kraftfahrzeugs resultierende, übermäßige Intrusion der Achse, insbesondere der Hinterachse, in Richtung der Energiespeichereinheit vermieden werden, da die unfallbedingten Kräfte sowie beispielsweise die Achse selbst mittels des Tragrahmens besonders vorteilhaft um die Energiespeichereinheit herumgeführt beziehungsweise an dieser vorbeigeführt werden können. Gleichzeitig können die Energiespeichereinheit und die Achse, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung, besonders nahe aneinander angeordnet werden, so dass zur Verfügung stehender Bauraum besonders gut ausgenutzt werden kann beziehungsweise so dass der Bauraumbedarf einer die Energiespeichereinheit, die Achse und die Tragrahmenstruktur umfassenden Einrichtung des Kraftfahrzeugs besonders gering gehalten werden kann.
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Die Längsträgerelemente, die Querträgerelemente und insbesondere die gebogenen oder schräg zur Fahrzeuglängsrichtung und schräg zur Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Anschlussbereiche ermöglichen bei einem Unfall die Ausbildung wenigstens eines Lastpfades oder mehrerer Lastpfade, über die die unfallbedingten Kräfte besonders günstig geführt und dabei um die Energiespeichereinheit herumgeführt werden können. Hierdurch können die beispielsweise als Hochvolt-Batterie ausgebildete Energiespeichereinheit sowie der Energiespeichereinheit zugeordnete und beispielsweise elektrisch und/oder mechanisch mit der Energiespeichereinheit verbundene Komponenten vor übermäßigen Belastungen geschützt werden.
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Unter dem Merkmal, dass der Tragrahmen in dem genannten Unterbodenbereich der Karosserie angeordnet oder anordenbar ist, ist zu verstehen, dass die vorzugsweise als selbsttragende Karosserie ausgebildete Karosserie einen auch einfach als Boden bezeichneten Unterboden aufweist, wobei der Tragrahmen beziehungsweise die Tragrahmenstruktur in Fahrzeughochrichtung unterhalb des Unterbodens und somit in dem Unterbodenbereich anordenbar beziehungsweise angeordnet ist. Die Tragrahmenstruktur und der Tragrahmen sind dabei nicht Bestandteile des auch als Bodenstruktur bezeichneten Unterbodens, bilden also nicht den Unterboden, sondern die erfindungsgemäße Tragrahmenstruktur ist eine separat von dem Unterboden ausgebildete und zusätzlich zum Unterboden vorgesehene Komponente, die in dem Unterbodenbereich und somit unterhalb des Unterbodens anordenbar beziehungsweise angeordnet und zumindest mittelbar, insbesondere direkt, reversibel lösbar an der Karosserie, insbesondere an tragenden Strukturelementen, beispielsweise Längsträger, insbesondere Seitenschweller, befestigbar oder befestigt ist.
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Unter dem Merkmal, dass der Tragrahmen reversibel lösbar an der Karosserie, insbesondere an dem Unterboden befestigbar oder befestigt ist, ist zu verstehen, dass der Tragrahmen zerstörungsfrei lösbar an der Karosserie, insbesondere an dem Unterboden, befestigbar oder befestigt ist. Dies bedeutet, dass der beispielsweise zunächst an der Karosserie, insbesondere an dem Unterboden, befestigte Tragrahmen von der Karosserie, insbesondere von dem Unterboden, gelöst werden kann, ohne dass es zu Beschädigungen oder Zerstörungen der Karosserie oder des Tragrahmens beziehungsweise der Tragrahmenstruktur kommt. Hierzu weist der Tragrahmen beispielsweise wenigstens eine Befestigungseinrichtung auf, mittels welcher der Tragrahmen reversibel lösbar an der Karosserie, insbesondere an dem Unterboden, befestigbar ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der jeweilige Anschlussbereich des zumindest einen Querträgerelements in Fahrzeugquerrichtung nach außen zumindest teilweise durch das jeweilige Längsträgerelement überdeckt. Mit anderen Worten ist die Anbindung beziehungsweise der Anschluss des zumindest einen Querträgerelements an das jeweilige Längsträgerelement nicht stumpf beziehungsweise nicht als Stumpfstoß ausgebildet. Hierdurch können die unfallbedingten Kräfte besonders vorteilhaft von dem zumindest einen Querträgerelement auf das jeweilige Längsträgerelement übertragen werden. Übermäßige Belastungen der Längsträgerelemente können dadurch vermieden werden, wodurch die Energiespeichereinheit besonders vorteilhaft geschützt werden kann.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der jeweilige Anschlussbereich des zumindest einen Querträgerelements eine, insbesondere innenumfangsseitig eckige, Ausnehmung aufweist, in welcher ein Endbereich des jeweiligen Längsträgerelements zumindest teilweise aufgenommen ist. Mit anderen Worten greift der Endbereich beispielsweise in die Ausnehmung ein. Hierdurch können unfallbedingte Kräfte besonders vorteilhaft von dem zumindest einen Querträgerelement auf das jeweilige Längsträgerelement übertragen werden, so dass übermäßige Belastungen sowohl des Tragrahmens als auch der Energiespeichereinheit vermieden werden können.
