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Die Erfindung betrifft ein elektrisch oder teilelektrisch antreibbares Fahrzeug, mit einer Karosserie und einer zumindest teilweise unterhalb eines Karosseriebodens angeordneten Traktionsbatterie, die sich in Richtung einer Fahrzeugbreite zwischen Karosserieschwellern erstreckt und in seitlichen Batteriebereichen mit der Karosserie verbunden ist.
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Aus der Praxis ist es bei solchen Fahrzeugen bekannt, die Traktionsbatterie mittels Schrauben mit den Karosserieschwellern zu verbinden. Die hierbei in der Praxis auftretenden Toleranzen stellen bei der Konzeption des Fahrzeugs in diesem Bereich eine große Herausforderung dar und führen zu erheblichen Mehrkosten und/oder Gewichts- und Bauraumnachteilen.
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So stellt eine Traktionsbatterie eine Komponente dar, die in ihren Toleranzen bezüglich der äußeren Anschraubpunkte an den Karosserieschwellern relativ exakt ist. Das Maß des jeweiligen Karosserieschwellers in Richtung der Fahrzeugbreite (Y-Maß) und das Maß des jeweiligen Karosserieschwellers in Richtung der Fahrzeughöhe (Z-Maß) ist jedoch meist recht ungenau. Hintergrund für diese Ungenauigkeit ist die Fertigungsfolge, wie sie heute bei fast allen Großserienfahrzeugen angewandt wird. Nachdem ein Mittelboden der Karosserie mit einem Vorderwagen und einem Hinterwagen der Karosserie verbunden wurde, wird der jeweilige Karosserieschweller von der Seite zugeführt, häufig zusammen mit einer unteren inneren A-Säule; An der unteren inneren A-Säule befinden sich auf der Innenseite Befestigungspunkte für ein Fahrzeugcockpit. Daher wird die Einbauhöhe (Z) des Karosserieschwellers vom Fahrzeugcockpit definiert. Dies führt zu größeren Ungenauigkeiten hinsichtlich der Anschraubpunkte der Traktionsbatterie in Z-Richtung. Noch schwieriger ist die Toleranzsituation in Y-Richtung. Denn der Karosserieschweller wird von der Seite bis auf Anschlag an das Bodenblech und weitere Bauteile geführt und mit diesen verbunden. Daher bestimmt das Bodenblech zusammen mit weiteren Bauteilen die Breite des Karosserieschwellers in Y-Richtung. Einzeltoleranzen und Zusammenbautoleranzen addieren sich teilweise ungünstig auf, sodass die Verschraubung der Traktionsbatterie an die Karosserie schwierig und teuer ist und die Schraubverbindung teilweise, zum Toleranzausgleich, größer und aufwendiger gestaltet werden muss.
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Bei der Traktionsbatterie sind Batteriezellen und/oder Batteriemodule mit mehreren Batteriezellen vorgesehen. Diese sind in einem Batteriegehäuse untergebracht. Das Batteriegehäuse besteht zumindest aus einem umlaufenden Batterierahmen, einer Batterieschutzplatte unten und einem Batteriedeckel oben. Traktionsbatterien können aber durchaus auch anders gestaltet sein.
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Ein elektrisches oder teilelektrisches Fahrzeug, dass die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, ist aus der
JP H07-81 623 A bekannt. Bei dieser ist ein Querträger in Richtung der Fahrzeugbreite angeordnet und auf einer oberen Fläche eines Bodenblechs des Fahrzeugs fixiert. Ein Seitenträger ist in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet und kontaktiert das Bodenblech auf einer Unterseite. Ein Batterierahmen mit einer Vielzahl von Batterien ist im Seitenteil gelagert. Das Bodenblech weist im Kreuzungsbereich des Seitenteils und des Querträgers eine Öffnung auf, und es durchdringen nach oben gerichtete Wandungsabschnitte auf beiden Seiten des Seitenteils die Öffnung. Diese nach oben gerichteten Wandungsabschnitte sind mit einer Innenwand des Querträgers verbunden. Eine Verstärkung ist zwischen den nach oben gerichteten Wandungsabschnitten angeordnet. Das Seitenteil und ein Türschweller sind miteinander mittels einer Abstützung verbunden.
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In der
DE 11 2014 005 490 T5 ist eine Fahrzeugbatterie-Befestigungsstruktur beschrieben. Diese weist gleichfalls die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 auf. Bei dieser Befestigungsstruktur finden Schraub- und Klebverbindungen Verwendung, wobei die bei den Schraubverbindungen verwendeten Schrauben Durchgangslöcher durchsetzen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrzeug, das die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, so weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden und insbesondere eine deutliche Verbesserung der Montagetoleranzen und damit der Baubarkeit gewährleistet ist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Fahrzeug, das gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
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Bei dem elektrisch oder teilelektrisch antreibbaren Fahrzeug ist vorgesehen, dass die Traktionsbatterie zumindest in einem seitlichen Batteriebereich mit einem Karosseriebauteil verbunden ist, das auf einer Innenseite des diesem Karosseriebauteil benachbarten Karosserieschwellers angeordnet ist, wobei dieses Karosseriebauteil zumindest in Richtung der Fahrzeugbreite hinsichtlich seiner toleranzseitigen exakten Einbauposition von diesem Karosserieschweller unabhängig ist.
