DE102018131376A1

DE102018131376A1 - Batterieträger mit umlaufendem Rahmen und definiert eingestelltem Klebespalt

Info

Publication number: DE102018131376A1
Application number: DE102018131376.4A
Authority: DE
Inventors: Georg Frost; Thomas Günther; Christian Handing; Frank Rabe; Peter Summerauer; Ludger Gehringhoff
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-10
Also published as: US20200180443A1; CN111284317B; CN111284317A; US11186183B2

Abstract

Batterieträger (1) für ein Elektrokraftfahrzeug, aufweisend eine Wanne, ausgebildet durch einen Boden (2) sowie einen umlaufenden mit dem Boden (2) gekoppelten Rahmen (6), wobei der Rahmen (6) aus extrudierten Hohlprofilen (8) ausgebildet ist und auf dem Rahmen (6) ein Deckel angeordnet ist. Der Rahmen (6) weist in Einbaulage einen jeweils gegenüber seiner Oberseite und/oder Unterseite überstehenden Steg auf, dergestalt, dass unter Eingliederung eines Dichtstoffes und/oder Klebstoffes ein definierter Spalt zum Boden und/oder dem Deckel hergestellt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batterieträger für ein Elektrokraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Anspruch 1.
Die Elektromobilität hat beim Einsatz von Kraftfahrzeugen immer mehr Relevanz bekommen. Hierbei werden Elektrokraftfahrzeuge ausschließlich durch elektrische Energie angetrieben. Zur Speicherung dieser elektrischen Energie in dem Elektrokraftfahrzeug sind Batterien, auch Akkumulatoren, Hochvoltbatterien oder Fahrbatterien genannt, notwendig, die einen erheblichen Volumenanteil sowie ein relativ hohes Eigengewicht aufweisen. Solche Batterien werden, damit eine hinreichende Energiemenge, beispielsweise zur Erlangung einer Reichweite von 300 km mit einer Batterieladung, gespeichert werden kann, im Unterflurbereich eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Die Batterien selbst sind in einem Batterieträger untergebracht, so dass diese zum einen gegen äußere Witterungseinflüsse geschützt sind, zum anderen ein Austreten von in den Batterien enthaltenen Stoffen an die Umwelt vermieden wird.
Aus dem Stand der Technik sind hierzu Batteriegehäuse bekannt, die aus Kunststoffwerkstoffen, Faserverbundwerkstoffen oder auch aus metallischen Werkstoffen hergestellt sind. Die Batterieträger werden auch als „Battery tray“ bezeichnet.
Ein solches Batteriegehäuse wird zumeist von unten an einem Kraftfahrzeug montiert und erstreckt sich maßgeblich über einen Großteil der Kraftfahrzeugbreite und ebenfalls einen Teil der Kraftfahrzeuglänge.
Das Batteriegehäuse besteht im Wesentlichen aus einem Batterieträger und einem Gehäusedeckel.
Ein Batterieträger zeichnet sich durch ein wannenförmiges Gehäuse aus, in welchem eine Mehrzahl von Batterien angeordnet wird. Damit eine entsprechende Steifigkeit des Batterieträgers gewährleistet ist, ist außen umlaufend ein Rahmen aus einem Hohlprofil, welcher zugleich auch als umlaufende Wand der Wanne fungieren kann, angeordnet. Ein Batterieträger ist im nicht sichtbaren Unterflurbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet. Die Anforderungen hinsichtlich Dichtigkeit sowie der Produktionstoleranzen sind hoch. Die Herstellungskosten des Batterieträgers unterliegen jedoch einem massiven Kostendruck.
Der wannenförmige Batterieträger eines Batteriegehäuses wird mitunter als Blechumformbauteil hergestellt. Eine gattungsbildende Druckschrift dazu ist die US 2016/0263639 A1 .
In den Eckbereichen ergeben sich hierbei jedoch Probleme beim Biegeumformen bzw. Tiefziehen hinsichtlich der Umformgrade jedoch auch der zu erreichenden Dichtigkeit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Batterieträger bereitzustellen, der hinsichtlich seines Fertigungsaufwandes gegenüber dem Stand der Technik bekannten Batterieträgern verbessert ist.
Der Batterieträger ist für ein Elektrokraftfahrzeug und weist eine Wanne auf. Die Wanne ist ausgebildet durch einen Boden sowie einen umlaufenden mit dem Boden gekoppelten Rahmen, wobei der Rahmen aus extrudierten Hohlprofilen ausgebildet ist und auf dem Rahmen ein Deckel angeordnet ist. Erfindungsgemäß zeichnet sich der Rahmen weiterhin dadurch aus, dass er in Einbaulage ein jeweils gegenüber seiner Oberseite und/oder Unterseite überstehenden Steg aufweist, dergestalt, dass unter Eingliederung eines Dichtstoffes und/oder Klebstoffes ein definierter Spalt zum Boden und/oder dem Deckel hergestellt ist.
