EP4554841A1 - Bodenstruktur für eine kraftfahrzeugkarosserie, kraftfahrzeugkarosserie und kraftfahrzeug - Google Patents

Bodenstruktur für eine kraftfahrzeugkarosserie, kraftfahrzeugkarosserie und kraftfahrzeug

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Publication number
EP4554841A1
EP4554841A1 EP23714666.7A EP23714666A EP4554841A1 EP 4554841 A1 EP4554841 A1 EP 4554841A1 EP 23714666 A EP23714666 A EP 23714666A EP 4554841 A1 EP4554841 A1 EP 4554841A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
floor structure
motor vehicle
sills
receiving space
cast
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23714666.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Findeisen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4554841A1 publication Critical patent/EP4554841A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/20—Floors or bottom sub-units
    • B62D25/2009—Floors or bottom sub-units in connection with other superstructure subunits
    • B62D25/2036—Floors or bottom sub-units in connection with other superstructure subunits the subunits being side panels, sills or pillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/008—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of light alloys, e.g. extruded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • B60K2001/0405—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion characterised by their position
    • B60K2001/0438—Arrangement under the floor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/01—Reducing damages in case of crash, e.g. by improving battery protection

Definitions

  • the invention relates to a floor structure for a motor vehicle body, a motor vehicle body and a motor vehicle with the features of the preamble of claim 1.
  • Vehicles are known from the prior art in which a battery is arranged in the area of their underbody.
  • This battery is used in particular to supply an electric drive of the motor vehicle with electrical energy.
  • the batteries in question have a correspondingly high capacity and therefore require a corresponding requirement with regard to the required installation space.
  • the batteries in question have a not inconsiderable weight.
  • the arrangement in the area of the underbody of the motor vehicle is fundamentally advantageous. This arrangement creates a low center of gravity for the motor vehicle, which has an advantageous effect on its driving characteristics.
  • motor vehicle bodies have been developed more and more taking into account the special requirements of electric traction drives and the battery systems required to supply these drives with electrical energy.
  • Such motor vehicle bodies have sills in the lateral area of their floor structure - like conventional motor vehicle bodies - which are largely responsible for the structural stability of the motor vehicle body.
  • floor structures which have already been designed with a view to installing appropriate batteries, there is between the A receiving space for accommodating a motor vehicle battery is arranged on the sills.
  • Such constructions are known, for example, from the publications WO 2020/120068 A1 and WO 2021/043993 A1.
  • Such floor structures are formed from sheets and/or extruded profiles.
  • the disadvantage of such constructions is that a large number of joining operations are necessary, which on the one hand are associated with costs and, on the other hand, with not insignificant technical problems that arise, for example, due to distortions in the individual components in the course of the joining operations.
  • the present invention is therefore based on the object of demonstrating a floor structure for a motor vehicle body, a motor vehicle body and a motor vehicle, which enables a cost-effective and reliable construction of the motor vehicle with regard to the integration of the batteries in the area of the vehicle floor.
  • the task is solved by a floor structure for a motor vehicle body, a motor vehicle body and a motor vehicle with the features of the independent claims.
  • the features of the dependent claims relate to advantageous embodiments.
  • the floor structure for a motor vehicle body has sills.
  • a receiving space for accommodating a motor vehicle battery is arranged between the sills.
  • the object is achieved in particular in that the sills are, at least partially, designed as a cast part.
  • the cast part can in particular be a die-cast part. Die casting processes are advantageous in terms of series production, automation and therefore also in terms of costs.
  • the sill can, at least to the extent that it is designed as a cast part, be made in particular from an aluminum alloy. Aluminum allows the production of comparatively light and stiff cast parts and can be particularly easily processed using die casting processes.
  • the sills can each have a reinforcing element cast into the respective sill.
  • Another advantage of using casting processes is that, for example by inserting additional elements into a casting mold, in particular a die-casting mold, hybrid structures can be created from cast and otherwise manufactured areas. This allows the sills to be optimized in terms of stiffness and/or strength or in terms of their deformation behavior in the event of a crash.
  • the cast reinforcing element can in particular be a Meta II structure.
  • the Meta II structure can be, for example, a steel structure.
  • the particular advantage of such hybrid structures is that, on the one hand, the strength advantages of high-strength materials can be exploited, and on the other hand, the suitability of the casting process for producing complex geometry can be used. Because the sills are manufactured using a casting process, the hybrid structures in question are created “from a single mold,” which makes the complex joining processes for producing complex structures in the area of the sills, at least largely, superfluous.
  • the sills can be designed as a one-piece cast part together with a flat area of the floor structure, which forms an upper or a lower first horizontal boundary of the receiving space.
