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Die Erfindung betrifft ein Unterbodenmodul für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, sowie eine Verwendung einer Tragstruktur.
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Der Fokus liegt vorliegend insbesondere auf teilweise oder vollständig elektrifizierten Fahrzeugen. Diese benötigen geeignete Anordnungsräume zur Unterbringung der notwendigen Energiespeicher, wobei es dabei insbesondere um elektrische Energiespeicher geht, wie Lithiumionenbatterien/-Akkumulatoren. Deren Integration gestaltet sich zunehmend schwieriger, da durch die steigenden Anforderungen hinsichtlich der Reichweite der Fahrzeuge der benötigte Bauraum immer größer wird. Problematisch ist in diesem Zusammenhang auch, dass die Speicherelemente sehr schwer sind. Die
DE 10 2017 011 994 B3 schlägt eine Befestigungsanordnung einer Energiespeichereinheit an einem Aufbau eines Kraftfahrzeugs vor, bei welcher die Energiespeichereinheit einen zerstörungsfrei lösbar an dem Aufbau befestigten Tragrahmen und eine Mehrzahl von an dem Tragrahmen befestigten Speichermodulen zum Speichern von elektrischer Energie aufweist, wobei zwischen zumindest zwei benachbart angeordneten der Speichermodule ein Freiraum vorgesehen ist, in welchen wenigstens ein in einer Fahrzeughochrichtung nach unten weisenden Seite eines Bodens des Aufbaus vorgesehenes Halteelement hineinragt, an welchem der Tragrahmen befestigt ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Unterbodenmodul, ein Kraftfahrzeug sowie eine Verwendung einer Tragstruktur anzugeben, welche die bekannten Konzepte weiterentwickeln und sich dabei insbesondere durch einen einfachen Aufbau und ihre hohe Flexibilität auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Unterbodenmodul gemäß Anspruch 1, durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 13 sowie durch eine Verwendung gemäß Anspruch 15 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Unterbodenmodul für ein Kraftfahrzeug ein linkes Seitenelement und ein rechtes Seitenelement, wobei sich die Seitenelemente entlang einer Längsrichtung erstrecken und endseitig durch Querelemente verbunden sind, wodurch eine obere Kontaktfläche und eine untere Kontaktfläche gebildet sind, wobei an der oberen Kontaktfläche ein Bodenelement angeordnet ist und wobei an der unteren Kontaktfläche ein Deckelelement angeordnet oder anordenbar ist, wodurch zwischen dem Bodenelement und dem Deckelelement ein Anordnungsraum gebildet oder bildbar ist und wobei das Bodenelement gasdicht angeordnet ist. Die Längsrichtung entspricht einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Mit Vorteil wird also nach oben hin, in Richtung eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs, eine Gasdichtigkeit bereitgestellt. Bevorzugt handelt es sich vorliegend um einen Personenkraftwagen. Die Seitenelemente können parallel zur Längsrichtung ausgerichtet sein oder alternativ auch schräg. Grundsätzlich können die Seitenelemente wie auch die Querelemente als gerade oder im Wesentlichen gerade Träger ausgebildet sein, welche zusammen einen, insbesondere umlaufenden, Rahmen formen, wobei der Rahmen die obere Kontaktfläche sowie die untere Kontaktfläche formt oder aufweist. Der Rahmen bzw. das Bodenelement erstrecken sich zwischen einer Vorderachse und einer in Fahrzeuglängsrichtung dahinter angeordneten Hinterachse des entsprechenden Kraftfahrzeugs.
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Besonders vorteilhaft formt die obere Kontaktfläche eine obere Dichtebene oder Dichtfläche, wobei die untere Kontaktfläche eine untere Dichtebene bzw. Dichtfläche formt. Mit Vorteil sind die obere Dichtebene und/oder die untere Dichtebene also eben bzw. flach oder planar ausgebildet und weisen mit Vorteil keine dreidimensionale Struktur auf. Dies hat insbesondere den Vorteil, die hohen Anforderungen hinsichtlich der Dichtheit, insbesondere hinsichtlich der Gasdichtheit, zu realisieren.
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Zweckmäßigerweise ist das Deckelelement lösbar und flüssigkeitsdicht an der unteren Dichtfläche bzw. an der unteren Kontaktfläche befestigt bzw. befestigbar.