Der Rahmen ist insbesondere aus extrudierten oder rollgeformten Hohlprofilen, insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung, vorzugsweise einer Aluminiumlegierung, hergestellt, diese werden nachfolgend auch Rahmenprofile genannt. Hierzu wird das Hohlprofil abgelängt zu einzelnen Profilstücken. Bei einem in Draufsicht viereckigen Batterieträger sind somit seitlich umlaufend vier Rahmenprofilstücke angeordnet. Alternativ kann aber der Rahmen auch aus einem oder mehreren in zumindest einer Ecke gebogenen Hohlprofilen gebildet sein.
Die Rahmenprofile sind im Querschnitt bevorzugt rechteckig oder quadratisch ausgebildet. In Einbausituation ist somit eine Oberseite sowie eine Unterseite bereitgestellt. Mit der Unterseite ist der Boden, insbesondere in Form eines Bodenbleches gekoppelt. Mit der Oberseite ist der Deckel, insbesondere ein Flansch des Deckels gekoppelt.
Damit nunmehr eine Dichtigkeit des Innenraums des Batterieträgers gegenüber der Umgebung hergestellt ist, wird im Zuge der Erstmontage der Rahmen mit dem Boden unter Eingliederung eines Dichtwerkstoffes gekoppelt. Alternativ oder ergänzend kann auch unter Eingliederung eines Klebstoffes der Rahmen mit dem Boden verklebt werden. Auch können sowohl ein Klebstoff als auch ein Dichtstoff eingesetzt werden. Gleiches gilt für die Oberseite mithin Kopplung von Rahmen und Deckel.
Damit nunmehr nicht unkontrolliert Dichtwerkstoff und/oder Klebstoff austritt bzw. bei der Montage durch Zusammenbringen der Flächen in unbeabsichtigter Weise weggedrückt wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein jeweils gegenüber der Oberseite überstehender Steg und/oder gegenüber der Unterseite überstehender Steg an dem Rahmenprofil ausgebildet ist. Der Steg dient somit als Abstandhalter. Der Steg ist insbesondere als Verlängerung der Außenseite der Rahmenprofile ausgebildet, somit erhöht er gleichzeitig die nach außen gerichtete Fläche und sorgt dazu, dass überschüssiger Dichtwerkstoff und/oder Klebstoff nach innen austritt und abdichtet. Durch die Höhe des Steges gegenüber der Oberseite bzw. Unterseite ist gleichsam auch die Höhe eines Spaltes definiert, es ergibt sich somit ein definierter Spalt. Die Höhe des Steges beträgt insbesondere 0,2 bis 5 mm, bevorzugt 0,5 bis 4 mm, besonders bevorzugt 1 bis 3 mm. Wird somit ein Dichtwerkstoff auf die Unterseite des Rahmens aufgetragen und der Rahmen mit dem Boden gekoppelt, beispielsweise verschraubt, so kommt das Bodenblech an dem Steg zur Anlage, wird jedoch nicht weiter an die Unterseite herangedrückt. In dem sich somit einstellenden Spalt verbleibt der Dichtwerkstoff und/oder Klebstoff und durch einen beim Auftragen gezielten zugefügten Überschuss kann sich der Klebstoff in dem Spalt verteilen und somit produktionssicher die Dichtigkeit des so hergestellten Batteriegehäuses herbeiführen.
Alle gemachten Ausführungen zur Kopplung von Rahmen und Boden gelten unabhängig davon auch zur Kopplung von Rahmen und Deckel.
Der erfindungsgemäße Batterieträger ist insbesondere als gebauter Batterieträger hergestellt. Hier wird insbesondere die Wanne gebaut und nicht wie aus dem Stand der Technik bekannt durch ein Tiefziehverfahren oder sonstiges Verfahren hergestellt, sondern durch eine Kopplung von Bodenblech mit Rahmen, wodurch die Wanne gebildet wird.
Der Batterieträger ist derart modular aufgebaut, dass weitere Schichten, insbesondere Funktionsschichten mit der Wanne gekoppelt sind. Somit ist insbesondere vorgesehen, dass in Einbaulage unter dem Bodenblech ein Kühlsystem angeordnet ist.
Die in der Wanne angeordneten Batterien stehen insbesondere auf dem Bodenblech auf. Evtl. Wärmeentwicklung in den Batterien wird somit durch Wärmeleitung an das Bodenblech abgegeben und durch das unterhalb des Bodenblechs angeordnete Kühlsystem abgeführt.
