DE102021005622A1

DE102021005622A1 - Floor plate for a vehicle and at least partially electrically powered vehicle

Info

Publication number: DE102021005622A1
Application number: DE102021005622.1A
Authority: DE
Inventors: Tobias Hiermer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-11-12
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2021-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bodenplatte (3) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) mit einer im Unterbodenbereich angeordneten Batterie (2), welche ein faserverstärktes Kunststoffmaterial (4) aufweist.Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das faserverstärkte Kunststoffmaterial (4) als ein mehrschichtiger Aufbau ausgebildet ist, welcher aus zwei Deckschichten (5) mit elektrisch nichtleitenden Verstärkungsfasern und wenigstens einer dazwischen angeordneten Tragschicht (6), welche ihrerseits Kohlenstofffasern aufweist, besteht.The invention relates to a floor panel (3) for an at least partially electrically powered vehicle (1) with a battery (2) which is arranged in the underbody area and has a fibre-reinforced plastic material (4). The invention is characterized in that the fibre-reinforced plastic material (4) is designed as a multi-layer structure, which consists of two cover layers (5) with electrically non-conductive reinforcing fibers and at least one supporting layer (6) arranged between them, which in turn has carbon fibers.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodenplatte für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer im Unterbodenbereich angeordneten Batterie nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer im Unterbodenbereich angeordneten Batterie.The invention relates to a base plate for an at least partially electrically powered vehicle with a battery arranged in the underbody area according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1. The invention also relates to an at least partially electrically powered vehicle with a battery arranged in the underbody area.

Die Anordnung von Batterien in batterieelektrischen Fahrzeugen oder in Hybridfahrzeugen, zumindest teilweise im Bereich des Unterbodens ist soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Die Anordnung der Batterien im Unterbodenbereich sorgt für einen niedrigen Schwerpunkt des Fahrzeugs einerseits und nutzt einen Bauraum aus, welcher meist ohne nennenswerte Komforteinbußen bezüglich des Innenraums des Fahrzeugs für diesen Einsatzzweck genutzt werden kann.The arrangement of batteries in battery-electric vehicles or in hybrid vehicles, at least partially in the area of the underbody, is known so far from the prior art. The arrangement of the batteries in the underbody area ensures a low center of gravity of the vehicle on the one hand and makes use of installation space which can usually be used for this purpose without significant loss of comfort with regard to the interior of the vehicle.

Immer, insbesondere jedoch bei Fahrzeugen, welche auch im Gelände Verwendung finden, spielt dann die Bodenplatte, über welcher die Batterie angeordnet ist, eine entscheidende Rolle beim Schutz der Batterie. Derartige Bodenplatten können aus verschiedenen Materialien sein. Stabile Materialien wie beispielsweise Stahlblech oder dergleichen haben dabei den Nachteil, dass sie relativ schwer sind.The base plate over which the battery is arranged then always plays a decisive role in protecting the battery, especially in vehicles that are also used off-road. Such floor panels can be made of various materials. Stable materials such as sheet steel or the like have the disadvantage that they are relatively heavy.

Die DE 10 2015 111 749 A1 beschreibt rein beispielhaft eine derartige Bodenplatte unter einer Batterieeinrichtung in einem Fahrzeug. Diese Bodenplatte kann dabei gemäß einer der beschriebenen Ausgestaltungen aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.the DE 10 2015 111 749 A1 describes, purely by way of example, such a base plate under a battery device in a vehicle. According to one of the configurations described, this base plate can consist of a fiber-reinforced plastic.

Vergleichbares beschreibt die US 2020/0 152 927 A1 . Dort sind Verbundwerkstoffe aus verschiedenen Fasern wie beispielsweise Carbonfasern, Glasfasern und Aramidfasern beschrieben, welche zur Verstärkung eines Kerns aus Aluminium eingesetzt werden, um die Bodenplatte auszubilden.Comparable describes the US 2020/0 152 927 A1 . There composite materials made of different fibers such as carbon fibers, glass fibers and aramid fibers are described, which are used to reinforce a core made of aluminum in order to form the base plate.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte, insbesondere auch für geländegängige Fahrzeuge geeignete, Bodenplatte zum Schutz einer darüber angeordneten Batterie anzugeben.The object of the present invention is to provide an improved base plate, particularly suitable for off-road vehicles, for protecting a battery arranged above it.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Bodenplatte mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bodenplatte ergeben sich aus den hievon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem wird die oben beschriebene Aufgabe durch ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer derartigen Bodenplatte gelöst. Auch hier ergibt sich eine vorteilhafte Ausgestaltung des Fahrzeugs aus einem hiervon abhängigen Unteranspruch.According to the invention, this object is achieved by a base plate with the features in claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1. Advantageous refinements and developments of the base plate according to the invention result from the dependent claims. In addition, the above-described object is achieved by an at least partially electrically driven vehicle with such a floor plate. Here, too, an advantageous embodiment of the vehicle results from a dependent claim.

