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Die Erfindung betrifft einen Batterierahmen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, wobei der Batterierahmen zwei Längsträger und zwei Querträger aufweist, wobei die Längsträger über Schraubenverbindungen oder stoffschlüssige Verbindungen mit den Querträgern verbunden sind, wobei mindestens einer der Querträger die Längsträger auf Stirnseiten der Längsträger überlappt.
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Ein solcher Batterierahmen, der die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, ist aus der
DE 10 2018 110 481 B3 bekannt.
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In der
DE 10 2018 123 357 A1 ist eine Baugruppe eines Elektrofahrzeugs mit einer Unterbodenbatterie beschrieben. Die Baugruppe weist einen Hilfsrahmen, einen mittels eines Verstärkungselements verstärkten Längsschweller und einen Batteriehalter auf.
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In der
DE 10 2017 127 064 A1 ist ein Elektrofahrzeug mit einer Traktionsbatterie und einem Batterierahmen beschrieben. Der Batterierahmen weist zwei Längsträger und zwei Querträger auf. Die Längsträger sind mit den Querträgern verbunden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Batterierahmen, der die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, derart weiterzubilden, dass der Batterierahmen bezüglich der Einleitung von Querlasten in diesen mechanisch entlastet ist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch einen Batterierahmen, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Bei dem Batterierahmen ist vorgesehen, dass die Längsträger in deren überlappten Bereichen Vorsprünge aufweisen, die in an diesen Querträger ausgebildete Öffnungen eingreifen.
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Durch diese Gestaltung wird der Batterierahmen, bei Einleitung von Kräften, insbesondere Crash-Kräften, die in Längserstreckung dieses Querträgers wirken, mechanisch entlastet.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Vorsprünge nur geringfügig in die Öffnungen eingreifen, somit sich nur geringfügig in diesen Querträger hinein erstrecken. Durch diesen bewusst gering gewählten Überstand der Vorsprünge der Längsträger zu diesem Querträger wird sichergestellt, dass in Crash-Fällen, bei denen Kontakt zwischen Rad und Batterierahmen auftritt, kein Verhaken des Rades stattfindet oder ein Abgleiten des Rades gewährleistet ist.
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Bei diesem Querträger, der die Öffnungen aufweist, handelt es sich insbesondere um den auf die Orientierung des Elektrofahrzeugs vorderen Querträger. Grundsätzlich kann auch der andere mit den Längsträgern verbundene Querträger mit den genannten Öffnungen ausgebildet sein, in die an dem anderen Ende der Längsträger befindliche Vorsprünge eingreifen.
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Es wird als ausreichend angesehen, wenn jeder Längsträger in dessen überlappten Bereich einen einzigen Vorsprung aufweist, der in eine einzige diesem zugeordnete Öffnung dieses Querträgers eingreift.
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Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der jeweilige Vorsprung in Längsrichtung des Querträgers spielfrei in die diesem Vorsprung zugeordnete Öffnung eingreift. Demzufolge können Betriebs- oder Crashlasten ohne Relativbewegung, zumindest nur geringer Verformung der Anordnung von jeweiligem Längsträger und Querträger optimal zwischen diesem Querträger und den diesem zugeordneten beiden Längsträgern übertragen werden. Deren Verbindungsstellen, zum Beispiel Schweißnähte, werden somit deutlich geringer mechanisch belastet.
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Es wird als bevorzugt angesehen, wenn der jeweilige Längsträger in dessen Längsrichtung verlaufende Kammern aufweist. Hierdurch weist der jeweilige Längsträger eine hohe Stabilität, insbesondere hohe Biegestabilität, auf und ist im Übrigen besonders gut geeignet, mittels eines Zusatzelements den jeweiligen Vorsprung auszubilden.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass der jeweilige Längsträger aus einem Strangpressprofil gebildet ist. Somit lässt sich der jeweilige Längsträger besonders einfach herstellen und es können auf diese Art und Weise unkompliziert ein oder mehrere Kammern des Längsträgers ausgebildet werden.