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Um einerseits ein hohes Energieabsorptionsvermögen und somit ein vorteilhaftes Unfallverhalten und andererseits ein geringes Gewicht des Tragrahmens und somit der Tragrahmenstruktur insgesamt realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zumindest eine Querträgerelement eine Sandwichstruktur mit, insbesondere in einem Querschnitt betrachtet, wenigstens oder genau zwei voneinander beabstandeten Deckflächen und einem zwischen den Deckflächen angeordneten Kern aufweist. Das zumindest eine Querträgerelement ist somit als ein Sandwichbauteil ausgeführt, dessen Kern beispielsweise an die Deckflächen angebunden beziehungsweise an den Deckflächen abgestützt ist.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Kern Energieabsorptionselemente aufweist, welche bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und somit beispielsweise durch die zuvor beschriebenen unfallbedingten Kräfte unter Energieabsorption deformierbar sind. Mit anderen Worten können die Energieabsorptionselemente infolge ihrer aus der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung resultierenden Verformung Unfallenergie in Verformungsenergie umwandeln und dadurch absorbieren, wodurch übermäßige Belastungen der Energiespeichereinheit vermieden können.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Energieabsorptionselemente eine geringere Steifigkeit als die Deckflächen aufweisen. Die Deckflächen sind beispielsweise durch jeweilige, auch als Deckelemente bezeichnete Bauteile des Sandwichbauteils gebildet, wobei beispielsweise die Energieabsorptionselemente eine geringere Steifigkeit als die Deckelemente aufweisen. Hierdurch kann einerseits eine hinreichend hohe Steifigkeit des zumindest einen Querträgerelements und somit des Tragrahmens insgesamt realisiert werden, so dass beispielsweise im Normalbetrieb auftretende Lasten vorteilhaft aufgenommen und abgeleitet werden können. Gleichzeitig kann ein besonders großes Energieabsorptionsvermögen realisiert werden, so dass eine besonders große Menge an Unfallenergie absorbiert werden kann.
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Um ein besonders großes Energieabsorptionsvermögen auf besonders gewichtsgünstige Weise realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Energieabsorptionselemente als an die Deckflächen angebundene und in Längserstreckungsrichtung des zumindest einen Querträgerelements voneinander beabstandete Stege ausgebildet sind.
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Das zumindest eine Querträgerelement ist beispielsweise als ein Strangpressprofil ausgebildet. Dabei ist es denkbar, dass die Deckflächen einstückig miteinander und dabei durch das Strangpressprofil gebildet sind. Alternativ oder zusätzlich können die Energieabsorptionselemente, insbesondere die Stege, einstückig mit den Deckflächen ausgebildet und dabei beispielsweise durch das Strangpressprofil gebildet sein.
