DE102020117317B3

DE102020117317B3 - Schweller-Rahmen-Anordnung sowie eine Fahrzeugkarosserieanordnung mit einer derartigen Schweller-Rahmen-Anordnung

Info

Publication number: DE102020117317B3
Application number: DE102020117317.2A
Authority: DE
Inventors: Herbert Klamser; Alexander Schünemann; Michael Wagner; Oliver Pfisterer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2020-07-01
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2040-07-02
Also published as: CN113879410B; CN113879410A; US11608120B2; US20220001935A1

Abstract

Schweller-Rahmen-Anordnung (20) für eine Fahrzeugkarosserieanordnung (4) mit einer im Bodenbereich der Fahrzeugkarosserieanordnung (4) vorgesehenen Batterieanordnung (5), die zumindest eine Rahmenanordnung (8) bestehend aus Rahmenlängs- und Rahmenquerelementen (10, 12, 14) aufweist, die mindestens ein Batteriemodul (6) umgibt und lagert, wobei die Rahmenlängselemente (10, 12) an Schwellerelementen (22) einer Schwelleranordnung (16) anliegen, wobei die Schwelleranordnung (16) Wandelemente (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60) aufweist, die Schwellerkammern (62, 64, 68, 70, 72, 74) ausbilden, wobei über die gesamte Höhe der Schwelleranordnung (16) lediglich ein zur Rahmenanordnung (8) gerichtetes Wandelement vorgesehen ist, wobei auf jedem Schwellerelement (22) mindestens ein Zusatzschwellerelement (24, 26) vorgesehen ist, wobei das Schwellerelement (22) und das mindestens eine Zusatzschwellerelement (24, 26) stoffschlüssig und formschlüssig miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Fahrzeugkarosserieanordnung mit einer derartigen Schweller-Rahmen-Anordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweller-Rahmen-Anordnung für eine Fahrzeugkarosserieanordnung mit einer im Bodenbereich der Fahrzeugkarosserieanordnung vorgesehenen Batterieanordnung, die zumindest eine Rahmenanordnung bestehend aus Rahmenlängs- und Rahmenquerelementen aufweist, die mindestens ein Batteriemodul umgibt und lagert, wobei die Rahmenlängselemente an Schwellerelementen einer Schwelleranordnung anliegen, wobei die Schwelleranordnung Wandelemente aufweist, die Schwellerkammern ausbilden. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Fahrzeugkarosserieanordnung mit einer derartigen Schweller-Rahmen-Anordnung.
Schweller-Rahmen-Anordnungen als Teil einer Fahrzeugkarosserieanordnung sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Bekannt ist es auch, derartige Schweller-Rahmen-Anordnungen so auszuführen, dass in einer Unfallsituation eine gewünschte Kraftverteilung in die Fahrzeugkarosserie stattfindet, um die Fahrzeuginsassen bestmöglich gegenüber Verletzungen zu schützen. Gleichzeitig muss verhindert werden, dass bestimmte Fahrzeugkomponenten oder auch Motorkomponenten beschädigt oder in das Fahrzeuginnere bewegt werden, und dadurch Fahrzeuginsassen verletzen können. Mit der Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen in Form von Elektro- oder auch Hybrid-Kraftfahrzeugen wird die Fahrzeugkarosserie und hierbei insbesondere die Bodengruppe als Träger für Fahrzeugbatterien genutzt. Beispiele für derartige Anordnungen zeigen die amerikanische Patentanmeldung US 2013 / 0 088 044 A1 und die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2017 124 018 A1 . Hierbei ist im Bodenbereich eine Unterflurbatterie vorgesehen, die eine Rahmenanordnung aufweist, die wiederum durch eine Schweller-Rahmen-Anordnung gegenüber einen seitlich auf das Fahrzeug auftretenden Krafteinfluss geschützt ist. Die Schweller-Rahmen-Anordnung weist hierbei im Bereich der Batterieanordnung ein Verstärkungsorgan auf, das eine besondere Rippenstruktur besitzt. Hierdurch kann zwar die Stabilität der Schweller-Rahmen-Anordnung im Bereich der Batterieanordnung verstärkt werden, jedoch kann ein Seitencrash bei voller Deformation der Schweller-Rahmen-Anordnung zu Blockbildung führen, wodurch die Batterieanordnung abschnittsweise deformiert