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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung für ein Bauteil in einem Fahrzeug, welche das Bauteil, eine Karosserie des Fahrzeugs und zumindest ein Befestigungselement, welches das Bauteil mit der Karosserie kraftschlüssig verbindet, umfasst. Die Befestigungsanordnung umfasst weiter zumindest ein Füllelement, bei dem zumindest eine Außenabmessung durch ein Verstellelement verstellbar ausgeführt ist, wobei sich diese verstellbare Außenabmessung zwischen dem Bauteil und der Karosserie in einer Ebene erstreckt, welche parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs orientiert ist und welche parallel zu einer Ebene verläuft, welche durch die Gesamtheit der Auflagepunkte der Reifen des Fahrzeugs auf dem Untergrund definiert ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Befestigungsanordnung sowie ein Verfahren zur Befestigung eines Bauteils an der Karosserie eines Fahrzeugs.
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In Fahrzeugen tritt vermehrt die Anforderung auf, ein Bauteil mit großer Masse sicher zu befestigen. Bei einem solchen Bauteil mit großer Masse kann es sich beispielsweise um eine elektrische Antriebsbatterie oder einen elektrischen Antriebsbatteriesatz handeln. Bei teilweise oder vollständig elektrisch angetriebenen Fahrzeugen steigen die Anforderungen an die Reichweite, was bewirkt, dass die Masse der für den Antrieb vorgesehenen Batterie wächst. Im Falle eines Unfalls eines solchen Fahrzeugs treten hohe Massenkräfte auf, welche durch die Beschleunigung der Batterie beim Aufprall verursacht werden. Diese hohen Massenkräfte bei einem Unfall, welche durch ein Bauteil mit großer Masse verursacht werden, müssen im Fahrzeug sicher aufgenommen und abgeleitet werden. Insbesondere darf sich ein Bauteil von großer Masse bei einem Unfall nicht lösen und unkontrolliert im Fahrzeug bewegen.
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Aktuell erfolgt die Befestigung eines Bauteils von großer Masse, wie beispielsweise einer Batterie, durch das Vorsehen von Verschraubungen, welche das Bauteil kraftschlüssig an der Karosserie des Fahrzeugs fixieren. Mit steigender Masse des Bauteils werden für eine sichere Fixierung jedoch zunehmend mehr Verschraubungen benötigt, für die oftmals nicht ausreichend Bauraum vorhanden ist. Darüber hinaus tritt in einem Fall, in dem die Massenkräfte bei einem Unfall quer zur Längsrichtung der Verschraubungen auftreten, eine Scherbelastung auf die Verschraubungen auf, welche zu einem frühzeitigen Versagen dieser Verbindungen führen können.
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Zum Umgang mit hohen Massenkräften von Bauteilen im Falle eines Unfalls in einem Fahrzeug offenbart
DE 10 2013 226 832 A1 eine Massekopplungsanordnung für ein Fahrzeug. Diese Massekopplungsanordnung ermöglicht es, im Falle eines Unfalls ein Bauteil von der übrigen Masse des Fahrzeugs mechanisch zu entkoppeln, wodurch die auf das Bauteil wirkenden Massenkräfte zunächst nicht auf das übrige Fahrzeug wirken. Die Massekopplungsanordnung umfasst dazu ein Kopplungsmittel, welches die Masse des Bauteils wahlweise mit der Masse des übrigen Fahrzeuges koppelt oder die Massen voneinander trennt.
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Ein ähnliches Konzept wird in
EP 3 261 149 A1 beschrieben. Die offenbarte Befestigungsanordnung umfasst ein Befestigungsmittel, wie beispielsweise eine Schraubverbindung, welches unter mechanischer Zwischenschaltung eines Spannelementes ein Bauteil mit der Karosserie eines Fahrzeugs verbindet. Im Normalzustand besteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Bauteil und Karosserie. Im Falle eines Unfalls verändert das Spannelement seine Form, so dass der Kraftschluss, der im Normalzustand durch das Befestigungsmittel zwischen Bauteil und Karosserie vorliegt, aufgehoben wird. Die Formänderung des Spannelementes löst die Verspannung zwischen Bauteil und Karosserie, wodurch die Masse des Bauteils von der Masse des übrigen Fahrzeugs entkoppelt wird. Durch diese Entkoppelung tritt zunächst keine Belastung am Befestigungsmittel auf.
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DE 10 2020 103 239 B3 beschreibt eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung einer Traktionsbatterie in einem Fahrzeug. Diese Befestigungsvorrichtung umfasst eine Vielzahl an Befestigungselementen, welche fest mit der Traktionsbatterie verbunden sind und ein Vielzahl an Befestigungselementen, welche fest mit einem Schweller des Fahrzeugs verbunden sind. Die Befestigungselemente liegen im eingebauten Zustand mit geneigten, jedoch planen Flächen aufeinander auf und sind zueinander durch Schraubverbindungen fixiert. Auf diese Weise wird die Traktionsbatterie an mehreren Stellen mit dem Schweller verbunden.