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Um unfallbedingte Kräfte besonders vorteilhaft von dem zumindest einen Querträgerelement über dessen Anschlussbereiche auf die jeweiligen Längsträgerelemente übertragen zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass sich der Verlauf des jeweiligen Anschlussbereichs gerade und dabei schräg zur Fahrzeuglängsrichtung und schräg zur Fahrzeugquerrichtung erstreckt.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich ferner gezeigt, wenn das zumindest eine Querträgerelement einen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Dicke von mindestens 20 Millimetern (mm), insbesondere von wenigstens oder genau 23 mm, aufweist.
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Weiterhin hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn an einer in Fahrzeuglängsrichtung nach außen weisenden und beispielsweise dem Aufnahmebereich abgewandten Außenseite des zumindest einen Querträgerelements separat von dem zumindest einen Querträgerelement ausgebildete, weitere Energieabsorptionselemente angeordnet sind, die beispielsweise in Längserstreckungsrichtung des zumindest einen Querträgerelements voneinander beabstandet sein können. Die weiteren Energieabsorptionselemente sind bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung verformbar und können dadurch Unfallenergie absorbieren, so dass ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten dargestellt werden kann. Die weiteren Energieabsorptionselemente werden auch als Crashpads bezeichnet, die zusätzlich zu dem zumindest einen Querträgerelement vorgesehen sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest eines der weiteren Energieabsorptionselemente eine dem zumindest einen Querträgerelement abgewandte Abstützfläche aufweist, welche in einer Ebene verläuft, welche schräg zur Fahrzeuglängsrichtung verläuft. Die Ebene kann senkrecht zu einer durch die Fahrzeuglängsrichtung und die Fahrzeugquerrichtung aufgespannten x-y-Ebene oder aber schräg zur x-y-Ebene verlaufen.
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Bei einem Unfall wie beispielsweise einem in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Aufprall oder Anprall des Kraftfahrzeugs können von der Tragrahmenstruktur unterschiedliche und beispielsweise außerhalb des Aufnahmebereichs und/oder in der Fahrzeuglängsrichtung hinter der Tragrahmenstruktur angeordnete Bauelemente des Kraftfahrzeugs infolge einer unfallbedingten Verlagerung zunächst in Stützanlage mit der Abstützfläche kommen. Da die Abstützfläche in der beschriebenen Ebene verläuft, wirkt die Abstützfläche als Abgleitschräge oder Abgleitebene, an welcher die genannten Bauelemente, welche beispielsweise Bestandteile der zuvor genannten Achse sind, abgleiten können. Dadurch werden die Bauelemente bei ihrer unfallbedingten Verlagerung gezielt und definiert geführt und beispielsweise an der Tragrahmenstruktur und/oder an der Energiespeichereinheit vorbeigeführt, so dass unerwünschte Kollisionen der Bauelemente mit der Energiespeichereinheit vermieden werden können. Insbesondere können die Bauelemente in Fahrzeuglängsrichtung, insbesondere nach oben oder unten, und/oder in Fahrzeugquerrichtung, insbesondere nach außen, mittels der Abgleitschräge geführt werden. Insbesondere kann die zuvor genannte Hinterachse an der Abgleitschräge arbeiten und somit beispielsweise an der Energiespeichereinheit vorbeigleiten.
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Weiterhin denkbar ist es, dass wenigstens eine zumindest elektrisch mit der Energiespeichereinheit verbindbare oder verbundene Leitung zumindest teilweise innerhalb wenigstens eines der weiteren Energieabsorptionselemente verläuft. Das zumindest eine weitere Energieabsorptionselement bildet somit einen sicheren Raum, in dem die Leitung geführt werden kann. Ist die Energiespeichereinheit als eine Hochvolt-Komponente ausgebildet, so ist die Leitung eine Hochvolt-Leitung, da mittels der Leitung elektrische Energie mit der zuvor genannten elektrischen Spannung geführt werden kann.