  • the flat area of the floor structure forms in particular a floor pan, which forms a lower, first horizontal boundary of the receiving space, or a floor of the passenger cell, which forms an upper, first boundary of the receiving space.
  • the battery or the electrical cells of the battery can be arranged in such a floor structure.
  • the rigidity of the floor structure can also be optimized, for example by creating corresponding stiffeners of the flat area, for example in the form of reinforcing ribs, through the casting process.
  • the sills can be cast onto a flat area of the floor structure formed from a sheet, which forms an upper or a lower first horizontal boundary of the receiving space.
  • the flat area of the floor structure forms in particular a floor pan, which forms a lower, first horizontal boundary of the receiving space, or a floor of the passenger cell, which forms an upper, first boundary of the receiving space.
  • the possibilities of the casting process to connect areas cast as part of the casting process with areas formed elsewhere and thus create hybrid structures can be used to create a construction that is advantageous in terms of weight and rigidity, in which the flat area of the floor structure connecting the sills is formed from a sheet metal.
  • the casting process can also be used to create a large-area and dimensionally stable floor structure, which can have complex shapes in the area of the sills and can also form a, in particular gas-tight, housing around the receiving space for the motor vehicle battery.
  • the sills can be designed as a one-piece cast part together with cast areas of a hybrid structure, which can have at least one cast area and at least one area formed by a sheet metal.
  • the cast areas of the hybrid structure formed by sheet metal together form, in particular, a flat area of the floor structure, which forms an upper or a lower first horizontal boundary of the receiving space.
  • the flat area of the floor structure forms in particular a floor pan, which forms a lower, first horizontal boundary of the receiving space, or a floor of the passenger cell, which forms an upper, first boundary of the receiving space.
  • the flat area of the floor structure connecting the sills is designed as a hybrid structure, the cast areas of which are designed with the sills as a one-piece casting.
  • the floor structure can be formed by a plurality of floor structure parts arranged one behind the other in the longitudinal direction of the vehicle and connected to one another.
  • each of the interconnected floor structure parts forms a floor structure of the type described. In this way, the size of the molds and thus also the explosive forces that occur can be limited.
  • the casting process also offers in particular the possibility of designing the floor structural parts arranged one behind the other in the area of their connection to one another in such a way that connecting the floor structural parts arranged one behind the other is promoted.
  • a multi-part design overall light and stiff floor areas of the motor vehicle body can be created.
  • Such a floor structure composed of a plurality of floor structural parts that are arranged together also has the advantage that the floor structural parts can be used in the manner of a modular system for the production of vehicles with different dimensions, particularly different distances.
  • the floor structure can have a flat structural element that forms a second horizontal boundary of the receiving space arranged on the side of the receiving space facing away from the first boundary of the receiving space.
  • the structural element is in particular connected to the sills in such a way that in the event of a crash, force can be transmitted from one sill to the other sill via the structural element.
  • the base structure can form, in particular, a battery housing, in particular a gas-tight one, in which a plurality of electrochemical cells of a battery can be arranged.
  • the “double floor structure” forms a rigid floor structure of the motor vehicle body that can be resilient in the event of a crash.
  • the motor vehicle body can in particular have a front vehicle structural part designed as a cast part and/or a rear vehicle structural part designed as a cast part.
  • the floor structure can be connected to the rear vehicle structural part and/or the front vehicle structural part.
  • Rear vehicle structural part and/or front vehicle structural part can in particular be designed as a die-cast part.
  • a front vehicle structural part and/or a rear vehicle structural part which is designed as a casting
  • the advantages of casting processes can be achieved in terms of enabling complex shapes, even in the area of the front vehicle structure and/or the Rear vehicle structure can be used.
  • casting technology can be used particularly advantageously if, in particular, areas of the rear wheel arches and/or struts running in the transverse direction of the vehicle are formed by the rear vehicle structural part.
  • areas of the front wall and/or areas of the front wheel arches can be formed in a particularly advantageous manner by the front vehicle structural part.
  • the floor structure and the front car structural part or the floor structure and the rear car structural part can be designed in an advantageous manner by being designed as cast parts with regard to the ability to be connected to one another, so that an overall advantageous construction of the motor vehicle body can be made possible by the cast parts connected to one another.
  • the motor vehicle which has a floor structure described above and/or a motor vehicle body described above, has a battery for supplying a traction drive of the motor vehicle with electrical energy.
  • the battery is arranged in the receiving space.
  • the battery can have a plurality of electrochemical cells.
  • the boundaries of the receiving space through the floor structure, in particular the sills, the first horizontal boundary and/or the second horizontal boundary, can form components of a battery housing in which the plurality of cells are accommodated.
  • a gas-tight battery housing can be formed in this way.