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Insbesondere handelt es sich bei dem jeweiligen Längsträger um einen Schweller des Elektrofahrzeugs. Somit stellen die beiden Längsträger des Batterierahmens die seitlichen Schweller, linker Schweller und rechter Schweller des Elektrofahrzeugs dar.
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Vorzugsweise ist dieser mit den Öffnungen versehene Querträger durch eine Platte gebildet. Insbesondere sind beide Querträger als Platten ausgebildet.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der jeweilige Längsträger eine Längsträgerstruktur und ein von dieser aufgenommenes Zusatzelement aufweist, wobei der jeweilige Vorsprung durch einen Teilbereich des Zusatzelements gebildet ist. Diese Längsträgerstruktur stellt somit die wesentliche Komponente des Längsträgers dar und weist bevorzugt die Kammer bzw. die Kammern auf und ist somit bevorzugt als Strangpressprofil ausgebildet sowie weist bevorzugt die Funktion des Schwellers auf. Durch Hinzufügen des Zusatzelements zur Längsträgerstruktur lässt sich ein herkömmlicher Längsträger unkompliziert im erfindungsgemäßen Sinne modifizieren.
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So ist insbesondere vorgesehen, dass das jeweilige Zusatzelement in die Längsträgerstruktur eingepresst und/oder mit dieser stoffschlüssig verbunden ist. Vorzugsweise ist das jeweilige Zusatzelement in eine Kammer oder das Strangpressprofil eingesteckt. Das jeweilige Zusatzelement ist hierbei insbesondere laschenartig ausgebildet und hierbei insbesondere als Blechbauteil ausgeführt. Alternativ ist das jeweilige Zusatzelement bevorzugt profilartig ausgebildet und hierbei insbesondere als Strangpressprofil ausgeführt. Die Verbindung zwischen dem Zusatzelement und der Längsträgerstruktur erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig, zum Beispiel durch Schweißen. Gemäß einer Alternative erfolgt diese Verbindung durch einen Presssitz mit Formschluss in Längsrichtung der Längsträgerstruktur. Die Verbindung kann aber durchaus auch durch einen Presssitz ohne Formschluss in Längsrichtung der Längsträgerstruktur erfolgen, um eine bewusste mechanische Kraftbegrenzung in Längsrichtung des Längsträgers zu erzielen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Batterierahmens sind in der nachfolgenden Zeichnung sowie deren Beschreibung erläutert, ohne auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein.
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Es zeigt:
- 1 eine räumliche Ansicht einer Karosseriestruktur eines Elektrofahrzeugs, bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung des Elektrofahrzeugs gesehen, schräg von vorne und unten gesehen,
- 2 eine räumliche Ansicht nur der in 1 gezeigten Karosseriestruktur im Bereich des Batterierahmens,
- 3 eine räumliche Ansicht des in 2 gezeigten Batterierahmens,
- 4 das in 3 gezeigte Detail IV des Batterierahmens,
- 5 den in 3 gezeigten Batterierahmen vor der Montage des vorderen Querträgers,
- 6 das in 5 gezeigte Detail VI des Längsträgers,
- 7 einen Schnitt durch den Verbindungsbereich von Querträger und vorderem Längsträger, in einer horizontalen Ebene X-Y geschnitten, gemäß der Linie VII-VII in 4,
- 8 einen Schnitt gemäß 7 durch ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 7 modifiziertes Ausführungsbeispiel,
- 9 einen Schnitt gemäß 7 durch ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 7 modifiziertes Ausführungsbeispiel,
- 10 ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 6 modifiziertes Ausführungsbeispiel,
- 11 ein gegenüber den Ausführungsbeispielen nach den 6 und 10 modifiziertes Ausführungsbeispiel,
- 12 ein gegenüber den Ausführungsbeispielen nach den 6, 10 und 11 modifiziertes Ausführungsbeispiel.
