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Die Erfindung bezieht sich auf eine Lastaufnahmestruktur für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein Hohlprofil und einen im Inneren des Hohlprofils fixierten ersten Fluidleitkanal, der gemeinsam mit dem Hohlprofil (18) als ein Extrusionsteil ausgebildet ist.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Lastaufnahmestruktur.
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Kraftfahrzeuge weisen regelmäßig Hohlprofile umfassende Lastaufnahmestrukturen auf. Unter dem hier weit zu verstehenden Begriff der Lastaufnahmestruktur seien allgemein statische und dynamische Kräfte abstützende Strukturen wie Fahrzeugrahmen, selbsttragende Karosseriebereiche, Versteifungsstrukturen, Trägerstrukturen für spezielle Funktionselemente, wie insbesondere Traktionsbatterien, etc. zusammengefasst. Die Wahl von Hohlprofilen als Basiselemente solcher Lastaufnahmestrukturen resultiert aus ihrer hinlänglich bekannten Formstabilität in Verbindung mit geringem Gewicht. Speziell bei elektrifizierten Kraftfahrzeugen stellen das Gewicht der Traktionsbatterie sowie ihr besonderer Schutz gegen Beschädigung in Aufprallsituationen ein erhebliches Problem im Kontext der hiervon betroffenen bzw. hierfür erforderlichen Lastaufnahmestrukturen dar. Es sind daher etliche, speziell auf die Halterung und den Schutz von Traktionsbatterien zugeschnittene Lastaufnahmestrukturen für Kraftfahrzeuge bekannt. Rein beispielhaft seien die
DE 10 2017 106 648 A1 , die einen aus Hohlprofilen zusammengesetzten Tragrahmen für eine Traktionsbatterie offenbart, sowie die
DE 10 2017 010 670 A1 , die eine aus Hohlprofilen aufgebaute, in einem Seitenschweller des Kraftfahrzeugs geführte Versteifungsstruktur an einem Traktionsbatterie-Träger offenbart, genannt.
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Aus der
DE 10 2005 011 832 B4 ist es bekannt, einen Luftleitkanal in einem Hohlraum anzuordnen, der sich zwischen einem Tragblech und einem dieses überwölbenden Versteifungsblech, mithin innerhalb eines zweiteiligen Hohlprofils, erstreckt. Der Kanal ist innerhalb des Hohlprofils mit Schrauben oder Clipsverbindungen fixiert. Über einen solchen Luftleitkanal kann temperierte Luft von einem Klimagerät in ausgewählte Bereiche des Kraftfahrzeug-Innenraums geführt werden. Bei Kraftfahrzeugen mit großem Innenraum geht die Tendenz jedoch dahin, mehrere, kleinere Klimageräte an unterschiedlichen Stellen im Kraftfahrzeug zu positionieren, insbesondere um eine Vielzahl individuell regulierbarer Klimazonen zu schaffen. Dies ist allerdings mit der Realisierung deutlich komplexerer Kältemittelkreise mit entsprechend größerem Leitungssystem verbunden. Typischerweise werden die Kältemittelrohre separat verlegt und außen an Trägerstrukturen des Kraftfahrzeugs fixiert. Dies führt zu erheblichen Bauraumproblemen und erschwert zudem die Montage, da die Kältemittelrohre häufig sehr spät innerhalb des Montageprozesses, dann allerdings zum Teil an sehr schwer zugänglichen Stellen verlegt werden müssen. Eine nachträgliche Verlegung von Kältemittelrohren in den von den Hohlprofilen bereitgestellten Hohlräumen reduziert zwar das angesprochene Bauraumproblem, erweist sich aber aus montagetechnischen Gründen als kaum umsetzbar.
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Auch die eingangs genannte, gattungsbildende Druckschrift offenbart bereits die Verlegung von Medienleitungen in Hohlprofilen von Trägerstrukturen. Insbesondere wird hier die einstückige Ausbildung der Medienleitung und des sie umgebendem Hohlprofils im Rahmen eines Extrusionsverfahrens offenbart.
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Die
DE 10 2011 109 011 A1 offenbart einen aus Hohlprofilen aufgebauten Batterieträger, bei dem die Hohlräume der Hohlprofile selbst als Luftkanäle für die Temperierung der Batterie dienen.
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Die
DE 10 2005 061 506 A1 offenbart ein hohlprofilartiges Lastaufnahmeelement, das aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist und dessen Hohlräume als Kabel- oder Luftkanäle genutzt werden. Demselben Grundgedanken folgen die Lehren der
DE 44 17 470 C1 ,
DE 43 26 175 A1 und
DE 42 31 049 A1 . All diese vorbekannten Ausgestaltungen erlauben jedoch nur vergleichsweise einfache Fluidführungen, die insbesondere für komplexe Klimatisierungssysteme nicht immer hinreichend sind.
