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Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugrohbau mit einem integrierten Batterierahmen für eine Unterbodenbatterie.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2018 113 812 A1 ist eine auch als Kastenrohbau bezeichnete Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Batteriekasten zur Aufnahme einer Traktionsbatterie bekannt. Aus der amerikanischen Offenlegungsschrift
US 2003/0141712 A1 ist eine Kfz-Vorderkarosserieanordnung mit Vorderrädern und Vorderrad-Querführungen bekannt, wobei die Vorderrad-Querführungen Energie aufnehmende Elemente aufweisen, die bei Aufnahme einer Kollisionslast verformbar sind. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2012 025 335 A1 ist eine Crashstruktur für ein Fahrzeug mit einem Deformationselement bekannt, welches im Bereich eines Radhauses zwischen einem Rad und einer Schwellerstruktur angeordnet ist, wobei das Deformationselement außerhalb einer Unfallsituation eine Bewegung des Rades freigibt und in einer Unfallsituation Crashenergie des in Richtung eines Fußraums des Fahrzeugs eindringenden Rades zumindest teilweise abbaut, wobei ein Lastverteiler das Deformationselement mit einer A-Säule und/oder einem Dachrahmen koppelt, wobei das Deformationselement eine Schräge aufweist, welche so zum Rad ausgerichtet ist, dass das Rad in der Unfallsituation nach außen ableitbar ist, wobei das Deformationselement keilförmig ausgeführt ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2013 101 697 A1 ist eine Kraftfahrzeugtragstruktur mit einer A-Säule, einem Vorderrad und einer Abgleitfläche für das Vorderrad bekannt, wobei die Abgleitfläche für das Vorderrad an der A-Säule ausgebildet und so angestellt ist, dass das Vorderrad bei einem bezogen auf das Vorderrad frontalen Crash an der Abgleitfläche nach außen abgleitet, wobei ein vorderer A-Säulenflanschbereich zu einer Fahrzeugmitte hin angeordnet ist, wobei die vordere Stirnwand mit einem Querträger kombiniert ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftfahrzeugrohbau mit einem integrierten Batterierahmen für eine Unterbodenbatterie funktionell zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeugrohbau mit einem integrierten Batterierahmen für eine Unterbodenbatterie, dadurch gelöst, dass der Batterierahmen vorne abgewinkelte Abgleitflächen aufweist, die jeweils einem Vorderrad zugewandt und mit einer Crashbox kombiniert sind, die in einem Crashfall eine Lastabstützung des Vorderrads in einer Fahrzeuglängsrichtung bis zu einer definierten Last ermöglicht und die sich bei einem Überschreiten dieser Last derart deformiert, dass das Vorderrad seitlich nach außen abgleiten kann. Bei der Unterbodenbatterie handelt es sich vorzugsweise um eine Hochvoltbatterie, die auch als Traktionsbatterie oder als Hochvolt-Traktionsbatterie bezeichnet wird. Die Unterbodenbatterie umfasst vorteilhaft mehrere Batteriemodule, die in einem gemeinsamen Batteriesystem kombiniert sind. Die Begriffe vorne, hinten, oben, unten, quer und längs beziehen sich auf ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem. Eine Fahrzeuglängsrichtung wird auch als x-Richtung bezeichnet. Eine Fahrzeugquerrichtung wird auch als y-Richtung bezeichnet. Eine Fahrzeughochrichtung wird auch als z-Richtung bezeichnet. Die Begriffe vorne und hinten beziehen sich auf die Fahrzeuglängsrichtung. Die Begriffe oben und unten beziehen sich auf die Fahrzeughochrichtung. Bei dem Kraftfahrzeugrohbau handelt es sich vorzugsweise um einen Kastenrohbau, wie er in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2018 113 812 A1 offenbart ist. Die Unterbodenbatterie ist in dem Batterierahmen vorteilhaft in der Bodenmitte positioniert. Bei dem Crashfall kann es sich um einen sogenannten Small-Overlap-Crash handeln. Bei einem Small-Overlap-Crash handelt es sich insbesondere um eine Frontalkollision mit geringer Überdeckung. Bei einem entsprechenden Small-Overlap-Crashtest wird ein Vorderreifen zum Beispiel gegen einen Schweller geschoben. Dann ist es vorteilhaft, wenn