Zwischen Batterien und Bodenblech kann zur besseren Wärmeleitung eine Wärmeleitpaste oder Wärmeleitfolie flächig angeordnet sein.
Im Rahmen der Erfindung kann das Kühlsystem in bestimmten Betriebszuständen auch als Heizsystem dienen, insbesondere vor Fahrantritt bei sehr niedriger Außentemperatur. Kühlsystem bzw. Heizsystem stellen insofern einen Wärmetauscher dar.
Das Kühlsystem ist insbesondere derart ausgebildet, dass unterhalb des Bodenblechs eine Kühlkanalplatte angeordnet ist, dergestalt, dass zwischen Bodenblech und Kühlkanalplatte ein Kühlkanalsystem ausgebildet ist. Durch das Kühlkanalsystem kann dann ein Kühlmedium, beispielsweise ein fluides Medium oder auch ein Kühlgas geleitet werden und somit die aus den Batterien über den Boden abgeleitete Wärme abführen.
Bodenplatte und Kühlplatte können auch als Blechverbund beispielsweise durch einen Rollbondprozess gefolgt von einem Innendruckformen der Kühlkanalstruktur ausgebildet sein.
Ferner kann auf dem Rahmen ein Deckel angeordnet sein, wobei der Deckel bevorzugt einen umlaufenden, seitlich abstehenden Flansch aufweist. Der Flansch selbst liegt dann bevorzugt auf dem Rahmen bzw. der Oberseite des Rahmens auf und insbesondere erfindungsgemäß auf dem Steg auf, so dass zwischen Oberseite des Rahmens und Flansch des Deckels wiederum ein Dichtstoff und/oder Klebstoff eingegliedert ist. Der Deckel kann beispielsweise mit dem Rahmen verschraubt sein oder auch in anderer Weise mit dem Rahmen gekoppelt sein.
Der Rahmen selbst ist bevorzugt aus mehreren Rahmenprofilen ausgebildet. Vorzugsweise sind dies mindestens vier Rahmenprofile, eins die Vorderseite, eins die Rückseite, eins die linke Seite und eins die rechte Seite. Im Falle eines trapezförmigen oder auch mehreckigen Batterieträgers sind entsprechend mehr Rahmenprofilstücke verbaut. Die Rahmenprofilstücke sind in den sich ergebenden Eckbereichen miteinander gekoppelt. Hierzu sind insbesondere die Rahmenprofile miteinander verschweißt. Hierzu haben sich erfindungsgemäß zwei vorteilige Kopplungsvarianten herausgestellt. Zum einen können die Rahmenprofile auf Gehrung geschnitten sein und dann thermisch miteinander gefügt sein, beispielsweise durch Abbrennpunktschweißen.
Weiterhin vorteilig hat sich jedoch gezeigt, wenn ein Rahmenprofil eine Ausklinkung aufweist, die beispielsweise durch ein spanabhebendes Bearbeiten hergestellt ist. Das andere Rahmenprofil ist dann in die Ausklinkung eingreifend eingesetzt. Insbesondere die außen umlaufende Wand ist jedoch bis zur Ecke durchgehend bei beiden Rahmenprofilen ausgebildet. Beide Rahmenprofile sind dann vorzugsweise miteinander gekoppelt, insbesondere durch stoffschlüssiges Fügen. Dies ist insbesondere ein Verschweißen. Vorzugsweise ist umlaufend der gesamte Querschnitt im Eckbereich miteinander verschweißt.
In dem Rahmen selbst, also zum Innenraum des Batterieträgers hin, sind vorzugsweise Montagehalter angeordnet, zur Kopplung mit den Batterien. Die Montagehalter können beispielsweise selbst extrudierte Bauteile sein und mit dem Rahmen gekoppelt sein, beispielsweise wiederum durch stoffschlüssiges Fügen.
Somit kann zunächst der Rahmen hergestellt werden, dann mit dem Bodenblech gekoppelt werden und im Anschluss daran die Batterien in der sich ergebenden Wanne montiert werden. Dieses kann dann wiederum von dem Deckel verschlossen werden.
