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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer Antriebsbatterie, wobei das Fahrzeug ein Bordnetz mit einer Vielzahl von elektrischen Kabeln aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Bordnetzes eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
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Unter dem Begriff Bordnetz wird im Allgemeinen die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten verstanden, die zum einen für die Stromversorgung (Energiebordnetz), zum anderen für den Informationsfluss zwischen Komponenten und Steuergeräten (Kommunikationsbordnetz) zuständig ist. Zu den elektrischen Komponenten eines Bordnetzes zählen unter anderem Verkabelungen und Bordspannungssteckdosen, Steuergeräten, Sensoren, Anzeigeelemente, Displays, Aktoren, BUS-Systeme und ggf. Generatoren. Das Bordnetz ist durch die wachsende Anzahl von Elektronikmodulen und -komponenten in den vergangenen Jahren stark angewachsen.
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Typischerweise werden bei der Montage des Bordnetzes das Bordnetz durch die Türöffnungen des Fahrzeugs in das Fahrzeug eingebracht und anschließend im Fahrzeuginnenraum sehr aufwendig verlegt, was unter anderem zu hohen Montagezeiten führt.
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Aus der
DE 10 2018 201 355 A1 ist ein Batteriemodul bekannt, wobei dieses Batteriemodul ein Batteriemodulgehäuse aufweist, wobei dieses Batteriemodulgehäuse mindestens zwei Anschlusspunkte für ein datenleitendes oder stromführendes Kabel aufweist und mit mindestens vier Kabelführungen zur Führung eines an den Anschlusspunkten angeschlossenen datenleitenden oder stromführenden Kabels versehen ist. Die
WO 2020/007779 A1 , die
DE 10 2019 107 504 A1 , die
DE 10 2015 003 643 B3 und die
DE 10 2019 109 825 A1 offenbaren weiteren Stand der Technik.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrzeug derart weiterzubilden, dass die Montage eines Bordnetzes erleichtert ist, und ferner ein vorteilhaftes Verfahren zur Montage des Bordnetzes in einem solchen Fahrzeug anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch ein Fahrzeug, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, und durch ein Verfahren, das die Merkmale des Patentanspruchs 14 aufweist, gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug handelt es sich um ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine Antriebsbatterie und ein Bordnetz aufweist. Das Bordnetz wiederum weist eine Vielzahl von elektrischen Kabeln auf. Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist vorgesehen, dass das Fahrzeug eine Haltestruktur aufweist, wobei zumindest ein Teilbereich des Bordnetzes, insbesondere ein Hauptkabelstrang, in der Haltestruktur angeordnet ist. Ein Batteriegehäuse oder ein Batteriemodulgehäuse der Antriebsbatterie weist auf seiner einem Fahrgastinnenraum zugewandten Seite eine Lagerstruktur zur zumindest temporären Lagerung der Haltestruktur auf. Die Haltestruktur ist mittels Verbindungsmitteln mit einem Strukturbauteil des Fahrzeugs verbunden. Die Lagerstruktur dient zur zumindest temporären Lagerung der Haltestruktur, sodass die Haltestruktur mittels der Lagerstruktur derart mit dem Batteriemodulgehäuse bzw. dem Batteriegehäuse verbunden werden kann, dass die Haltestruktur an dem Gehäuse gehalten ist. Die Haltestruktur ist nicht notwendigerweise dauerhaft in der Lagerstruktur gelagert, sondern insbesondere beim Vorgang der Vormontage und vor dem Verbinden der Haltestruktur mit dem Strukturbauteil des Fahrzeugs mittels der Verbindungsmittel.
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Durch diese Gestaltung ist es möglich, das Bordnetz zumindest teilweise auf dem Gehäuse der Batterie oder des Batteriemoduls und somit außerhalb des Fahrzeugs zumindest teilweise vorzumontieren und anschließend beim Vorgang des Einbringens der Antriebsbatterie in das Fahrzeug, auch als „Hochzeit“ bezeichnet, bzw. beim Vorgang des Verbindens der Antriebsbatterie mit dem Fahrzeug diesen Teilbereich oder das gesamte Bordnetz zusammen mit der Batterie in das Fahrzeug einzubringen. Insofern dient die Antriebsbatterie bei der erfindungsgemäßen Lösung als Montagehilfe bzw. Montageträger für das Bordnetz. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, das Bordnetz weitestgehend außerhalb des Fahrzeugs zu verlegen, indem entsprechend ausgebildete Lagerstrukturen des Gehäuses zur Verlegung von Teilbereichen des Bordnetzes verwendet werden. Dadurch werden die Montagezeiten deutlich reduziert und zudem ergonomische Anforderungen in der Produktion leichter umsetzbar gemacht.