  • the cells are arranged in particular in the battery housing, without a plurality of cells being combined in a separate, additional housing arranged within the receiving space. In this way, the base structure can be used as an essential part of the battery housing.
  • Flat cooling elements can be arranged, at least essentially, between the cells of the motor vehicle.
  • the cooling elements extend with one of their main extension directions, in particular in the vertical direction of the vehicle. Such an arrangement of the cooling elements in a vertical orientation between the cells enables a particularly flat design of the floor structure.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a motor vehicle body with a plurality of floor structures
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of an exemplary floor structure
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of another exemplary floor structure
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of another schematic floor structure.
  • the motor vehicle body 10 shown as an example in Figure 1 has, for example, a plurality, in the example shown three, floor structure parts 12 arranged one behind the other in the vehicle longitudinal direction
  • the floor structure of the motor vehicle body 10 can be connected to a front vehicle structural part 14 and a rear vehicle structural part 16 in the example shown.
  • the front car structural part 14 and the rear car structural part 16 can be designed as a cast part, whereby the front car structural part 14, as in the example shown, can form areas of the front wall and the front wheel arches and the rear car structural part 16, as in the example shown, can form areas of the rear wheel arches and struts running in the vehicle transverse direction Y.
  • FIG. 2 A schematic sectional view of an exemplary floor structure is shown in FIG.
  • the floor structure shown as an example in FIG. 2 has two sills 18.
  • the sills 18 are designed as cast parts.
  • a reinforcing element 20 is cast into each of the sills 18.
  • the flat area 22 forms a lower, first horizontal boundary of a receiving space arranged between the sills 18.
  • a battery formed by a plurality of electrochemical cells 24 is arranged in the receiving space.
  • the battery can also have cooling elements 26 for cooling the battery, which can also be arranged in the receiving space, for example in the vehicle vertical direction Z between the electrochemical cells 24, as shown. This results in an overall very flat design of the floor structure.
  • the floor structure can also have a flat structural element 28.
  • the flat structural element 28 can form an upper, second horizontal boundary of the receiving space, as in the example shown.
  • the structural element 28 can be a sheet metal.
  • the structural element 28 can in particular be connected to the sills 18 as shown.
  • the connection of the structural element 28 to the sills 18 is designed in particular, as shown by way of example, in such a way that force can be transmitted from one sill 18 to the other sill 18 via the structural element 28.
  • FIG. 3 shows a variant which differs from the variant shown in FIG. 2 in particular in that the sills 18 are cast into a flat area of the floor structure formed from a sheet 30.
  • the flat area of the floor structure formed from the sheet metal 30 forms the lower, first horizontal boundary of the receiving space.
  • the embodiment of a floor structure shown as an example in FIG. 4 differs from the examples shown in FIGS Area has, are designed as a one-piece casting.
  • the at least one cast area 32 and the at least one sheet 30, in the example shown two sheets 30, can, as shown, together form a flat area of the floor structure, which forms the lower first horizontal boundary of the receiving space.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bodenstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie (10). Dabei weist die Bodenstruktur Schweller (18) auf. Zwischen den Schwellern (18) ist ein Aufnahmeraum für die Aufnahme einer Kraftfahrzeugbatterie angeordnet. Die Schweller (18) sind, zumindest teilweise, als Gussteil, insbesondere als Druckgussteil, ausgebildet. Weiter betrifft die Erfindung Kraftfahrzeugkarosserie (10) mit einer solchen Bodenstruktur und ein Kraftfahrzeug, bei dem in dem Aufnahmeraum eine Batterie zur Versorgung eines Fahrantriebs des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Bodenstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie, Kraftfahrzeugkarosserie und Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Bodenstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie, eine Kraftfahrzeugkarosserie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, bei denen im Bereich ihres Unterbodens eine Batterie angeordnet wird. Diese Batterie dient insbesondere zur Versorgung eines elektrischen Fahrantriebs des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Um die benötigten Mengen an elektrische Energie speichern zu können, weisen die in Rede stehenden Batterien eine entsprechend hohe Kapazität und bedingt dadurch eine entsprechende Anforderung im Hinblick auf den benötigten Bauraum auf. Zudem weisen die in Rede stehenden Batterien ein nicht unerhebliches Eigengewicht auf. Aus diesen Gründen ist die Anordnung im Bereich des Unterbodens des Kraftfahrzeugs grundsätzlich vorteilhaft. Durch diese Anordnung entsteht ein niedriger Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs, der sich vorteilhaft auf dessen Fahreigenschaften auswirkt.
