DE102019114006B4

DE102019114006B4 - Koppelelement zur Verbindung von Fahrzeugkomponenten einer Unterbodenanordnung und Unterbodenanordnung eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102019114006B4
Application number: DE102019114006.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Handing; Jochem Grewe; Stefan Schmitz
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2023-12-21
Anticipated expiration: 2039-05-25
Also published as: CN111976451B; DE102019114006A1; US20200369141A1; US11331994B2; CN111976451A

Abstract

Koppelelement (30) zur Verbindung von Fahrzeugkomponenten einer Unterbodenanordnung (1) eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei die Unterbodenanordnung (1) eine Batteriehalterung (10) und wenigstens eine Achsanordnung (50) umfasst, mit wenigstens einem ersten Verbindungsabschnitt (32) zur Befestigung an der Achsanordnung (50), und wenigstens einer ebenen Anbindungsfläche (31) zur Befestigung an der Batteriehalterung (10), wobei das Koppelelement (30) als extrudiertes Mehrkammerprofil (47) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Koppelelement zur Verbindung von Fahrzeugkomponenten einer Unterbodenanordnung eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeugs sowie eine Unterbodenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Koppelelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 22. Derartige Koppelelemente kommen in einer Vielzahl von Anwendungen beispielsweise im Bereich einer Batteriehalterung zum Einsatz.
Die DE 10 2018 101 577 A1 offenbart ein Elektrofahrzeug, umfassend: einen Fahrgestellrahmen, ein Batteriepack mit einer Tragstruktur, die vertikal, zumindest teilweise vom Fahrgestellrahmen beabstandet, angeordnet ist, wobei Streben mit der Tragstruktur des Batteriepack sowie dem Fahrgestellrahmen in Eingriff stehen.
Die EP 2 623 353 B1 offenbart ein Koppelelement, das als winkeliges Blechbiegeteil ausgebildet ist. Das Koppelelement weist einen Verbindungsabschnitt zur Befestigung an eine Karosseriekomponente, nämlich einen Längsträger sowie eine Anbindungsfläche zur Batteriehalterung auf. Unterhalb der Batteriehalterung sind separate Querstreben vorgesehen, welche zwei gegenüberliegende Koppelelemente und die dazwischen angeordnete Batteriehalterung miteinander verbinden.
Nachteil hierbei ist die geringe Eigenstabilität und das fehlende Energieaufnahmevermögen derartiger Koppelelemente und der hohe Montageaufwand für eine solche Unterbodenanordnung.
Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist daher, diese Nachteile zu vermeiden und ein verbessertes Koppelelemente sowie eine verbesserte Unterbodenanordnung vorzuschlagen.
Gelöst wird die erste Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und die zweite Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 22. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt betrifft ein Koppelelement zur Verbindung von Fahrzeugkomponenten einer Unterbodenanordnung eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei die Unterbodenanordnung eine Batteriehalterung und wenigstens eine Fahrwerkkomponente, insbesondere eine Achsanordnung umfasst, mit wenigstens einem ersten Verbindungsabschnitt zur Befestigung an der Achsanordnung, und wenigstens einer ebenen Anbindungsfläche zur Befestigung an der Batteriehalterung, wobei das Koppelelement als extrudiertes Mehrkammerprofil ausgebildet ist. Die Ausbildung des Koppelelements als extrudiertes Mehrkammerprofil geht aus dem Stand der Technik nicht hervor. Durch die ebene Anbindungsfläche zu der Batteriehalterung wird sichergestellt, dass eine stabile ausrechend lastverteilende Verbindung entsteht, die bei einem Fahrzeugcrash auch bei hoher Lasteinwirkung nicht zu einem Versagen der Fügeverbindung selbst und insbesondere nicht zum lokalen Versagen der Batteriehalterung führt.