Die erfindungsgemäße Bodenplatte setzt vergleichbar wie die Bodenplatten im Stand der Technik ein faserverstärktes Kunststoffmaterial ein. Erfindungsgemäß ist das faserverstärkte Kunststoffmaterial als ein mehrschichtiger Aufbau ausgebildet, welcher aus zwei Deckschichten mit elektrisch nichtleitenden Verstärkungsfasern und wenigstens einer dazwischen angeordneten Tragschicht mit Kohlenstofffasern besteht. Dieser Aufbau stellt eine sehr leichte und dennoch stabile Bodenplatte sicher, welche durch den Einsatz von sehr leichten und gleichzeitig sehr zugfesten Kohlenstofffasern einen Großteil seiner Festigkeit erhält. Die Fasern können dabei vorzugsweise quer zu der Fahrtrichtung des Fahrzeugs verlaufen mit zusätzlichen Fasern in einem Winkel von etwa 45° dazu. Die Fasern können beispielsweise als Gewebe oder Gewirke ausgebildet werden oder in Form von einzelnen Bündeln in der Tragschicht angeordnet sein. Die Deckschichten in beide Richtungen des faserverstärkten Kunststoffmaterials werden dabei aus einem faserverstärkten Kunststoff mit elektrisch nichtleitenden Fasern ausgebildet. Solche Fasern wie beispielsweise Glasfasern haben den Vorteil, dass sie keine elektrische Leitfähigkeit aufweisen und damit nicht zu einer elektrochemischen Korrosion zwischen beteiligten Materialien führen können. Die im Vergleich zu den Kohlenstofffasern weniger belastbaren und deutlich schwereren Glasfasern werden dabei in den Deckschichten nur mit relativ geringer Schichtdicke dieser Deckschichten eingesetzt, sodass sich die Nachteile bezüglich der Belastungsfähigkeit und des Gewichts im Vergleich zu den Kohlenstofffasern hier in Grenzen halten.The baseplate according to the invention uses a fiber-reinforced plastic material in a manner comparable to that of the baseplates in the prior art. According to the invention, the fiber-reinforced plastic material is designed as a multilayer structure which consists of two cover layers with electrically non-conductive reinforcing fibers and at least one support layer with carbon fibers arranged between them. This structure ensures a very light and yet stable base plate, which receives a large part of its strength through the use of very light and at the same time very tensile carbon fibers. The fibers can preferably run transversely to the direction of travel of the vehicle with additional fibers at an angle of approximately 45 ° thereto. The fibers can be designed as woven or knitted fabrics, for example, or arranged in the form of individual bundles in the base layer. The cover layers in both directions of the fiber-reinforced plastic material are formed from a fiber-reinforced plastic with electrically non-conductive fibers. Fibers such as glass fibers, for example, have the advantage that they have no electrical conductivity and thus cannot lead to electrochemical corrosion between the materials involved. The significantly heavier glass fibers, which are less resilient than carbon fibers, are only used in the outer layers with a relatively small layer thickness of these outer layers, so that the disadvantages in terms of load-bearing capacity and weight compared to carbon fibers are limited here.

Das faserverstärkte Kunststoffmaterial selbst kann dabei in Form einer großen Platte den gesamten Unterboden des Fahrzeugs bedecken oder es können mehrere vorzugsweise in Fahrtrichtung hintereinander angeordnete Einzelsegmente vorgesehen werden. Dies ist hinsichtlich der Montage und des Handlings ein eventueller Vorteil. Im Falle einer potenziellen Beschädigung würde dann auch der Austausch eines Segments ausreichen, was dementsprechend einfacher und kostengünstiger wäre als der Austausch des gesamten faserverstärkten Kunststoffmaterials der erfindungsgemäßen Bodenplatte.The fiber-reinforced plastic material itself can cover the entire underbody of the vehicle in the form of a large plate, or several individual segments, preferably arranged one behind the other in the direction of travel, can be provided. This is a possible advantage in terms of assembly and handling. In the event of potential damage, the replacement of a segment would then also suffice, which would accordingly be simpler and cheaper than replacing the entire fiber-reinforced plastic material of the floor plate according to the invention.

Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bodenplatte besteht die Tragschicht selbst aus zwei Schichten aus kohlenfaserverstärktem Kunststoff und einer dazwischen angeordneten Waben- oder Schaumstruktur. Eine solche Struktur erlaubt eine bezogen auf Ihr Gewicht sehr ohe Steifigkeit.According to an extremely favorable development of the floor slab according to the invention, the support layer itself consists of two layers of carbon fiber reinforced plastic and a honeycomb or foam structure arranged in between. Such a structure allows a very high level of rigidity in relation to its weight.