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In
DE 10 2010 033 123 A1 wird eine Anordnung einer Energiespeichereinrichtung an einem Fahrzeug beschrieben. Diese Anordnung umfasst ein Betätigungselement, welches bei einem Unfall des Fahrzeugs die Energiespeichereinrichtung relativ zum Rahmen des Fahrzeugs bewegt. Das Betätigungselement sorgt dafür, dass die Energiespeichereinrichtung, beispielsweise eine Batterie oder ein Tank, bei einem Unfall aus der verformten Zone des Fahrzeugs hinaus bewegt und so nicht beschädigt wird.
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DE 10 2019 005 841 A1 beschreibt ein Befestigungssystem für einen Akkumulator in einem Fahrzeug. Das System umfasst mehrere Schraubhülsen, welche in Anschraubstellen am Fahrzeugboden eingeschraubt sind. Diese Schraubhülsen dienen als in vertikaler Richtung einstellbare Abstandshalter und ermöglichen es, Toleranzen des Akkumulators oder des Fahrzeugbodens auszugleichen. Der Akkumulator wird beim Einbau gegen die einstellbaren Schraubhülsen gespannt.
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In
DE 2018 218 789 A1 wird ein Kraftfahrzeug beschrieben, bei dem zwischen zwei Längsträgern eine Batterie angeordnet ist. Zwischen der Batterie und jeweils einem Längsträger ist ein Koppelelement angeordnet, welches den Einbau der Batterie erleichtert. Das Koppelelement kann zweiteilig ausgeführt sein, wobei die beiden Teile über geneigte Flächen aufeinander aufliegen. In dieser Ausführungsform wird die Batterie bei einem Unfall relativ zu den Längsträgern nach unten bewegt, um die Batterie vor Beschädigung zu schützen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen vorzuschlagen, durch die die Befestigung eines Bauteils in einem Fahrzeug bei einem Unfall belastbarer und somit sicherer gestaltet werden kann.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Befestigungsanordnung für ein Bauteil in einem Fahrzeug, umfassend
- - das Bauteil,
- - eine Karosserie des Fahrzeugs,
- - zumindest ein Befestigungselement, welches das Bauteil mit der Karosserie kraftschlüssig verbindet und
- - zumindest ein Füllelement, welches zusätzlich zum Befestigungselement vorgesehen ist und bei dem zumindest eine Außenabmessung durch ein Verstellelement verstellbar ausgeführt ist,
wobei sich diese verstellbare Außenabmessung zwischen dem Bauteil und der Karosserie in einer Ebene erstreckt, welche parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs orientiert ist und welche parallel zu einer Ebene verläuft, welche durch die Gesamtheit der Auflagepunkte der Reifen des Fahrzeugs auf dem Untergrund definiert ist, und das Füllelement auf einer ersten Seite in Richtung der verstellbaren Außenabmessung an einem Teilbereich des Bauteils und auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite, an einem Teilbereich der Karosserie anliegt, wobei ein durchgehender Formschluss von dem Bauteil über das Füllelement zur Karosserie und umgekehrt vorliegt, welcher durch eine Verstellung der Außenabmessung herstellbar und fixierbar ist, wobei das Füllelement zwei Anlagekörper aufweist, wobei ein erster der Anlagekörper mit einer ersten Anlagefläche an dem Bauteil und ein zweiter der Anlagekörper mit einer zweiten Anlagefläche an der Karosserie anliegt und sich die verstellbare Außenabmessung zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche, welche der ersten Anlagefläche am Füllelement gegenüberliegt, erstreckt und die beiden Anlagekörper durch das Verstellelement in ihrer Position relativ zueinander verstellbar sind, wobei jeder Anlagekörper eine Kontaktfläche aufweist, welche relativ zur Ebene geneigt orientiert ist und die Kontaktflächen der Anlagekörper zumindest bereichsweise aufeinander aufliegen, wobei bei einer Betätigung des Verstellelementes die Kontaktflächen aufeinander gleiten und sich die verstellbare Außenabmessung zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche verändert.
