DE102018113812A1

DE102018113812A1 - Verfahren zur Herstellung einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018113812A1
Application number: DE102018113812.1A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Jens Bohlien; Sebastian Steinrücken; Frank Kunert
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2019-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Teilbereich der Karosseriestruktur durch einen Batteriekasten (7) gebildet ist, wobei der Batteriekasten (7) der Aufnahme einer Traktionsbatterie (13) dient.Bei einem solchen Verfahren ist vorgesehen, dass der Batteriekasten (7) als Basis der hierauf aufbauenden Karosseriestruktur verwendet wird.Ein solches Verfahren ermöglicht es, die Karosseriestruktur besonders kostengünstig und gewichtsreduziert, bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf herzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Teilbereich der Karosseriestruktur durch einen Batteriekasten gebildet ist, wobei der Batteriekasten der Aufnahme einer Traktionsbatterie dient.
Bei Elektrofahrzeugen, wobei hierunter auch teilelektrisch fahrende Fahrzeuge verstanden werden, werden die Traktionsbatterien, bei denen es sich um Hochvolt-Batterien handelt, als Energiespeicher für den elektrischen Antrieb verwendet.
Nach dem Stand der Technik werden die Traktionsbatterien meist in Form eines strukturell mittragenden Batteriekastens unterhalb eines Karosseriebodens der Karosseriestruktur angeordnet. Der Batteriekasten wird nach dem Karosseriebau und der Fahrzeuglackierung an die Karosserie angeschraubt.
Damit redundante Strukturen entfallen können, ist vorgeschlagen worden, dass der Batteriekasten zugleich einen Teilumfang der Karosseriestruktur bildet. So ist aus der DE 10 2011 100 624 A1 ein Fahrzeug mit Traktionsbatterie bekannt. Die Batterie ist als vormontierter integrierter Aufbau ausgebildet und in eine Tragstruktur montiert. Die Batterie kann zusammen mit einem Batteriegehäuse als vormontierter integrierter Aufbau bereitgestellt werden. Bei der Montage des Fahrzeugs kann dieser Aufbau dann einfach und effizient in die Tragstruktur des Fahrzeugs montiert werden. Hierdurch entsteht ein einfacher und effizienter Fertigungsablauf. Die Tragstruktur des Fahrzeugs, welche die Batterie oder einen Teil der Batterie als Bauteile der Tragstruktur nutzt, muss bis zur Montage entweder durch einen Platzhalter entsprechend stabilisiert werden oder so ausgelegt sein, dass diese die bis zur Montage der Batterie auftretenden Kräfte auch bei demontierter Batterie als Bauteil der Tragstruktur aufnehmen kann.
In der US 7,201,384 B2 ist eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Hierbei weist in einer Ausführungsform eine Bodengruppe der Karosseriestruktur auf einer Seite einen Längsträger und im Bereich beider Enden des Längsträgers Querträger auf. Hierdurch ist ein U-förmiges Einschubfach für einen Batteriekasten, der der Aufnahme einer Traktionsbatterie dient, geschaffen. Bei einer anderen Ausführungsform entfällt der Längsträger, sodass der Batteriekasten in die beiden Querträgern einschiebbar und in eingeschobener Stellung fixierbar ist. Hierbei bilden eine Vorderwagenstruktur und eine Hinterwagenstruktur der Karosseriestruktur eine Baueinheit mit den oberhalb der Bodengruppe befindlichen Karosseriestrukturen, sodass auf diese Art und Weise die hinreichende Stabilität der Karosseriestruktur gewährleistet ist.