Nach dem Stand der Technik wurden zunächst entsprechende Batteriesysteme in separaten Gehäusen geschaffen, die im Bereich des Unterbodens von Fahrzeugkarosserien angeordnet worden sind, die den Kraftfahrzeugkarosserien konventioneller Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor vergleichsweise stark ähnelten. Das Resultat waren in konstruktiver Hinsicht vergleichsweise umständliche Lösungen, die hohes Eigengewicht und hohe Kosten bei der Herstellung bedingten.
Im Zuge der weiteren Entwicklung sind die Kraftfahrzeugkarosserien mehr und mehr unter Berücksichtigung der besonderen Anforderungen elektrischer Fahrantriebe und der zur Versorgung dieser Antriebe mit elektrischer Energie benötigten Batteriesysteme entwickelt worden. Derartige Kraftfahrzeugkarosserien weisen im seitlichen Bereich ihrer Bodenstruktur - wie auch konventionelle Kraftfahrzeugkarosserien - Schweller auf, die maßgeblich für die strukturelle Stabilität der Kraftfahrzeugkarosserie verantwortlich sind. Bei derartigen, bereits im Hinblick auf den Einbau entsprechender Batterien gestalteten Bodenstrukturen ist zwischen den Schwellern ein Aufnahmeraum für die Aufnahme einer Kraftfahrzeugbatterie angeordnet. Derartige Konstruktionen sind beispielsweise aus den Druckschriften WO 2020/120068 A1 und WO 2021/043993 A 1 bekannt.
Derartige Bodenstrukturen werden aus Blechen und/oder stranggepressten Profilen gebildet. Nachteilig an derartigen Konstruktionen ist es jedoch, dass eine Vielzahl an Fügeoperationen notwendig ist, die zum einen mit Kosten und zum anderen mit nicht unerheblichen technischen Problemen, die sich beispielsweise aufgrund von Verzügen in den einzelnen Bauteilen im Zuge der Fügeoperationen einstellen, verbunden sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bodenstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie, eine Kraftfahrzeugkarosserie und ein Kraftfahrzeug aufzuzeigen, die eine kostengünstige und zuverlässige Konstruktion des Kraftfahrzeugs im Hinblick auf die Integration der Batterien im Bereich des Fahrzeugbodens ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Bodenstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie, eine Kraftfahrzeugkarosserie und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
Die Bodenstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie weist Schweller auf. Zwischen den Schwellern ist ein Aufnahmeraum für die Aufnahme einer Kraftfahrzeugbatterie angeordnet.
Die Aufgabe wird insbesondere dadurch gelöst, dass die Schweller, zumindest teilweise, als Gussteil ausgebildet sind.
Es hat sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass die Vorteile, die Gussverfahren im Hinblick auf die mögliche Gestaltung auch komplexer Geometrien bilden, dazu führen, dass bei Bodenstrukturen für Kraftfahrzeugkarosserien, die bereits im Hinblick auf die Ausbildung eines Aufnahmeraums für eine Batterie zwischen den Schwellern gestaltet werden, die spezifischen Vorteile einer Gestaltung der Schweller als Gussteil deren Nachteile gegenüber bekannten Gestaltungen aus Blechen und/oder Strangpressprofilen überwiegen und so zu einer insgesamt vorteilhaften Bodenstruktur führen kann.
Bei dem Gussteil kann es sich insbesondere um ein Druckgussteil handeln. Druckgussverfahren sind vorteilhaft im Hinblick auf Serienproduktion, Automatisierbarkeit und damit auch im Hinblick auf die Kosten. Der Schweller kann, zumindest soweit er als Gussteil ausgeführt ist, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sein. Aluminium erlaubt die Herstellung vergleichsweise leichter und steifer Gussteile und lässt sich insbesondere gut mittels Druckgussverfahren verarbeiten.
Die Schweller können jeweils ein in den jeweiligen Schweller eingegossenes Verstärkungselement aufweisen. Ein weiterer Vorteil der Anwendung von Gussverfahren ist es, dass, beispielsweise durch das Einlegen von zusätzlichen Elementen in eine Gussform, insbesondere eine Druckgussform, Hybridstrukturen aus gegossenen und anderweitig hergestellten Bereichen geschaffen werden können. Dadurch können die Schweller im Hinblick auf Steifigkeit und/oder Festigkeit bzw. im Hinblick auf deren Verformungsverhalten im Crashfall optimiert werden. Bei dem eingegossenen Verstärkungselement kann es sich insbesondere um eine Meta II Struktur handeln. Bei der Meta II Struktur kann es sich beispielsweise um eine Stahlstruktur handeln. Der besondere Vorteil derartiger Hybridstrukturen ist es, dass zum einen die Festigkeitsvorteile hochfester Werkstoffe ausgenutzt werden können, auf der anderen Seite die Eignung der Gussverfahren zur Darstellung komplexer Geometrie genutzt werden kann. Dadurch, dass die Schweller im Gussverfahren hergestellt werden, entstehen die in Rede stehenden Hybridstrukturen „aus einem Guss“ was die aufwändigen Fügeverfahren zur Herstellung komplexer Strukturen im Bereich der Schweller, zumindest weitestgehend, überflüssig macht.