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Neben der Lagerstruktur können auch weitere Strukturen an dem Gehäuse vorgesehen sein, die zwar nicht zur Lagerung von Haltestrukturen dienen, aber als Verlegehilfen für Teilbereiche des Bordnetzes dienen. Diese Strukturen können beispielsweise als Vertiefungen ausgebildet sein.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Antriebsbatterie um eine Unterflurbatterie.
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Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn ein Deckel des Gehäuses die Lagerstruktur aufweist.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem zumindest einen Teilbereich um einen Kabelstrang, vorzugsweise einen Hauptkabelstrang des Bordnetzes.
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Vorzugsweise wird das Bordnetz, insbesondere ein Bordnetzkabelstrang, in der Vormontage auf die Antriebsbatterie aufgesetzt und bei der sogenannten Hochzeit als Komplettsystem in das Fahrzeug eingefahren. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Gehäuse Verprägungen mit Fixierpunkten zur optimalen Verlegung der Komponenten des Bordnetzes aufweist.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn es sich bei dem Strukturbauteil um ein Strukturbauteil einer Bodengruppe des Fahrzeugs handelt.
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Insbesondere handelt es sich bei dem Strukturbauteil um ein Karosseriebauteil.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Haltestruktur zwischen dem Gehäuse und dem Strukturbauteil angeordnet ist.
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Es ist vorgesehen, dass die Verbindung der Haltestruktur mit dem Strukturbauteil derart ausgeführt ist, dass bei einem Demontieren der Antriebsbatterie die Haltestruktur an dem Strukturbauteil verbleibt. Dadurch ist es bei einer Demontage der Antriebsbatterie nicht notwendig, das gesamte Bordnetz zu demontieren bzw. etwaige Steckverbindungen zwischen dem Teilbereich des Bordnetzes, der in der Haltestruktur angeordnet ist, und den übrigen Bereichen des Bordnetzes zu lösen.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn es sich bei den Verbindungsmitteln um separate Verbindungsmittel handelt, wobei die Verbindungsmittel von einer der Antriebsbatterie abgewandten Seite des Strukturbauteils in die Haltestruktur eingebracht sind, insbesondere von einem Fahrgastinnenraum aus in die Haltestruktur eingebracht sind.
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Ferner wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn es sich bei den Verbindungsmitteln um selbstfindende Schrauben handelt, insbesondere die Haltestruktur Schraubdome für die selbstfindenden Schrauben aufweist. Dadurch ist die Verbindung zwischen der Haltestruktur und dem Strukturbauteil besonders einfach und zeitsparend möglich. Dadurch werden Montagezeiten, insbesondere in schwer zugänglichen Bereichen, reduziert
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Es ist aber auch durchaus denkbar, dass es sich bei den Verbindungsmitteln um einen Halterahmen handelt, insbesondere um einen mit dem Strukturbauteil verbundenen Halterahmen handelt. Es ist durchaus denkbar, dass die Haltestruktur rastierend in dem Halterahmen gehalten ist.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Haltestruktur in einem mit dem Strukturbauteil verbundenen Zustand beabstandet von dem Gehäuse angeordnet ist. Dadurch ist ein abgesicherter Freiraum zwischen dem Bordnetz und der Antriebsbatterie gebildet. Es ist durchaus denkbar, dass beim Einbringen der Verbindungsmittel die Haltestruktur mittels der Verbindungsmittel an das Strukturbauteil herangezogen wird.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Haltestruktur als Kabelkanal ausgebildet ist. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Kabelkanal als ein in Richtung des Strukturbauteils offener Kabelkanal ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist die Lagerstruktur als Vertiefung, insbesondere als Rücksprung, ausgebildet. Der Rücksprung kann durchaus als Verprägung oder Sicke ausgebildet sein. Der besondere Vorteil der Ausbildung einer Vertiefung, insbesondere eines Rücksprungs, liegt darin, dass dadurch der Teilbereich des Bordnetzes, der im Bereich der Vertiefung angeordnet ist, besonders gut gegen von außen einwirkenden Kräfte geschützt ist, da eine Antriebsbatterie als solche, insbesondere das Batteriegehäuse und/oder das Batteriemodulgehäuse als solches, so gestaltet ist, dass dieses besonders hohen mechanischen Kräften standhält. Daher kann auf zusätzliche Schutzmaßnahmen gegen von außen einwirkende Kräfte bezüglich dieses Teilbereichs des Bordnetzes verzichtet werden. Dadurch kann Material und Gewicht eingespart werden.