Sie kann z. B. als Wabenstruktur ausgeführt sein, welche gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung insbesondere Aramidfasern aufweisen kann. Die Waben stehen mit ihren zentralen Achsen der Hohlräume vorzugsweise senkrecht zu der Hauptausrichtung der Bodenplatte und bestehen beispielsweise aus den genannten Aramidfasern oder auch einem andersartigen geeigneten Material wie beispielsweise Cellulosefasern oder dergleichen, und sind vorzugsweise in ihrer Wabenform mit Epoxidharz stabilisiert. Die Wabenstruktur ist damit leicht und in der gewünschten Richtung gegen Durchbiegung sehr stabil.You can z. B. be designed as a honeycomb structure which, according to an advantageous embodiment, can have aramid fibers in particular. The honeycombs are preferably perpendicular to the main orientation of the base plate with their central axes of the cavities and consist, for example, of the aforementioned aramid fibers or some other suitable material such as cellulose fibers or the like, and are preferably stabilized in their honeycomb shape with epoxy resin. The honeycomb structure is therefore light and very stable against sagging in the desired direction.

Als Alternative zu der Wabenstruktur könnte hier auch eine Schaumstruktur zum Einsatz kommen. Geeignet ist prinzipiell jede Art von stabilisiertem Schaum, wobei bevorzugt kommerziell erhältliche Schäume aus Kunststoffen oder Metallen Verwendung finden können. Dies können z.B. Schaumstrukturen aus Aluminiumlegierungen sein, welche meist nur als Aluminiumschaum bezeichnet werden, oder Schaumstrukturen aus Kunststoffen wie z.B. Polyurethan. Die Kunststoffschäume können vorzugsweise mit Verstärkungsfasern versehen sein, insbesondere mit Aramid- oder Glasfasern.As an alternative to the honeycomb structure, a foam structure could also be used here. In principle, any type of stabilized foam is suitable, with preference being given to using commercially available foams made from plastics or metals. These can be, for example, foam structures made of aluminum alloys, which are usually only referred to as aluminum foam, or foam structures made of plastics such as polyurethane. The plastic foams can preferably be provided with reinforcing fibers, in particular with aramid or glass fibers.

Das faserverstärkte Kunststoffmaterial der Bodenplatte kann gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bodenplatte außerdem auf der dem Boden unter dem Fahrzeug zugewandten Seite, also der Unterseite der Bodenplatte mit einer elastischen Schutzschicht versehen sein. Eine solche elastische Schutzschicht kann insbesondere durch eine aufgeklebte Schicht aus einem Gummimaterial, einem Elastomer oder dergleichen bestehen. Besonders bevorzugt ist dabei der Einsatz einer Schicht aus EPDM. Eine solche Schicht stellt einen sehr effizienten Schutz gegen Steinschlag dar, sodass die Gefahr einer Beschädigung der Bodenplatte durch aufgewirbeltes Material aus dem Bereich unter dem Fahrzeug, insbesondere auch beim Einsatz des Fahrzeugs auf Schotterwegen, im Gelände oder dergleichen nochmals deutlich minimiert werden kann.According to a further very advantageous embodiment of the floor panel according to the invention, the fiber-reinforced plastic material of the floor panel can also be provided with an elastic protective layer on the side facing the floor under the vehicle, i.e. the underside of the floor panel. Such an elastic protective layer can in particular consist of a glued-on layer made of a rubber material, an elastomer or the like. The use of a layer made of EPDM is particularly preferred. Such a layer represents a very efficient protection against falling rocks, so that the risk of damage to the floor plate by material blown up from the area under the vehicle, especially when the vehicle is used on gravel roads, off-road or the like, can again be significantly minimized.

Eine außerordentlich günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bodenplatte sieht es dabei vor, dass das faserverstärkte Kunststoffmaterial in an wenigstens zwei Seiten angebrachten Adapterschienen aus einer Aluminiumlegierung aufgenommen ist. Solche Adapterschienen aus einer Aluminiumlegierung eignen sich nun hervorragend, um das faserverstärkte Kunststoffmaterial effizient aufzunehmen. Die Adapterschienen können beispielsweise in Richtung der Elemente aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial U-förmig ausgebildet sein, sodass sie seitlich auf das faserverstärkte Kunststoffmaterial aufgesteckt und mit diesem entsprechend verbunden werden können.An extraordinarily favorable embodiment of the base plate according to the invention provides that the fiber-reinforced plastic material is received in adapter rails made of an aluminum alloy that are attached to at least two sides. Such adapter rails made of an aluminum alloy are now ideally suited to accommodate the fiber-reinforced plastic material efficiently. The adapter rails can, for example, be U-shaped in the direction of the elements made of the fiber-reinforced plastic material, so that they can be pushed onto the fiber-reinforced plastic material and connected to it accordingly.