und damit stark beschädigt wird. Zudem sind die Montage und Herstellung einer derartigen Schweller-Rahmen-Anordnung aufwendig und daher teuer. Darüber hinaus ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 127 375 A1 eine Schweller-Rahmenanordnung bekannt, bei der ein Zusatzschwellerelement stoff- und formschlüssig mit dem Schwellerelement verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile auf einfache und kostengünstige Weise zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass über die gesamte Höhe der Schwelleranordnung lediglich ein zur Rahmenanordnung gerichtetes Wandelement vorgesehen ist, wobei auf jedem Schwellerelement mindestens ein Zusatzschwellerelement vorgesehen ist, wobei das Schwellerelement und das mindestens eine Zusatzschwellerelement stoffschlüssig und formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei zumindest die zueinander gerichteten Wandelemente der jeweiligen ersten, an der von der Rahmenanordnung abgewandten Seite des Schwellerelementes und des Zusatzschwellerelementes gelegenen Schwellerkammern, in Querschnittsrichtung gesehen, angewinkelt verlaufen. Durch eine derartige, erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schwelleranordnung findet im Falle eines Seitencrashes eine gleichmäßige Deformation von der Außenseite einer Fahrzeugkarosserie zur Innenseite hin statt. Eine starke Blockbildung, die die Batterieanordnung abschnittsweise schädigen könnte, wird wirksam vermieden. Zudem wird eine gleichmäßige Dickenverteilung im Falle eines Seitencrashes erreicht, die zu einer Steigerung der Energieaufnahme der Schweller-Rahmen-Anordnung führt. Auch wird eine optimale Kraftverteilung während des Seitencrashes sichergestellt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind an den Schwellerelementen Säulenfüße für die Fahrzeugkarosserieanordnung vorgesehen, wobei die Zusatzschwellerelemente jeweils zwischen zwei Säulenfüßen angeordnet sind. Die Säulenfüße stellen eine Aufnahme für die entsprechende A-, B- und/oder C- Säule da und erfüllen in diesem Bereich die Aufgabe der Zusatzschwellerelemente.
In vorteilhafter Weise weist das Schwellerelement an einer von der Rahmenanordnung abgewandten Seite ein in Fahrzeughochrichtung verlaufendes erstes Flanschelement auf, an dem das Zusatzschwellerelement anliegt. Hierdurch ist das Zusatzschwellerelement auf einfache Weise formschlüssig fixiert.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist das Schwellerelement an einer zur Rahmenanordnung der Batterieanordnung gewandten Seite ein in Fahrzeugtiefrichtung verlaufendes zweites Flanschelement auf. Hierdurch findet auf einfache Weise eine formschlüssige Überdeckung der Batterieanordnung statt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Schwelleranordnung im Bereich der Rahmenanordnung in Querrichtung gesehen mindestens zwei aufeinanderfolgende Schwellerkammern aufweist, um eine Steigerung der Energieaufnahme während des Seitencrashes zu gewährleisten. Um eine Deformation des Zusatzschwellerelementes möglichst unabhängig von der der Deformation des Schwellerelementes im Crashfall ablaufen zu lassen, kann das Wandelement in Richtung der ersten Schwellerkammer des Zusatzschwellerelementes gebogen ausgeführt sein.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Fahrzeugkarosserie-Anordnung mit einer derartigen Schweller-Rahmen-Anordnung, bei der die Schwelleranordnung zumindest bereichsweise von Karosserieteilen formschlüssig eingeschlossen ist.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht eines Mittelbodens einer Fahrzeugkarosserieanordnung,
2 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Schweller-Rahmen-Anordnung mit einer Rahmenanordnung für ein Batteriemodul,
3 eine perspektivische Schnittansicht einer Fahrzeugkarosserieanordnung im Bereich der Batterieanordnung,
4a-4c eine schematische Schnittansicht der Fahrzeugkarosserieanordnung aus 3 in mehreren Deformationsstufen.