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Figurenbeschreibung
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1 veranschaulicht eine Karosseriestruktur 1 eines Elektrofahrzeugs, schräg von vorne und unten gesehen, mit einem Vorbau 2, einem an diesen anschließenden Mittelbau 3, der auf seiner Unterseite einen Batterierahmen 4 aufweist, ferner einen weitgehend vom Mittelbau 3 verdeckten hinteren Bereich der Karosseriestruktur 1. Der Batterierahmen 4 weist zwei in Längsrichtung (x-Richtung) des Elektrofahrzeugs angeordnete Längsträger 5, die beim Elektrofahrzeug die Funktion von Schwellern aufweisen, sowie im Bereich abgewandter Enden der Längsträger 5 mit diesen verbundene Querträger auf, nämlich ein vorderer Querträger 6 und ein hinterer Querträger 7. Der insoweit beschriebene Batterierahmen 4 bildet mit einem die beiden Längsträger 5 und die Querträger 6, 7 oben abdeckenden Bodenblech 8 eines Insassenraums des Elektrofahrzeugs eine Aufnahmestruktur für eine nicht gezeigte Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs.
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Mit dem vorderen Querträger 6 sind Längsträger 9 des Vorbaus 2 verbunden, insbesondere verschweißt. In diesen Längsträgern 9 ist das Fahrwerk für vordere Räder des Elektrofahrzeugs gelagert.
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2 zeigt die Aufnahmestruktur für die Traktionsbatterie, somit die beiden Längsträger 5, die beiden Querträger 6, 7 und das Bodenblech 8 im Detail.
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3 zeigt diese Anordnung gemäß 2, allerdings bei entferntem Bodenblech 8.
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Veranschaulicht ist, dass der Querträger 6 die beiden Längsträger 5 im Bereich deren dem Querträger 6 zugewandten Enden überlappt. In den Überlappungsbereichen des Querträgers 6 ist dieser mit den Längsträgern 5 verbunden, beispielsweise verschweißt. Entsprechend überlappt der Querträger 7 die Längsträger 5 im Bereich deren dem Querträger 6 abgewandten Enden und es ist der Querträger 7 in diesen Überlappungsbereichen mit den Längsträgern 5 verbunden, insbesondere verschweißt.
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Um Betriebs- oder Crashlasten in jeder Lastrichtung optimal übertragen zu können, ist eine zusätzliche mechanische Verbindung zwischen dem vorderen Querträger 6 und den beiden Längsträgern 5 vorgesehen. Diese zusätzliche Verbindung kann durchaus entsprechend zwischen dem hinteren Querträger 7 und den Längsträgern 5 vorgesehen sein. Veranschaulicht ist diese zusätzliche Verbindung nur für den Bereich des vorderen Querträgers 6.
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3 zeigt unter diesem Aspekt, dass der vordere Querträger 6, im Bereich des jeweiligen Längsträgers 5, mit einer schlitzförmigen Öffnung 10 versehen ist. Hierbei verläuft der Querschnitt des Schlitzes in Querrichtung (y-Richtung) und in Hochrichtung (Z-Richtung) des Elektrofahrzeugs, und die Tiefe des Schlitzes in x-Richtung. 4 zeigt in vergrößerter Darstellung diesen Bereich für den einen Längsträger 5, bei dem es sich, wegen der dargestellten Unteransicht, um den linken Schweller handelt.
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5 zeigt den Batterierahmen 4 vor dem Anbringen des vorderen Querträgers 6. Zu entnehmen sind die im Querschnitt spiegelbildlich ausgebildeten Längsträger 5. Der jeweilige Längsträger 5 ist als Strangpressprofil ausgebildet und weist eine Vielzahl von Kammern 11 auf. Die Querträger 6 und 7 hingegen sind durch Platten gebildet. In eine der Kammern 11 des jeweiligen Längsträgers 5 ist stirnseitig, somit von der dem vorderen Querträger 6 zugewandten Seite ein Zusatzelement 16 eingesteckt. Dieses Zusatzelement 16 und eine Längsträgerstruktur 13 bilden den jeweiligen Längsträger 5.
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Konkret weist das jeweilige Zusatzelement 16, im überlappten Bereich von Längsträger 5 bzw. Längsträgerstruktur 13 mit dem Querträger 6, einen Vorsprung 12 auf. Der jeweilige Vorsprung 12 steht in Richtung des Querträgers 6 über die Längsträgerstruktur 13 hervor.