Die Ausführung des Koppelelements als extrudiertes Mehrkammerprofil bewirkt eine besonders hohe Eigensteifigkeit des Koppelelements bei gleichzeitig guten Duktilitätseigenschaften. Das Mehrkammerprofil ist bevorzugt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt.
Der erste Verbindungsabschnitt dient der Befestigung des Koppelelements an einer Achsanordnung, wobei die Befestigung vorzugsweise zerstörungsfrei lösbar ist. Es ist aber auch möglich, dass die Befestigung bei Überschreiten einer bestimmten Last durch eine Sollbruchstelle innerhalb des Verbindungsabschnitts oder durch eine Sollbruchstelle an einem Fügehilfsmittel selbst lösbar ist.
Als Achsanordnung wird im Rahmen der Erfindung jede Anordnung verstanden, welche gegenüberliegende Fahrzeugräder bzw. Radträger miteinander verbindet. Die Achsanordnung kann rahmenartig ausgebildet sein oder einen Rahmen umfassen, wobei der Rahmen in Fahrzeughochrichtung bevorzugt oberhalb oder auf derselben Höhe wie die Batteriehalterung angeordnet ist. Die Achsanordnung der erfindungsgemäßen Unterbodenanordnung kann eine Verbundlenkerachse, eine Mehrlenkerachse, eine mit Radnabenelektromotoren bestückte Achse oder eine elektromotorisch angetriebene Achse bzw. einen Elektromotor umfassen.
Das Koppelelement kann an jeder Komponente der Achsanordnung festgelegt werden, insbesondere kann das Koppelelement an einem Fahrwerksbauteil festgelegt werden.
Bevorzugt weist das Koppelelement wenigstens einen zweiten Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit einem Fahrwerksbauteil, insbesondere der Achsanordnung, oder einer Karosseriekomponente, insbesondere einen Längsträger oder zur Verbindung mit der Batteriehalterung auf. Dadurch wird erreicht, dass die im Falle eines Fahrzeugcrashs, aber auch im normalen dynamischen Fahrbetrieb auftretende Lasten gleichmäßiger verteilt und weitergeleitet werden können. Es kann somit durch das erfindungsgemäße Koppelelement gegebenenfalls auch auf die Verwendung mehrerer separater Koppelelemente, welche nur jeweils einzelne Verbindungen bereitstellen, verzichtet werden. Insbesondere ist es damit auch möglich, dass das Koppelelement für die Batteriehalterung neben der Anbindung an die Achsanordnung eine zusätzliche Verbindung zu einem Leiterrahmen oder einer selbsttragenden Rohbaukarosse, insbesondere zu einem Längsträger bereitstellt.
Bevorzugt ist der erste Verbindungsabschnitt eingerichtet um eine Verbindung in einem Winkel zwischen minus 30 Grad und plus 30 Grad zur Fahrzeughochrichtung, vorzugsweise parallel zur Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs, auszuführen. Es kann damit also eine insbesondere lösbare Verbindung zur Achsanordnung geschaffen werden, welche vollständig oder teilweise oberhalb oder unterhalb des Koppelelements angeordnet ist. Dabei ist es möglich, dass die Achsanordnung den ersten Verbindungsabschnitt des Koppelelements gabelartig umgreift. Im Falle einer zerstörungsfrei lösbaren Verbindung kann dabei die Achsanordnung an den Verbindungsabschnitt angepasste Aufnahmen aufweisen. Für den Fall, dass die Achskomponente oder Karosseriekomponente eine ungleichmäßige Form oder zur Fahrzeughochrichtung leicht abweichende Anbindungsfläche aufweist, kann das Koppelelement erfindungsgemäß eine entsprechend um bis zu +/- 30 Grad geneigte Verbindung bereitstellen. Dies kann durch lokal ebenso geneigt ausgebildete Profilkammern, Profilwände oder Zwischenwände erfolgen, oder durch schräg eingebrachte Hülsenelemente als Verbindungsabschnitt, wie in 5e noch näher erläutert werden wird.