der Vorderreifen nach außen an dem Schweller abgleiten kann. Ein anderer Crashfall betrifft den sogenannten ODB-Crash. Die Buchstaben ODB stehen für die englischen Begriffe Offset Deformable Barrier. Bei einem ODB-Crash wird der Vorderreifen ebenfalls gegen den Schweller geschoben. Bei diesem Lastfall soll jedoch möglichst viel Kraft über ein verblockendes Vorderrad am Schweller abgestützt werden. Ein zu frühes Abgleiten des Reifens sollte verhindert werden. Bei dem beanspruchten Kraftfahrzeugrohbau sind die abgewinkelten Abgleitflächen vorteilhaft an dem Batterierahmen vorgesehen. So wird die innerhalb des Batterierahmens angeordnete Unterbodenbatterie im Crashfall geschützt. Der Batterierahmen umfasst vorzugsweise zumindest zwei Längsträger und zwei Querträger. Die Crashboxen sind vorteilhaft den Vorderrädern so zugeordnet, dass sie eine Lastabstützung der Vorderräder in Fahrzeuglängsrichtung bis zu der definierten Last sicherstellen. So wird ein gewünschtes Fangen, Halten und Abstützen der Vorderräder im Crashfall, insbesondere bei einem ODB-Crash, ermöglicht. Bei Überschreiten der definierten Last wird die Crashbox derart deformiert, dass die deformierte Crashbox eine Abgleitebene ausbildet, die sich im Wesentlichen der abgewinkelten Abgleitfläche am Batterierahmen annähert. So wird im Crashfall, insbesondere bei einem Small-Overlap-Crash, ein gewünschtes Abgleiten und Rausschieben des Vorderrads ermöglicht. Durch den beanspruchten Kraftfahrzeugrohbau kann der Batteriebauraum in Fahrzeuglängsrichtung vergrößert werden. Des Weiteren werden mit dem beanspruchten Kraftfahrzeugrohbau eine Gewichtsersparnis und eine Kostenersparnis bei der Herstellung ermöglicht.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugrohbaus ist dadurch gekennzeichnet, dass der Batterierahmen in Eckbereichen Biegungen aufweist, um die abgewinkelten Abgleitflächen darzustellen. Der Batterierahmen hat, in einer Draufsicht betrachtet, zum Beispiel im Wesentlichen die Gestalt eines Rechtecks. Die abgewinkelten Abgleitflächen stellen abgeschrägte Ecken an dem Batterierahmen dar. So können die abgewinkelten Abgleitflächen mit einfachen Mitteln fertigungstechnisch realisiert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugrohbaus ist dadurch gekennzeichnet, dass Biegungen an einem vorderen Querträger ausgebildet sind, der an zwei Längsträgern befestigt ist, die mit dem vorderen Querträger und einem hinteren Querträger den Batterierahmen darstellen. Die Längs- und Querträger des Batterierahmens können als Extrusionsprofile ausgeführt sein. Die Längs- und Querträger des Batterierahmens können auch als miteinander gefügte Bleche ausgeführt sein. So kann mit fertigungstechnisch einfachen Mitteln ein stabiler Batterierahmen mit einer hohen Funktionalität realisiert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugrohbaus ist dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger an dem Kraftfahrzeugrohbau Schweller darstellen. Das liefert den Vorteil, dass herkömmliche Schweller entfallen können.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugrohbaus ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem hinteren Querträger Biegungen ausgebildet sind, um hintere Abgleitflächen darzustellen, die Hinterrädern zugewandt sind. So kann vorteilhaft die Sicherheit auch bei einem Auffahrunfall oder bei einem sich mit hoher Geschwindigkeit rückwärtsbewegenden Fahrzeug sichergestellt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugrohbaus ist dadurch gekennzeichnet, dass die hinteren Abgleitflächen mit Crashboxen kombiniert sind, die in einem Crashfall eine Lastabstützung des jeweiligen Hinterrads bis zu einer definierten Last ermöglichen und die sich bei einem Überschreiten dieser Last derart deformieren, dass das jeweilige Hinterrad seitlich nach außen abgleiten kann. So kann der Schutz der Unterbodenbatterie in dem Batterierahmen weiter erhöht werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugrohbaus ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Unterbodenbatterie und einem beziehungsweise