Weiter vorteilhaft sind zumindest die zwei seitlich außenliegenden Rahmenprofile, mithin an der linken und der rechten Fahrzeugseite, im Querschnitt derart ausgebildet, dass diese Nuten und/oder Sollknickstellen aufweisen. Bei einem Seitenanprall kann der Rahmen somit als Crashbox fungieren. Der Rahmen wird somit im Querschnitt beispielsweise bei einem Seitenaufprall bzw. Poltest deformiert und wandelt dabei Aufprallenergie in Umformarbeit um.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsweisen dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Batterieträger in perspektivischer Ansicht,
2 einen Längsschnitt entlang der Schnittlinie II-II aus 1,
3 eine Querschnittsansicht gemäß der Schnittlinie III-III aus 1,
4 bis 7 eine jeweilige Explosivdarstellung während des Montage vorgangs für einen erfindungsgemäßen Batterieträger,
8 eine perspektivische sowie kombinierte Schnittansicht des Bodenblechs mit aufgesetztem Rahmen sowie darunter angeordneten Hohlprofilen,
9 eine Detailquerschnittsansicht eines Randbereiches durch einen erfindungsgemäßen Batterieträger,
10 bis 14 das Herstellen einer Schweißverbindung in einem Eckbereich mit optionaler Dichtraupe,
15 eine erfindungsgemäß hergestellte Haube,
16 eine erfindungsgemäß hergestellte Haube mit zusätzlicher Stufe in einer Seitenwand,
17 eine Längsschnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A aus 16,
18 eine alternative Ausgestaltungsvariante einer erfindungs gemäßen Haube,
19a bis 19f verschiedene Querschnittsansichten des umlaufenden Rahmens,
20 eine perspektivische Ansicht auf einen Batterieträger von unten,
21 eine Detailansicht auf einen Batterieträger von unten mit Hitzeschutzblech,
22 die Herstellung einer Wanne als Faltwanne mit in der Seitenwand integrierten Stufe.

In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Batterieträger 1 in perspektivischer Ansicht. Der Batterieträger 1 weist eine, auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z bezogen, oben liegende Haube 2 auf. Die Haube 2 selbst hat einen Boden 3 sowie eine umlaufende Seitenwand 4 und einen gegenüber der Seitenwand 4 abstehenden Flansch 5. Die Haube 2 übergreift damit einen umlaufenden Rahmen 6, wobei der Rahmen 6 auf einem Bodenblech 7 aufliegt. Unterhalb des Bodenbleches 7 sind Hohlprofile 8 angeordnet. Die Hohlprofile 8 verlaufen im Wesentlichen in Kraftfahrzeugquerrichtung Y und decken den Batterieträger von unten flächig ab. In der Mitte können die Hohlprofile 8 ebenfalls von einem Mittelprofil 9 unterbrochen sein. Unter dem Mittelprofil 9 kann beispielsweise ein nicht näher dargestellter Abgasstrang in einem ausgenommenen Bereich 10 angeordnet werden. Seitlich sind Befestigungslaschen 11 angeordnet. Die Befestigungslaschen 11 selbst können beispielsweise als Strangpressprofilbauteile oder auch Gussbauteile hergestellt sein. Die Befestigungslaschen 11 selbst sind mit dem Batterieträger 1 insbesondere verschraubt und dienen der Koppelung mit einem nicht näher dargestellten Fahrzeug. Hierfür vorgesehene Schraubverbindungen 12 sind dann mit dem umlaufenden Rahmen 6 gekoppelt.
2 zeigt einen Längsschnitt entlang der Schnittlinie II-II aus 1. Hier zu erkennen ist, dass die Haube 2 als Umformbauteil mit dem Boden 3, der umlaufenden Seitenwand 4 und wiederum von der Seitenwand 4 ein umlaufend abstehender Flansch 5 ausgebildet ist. Zusätzlich weist der Flansch 5 eine Stufe 14 bzw. Falz auf, die gegenüber dem Flansch 5 im Wesentlichen um 90° abstehend orientiert ausgebildet ist. In einem Innenraum 15 des Batterieträgers 1 sind schematisch angedeutet Batterien 16 angeordnet. Die Batterien 16 stehen auf einem Bodenblech 7 auf. Unterhalb des Bodenblechs 7, bezogen auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z, ist eine Kühlkanalplatte 17 angeordnet. Die Kühlkanalplatte 17 weist Ausformungen 18 auf, dergestalt, dass zwischen Bodenblech 7 und Kühlkanalplatte 17 Kühlkanäle 19 zur Durchleitung eines Fluides ausgebildet sind. Die auf dem Bodenblech 7 angeordneten Batterien 16 geben somit entstehende Wärme an das Bodenblech 7 ab, welche wiederum von dem Kühlmedium in den Kühlkanäle 19 abgeführt wird. Das Bodenblech 7 selbst ist dann mit dem Rahmen 6 gekoppelt. Der Rahmen 6 selbst weist unten und oben jeweils einen Abstandsbuckel 20 auf. Ein zwischen Rahmen 6 und Bodenblech 7 entstehender Spalt 21 kann somit mit zusätzlichem Dicht- und/oder Klebstoff aufgefüllt werden. Durch den Abstandsbuckel 20 ist ein elektrisch leitender Kontakt zwischen Rahmen 6 und Bodenblech 7 gegeben. Ebenfalls weist der Rahmen 6 einen Abstandsbuckel 20 zum Flansch 5 der Haube 2 auf. Auch ein hier entstehender Spalt 21 kann mit einem Kleb- und/oder Dichtstoff ausgefüllt werden.
Auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z bezogen unterhalb des Bodenblechs 7 bzw. der Kühlkanalplatte 17 sind ferner die Hohlprofile 8 angeordnet. Die Hohlprofile 8 erstrecken sich mit dem Verlauf ihrer Hohlkammern 23 in Kraftfahrzeugquerrichtung Y. Die Hohlprofile 8 können über ein Nut- und Federstecksystem 22 untereinander gekoppelt sein. Die Hohlprofile 8 decken somit flächig den annähernd gesamten Boden ab. Die Hohlkammern 23 bilden somit einen Raum, um auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z bezogen von unten kommende Schläge im Falle eines Aufsetzens auf einem Untergrund zu dämpfen bzw. entstehende Crashenergie optional abzubauen, um die Batterien 16 vor Beschädigungen zu schützen.
3 zeigt eine Querschnittsansicht gemäß der Schnittlinie III-III aus 1. Auch hier sind die einzelnen Batterien 16 zu erkennen, welche auf dem Bodenblech 7 aufliegen, wobei unterhalb des Bodenbleches 7 dann entstehende Wärme über Kühlkanäle 19 abgeführt wird. Die Hohlprofile 8 verlaufen in Kraftfahrzeugquerrichtung Y nicht durchgehend, sondern sind von dem Mittelprofil 9 unterbrochen. In dem ausgenommenen Bereich 10 des Mittelprofils 8 kann beispielsweise ein nicht dargestellter Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein. Jeweils zu erkennen ist, dass der Rahmen 6 außen umlaufend ist und den Flansch 5 der Haube 2 sowie das Bodenblech 7 miteinander koppelt.
4 zeigt einen Montagevorgang für einen erfindungsgemäßen Batterieträger 1. Zunächst werden die in Kraftfahrzeugquerrichtung Y verlaufenden Hohlprofile 8 sowie das Mittelprofil 9 angeordnet. Hierauf dargestellt ist dann ein umlaufender Rahmen 6 aufgesetzt. In dem Rahmen 6 selbst sind Befestigungsprofile in Form von Aufnahmeblöcken 27 angeordnet zur Koppelung mit nicht näher dargestellten Batterien.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht in einem weiteren Fertigungsschritt, wobei hier die Kühlkanalplatte 17 aufgesetzt ist und linienförmig bzw. kanalförmig die Ausformungen 18 in dieser angeordnet sind.
6 zeigt das darauf angeordnete Bodenblech 7, welches einen ebenen Untergrund zur Aufnahme von in 7 dargestellten Batterien 16 bildet. Zu erkennen ist, dass die dargestellte Batterie 16 mit den Aufnahmeblöcken 27 gekoppelt ist.
8 zeigt dazu noch einmal eine Schnittansicht. Zu erkennen sind die zwischen Bodenblech 7 und Kühlkanalplatte 17 entstandenen Kühlkanäle 19 sowie die unterhalb der Kühlkanäle 19 angeordneten Hohlprofile 8.
9 zeigt eine Detailansicht. Zu erkennen ist der umlaufende Rahmen 6 mit seinem auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z oben und unten überstehenden Abstandsbuckel 20. Die dazwischen entstehenden Spalte 21 können mit einem nicht näher dargestellten Dicht- und/oder Klebstoff ausgefüllt sein. Die Hohlprofile 8 sind von unten das Bodenblech 7 sowie die Kühlkanalplatte 17 durchgreifend mit Schrauben 28 mit dem Rahmen 6 verschraubt. Hier kann zusätzlich dann einen seitliche Abdeckplatte 54 angeordnet sein, welche die Hohlprofile 8 seitlich verschließt.
15 zeigt eine Haube 2 in einer Teilansicht von unten in einem Bereich einer entstehenden Ecke. Eine Öffnung zeigt somit auf die Bildebene bezogen nach oben. Zunächst ist ein nicht dargestellter Blechplatinenzuschnitt bereitgestellt worden und dann die Haube 2 als Faltbauteil durch Umformen des Blechplatinenzuschnitts hergestellt. Hierzu sind die Seitenwände 4 sowie die Flansche 5 jeweils gefaltet bzw. abgekantet und kommen dann im Bereich der Ecke 30 gemäß 10 zur Anlage.
Diese sind jedoch noch nicht verbunden. Eine umlaufende Seitenwand 4 ist ausgebildet durch vier Seitenwände 4 bzw. Seitenwandabschnitte, die sich jeweils in einem Eckbereich 29 treffen. Gegenüber den Seitenwänden 4 steht außen umlaufend ein Flansch 5 seitlich ab.