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Haltestruktur klemmend und/oder rastierend in der Lagerstruktur gehalten ist oder klemmend und/oder rastierend in der Lagerstruktur lagerbar ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Lagerstruktur Haltemittel zum temporären Halten der Haltestruktur aufweist. Vorzugsweise ist die Haltestruktur zumindest vor dem Verbinden der Haltestruktur mit dem Strukturbauteil klemmend und/oder rastierend in der Lagerstruktur gehalten, wodurch die Vormontage des Bordnetzes erleichtert wird.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Lagerstruktur und/oder die Haltestruktur in Fahrzeuglängsrichtung oder im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verläuft. Vorzugsweise verläuft die Haltestruktur entlang einer Längsachse des Fahrzeugs.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei der Montage der Antriebsbatterie die Antriebsbatterie von einer Unterseite des Fahrzeugs aus in das Fahrzeug einbringbar ist.
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Um die Montage des Bordnetzes zu erleichtern, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn in dem Strukturbauteil und/oder an einem Rohbau des Fahrzeugs an erforderlichen Positionen Durchführungen für Teilbereiche des Bordnetzes vorgesehen sind.
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Hinsichtlich der Haltestruktur wird es zudem als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Haltestruktur derart gestaltet ist, dass diese in ihrer Längsausdehnung und/oder Querausdehnung einen Toleranzausgleich ermöglicht, beispielsweise in Längsrichtung und/oder Querrichtung Falten vorgesehen sind, die eine Dehnung und/oder Stauchung der Haltestruktur ermöglichen.
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Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn das Fahrzeug mehrere Haltestrukturen und das Gehäuse mehrere Lagerstrukturen zur temporären Lagerung der mehreren Haltestrukturen aufweist, wobei die mehreren Haltestrukturen mittels Verbindungsmitteln mit einem, insbesondere dem, Strukturbauteil des Fahrzeugs verbunden sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs weist zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf:
- a) Bereitstellen des Bordnetzes, einer Haltestruktur zur Verlegung und/oder Lagerung von zumindest einem Teilbereich des Bordnetzes in dieser Haltestruktur und einer Antriebsbatterie, wobei die Antriebsbatterie ein Batteriegehäuse oder ein Batteriemodulgehäuse aufweist, wobei das Gehäuse auf seiner einem Fahrgastinnenraum zuzuwendenden Seite eine Lagerstruktur zur zumindest temporären Lagerung der Haltestruktur aufweist,
- b) Einbringen der Haltestruktur in die Lagerstruktur,
- c) Einbringen des zumindest einen Teilbereichs des Bordnetzes in die Haltestruktur,
- d) Einbringen der Antriebsbatterie in das Fahrzeug,
- e) Verbinden der Haltestruktur mit einem Strukturbauteil des Fahrzeugs derart, dass die Haltestruktur bei Demontage der Antriebsbatterie an dem Strukturbauteil verbleibt,
wobei die Verfahrensschritte a) bis c) vor den Verfahrensschritten d) und e) durchgeführt werden.
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Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Verfahrensschritte a) bis e) in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
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In den nachfolgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es zeigen:
- 1 ein Fahrzeug mit einer Antriebsbatterie und einem in dem Fahrzeug verlegten Bordnetz in einer Draufsicht,
- 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittansicht in Fahrzeuglängsrichtung,
- 3 eine Teilkomponente der Ausführungsform gemäß 2 in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 die Ausführungsform gemäß 4 in einem zweiten Zustand,
- 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittansicht in Fahrzeuglängsrichtung in einem ersten Zustand,
- 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht in Fahrzeugquerrichtung.