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Ferner ist es denkbar, dass zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Tragrahmen wenigstens ein beispielsweise als Stecker, insbesondere als Hochvolt-Stecker (HV-Stecker), ausgebildetes elektrisches Kontaktelement angeordnet ist, welches beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in einer Ausnehmung des zumindest einen Querträgerelements angeordnet ist. Über das Kontaktelement kann wenigstens eine von der Energiespeichereinheit unterschiedliche, zusätzlich dazu vorgesehene Komponente wie beispielsweise eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs elektrisch mit der Energiespeichereinheit verbunden werden. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die weiteren Energieabsorptionselemente das Kontaktelement, insbesondere entlang einer beispielsweise mit der Fahrzeuglängsrichtung zusammenfallenden Richtung, nach außen hin beziehungsweise von dem Aufnahmebereich weg überragen. Hierdurch kann das Kontaktelement mittels der weiteren Energieabsorptionselemente besonders vorteilhaft geschützt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement entlang der genannten Richtung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch ein zusätzlich zu dem zumindest einen Querträgerelement und zusätzlich zu den weiteren Energieabsorptionselementen vorgesehenes Schutzelement überdeckt ist, welches beispielsweise als eine Schutzplatte ausgebildet ist. Dabei ist das Schutzelement beispielsweise an der genannten Außenseite des zumindest einen Querträgerelements angeordnet. Das Kontaktelement kann mittels der weiteren Energieabsorptionselemente und/oder mittels des Schutzelements vor übermäßigen, unfallbedingten Belastungen besonders gut geschützt werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung einer Tragrahmenstruktur, insbesondere einer erfindungsgemäßen Tragrahmenstruktur, an einer vorzugsweise als selbsttragende Karosserie ausgebildeten Karosserie eines vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Bei der Befestigungsanordnung ist ein umfangsseitig geschlossener und aus Längsträgerelementen und Querträgerelementen gebildeter Tragrahmen, an welchem eine Energiespeichereinheit für das Kraftfahrzeug befestigbar oder befestigt ist, in einem Unterbodenbereich der Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet und reversibel lösbar an der Karosserie befestigt. Außerdem sind die Querträgerelemente in jeweiligen, endseitigen Anschlussbereichen der Querträgerelemente an die jeweiligen Längsträgerelemente angebunden.
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Um dabei ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest eines der Querträgerelemente in seinen jeweiligen endseitigen Anschlussbereichen einen bogenförmigen oder sich schräg zur Fahrzeuglängsrichtung und/oder zur Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Verlauf aufweist und über den jeweiligen endseitigen Anschlussbereich derart an das jeweilige Längsträgerelement angebunden ist, dass unfallbedingte, auf das zumindest eine Querträgerelement wirkende Kräfte mittels des jeweiligen Anschlussbereichs in wenigstens eine in Fahrzeuglängsrichtung wirkende und über den jeweiligen Anschlussbereich auf das jeweilige Längsträgerelement übertragbare beziehungsweise zu übertragende erste Kraftkomponente und in wenigstens eine in Fahrzeugquerrichtung wirkende und über den jeweiligen Anschlussbereich auf das jeweilige Längsträgerelement übertragbare beziehungsweise zu übertragende zweite Kraftkomponente aufteilbar sind. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht auf eine Tragrahmenstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform für eine Energiespeichereinheit eines Kraftfahrzeugs, mit einem in einem Unterbodenbereich der Karosserie des Kraftfahrzeugs anordenbaren und reversibel lösbar an der Karosserie befestigbaren Tragrahmen, wobei zumindest ein Querträgerelement des Tragrahmens einen bogenförmigen oder sich schräg zur Fahrzeuglängsrichtung und/oder zur Fahrzeugquerrichtung erstreckenden, endseitigen Anschlussbereich aufweist;
- 2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch das zumindest eine Querträgerelement;
- 3 ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht auf eine Befestigungsanordnung der Tragrahmenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform an der Karosserie zu Beginn eines Unfalls;
- 4 ausschnittsweise eine weitere schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht auf die Befestigungsanordnung zu einem späteren Zeitpunkt des Unfalls;
- 5 ausschnittsweise eine weitere schematische Draufsicht auf die Tragrahmenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform; und
- 6 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht auf die Tragrahmenstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Draufsicht eine erste Ausführungsform einer Tragrahmenstruktur 10 für eine in 1 ausschnittsweise erkennbare Energiespeichereinheit 12 eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet und weist in seinem vollständig hergestellten Zustand eine selbsttragende Karosserie auf, welche einen einfach auch als Boden oder Unterbodenstruktur oder Bodenstruktur bezeichneten Unterboden umfasst. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Hybridfahrzeug oder als Elektrofahrzeug, insbesondere als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV), ausgebildet, so dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens eine elektrische Maschine aufweist. Die elektrische Maschine ist in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar, mittels welchem das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann.