In der GB 2 546 535 A ist eine Fahrzeugkarosserie mit einem eigens für eine Energieeinheit ausgebildeten Aufnahmebereich beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu schaffen, das es ermöglicht, die Karosseriestruktur besonders kostengünstig und gewichtsreduziert, bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf herzustellen. Zudem sollte es durch das Verfahren möglich sein, die Toleranzen bei der Fertigung der Karosseriestruktur zu optimieren.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Weiterbildungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs vor, wobei ein Teilbereich der Karosseriestruktur durch einen Batteriekasten gebildet ist, wobei der Batteriekasten der Aufnahme einer Traktionsbatterie dient, wobei der Batteriekasten als Basis der hierauf aufbauenden Karosseriestruktur verwendet wird.
Bei der Herstellung der Karosseriestruktur wird somit vom Batteriekasten ausgegangen und sukzessive, ausgehend vom Batteriekasten, die Karosseriestruktur gebildet. Hierbei wird unter dem Begriff Karosseriestruktur nicht notwendigerweise die Karosserie als Gesamtes verstanden, sondern durchaus auch ein Teilbereich der Karosserie, beispielsweise bzw. insbesondere eine Bodenstruktur der Karosserie. Bei der Bildung der Karosseriestruktur ist es nicht erforderlich, dass mehrere weitere Bauteile der Karosseriestruktur mit dem Batteriekasten verbunden werden. Es reicht aus, damit der Batteriekasten als Basis der hierauf aufbauenden Karosseriestruktur verwendet wird, wenn mit dem Batteriekasten ein definiertes Bauteil der Karosseriestruktur verbunden wird und mit diesem definierten Bauteil der Karosseriestruktur dann ein weiteres definiertes Bauteil der Karosseriestruktur.
Vorzugsweise bildet bei der Herstellung der Karosseriestruktur der Batteriekasten Bestandteil einer Bodenstruktur der Karosseriestruktur. Der Batteriekasten ist somit im Bereich des Bodens der Karosseriestruktur, insbesondere im Bereich des Bodens der Karosserie angeordnet.
Unter dem Aspekt von Weiterbildungen dieser grundsätzlichen Gestaltung ist gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Batteriekasten, bezogen auf eine Längserstreckung des Kraftfahrzeugs, eine zentrale Struktur der Bodenstruktur bildet, wobei mit dem Batteriekasten eine Vorderwagenstruktur und eine Hinterwagenstruktur verbunden wird. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Batteriekasten, bezogen auf eine Längserstreckung des Kraftfahrzeugs, eine nichtzentrale Bodenstruktur bildet, wobei mit dem Batteriekasten eine zentrale Struktur der Karosseriestruktur verbunden wird. Bei der ersten Ausführungsform weist das vollständig hergestellte Kraftfahrzeug somit eine Unterbodenbatterie auf, während bei der zweiten Ausführungsform das vollständig hergestellte Kraftfahrzeug eine Blockbatterie aufweist.
Für den Fall, dass der Batteriekasten eine nichtzentrale Bodenstruktur bildet, wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Batteriekasten eine hintere Bodenstruktur bildet. Diese hintere Bodenstruktur ist besonders geeignet, das Fahrzeug mit in dessen Heckbereich bzw. in dessen hinteren Bodenbereich angeordneter Blockbatterie auszubilden.
Bei der Herstellung der Karosseriestruktur wird vorzugsweise ein Batteriekasten verwendet, der, bezogen auf die Einbaulage der Traktionsbatterie im Batteriekasten, die Traktionsbatterie oben, vorne, hinten und auf beiden Seiten umschließt. Der Batteriekasten ist somit nach unten, somit zur Fahrbahn hin, offen und kann von unten die elektrischen Komponenten aufnehmen und lagern. Insbesondere ist vorgesehen, eine Schutzplatte an dem Karosseriekasten anzubringen, der den Batterieraum nach unten abschließt.
Der Batteriekasten bildet insbesondere nach unten eine ebene Dichtfläche zur planaren Abdichtung des Batterieraums mit der Schutzplatte aus.
Insbesondere besteht der Batteriekasten zumindest aus einem umlaufenden Batterierahmen, der zumindest einen vorderen und einen hinteren Querträger sowie zwei seitliche Längsträger aufweist, sowie aus einem Batteriekastendeckel. Vorzugsweise bilden die beiden seitlichen Längsträger des Batterierahmens des Batteriekastens zumindest teilweise die Seitenschweller der Karosserie.