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Aus der
EP 2 123 493 A1 ist weiter ein Wohnmobil oder Wohnwagen mit einem Hohlprofile aufweisenden Thermoboden bekannt. Die Hohlräume dieser Hohlprofile bestehen jeweils aus einem Fräskanal, der entweder direkt einen Warmluftkanal bildet oder eine als Warmluftkanal dienende, halboffen oder geschlossen rohrförmige Auskleidung aufweist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gattungsgemäße Lastaufnahmestrukturen für Kraftfahrzeuge und Kraftfahrzeuge mit solchen Lastaufnahmestrukturen derart weiterzubilden, dass die Realisierung komplexer Kältemittelkreise ohne zusätzliche Nachteile hinsichtlich Bauraum und Montage verbunden sind.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Hohlprofil eine Mehrzahl von untereinander nicht fluidleitend verbundenen, sich über seine gesamte Länge erstreckenden, durchgehenden Kammern aufweist, von denen eine besagten ersten Fluidleitkanal bildet, der als eine konzentrisch im Inneren des Hohlprofils verlaufende Röhre ausgebildet ist, deren Außenwand über wenigstens einen durchgehenden Längssteg mit der Innenwand des Hohlprofils verbunden ist, wobei innerhalb des ersten Fluidleitkanals ein weiterer, zweiter Fluidleitkanal verläuft, der als eine konzentrisch im Inneren des ersten Fluidleitkanals verlaufende Röhre ausgebildet ist, deren Außenwand über wenigstens einen durchgehenden Längssteg mit der Innenwand des ersten Fluidleitkanals verbunden ist.
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Die Aufgabe wird weiter durch die Merkmale von Anspruch 7 gelöst, d. h. durch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Lastaufnahmestruktur. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht in der Vereinigung der Funktionen Lastaufnahme einerseits und Kältemittelleitung andererseits, wobei nicht nur der von dem Hohlprofil der Lastaufnahmestruktur bereitgestellte Hohlraum bauraumsparend zur Anordnung der (funktionalen) Kältemittelleitung, genutzt wird, sondern zusätzlich auch eine gesonderte Rohrverlegung entfallen kann, da die (räumlich-körperliche) Kältemittelleitung als integraler Bestandteil des Hohlprofils ausgebildet ist und gemeinsam mit diesem mittels eines Extrusionsverfahrens hergestellt wird. Die Montage eines erfindungsgemäß als Lastaufnahmeelement einerseits und Leitungselement andererseits doppelfunktionalen Bauteils ist einfach: im Rahmen seiner Funktion als Lastaufnahmeelement erfolgt sie in bekannter Weise, z. B. durch Verschweißen, Verlöten oder Verschrauben; im Rahmen seiner Funktion als Leitungselement bedarf es lediglich der fluiddichten Kopplung mit benachbarten Leitungsabschnitten, was für den Fachmann ein Leichtes ist. Das Extrudieren von komplexen Hohlprofilformen ist ein dem Fachmann ebenfalls grundsätzlich bekanntes und kostengünstiges Herstellungsverfahren.
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Bevorzugt sind das Hohlprofil und der erste Fluidleitkanal materialeinheitlich ausgebildet. Dies vereinfacht ihre Herstellung in einem gemeinsamen Extrusionsprozess. Es sind allerdings auch Mehrkomponenten-Extrusionsverfahren bekannt, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen werden sollen.
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Das Hohlprofil weist eine Mehrzahl von untereinander nicht fluidleitend verbundenen, sich über seine gesamte Länge erstreckenden, durchgehenden Kammern auf, von denen eine besagten ersten Fluidleitkanal bildet. Dabei ist vorgesehen, dass der erste Fluidleitkanal als eine konzentrisch im Inneren des Hohlprofils verlaufende Röhre ausgebildet ist, deren Außenwand über wenigstens einen durchgehenden Längssteg mit der Innenwand des Hohlprofils verbunden ist. Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass Querschnittsform und - größe des ersten Fluidleitkanals weitgehend unabhängig von Form und Größe des Hohlprofil-Querschnitts gewählt werden können. Zudem bildet die Anbindung über einen oder mehrere schmale Längsstege eine sehr gute thermische Entkopplung, die insbesondere bei der bevorzugten Verwendung des ersten Fluidleitkanals als Kältemittelleitung zumindest in bestimmten Abschnitten des Kältemittelkreises ausdrücklich erwünscht sein kann. Die notwendige mechanische Fixierung ergibt sich aus den Länge des bzw. der Haltestege.