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Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit in der Energiespeichereinheit 12 gespeicherter, elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt. Somit kann die Energiespeichereinheit 12 als ein elektrischer Energiespeicher ausgebildet sein, mittels welchem elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden kann. Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher als eine Hochvolt-Komponente ausgebildet sein, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebsspannung, größer als 50 Volt ist und vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Insbesondere kann ein Energiespeicher als eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet sein. Die vorigen und folgenden Ausführungen können jedoch ohne weiteres auch auf andere Energiespeichereinheiten übertragen werden.
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3 und 4 zeigen eine Befestigungsanordnung 14 der Tragrahmenstruktur 10 an der Karosserie. In 3 ist die Karosserie, insbesondere ihr Unterboden 18, ausschnittsweise erkennbar und mit 16 bezeichnet. Bei der Befestigungsanordnung 14 ist die Tragrahmenstruktur 10 in einem Unterbodenbereich 20 der Karosserie 16 und dabei in Fahrzeughochrichtung unterhalb des Unterbodens 18 angeordnet. 1 bis 4 veranschaulichen eine erste Ausführungsform der Tragrahmenstruktur 10. Dabei umfasst die Tragrahmenstruktur 10 einen umfangsseitig geschlossenen Tragrahmen 22, welcher bei der Befestigungsanordnung 14 in dem Unterbodenbereich 20 der Karosserie 16 angeordnet und reversibel lösbar an der Karosserie 16, insbesondere an dem Unterboden 18, befestigt ist. Der Tragrahmen 22 weist wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Längsträgerelemente 24 und wenigstens zwei in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Querträgerelemente auf, von denen in 1 ein mit 26 bezeichnetes Querträgerelement erkennbar ist. Der Tragrahmen 22 ist dabei aus den Längsträgerelementen 24 und den Querträgerelementen 26 gebildet beziehungsweise aufgebaut. Aus 1 ist ein Beispiel des Querträgerelements 26 erkennbar, dass das jeweilige Querträgerelement 26 in jeweiligen, endseitigen Anschlussbereichen 28 an die jeweiligen Längsträgerelemente 24 angebunden, das heißt an den Längsträgerelementen 24 befestigt ist.
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Um nun ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten realisieren zu können, weist das Querträgerelement 26 in seinen jeweiligen endseitigen Anschlussbereichen 28 einen bogenförmigen oder vorliegend bei der ersten Ausführungsform sich schräg zur Fahrzeuglängsrichtung und schräg zur Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Verlauf auf. Dabei ist in 1 die Fahrzeugquerrichtung durch einen Doppelpfeil 30 veranschaulicht, während die Fahrzeuglängsrichtung durch einen Doppelpfeil 32 veranschaulicht ist. Des Weiteren ist das Querträgerelement 26 über seine jeweiligen endseitigen Anschlussbereiche 28 derart an das jeweilige Längsträgerelement 24 angebunden, das heißt derart an dem jeweiligen Längsträgerelement 24 befestigt, dass unfallbedingte, auf das Querträgerelement wirkende und in 1 durch einen Kraftpfeil F veranschaulichte Kräfte mittels des jeweiligen Anschlussbereichs 28, insbesondere durch dessen Verlauf, in wenigstens eine in Fahrzeuglängsrichtung wirkende und über den jeweiligen Anschlussbereich 28 auf das jeweilige Längsträgerelement 24 übertragbare erste Kraftkomponente Fx und in wenigstens eine in Fahrzeugquerrichtung wirkende und über den jeweiligen Anschlussbereich 28 auf das jeweilige Längsträgerelement 24 übertragbare zweite Kraftkomponente Fy aufteilbar sind.