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Die 1 zeigt schematisch ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 mit einer Antriebsbatterie 2, wobei das Fahrzeug 1 ein Bordnetz 3 mit einer Vielzahl von elektrischen Kabeln 4 aufweist. Das Bordnetz 3 ist aus Gründen der Übersicht lediglich schematisch dargestellt. Das Bordnetz 3 umfasst einen Cockpitkabelstrang 17, der bereits im Bereich des Cockpits verlegt ist. Ferner umfasst das Bordnetz 3 einen Hauptkabelstrang 18, der entlang einer Längsachse des Fahrzeugs 1 verläuft.
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Ein Teilbereich des Bordnetzes 3, nämlich der Hauptkabelstrang 18, ist mit einem Strukturbauteil 9, vorliegend einer Bodengruppe des Fahrzeugs 1, mechanisch verbunden. Zu diesem Zweck weist das Fahrzeug 1 eine Haltestruktur 5 in Form eines Kabelkanals auf, wobei zumindest der Teilbereich des Bordnetzes 3, vorliegend der Hauptkabelstrang 18, der eine Vielzahl von Kabeln 4 aufweist, in der Haltestruktur 5 angeordnet ist. Diese Haltestruktur 5 ist mittels mehrerer Verbindungsmittel 8, die vorliegend als selbstfindende Schrauben ausgebildet sind, mit dem Strukturbauteil 9 verbunden, wobei diese Schrauben in Schraubdome 13 der Haltestruktur 5 eingeschraubt sind. Beim Vorgang des Einschraubens der Verbindungsmittel 8 in die Haltestruktur 5 wird die Haltestruktur 5 in Fahrzeughochrichtung Z an das Strukturbauteil 9 herangezogen und ist im verbundenen Zustand beabstandet von der Antriebsbatterie 2 angeordnet.
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Vor dem Verbinden der Haltestruktur 5 mit dem Strukturbauteil 9 mittels der Verbindungsmittel 8 ist die Haltestruktur 5 hingegen in einer Lagerstruktur 7 des Batteriegehäuses 6 gelagert. Diese Lagerstruktur 7 ist vorliegend als Rücksprung ausgebildet. Im Bereich der Lagerstruktur 7 sind Haltemittel 15 angeordnet, die dem temporären Halten der Haltestruktur 5 in der Lagerstruktur 7 dienen. Diese Gestaltung ermöglicht es, das Bordnetz 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 weitestgehend vorzumontieren, nämlich auf der Antriebsbatterie 2 vorzumontieren und zu verlegen. Das Bordnetz 3 wird anschließend zusammen mit der Antriebsbatterie 2 beim Vorgang der Hochzeit, also dem Einbringen der Antriebsbatterie 2 in das Fahrzeug 1, in das Fahrzeug 1 eingebracht. Das Einbringen der Antriebsbatterie 2, bei der es sich um eine Unterflurbatterie handelt, in das Fahrzeug 1 erfolgt vorliegend in Fahrzeughochrichtung Z entlang der Pfeile 12.
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Nach dem Vormontieren des Bordnetzes 3 auf der Antriebsbatterie 2 außerhalb des Fahrzeugs 1, wobei bei der Vormontage die Haltestrukturen 5 in den Lagerstrukturen 7 des Batteriegehäuses 6 klemmend gehalten sind, und dem Einbringen des Bordnetzes 3 zusammen mit der Antriebsbatterie 2 in das Fahrzeug 1 werden Verbindungsmittel 8 in die Schraubdome 13 der Haltestruktur 5 eingeschraubt und auf diese Weise die Haltestruktur 5 und somit der in der Haltestruktur 5 angeordnete Teilbereich des Bordnetzes 3 dauerhaft mit den Strukturbauteilen 9 verbunden, sodass die Haltestruktur 5 auch bei Entfernender Antriebsbatterie 2 aus dem Fahrzeug 1 an dem Strukturbauteil 9 verbleibt. Durch diese Gestaltung ist es somit möglich, die Antriebsbatterie 2 als Montagehilfe bzw. Montageträger für das Bordnetz 3 zu verwenden und dennoch eine Demontage der Antriebsbatterie 2 von dem Fahrzeug 1 zu ermöglichen, ohne dass das Bordnetz 3 aufwendig demontiert werden muss.