Die ebene Anbindungsfläche kommt bevorzugt mit der Batteriehalterung vollflächig in Anlage. Das bedeutet, dass ein hohes Maß an Lastverteilung über eine größere Fläche selbst bei sehr dünnwandigen Batteriehalterungen ermöglicht ist, so dass die Gefahr reduziert ist, dass der Batteriehalter selbst ungewollt deformiert wird oder lokal aufreißt. Eine vollflächige Anlage dient auch dazu, bei einer thermisch stoffschlüssigen Fügeverbindung wie einem umlaufenden Schweißverfahren auftretende unvermeidbare Schwächungen der Wärmeeinflusszone zu kompensieren. Es ist grundsätzlich auch ein Reibschweißen, Abbrennstumpfschweißen, Lichtbogenschweißen der Anbindungsfläche an die Batteriehalterung möglich, sowie nicht thermische Verbindungen wie Löten, Clinchen, Nieten.
Bevorzugt sind der erste und/oder zweite Verbindungsabschnitt dazu eingerichtet, eine Verschraubung auszuführen. Diese zerstörungsfrei lösbare Verbindung hat sich in der Praxis bewährt und ist mit bekannten Standardverbindungselementen sehr wirtschaftlich.
Bevorzugt ist wenigstens ein Verbindungsabschnitt des Koppelelements durch eine Profilkammer gebildet. Dabei kann die Profilkammer entweder rein stützende Funktionen erfüllen, wenn beispielsweise eine Schraube einfach hindurchgesteckt wird. Oder zusätzlich zur Stützfunktion ist durch ein integriert ausgebildetes Gewinde die eigentliche Befestigung der Achsanordnung und/oder der Karosseriekomponente herstellbar. Durch die Profilkammern, die beim Extrudieren des Mehrkammerprofils mit erzeugt und optional mit einem Gewinde versehen wurden, ist eine stabile, dauerfeste und zuverlässige Verbindung bereitgestellt.
Bevorzugt ist wenigstens ein Verbindungsabschnitt des Koppelelements durch ein Hülsenelement gebildet. In diesem Fall ist das Hülsenelement als Durchsteckpunkt oder Durchschraubpunkt zu verstehen, während es als separates Bauteil in dem Mehrkammerprofil selbst befestigt ist. Das Hülsenelement kann kraftschlüssig beispielsweise durch Verpressen oder einen Presssitz, formschlüssig beispielsweise durch Verschrauben oder stoffschlüssig beispielsweise durch Verschweißen an dem Mehrkammerprofil festgelegt sein. Auch eine Kombination der Verbindungsarten ist möglich. Das Hülsenelement kann auch innerhalb der oben beschriebenen Profilkammer angeordnet sein, was die Haltbarkeit und dynamische Belastbarkeit durch eine Art Doppelwandigkeit weiter erhöht.
Das Hülsenelement selbst und auch das Hülsenelement umgebende bzw. begrenzende Wandungen oder Profilkammern des Mehrkammerprofils sind so dimensioniert, dass ein Einreißen oder Ausbrechen der Verschraubung innerhalb normaler Lastparameter nicht stattfinden kann. Insbesondere weist das Hülsenelement und/oder Wandungen oder die Profilkammer im Verbindungsabschnitt eine größere Materialfestigkeit und/oder Wandstärke auf gegenüber anderen Abschnitten des Mehrkammerprofils.
Das Hülsenelement kann eine nicht kreisrunde Außenform aufweisen, insbesondere wenn ein Gewinde im Hülsenelement integriert ist. Durch den zusätzlichen entstehenden Formschluss wird die Verbindung des Hülsenelements zum Koppelelement auch bei hohen Anzugdrehmoment entlastet. Das Hülsenelement kann dazu oval, mehreckig ausgebildet sein oder Nuten, Kerben oder Hinterschneidungen aufweisen.