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Bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel wirken die durch den Kraftpfeil F veranschaulichten Kräfte beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung und dabei von hinten nach vorne auf das Querträgerelement 26. Die durch den Kraftpfeil F veranschaulichten Kräfte werden mittels des Querträgerelements 26 in die Kraftkomponenten Fx und Fy aufgeteilt beziehungsweise umgewandelt und mit diesen Kraftkomponenten Fx und Fy auf das jeweilige Längsträgerelement 24 übertragen. Hierdurch werden die unfallbedingten Kräfte besonders vorteilhaft von dem Querträgerelement 26 auf die Längsträgerelemente 24 übertragen und dadurch um die Energiespeichereinheit 12 herumgeführt, wodurch die Energiespeichereinheit 12 besonders vorteilhaft geschützt werden kann. Außerdem können übermäßige Belastungen des Tragrahmens 22 selbst vermieden werden, so dass beispielsweise übermäßige Schäden vermieden werden können.
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Der entlang seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend geschlossene Tragrahmen 22 begrenzt einen Aufnahmebereich 34, in welchem die Energiespeichereinheit 12 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, angeordnet ist. Hierdurch ist die Energiespeichereinheit 12 in Fahrzeugquerrichtung nach außen beidseitig zumindest teilweise durch den Tragrahmen 22, insbesondere durch die Längsträgerelemente 24, überdeckt. In Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten ist die Energiespeichereinheit 12 zumindest teilweise durch den Tragrahmen 22 und dabei durch die Querträgerelemente überdeckt. Hierdurch kann die Energiespeichereinheit 12 bei einem Unfall, insbesondere bei einem Frontalanprall beziehungsweise -aufprall, besonders vorteilhaft geschützt werden.
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Durch eine bei der ersten Ausführungsform vorgesehene, spiegelsymmetrische Abstützung des Querträgerelements 26, insbesondere in dessen Mitte M, werden beispielsweise aus den unfallbedingten Kräften resultierende Biegemomente halbiert. Das Querträgerelement 26 kann dabei als dämpfendes System ausgeführt werden, um unfallbedingte Lasten zu absorbieren beziehungsweise um die Energiespeichereinheit 12 herumzuführen. Insbesondere kann das Querträgerelement 26 nach Art einer Membran ausgestaltet werden und somit nach Art einer Membran wirken, wobei diese Membranwirkung zur Abdämpfung von unfallbedingten Lasten genutzt wird. Hierdurch kann die Energiespeichereinheit 12 vor übermäßigen Belastungen und Intrusionen geschützt werden. Der Tragrahmen 22 kann wenigstens oder genau ein weiteres Längsträgerelement 36 aufweisen, welches beispielsweise in der genannten und in 1 mit M bezeichneten Mitte des Querträgerelements 26 an dieses angebunden ist. Das Längsträgerelement 36 ist beispielsweise in einer Ausnehmung 38 der Energiespeichereinheit 12 aufgenommen und somit in Fahrzeugquerrichtung zwischen jeweiligen, die Ausnehmung 38 begrenzenden Teilen der Energiespeichereinheit 12 angeordnet.
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5 zeigt die erste Ausführungsform ausschnittsweise in einer weiteren schematischen Draufsicht. Wie aus einer Zusammenschau von 1 mit 5 erkennbar ist, erfolgt der Anschluss beziehungsweise die Anbindung des Querträgerelements 26 an das jeweilige Längsträgerelement 24 nicht als ein Stumpf, sondern seitlich. Bei der ersten Ausführungsform weist der jeweilige Anschlussbereich 28 des Querträgerelements 26 eine Ausnehmung 40 auf, welche vorliegend innenumfangsseitig eckig ausgebildet ist. Dabei ist ein jeweiliger Endbereich 42 des jeweiligen Längsträgerelements 24 zumindest teilweise in der Ausnehmung 40 aufgenommen, so dass der Endbereich 42 zumindest teilweise in die Ausnehmung 40 eingreift.