Die Schweller können gemeinsam mit einem flächigen Bereich der Bodenstruktur, der eine obere oder eine untere erste horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bildet, als einteiliges Gussteil ausgeführt sein. Bei einer derartigen Gestaltung bildet der flächige Bereich der Bodenstruktur insbesondere eine Bodenwanne, die eine untere erste horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bildet, oder einen Boden der Fahrgastzelle, der eine obere erste Begrenzung des Aufnahmeraums bildet. Die Batterie bzw. die elektrischen Zellen der Batterie können bei der einer derartigen Bodenstruktur in dieser angeordnet werden. Der Vorteil ist, dass eine derartige Bodenstruktur bereits selbst einen großen Teil eines, insbesondere gasdichten Batteriegehäuses bilden kann. Auch kann so eine großflächige Bodenstruktur mit einer hohen Maßhaltigkeit für ein Kraftfahrzeug geschaffen werden, ohne dass hierfür die Vielzahl Fügeoperationen notwendig wird. Durch die Möglichkeiten der Gusstechnik im Hinblick auf die Variabilität der Formgebung kann so auch die Steifigkeit der Bodenstruktur optimiert werden, beispielsweise in dem entsprechende Versteifungen des flächigen Bereichs, beispielsweise in Gestalt von Verstärkungsrippen, durch das Gießverfahren erzeugt werden. Alternativ und/oder ergänzend können die Schweller an einen aus einem Blech gebildeten flächigen Bereich der Bodenstruktur, der eine obere oder eine untere erste horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bildet, angegossen sein. Bei einer derartigen Gestaltung bildet der flächige Bereich der Bodenstruktur insbesondere eine Bodenwanne, die eine untere erste horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bildet, oder einen Boden der Fahrgastzelle, der eine obere erste Begrenzung des Aufnahmeraums bildet. Die Möglichkeiten des Gussverfahrens, im Rahmen des Gussverfahrens gegossene Bereiche mit anderweitig gebildeten Bereichen zu verbinden und so Hybridstrukturen zu erzeugen, kann genutzt werden, um eine im Hinblick auf Gewicht und Steifigkeit vorteilhafte Konstruktion zu erzeugen, bei dem der die Schweller verbindende flächige Bereich der Bodenstruktur aus einem Blech gebildet ist. Durch das Gussverfahren lässt sich so jedoch ebenfalls eine großflächige und maßhaltige Bodenstruktur erzeugen, die im Bereich der Schweller komplexe Formgebungen aufweisen kann und darüber hinaus ein, insbesondere gasdichtes, Gehäuse um den Aufnahmeraum für die Kraftfahrzeugbatterie bilden kann.
Alternativ und/oder ergänzend können die Schweller gemeinsam mit gegossenen Bereichen einer Hybridstruktur, die wenigstens einen gegossenen Bereich und wenigstens einen durch ein Blech gebildeten Bereiche aufweisen kann, als einteiliges Gussteil ausgeführt sein. Die gegossenen und durch Bleche gebildeten Bereiche der Hybridstruktur bilden hierbei insbesondere gemeinsam einen flächigen Bereich der Bodenstruktur, der eine obere oder eine untere erste horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bildet. Bei einer derartigen Gestaltung bildet der flächige Bereich der Bodenstruktur insbesondere eine Bodenwanne, die eine untere erste horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bildet, oder einen Boden der Fahrgastzelle, der eine obere erste Begrenzung des Aufnahmeraums bildet. Mit anderen Worten ist bei einer derartigen Konstruktion der die Schweller verbindende flächige Bereich der Bodenstruktur als Hybridstruktur ausgeführt, deren gegossene Bereiche mit den Schwellern als einteiliges Gussteil ausgeführt sind. Durch eine derartige Ausführung lassen sich die Vorteile der Nutzung von Blechen zur Ausbildung des flächigen Bereichs der Bodenstruktur und die Vorteile der Nutzung des Gussverfahrens zur Ausbildung des flächigen Bereichs der Bodenstruktur miteinander verbinden.