1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Mittelbodens 2 einer Fahrzeugkarosserieanordnung 4. Unter dem Mittelboden 2 ist auf bekannte Weise eine Batterieanordnung 5 mit einem Batteriemodul 6 in Form einer Unterflurbatterie 6 vorgesehen. Die Batterieanordnung 5 weist eine Rahmenanordnung 8 auf, in der das Batteriemodul 6 gelagert ist und die aus Rahmenlängselementen 10, 12 und Rahmenquerelementen 14 (ein Rahmenquerelement ist in 2 dargestellt) aufgebaut ist. Die Rahmenlängselemente 10, 12 der Unterflurbatterie 6 liegen wiederum jeweils an einer Schwelleranordnung 16, 18 an. Die Schwelleranordnung 16, 18 sowie die Rahmenanordnung 4 bilden zusammen eine Schweller-Rahmen-Anordnung 20 die die Unterflurbatterie 6 im Falle eines Seitencrashes bestmöglich gegen Deformationen und/oder Verschiebungen schützen soll. Wie in den weiteren Figuren noch gesondert dargestellt, besteht eine Schwelleranordnung 16,18 im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Schwellerelement 22, Zusatzschwellerelementen 24, 26 sowie Säulenfüßen 28, 30. Im fertig montierten Zustand wird die Schwelleranordnung zudem noch durch eine Blechschalung 32 (siehe hierzu 3) eingefasst.
2 zeigt nun im Detail ein Schwellerelement 22 mit aufgesetzten Zusatzschwellerelementen 24, 26, das an dem Rahmenlängselement 10 der Rahmenanordnung 8 zur Anlage gelangt. Die Säulenfüße 28, 30 wurden in dieser Ansicht weggelassen. Wie 3 deutlicher zeigen wird, schließen die Zusatzschwellerelemente 24, 26 formschlüssig an das Schwellerelement 22 an.
3 zeigt nun in einer perspektivischen Schnittansicht die Fahrzeugkarosserieanordnung 4 mit der unter dem Mittelboden 2 vorgesehenen Batterieanordnung 5. Die Batterieanordnung 5 ist hier dargestellt durch die Unterflurbatterie 6 und ein Rahmenlängselement 10 der Rahmenanordnung 8 aus 1. Das Rahmenlängselement 10 besitzt auf bekannte Weise eine Anzahl von Rippen beziehungsweise Wandelementen, die das Rahmenlängselement 10 aussteifen. Wie bereits in Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben bildet die Rahmenanordnung 8 zusammen mit der Schwelleranordnung 16 die Schweller-Rahmen-Anordnung 20, die insbesondere die Fahrzeuginsassen und das Batteriemodul 6 vor Verletzungen beziehungsweise vor Beschädigungen schützen soll.
Die Schwelleranordnung 16 besteht hierbei neben den in 1 dargestellten Säulenfüßen 28, 30 aus dem Schwellerelement 22 und den Zusatzschwellerelementen 24, 26, von dem hier das Zusatzschwellerelement 26 dargestellt ist. Eingefasst wird die Schwelleranordnung 16 durch eine Blechschalenanordnung 32. Zudem ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel noch eine Fahrzeugtüre 34 sowie ein Fahrzeugrad 35 dargestellt. Sowohl das Schwellerelement 22 als auch das Zusatzschwellerelement 26 besitzen Wandelemente 36, 38, 40, 42, 44 und 48 sowie 50, 52, 54, 56, 58 und 60, die entsprechende Schwellerkammern 62, 64, 66, 68, 70, 72 und 74 einschließen, wobei das Wandelement 42 über die gesamte Höhe der Schwelleranordnung 16 zur Rahmenanordnung 8 gerichtet vorgesehen ist. Zudem sind die Wandelemente 44 und 60 des Schwellerelementes 22 und des Zusatzschwellerelementes 26 derart angewinkelt ausgerichtet, dass das Zusatzschwellerelement 26 formschlüssig auf das Schwellerelement 22 angreift. Auch ist das Wandelement 60 in Richtung der Schwellerkammer 70 gebogen ausgeführt, wodurch eine von dem Wandelement 44 abgewandte Deformation des Schwellerelementes 60 im Falle eines Crashes gewährleistet ist. Des Weiteren weisen das Schwellerelement 22 und das Zusatzschwellerelement 26 im Bereich der Batterieanordnung 5 jeweils zwei in Querrichtung aufeinanderfolgende Schwellerkammern 62, 64, 66, 68, 70, 72, auf. Um einen vollständigen Formschluss zwischen dem Zusatzschwellerelement 26 und Schwellerelement 22 vorzusehen, besitzt das Schwellerelement 22 an einer von der Rahmenanordnung 8 abgewandten Seite ein in Fahrzeughochrichtung verlaufendes erstes Flanschelement 76 das gegen das gebogene Wandelement 54 anliegt. Zusätzlich sind das Zusatzschwellerelement 24 und das Schwellerelement 22 miteinander durch eine geeignete Fügetechnik, wie zum Beispiel schweißen verbunden. Das Schwellerelement 22 weist zudem an seiner zur Rahmenanordnung 8 gewandten Seite eine Fahrzeugtiefrichtung verlaufendes Flanschelement 78 auf, dass eine formschlüssige Überdeckung der Unterflurbatterie 6 gewährleistet.
Die 4a bis 4c zeigen nun in einer schematischen Ansicht den Deformationsverlauf des Schwellerelementes 22, des Zusatzschwellerelementes 24 sowie des Rahmenlängselementes 10. Der Übersichtlichkeit halber wurden lediglich wenige, zur Orientierung dienende Bezugszeichen aus der 3 übernommen. Deutlich zu erkennen ist die gleichmäßige Deformation über dem Querschnitt des Schwellerelementes 22 und des Zusatzschwellerelementes 24. Es tritt lediglich eine geringe Blockbildung auf, die die Unterflurbatterie 6 nicht gefährdet. Erst gegen Ende des Derfomationsverlaufs in c wird auch das Rahmenlängselement 10 leicht deformiert.