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Das Unterbodenmodul weist also mit Vorteil zwei Dichtigkeitszonen auf. Die erste Dichtigkeitszone ist nach oben, in Richtung eines Fahrzeuginnenraums, gerichtet. Die zweite Dichtigkeitszone, welche über das Deckelelement bereitgestellt wird, schützt beispielsweise bei einem zeitweiligen Untertauchen des Fahrzeugs, wie es bei einer Wasserdurchfahrt auftreten kann, gegen Strahlwasser und erhöhten Wasserdruck, wie er bei der Fahrzeugwäsche mittels Dampfstrahler, auftreten kann, sowie gegen Bewurf durch Schlamm, Steine, Staub und Schnee (Salzwasser). Auch gegen die Unterbodenwäsche in einer Waschstraße ist ein bestmöglicher Schutz sichergestellt.
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Die Gasdichtigkeit nach oben hin ermöglicht insbesondere die sichere Anordnung von Energiespeicherelementen, wie beispielsweise Batterien oder Akkumulatoren. So kann z. B. im Falle eines Zelldefekts (vgl. thermal propagation) das dabei entstehende Gas nicht in den (Fahrzeug-)Innenraum gelangen.
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Zweckmäßigerweise trägt das Deckelelement zumindest einen Energiespeicher, insbesondere einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere eine Speicherzelle bzw. zumindest eine Speicherzelle. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform trägt das Deckelelement einen oder den Hochvoltspeicher des jeweiligen Kraftfahrzeugs, wobei der Hochvoltspeicher eine Vielzahl von Einzelzellen umfasst, welche auf dem Deckelelement angeordnet und verschaltet sind.
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Das Unterbodenmodul kann als ein Speichermodul verstanden werden, in welchem eine Vielzahl von Einzelzellen angeordnet und verschaltet ist. Zweckmäßigerweise stellt es einen integralen Bestandteil, insbesondere einen tragenden Bestandteil, des Fahrzeugs dar. Alternativ oder zusätzlich können in dem Anordnungsraum auch andere Komponenten, neben den Speicherelementen, angeordnet sein, beispielsweise eine (Leistungs-)Elektronik, entsprechende Kabel- und Leiterelemente etc.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der Hochvoltspeicher vollständig auf dem Deckelelement vormontiert. Das so bestückte Deckelelement kann vorteilhafterweise als Einheit hochgehoben und von unten an der unteren Kontaktfläche befestigt werden. Umgekehrt ist eine einfache Demontage des Hochvoltspeichers möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Tragstruktur, insbesondere ein Montage-/Demontagerahmen, zur Montage und Demontage des zumindest einen Energiespeichers, insbesondere der Energiespeicherelemente, verwendet. Eine Anordnung bzw. Befestigung des zumindest einen Energiespeichers, insbesondere der Energiespeicherelemente, erfolgt hierbei mit Vorteil an Zwischenträgern, welche nachfolgend noch beschrieben werden.
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Weiter alternativ oder zusätzlich kann der Anordnungsraum auch zur Anordnung bzw. Unterbringung alternativer und/oder weiterer Speicherelemente, wie beispielsweise Speicherelemente für flüssige oder gasförmige Kraftstoffe, genutzt werden. Gemäß einer Ausführungsform dient der Anordnungsraum zur Unterbringung eines Gastanks, wie eines Synthesegastanks, eines Erdgastanks oder eines Wasserstofftanks.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bodenelement ausgelegt, direkt bzw. unmittelbar den Boden eines Fahrzeuginnenraums zu bilden. Mit Vorteil sind auf dem Bodenelement direkt bzw. unmittelbar, insbesondere von oben, eine oder mehrere Sitzschienen montiert. Durch die Gasdichtigkeit ist der Fahrgastraum zweckmäßigerweise sicher geschützt.