Die Herstellung mittels des Gussverfahrens, insbesondere mittels des Konkursverfahrens, bietet zudem den Vorteil, dass Bestandteile der Bodenstruktur, die nicht gegossen werden, wie insbesondere Verstärkungselemente und/oder Bleche in der Gussformen im Rahmen des Gussverfahrens umgeformt werden können. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Wannenform eines Bleches mit dem Gussverfahren in einem Arbeitsgang erzeugt werden. Die Bodenstruktur kann durch eine Mehrzahl in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordneter und miteinander verbundener Bodenstrukturteile gebildet sein. In diesem Zusammenhang bildet insbesondere jedes der miteinander verbundenen Bodenstrukturteile eine Bodenstruktur der beschriebenen Art. Auf diese Weise kann die Größe der Gussformen und damit auch die auftretenden Sprengkräfte begrenzt werden. Das Gussverfahren bietet durch seine Möglichkeit zur Gestaltung komplexer Geometrien insbesondere auch die Möglichkeit, die hintereinander angeordneten Bodenstrukturteile im Bereich ihrer Verbindung miteinander derart zu gestalten, dass ein Verbinden der hintereinander angeordneten Bodenstrukturteilen begünstigt wird. Dadurch lassen sich auch bei einer derartigen mehrteiligen Ausführung insgesamt leichte und steife Bodenbereiche der Kraftfahrzeugkarosserie erzeugen. Eine derartige aus einer Mehrzahl Bodenstrukturteile, die miteinander angeordnet sind, zusammengesetzten Bodenstruktur hat zudem den Vorteil, dass die Bodenstrukturteile nach Art eines Baukastensystems für die Herstellung von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Abmessungen, besondere unterschiedlichen Abständen, verwendet werden können.
Die Bodenstruktur kann ein flächiges Strukturelement aufweisen, dass eine auf der von der ersten Begrenzung des Aufnahmeraums abgewandten Seite des Aufnahmeraums angeordnete zweite horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bildet. Dabei ist das Strukturelement insbesondere derart mit den Schwellern verbunden, dass im Crashfall eine Kraftübertragung von einem Schweller zum anderen Schweller über das Strukturelement erfolgen kann.
Auf diese Weise kann die Bodenstruktur insbesondere ein, insbesondere gasdichtes, Batteriegehäuse bilden, in dem eine Mehrzahl elektrochemischer Zellen einer Batterie angeordnet werden können. Gleichzeitig bildet die „Doppelbodenstruktur“ eine steife und im Crashfall belastbare Bodenstruktur der Kraftfahrzeugkarosserie aus.
Die Kraftfahrzeugkarosserie kann insbesondere ein als Gussteil ausgebildetes Vorderwagenstrukturteil und/oder ein als Gussteil ausgebildetes Hinterwagenstrukturteil aufweisen. Die Bodenstruktur kann mit dem Hinterwagenstrukturteil und/oder dem Vorderwagenstrukturteil verbunden sein. Hinterwagenstrukturteil und/oder Vorderwagenstrukturteil können insbesondere als Druckgussteil ausgeführt sein.
Durch ein Vorderwagenstrukturteil und/oder ein Hinterwagenstrukturteil, das als Gussteil ausgebildet ist, können die Vorteile von Gussverfahren im Hinblick auf die Ermöglichung komplexer formgebunden auch im Bereich der Vorderwagenstruktur und/oder der Hinterwagenstruktur genutzt werden. In diesen Bereichen lässt sich die Gusstechnik insbesondere dann vorteilhaft einsetzen, wenn durch das Hinterwagenstrukturteil insbesondere Bereiche der hinteren Radhäuser und/oder in Fahrzeugquerrichtung laufenden Verstrebungen ausgebildet werden. Alternativ und/oder ergänzend können in besonders vorteilhafter weise durch das Vorderwagenstrukturteil Bereiche der Stirnwand und/oder Bereiche der vorderen Radhäuser ausgebildet sein. Die Bodenstruktur und das Vorderwagenstrukturteil bzw. die Bodenstruktur und das Hinterwagenstrukturteil können durch die Ausführung als Gussteile im Hinblick auf die Verbindbarkeit miteinander in vorteilhafter Weise gestaltet werden, so dass eine insgesamt vorteilhafte Konstruktion der Kraftfahrzeugkarosserie durch die miteinander verbundenen Gussteile ermöglicht werden kann.