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Aufgrund dieser Gestaltung des Fahrzeugs ergibt sich nicht nur eine deutliche Verbesserung der Montagetoleranzen und damit der Baubarkeit. Es ist auch eine deutliche Kostenersparnis, insbesondere aufgrund geringerer Nacharbeit und geringeren Ausschusses zu verzeichnen. Zudem ergibt sich eine Gewichts- und Bauraumersparnis durch Reduktion von zusätzlichen Toleranzvorhalten.
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Zudem ist von Vorteil, dass bei einem Pfahl-Seiten-Crash das auf der Innenseite des Karosserieschwellers angeordnete Karosseriebauteil den Karosserieschweller von innen abstützt und sich selbst nach innen an der Traktionsbatterie abstützt. Dadurch dient das auf der Innenseite des Karosserieschwellers angeordnete Karosseriebauteil als Lastüberträger und energieaufnehmendes Deformationselement.
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Das jeweilige Karosseriebauteil ist vor dem Verbinden mit dem Karosserieboden bezüglich des Karosseriebodens verschiebbar, zum Ausrichten des jeweiligen Karosseriebauteils in Richtung der Fahrzeugbreite bezüglich einer Fahrzeugmitte und/oder der Karosseriebauteile zueinander. Dadurch können die beiden auf der Innenseite der Karosserieschweller angeordneten Karosseriebauteile zueinander, somit in Richtung der Fahrzeugbreite, und/oder gegenüber der Fahrzeugmitte (Y = 0) exakt ausgerichtet werden, bevor sie mit dem Karosserieboden verbunden werden.
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Insbesondere ist die Traktionsbatterie nicht mit dem jeweiligen Karosserieschweller selbst, sondern mit dem Karosseriebauteil verbunden, das auf der Innenseite des Karosserieschwellers angeordnet ist und zum Karosserieschweller in seiner Lage, insbesondere in Richtung der Fahrzeugbreite (Y-Richtung) verschiebbar ist. Hierdurch können die Verbindungsbereiche, insbesondere Anschraubpunkte, auf der linken und rechten Seite der Karosserie exakt zueinander eingestellt werden. Hierzu ist dieses Karosseriebauteil auf der Innenseite des jeweiligen Karosserieschwellers vorzugsweise Teil der Unterbaugruppe Bodenmitte.
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Grundsätzlich würde es zum Toleranzausgleich ausreichen, wenn die Traktionsbatterie nur in einem der beiden seitlichen Batteriebereiche mit dem zugeordneten Karosseriebauteil verbunden ist. Es wird aber als vorteilhaft angesehen, wenn die Traktionsbatterie in jedem der beiden seitlichen Batteriebereiche mit einem Karosseriebauteil verbunden ist.
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Das jeweilige Karosseriebauteil sollte gegenüber dem diesem benachbarten Karosserieschweller zumindest in Richtung der Fahrzeugbreite einstellbar sein.
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Vorteilhaft erstreckt sich die Traktionsbatterie über einen wesentlichen Anteil der Fahrzeugbreite zwischen den Karosserieschwellern. Die Traktionsbatterie weist insbesondere ein solches Maß in Richtung der Fahrzeugbreite auf, dass sie, unter Berücksichtigung der Karosseriebauteile, in minimalem Abstand zum jeweiligen Karosserieschweller platziert ist.
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Die Befestigung der Traktionsbatterie erfolgt insbesondere durch Verschrauben. Vorzugsweise ist die Traktionsbatterie zumindest in deren seitlichen Bereichen mit der Karosserie, insbesondere mit dem jeweiligen Karosseriebauteil verschraubt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Traktionsbatterie mit dem jeweiligen Karosseriebauteil in Fahrzeughochrichtung (Z-Richtung) verschraubt ist.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Verschraubung in einer Schraubebene, insbesondere in einer durch die Richtung der Fahrzeugbreite und die Richtung der Fahrzeughöhe aufgespannten Ebene erfolgt, oder in zwei Schraubebenen, insbesondere mit Versatz in Richtung der Fahrzeughöhe und/oder mit Versatz in Richtung der Fahrzeugbreite, erfolgt. Vorzugsweise ist das jeweilige Karosseriebauteil in Richtung der Fahrzeughöhe zumindest teilweise direkt oder indirekt mit dem Karosserieboden verbunden.