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Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass innerhalb des ersten Fluidleitkanals ein weiterer, zweiter Fluidleitkanal verläuft, der als eine konzentrisch im Inneren des ersten Fluidleitkanals verlaufende Röhre ausgebildet ist, deren Außenwand über wenigstens einen durchgehenden Längssteg mit der Innenwand des ersten Fluidleitkanals verbunden ist. Bei entsprechender Anbindung der Röhrenenden können die beiden Fluidleitkanäle zur Leitung unterschiedlicher und/oder in entgegengesetzten Richtungen strömender Fluide genutzt werden. Gerade im Kontext des bevorzugten Einsatzgebietes der Erfindung im Rahmen einer Kraftfahrzeug-Klimatisierungsanlage kann eine derartige Struktur als ein sog. innerer Wärmetauscher genutzt werden. Ein solcher innerer Wärmetauscher gestattet einen Austausch von Wärme zwischen unterschiedlichen Bereichen des Kältemittelkreises oder zwischen dem Kältemittelkreis und einem Kühlmittelkreis, der zusätzlich in die Kraftfahrzeug-Klimatisierungsanlage einbezogen ist.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung zeigen sich insbesondere bei deren bevorzugtem Einsatz in elektrifizierten Kraftfahrzeugen mit großem Innenraum. Zur komfortablen Klimatisierung großer Innenräume werden, wie eingangs erläutert, oft mehrere Klimageräte mit entsprechend komplexer Leitungsführung verwendet. Die bei elektrifizierten Kraftfahrzeugen erforderliche Traktionsbatterie verengt einerseits den zur Verfügung stehenden Bauraum und bringt andererseits die Notwendigkeit zusätzlicher Träger- und Versteifungsstrukturen mit sich.
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Die zusätzlichen Kältemittelrohre können also gemäß der Erfindung in die durch die Traktionsbatterie erforderlich gewordenen Träger- und Versteifungsstrukturen integriert werden, wobei die Bauraumeinsparung und Montageerleichterung angesichts des hier besonders knappen Bauraums von herausragender Bedeutung sind. Daher ist bevorzugt vorgesehen, dass das Hohlprofil der erfindungsgemäßen Lastaufnahmestruktur Bestandteil eines Trägerrahmens und dieser wiederum bevorzugt Bestandteil eines Traktionsbatterie-Trägers ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer als Trägerrahmen für eine Traktionsbatterie ausgebildeten Lastaufnahmestruktur,
- 2 eine Schnittdarstellung durch eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform einer Lastaufnahmestruktur,
- 3 eine Schnittdarstellung durch eine ebenfalls nicht erfindungsgemäße Ausführungsform einer Lastaufnahmestruktur,
- 4 eine Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lastaufnahmestruktur,
- 5 eine Schnittdarstellung durch eine wieder nicht erfindungsgemäße Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lastaufnahmestruktur.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt in stark vereinfachter, schematischer Darstellung eine Lastaufnahmestruktur 10, die in der gezeigten Ausführungsform als Trägerrahmen 12 für eine nur rudimentär angedeutete Traktionsbatterie 14 ausgebildet ist. Der Trägerrahmen 12 umfasst neben einer Aufnahmeplatte 16 zwei Hohlprofile 18.
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Jedes dieser Hohlprofile 18 ist als ein einstückig und bevorzugt materialeinheitlich mit einem in seinem Inneren liegenden ersten Fluidkanal 20, der bevorzugt als ein Kältemittelrohr 22 ausgebildet ist, als Extrusionsteil hergestellt. Ein ebenfalls im Rahmen der Extrusion einstückig und bevorzugt materialeinheitlich mit dem Hohlprofil 18 und dem Kältemittelrohr 22 ausgebildeter Längssteg 24 verbindet beide und fixiert sie relativ zueinander.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Lastaufnahmestruktur 10 im Bereich eines Hohlprofils 18 mit quadratischem Querschnitt und koaxial angeordnetem Fluidkanal 20 / Kältemittelrohr 22. Der beide Elemente verbindende Längssteg 24 wirkt stark thermisch entkoppelnd. Diese Ausführungsform eignet sich folglich für Bereiche eines Kältemittelkreises, in denen das Kältemittel möglichst keine Energie mit der Umgebung austauschen soll.
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Bei der Lastaufnahmestruktur 10von 3 ist der Fluidkanal 20 / das Kältemittelrohr 22 in einer Ecke des Querschnitts des Hohlprofils 18 angeordnet. Hier herrscht eine gute thermische Anbindung des Kältemittels an die durch das Hohlprofil 18 repräsentierte Umgebung.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform von 4 ist innerhalb des ersten Fluidkanals 20 ein koaxialer, zweiter Fluidkanal 26 angeordnet und über Längsstege 24 fixiert. beiden Fluidkanäle 20, 26 können von unterschiedlichen Fluiden I, II und/oder von in unterschiedlichen Richtungen fließenden Fluiden I, II durchströmt werden. Aufgrund der innigen thermischen Verbindung der beiden Fluidkanäle 20, 26 eignet sich diese Ausführungsform als innerer Wärmetauscher.
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Auch bei der Lastaufnahmestruktur 10von 5 sind zwei Fluidkanäle 20, 26 vorgesehen, die allerdings nicht konzentrisch zueinander sondern eher nach Art einer Kombination der Ausführungsformen der 2 und 3 angeordnet sind.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lastaufnahmestruktur
- 12
- Trägerahmen
- 14
- Traktionsbatterie
- 16
- Tragblech
- 18
- Hohlprofil
- 20
- erster Fluidkanal
- 22
- Kältemittelrohr
- 24
- Längssteg
- 26
- zweiter Fluidkanal