Das Kraftfahrzeug, dass eine vorstehend beschriebene Bodenstruktur und/oder eine vorstehend beschriebene Kraftfahrzeugkarosserie aufweist, weist eine Batterie zur Versorgung eines Fahrantriebs des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie auf. Die Batterie ist in dem Aufnahmeraum angeordnet. Dabei kann die Batterie eine Mehrzahl elektrochemischer Zellen aufweisen. Die Begrenzungen des Aufnahmeraums durch die Bodenstruktur, insbesondere die Schweller, die erste horizontale Begrenzung und/oder die zweite horizontale Begrenzung, können Bestandteile eines Batteriegehäuses bilden, in dem die Mehrzahl Zellen aufgenommen ist. Auf diese Weise kann insbesondere ein gasdichtes Batteriegehäuse gebildet sein. Die Zellen sind dabei insbesondere in dem Batteriegehäuse angeordnet, ohne dass eine Mehrzahl Zellen in einem separaten zusätzlichen innerhalb des Aufnahmeraums angeordneten Gehäuse zusammengefasst ist. Auf diese Weise kann die Bodenstruktur als wesentlicher Bestandteil des Batteriegehäuses genutzt werden. Die nach dem Stand der Technik in Akkumulatoren häufig üblichen separaten Batteriegehäuse aus metallischen Werkstoffen, in denen eine Mehrzahl Zellen zusammengefasst wird, in vorteilhafter weise entfallen. Dadurch ergibt sich insgesamt eine einfachere und kostengünstigere Bauweise, die darüber hinaus Gewicht und auch Bauhöhe im Bereich des Unterbodens einspart.
Zwischen den Zellen des Kraftfahrzeugs können, zumindest im Wesentlichen, flächig gestaltete Kühlelemente angeordnet sein. Die Kühlelemente erstrecken sich mit einer ihrer Haupterstreckungsrichtungen insbesondere in Fahrzeughochrichtung. Eine derartige Anordnung der Kühlelemente in einer vertikalen Orientierung zwischen den Zellen ermöglicht eine besonders flache Bauweise der Bodenstruktur.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematisch perspektivische Darstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Mehrzahl Bodenstrukturen,
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer beispielhaften Bodenstruktur,
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren beispielhaften Bodenstruktur,
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren schematischen Bodenstruktur.
Die in Figur 1 beispielhaft dargestellte Kraftfahrzeugkarosserie 10 weist beispielhaft eine Mehrzahl, im gezeigten Beispiel drei, in Fahrzeuglängsrichtung X hintereinander angeordnete Bodenstrukturteile 12 auf, die die Bodenstruktur in die Handeln des Kraftfahrzeugs 10 bilden.
Die Bodenstruktur der Kraftfahrzeugkarosserie 10 kann die im gezeigten Beispiel mit einem Vorderwagenstrukturteil 14 und einem Hinterwagenstrukturteil 16 verbunden sein. Das Vorderwagenstrukturteil 14 und des Hinterwagenstrukturteil 16 können als Gussteil ausgeführt sein, wobei das Vorderwagenstrukturteil 14 wie im gezeigten Beispiel Bereiche der Stirnwand und der vorderen Radhäuser und das Hinterwagenstrukturteil 16 wie im gezeigten Beispiel Bereiche der hinteren Radhäuser und in Fahrzeugquerrichtung Y verlaufende Verstrebungen bilden kann.
In Figur 2 ist eine schematische Schnittdarstellung einer beispielhaften Bodenstruktur dargestellt. Die in Figur 2 beispielhaft dargestellte Bodenstruktur weist zwei Schweller 18 auf. Die Schweller 18 sind als Gussteile ausgeführt. Dabei ist im gezeigten Beispiele in den Schwellern 18 jeweils ein Verstärkungselement 20 eingegossen.
Die Schweller 18 bilden beispielhaft gemeinsam mit einem flächigen Bereich 22 der Bodenstruktur ein einteiliges Gussteil. Der flächige Bereich 22 bildet eine untere erste horizontale Begrenzung eines zwischen den Schwellern 18 angeordneten Aufnahmeraumes. In dem Aufnahmeraum ist eine durch eine Mehrzahl elektrochemischer Zellen 24 gebildete Batterie angeordnet. Die Batterie kann zudem Kühlelemente 26 zur Kühlung der Batterie aufweisen, die ebenfalls in dem Aufnahmeraum, beispielsweise wie dargestellt in Fahrzeughochrichtung Z zwischen den elektrochemischen Zellen 24, angeordnet sein können. Hierdurch ergibt sich eine insgesamt sehr flache Bauweise der Bodenstruktur. Die Bodenstruktur kann weiterhin ein flächiges Strukturelement 28 aufweisen. Das flächige Strukturelement 28 kann wie im gezeigten Beispiel eine obere zweite horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bilden. Beispielhaft kann es sich bei dem Strukturelement 28 um ein Blech handeln. Das Strukturelement 28 kann insbesondere wie gezeigt mit den Schwellern 18 verbunden sein. Die Verbindung des Strukturelement 28 mit den Schwellern 18 ist insbesondere wie beispielhaft dargestellt derart gestaltet, dass eine Kraftübertragung von dem einen Schweller 18 zu dem anderen Schweller 18 über das Strukturelement 28 erfolgen kann.