Sie können dabei gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung mit dem faserverstärkten Kunststoffmaterial verklebt ausgeführt sein, sodass beispielsweise eine oder mehrere plattenförmige Teile aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial in die Adapterschienen eingeklebt und im Anschluss daran gemäß der oben beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltung mit einer elastischen Schutzschicht aus aufgeklebtem EPDM auf der Unterseite versehen werden.According to an extremely favorable development, they can be glued to the fiber-reinforced plastic material so that, for example, one or more plate-shaped parts made of the fiber-reinforced plastic material are glued into the adapter rails and then, according to the advantageous embodiment described above, with an elastic protective layer made of glued EPDM on the Be provided on the underside.

Dieser Aufbau ist nun außerordentlich einfach und effizient in der Montage und kann gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung mit den Adapterschienen in Tragschienen aufgenommen sein. In diesen Tragschienen lassen sich nun diese Adapterschienen in wenigstens einer Raumrichtung aufnehmen und über die Tragschienen beziehungsweise gemeinsam mit den Tragschienen an entsprechenden Rahmenteilen des Fahrzeugs effizient montieren, insbesondere durch Verschrauben.This structure is now extremely simple and efficient to assemble and, according to an extremely favorable further development, can be accommodated in mounting rails with the adapter rails. These adapter rails can now be received in at least one spatial direction in these mounting rails and efficiently mounted on corresponding frame parts of the vehicle via the mounting rails or together with the mounting rails, in particular by screwing.

Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung dieser Idee des erfindungsgemäßen Aufbaus der Bodenplatte kann es dabei ferner vorgesehen sein, dass die Adapterschienen in zwei Richtungen formschlüssig von den Tragschienen aufgenommen und in einer Richtung über Befestigungselemente gesichert werden. Vorzugsweise können die beiden Raumrichtungen, in welche die Tragschienen die Adapterschienen formschlüssig aufnehmen, die Raumrichtung entlang der Breite des Fahrzeugs (Querachse) sowie in Richtung der Höhe des Fahrzeugs (Hochachse) sein. In Fahrtrichtung (Längsachse) kann dann über Befestigungselemente wie beispielsweise Schrauben, Nieten oder dergleichen eine Befestigung erfolgten.According to an extremely favorable development of this idea of the structure of the base plate according to the invention, it can also be provided that the adapter rails are positively received in two directions by the support rails and secured in one direction via fastening elements. The two spatial directions in which the mounting rails receive the adapter rails in a form-fitting manner can preferably be the spatial direction along the width of the vehicle (transverse axis) and in the direction of the height of the vehicle (vertical axis). In the direction of travel (longitudinal axis), fastening can then take place via fastening elements such as screws, rivets or the like.

Insgesamt erlaubt der Aufbau durch das Schiene-in-Schiene-System einen Toleranzausgleich, ist einfach zu montieren und erlaubt auch eine sehr einfache Anpassung in Richtung der Breite, durch ein größeres Element aus faserverstärktem Kunststoffmaterial oder in Richtung der Länge, beispielsweise durch ein größeres Element aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial oder mehrere hintereinander angeordnete Segmente. Die Adapterschienen und die Tragschienen sowie die Aufnahmen für die Tragschienen im Rahmenbereich des Fahrzeugs oder an einem mit diesem Rahmenbereich des Fahrzeugs verbundenen Zwischenrahmen können dabei unverändert bleiben, was ein entscheidender Vorteil bezüglich eines einfachen und kostengünstigen Aufbaus ist.Overall, the construction through the rail-in-rail system allows tolerance compensation, is easy to assemble and also allows very simple adjustment in the direction of the width, using a larger element made of fiber-reinforced plastic material or in the direction of the length, for example using a larger element made of the fiber-reinforced plastic material or several segments arranged one behind the other. The adapter rails and the support rails as well as the receptacles for the support rails in the frame area of the vehicle or on an intermediate frame connected to this frame area of the vehicle can remain unchanged, which is a decisive advantage with regard to a simple and inexpensive structure.

Durch den Einsatz der leichten, aber stabilen faserverstärkten Kunststoffmaterialien einerseits und der Schienen aus einer Aluminiumlegierung andererseits wird ein insgesamt sehr leichter und dennoch sehr stabiler Aufbau erreicht, welcher die Batterien sehr gut vor mechanischen äußeren Einflüssen schützt. Die Aluminiumprofile können dabei insbesondere als Strangpressprofile realisiert werden, was sie entsprechend kostengünstig in der Herstellung macht. Auch hier spielt die einfache Skalierbarkeit durch die Anpassung der Größe oder der Anzahl der Segmente aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial eine entscheidende Rolle, da insbesondere bei Strangpressprofilen mit zunehmender Zahl an identischen Bauteilen die Kostenvorteile immer größer werden.Through the use of the light but stable fiber-reinforced plastic materials on the one hand and the rails made of an aluminum alloy on the other hand, an overall very light and yet very stable structure is achieved, which the Protects batteries very well against external mechanical influences. The aluminum profiles can in particular be implemented as extruded profiles, which makes them correspondingly inexpensive to manufacture. Here, too, the simple scalability through the adaptation of the size or the number of segments made of the fiber-reinforced plastic material plays a decisive role, since the cost advantages become greater and greater, especially in the case of extruded profiles with an increasing number of identical components.

Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug sieht eine im Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnete Batterie vor, welche im bestimmungsgemäßen Einsatz oberhalb einer Bodenplatte in einer der beschriebenen Ausführungen gemäß der Erfindung angeordnet ist. Die Bodenplatte in einer der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ist dabei entsprechend leicht und dennoch stabil und kann die Batterie vor äußeren Einflüssen, einem sogenannten Impact, schützen. Außerdem ist der Aufbau mit den Deckschichten, in welchen elektrisch nichtleitende Fasern eingesetzt werden, trotz der Kombination mit Aluminium-Schienen sehr korrosionsstabil.An at least partially electrically driven vehicle provides a battery which is arranged in the underbody area of the vehicle and which, when used as intended, is arranged above a base plate in one of the embodiments described according to the invention. The base plate in one of the configurations according to the invention is correspondingly light and yet stable and can protect the battery from external influences, a so-called impact. In addition, the structure with the cover layers, in which electrically non-conductive fibers are used, is very corrosion-resistant despite the combination with aluminum rails.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß der Erfindung ist es dabei so, dass die erfindungsgemäße Bodenplatte die Adapterschienen und Tragschienen aufweist, wobei die Tragschienen zumindest mittelbar mit tragenden Rahmenteilen des Fahrzeugs verbunden sind, um so einen sicheren Abschluss des Fahrzeugs und insbesondere seiner Batterie nach unten zu gewährleisten, welcher durch den Aufbau mit Adapterschienen und Tragschienen außerordentlich einfach zu montieren ist.According to a very advantageous development of the at least partially electrically powered vehicle according to the invention, the floor plate according to the invention has the adapter rails and mounting rails, the mounting rails being at least indirectly connected to load-bearing frame parts of the vehicle in order to ensure a secure closure of the vehicle and in particular to ensure its battery downwards, which is extremely easy to assemble due to the structure with adapter rails and mounting rails.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bodenplatte und des zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß der Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous configurations of the floor plate according to the invention and the at least partially electrically driven vehicle according to the invention emerge from the exemplary embodiment which is described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß der Erfindung; und
2 eine Schnittdarstellung durch einen Teil einer Bodenplatte in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung.

Show:

1 a schematic view of an at least partially electrically powered vehicle according to the invention; and
2 a sectional view through part of a base plate in an embodiment according to the invention.

In der Darstellung der 1 ist ein in einer Seitenansicht angedeutetes Fahrzeug 1 zu erkennen. Dieses soll zumindest teilweise elektrisch angetrieben ausgeführt sein. Eine zur Speicherung von elektrischer Antriebsenergie eingesetzte Batterie 2 befindet sich dabei im Unterbodenbereich des Fahrzeugs 1, wobei weitere Batterien an weiteren Stellen innerhalb des Fahrzeugs nicht ausgeschlossen sind. Der die Batterie 2 aufweisende Bereich des Fahrzeugs 1 wird unterhalb der Batterie 2 durch eine mit 3 bezeichnete Bodenplatte des Fahrzeugs abgedeckt, um das Fahrzeug 1 und insbesondere die Batterie 2 zu schützen.In the representation of the 1 Fig. 3 is a vehicle indicated in a side view 1 to recognize. This should be carried out at least partially electrically driven. A battery used to store electrical drive energy 2 is located in the underbody area of the vehicle 1 , whereby additional batteries in other locations within the vehicle are not excluded. The battery 2 area of the vehicle 1 will be below the battery 2 covered by a designated 3 base plate of the vehicle to the vehicle 1 and especially the battery 2 to protect.

Im Zuge der weiteren Erläuterungen sind dabei die drei in 1 eingezeichneten Raumrichtungen x, y und z relevant. Die x-Richtung ist dabei in und entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 definiert, folgt also der sogenannten Fahrzeuglängsachse. Senkrecht dazu quer zum Fahrzeug und der sogenannten Fahrzeugquerachse folgend ist die Richtung y definiert, senkrecht auf der von den Richtungen y und x aufgespannten Ebene steht die Richtung z, welche im bestimmungsgemäßen Einsatz entlang der sogenannten Hochachse des Fahrzeugs verläuft und typischerweise mit der Richtung der Schwerkraft übereinstimmt, solange das Fahrzeug 1 auf einem ebenen Untergrund steht.In the course of the further explanations, the three in 1 indicated spatial directions x, y and z are relevant. The x-direction is in and against the direction of travel of the vehicle 1 defined, thus follows the so-called vehicle longitudinal axis. The direction y is defined perpendicular to it, transversely to the vehicle and following the so-called vehicle transverse axis, perpendicular to the plane spanned by the directions y and x is the direction z, which in normal use runs along the so-called vertical axis of the vehicle and typically with the direction of gravity matches as long as the vehicle 1 stands on a level surface.