dem hinteren Querträger ein Deformationsraum vorgehalten ist. So kann der Schutz der Unterbodenbatterie in dem Batterierahmen weiter erhöht werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugrohbaus ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Unterbodenbatterie und dem vorderen Querträger ein Deformationsraum vorgehalten ist. So kann der Schutz der Unterbodenbatterie in dem Batterierahmen weiter erhöht werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugrohbaus ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Deformationsraum mindestens eine Crashbox angeordnet ist. Dadurch kann der Schutz der Unterbodenbatterie in dem Batterierahmen weiter erhöht werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugrohbaus ist dadurch gekennzeichnet, dass die Crashbox eine Blechschalenkonstruktion, ein Strangpressprofil und/oder eine Kunststoffbox umfasst. Gemäß einer Ausführungsform ist die Crashbox als Blechschalenkonstruktion aus einer Aluminium- oder Stahllegierung ausgeführt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Crashbox als Strangpressprofil aus einer Aluminiumlegierung ausgeführt. Eine Extrusionsrichtung des Strangpressprofils erstreckt sich, je nach gewünschter Crashlast, in Fahrzeuglängsrichtung oder orthogonal zu Fahrzeuglängsrichtung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Crashbox als Kunststoffbox ausgeführt. Gemäß einer Variante ist die Kunststoffbox mit einer Verrippung versehen. Gemäß einer weiteren Variante ist die Kunststoffbox ohne Verrippung ausgeführt. Gemäß einer weiteren Variante ist die Kunststoffbox mit einer Faserverstärkung versehen. Gemäß einer weiteren Variante ist die Kunststoffbox ohne Faserverstärkung ausgeführt. Weitere Ausführungsformen und Varianten der Crashbox umfassen eine Kombination von mindestens zwei vorab beschriebenen Ausführungsformen und/oder Varianten.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Batterierahmen und/oder eine Crashbox für einen vorab beschriebenen Kraftfahrzeugrohbau. Der Batterierahmen und die Crashboxen sind separat handelbar. Batteriemodule der Unterbodenbatterie können vorteilhaft ohne zusätzlichen Kasten mit den Batterierahmen, insbesondere mit den Längsträgern des Batterierahmens, verschraubt sein. Die Crashboxen können als Extrusionsprofile ausgeführt sein. Eine Extrusionsrichtung der als Extrusionsprofile ausgeführten Crashboxen erstreckt sich vorteilhaft orthogonal zu einer fahrbaren Fläche. Die Crashboxen können aber auch als Blechkonstruktion ausgeführt sein.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Kraftfahrzeug mit einem vorab beschriebenen Kraftfahrzeugrohbau. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein rein elektrisch oder zum Teil elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des Kraftfahrzeugrohbaus mit einem Batterierahmen in einer Untersicht;
- 2 den Batterierahmen aus 1 mit Crashboxen, die zwei Vorderrädern und zwei Hinterrädern zugeordnet sind; und
- 3 eine perspektivische Darstellung des Batterierahmens alleine.
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In
1 ist ein Kraftfahrzeugrohbau 1 in einer Untersicht dargestellt. Der Kraftfahrzeugrohbau 1, der auch als Karosserie bezeichnet wird, ist als Kastenrohbau ausgeführt. Der Kastenrohbau ist so oder so ähnlich ausgeführt wie der in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2018 113 812 A1 beschriebene Kastenrohbau.
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Der Kraftfahrzeugrohbau 1 umfasst einen Batterierahmen 2, der zur Aufnahme einer Unterbodenbatterie 10; 20 dient. Die Unterbodenbatterie 10; 20 ist in dem Batterierahmen 2 in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugrohbaus 1 angeordnet.
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In 1 links ist ein Frontende 3 des Kraftfahrzeugrohbaus 1 angedeutet. Durch einen Pfeil 5 ist eine Vorwärtsfahrtrichtung eines mit dem Kraftfahrzeugrohbau 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs angedeutet. In 1 rechts ist ein Heckende 4 des Kraftfahrzeugrohbaus 1 angedeutet.