Erfindungsgemäß ist die Wanne als Faltwanne ausgebildet bzw. hergestellt. 10 zeigt einen solchen nach dem Falten entstandenen Eckbereich 29. Diesen Eckbereich 29 sowie auch insbesondere die untere Ecke 30 dichtzuschweißen, was gleichsam auch für den außen abstehenden Teil des Flansches 5 gilt, ist problematisch.
11 zeigt hier einen erfindungsgemäßen Lösungsansatz. Es wird eine Schweißnaht 32 von innen nicht in der Ecke 30 beginnend, sondern mit einem Versatz 33 aus der Ecke 30 in einem Übergangsbereich von Boden 3 zu Seitenwand 4 beginnend eine durchgehende Schweißnaht 32 über die Ecke 30 und den Eckbereich 29 gezogen, die sich bis zum äußeren Teil des Flansches 5 erstreckt. Die Schweißnaht wird mittels MIG Schweißen hergestellt.
12 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung. Hier ist zunächst der außen abstehende Bereich des Flansches 5 beider Seitenwände 4 im Bereich der Eckverbindung nach außen erweitert bzw. weiter abstehend ausgebildet. Die Schweißnaht 32 wird dann bis zum äußeren Ende 34 der nach außen weiter abstehenden Flansche 5 durchgezogen.
Im Anschluss wird der Flansch 5 gemäß 13a und 13b entlang einer Schnittlinie 35 mechanisch bearbeitet durch Trennen oder sonstiges abrasives oder mechanisches Verfahren, so dass sich eine glatte äußere umlaufende Kante 36 des Flansches 5 ergibt, der gerade auch im Bereich der Schweißnaht des Flansches 5 eine hohe Verbindungsqualität aufweist. Schweißnahtfehler zu Beginn und Ende des Schweißvorganges werden somit erfindungsgemäß vermieden.
14 zeigt eine ergänzende Ausgestaltungsvariante. Hier wird zusätzlich auf die Schweißnaht 32 zumindest längenabschnittsweise von innen ergänzend eine Dichtraupe 37 aufgetragen.
16 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante eines eigenständigen Erfindungsgedankens. Hier ist eine Haube 2 eines Batterieträger 1 dargestellt. Diese ist ebenfalls als Faltbauteil hergestellt und weist einen Boden 3 sowie eine umlaufende Seitenwand 4 auf. Die Seitenwand 4 hat vier Seiten bzw. Seitenwandabschnitte, die in einem jeweiligen Eckbereich 29 nach dem Faltvorgang miteinander gefügt sind. Erfindungsgemäß ist nunmehr an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 4, bezogen auf die Bildebene links und rechts, jeweils eine zusätzliche Stufe 38 mit eingeformt. Gut zu erkennen ist dies auch nochmals in der Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie A-A in 17. Die Stufe 38 ermöglicht es, in der Haube 2 bzw. Wanne eine Montagemöglichkeit von Batteriemodulen vorzunehmen. Ferner versteift die Stufe 38 die entsprechende Seitenwand 4.
18 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung. Hier ist an drei Seiten der umlaufenden Seitenwand 4 die Stufe 38 ausgebildet. Es sind Stanzmuttern 39 auf der Stufe 38 angeordnet bzw. in diese eingebracht, so dass in 18 nicht näher dargestellt Batterien bzw. Batteriemodule in der Wanne bzw. Haube 2 befestigt werden können.
19a bis 19f zeigen verschiedene Querschnittsansichten des umlaufenden Rahmens 6. 19a zeigt den Rahmen 6 in einer Querschnittsansicht. Zu erkennen sind sowohl oben als auch unten angeordnete Abstandsbuckel 20. Die Abstandsbuckel 20 können auch als Schildrand bezeichnet werden. Es ergibt sich somit eine außen liegende Prallfläche 40, welche in Kraftfahrzeugquer- bzw. Längsrichtung X, Y orientiert ist, so dass diese mit einem aufprallenden Gegenstand zuerst in Kontakt tritt. In einem Obergurt 41 und einem Untergurt 42 sind Sollknickstellen 43 ausgebildet. Die Sollknickstellen 43 indizieren dabei eine entsprechende Verformung. An einem zu einem inneren Bereich des Battery trays angeordneten Stehgurt 44 können optional ein Nut 45 und eine Feder 46 ausgebildet sein. Auch könnte hier ein weiterer nicht näher dargestellter Abstandsbuckel ausgebildet sein. Insbesondere ist der Rahmen bzw. das Profil zur Herstellung des Rahmens durch Extrusion hergestellt.
19b zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante, in welcher die Sollknickstellen 43 nicht im Bereich einer inneren Hohlkammer 47 angeordnet sind, sondern außen angeordnet sind.