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6 veranschaulicht das Detail VI gemäß 5. Gezeigt ist, dass das Zusatzelement 16 gleichfalls als Strangpressprofil ausgebildet ist, mit einem Profilquerschnitt, der es ermöglicht, das Zusatzelement 16 mit geringem Spiel in die zugeordnete Kammer 11 einzuschieben. Im Bereich der dieser Kammer 11 in y-Richtung zugewandten Kammern 11 ist das Zusatzelement 16 im stirnseitigen Bereich des Längsträgers 5 mit diesem verschweißt. Veranschaulicht sind die Schweißnähte 14.
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Wie der Darstellung der 7 zu entnehmen ist, ragt das über eine bestimmte Länge, beispielsweise eine Länge von 1 cm bis 5 cm in die Kammer 11 eingesteckte Zusatzelement 16 geringfügig mit vollständigem Querschnitt dessen Strangpressprofils über die Längsträgerstruktur 13 hinaus und es weist das Zusatzelement 16 einen Abschnitt 15 mit gegenüber dem vollen Strangpressprofil reduziertem Profil auf. Dieser Abschnitt 15 bildet den Vorsprung 12, der mit einem Plattenabschnitt 17 des Querträgers 6 in Eingriff gelangt, ohne relevantes Spiel in y-Richtung. Dieser Plattenabschnitt 17 ist auf der dem Längsträger 5 abgewandten Seite angeordnet. Der Querträger 6 weist ferner, auf der dem Längsträger 5 zugewandten Seite, einen weiteren Plattenabschnitt 18 auf. Dieser Plattenabschnitt 18 weist eine Öffnung 19 auf, deren Erstreckung in y-Richtung deutlich größer ist als die Erstreckung des Zusatzelements 16 in y-Richtung, sodass beidseitig des Zusatzelements 16 ein ausreichender Spalt zwischen Zusatzelement 16 und Plattenabschnitt 18 gebildet ist. Im Bereich dieses jeweiligen Spalts ist das Zusatzelement 16 mit der Längsträgerstruktur 13 verschweißt, verdeutlicht durch die Schweißnähte 14.
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Somit ist das Zusatzelement 16 in der Längsträgerstruktur 13 in y- und z-Richtung, wobei hierunter jeweils beide entgegengesetzte Richtungen verstanden werden, spielfrei gelagert, und es ist der Abschnitt 15 des Zusatzelements 16 in beiden y-Richtungen sowie in beiden z-Richtungen spielfrei in der Öffnung 10 des Querträgers 6 gelagert. In x-Richtung ist das Zusatzelement 16 über die Schweißnähte 14 in der Längsträgerstruktur 13 festgelegt und der Abschnitt 15 des Zusatzelements 16 in x-Richtung in den Querträger 6 eingesteckt
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8 zeigt eine Modifizierung gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach der 7 dahingehend, dass das Zusatzelement 16 als Profil mit Presssitz und Formschluss in x-Richtung gegen einen Rücksprung 20 der Längsträgerstruktur 13 positioniert ist. Demzufolge sind keine Schweißnähte 14 vorgesehen.
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9 veranschaulicht eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 8 modifizierte Variante dahingehend, dass das Zusatzelement 16 als Profil mit Presssitz, allerdings ohne Formschluss, in x-Richtung ausgebildet ist. Der Presssitz ohne Formschluss ermöglicht, eine bewusste mechanische Kraftbegrenzung in x-Richtung zu erzielen.
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10 zeigt eine Modifizierung gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 6 dahingehend, dass das Zusatzelement 16 als Profil ausgebildet ist, das in die Längsträgerstruktur 13 integriert ist.
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Die Variante nach 11 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 6 dadurch, dass das Zusatzelement 16 nicht als Strangpressprofil ausgebildet ist, sondern als Lasche mit dem erörterten Abschnitt 15. Diese Lasche ist insbesondere als Blechbauteil ausgeführt.
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Die Variante gemäß der 12 unterscheidet sich von derjenigen nach der 11 dadurch, dass das als Lasche ausgebildete Zusatzelement 16 in die Längsträgerstruktur 13 integriert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018110481 B3 [0002]
- DE 102018123357 A1 [0003]
- DE 102017127064 A1 [0004]