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Vorzugsweise ist das jeweilige Karosseriebauteil mit dem benachbarten Karosserieschweller - nach dem Ausrichten des Karosseriebauteils - verbunden, insbesondere derart, dass die Verbindungstechnik unterschiedlich große Abstände zwischen Karosseriebauteil und Karosserieschweller ausgleicht. Diese unterschiedlich großen Abstände/Spalte betragen zum Beispiel 1 mm oder 2 mm oder 3 mm.
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Gemäß einer vorteilhaften Alternative ist vorgesehen, dass das jeweilige Karosseriebauteil mit dem benachbarten Karosserieschweller mittels eines Strukturklebstoffs, insbesondere eines im KTL-Trockner expandierenden Strukturklebstoffs und/oder mittels eines Strukturschaums verbunden ist. Gemäß einer vorteilhaften Alternative, oder auch kumulativ, ist vorgesehen, dass das jeweilige Karosseriebauteil mit dem benachbarten Karosserieschweller verschweißt ist, insbesondere mittels MIG- oder MAG-Schweißen verbunden ist.
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Zur Sicherung des Schweißbades, unabhängig von einem Abstand/Spalt (z. B. 1 mm oder 2 mm oder 3 mm) zwischen dem Karosserieschweller und dem auf der Innenseite des Karosserieschwellers angeordneten Karosseriebauteil, besitzt der Karosserieschweller eine Ausnehmung in Längsrichtung und das auf der Innenseite des Karosserieschwellers angeordnete Karosseriebauteil einen entsprechenden Flansch, der in die Ausnehmung hineinragt. Statt dieser Gestaltung kann eine Gestaltung Anwendung finden, bei der das Karosseriebauteil die Ausnehmung und der Karosserieschweller den Flansch aufweist.
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Vorzugsweise besteht das jeweilige Karosseriebauteil und/oder der jeweilige Karosserieschweller zumindest aus mehreren Stahlblechen und/oder einem Aluminium-Strangpressprofil.
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Vorzugsweise besteht die Traktionsbatterie aus einem Batteriegehäuse und in diesem befindlichen Batteriemodul und/oder Batteriezellen, wobei das Batteriegehäuse mit der Karosserie verbunden, insbesondere verschraubt ist.
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Alternativ besteht die Traktionsbatterie aus einem oder mehreren Batteriemodulen mit darin befindlichen Batteriezellen, wobei das jeweilige Batteriemodul direkt mit der Karosserie verbunden, insbesondere verschraubt ist.
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Insbesondere weist die Traktionsbatterie Anbindungspunkte zur Karosserie auf, die sich auf abgewandten Seiten der Traktionsbatterie und in der Fahrzeugmitte (Y = 0) und/oder am vorderen und hinteren Ende der Traktionsbatterie befinden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels, ohne auf dieses beschränkt zu sein.
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Es zeigt:
- 1 einen Schnitt durch das Fahrzeug im Bereich der Verbindungsstelle von Traktionsbatterie und Karosserie, benachbart einem Karosserieschweller, in einer Schnittebene, die durch die Richtung Y der Fahrzeugbreite und die Richtung Z der Fahrzeughöhe aufgespannt wird,
- 2 bis 7 die Fertigungsfolge zur Verbindung der Anordnung gemäß 1.
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Figurenbeschreibung
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Der veranschaulichte Teilbereich eines elektrisch oder teilmotorisch antreibbaren Fahrzeugs 1 weist einen Teilbereich der Karosserie 2 des Fahrzeugs und eine im Wesentlichen unterhalb eines Karosseriebodens 3 angeordnete Traktionsbatterie 4 auf. Diese erstreckt sich in Richtung Y einer Fahrzeugbreite zwischen Karosserieschwellern 5, wobei wegen der symmetrischen Anordnung der Lagerungsteile der Traktionsbatterie 4 in der Karosserie 2 nur einer der Karosserieschweller 5 veranschaulicht ist. Die Traktionsbatterie 4 ist in seitlichen Batteriebereichen mit der Karosserie 2 verbunden.
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Die Traktionsbatterie 4 ist in einem seitlichen Batteriebereich mit einem Karosseriebauteil 6 verbunden, das auf einer Innenseite des diesem Karosseriebauteil 6 benachbarten Karosserieschwellers 5 angeordnet ist. Dieses Karosseriebauteil 6 ist zumindest in Richtung der Fahrzeugbreite hinsichtlich seiner toleranzseitigen exakten Einbauposition von diesem Karosserieschweller 5 unabhängig.