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Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung dient der sicheren Befestigung eines Bauteils in einem Fahrzeug. Das Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um eine Antriebsbatterie handeln kann, ist über zwei Mechanismen mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden. Zum einen ist zumindest ein Befestigungselement, welches beispielsweise als Schraubverbindung ausgeführt sein kann, vorgesehen, welches das Bauteil an die Karosserie spannt. Zusätzlich ist erfindungsgemäß zumindest ein Füllelement vorgesehen, welches dazu dient, einen durchgehenden Formschluss zwischen der Karosserie des Fahrzeugs und dem Bauteil herzustellen. Dieser Formschluss wirkt in einer Ebene, welche durch die Gesamtheit der Auflagepunkte der Reifen des Fahrzeugs auf dem Untergrund definiert ist. In anderen Worten wird der Formschluss in der x-y-Ebene des Fahrzeugs. Bevorzugt wirkt der Formschluss in Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Im Falle eines Unfalls, bei dem das Fahrzeug in dessen x-y-Ebene abrupt verzögert wird, erzeugt das Bauteil Massenkräfte, welche in der x-y-Ebene die Befestigungsanordnung belasten. Das erfindungsgemäß vorgesehene Füllelement bewirkt bei einem Unfall die formschlüssige Ableitung von Massenkräften des Bauteils direkt in die stabil ausgeführte, tragende Karosserie des Fahrzeugs. Dadurch wird bei einem Unfall die Belastung auf das Befestigungselement stark reduziert, wodurch die Belastbarkeit und Sicherheit der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung signifikant erhöht wird.
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Zumindest eine Außenabmessung des Füllelementes ist zur einfachen Herstellung eines Formschlusses zwischen Bauteil und Karosserie verstellbar ausgeführt. Dazu umfasst das Füllelement ein Verstellelement. Die Betätigung des Verstellelements erzeugt eine Veränderung der verstellbaren Außenabmessung. Unter Außenabmessung ist dabei eine Abmessung des Füllelementes zu verstehen, welche sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Außenflächen erstreckt. Die verstellbare Außenabmessung erstreckt sich im montierten Zustand der Befestigungsanordnung in einer Ebene, welche durch die Gesamtheit der Auflagepunkte der Reifen des Fahrzeugs auf dem Untergrund definiert ist. In anderen Worten erstreckt sich die verstellbare Außenabmessung in der x-y-Ebene des Fahrzeugs. Bevorzugt ist die verstellbare Außenabmessung parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs orientiert, da in dieser Richtung bei einem Unfall die größten Massenkräfte zu erwarten sind. Es ist jedoch auch möglich, die verstellbare Außenabmessung anders, beispielsweise senkrecht zur Fahrtrichtung anzuordnen. In diesem Fall wird die Unfallsicherheit der Befestigungsanordnung bei einem Unfall des Fahrzeugs senkrecht zur Fahrtrichtung, beispielsweise einem Seitenaufprall, verbessert. Im montierten Zustand der Befestigungsanordnung liegt das Füllelement in Richtung der verstellbaren Außenabmessung auf einer ersten Seite an einen Teilbereich, insbesondere an einer Außenfläche, des Bauteils an. Das Füllelement liegt mit einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite an einen Teilbereich der Karosserie, insbesondere an einer Außenfläche eines tragenden Bereiches der Karosserie, an. Bevorzugt liegt das Füllelement in Richtung der verstellbar ausgeführten Außenabmessung direkt, das heißt ohne Abstand oder Spiel, am Bauteil und an der Karosserie an. Das Füllelement füllt einen Abstand zwischen einem Teilbereich des Bauteils und einem Teilbereich der Karosserie spielfrei auf, wodurch ein Formschluss in Richtung der verstellbar ausgeführten Außenabmessung erzeugt wird. Dadurch, dass die verstellbar ausgeführte Außenabmessung durch das Verstellelement verstellbar ist, kann das Füllelement in einfacher Weise zwischen Bauteil und Karosserie eingebracht werden, nachdem Bauteil und Karosserie zuvor mit dem Befestigungselement kraftschlüssig verbunden wurden.
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Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung hat den Vorteil, dass ein großer Teil der bei einem Unfall auftretenden, durch das Bauteil erzeugten Massenkräfte formschlüssig in die tragende Karosserie des Fahrzeugs eingeleitet wird. Dadurch wird die Belastung auf das Befestigungselement stark reduziert, wodurch ein Versagen des Befestigungselementes verhindert wird.