Claims

Schweller-Rahmen-Anordnung (20) für eine Fahrzeugkarosserieanordnung (4) mit einer im Bodenbereich der Fahrzeugkarosserieanordnung (4) angeordneten Batterieanordnung (5), die zumindest eine Rahmenanordnung (8) bestehend aus Rahmenlängs- und Rahmenquerelementen (10, 12, 14) aufweist, die mindestens ein Batteriemodul (6) umgibt und lagert, wobei die Rahmenlängselemente (10, 12) an Schwellerelementen (22) einer Schwelleranordnung (16) anliegen, wobei die Schwelleranordnung (16) Wandelemente (36, 38, 40, 42, 44, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60) aufweist, die Schwellerkammern (62, 64, 68, 70, 72, 74) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass über die gesamte Höhe der Schwelleranordnung (16) lediglich ein zur Rahmenanordnung (8) gerichtetes Wandelement (42) angeordnet ist, wobei auf jedem Schwellerelement (22) mindestens ein Zusatzschwellerelement (24, 26) angeordnet ist, wobei das Schwellerelement (22) und das mindestens eine Zusatzschwellerelement (24, 26) stoffschlüssig und formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei zumindest die zueinander gerichteten Wandelemente (44, 60) der jeweiligen ersten, an der von der Rahmenanordnung (8) abgewandten Seite des Schwellerelementes (22) und des Zusatzschwellerelementes (24, 26) gelegenen Schwellerkammern (66, 70), in Querschnittsrichtung gesehen, angewinkelt verlaufen.
Schweller-Rahmen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Schwellerelementen (22, 24, 26) Säulenfüße (28, 30) für die Fahrzeugkarosserieanordnung (4) angeordnet sind, wobei die Zusatzschwellerelemente (24, 26) jeweils zwischen zwei Säulenfüßen (28, 30) angeordnet sind.
Schweller-Rahmen-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellerelement (22) an einer von der Rahmenanordnung (8) abgewandten Seite ein in Fahrzeughochrichtung verlaufendes erstes Flanschelement (76) aufweist, an dem das Zusatzschwellerelement (24, 26) anliegt.
Schweller-Rahmen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schwellerelement (22) an einer zur Rahmenanordnung (8) der Batterieanordnung (5) gewandten Seite ein in Fahrzeugtiefrichtung verlaufendes zweites Flanschelement (78) aufweist.
Schweller-Rahmen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelleranordnung (16) im Bereich der Rahmenanordnung (8) in Querrichtung gesehen mindestens zwei aufeinderfolgende Schwellerkammern (62, 64, 66, 68, 70, 72) aufweist.
Schweller-Rahmen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandelement (60) in Richtung der ersten Schwellerkammer (70) des Zusatzschwellerelementes gebogen ausgeführt ist.
Schweller-Rahmen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass horizontale Wandabschnitte der inneren Schwellerkammern (64, 68, 72) des Schwellerelements (22) bei Deformation in die gegenüberliegende Kammer des Rahmenlängselements (10) greifen.
Fahrzeugkarosserieanordnung mit einer Schweller-Rahmen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelleranordnung (16) zumindest bereichsweise von Karosserieteilen (32) formschlüssig eingeschlossen ist.