In der Darstellung der 2 ist nun ein teilweiser Querschnitt durch einen Teil der Bodenplatte 3 quer zur Längsachse x des Fahrzeugs 1 dargestellt. In der Darstellung der 2 links ist ein faserverstärktes Kunststoffmaterial 4 der Bodenplatte 3 zu erkennen. Es besteht in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei jeweils mit 5 bezeichneten Deckschichten aus einem mit Glasfasern verstärkten Kunststoffmaterial, welche aufgrund der elektrisch nichtleitenden Fasern und der elektrisch nichtleitenden Kunststoffmatrix elektrisch isolierend ausgebildet sind. Zwischen diesen beiden Deckschichten 5 ist eine Tragschicht 6 angeordnet, welche ihrerseits aus zwei Schichten 7 aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff besteht. Zwischen diesen beiden Schichten 7 aus dem kohlenfaserverstärkten Kunststoff (CfK) ist eine Wabenstruktur 8 angeordnet. Die Waben dieser Wabenstruktur 8 sind links neben der Wabenstruktur 8 schematisch in einer Draufsicht angedeutet. Die Hochachse der einzelnen Waben steht dabei, wie es in der Wabenstruktur 8 angedeutet ist, senkrecht zur Ausrichtung des plattenförmigen faserverstärkten Kunststoffmaterials, die Waben sind also in z-Richtung durchgängig und werden von den beiden CfK-Schichten 7 zu der Tragschicht 6 ergänzt, welche wiederum über die Deckschichten 5 abgedeckt ist, um eine Platte beziehungsweise ein Segment aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial 4 auszubilden.In the representation of the 2 is now a partial cross-section through part of the floor slab 3 transverse to the longitudinal axis x of the vehicle 1 shown. In the representation of the 2 on the left is a fiber-reinforced plastic material 4th the base plate 3 to recognize. In the exemplary embodiment shown here, it consists of two cover layers, each denoted by 5, made of a plastic material reinforced with glass fibers, which are designed to be electrically insulating due to the electrically non-conductive fibers and the electrically non-conductive plastic matrix. Between these two top layers 5 is a base course 6th arranged, which in turn consists of two layers 7th consists of a carbon fiber reinforced plastic. Between these two layers 7th made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is a honeycomb structure 8th arranged. The honeycombs of this honeycomb structure 8th are to the left of the honeycomb structure 8th indicated schematically in a plan view. The vertical axis of the individual honeycombs is as it is in the honeycomb structure 8th is indicated, perpendicular to the alignment of the plate-shaped, fiber-reinforced plastic material, the honeycombs are therefore continuous in the z-direction and become the base layer from the two CFRP layers 7 6th added, which in turn over the top layers 5 is covered to a plate or a segment of the fiber-reinforced plastic material 4th to train.

Als Alternative zu der Wabenstruktur 8 könnte hier auch eine Schaumstruktur zum Einsatz kommen, z.B. ein Aluminiumschaum oder ein Polyurethanschaum, vorzugsweise mit Verstärkungsfasern, beispielsweise Aramid- oder Glasfasern.As an alternative to the honeycomb structure 8th A foam structure could also be used here, for example an aluminum foam or a polyurethane foam, preferably with reinforcing fibers, for example aramid or glass fibers.

In Längsrichtung, also in x-Richtung, welche in der Darstellung der 2 in die Blattebene hineinragt, können nun mehrere derartige Segmente hintereinander angeordnet sein, um die Länge der benötigten Bodenplatte 3 für das Fahrzeug zu erreichen. Dies hat einerseits den Vorteil einer einfachen Skalierbarkeit und bietet andererseits die Möglichkeit, im Schadensfall lediglich eines der Segmente des faserverstärkten Kunststoffmaterials 4 austauschen zu müssen.In the longitudinal direction, i.e. in the x direction, which in the illustration of 2 protruding into the plane of the sheet, several such segments can now be arranged one behind the other to the length of the required base plate 3 for the vehicle to reach. On the one hand, this has the advantage of simple scalability and, on the other hand, offers the possibility of only one of the segments of the fiber-reinforced plastic material in the event of damage 4th to have to exchange.