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Bei der Unterbodenbatterie 10 handelt es sich um eine Lithium-Ionen basierte Hochvoltbatterie, die mehrere Batteriemodule 11 bis 16; 21 bis 26 umfasst. Die Batteriemodule 11 bis 16; 21 bis 26 stellen ein Batteriesystem in der Bodenmitte des Kraftfahrzeugrohbaus dar.
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Der Batterierahmen 2 umgibt die Unterbodenbatterie 10; 20 vorne, hinten und seitlich. Zu diesem Zweck umfasst der Batterierahmen 2 zwei Längsträger 6, 7, die durch einen vorderen Querträger 8 und einen hinteren Querträger 9 stabil miteinander verbunden sind.
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Die Längsträger 6, 7 des Batterierahmens 2 erstrecken sich in einer Fahrzeuglängsrichtung, die auch als x-Richtung bezeichnet wird. Die Querträger 8, 9 erstrecken sich in einer Fahrzeugquerrichtung, die auch als y-Richtung bezeichnet wird.
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Äußere Endabschnitte der Querträger 8, 9 sind von mittleren Bereichen der Querträger 8, 9 abgewinkelt. Dadurch ergeben sich an den Querträgern 8, 9 Abgleitflächen 31, 32; 33, 34.
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Die Abgleitflächen 31, 32 an dem vorderen Querträger 8 werden auch als vordere Abgleitflächen 31, 32 bezeichnet. Die Abgleitflächen 33, 34 an dem hinteren Querträger 9 werden auch als hintere Abgleitflächen 33, 34 bezeichnet.
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Die vorderen Abgleitflächen 31, 32 sind in einem stumpfen Winkel zu dem mittleren Bereich des vorderen Querträgers 8 angeordnet. Der stumpfe Winkel beträgt zum Beispiel einhundertfünfundvierzig Grad. Die hinteren Abgleitflächen 33, 34 sind in einem stumpfen Winkel zu dem hinteren Querträger 9 angeordnet. Der stumpfe Winkel beträgt zum Beispiel einhundertvierzig Grad. Ein bevorzugter Bereich für die stumpfen Winkel zwischen den Abgleitflächen 31 bis 34 und den Querträgern 8, 9 liegt zwischen einhundertzwanzig und einhundertsechzig Grad.
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In 1 sind die Batteriemodule 11 bis 16 in Längsrichtung angeordnet. Die Batteriemodule 11 bis 16 können in einem zusätzlichen Kasten angeordnet sein. Die Batteriemodule 11 bis 16 können aber auch aneinander befestigt sein. Die Batteriemodule 11 und 16 sind vorteilhaft fest mit den Längsträgern 6, 7 des Batterierahmens 2 verbunden.
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Die Batteriemodule 21 bis 26 in 2 sind in Fahrzeugquerrichtung angeordnet. Die Batteriemodule 21 bis 26 sind vorteilhaft an den Längsträgern 6, 7 des Batterierahmens 2 befestigt. So kann ein zusätzlicher Kasten zur Aufnahme der Batteriemodule 21 bis 26 entfallen.
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In 2 ist der Batterierahmen 2 des Kraftfahrzeugrohbaus aus 1 mit schematisch angedeuteten Vorderrädern 27, 28 und Hinterrädern 29, 30 in einer Untersicht dargestellt. Zum Schutz der Unterbodenbatterie 10; 20 ist der Batterierahmen 2 mit Crashboxen 35 bis 38 kombiniert.
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Die Crashboxen 35, 36 sind den vorderen Abgleitflächen 31, 32 zugeordnet und werden daher auch als vordere Crashboxen 35, 36 bezeichnet. Die Crashboxen 37, 38 sind den hinteren Abgleitflächen 33, 34 zugeordnet und werden daher auch als hintere Crashboxen 37, 38 bezeichnet.
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Die Crashboxen 35 bis 38 dienen dazu, die Unterbodenbatterie 10; 20 innerhalb des Batterierahmens 2 in unterschiedlichen Crashfällen zu schützen. Bei den Crashfällen handelt es sich vorzugsweise um den sogenannten OBD-Crash sowie den sogenannten Small-Overlap-Crash. Diese Crashfälle sind vorab beschrieben.