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Die bevorzugt spielfrei ausgeführte mechanische Verkettung des Bauteils über das Füllelement zur Karosserie bewirkt eine sichere und belastbare Ableitung von Massenkräften. Ein weiterer Vorteil der Befestigungsanordnung ist, dass durch die verstellbare Außenabmessung des Füllelementes Toleranzen, die beim Einbau des Bauteils in das Fahrzeug auftreten, in einfacher Weise ausgeglichen werden können. Solche Toleranzen treten beispielsweise durch fertigungsbedingt abweichende Abmessungen von Bauteil und Karosserie sowie durch montagebedingte Abweichungen in der relativen Position zwischen Bauteil und Karosserie bei oder nach der Anbringung des Befestigungselementes auf.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Füllelement zwei Anlagekörper aufweist, wobei ein erster der Anlagekörper mit einer ersten Anlagefläche an dem Bauteil und ein zweiter der Anlagekörper mit einer zweiten Anlagefläche an der Karosserie anliegt und sich die verstellbare Außenabmessung zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche, welche der ersten Anlagefläche am Füllelement gegenüberliegt, erstreckt und die beiden Anlagekörper durch das Verstellelement in ihrer Position relativ zueinander verstellbar sind. In dieser Ausführungsform umfasst das Füllelement zwei Anlagekörper, welche in ihrer relativen Position zueinander durch das Verstellelement bewegbar sind. Bei der Montage des Füllelementes zwischen Bauteil und Karosserie wird das Verstellelement derart betätigt, dass die erste Anlagefläche am Bauteil und die zweite Anlagefläche an der Karosserie, insbesondere spielfrei, anliegt.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder der Anlagekörper eine Kontaktfläche aufweist, welche relativ zur Ebene geneigt orientiert ist und die Kontaktflächen der Anlagekörper zumindest bereichsweise aufeinander aufliegen, wobei bei einer Betätigung des Verstellelementes die Kontaktflächen aufeinander gleiten und sich die verstellbare Außenabmessung zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche verändert. In dieser Ausführungsform weisen beide Anlagekörper je eine Kontaktfläche auf, welche im montierten Zustand zur x-y-Ebene des Fahrzeugs geneigt ausgeführt ist. Die beiden Kontaktflächen liegen aufeinander auf und gleiten bei einer Betätigung des Verstellelementes aufeinander. Die geneigten Kontaktflächen wirken wie ein Keil, welcher eine durch das Verstellelement in einen Anlagekörper eingebrachte Bewegung relativ zum anderen Anlagekörper in einer ersten Richtung, in eine zweite Richtung übersetzt. Die zweite Richtung entspricht dabei der Richtung, in der die verstellbare Außenabmessung verläuft. Durch das Vorsehen zweier aufeinander gleitender, geneigter Kontaktflächen wird ein einfach aufgebauter und stabiler Mechanismus zur Verstellung der verstellbaren Außenabmessung bereitgestellt.
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Bevorzugt ist das Befestigungselement durch eine Schraubverbindung gebildet, welche das Bauteil gegen die Karosserie verspannt, wobei die Wirkungsrichtung dieser Verspannung im Wesentlichen senkrecht zur Ebene orientiert ist. In dieser Ausführungsform ist das Befestigungselement, welches Bauteil und Karosserie kraftschlüssig miteinander verbindet, als Schraubverbindung ausgeführt. Unter Schraubverbindungen ist dabei eine Verbindung zu verstehen, welche einen Bolzen mit einem Gewinde und eine Mutter mit einem dazu passenden Gegengewinde aufweist. Dabei kann auch der Bolzen oder die Mutter fest mit dem Bauteil oder der Karosserie verbunden oder darin integriert sein. Die Wirkungsrichtung der Schraubverbindungen ist parallel zur Erstreckungsrichtung des Gewindes und des Gegengewindes orientiert. Die Wirkungsrichtung des Befestigungselementes ist bevorzugt senkrecht zur x-y-Ebene des Fahrzeugs orientiert, kann aber auch in einem dazu unterschiedlichen Winkel orientiert sein. Alternativ ist es möglich, dass das Befestigungselement durch eine Nietverbindung, Schweißverbindung, Steckverbindung oder Klebeverbindung gebildet ist.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verstellelement durch eine Schraubverbindung gebildet ist, welche die beiden Anlagekörper miteinander verbindet, wobei die Längsachse dieser Schraubverbindung im Wesentlichen senkrecht zur Ebene orientiert ist, wobei durch Anziehen der Schraubverbindung die beiden Anlagekörper in einer Richtung parallel zur Längsachse der Schraubverbindung aufeinander zu bewegbar sind, wobei die geneigten Kontaktflächen aufeinander gleiten, wodurch die verstellbare Außenabmessung zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche vergrößerbar ist. In dieser Ausführungsform ist das Verstellelement durch eine Schraubverbindung gebildet, welche außerhalb der Anlagekörper angeordnet sein kann oder die Anlagekörper zumindest bereichsweise durchdringen kann. Für eine Definition der Schraubverbindung sei auf die vorhergehende Ausführungsform zum Befestigungselement verwiesen. Bevorzugt ist die Längsachse der Schraubverbindung, welche das Verstellelement bildet, senkrecht zur x-y-Ebene des Fahrzeugs orientiert und die beiden Kontaktflächen sind in einem 45° Winkel zur x-y-Ebene des Fahrzeugs orientiert. Durch eine solche Anordnung von Verstellelement und Kontaktflächen ist das Füllelement ergonomisch zu bedienen und weist gleichzeitig eine hohe mechanische Belastbarkeit auf.