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Demgegenüber zeigt 6 eine zweite Ausführungsform des Tragrahmens 22. Bei der zweiten Ausführungsform ist der jeweilige Anschlussbereich 28 in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das jeweilige Längsträgerelement 24, insbesondere durch den jeweiligen Endbereich 42, überdeckt. Somit ist auch bei der zweiten Ausführungsform die Anbindung des Querträgerelements 26 an das jeweilige Längsträgerelement 24 nicht als Stumpf, sondern seitlich ausgeführt.
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Um das Querträgerelement 26 als das zuvor genannte dämpfende System auszuführen, weist das Querträgerelement 26 - wie besonders gut aus 2 erkennbar ist - eine Sandwichstruktur 44 mit wenigstens oder genau zwei voneinander beabstandeten Deckflächen 46 und einem zwischen den Deckflächen 46 angeordneten Kern 48 auf. Der Kern 48 ist vorzugsweise an die Deckflächen 46 angebunden. Beispielsweise kann das Querträgerelement 26 als ein Strangpressprofil ausgebildet sein, wobei alternativ oder zusätzlich das Querträgerelement 26 einstückig ausgebildet sein kann. Somit kann der Kern 48 einstückig mit den Deckflächen 46 ausgebildet beziehungsweise durch das Strangpressprofil gebildet sein, wobei auch die Deckflächen 46 durch das Strangpressprofil gebildet sein können.
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Bei dem in 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Querträgerelement 26 als doppelwandiges Strangpressprofil mit Abdämpfung in seiner Mitte ausgebildet, wobei die weiche Abdämpfung durch den Kern 48 realisiert ist. Hierzu weist der Kern 48 Energieabsorptionselemente auf, welche vorliegend als Stege 50 ausgebildet sind. Die Stege 50 sind an die Deckflächen 46 beidseitig beziehungsweise beidenends direkt angebunden und in Längserstreckungsrichtung des Querträgerelements 26 voneinander beabstandet. Bei der ersten Ausführungsform fällt die in 2 durch einen Doppelpfeil 52 veranschaulichte Längserstreckungsrichtung des Querträgerelements 26 mit der Fahrzeugquerrichtung zusammen. Dabei weisen vorzugsweise die Stege 50 eine geringere Steifigkeit als die Deckflächen 46 auf, so dass ein hohes Energieabsorptionsvermögen des Querträgerelements 26 dargestellt werden kann.
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Bei der ersten Ausführungsform sind darüber hinaus Energieabsorptionselemente 54 ( 1) vorgesehen, welche als separat von dem Tragrahmen 22 ausgebildete und an dem Tragrahmen 22 befestigte Bauelemente ausgebildet sind. Die Energieabsorptionselemente 54 sind dabei an einer in Fahrzeuglängsrichtung nach außen weisenden und dem Aufnahmebereich 34 abgewandten Außenseite 56 des Querträgerelements 26 befestigt und separat von dem Querträgerelement 26 ausgebildet. Das jeweilige Energieabsorptionselement 54 ist beispielsweise als ein sogenanntes Crashpad oder Unfallkissen ausgebildet und durch eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung verformbar, wodurch Unfallenergie in Verformungsenergie umgewandelt und dadurch absorbiert wird.
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Außerdem ist ein elektrisches Kontaktelement 58 vorgesehen, welches separat von dem Tragrahmen 22 ausgebildet und zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Tragrahmen 22 gehalten ist. Das Kontaktelement 58 ist beispielsweise elektrisch mit der Energiespeichereinheit 12 verbunden. Beispielsweise kann eine separat von dem Kontaktelement 58 ausgebildete, zusätzlich dazu vorgesehene Komponente elektrisch mit dem Kontaktelement 58 verbunden werden, wodurch die Komponente über das Kontaktelement 58 elektrisch mit der Energiespeichereinheit 12 verbunden werden kann. Bei der Komponente kann es sich um die elektrische Maschine handeln, so dass beispielsweise die in der Energiespeichereinheit 12 gespeicherte elektrische Energie über das Kontaktelement 58 zu der elektrischen Maschine geführt werden kann. Das Kontaktelement 58 ist dabei zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in einer Ausnehmung 60 des Querträgerelements 26 angeordnet. Die Energieabsorptionselemente 54 überragen dabei das Kontaktelement 58 entlang der Fahrzeuglängsrichtung von dem Aufnahmebereich 34 weg.