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Gemäß einer Ausführungsform weist zumindest ein Querelement zumindest eine Öffnung oder Ausnehmung auf, welche einen Zugang in den Anordnungsraum formt oder bereitstellt. Zweckmäßigerweise ist die Öffnung oder Ausnehmung entsprechend abgedichtet, insbesondere auch gasdicht oder zumindest flüssigkeitsdicht. Gemäß einer Ausführungsform werden über die Öffnung bzw. Ausnehmung Kabel- oder Leiterelemente heraus bzw. in den Anordnungsraum hinein geführt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen den Seitenelementen eine Vielzahl von Zwischenträgern entlang der Längsrichtung beabstandet angeordnet, wobei das Bodenelement bevorzugt auch an den Zwischenträgern befestigt ist. Dies erhöht mit Vorteil die Steifigkeit des Rahmens. Mit Vorteil wirken die Zwischenträger auch im Crashfall unterstützend, sowohl bei Front- und Heck- wie auch beim Seitencrash. Die Zwischenträger erstrecken sich gemäß einer Ausführungsform also im Wesentlichen quer zur Längsrichtung, können aber auch entlang oder der schräg zu dieser verlaufen. An den Zwischenträgern können auch die vorgenannten Sitzschienen befestigt sein. Die Zwischenträger können mit dem Rahmen form- und/oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Nieten und/oder Schrauben, befestigt sein. Alternativ oder zusätzlich sind sie stoffschlüssig angebunden, insbesondere verschweißt, gemäß einer Ausführungsform beispielsweise punktverschweißt. Weiter bevorzugte Verbindungstechniken umfassen Laserschweißen, insbesondere auch Laser-Punktschweißen, und/oder Löten, insbesondere CMT-Löten (Cold Metal Transfer) bzw. CMT-Braze.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Energiespeicher an einem oder mehreren der Zwischenträger, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig befestigt. Zweckmäßigerweise sind eine Vielzahl von Energiespeichern an den Zwischenträgern befestigt. Gemäß einer Ausführungsform werden die Energiespeicher, insbesondere eine Vielzahl von Einzelzellen, auf der vorgenannten Tragstruktur angeordnet, insbesondere vorkonfektioniert, verschaltet und geprüft, mittels der Tragstruktur in den Anordnungsraum gehoben und dort, insbesondere an den Zwischenträgern, befestigt. Die Tragstruktur wird im Anschluss entfernt und der Anordnungsraum wird durch Anordnung des Deckelelements geschlossen.
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Sowohl das Bodenelement wie auch das Deckelelement können mit Vorteil aus einem Kunststoff- und/oder Metallwerkstoff hergestellt sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich sowohl bei dem Bodenelement als auch bei dem Deckelelement um ein (gewalztes) Blech, beispielsweise aus Aluminium oder Stahl bzw. aus einer Aluminiumlegierung oder einer Stahllegierung. Zweckmäßigerweise kann das Blech versteift sein, beispielsweise durch geeignete Umformverfahren. Gemäß einer Ausführungsform weist das Blech Sicken und/oder Kanten auf, welche geeignet sind, das Blech als solches zu versteifen und/oder lokale Anbindungs - und/oder Anlageflächen bzw. Dichtflächen bereitzustellen. Typische Kunststoffwerkstoffe sind bevorzugt verstärkte Kunststoffe, insbesondere faserverstärkte Kunststoffe, wie kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, glasfaserverstärkte Kunststoffe etc.
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Zweckmäßigerweise sind das Deckelelement, wie auch das Bodenelement, im Bereich der Kontaktflächen eben ausgebildet.
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Die Seitenelemente, die Querelemente, wie auch die Zwischenträger können ebenfalls aus Kunststoff und/oder aus Metall gefertigt sein. Typische Metallwerkstoffe sind auch hier Aluminium und/oder Stahl sowie deren Legierungen. Typische Kunststoffwerkstoffe sind ebenfalls bevorzugt verstärkte Kunststoffe, insbesondere faserverstärkte Kunststoffe, wie kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, glasfaserverstärkte Kunststoffe etc.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Seitenelemente, die Querelemente und ggf. die Zwischenträger formschlüssig und/der stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig gefügt bzw. verbunden, um den Rahmen zu formen. Die Verbindungsstellen sowie die verschiedenen Elemente und Träger sind insbesondere gasdicht ausgebildet.
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Das Bodenelement wird auf dem Rahmen und die dadurch geformte obere Kontaktfläche formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig, insbesondere gasdicht, befestigt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Bodenelement mit den Seitenelementen und den Querelementen, ggf. auch mit den vorgenannten Zwischenträgern, verklebt sowie verschraubt und/oder vernietet oder stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt und/oder verlötet. Zweckmäßigerweise wird eine stoffschlüssige Verbindung, wie Kleben, mit einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung kombiniert.