Das faserverstärkte Kunststoffmaterial 4 ist nun in einer Adapterschiene 9 aufgenommen. Diese Adapterschiene 9 besteht vorzugsweise aus einem Aluminiumstrangpressprofil, in welchem die Platte aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial 4 eingeklebt ist, beispielsweise über einen hier angedeuteten und mit dem Bezugszeichen 10 versehenen Epoxidklebstoff. Die Platte aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial 4 wird in der z-Richtung unterhalb des in 2 dargestellten Aufbaus außerdem durch eine elastische Schutzschicht 11 beispielsweise eine Schicht aus einem Elastomer abgeschlossen, um einen steinschlagbeständigen Impactschutz für die darüberliegenden Schichten des faserverstärkten Kunststoffmaterials 4 zu schaffen. Dieser gesamte Aufbau aus einem oder mehreren Segmenten des faserverstärkten Kunststoffmaterials 4 zusammen mit dem Adapterrahmen 9, welcher in der y-Richtung auf beiden Seiten des faserverstärkten Kunststoffmaterials 4 analog angeordnet ist, und der elastischen Schutzschicht 11 ist nun seitlich, also in y-Richtung und bezüglich der Höhe, also in z-Richtung in einer Tragschiene 12 formschlüssig aufgenommen. In der in die Blattebene hinein- und aus der Blattebene herausragende x-Richtung erfolgt die Fixierung über Befestigungselemente wie die hier beispielhaft angedeutete Schraube 13. Auch die Tragschiene 12 besteht vorzugsweise aus einem Strangpressprofil aus einer Aluminiumlegierung, genau wie die Adapterschiene 9. Aluminium kann hier problemlos eingesetzt werden, da potenzielle Korrosionsprobleme aufgrund der elektrisch isolierenden Deckschichten 5 zwischen der Adapterschiene 9 und dem faserverstärkten Kunststoffmaterial 4 der Platte quasi ausgeschlossen sind. Seitlich erfolgt die elektrische Isolierung durch den Epoxidharzkleber 10.The fiber-reinforced plastic material 4th is now in an adapter rail 9 recorded. This adapter rail 9 consists preferably of an extruded aluminum profile, in which the plate is made of the fiber-reinforced plastic material 4th is glued in, for example via an indicated here and with the reference number 10 provided epoxy adhesive. The plate made of the fiber-reinforced plastic material 4th is in the z-direction below the in 2 The structure shown is also provided with an elastic protective layer 11th For example, a layer of an elastomer is completed to provide stone chip-resistant impact protection for the overlying layers of the fiber-reinforced plastic material 4th to accomplish. This entire construction from one or more segments of the fiber-reinforced plastic material 4th together with the adapter frame 9 , which in the y-direction on both sides of the fiber-reinforced plastic material 4th is arranged analogously, and the elastic protective layer 11th is now laterally, that is in the y-direction and with regard to the height, that is in the z-direction in a mounting rail 12th positively recorded. In the x-direction protruding into and out of the plane of the sheet, the fixing takes place by means of fastening elements such as the screw indicated here by way of example 13th . Also the mounting rail 12th consists preferably of an extruded profile made of an aluminum alloy, just like the adapter rail 9 . Aluminum can be used here without any problems, as there are potential corrosion problems due to the electrically insulating cover layers 5 between the adapter rail 9 and the fiber reinforced plastic material 4th the plate are virtually excluded. The electrical insulation on the side is provided by the epoxy resin adhesive 10 .

Für die Tragfähigkeit sind vor allem die beiden CfK-Schichten 7 zuständig. Die Hauptorientierung der Fasern liegt dabei in der y-Richtung, um ein Durchbiegung zu vermeiden. Nur einige Faserschichten liegen in der x-Richtung und um 45° versetzt dazu, also zwischen den beiden genannten Richtungen. Die Wabenstruktur 8 selbst besteht aus epoxidharzgetränktem Aramid, welches in der links neben der Wabenstruktur 8 angedeuteten Wabenform ausgehärtet ist. Die Ausrichtung der Waben erfolgt wie es in der Wabenstruktur 8 durch die Striche angedeutet ist, in z-Richtung. Die so aufgebaute Platte aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial 4 mit der elastischen Schutzschicht 11 ist dabei außerordentlich leicht und stabil. Sie ist gegenüber den Metallen elektrisch isoliert und durch die elastische Schutzschicht 11 gegenüber einem Steinschlag von unten gestützt. Auch gegenüber stehendem Wasser ist die Platte durch die Deckschichten 5 aus dem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial korrosionsstabil. In x-Richtung kann der Aufbau wie bereits erwähnt aus mehreren derartigen Segmenten gegebenenfalls auch mit einer durchgehenden elastischen Schutzschicht 11 ausgebildet sein.The two CFRP layers 7 are primarily responsible for the load-bearing capacity. The main orientation of the fibers is in the y-direction in order to avoid bending. Only a few fiber layers are in the x-direction and offset by 45 °, i.e. between the two directions mentioned. The honeycomb structure 8th itself consists of epoxy resin soaked aramid, which is in the left next to the honeycomb structure 8th indicated honeycomb shape is cured. The alignment of the honeycombs takes place as in the honeycomb structure 8th indicated by the lines, in the z-direction. The thus constructed plate made of the fiber-reinforced plastic material 4th with the elastic protective layer 11th is extremely light and stable. It is electrically isolated from the metals and thanks to the elastic protective layer 11th supported against a rockfall from below. Even facing water is the plate through the cover layers 5 Made of the glass fiber reinforced plastic material, corrosion-resistant. In the x-direction, as already mentioned, the structure can be composed of several such segments, optionally also with a continuous elastic protective layer 11th be trained.