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Anlagekörper eine Führung aufweist und der zweite Anlagekörper eine Gegenführung aufweist, wobei sich Führung und Gegenführung parallel zu den Kontaktflächen erstrecken und zumindest bereichsweise formkompatibel zueinander ausgeführt sind und ineinander eingreifen, wobei die Gegenführung in der Führung in einer Richtung parallel zu den Kontaktflächen in Richtung der verstellbaren Außenabmessung verschiebbar ist und das Zusammenwirken von Führung und Gegenführung formschlüssig eine Bewegung der beiden Anlagekörper parallel zu den Kontaktflächen in einer Richtung senkrecht zur verstellbaren Außenabmessung und senkrecht zur Längsachse des Verstellelementes verhindert. In dieser Ausführungsform sind die beiden Anlagekörper zueinander geführt, derart dass eine Relativbewegung der Anlagekörper zueinander in Richtung der verstellbaren Außenabmessung möglich ist, jedoch eine Relativbewegung in einem Winkel, insbesondere in einem rechten Winkel, zur verstellbaren Außenabmessung verhindert wird. Dadurch ist sichergestellt, dass sich bei einer Betätigung des Verstellelementes die beiden Anlagekörper ausschließlich in Richtung der verstellbaren Außenabmessung relativ zueinander bewegen. Weiterhin ist sichergestellt, dass die beiden Anlagekörper bei einem Unfall sich nicht ungewollt in eine unkontrollierte Richtung bewegen, was zu einer Aufhebung des gewünschten Formschlusses zwischen Karosserie und Bauteil führen könnte. In einer Ausführungsform ist am ersten Anlagekörper eine vorstehende Führung angeordnet, welche beispielsweise als lineare Rippe ausgeführt sein kann. Am zweiten Anlagekörper ist eine entsprechend negativ geformte Nut vorgesehen, welche als Gegenführung dient und im verbundenen Zustand der Anlagekörper die Führung in sich aufnimmt. Dabei ist zwischen Führung und Gegenführung eine Spielpassung vorgesehen, welche ein Verschieben zueinander parallel zu den Kontaktflächen in Richtung der verstellbaren Außenabmessung ermöglicht. Alternativ können Führung und Gegenführung auch anders geformt sein und beispielsweise im Querschnitt die Form eines Schwalbenschwanzes aufweisen. Führung und Gegenführung können in den Kontaktflächen oder außerhalb davon angeordnet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest zwei Füllelemente vorgesehen sind, welche beabstandet zueinander jeweils formschlüssig zwischen dem Bauteil und der Karosserie angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind zwei oder mehr Füllelemente zwischen dem Bauteil und der Karosserie angeordnet, wobei zwischen den Füllelementen jeweils ein Abstand besteht. Bevorzugt sind die Füllelemente dabei senkrecht zu einer Richtung, aus der ein Aufprall bei einem Unfall erwartet wird, beabstandet zueinander angeordnet. Wird beispielsweise ein Aufprall parallel zur Fahrtrichtung erwartet, sind zumindest zwei Füllelemente in einer Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung im Abstand zueinander angeordnet. Das Vorsehen von mehreren Füllelementen verbessert zusätzlich die formschlüssige Übertragung von Massenkräften zwischen Bauteil und Karosserie. Da jedes der Füllelemente für sich eine verstellbare Außenmessung aufweist, können durch das Anbringen oder Einbringen zweier Füllelemente auch Toleranzen ausgeglichen werden, welche durch einen Winkelfehler bei der Montage des Bauteils durch ein oder mehrere Befestigungselemente an der Karosserie entstehen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die verstellbare Außenabmessung parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs und die erste Anlagefläche und/oder die zweite Anlagefläche zumindest bereichsweise senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs orientiert ist. In dieser Ausführungsform ist die Befestigungsanordnung so gestaltet, dass sie optimal an die Kraftübertragung vom Bauteil zur Karosserie im Falle eines Aufpralls in Fahrtrichtung angepasst ist. In dieser Ausführungsform besteht ein durchgehender Formschluss vom Bauteil über das Füllelement zur Karosserie in Fahrtrichtung, welcher bei einem Unfall in Fahrtrichtung auftretende Kräfte als Druckkräfte ableitet.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Fahrzeug umfassend zumindest eine Befestigungsanordnung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere wobei das Bauteil durch eine elektrische Batterie oder Batterieanordnung gebildet ist. Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung, welche bevorzugt im Heck des Fahrzeugs angeordnet ist. Bei teilweise elektrisch oder ausschließlich elektrisch angetriebenen Fahrzeugen werden große Batterien oder Batteriesätze mit einer hohen Masse benötigt, welche das Bauteil einer erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung bilden können. Derartige Batterien sind üblicherweise im Heck des Fahrzeugs angeordnet und müssen dort für den Fall eines Unfalls des Fahrzeugs gesichert werden. In einem erfindungsgemäßen Fahrzeug ermöglicht die Befestigungsanordnung eine belastbare und stabile Befestigung einer Batterie an tragenden Bereichen der Karosserie des Fahrzeugs. Das Füllelement der Befestigungsanordnung bewirkt dabei eine signifikante Reduzierung der Belastung auf das Befestigungselement im Falle eines Unfalls.