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Bevorzugte Klebstoffe sind chemisch aushärtend Systeme auf 1K oder 2K Basis also kalt- oder warmhärtende Strukturklebstoffe. Die Reaktionstemperatur derartiger Klebstoffe liegt z. B. in einem Bereich von 20-40 °C bzw. 180-190 °C.
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Bevorzugte stoffschlüssige Verbindungstechnologien sind Schweissverfahren, insbesondere Schmelzschweißverfahren, wie Lichtbogenschweißen, Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Widerstandspunktschweissen, Plasmaschweissen oder Rührreibschweißen. Als weitere stoffschlüssige Verbindungstechnologie eignet sich auch das Schweiss-Löten, da hier beispielsweise Aluminium- und Stahlwerkstoffe kombiniert werden können. Für die Verbindung bzw. Anbindung des Bodenelements kann gemäß einer Ausführungsform mit Vorteil insbesondere auch ein Pressschweißverfahren verwendet werden, beispielsweise Reibschweißen, insbesondere Rührreibschweißen.
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Bevorzugt wird als Korrosionsschutz die kathodische Tauchlackierung (KTL) verwendet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Seitenelemente, die Querelemente und ggf. die Zwischenträger stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt und/oder verlötet, um den Rahmen zu formen. Gemäß einer Ausführungsform sind auch die Schwellerelemente, welchen nachfolgend noch beschrieben werden, mit den Seitenelementen verschweißt. Die so gebildete Einheit wird gemäß einer Ausführungsform KTL beschichtet.
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Ein zweckmäßigerweise ebenfalls KTL-beschichtetes Bodenelement wird dann bevorzugt form- und/oder kraftschlüssig, gemäß einer Ausführungsform beispielsweise mittels Schrauben und/oder Nieten, und einem bevorzugt kalthärtenden Strukturklebstoff gasdicht auf dem Rahmen befestigt.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Anbindung des Bodenelements bzw. dessen Befestigung am Rahmen mittels eines warmhärtenden Strukturklebstoffs und form- und/oder kraftschlüssiger Verbindungselemente, insbesondere Schrauben und/oder Nieten. Eine KTL-Beschichtung der ganzen Einheit, Rahmen und Bodenelement, erfolgt erst im Anschluss, wobei hierbei vorteilhafterweise die Klebstoffhärtung mit der KTL-Lacktrocknung kombiniert wird. Eine Gasdichtigkeit der Einheit wird somit erst nach dem KTL-Durchlauf erreicht.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Anbindung des Bodenelements bzw. dessen Befestigung am Rahmen mittels einem der zuvor genannten Schweiß- oder Lötverfahren. Mindestens nach dem anschließenden KTL-Durchlauf der gesamten Einheit ist eine Gasdichtigkeit erreicht.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Anbindung des Bodenelements bzw. dessen Befestigung am Rahmen durch Strukturkleben und Nieten. Eine KTL-Beschichtung der ganzen Einheit, Rahmen und Bodenelement, erfolgt dann erst im Anschluss. Wie erwähnt, kann bei der Verwendung eines Strukturklebers die Klebstoffhärtung mit der KTL-Lacktrocknung kombiniert werden.
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Auch das Deckelelement ist zweckmäßigerweise KTL beschichtet. Eine galvanische Kontaktierung zwischen dem Rahmen und/oder dem Bodenelement bzw. dem Deckelelement erfolgt zweckmäßigerweise durch form- und/oder kraftschlüssige Verbindungstechniken, wie insbesondere Schrauben.