Die Quer- und Längsträger bestehen vorzugsweise aus Stahl und/oder Aluminium, vorzugsweise aus Aluminium-Strangpressprofilen und/oder Aluminium-Gussbauteilen.
Der Batteriekastendeckel bildet insbesondere zumindest einen Teil des Bodens der Karosseriestruktur bzw. des Karosseriebodens. Vorzugsweise ist der Batteriekastendeckel ein- oder mehrteilig aufgebaut und besteht zumindest teilweise aus Aluminium, Stahl oder Magnesium oder einem Metall-Kunststoff-Sandwichblech, vorzugsweise aus Stahlblech.
Insbesondere weist der Batteriekastendeckel zusätzliche Karosserielängsträger, wie zum Beispiel einen Karosserietunnel und/oder zusätzliche Karosseriequerträger, wie zum Beispiel Sitzquerträger, Fersenquerträger, Rückwandträger etc. auf.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung der in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiele, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt:

1 bis 7 Verfahrensabschnitte zur Verdeutlichung der Herstellung einer Karosserie einschließlich Batteriemontage, für ein erstes Ausführungsbeispiel,
8 bis 12 Verfahrensabschnitte zur Verdeutlichung der Herstellung einer Karosserie einschließlich Batteriemontage, für ein zweites Ausführungsbeispiel.

Figurenbeschreibung
Betreffend das erste Ausführungsbeispiel gemäß der 1 bis 7 ist die Herstellung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit Unterbodenbatterie veranschaulicht. Die 1 und 2 zeigen die Herstellung des Batteriekastens.
1 veranschaulicht einen umlaufenden Batterierahmen 1, der einen vorderen Querträger 2, einen hinteren Querträger 3 sowie zwei seitliche Längsträger 4, 5 aufweist. Die beiden seitlichen Längsträger 4, 5 des Batterierahmens 1 bilden zumindest teilweise die Seitenschweller der Fahrzeugkarosserie. Im Bereich der Oberseite des Batterierahmens 1 wird mit diesem, wie der Darstellung der 2 zu entnehmen ist, ein Batteriekastendeckel 6 verbunden. Dieser ist zugleich ein Teil des Karosseriebodens. Der Batteriekastendeckel 5 ist ein- oder mehrteilig aufgebaut. Er besteht zumindest teilweise aus Aluminium, Stahl oder Magnesium oder einem Metall-Kunststoff-Sandwichblech, vorzugsweise aus Stahlblech. Quer- und Längsträger 2 bis 5 bestehen vorzugsweise aus Stahl und/oder Aluminium, vorzugsweise aus Aluminium-Strangpressprofilen und/oder Aluminium-Gussbauteilen.
Der Batteriekastendeckel 6 weist vorzugsweise zusätzliche Karosserielängsträger, wie zum Beispiel einen Karosserietunnel und/oder zusätzliche Karosseriequerträger, wie zum Beispiel Sitzquerträger, Fersenquerträger, Rückwandquerträger etc. auf.
Zur Fertigung des Batterierahmens 1 werden die Längsträger 4 und 5 bereitgestellt und ausgerichtet. Hierdurch wird das für die Toleranzen bei der späteren Batteriemontage wichtige Breitenmaß exakt eingestellt. Es werden die Querträger 2, 3 bereitgestellt und ausgerichtet. Dann werden die Quer- und Längsträger 2 bis 5 zum Batterierahmen 1 verbunden. Es wird der Batteriekastendeckel 6 bereitgestellt und mit dem Batterierahmen 1 zum Batteriekasten verbunden.