19c zeigt eine Alternative, bei welcher die Hohlkammer 47 größer ausgebildet ist und der Stehgurt 44 in seiner Massivität geringer ausgebildet ist.
19d zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante mit in jedem Obergurt 41 und Untergurt 42 angeordneten drei Hohlkammern 47. Zwei Hohlkammern sind außen angeordnet, eine Hohlkammer 47 ist innen angeordnet. Die Hohlkammern 47 dienen somit bei einem Aufprall in Kraftrichtung F als Trigger, um eine gezielte Deformation bzw. Faltenwurf zu ermöglichen.
Gemäß der Ausgestaltungsvariante von 19e ist ferner die Hohlkammer 47 derart ausgebildet, dass zwei Spitzen 48 in Richtung der Prallfläche 40 mit einer jeweils oben und unten angeordneten Spitze 48 in Richtung der Prallfläche 40 erstreckt. Auch hierdurch kann ein gezieltes Deformieren im Falle eines Aufpralls in Kraftrichtung F beeinflusst werden.
19f zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante, bei welcher insgesamt fünf Sollknickstellen 43 in jeweils Obergurt 41 und Untergurt 42 eingebracht sind. Hierdurch kann das Faltverhalten gezielt beeinflusst werden. Der Rahmen 6 arbeitet somit nach dem Prinzip einer Crashbox, insbesondere bei seitlicher Intrusion von Gegenständen in den Battery tray.
20 zeigt das Gesamtsystem des Batterieträgers von unten. In dem ausgenommenen Bereich 10, welcher auch als Mitteltunnel 49 bezeichnet werden kann, kann somit ein nicht näher dargestellter Abgasstrang geführt werden.
Gemäß 21 ist in diesem Mitteltunnel 49 ein Hitzeschutzblech 50 angeordnet. Das Hitzeschutzblech 50 selbst übergreift mit einem Flansch 51 die jeweiligen Hohlkammern 8. Das Hitzeschutzblech 50 ist dann im Bereich des Mitteltunnels 49 mit zwei im Querschnitt dreieckförmigen Hohlkammern 52 sowie einem in der Mitte diese verbindenden Steg 53 ausgebildet. Das Hitzeschutzblech 50 ist insbesondere als Extrusionsbauteil ausgebildet. Der Steg 53 weist dazu bevorzugt eine Wandstärke zwischen 4 mm und 5 mm, insbesondere 4,5 mm auf, die dreieckförmigen Hohlkammern 52 weisen eine Wandstärke im Bereich von 3,5 mm bis 4,5 mm, insbesondere 4 mm auf und der Flansch 51 weist eine Wandstärke von 2,5 mm bis 3,5 mm, insbesondere 3 mm auf. Das Hitzeschutzblech 50 dient somit gleichzeitig als Lastpfad in Kraftfahrzeugquerrichtung Y.
22 zeigt eine erfindungsgemäße Wanne 55. Die Wanne 55 hat ein Bodenblech 56 und eine umlaufende Seitenwand 4. Seitenwand 4 und Bodenblech 56 sind einstückig und werkstoffeinheitlich hergestellt durch Ausschnitt einer Platine und anschließendes Falten der Platine. Die auf die Bildebene bezogen vordere Seite 4v der Seitenwand 4 und hintere Seite 4h der Seitenwand 4 sind jeweils für sich glatt ausgebildet. Die auf die Bildebene bezogen linke Seite 4l der Seitenwand 4 und die rechte Seite 4r der Seitenwand 4 sind mit einer zusätzlichen Stufe 57 ausgebildet. Die Stufe 57 ist eingeformt und dient als Auflagefläche für in der Wanne 55 angeordnete Batteriemodule und/oder zur zusätzlichen Versteifung. Die vordere Seite 4v der Seitenwand 4 wird in einem folgenden Fertigungsschritt nach oben abgeklappt und dann mit der Seite 4l und Seite 4r in den entstehenden Eckbereichen verschweißt. Ferner ist dargestellt ein Biegebereich 58 zwischen Bodenblech 56 und Seitenwand 4. Dieser ist erfindungsgemäß mit einem besonders kleinen Biegeradius bezogen auf die Dicke bzw. Wandstärke W der Blechplatine hergestellt. Dies ist aufgrund der Falttechnik möglich.
Die hier dargestellte Wanne 55 kann auch als Haube im Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwendet werden. In diesem Fall ist weiter vorstellbar, dass die Stufen die Haube selbst und im montierten Zustand auch den Batterieträger versteifen. Somit könnten die Hohlprofile des Rahmens 3 leichter und/oder dünner ausgeführt werden oder sogar gänzlich entfallen.