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Das Deckelelement ist zweckmäßigerweise mit dem Rahmen verschraubt. Zur Abdichtung werden Dichtmittel- oder Dichtelemente verwendet, welche ausgelegt sind, insbesondere in Kombination mit der Verschraubung, die gewünschte Dichtwirkung bereitzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Seitenelemente und die Querelemente Hohlprofile, wobei an den Seitenelementen die bereits vorerwähnten Schwellerelemente oder auch äußeren Längsträger angeordnet sind, welche endseitig Anschlussbereiche zum Einschieben in oder von Elementen einer Karosseriestruktur aufweisen. Insbesondere sind die vorgenannten Anschlussbereiche als Knoten, insbesondere Karosserieknoten, ausgebildet, welche insbesondere die Anordnung eines Vorderwagens bzw. eines Hinterwagens, insbesondere mittels kalter Fügetechniken, wie Kleben, ermöglichen. Beispielsweise sind die Anschlussbereiche derart ausgebildet, dass schuhartig ein entsprechend ausgebildeter Längsträger eines Vorderwagens und/oder eines Hinterwagens angeordnet, insbesondere eingeschoben, werden kann bzw. umgekehrt. Bevorzugt werden geklebte Spielpassungen verwendet. Die Teile werden hierbei mit Spiel gefertigt und, wie beschrieben, z. B. ineinander geschoben. Nach der Justierung bzw. Positionierung der Fügepartner entsteht eine entsprechende Kavität. Der Klebstoff wird in die Kavität injiziert und verbindet die beiden Fügepartner form- bzw. form- und stoffschlüssig. Der ausgehärtete Strukturklebstoff überträgt die gesamte Last. Vor der Aushärtung können die Teile, wie beschrieben, vorteilhafterweise noch (nach-)justiert werden. Zweckmäßigerweise ist das Unterbodenmodul ausgelegt, mittelbar über die Seitenelemente in eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs integriert zu werden.
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Die vorgenannte Ausführungsform ermöglicht insbesondere ein sehr effizientes Prüf- oder Testverfahren eines Hochvoltspeichers. Die als Hohlprofile ausgebildeten Seitenelemente und Querelemente bilden einen gasdichten, tragenden Rahmen, auf welchem das gasdichte Bodenelement gasdicht angeordnet wird. Nach Anordnung der Energiespeicher bzw. der Energiespeicherelemente bzw. des Hochvoltspeichers in den so geformten Anordnungsraum und einem Schließen des Anordnungsraum durch Anbringen und Befestigen des Deckelelements entsteht eine Einheit, welche als solche geprüft und getestet werden kann. Insbesondere kann der Hochvoltspeicher geprüft und getestet werden, noch bevor dieser im Fahrzeug verbaut wird. Zweckmäßigerweise sind an dieser Einheit auch die vorgenannten Schwellerelemente (bereits) befestigt. Nach erfolgter Prüfung kann diese Einheit dem weiteren Produktionsprozess zugeführt werden. Zweckmäßigerweise können gemäß einer Ausführungsform ein Vorderwagenmodul und ein Hinterwagenmodul befestigt werden, insbesondere bevorzugt mittels Injektionskleben.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Seitenelemente und/oder die Querelemente offene Profile, wobei die Seitenelemente U-förmige oder L-förmige Anschlussbereiche zur Anordnung von Schwellerelementen aufweisen. Die Schwellerelemente bzw. äußeren Längsträger können entsprechend stoffschlüssig, beispielsweise angeklebt oder verschweißt und/oder auch form- und/oder kraftschlüssig, wie beispielsweise mittels Schrauben oder Nieten, befestigt sein. Mit Vorteil ermöglicht die Verwendung offener Profile die Integration bzw. Verwendung des Unterbodenmoduls in aktuellen Fahrzeugstrukturen bzw. Karosseriestrukturen.
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Zweckmäßigerweise sind die Querelemente zur Anordnung an einer Karosseriestruktur ausgelegt. Die Anordnung kann ebenfalls form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig erfolgen. Zweckmäßigerweise ist das Unterbodenmodul sowohl über die Seitenelemente als auch über die Querelemente in die Karosseriestruktur integriert. Die Anbindung über die Querelemente erfolgt beispielsweise mittels entsprechender Querträger der Karosseriestruktur.
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Dabei sind ggf. auch Mischbauweisen möglich, beispielsweise die Kombination offener Profile und Hohlprofile.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Karosseriestruktur mit einem erfindungsgemäßen Unterbodenmodul.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Unterbodenmodul mittelbar über die Seitenelemente in die Karosseriestruktur eingebunden.
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Alternativ ist das Unterbodenmodul über die Seitenelemente und die Querelemente in die Karosseriestruktur eingebunden.
