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Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für ein im Unterflurbereich eines elektrisch angetriebenen Kraftwagens angeordnetes Batteriegehäuse gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Schutzelement für einen solche Schutzeinrichtung.
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Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere bei batterieelektrisch angetriebenen SUV und Geländewagen, gilt es Beschädigungen eines im Unterflurbereich angeordneten Batteriegehäuses vor sogenannten Aufsetzern, also Kontakten mit bodennahen Objekten, beispielsweise auch Bordsteinkanten, zu vermeiden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Bauräume unterhalb des Batteriegehäuses insbesondere aufgrund der erwünschten Bodenfreiheit des Fahrzeugs begrenzt sind.
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Aus der
DE 10 2020 003 193 A1 geht ein Kraftfahrzeugrohbau mit einem Bodenelement hervor, auf dessen der Fahrbahn zugewandten Seite eine umlaufend geschlossene, nach unten abstehenden Rahmenstruktur vorgesehen ist, welche einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines Energiespeichers begrenzt. Der Aufnahmeraum ist mittels eines eine Energieabsorptionsstruktur aufweisenden Deckels nach unten hin verschließbar, wobei der Deckel bei einer entsprechenden Kraftbeaufschlagung unter Energieverzehrung verformbar ist. Die Energieabsorptionsstruktur wird mittels mechanischer Elemente realisiert, was zu einem relativen hohen Gewicht führt und kostenintensiv ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schutzeinrichtung zu schaffen, mittels welcher auf geringem Bauraum ein zuverlässiger Schutz vor Beschädigungen eines im Unterflurbereich eines elektrisch angetriebenen Kraftwagens angeordneten Batteriegehäuses durch Kontakte mit bodennahen Objekten gewährleistet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit günstigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Schutzeinrichtung zu schaffen, mittels welcher auf geringem Bauraum ein zuverlässiger Schutz vor Beschädigungen eines im Unterflurbereich eines elektrisch angetriebenen Kraftwagens angeordneten Batteriegehäuses durch Kontakte mit bodennahen Objekten gewährleistet werden kann, ist erfindungsgemäß wenigstens ein unterhalb des Batteriegehäuses angeordnetes Schutzelement vorgesehen mit wenigstens einer unterseitig des Batteriegehäuses angeordneten Schutzplatte und mit wenigstens einer Polsterschicht, welche wenigstens eine mit einem Medium gefüllte Kammer umfasst und zwischen der Schutzplatte des Schutzelements und dem Batteriegehäuse angeordnet ist. Demzufolge umfasst das wenigstens eine Schutzelement wenigstens eine Schutzplatte, welche die Unterseite des Schutzelements bildet und zur Straße beziehungsweise zum Untergrund hin angeordnet ist. Zwischen dieser wenigstens einen Schutzplatte und dem Batteriegehäuse ist wenigstens eine Polsterschicht angeordnet, welche wenigstens eine durch ein Medium, beispielsweise Druckluft, gefüllte Kammer aufweist.
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Kommt es dabei zu einem Kontakt des Schutzelements mit einem bodennahmen Objekt, beispielsweise einem großen Stein oder dergleichen, so erfolgt dieser über die Schutzplatte, welche eventuell auftretende punktuelle Kräfte dann aufnimmt und nach oben hin breiter verteilt. Oberseitig der Schutzplatte ist hierbei die Polsterschicht zwischen der Schutzplatte und dem Batteriegehäuse angeordnet und nimmt die eventuellen, durch die Schutzplatte breiter verteilten Kräfte auf, um diese großformatig abzufangen und gegebenenfalls nach oben hin weiter zu übertragen.
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Insbesondere sind die Schutzplatte und die Polsterschicht hierbei sandwichartig miteinander verbunden, wobei theoretisch auch eine separate Gestaltung der beiden Elemente denkbar wäre.
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Die wenigstens eine Kammer der Polsterschicht ist insbesondere mit Druckluft befüllt, wobei jedoch auch andere gasförmige oder flüssige Medien denkbar wären.