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Die vorderen Crashboxen 31, 32 sind jeweils in einer Projektion des zugeordneten Vorderreifens 27, 28 in Fahrtrichtung angeordnet. Dabei sind die Crashboxen 35, 36 so ausgeführt, dass sie bei einem ODB-Crash bei niedriger Last die Kraft des jeweiligen Vorderrads 27, 28 an dem vorderen Querträger 8 des Batterierahmens 2 abstützen. Über den vorderen Querträger 8 wird die Last in die Längsträger 6, 7 des Batterierahmens 2 eingeleitet, welche Schweller darstellen.
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Bei Überschreiten einer definierten Last verformen sich die Crashboxen 35, 36 derart, dass die deformierte Crashbox 35, 36 eine Abgleitebene für das jeweilige Vorderrad 27, 28 ausbildet. Diese Abgleitebene hat im Wesentlichen die Form der vorderen Abgleitfläche 31, 32 an dem vorderen Querträger 8.
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Die hinteren Crashboxen 37, 38 üben in Kombination mit den hinteren Abgleitflächen 33, 34 im Zusammenwirken mit den Hinterrädern 29, 30 die gleiche Funktion aus.
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In 3 ist der Batterierahmen 2 mit den Abgleitflächen 31 bis 34 alleine dargestellt. Die Abgleitflächen 31 bis 34 sind an den Querträgern 8, 9 vorteilhaft durch Biegungen 45 bis 48 realisiert. Dadurch wird die Herstellung des Batterierahmens 2 mit den Abgleitflächen 31 bis 34 erheblich vereinfacht.
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In 2 ist darüber hinaus gezeigt, dass sowohl zwischen dem vorderen Querträger 8 und der Unterbodenbatterie 20 als auch zwischen dem hinteren Querträger 9 und der Unterbodenbatterie 20 ein Deformationsraum 39; 40 vorgesehen ist. Dadurch wird der Schutz der Unterbodenbatterie 20 im Crashfall weiter verbessert.
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In dem vorderen Deformationsraum 39 sind zusätzliche Crashboxen 41, 42 angeordnet. Die vordere Crashbox 41 ist diagonal versetzt zu der vorderen Crashbox 35 angeordnet. Die vordere Crashbox 42 ist diagonal versetzt zu der vorderen Crashbox 36 angeordnet. Der vordere Querträger 8 ist jeweils zwischen den diagonal versetzt angeordneten Crashboxen 41, 35 und 42, 36 angeordnet.
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In dem hinteren Deformationsraum 40 ist eine Crashbox 43 angeordnet. Die Crashbox 43 ist in Fahrzeuglängsrichtung mittig zwischen der Unterbodenbatterie 20 und dem hinteren Querträger 9 des Batterierahmens 2 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeugrohbau
- 2
- Batterierahmen
- 3
- Frontende
- 4
- Heckende
- 5
- Pfeil
- 6
- Längsträger
- 7
- Längsträger
- 8
- vorderer Querträger
- 9
- hinterer Querträger
- 10
- Unterbodenbatterie
- 11
- Batteriemodul
- 12
- Bateriemodul
- 13
- Batteriemodul
- 14
- Batteriemodul
- 15
- Batteriemodul
- 16
- Batteriemodul
- 20
- Unterbodenbatterie
- 21
- Batteriemodul
- 22
- Batteriemodul
- 23
- Batteriemodul
- 24
- Batteriemodul
- 25
- Batteriemodul
- 26
- Batteriemodul
- 27
- Vorderrad
- 28
- Vorderrad
- 29
- Hinterrad
- 30
- Hinterrad
- 31
- vordere Abgleitfläche
- 32
- vordere Abgleitfläche
- 33
- hintere Abgleitfläche
- 34
- hintere Abgleitfläche
- 35
- Crashbox
- 36
- Crashbox
- 37
- Crashbox
- 38
- Crashbox
- 39
- vorderer Deformationsraum
- 30
- hinterer Deformationsraum
- 41
- Crashbox
- 42
- Crashbox
- 43
- Crashbox
- 45
- Biegung
- 46
- Biegung
- 47
- Biegung
- 48
- Biegung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018113812 A1 [0002, 0004, 0017]
- US 2003/0141712 A1 [0002]
- DE 102012025335 A1 [0002]
- DE 102013101697 A1 [0002]