In einer Weiterbildung weisen die Verbindungsabschnitte eine Oberseite und eine Unterseite auf. Dabei ist die Oberseite eines ersten Verbindungsabschnittes von der Oberseite eines anderen Verbindungsabschnittes in Fahrzeughochrichtung beabstandet und/oder ist die Unterseite eines ersten Verbindungsabschnittes von der Unterseite eines anderen Verbindungsabschnittes in Fahrzeughochrichtung beabstandet. Das bedeutet, dass das Koppelelement in unterschiedlicher Position Verbindungsabschnitte bzw. Koppelpunkte zur Achskomponente und/oder zur Karosseriekomponente bereitstellt. Insbesondere können in verschiedener Lage in Fahrzeughochrichtung angeordnete Fahrzeugbauteile miteinander gekoppelt werden. Das Koppelelement wirkt als eine Art Höhenadapter.
Bevorzugt ist die Beabstandung der Oberseiten und/oder Unterseiten durch mechanische Bearbeitung des Mehrkammerprofils ausgebildet. Dabei wird die beim Extrudieren erzeugte Geometrie des Mehrkammerprofils über dessen Profillängsachse und/oder über dessen Querschnitt verändert. Die Bearbeitung kann spanlos durch Umformung wie zum Beispiel Pressformen oder Biegen, aber bevorzugt spanend, beispielsweise fräsend oder schneidend erfolgen. Auch eine Kombination von spanender und spanloser Bearbeitung ist denkbar. Das hat den Vorteil, dass auch aus relativ einfachen Mehrkammerprofilen geometrisch komplexe Koppelelemente erzeugt werden können.
Das Koppelelement weist bevorzugt eine Profillängsachse auf, welche sich senkrecht zur Fahrzeughochrichtung des Fahrzeugs erstreckt. Mit anderen Worten erstreckt sich das Mehrkammerprofil bevorzugt innerhalb einer von der Fahrzeugquerrichtung und Fahrzeuglängsrichtung aufgespannten Ebene, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung. Die Profillängsachse fällt beim Strangpressen bzw. Extrudieren typischerweise mit der Extrusionsrichtung zusammen.
Weiterhin bevorzugt ist wenigstens ein Verbindungsabschnitt durch Wanddurchbrüche in einer oberen Profilwand und in einer unteren Profilwand des Mehrkammerprofils gebildet. Die Wanddurchbrüche können beispielweise als Durchschraubpunkte dienen. Im Falle eines in Fahrzeuglängsrichtung oder Fahrzeugquerrichtung extrudierten Mehrkammerprofils können dabei die Wanddurchbrüche in einer oberen und unteren Profilwand ausgebildet sein, um eine Verbindung in Fahrzeughochrichtung bereitzustellen. Ein Verbindungsabschnitt kann dabei durch die die Wanddurchbrüche begrenzenden Profilwände und optional durch eine sich zwischen der oberen und unteren Profilwand erstreckenden Zwischenwand begrenzt sein.
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen werden, dass die Oberseite und/oder Unterseite der Verbindungsabschnitte durch eine obere Profilwand und/oder eine untere Profilwand ausgebildet sind, wobei die Beabstandung der Oberseiten und/oder Unterseiten durch lokal verschiedene Wandstärken der Profilwände ausgebildet ist. Das hat insbesondere bei einem Mehrkammerprofils mit einer Profilängsachse innerhalb einer durch die Fahrzeugquerrichtung und Fahrzeuglängsrichtung aufgespannten Ebene den Vorteil, dass beim Extrudieren ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte verschiedene Anbindungspositionen bereitgestellt werden können. Die Wandstärke ist beim Extrudieren mit geringen Übergangslängen von wenigen Millimetern bei relativ großen Wandstärkedifferenzen von bis zu 5 Millimetern, bevorzugt 1 bis 3 Millimetern herstellbar. Somit ergibt sich eine hohe Flexibilität bei der Verbindung von Achsanordnung und Karosseriekom ponente.