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Die Karosseriestruktur als solches umfasst in beiden Fällen einen Vorderwagen und einen Hinterwagen. Diese dienen beispielsweise der Bereitstellung des Gepäckraums, der Unterbringung weiterer Antriebsmodule, beispielsweise umfassend auch einen Verbrennungsmotor, der Anbindung des Fahrwerks, beispielsweise mittels entsprechender Federdome etc. Die Ausgestaltung des Vorderwagens sowie des Hinterwagens bzw. des hinteren Unterbaus ist nicht auf einen bestimmten Typ begrenzt. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich um eine Schweißkonstruktion. Zusätzlich oder alternativ können aber auch kalte Fügeverfahren wie Kleben, Schrauben, Nieten, etc. verwendet werden.
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Die Erfindung richtet sich auf eine Verwendung einer temporären Tragstruktur zur Montage und Demontage zumindest eines Energiespeichers, insbesondere von Energiespeichern, in einem erfindungsgemäßen Unterbodenmodul, insbesondere in dessen Anordnungsraum. Bevorzugt werden die Einzelzellen eines elektrischen Energiespeichers auf der Tragstruktur vorkonfektioniert, verschaltet und geprüft. Diese Einheit wird in einem nächsten Schritt in den Anordnungsraum gehoben. Dort erfolgt zweckmäßigerweise eine Anordnung bzw. Befestigung der EnergiespeicherElemente an den Zwischenträgern. Die Tragstruktur kann anschließend entfernt werden. Eine Demontage kann zweckmäßigerweise in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Die Tragstruktur kann als Schweißkonstruktion ausgeführt sein. Vorteilhafterweise verbleibt diese nicht am Fahrzeug.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Unterbodenmodulen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Verschiedene Merkmale können dabei im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht eines Unterbodenmoduls in einer Draufsicht;
- 2: das aus der 1 bekannte Unterbodenmodul in einer Schnittdarstellung;
- 3: eine weitere schematische Ansicht eines Unterbodenmoduls in einer Draufsicht;
- 4: verschiedene schematische Schnitte, wie in der 3 skizziert;
- 5: weitere schematische Schnitte, wie in der 3 skizziert;
- 6: einen weiteren schematischen Schnitt, wie in der 3 skizziert;
- 7: eine perspektivische Ansicht eines modulartigen Aufbaus einer Karosseriestruktur;
- 8: eine Dateilansicht eines Anschlussbereichs, wie in der 7 skizziert.
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1 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein Unterbodenmoodul 10, umfassend zwei Längsträger 12, welche sich entlang einer Längsrichtung L erstrecken und endseitig durch Querelemente 14 verbunden sind. Die Längsrichtung L wiederum ist entlang einer Fahrtrichtung F eines ansonsten hier nicht dargestellten Fahrzeugs orientiert. An den Seitenelementen 12 sind seitlich Tragelemente bzw. Schwellerelemente oder äußere Längsträger 40 angeordnet. Diese weisen endseitig Anschlussbereiche auf. In diese sind entsprechende Längsträger eines Vorderwagens 42 bzw. eines Hinterwagens oder eines hinteren Unterbaus 44 angeordnet, beispielsweise eingeschoben. Dies ist schematisch an einer Stelle skizziert, vgl. den mit dem Bezugszeichen 48 versehenen Anschlussbereich, in welchen ein Träger des Vorderwagens 42 schuhartig (vgl. den schraffierten Bereich) eingeschoben ist. Entlang der Längsrichtung L beabstandet sind zwischen den Seitenelementen 12 Zwischenträger 16 angeordnet bzw. befestigt. Die Seitenelemente 12, die Querelemente 14 sowie die Zwischenträger 16 (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur einer mit einem Bezugszeichen versehen) formen oberseitig eine obere Kontaktfläche bzw. Dichtfläche oder Dichtebene K1, welche der gasdichten Anordnung eines hier nicht gezeigten Bodenelements dient. Sowohl hinsichtlich der Fügetechniken wie auch hinsichtlich der verwendeten Materialien ist der vorgeschlagene Aufbau äußerst flexibel. Gemäß einer Ausführungsform sind beispielsweise die Seitenelemente 12 sowie die Querelemente 14 verschweißt und anschließend KTL-beschichtet. Das hier nicht gezeigte Bodenelement, zweckmäßigerweise ebenfalls bereits KTL-beschichtet, ist bevorzugt mittels Schrauben und Kleben gasdicht verbunden.