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Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich gelöst durch ein Verfahren zur Befestigung eines Bauteils an der Karosserie eines Fahrzeugs unter Verwendung einer Befestigungsanordnung für ein Bauteil in einem Fahrzeug, die Befestigungsanordnung umfassend
- - das Bauteil,
- - eine Karosserie des Fahrzeugs,
- - zumindest ein Befestigungselement, welches das Bauteil mit der Karosserie kraftschlüssig verbindet und
- - zumindest ein Füllelement, bei dem zumindest eine Außenabmessung durch ein Verstellelement verstellbar ausgeführt ist,
wobei sich diese verstellbare Außenabmessung zwischen dem Bauteil und der Karosserie in einer Ebene erstreckt, welche parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs orientiert ist und welche parallel zu einer Ebene verläuft, welche durch die Gesamtheit der Auflagepunkte der Reifen des Fahrzeugs auf dem Untergrund definiert ist, und das Füllelement auf einer ersten Seite in Richtung der verstellbaren Außenabmessung an einem Teilbereich des Bauteils und auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite, an einem Teilbereich der Karosserie anliegt, wobei ein durchgehender Formschluss von dem Bauteil über das Füllelement zur Karosserie und umgekehrt vorliegt, welcher durch eine Verstellung der Außenabmessung herstellbar und fixierbar ist, das Verfahren umfassend die Schritte - A) kraftschlüssige Befestigung des Bauteils an der Karosserie, wobei das Bauteil durch zumindest ein Befestigungselement an die Karosserie gespannt wird,
- B) Einbringen zumindest eines Füllelementes zwischen einen Teilbereich des Bauteils und einen Teilbereich der Karosserie, wobei die verstellbare Außenabmessung zunächst so eingestellt wird, dass das Füllelement zwischen das Bauteil und die Karosserie einführbar ist und anschließend das Verstellelement betätigt wird und die verstellbare Außenabmessung derart vergrößert wird, dass das Füllelement spielfrei und formschlüssig zwischen dem Bauteil und der Karosserie angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient einer einfachen und dennoch belastbaren und sicheren Befestigung eines Bauteils an der Karosserie eines Fahrzeugs. Bevorzugt handelt es sich im Verfahren bei dem Bauteil um eine Batterie oder einen Batteriesatz eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
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In einem ersten Verfahrensschritt A) wird zunächst das Bauteil relativ zur Karosserie des Fahrzeugs positioniert und durch zumindest ein Befestigungselement kraftschlüssig an der Karosserie befestigt. Am Ende von Verfahrensschritt A) ist das Bauteil bereits im Fahrzeug fixiert, wobei diese Fixierung lediglich kraftschlüssig durch das Befestigungselement ausgeführt ist.
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In einem zweiten Verfahrensschritt B) wird zumindest ein Füllelement in die Befestigungsanordnung im Fahrzeug eingebracht, um die Belastbarkeit der Befestigungsanordnung im Falle eines Unfalls zu erhöhen. Zur Einbringung wird zunächst die verstellbare Außenabmessung des Füllelementes so eingestellt, dass dieses zwischen die für die Verbindung vorgesehenen Teilbereiche von Bauteil und Karosserie eingebracht werden kann. Anschließend wird das Füllelement so ausgerichtet, dass dessen verstellbare Außenabmessung in die Richtung weist, in der der gewünschte Formschluss zwischen Karosserie und Bauteil hergestellt werden soll. Ist diese Ausrichtung erfolgt, wird das Verstellelement betätigt und die verstellbare Außenabmessung des Füllelementes so lange vergrößert, bis das Füllelement sowohl am Bauteil als auch an der Karosserie ohne Abstand direkt anliegt. Es ist auch möglich, durch weitere Betätigung des Verstellelementes das Füllelement leicht zwischen Karosserie und Bauteil einzuspannen, um sicherzustellen, dass in jeder Toleranzlage, insbesondere bei unterschiedlichen Temperaturen, ein sicherer Formschluss zwischen Karosserie, Füllelement und Bauteil gegeben ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einfacher Weise durchgeführt werden und bewirkt eine belastbare und stabile Befestigung eines Bauteils in einem Fahrzeug. Optional kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Fahrzeugen angewandt werden, bei denen bereits Verfahrensschritt A) durchgeführt wurde, jedoch kein Füllelement zur Stabilisierung der Befestigungsanordnung eingebracht wurde. In einem solchen Fall kann nachträglich ein Füllelement an geeigneter Stelle zwischen Bauteil und Karosserie nachgerüstet werden, um die Unfallsicherheit des Fahrzeugs zu verbessern.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:
- 1 in einer schematischen Draufsicht eine Befestigungsanordnung nach einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung eine Befestigungsanordnung nach einer Ausführungsform der Erfindung während der Montage und
- 3 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung die Befestigungsanordnung aus 2 im montierten Zustand.