In Figur 3 ist eine Variante dargestellt, die sich von der in der Figur 2 dargestellten Variante insbesondere dadurch unterscheidet, dass die Schweller 18 an einem aus einem Blech 30 gebildeten flächigen Bereich der Bodenstruktur eingegossen sind. Im Fall des in Figur 3 dargestellten Beispiels bildet der aus dem Blech 30 gebildete flächige Bereich der Bodenstruktur die untere erste horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums.
Die in Figur 4 beispielhaft dargestellte Ausführungsform einer Bodenstruktur unterscheidet sich von den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Beispielen dadurch, dass die Schweller 18 gemeinsam mit einem gegossenen Bereich 32 einer Hybridstruktur, die wenigstens einen gegossenen Bereich 32 und wenigstens einen durch ein Blech 30 gebildeten Bereich aufweist, als einteiliges Gussteil ausgeführt sind. Der wenigstens eine gegossene Bereich 32 und das wenigstens eine Blech 30, im gezeigten Beispiel zwei Bleche 30, können wie dargestellt Beispiel gemeinsam einen flächigen Bereich der Bodenstruktur, der die untere erste horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bilden.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden. Bezugszeichenliste
10 Kraftfahrzeugkarosserie
12 Bodenstrukturteile
14 Vorderwagenstrukturteil
16 Hinterwagenstrukturteil
18 Schweller
20 Verstärkungselement
22 flächiger Bereich der Bodenstruktur
24 elektrochemische Zellen
26 Kühlelement
28 flächiges Strukturelement
30 Blech
32 gegossener Bereich
X Fahrzeuglängsrichtung
Y Fahrzeugquerrichtung
Z Fahrzeuglängsrichtung

Claims

Ansprüche Bodenstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie (10), wobei die Bodenstruktur Schweller (18) aufweist und wobei zwischen den Schwellern (18) ein Aufnahmeraum für die Aufnahme einer Kraftfahrzeugbatterie angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweller (18), zumindest teilweise, als Gussteil, insbesondere als Druckgussteil, ausgebildet sind. Bodenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweller (18) jeweils ein in den jeweiligen Schweller (18) eingegossenes Verstärkungselement (20) aufweisen. Bodenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweller (18) gemeinsam mit einem flächigen Bereich (22) der Bodenstruktur, der eine obere oder eine untere erste horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bildet, als einteiliges Gussteil ausgeführt sind. Bodenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweller (18). An einen aus einem Blech (30) gebildeten flächigen Bereich der Bodenstruktur, der eine obere oder eine untere erste horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bildet, angegossen sind. Bodenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweller (18) gemeinsam mit einem gegossenen Bereich (32) einer Hybridstruktur, die wenigstens einen gegossenen Bereich und wenigstens einen durch ein Blech (30) gebildeten Bereich aufweist, die gemeinsam einen flächigen Bereich der Bodenstruktur, der eine obere oder eine untere erste horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bildet, bilden, als einteiliges Gussteil ausgeführt sind. Bodenstruktur nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstruktur durch eine Mehrzahl in Fahrzeuglängsrichtung (X) hintereinander angeordneter und miteinander verbundener Bodenstrukturteile (12) gebildet ist, die jeweils eine Bodenstruktur nach einem der vorigen Ansprüche bilden. Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstruktur ein flächiges Strukturelement (28) aufweist, dass eine auf der von der ersten Begrenzung des Aufnahmeraums abgewandten Seite des Aufnahmeraums angeordnete zweite horizontale Begrenzung des Aufnahmeraums bildet, wobei das Strukturelement (28) derart mit den Schwellern (18) verbunden ist, dass im Crashfall eine Kraftübertragung von einem Schweller (18) zum anderen Schweller (18) über das Strukturelement (28) erfolgen kann. Kraftfahrzeugkarosserie (10) mit einer Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstruktur mit einem als Gussteil, insbesondere als Druckgussteil, ausgebildeten Vorderwagenstrukturteil (14) und/oder einem als Gussteil, insbesondere als Druckgussteil, ausgebildeten Hinterwagenstrukturteil (16) verbunden ist. Kraftfahrzeug, mit einer Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder mit einer Kraftfahrzeugkarosserie (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmeraum eine Batterie zur Versorgung eines Fahrantriebs des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie angeordnet ist, wobei die Batterie eine Mehrzahl elektrochemischer Zellen (24) aufweist und durch die Bodenstruktur ein Batteriegehäuse gebildet ist, in dem die Mehrzahl Zellen aufgenommen ist. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zellen (24), zumindest im Wesentlichen, flächig gestaltete Kühlelemente (26) angeordnet sind, die sich mit einer ihrer Haupterstreckungsrichtungen in Fahrzeughochrichtung (Z) erstrecken.
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