Insbesondere erfolgt zusätzlich eine Abdichtung der Schnittstellen zwischen den einzelnen Bauteilen von Batterierahmen 1 und Batteriekastendeckel 6, insbesondere mittels Dichtschweißens oder einer geeigneten Dichtmasse oder einem geeigneten Dichtharz oder einem geeigneten Dichtklebstoff oder einer geeigneten Dichtfolie. Anschließend wird vorzugsweise eine Dichtheitsprüfung des Batteriekastens 7 durchgeführt. Dann wird der dichtgeprüfte Batteriekasten 7 im Karosseriebau angeliefert und bereitgestellt zur Vervollständigung der Karosserie, wobei der Batterierahmen 1 Teil der Karosserie ist. Im Anschluss an die Herstellung des Batteriekastens 7 erfolgt, insofern wird auf die weiteren 3 bis 7 verwiesen, die Vervollständigung der Karosserie aus den einzelnen Karosseriestrukturen.
Wie der Darstellung der 3 zu entnehmen ist, wird der Batteriekasten 7, als Teil der Karosseriestruktur, als Basis der hierauf aufbauenden weiteren Komponenten der Karosseriestruktur verwendet. So wird mit dem Batteriekasten 7 als Basis vorne eine Vorderwagenstruktur 8 und hinten eine Hinterwagenstruktur 9 verbunden. Batteriekasten 7, Vorderwagenstruktur 8 und Hinterwagenstruktur 9 bilden die Bodengruppe 10 der Karosserie. Im anschließenden Herstellungsschritt wird, wie in 4 gezeigt, die Bodengruppe 10 um die Hutumfänge 11 der Karosserie ergänzt zur Bildung der Karosserie 12, auch als Kastenrohbau bezeichnet. Anschließend erfolgt die Lackierung der Karosserie 12. Es erfolgt im Anschluss an die Lackierung die Montage der Batterie 13 - Traktionsbatterie - wie zur 5 veranschaulicht. Wie der 6 zu entnehmen ist, wird die Batterie 13 von unten in den Batteriekasten 7 eingesetzt und mit diesem verbunden. Anschließend wird die untere Öffnung des Batteriekastens 7, wie zur 7 gezeigt, mittels einer Batterieschutzplatte 14 verschlossen, die mit dem Batteriekasten 7 verbunden, insbesondere verschraubt wird. Anschließend erfolgt, wobei dies nicht gezeigt ist, die Montage von Fahrwerk, Antrieb und weiterer Fahrzeugkomponenten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den 8 bis 12 ist das Fahrzeug mit einer Blockbatterie bestückt, somit einer Batterie 13, die eine relativ große Höhe unter dem Aspekt der Längen- und Breitenerstreckung der Batterie 13 aufweist. Hingegen weist die Traktionsbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine relativ geringe Höhe unter dem Aspekt der Längen- und Breitenerstreckung der Traktionsbatterie auf, insbesondere unter dem Aspekt, dass sich der Batteriekasten 7 im Wesentlichen über den gesamten Unterboden des Fahrzeugs zwischen Vorderwagenstruktur 8 und Hinterwagenstruktur 9 erstreckt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 8 bis 12 sind mit dem ersten Ausführungsbeispiel bezüglich dessen Funktionen und/oder Aufbau übereinstimmende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Wie der 8 zu entnehmen ist, wird zunächst der Batteriekasten 7 zur Aufnahme der Batterie 13 hergestellt. Dieser Batteriekasten 7 wird gleichfalls als Basis der hierauf aufbauenden Karosseriestruktur verwendet. Der in 8 gezeigte Batteriekasten 7 ist gleichfalls unter Verwendung von Querträgern 2, 3 und Längsträgern 4, 5 zusammengebaut. Mit dem Batteriekasten 7 als Basis wird, wie der Darstellung der 9 zu entnehmen ist, eine Unterbodenstruktur 15 der Karosseriestruktur verbunden. Den Unterboden der Karosseriestruktur bildet diese Unterbodenstruktur 15 und ein vorderer Teil des Batteriekastens 7. Ein hinterer Teil des Batteriekastens 7 weist im hinteren Bereich seiner Längsträger Strukturelemente der Hinterwagenstruktur 9 auf. Der Batteriekasten 7 dient als Basis für weitere Baugruppen der Karosserie, vorliegend Seitenschweller und Hutumfang 11 im Überlappungsbereich mit dem Batteriekasten 7. Der in 9 gezeigte Batteriekasten 7 und die weiteren veranschaulichten Karosseriebaugruppen, nämlich Vorderwagenstruktur 8, Unterbodenstruktur 15 und Hutumfang 11 bilden die wesentlichen Komponenten der Karosserie 12 bzw. des Kastenrohbaus.