Bezugszeichenliste

1 -: Batterieträger
2 -: Haube
3 -: Boden
4 -: Seitenwand
5 -: Flansch
6 -: Rahmen
7 -: Bodenblech
8 -: Hohlprofil
9 -: Mittelprofil
10-: ausgenommener Bereich
11 -: Befestigungslasche
12 -: Schraubverbindung
14 -: Stufe
15 -: Innenraum
16 -: Batterie
17 -: Kühlkanalplatte
18 -: Ausformung zu 17
19 -: Kühlkanäle
20 -: Abstandsbuckel
21 -: Spalt
22 -: Nut- und Federstecksystem
23 -: Hohlkammern
27 -: Aufnahmeblock
28 -: Schraube
29 -: Eckbereich
30 -: Ecke
31 -: Teil zu 5
32 -: Schweißnaht
33 -: Versatz
34 -: äußeres Ende
35 -: Schnittlinie
36 -: äußere Kante
37 -: Dichtraupe
38 -: Stufe
39 -: Stanzmutter
40 -: Prallfläche
41 -: Obergurt
42 -: Untergurt
43 -: Sollknickstelle
44 -: Stehgurt
45 -: Nut
46 -: Feder
47 -: Hohlkammer
48 -: Spitze
49 -: Mitteltunnel
50 -: Hitzeschutzblech
51 -: Flansch
52 -: dreieckförmige Hohlkammer
53 -: Steg
54 -: Abdeckplatte
55 -: Wanne
56 -: Bodenblech
57 -: Stufe
58 -: Biegebereich
Z -: Kraftfahrzeugvertikalrichtung
Y -: Kraftfahrzeugquerrichtung
K -: Kraftrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0263639 A1 [0007]

Claims

Batterieträger (1) für ein Elektrokraftfahrzeug, aufweisend eine Wanne, ausgebildet durch einen Boden (2) sowie einen umlaufenden mit dem Boden (2) gekoppelten Rahmen (6), wobei der Rahmen (6) aus extrudierten oder rollgeformten Hohlprofilen (8) ausgebildet ist und auf dem Rahmen (6) ein Deckel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (6) in der Einbaulage einen jeweils gegenüber seiner Oberseite und/oder Unterseite überstehenden Steg aufweist, dergestalt, dass unter Eingliederung eines Dichtstoffes und/oder Klebstoffes ein definierter Spalt zum Boden und/oder zu dem Deckel hergestellt ist.
Batterieträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bodenblech (7) vorgesehen ist, mit einem in Einbaurichtung darunter angeordnetem Kühlsystem.
Batterieträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Bodenbleches (7) eine Kühlkanalplatte (17) angeordnet ist, dergestalt, dass zwischen Bodenblech (7) und Kühlkanalplatte (17) ein Kühlkanalsystem ausgebildet ist.
Batterieträger nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Bodenbleches (7), insbesondere unterhalb der Kühlkanalplatte (17) quer zur Fahrtrichtung verlaufend Hohlprofile (8) angeordnet sind.
Batterieträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Rahmen (6) ein Deckel angeordnet ist, wobei der Deckel bevorzugt einen umlaufenden Flansch aufweist und mit dem Flansch auf dem Rahmen (6) aufliegt.
Batterieträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (5) des Deckels einen nach unten, den Rahmen (6) umgreifenden Kragen bzw. Stufe (14) aufweist, mit welchem er den Rahmen (3) übergreift.
Batterieträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (6) in den Eckbereichen durch eine umlaufende Schweißnaht dicht miteinander verschweißt ist.
Batterieträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenprofile wenigstens in einer Ecke durch elektrisches Widerstandschmelzschweißen oder Widerstandpressschweißen, insbesondere Abbrennstumpfschweißen, dicht gefügt sind.
Batterieträger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Rahmenprofile in wenigstens einem Eckbereich eine Ausklinkung aufweisen, dergestalt, dass zwei Rahmenprofile in dem Eckbereich ineinander greifen und die Außenwand eines der Rahmenprofile eine Stirnseite des anderen Rahmenprofils verschließt.
Batterieträger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Rahmenprofile in einem Eckbereich einen Gehrungsschnitt aufweisen, dergestalt, dass zwei Stirnseiten der Rahmenprofile aneinander stoßen.
Batterieträger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rahmen (6) bzw. an dem Rahmen (6) an einer Innenseite, Montagehalter zur Koppelung mit Batterien angeordnet sind.
Batterieträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenblech und optional die Kühlkanalplatte von unten durch einen Schraubbolzen durchgriffen sind, wobei der Schraubbolzen in das Hohlprofil des Rahmens eingeschraubt ist.
Batterieträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (6) im Querschnitt Nuten und/oder Sollknickstellen aufweist, dergestalt, dass bei einem Seitenanprall der Rahmen als Crashbox fungiert.