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2 zeigt den Schnitt S1-S1, wie in der 1 skizziert, wobei zwei Ansichten dargestellt sind. In diesen Darstellungen sind auch ein Bodenelement 18 sowie ein Deckelelement 20 gezeigt, welche in der 1 nicht skizziert sind. Zu erkennen ist, dass zwischen diesen ein Anordnungsraum A gebildet ist. Schematisch sind zwei Speicherelemente 60, wobei es sich hierbei um Batterie- bzw. Akkumulatorzellen, wie um Lithiumionenzellen, handeln kann, angeordnet. Die untere Bildhälfte soll darstellen, dass durch die Querelemente 14, in Verbindung mit den Zwischenträgern 16 bzw. auch mit den hier nicht dargestellten Seitenelementen 12 eine obere Kontaktfläche bzw. Dichtebene K1 sowie eine untere Kontaktfläche bzw. Dichtfläche oder Dichtebene K2 gebildet ist. Diese sind vorteilhafterweise eben bzw. planar oder flach. Dies ermöglicht effektiv die gewünschte Dichtwirkung bereitzustellen, wobei das Bodenelement 18 insbesondere eine gasdichte Verbindung gewährleistet, während das zweckmäßigerweise lösbar angeordnete Deckelelement 20 eine flüssigkeitsdichte Dichtwirkung bereitstellt.
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3 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung eine Draufsicht auf ein Unterbodenmodul 10, umfassend die bekannten Seitenelemente 12 sowie die Querelemente 14. Schematisch ist dargestellt, wie an diesen ein Vorderwagen 42 bzw. ein Hinterwagen oder hinterer Unterbau 44 befestigt ist. Schraffiert dargestellt ist eine obere Dichtfläche K1, wobei die Zwischenträger 16 hierbei ausgenommen sind. Genauso können sie aber zur oberen Dichtfläche K1 hinzugenommen werden. Zweckmäßigerweise dienen die Zwischenträger 16 auch dazu, Elemente aus dem Fahrzeuginnenraum zu befestigen, beispielsweise Sitzschienen. So ist das Bodenelement zweckmäßigerweise ausgelegt, den Boden eines Fahrzeuginnenraums zu bilden. Zweckmäßigerweise ist das Bodenelement hierzu im Wesentlichen flach bzw. eben ausgebildet, kann aber auch Kanten/Sicken oder dergleichen zur Versteifung aufweisen. Vorliegend sind einige Schnitte skizziert, welche in den 4-6 näher erläutert werden.
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4 zeigt den in der 3 skizzierten Schnitt S2-S2. In der linken Bildhälfte ist entlang einer Längsrichtung L gesehen ein Seitenelement 12 dargestellt, welches als offenes Profil geformt ist und einen U-förmigen Kontaktbereich 46 aufweist, welcher der Anordnung eines Schwellerelements (welches in der 3 nicht dargestellt ist) dient. In der rechten Bildhälfte ist ein Seitenelement 12 gezeigt, welches als Hohlprofil ausgebildet ist. Ein Kontaktbereich 46 zur Anordnung des Schwellerelements 40 ist hier als im Wesentlichen ebene Fläche ausgebildet.
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5 zeigt den in der 3 skizzierten Schnitt S3-S3, wobei auch hier zwei Ausführungsformen dargestellt sind. Gemäß einer Ausführungsform ist der Zwischenträger 16 als rollgeformtes Stahlprofil ausgebildet, welches im Wesentlichen eine S-Form aufweist und welches zweckmäßigerweise entlang der offenen Längsnahte lasergeschweißt ist. Die rechte Ausführungsform zeigt eine Ausgestaltung als Hohlprofil mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt. Zur Orientierung ist ein Pfeil dargestellt, welcher die Fahrtrichtung F bzw. die Längsrichtung L skizziert.