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Der Druck des Mediums innerhalb der wenigstens einen Kammer kann beispielsweise mittels einer Kontrolleinrichtung der Schutzeinrichtung überwacht werden, um eine Beschädigung des Schutzelements zu detektieren. Über die Kontrolleinrichtung kann dabei theoretisch auch das Auftreten und/oder die Schwere eines Kontakts mit dem bodennahen Objekt ermittelt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Schutzelement eine unterseitig des Batteriegehäuses angeordnete Trägerplatte auf, welche oberseitig der Polsterschicht des Schutzelements angeordnet ist. Hierbei ist das Schutzelement insbesondere als Sandwich ausgebildet mit der unterseitigen Schutzplatte und der oberseitigen Trägerplatte, zwischen welchen die Polsterschicht angeordnet ist. Durch die Trägerplatte kann hierbei des Schutzelements besonders günstig im Unterflurbereich des Kraftwagens befestigt werden, beispielsweise an jeweiligen Seitenschwellern an den Außenseiten des Fahrzeugs. Zudem sorgt das Trägerelement für eine großformatige Lastverteilung bei einer kollisionsbedingten Kraftbeaufschlagung des Schutzelements infolge eines Kontakts mit einem bodennahen Objekt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Polsterschicht aus einem flexiblen Material, insbesondere einem Gummimaterial oder dergleichen Kunststoff, gebildet ist. Hierdurch ist eine großformatige Lastaufnahme und Lastverteilung bei einer kollisionsbedingten Kraftbeaufschlagung des Schutzelements infolge eines Kontakts mit einem bodennahen Objekt möglich.
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Vorzugsweise ist die Polsterschicht in weiterer Ausgestaltung der Erfindung flächig mit der Schutzplatte verbunden. Wenn die Polsterschicht aus einem Gummimaterial gebildet ist, kann dieses flächige Verbindung insbesondere durch ein Aufvulkanisieren der Polsterschicht auf die Schutzplatte erfolgen. In gleicher Weise kann auch die Verbindung zur gegebenenfalls vorhandenen Trägerplatte geschaffen sein. Die flächige Verbindung der Polsterschicht mit der Schutzplatte vermeidet dabei eine Spaltkorrosion zwischen den Bauteilen.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schutzplatte mit Längssicken ausgebildet. Die Sicken dienen dabei insbesondere zur Aussteifung der Schutzplatte, wobei diese bevorzugt in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind und demzufolge die Schutzplatte insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung aussteifen. Zudem dienen die in diesem Fall dazu, dass das mit der Schutzplatte gegebenenfalls in Kontakt kommende bodennahe Objekt gleitend überwunden werden kann, ohne dass es zu übermäßigen Beschädigungen der Schutzplatte kommen kann.
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Eine weiter vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Schutzplatte oder die Trägerplatte mit jeweiligen, seitlich entlang des Batteriegehäuses verlaufenden Seitenschwellem verbunden ist. Hierdurch wird ein besonders günstiger Schutz des Batteriegehäuses und eine besonders günstige rohbauseitige Abstützung des Schutzelements erreicht.
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In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Schutzplatte aus einem korrosionsbeständigen Stahl gebildet. Dieser zeichnet sich nicht nur durch seine Korrosionsbeständigkeit, sondern auch durch seine Festigkeit aus, um eine großformatige Lastverteilung zu erreichen.
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Schließlich ist es in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Trägerplatte aus einem Hohlkammerprofil, insbesondere einem Metallstrangpressprofil, gebildet ist, dessen Hohlkammern mit einem Kunststoff, insbesondere einem Schaumwerkstoff, gefüllt sind. Hierdurch wird eine besonders gedämmte und steife Trägerplatte geschaffen.
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Zur Erfindung gehört auch ein Schutzelement für eine solche Schutzeinrichtung. Dessen Vorteile ergeben sich aus den vorstehend erläuterten Merkmalen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine perspektivische Unteransicht auf eine Rahmenstruktur einer Karosserie eines Kraftwagens, welche im Bereich der Fahrgastzelle eine Bodenstruktur aufweist, in dessen Unterflurbereich ein Batteriegehäuse eines elektrischen Antriebs des Kraftwagens angeordnet ist, unterhalb welchem eine erfindungsgemäße Schutzeinrichtung angeordnet ist:
- 2 eine schematische Querschnittansicht entlang einer in Fahrzeugquerrichtung und in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Schnittebene mit dem im Unterflurbereich der Bodenstruktur angeordneten, sich zwischen jeweiligen Seitenschwellern erstreckenden Batteriegehäuse, unterhalb welchem ein Schutzelement der Schutzeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel angeordnet ist;
- 3 eine weitere schematische Querschnittansicht analog zu 2 durch die Bodenstruktur und das unterflur angeordnete Batteriegehäuse, unterhalb welchem ein Schutzelement der Schutzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel angeordnet ist;
- 4 eine weitere schematische Querschnittansicht analog zu den 2 und 3 durch die Bodenstruktur und das unterflur angeordnete Batteriegehäuse, unterhalb welchem ein Schutzelement der Schutzeinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel angeordnet ist; und
- 5 eine weitere schematische Querschnittansicht analog zu den 2 bis 4 durch die Bodenstruktur und das unterflur angeordnete Batteriegehäuse, unterhalb welchem ein Schutzelement der Schutzeinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel angeordnet ist.