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1 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Befestigungsanordnung nach einer Ausführungsform der Erfindung. Die Darstellung in 1 zeigt eine Befestigungsanordnung aus einer Sicht von oben auf ein Fahrzeug. Die dargestellte Ansicht ist aus einer Richtung senkrecht auf die x-y-Ebene des Fahrzeugs dargestellt, welche auch als Ebene E bezeichnet ist. Oberhalb der eigentlichen Zeichnungsansicht ist die Fahrtrichtung F des Fahrzeugs durch einen Pfeil angegeben. Die Darstellung zeigt lediglich die Komponenten des Fahrzeugs, welche für das Verständnis der Befestigungsanordnung relevant sind. In der Mitte der Ansicht ist das Bauteil 1 zu sehen, welches in der dargestellten Ausführungsform durch eine Antriebsbatterie gebildet wird. Unterhalb des Bauteils 1 erstreckt sich die Karosserie 2 des Fahrzeugs. Das Bauteil 1 ist durch mehrere Befestigungselemente 3 mit der Karosserie 2 verbunden, wobei die Befestigungselemente 3 durch Schraubverbindungen gebildet werden, welche das Bauteil 1 und die Karosserie 2 aneinander spannen. Die Befestigungsanordnung umfasst in der dargestellten Ausführungsform zwei Füllelemente 4, welche jeweils zwischen einem Teilbereich des Bauteils 1 und einem Teilbereich der Karosserie 2 formschlüssig angeordnet sind. Die beiden Füllelemente 4 sind in einer Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung F, das heißt in y-Richtung des Fahrzeugs, beabstandet zueinander angeordnet. Eine verstellbare Außenabmessung 41 jedes Füllelementes 4 ist in der dargestellten Ausführungsform parallel zur Fahrtrichtung F orientiert.
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2 zeigt in einer schematischen, perspektivischen Darstellung eine Befestigungsanordnung nach einer Ausführungsform der Erfindung während der Montage. 2 zeigt den Bereich um das in 1 links angeordnete Füllelement 4 von der in 1 linken Seite aus betrachtet. Auf der rechten Seite in 2 ist das Bauteil 1 zu sehen, welches auf seiner unteren Seite einen Anschlussbereich 11 aufweist, welcher der Befestigung an der Karosserie 2 dient. Ein als Schraubverbindung ausgeführtes Befestigungselement 3 verbindet den Anschlussbereich 11 des Bauteils 1 mit einem unterhalb des Bauteils 1 angeordneten Teilbereich der Karosserie 2 kraftschlüssig. Die Karosserie 2 verläuft im dargestellten Ausschnitt bereichsweise unterhalb des Bauteils 1 und bereichsweise auf der linken Seite neben dem Bauteil 1. Das Füllelement 4 ist in der dargestellten Ausführungsform zwischen dem Anschlussbereich 11 des Bauteils 1 und dem in der Darstellung links neben dem Bauteil 1 angeordneten Teilbereich der Karosserie 2 angeordnet. Das Füllelement 4 umfasst einen ersten Anlagekörper 43, welcher unten angeordnet ist, einen zweiten Anlagekörper 44, welcher oberhalb des ersten Anlagekörpers 43 angeordnet ist und ein Verstellelement 42, welches in der dargestellten Ausführungsform beide Anlagekörper 43, 44 zumindest bereichsweise durchdringt. Der erste Anlagekörper 43 liegt mit einer in der Darstellung nach rechts gewandten ersten Anlagefläche 46 bündig am Anschlussbereich 11 an. Der erste Anlagekörper 43 weist eine Kontaktfläche 45 auf, welche in der dargestellten Ausführungsform relativ zur x-y-Ebene des Fahrzeugs und relativ zur Längsachse des Verstellelementes 42 geneigt ist. Der zweite Anlagekörper 44 weist ebenfalls eine derart geneigte Kontaktfläche 45, welche auf der Kontaktfläche 45 des ersten Anlagekörpers 43 bereichsweise aufliegt. Durch die geneigten Kontaktflächen 45 sind die beiden Anlagekörper 43, 44 jeweils bereichsweise keilförmig. Der zweite Anlagekörper 44 weist eine in der Darstellung nach links gewandte zweite Anlagefläche 47 auf, welche in dem in 2 dargestellten Zustand noch einen Abstand zur Karosserie 2 aufweist. Die erste Anlagefläche 46 des ersten Anlagekörpers 43 ist am Füllelement 4 auf der der zweiten Anlagefläche 47 des zweiten Anlagekörpers 44 gegenüberliegenden Seite angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist die erste Anlagefläche 46 und die zweite Anlagefläche 47 plan ausgeführt. Die verstellbare Außenabmessung 41 des Füllelementes 4 wird durch den Abstand zwischen der ersten Anlagefläche 46 zu der zweiten Anlagefläche 47 gebildet. Das Verstellelement 42 ist als Schraubverbindung