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6 zeigt den Schnitt S4-S4, wobei hier eine Ausgestaltung zu sehen ist, bei welcher die Integration des Unterbodenmoduls sowohl über die Seitenelemente 12 als auch über die Querelemente 14 erfolgt. Insbesondere ist skizziert, dass ein Querelement 14, beispielsweise das bezogen auf die Fahrtrichtung F vordere Querelement 14, an einer Karosseriestruktur 42 befestigt ist, wobei es sich hierbei um einen entsprechenden Querträger der Karosseriestruktur 42 handeln kann. Ein Befestigungsmittel, welches beispielsweise eine Schraube ist, ist mit dem Bezugszeichen 80 versehen. Darüber ist auch ein Deckelelement 20 an einer unteren Kontaktfläche K2 befestigt. Bezugszeichen 18 bezeichnet ein Bodenelement 18, wobei zwischen dem Bodenelement 18 und dem Deckelelement 20 ein Anordnungsraum A gebildet ist.
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Um beispielsweise Leiter oder Kabel aus dem Anordnungsraum A heraus bzw. hinein zu führen, ist in dem Querelement 14 eine entsprechende Öffnung oder Ausnehmung 15 vorgesehen.
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7 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen modulartigen Aufbau einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere sind vorliegend drei Module vorgesehen, ein mittig angeordnetes Unterbodenmodul 10, ein Vorderwagen 42 sowie ein Hinterwagen 44. Das Unterbodenmodul 10 stellt mit Vorteil einen Anordnungsraum für einen Hochvoltspeicher, insbesondere einen Lithium-Ionen-Speicher, bereit. Nach oben hin, in Richtung Fahrgastzelle, ist das Unterbodenmodul 10 gasdicht durch ein Bodenelement 18 abgeschlossen. Dieses bildet in einer bevorzugten Ausführungsform unmittelbar den Boden des Fahrgastraumes. Angeordnet ist das Bodenelement 18 gasdicht an einem Rahmen, welcher durch Querelemente 14 sowie Seitenelemente gebildet ist. Diese sind in dieser Darstellung allerdings nicht oder nur schwer zu erkennen, da sie von den seitlich angeordneten Schwellerelementen 40 verdeckt werden. Diese weisen endseitig Anschlussbereiche 48 auf, welche der Anordnung und Befestigung der weiteren Module, insbesondere des Vorderwagens 42 und des Hinterwagens 44, dienen. Bevorzugt erfolgt deren Anbindung mittels kalter Fügetechniken, wie beispielsweise Injektionskleben. Zur Veranschaulichung dieses Prinzips ist eine Schnittebene S skizziert. Der zugehörige Schnitt ist in 8 gezeigt.
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8 zeigt den Schnitt, wie in der 7 durch die Schnittebene S skizziert. Insbesondere ist hier der entsprechende Anschlussbereich 48 vergrößert dargestellt. Zu erkennen ist insbesondere das Seitenelement 40, welches in der hier dargestellten Ausführungsform in das an dieser Stelle entsprechend schuhartig ausgebildete Hinterwagenmodul 44 eingeschoben wird. Zwischen dem Hinterwagenmodul 44 und dem Schwellerelement 40 ist ein Spalt bzw. eine Kavität 49 gebildet. In diese wird, nach einem Positionieren der Teile zueinander, ein Strukturklebstoff injiziert. Auch nach einem Injizieren des Klebstoffs können die Teil vorteilhafterweise noch nachjustiert werden. Zu erkennen ist in dieser Ansicht weiter das Querelement 14, welches in dieser Ausführungsform einen kammerartigen Aufbau aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Unterbodenmodul
- 12
- Seitenelement
- 14
- Querelement
- 15
- Öffnung, Ausnehmung
- 16
- Zwischenträger
- 18
- Bodenelement
- 20
- Deckelelement
- 40
- Tragelement, Schwellerelement
- 42
- Karosseriestruktur, Vorderwagen
- 44
- Karosseriestruktur, Hinterwagen, hinterer Unterbau
- 46
- Kontaktbereich
- 48
- Anschlussbereich
- 49
- Spalt
- 60
- Speicherelement
- 80
- Befestigungsmittel
- K1
- obere Kontaktfläche/Dichtebene/Dichtfläche
- K2
- untere Kontaktfläche/Dichtebene/Dichtfläche
- A
- Anordnungsraum
- F
- Fahrtrichtung
- L
- Längsrichtung
- S
- Schnittebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017011994 B3 [0002]