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1 zeigt in einer perspektivischen Unteransicht eine Rahmenstruktur 1 einer Karosserie eines Kraftwagens, welcher im vorliegenden Fall insbesondere als SUV oder Geländewagen ausgebildet ist. Von der Rahmenstruktur 1 sind im Bereich einer Vorbaustruktur 2 insbesondere jeweilige Hauptlängsträger 3 erkennbar, welche an ihrem vorderen Ende über einen Stoßfängerquerträger 4 miteinander verbunden sind. Im Bereich einer Heckstruktur 5 sind jeweilige hintere Längsträger 6 erkennbar, zwischen welchen sich eine hinterer Querträger 7 sowie ein Unterfahrschutzelement 8 erstreckt.
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Im Bereich der Fahrgastzelle weist die Karosserie beziehungsweise deren Rahmenstruktur 1 eine Bodenstruktur 9 mit jeweiligen, an den Fahrzeugaußenseiten verlaufenden Seitenschwellern 10 auf, zwischen welchen sich eine Mehrzahl von Querträgern erstrecken.
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Die Seitenschweller 10 gehen vorne in die jeweiligen Hauptlängsträger 3 der Vorbaustruktur 3 und hinten in die jeweiligen Längsträger 6 der Heckstruktur 5 über.
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Im Unterflurbereich der Bodenstruktur 9 der Karosserie des Kraftwagens ist vorliegend - wie dies aus den 2 bis 5 erkennbar ist - ein Batteriegehäuse 11 einer Batterie zur Versorgung des elektrischen Antriebs des Kraftwagens mit elektrischer Energie angeordnet.
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Die 2 bis 5 zeigen hierbei jeweils eine schematische Querschnittansicht entlang einer in Fahrzeugquerrichtung und in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Schnittebene durch das im Unterflurbereich der Bodenstruktur 9 angeordnete, sich zwischen den jeweiligen Seitenschwellern 10 erstreckende Batteriegehäuse 11.
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Unterhalb beziehungsweise unterseitig des Batteriegehäuses 11 ist gemäß den 2 bis 5 eine jeweilige Schutzeinrichtung 12 gemäß einem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel angeordnet, mittels welchem auf im Weiteren noch näher beschriebenen Weise das Batteriegehäuse 11, insbesondere ein Unterteil des Batteriegehäuses 11, von einer Beschädigung durch einen Kontakt mit einem bodennahen Objekt, beispielsweise einem größeren Stein, einer Wurzel oder dergleichen geschützt werden kann. Derartige Beschädigungen entstehen bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere bei batterieelektrisch angetriebenen SUV und Geländewagen, trotz einer entsprechenden Bodenfreiheit beispielsweise infolge von sogenannten Aufsetzem auf entsprechend bodennahen Objekten.
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Um dabei insbesondere übermäßige punktuelle Kräfte infolge des Kontakts mit einem bodennahmen Objekt wie einem großen Stein zu vermeiden, welche zu erheblichen Beschädigungen des Batteriegehäuses 11 oder im schlimmsten Fall sogar zu einem thermischen Ereignis innerhalb der Batterie führen könnten, umfasst die Schutzeinrichtung 12 vorliegend ein Schutzelement 13, welche - wie dies aus 1 erkennbar ist - zumindest im Wesentlichen über die gesamte Erstreckung des Batteriegehäuses 11 - unterhalb von diesem angeordnet ist. Als im Rahmen der Erfindung mitumfasst ist es zu betrachten, dass es prinzipiell auch denkbar wäre, lediglich einen besonders schützenswerten Teilbereich des Batteriegehäuses 11 von unten her abzudecken. Ebenfalls wäre auch der Einsatz mehrerer Schutzelemente 13 denkbar.
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Das erste Ausführungsbeispiel der Schutzeinrichtung 12 gemäß 2 umfasst hierbei eine zumindest im Wesentlichen ebene Schutzplatte 14, welche vorliegend die unterste Schicht des Schutzelements 13 bildet und aus einem korrosionsbeständigen Stahl beschaffen ist, beispielsweise einem CR NI 18 8. Die Schutzplatte 14 hat beispielsweise eine Materialdicke von etwa 1 mm. Ein solcher Edelstahl ist zudem hinsichtlich seiner Festigkeit besonders gut zur Lastverteilung der bei einer Kollision mit einem bodennahen Objekt auftretenden Kräfte geeignet.
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Zudem umfasst das Schutzelement 13 gemäß 2 eine Trägerplatte 15, welche vorliegend insbesondere aus einem Hohlkammerprofil, insbesondere einem Metallstrangpressprofil, gebildet ist. Als Werkstoff für die Trägerplatte 15 eignet sich beispielsweise eine Aluminiumlegierung. Natürlich sind auch andere Werkstoffe denkbar. Die Hohlkammern des Trägerprofils 15 sind dabei beispielsweise mit einem Kunststoff, insbesondere einem Schaumwerkstoff, gefüllt.