Durch die Adapterschiene 9 einerseits und die Tragschiene 12 andererseits weist die Bodenplatte 3 also ein einfaches und effizientes Schiene-in-Schiene-System auf, insbesondere mit Schienen aus einem Strangpressprofil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die äußeren Tragschienen 12 nehmen dabei die Adapterschienen in zwei Richtungen formschlüssig in einer Art Nut- und Federprinzip auf, sodass ein einfacher Toleranzausgleich und eine einfache Anpassung der Länge des Aufbaus in x-Richtung bei ansonsten identischen Schienen 9, 12 möglich wird.Through the adapter rail 9 one hand and the mounting rail 12th on the other hand, the base plate 3 So a simple and efficient rail-in-rail system, in particular with rails made of an extruded profile made of aluminum or an aluminum alloy. The outer mounting rails 12th take the adapter rails in two directions in a form-fitting manner in a kind of tongue and groove principle, so that a simple tolerance compensation and a simple adjustment of the length of the structure in the x-direction with otherwise identical rails 9 , 12th becomes possible.

Über die Tragschiene 12 wird der gesamte Aufbau nun an dem Fahrzeug 1 befestigt, wofür in der Darstellung der 2 rechts rein beispielhaft ein Element 14 aus Aluminiumguss angedeutet ist. In einer Öffnung sind hier zwei Bundbuchsen 15 mit entgegengesetzter Orientierung angeordnet und über eine Schraubverbindung mittels der angedeuteten Schraube 16 sowohl miteinander als auch mit dem Tragrahmen 12 verbunden, sodass die gesamte Bodenplatte 3 mit ihren beiden Schienen 9, 12 einfach und effizient im Bodenbereich des Fahrzeugs 1 montiert werden kann.Via the mounting rail 12th the entire structure is now attached to the vehicle 1 attached, for which in the representation of the 2 on the right, purely by way of example, an element 14th made of cast aluminum is indicated. There are two flange sleeves in one opening 15th arranged with opposite orientation and via a screw connection by means of the indicated screw 16 both with each other and with the support frame 12th connected so that the entire floor slab 3 with her two rails 9 , 12th easily and efficiently in the floor area of the vehicle 1 can be mounted.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102015111749 A1 [0004]
US 2020/0152927 A1 [0005]

Claims

Base plate (3) for an at least partially electrically powered vehicle (1) with a battery (2) which is arranged in the underbody area and has a fiber-reinforced plastic material (4), characterized in that the fiber-reinforced plastic material (4) is designed as a multilayer structure, which consists of two cover layers (5) with electrically non-conductive reinforcing fibers and at least one support layer (6) arranged between them, which in turn comprises carbon fibers.

Base plate (3) Claim 1 , characterized in that the support layer (6) is formed from two layers (7) made of carbon fiber reinforced plastic (CfK) and a honeycomb structure (8) or foam structure arranged in between.

Base plate (3) Claim 2 , characterized in that the honeycomb structure (8) has aramid fibers.

Base plate (3) after one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the fiber-reinforced plastic material (4) is provided with an elastic protective layer (11) on the side facing the floor under the vehicle (1).

Base plate (3) after one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the fiber-reinforced plastic material (4) is received in adapter rails (9) made of an aluminum alloy and attached to at least two sides.

Base plate (3) Claim 5 , characterized in that the fiber-reinforced plastic material (4) is received in the adapter rails (9) in a groove and is glued to the adapter rails (9).

Base plate (3) Claim 5 or 6th , characterized in that the fiber-reinforced plastic material (4) is received together with the adapter rails (9) in support rails (12).

Base plate (3) Claim 7 , characterized in that the adapter rails (9) are positively received in the support rails (12) in two spatial directions and are secured in a further spatial direction relative to the support rails (12) via fastening elements (13).

At least partially electrically powered vehicle (1) with a battery (2) arranged in the underbody area which, when used as intended, in the direction of gravity above a base plate (3) according to one of the Claims 1 until 8th is arranged.

At least partially electrically powered vehicle (1) according to Claim 9 with a base plate (3) according to one of the Claims 7 or 8th , characterized in that the support rails (12) are at least indirectly connected to load-bearing frame parts (14).