ausgebildet, deren Längsachse und Wirkungsrichtung im rechten Winkel zu den beiden Anlageflächen 46 und 47 sowie in einem 45° Winkel zu den beiden Kontaktflächen 45 orientiert ist. Der unten angeordnete erste Anlagekörper 43 weist eine Führung 431 auf, welche als Nut ausgebildet ist, welche sich parallel zur Kontaktfläche 45 und in Richtung der verstellbaren Außenabmessung 41 erstreckt. Der oben angeordnete zweite Anlagekörper 44 weist eine rippenartig über die Kontaktfläche 45 vorstehende Gegenführung 441 auf, welche formkomplementär zur Führung 431 ausgeführt ist und sich ebenfalls parallel zur Kontaktfläche 45 und entlang der verstellbaren Außenabmessung 41 erstreckt. Im dargestellten Zustand ist die Gegenführung 441 in die Führung 431 eingebracht und führt den zweiten Anlagekörper 44 relativ zum ersten Anlagekörper 43. Durch diese Führung ist eine Relativbewegung der beiden Anlagekörper 43, 44 nur in Richtung der verstellbaren Außenabmessung 41 möglich. Eine Relativbewegung der beiden Anlagekörper 43, 44 in andere Richtungen wird durch das Zusammenwirken von Führung 431 und Gegenführung 441 formschlüssig unterbunden. Wird ausgehend von dem in 2 dargestellten Zustand das Verstellelement 42 betätigt, indem die oben dargestellte Mutter, welche am zweiten Anlagekörper 44 anliegt, angezogen wird, werden die beiden Anlagekörper 43, 44 parallel zur Längsrichtung des Verstellelementes 42 aufeinander zu bewegt. Dabei gleiten die beiden Kontaktflächen 45 aufeinander, wodurch die Bewegung des zweiten Anlagekörpers 44 nach unten in eine Bewegung des zweiten Anlagenkörpers 44 nach links übersetzt wird. Dadurch wird die verstellbare Außenabmessung 41 des Füllelementes 4 vergrößert. Bei der Montage der Befestigungsanordnung wird ausgehend vom in 2 dargestellten Zustand das Verstellelement 42 so lange betätigt, bis die nach links gewandte zweite Anlagefläche 47 an der nach rechts gewandten Seite der Karosserie 2 anliegt. Dieser Zustand ist in 3 dargestellt. Der oben angeordnete zweite Anlagekörper 44 weist in seinem Inneren ein Langloch L auf, welches sich parallel zur Längsachse des Verstellelementes 42 erstreckt. Dieses Langloch L ermöglicht bei der Betätigung des Verstellelementes 42, dass sich der zweite Anlagekörper 44 relativ zum Verstellelement 42 in Richtung der verstellbaren Außenabmessung 41 bewegt.
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3 zeigt in einer schematischen, perspektivischen Darstellung die Befestigungsanordnung aus 2 im montierten Zustand. 3 zeigt im Wesentlichen den gleichen Ausschnitt der Befestigungsanordnung aus der gleichen Perspektive wie in 2. Somit sei für die in 3 dargestellten Elemente auch auf die Beschreibung zu 2 verwiesen. In dem in 3 dargestellten Zustand wurde, ausgehend von dem in 2 dargestellten Zustand, das Verstelltelement 42 betätigt, wodurch der oben angeordnete, zweite Anlagekörper 44 nach unten und nach links bewegt wurde. In dem in 3 dargestellten, fertig montierten Zustand der Befestigungsanordnung liegt nun die nach links gewandte zweite Anlagefläche 47 flächig und bündig an der Karosserie 2 an. Dadurch liegt im dargestellten Zustand ein durchgehender Formschluss von dem Bauteil 1 über das Füllelement 4 zur Karosserie und umgekehrt vor. Massenkräfte, die bei einem Unfall auf das Bauteil 1 wirken, werden somit vom Bauteil 1 über die erste Anlagefläche 46 in das Füllelement 4 und vom Füllelement 4 über die zweite Anlagefläche 47 in die Karosserie 2 abgeleitet. Das Verstellelement 42 fixiert im montierten Zustand die beiden Anlagekörper 43 und 44 zueinander. Optional kann das Verstellelement 42 im montierten Zustand die beiden Anlagekörper 43 und 44 zusätzlich zwischen Karosserie 2 und Bauteil 1 verspannen, um einen spielfreien Formschluss auch bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen sicherzustellen.
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BEZUGSZEICHENLISTE:
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- 1
- Bauteil
- 2
- Karosserie
- 3
- Befestigungselement
- 4
- Füllelement
- 41
- verstellbare Außenabmessung
- 42
- Verstellelement
- 43
- erster Anlagekörper
- 431
- Führung
- 44
- zweiter Anlagekörper
- 441
- Gegenführung
- 45
- Kontaktfläche
- 46
- erste Anlagefläche
- 47
- zweite Anlagefläche
- E
- Ebene
- F
- Fahrtrichtung
- L
- Langloch