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Außerdem ist an der Außenseite 56 ein separat von dem Tragrahmen 22 und separat von dem Kontaktelement 58 ausgebildetes, zusätzlich dazu vorgesehenes Schutzelement 62 befestigt, welches vorliegend als eine Schutzplatte ausgebildet ist. Das Kontaktelement 58 ist dabei in Fahrzeuglängsrichtung von dem Aufnahmebereich 34 wegweisend zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Schutzelement 62 überdeckt, wodurch das Kontaktelement 58 vorteilhaft geschützt ist. Dabei weist jedoch das Schutzelement 62 in Fahrzeuglängsrichtung einen solch hinreichenden Abstand zu dem Kontaktelement 58 auf, dass die zuvor genannte Komponente noch elektrisch mit dem Kontaktelement 58 verbunden werden kann. Insgesamt ist erkennbar, dass das Schutzelement 62 in der Mitte M angeordnet ist, so dass das Kontaktelement 58 mittels der Energieabsorptionselemente 54 und mittels des Schutzelements 62 besonders vorteilhaft geschützt werden kann.
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Zumindest eines der Energieabsorptionselemente 54, mehrere der Energieabsorptionselemente 54 oder alle Energieabsorptionselemente 54 weisen beispielsweise eine Abstützfläche 64 auf, die auf einer dem Querträgerelement 26 abgewandten Seite des jeweiligen Energieabsorptionselements 54 angeordnet ist. Besonders gut aus 1 ist erkennbar, dass die jeweilige Abstützfläche 64 in einer Ebene verläuft, welche schräg zur Fahrzeuglängsrichtung verläuft. Die Abstützfläche 64 kann als Abgleitschräge, Abgleitfläche, Abgleitrampe oder Rampe fungieren, um eine vorteilhafte Abgleitkinematik für eine in Fahrzeuglängsrichtung hinter der Tragrahmenstruktur 10 angeordnete und in 3 und 4 ausschnittsweise erkennbare Hinterachse 65 des Kraftfahrzeugs realisieren zu können.
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Bei einem Unfall, insbesondere bei einem Frontalaufprall, des Kraftfahrzeugs kommt es beispielsweise durch dessen Trägheit beziehungsweise durch die Trägheit der Hinterachse 65 zu einer unfallbedingten Verlagerung der Hinterachse 65, die im Rahmen ihrer unfallbedingten Verlagerung beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne in Richtung der Tragrahmenstruktur 10 verlagert wird. Wie besonders gut aus 3 und 4 erkennbar ist, kann die Hinterachse 65 beziehungsweise deren Bauelemente an der Rampe abgleiten, wodurch die Hinterachse 65 definiert an der Energiespeichereinheit 12 vorbeigeführt wird.
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3 zeigt das Kraftfahrzeug bei dem zuvor genannten Unfall beziehungsweise zu Beginn des Unfalls, wobei die Hinterachse 65 noch von der Abstützfläche 64 beabstandet ist. Zu einem in 4 gezeigten späteren Zeitpunkt kommt wenigstens ein in 4 erkennbares Bauelement 66 der Hinterachse 65 in Stützanlage mit der Abstützfläche 64. Bei weiterer unfallbedingter Verlagerung der Hinterachse 65 gleitet das Bauelement 66 an der als Abgleitschräge fungierenden Abstützfläche 64 ab, wodurch die Hinterachse 65 vorteilhaft an der Energiespeichereinheit 12 vorbeigeführt wird. Darüber hinaus ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das jeweilige Energieabsorptionselement 54 wenigstens einen Aufnahmeraum bildet oder begrenzt, in welchem zumindest ein Längenbereich einer elektrischen, mit der Energiespeichereinheit 12 verbundenen Leitung verläuft. Dadurch bildet das jeweilige Energieabsorptionselement 54 einen sicheren Raum für die Leitung, die in dem Raum sicher geführt und verlegt werden kann. Hierdurch wird die Leitung ebenfalls geschützt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016121252 A1 [0002]
- DE 102016004577 A1 [0003]