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Wie insbesondere den 2 und 3 zu entnehmen ist, ist das für die selbstfindende Schraube in dem Strukturbauteil 9 vorgesehene Durchgangsloch größer als die selbstfindende Schraube, sodass ein gewisser Toleranzausgleich ermöglicht ist. Ferner weist die Haltestruktur 5 mehrere Falten 11 auf, wodurch die Haltestruktur 5 in ihrer Längsausdehnung gestaucht und gestreckt werden kann. Auch dadurch ist wiederum ein Toleranzausgleich ermöglicht.
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Um ein Scheuern der Haltestruktur 5 an dem Strukturbauteil 9 zu vermeiden, ist eine Zwischenlage 16 vorgesehen.
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Um die Montage des Bordnetzes 3 zu erleichtern, sind in dem Rohbau an den erforderlichen Positionen Durchführungen für Teilbereiche des Bordnetzes 3 vorgesehen. Beim Einbringen der Batterie 2 in das Fahrzeug 1 werden die entsprechenden Teilbereich des Bordnetzes 3 durch die Durchführungen hindurchgeführt.
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Es ist durchaus denkbar, dass das Bordnetz 3 mehrere Kabelstränge aufweist, wobei diese Kabelstränge über Steckverbindungen miteinander verbunden sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Bordnetz 3 im Bereich der Scharniersäule eine Trennstelle mit einer Steckverbindung aufweist.
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Die 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei sich diese Ausführungsform von der in der 2 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die Haltemittel 15 vorliegend nicht in der Vertiefung, sondern angrenzend an die Vertiefung ausgebildet sind. Ferner weist die Haltestruktur 5 eine Federklammer 17 zum Halten des Kabelstrangs des Bordnetzes 3 auf.
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In der 4 und 5 sind zwei Zustände bei der Montage des Bordnetzes 3 gezeigt. Der erste Zustand, der in der 4 dargestellt ist, zeigt den Zustand vor dem Verbinden der Haltestruktur 5 mit dem Strukturbauteil 9. Die 5 zeigt den zweiten Zustand, nämlich nach dem Verbinden der Haltestruktur 5 mit dem Strukturbauteil 9, insofern den Zustand nach dem Einschrauben des Verbindungsmittels 8 in die Käfigmutter 14 der Haltestruktur 5. In dem zweiten Zustand ist die Haltestruktur 5 an das Strukturbauteil 9 herangezogen und beabstandet zu dem Batteriegehäuse 6 der Antriebsbatterie 2 angeordnet.
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Die 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei bei dieser Ausführungsform die Haltestruktur 5 das Strukturbauteil 9 teilweise durchsetzt und mittels eines Verbindungsmittels 8 mit dem Strukturbauteil 9 verbunden ist. Bei dem in der Haltestruktur 5 gelagerten Teilbereich des Bordnetzes 3 handelt es sich vorliegend um Kabel 4 und eine Buchse 20, wobei in diese Buchse 20 weitere Komponenten bzw. Teilbereiche des Bordnetzes 3 eingesteckt werden können. Insofern bildet die Buchse 20 eine Trennstelle des Bordnetzes 3. Der Vorgang des Einbringens des Bordnetzes 3 ist wiederum schematisch dargestellt, wobei auch hier wiederum die Antriebsbatterie 2 zusammen mit dem in der Antriebsbatterie 2 temporär gelagerten Haltestruktur 5 in der Pfeilrichtung 12 in das Fahrzeug 1 eingebracht wird. Um das Einbringen der Buchse 20 zu erleichtern ist eine Durchführöffnung mit einer lichten Öffnung vorgesehen, die größer ist als ein Querschnitt eines die Buchse 20 aufnehmenden Teilbereichs der Haltestruktur 5. Um im montierten Zustand die übrige Durchführöffnung abzudecken, ist ein Rahmen 19 vorgesehen. Ein derartiger Rahmen 19 kann durchaus als Halterahmen zum Halten der Haltestruktur 5 an dem Strukturbauteil 9 ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Antriebsbatterie
- 3
- Bordnetz
- 4
- Kabel
- 5
- Haltestruktur
- 6
- Batteriegehäuse
- 7
- Lagerstruktur
- 8
- Verbindungsmittel
- 9
- Strukturbauteil
- 10
- Unterseite
- 11
- Falten
- 12
- Pfeil
- 13
- Schraubdom
- 14
- Käfigmutter
- 15
- Haltemittel
- 16
- Zwischenlage
- 17
- Cockpitkabelstrang
- 18
- Hauptkabelstrang
- 19
- Rahmen
- 20
- Buchse