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Im Einzelnen zeigt die 1 den durch ein Blech gebildeten Bestandteil der Bodenmitte bildenden Karosserieboden 3 und das Karosseriebauteil 6, das als Bodenlängsprofil ausgebildet ist und Bestandteil der Bodenmitte bildet, wobei dieses Karosseriebauteil 6 in Y-Richtung einstellbar ist. Die Traktionsbatterie 4 weist Batteriemodule 7 auf, die direkt, somit ohne dass ein Batterierahmen vorgesehen ist, mit dem Karosseriebauteil 6 über eine Verschraubung 8 verschraubt sind. Zum Montageumfang der Traktionsbatterie 4 gehört ein seitliches Montagelängsprofil 9. Die Traktionsbatterie 4 bzw. die Batteriemodule 7 sind nicht mit dem Karosserieschweller 5 selbst, sondern mit dem Karosseriebauteil 6 verschraubt, das auf der Innenseite des Karosserieschwellers 5 angeordnet ist und zum Karosserieschweller 5 in seiner Lage, insbesondere in Y-Richtung verschiebbar ist, sodass die Anschraubpunkte auf der linken und rechten Seite der Karosserie 2 exakt zueinander eingestellt werden können. Hierbei ist das Karosseriebauteil 6 auf der Schwellerinnenseite vorzugsweise Teil der Unterbaugruppe Bodenmitte.
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1 veranschaulicht ferner einen zwischen Karosserieschweller 5 und Karosseriebauteil 6 angeordneten expandierenden Strukturschaum 20 zum Verbinden von Karosserieschweller 5 und Karosseriebauteil 6. Zusätzlich ist das auf der Schwellerinnenseite angeordnete Karosseriebauteil 6 mittels Schweißen verbunden. Der Schweißbereich ist durch die Bezugsziffer 21 bezeichnet. Zur Sicherung des Schweißbades, unabhängig vom Abstand/Spalt zwischen dem Karosserieschweller 5 und dem Karosseriebauteil 6, besitzt der Karosserieschweller 5 eine Ausnehmung 10 in Längsrichtung X des Fahrzeugs und das auf der Schwellerinnenseite angeordnete Karosseriebauteil 6 einen entsprechenden Flansch 11, der in die Ausnehmung 10 ragt. Ferner gehört zum Montageumfang eine Schutzplatte 12, die die Traktionsbatterie 4 bzw. die Batteriemodule 7 von unten abdeckt und mit den Karosserieschwellern 5 verbunden ist.
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Die 2 bis 7 zeigen die Fertigungsfolge zur Herstellung der in 1 gezeigten Anordnung, wobei in diesen Figuren der Bereich ab der Fahrzeugmitte, somit ab Y = 0 bis einschließlich des Karosserieschwellers 5 für die eine Seite des Fahrzeugs 1 dargestellt ist:
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2 veranschaulicht den Karosserieboden 3, somit das Bodenblech mit in X-Richtung verlaufendem Tunnel 13 und in X-Richtung verlaufendem Schwellerinnenblech 14. Bei dem Fahrzeug 1 ist der Mittelboden mit Vorderwagen und Hinterwagen verbunden.
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Ausgehend von diesem Zustand wird, wie es zur 3 gezeigt ist, das Karosseriebauteil 6 von unten an den Karosserieboden 3 angelegt und unter Berücksichtigung der präzisen vorgegebenen Abmessungen der Traktionsbatterie 4 bzw. des jeweiligen Batteriemoduls 7 exakt in Y-Richtung ausgerichtet. Die Lage des Karosseriebauteils 6 somit des Bodenlängsprofils ist demnach in Y-Richtung einstellbar. In dieser eingestellten Position wird das Karosseriebauteil 6 mit dem Karosserieboden 3 verbunden. Das Karosserieteil 6 weist einen Anschraubpunkt 15 für das Batteriemodul 7 auf.
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Anschließend wird, wie es der Darstellung der 4 zu entnehmen ist, der Karosserieschweller 5 einschließlich unterer innerer A-Säule montiert. Hierbei wird der Karosserieschweller 5 von der Seite bis auf Anschlag an den Karosserieboden geführt und mit diesem verbunden. Mittels Schweißen und expandierendem Schaum/Klebstoff wird der Karosserieschweller 5 mit dem Karosseriebauteil 6 verbunden.
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5 veranschaulicht die anschließende Verstärkung der gebildeten Anordnung durch ein Seitenteil 16 im Bereich des Karosserieschwellers 5.
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6 zeigt die Anordnung eines unterhalb des Karosseriebauteils 6 angeordneten, seitlichen Montagelängsprofils 17. Ein möglicher Anschraubpunkt des Montagelängsprofils 17 am Karosseriebauteil 6 ist mit der Bezugsziffer 18 veranschaulicht. Es wird dann das Batteriemodul 7 montiert und mit dem Karosseriebauteil 6 verschraubt. Dies ist durch die Verschraubung 19 des Batteriemoduls 7 veranschaulicht.
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Anschließend wird unterhalb der Traktionsbatterie 4 die Schutzplatte 12 montiert.