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Zudem ist aus 2 ersichtlich, dass die Trägerplatte 15 mit den jeweiligen, seitlich entlang des Batteriegehäuses 11 verlaufenden Seitenschwellern 10 verbunden ist.
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Zwischen der Trägerplatte 15 und der Schutzplatte 14 ist wenigstens eine Polsterschicht 16 des Schutzelements 13 angeordnet, welche wenigstens eine mit einem Medium gefüllte Kammer 17 aufweist und zwischen der Schutzplatte 14 des Schutzelements 13 und der Trägerplatte 15 sowie dem Batteriegehäuse 11 angeordnet ist. Die Polsterschicht ist aus einem flexiblen Material, insbesondere einem Gummimaterial oder dergleichen Kunststoff, gebildet.
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Vorzugsweise bildet zumindest die Schutzplatte 14 und die Polsterschicht 16 ein Sandwich von zumindest im Wesentlichen gleichbleibender Dicke auf, wobei die Polsterschicht beispielsweise flächig auf die Schutzplatte 14 aufvulkanisiert ist. Hierdurch wird eine Spaltkorrosion zwischen den Schichtelementen vermeiden.
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Die unterseitig des Batteriegehäuses 11 angeordnete Trägerplatte 15, welche oberseitig der Polsterschicht 16 angeordnet ist, kann in gleicher Weise mit der Polsterschicht 16 verbunden sein, wobei das Sandwich bestehend aus der Trägerplatte 15, der Polsterschicht 16 und der Schutzplatte 14 beispielsweise eine Dicke von 40 bis 50 mm aufweist.
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Als Medium innerhalb der Kammern 17 der Polsterschicht 16 eignet sich insbesondere Druckluft, wobei auch andere druckbeaufschlagte Medien denkbar sind. Durch die Druckbeaufschlagung der Kammern 17 beziehungsweise der Polsterschicht ergibt sich eine besonders günstige und großformative Lastverteilung und - Übertragung, so dass punktuelle Kräfte bei Aufsetzem nach oben hin breiter verteilt und in den Rohbau des Kraftwagens eingeleitet werden. Der Druck in den Kammern 17 kann hierbei überwacht werden um eine Zerstörung der Polsterschicht 16 zu detektieren und/oder um einen Aufschluss über die Schwere des Aufsetzers zu erhalten.
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Das Schutzelement 13 beziehungsweise die Polsterschicht 16 und die Schutzplatte 14 sind somit mittels der Trägerplatte 15 am Rohbau gehalten.
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Die zweite Ausführungsform des Schutzelements 13 gemäß 3 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 2 insbesondere dadurch, dass die Schutzplatte 14 mit Längssicken 18 nach Art eines Wellblechs ausgebildet ist. Die Längssicken 18 erstrecken sich in Fahrzeuglängsrichtung und dienen dabei insbesondere zur Aussteifung der Schutzplatte 13. Wenn die Schutzplatte 14 mit einem bodennahen Objekt in Kontakt kommt, kann somit dieses gleitend überwunden werden, ohne dass es zu übermäßigen Beschädigungen der Schutzplatte 14 kommen kann.
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Das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel gemäß den 4 und 5 unterscheiden sich von den vorangegangenen Ausführungsbeispielen insbesondere dadurch, dass das Schutzelement 13 lediglich aus der Polsterschicht 16, welche unterseitig des Batteriegehäuses 11 angeordnet ist, und der unterseitig der Polsterschicht 16 angeordneten Schutzplatte 14 gebildet ist. Hierbei ist die Schutzplatte 14 mit den Seitenschwellern 10 der Bodenstruktur 9 verbunden. Die Schutzplatte 14 ist bei dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel beispielsweise aus einem zähen und elastischen Edelstahl gebildet. Die Befestigung der Schutzplatte 14 an den Seitenschwellern 10 ist dabei insbesondere elektrochemisch isoliert, beispielsweise durch einen flächigen nichtleitenden elastischen Klebstoff, über welchen die Schutzplatte 14 mit dem Seitenschwellern 10 oder anderen Elementen der Bodenstruktur 9 verbunden ist.
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Während bei der Ausführungsform gemäß 4 die Schutzplatte 14 im Bereich unterhalb des Batteriegehäuses 11 zumindest im Wesentlichen eben ausgebildet ist, weist diese im gemäß der vierten Ausführungsform gemäß 5 wiederum die bereits im Zusammenhang mit 3 beschriebenen Längssicken 18 auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020003193 A1 [0003]