Die in 9 gezeigte Karosserie 12 wird anschließend lackiert. Dann erfolgt, wie zur 10 gezeigt, der Einbau der Batterie 13 von unten in den Batteriekasten 7. Hierbei wird die Batterie 13 mit dem Batteriekasten 7 verschraubt. Unten wird der Batteriekasten 7, wie zu den 11 und 12 veranschaulicht, mittels der Batterieschutzplatte 14 verschlossen. Diese wird mit dem Batteriekasten 7 verschraubt. Die Batterieschutzplatte 14 bildet im Wesentlichen eine Ebene mit der Unterseite der Unterbodenstruktur 15.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011100624 A1 [0004]
US 7201384 B2 [0005]
GB 2546535 A [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Teilbereich der Karosseriestruktur durch einen Batteriekasten (7) gebildet ist, wobei der Batteriekasten (7) der Aufnahme einer Traktionsbatterie (13) dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriekasten (7) als Basis der hierauf aufbauenden Karosseriestruktur verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriekasten (7) Bestandteil einer Bodenstruktur der Karosseriestruktur bildet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriekasten (7), bezogen auf eine Längserstreckung des Kraftfahrzeugs, eine zentrale Struktur der Bodenstruktur bildet, wobei mit dem Batteriekasten (7) eine Vorderwagenstruktur (8) und eine Hinterwagenstruktur (9) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriekasten (7), bezogen auf eine Längserstreckung des Kraftfahrzeugs, eine nichtzentrale Bodenstruktur bildet, wobei mit dem Batteriekasten (7) eine zentrale Struktur (15) der Karosseriestruktur verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriekasten (7) eine hintere Bodenstruktur bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Batteriekasten (7) verwendet wird, der, bezogen auf die Einbaulage der Traktionsbatterie (13) im Batteriekasten (7), die Traktionsbatterie (13) oben, vorne, hinten und auf beiden Seiten umschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Batteriekastens - Längsträger (4, 5) eines Batterierahmens (1) bereitgestellt und ausgerichtet werden, - Querträger (2, 3) des Batterierahmens (1) bereitgestellt und ausgerichtet werden, - ein Batteriekastendeckel (6) als Teilbereich der Bodenstruktur der Karosseriestruktur bereitgestellt wird, - Längsträger (4, 5), Querträger (2, 3) und Batteriekastendeckel (6) zur Bildung des Batteriekastens (7) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schnittstellen zwischen den Bauteilen von Batterierahmen (1) und Batteriekastendeckel (6) abgedichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Karosseriestruktur - der Batteriekasten (7) bereitgestellt wird, - mindestens eine weitere Baugruppe (8 oder 9 oder 15) der Karosseriestruktur bereitgestellt und mit dem Batteriekasten (7) verbunden wird, - mindestens eine weitere Baugruppe (8 oder 9 oder 15) der Karosseriestruktur bereitgestellt und mit dem Batteriekasten (7) oder der bereits verbundenen Anordnung verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Baugruppe bzw. die weiteren Baugruppen die Vorderwagenstruktur (8) und/oder die Hinterwagenstruktur (9) ist bzw. sind.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Karosseriestruktur die fertige Karosserie (12) des Kraftfahrzeugs bildet.