Alternativ oder zusätzlich zur Ausgestaltung mit verschiedenen Wandstärken kann vorgesehen sein, dass die Oberseite und/oder Unterseite der Verbindungsabschnitte durch eine obere Profilwand und/oder untere Profilwand ausgebildet sind, wobei die Beabstandung der Oberseiten und/oder Unterseiten durch unterschiedliche Profilkammern des Mehrkammerprofils ausgebildet ist. Das bedeutet, dass beim Extrudieren geformte Profilkammern eine voneinander verschiedene Querschnittskonfiguration, insbesondere verschiedene Höhen oder Höhenverläufe aufweisen, so dass sich wiederum flexible Anbindungsmöglichkeiten durch die so gestalteten Verbindungsabschnitte ergeben.
Bevorzugt weist das Koppelelement eine Profillängsachse auf, die sich parallel zur Fahrzeughochrichtung erstreckt. In diesem Fall erstrecken sich die Profilwände bzw. Zwischenwände parallel zur Fahrzeughochrichtung. Vorteil ist, dass keine manuellen Wanddurchbrüche mehr mechanisch bzw. schneidtechnisch erzeugt werden müssen, und so die Verbindungsabschnitte, sei es durch eine Profilkammer im Mehrkammerprofil selbst oder durch eingeführte Einsteckhülsen ausgebildet werden kann. Optional kann ein in Fahrzeughochrichtung extrudiertes Koppelelement auf einer Oberseite und/oder einer Unterseite von einem Schließblech abschnittsweise verschlossen ist.
Das Schließblech kann nur lokal oder der Kontur des Mehrkammerprofils angepasst ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass das Schließblech integraler Bestandteil eines Fahrzeugbodenblechs ist. Vorteil der lokalen Anordnung des Schließblechs ist, dass zumindest diejenigen Verbindungsabschnitte, die für eine Verschraubung in Fahrzeughochrichtung eingerichtet sind, frei vom Schließblech bleiben können und somit beispielsweise auf die Herstellung von eines Wanddurchbruches für die Verschraubung verzichtet werden kann.
Das Koppelelement kann in einer Weiterbildung auch mehrteilig aus einem ersten Einzelprofil und wenigstens einem zweiten Einzelprofil ausgebildet sein, wobei die Einzelprofile bevorzugt formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dadurch ergeben sich weitere Formfreiheitsgrade bei der Bereitstellung von Anbindungspunkten zur Achsanordnung bzw. zu Karosseriekomponenten.
Die Einzelprofile weisen bevorzugt an ihren einander zugewandten Wänden komplementär ausgeformte Verbindungselemente, insbesondere nach Art einer Nut- und Feder-Verbindung, auf, so dass sie formschlüssig miteinander verbunden sind. Zwei Einzelelemente können dabei durch axiales Einschieben miteinander verbunden sein oder durch Verrasten bzw. Verclipsen eines Einzelprofils an bzw. in das andere Einzelprofil. Das bietet Vorteile bei der Montage bzw. Vormontage, selbst wenn anschließend noch eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung wie zum Beispiel ein Kleben oder Schweißen erfolgen sollte.
Weiterhin führt die Kombinationsfähigkeit der Einzelprofile zu einer höheren Variabilität in der Herstellung und Gestaltung der Koppelelemente. Die betrifft einerseits den Einsatz unterschiedlicher Materialien. Andererseits können auch unterschiedliche zweite Einzelprofile mit einem ersten Einzelprofil kombiniert werden, um die Koppelelemente an unterschiedliche Fahrzeuge einer Baureihe anzupassen.
Weiterhin bevorzugt ist ein Einzelprofil wenigstens teilweise innerhalb eines weiteren Einzelprofils angeordnet. Das äußere Einzelprofil wird somit durch das innere Einzelprofil wenigstens lokal gestützt und verstärkt. Umgekehrt stützt auch das äußere Einzelprofil das innere Einzelprofil ab, zumindest in einem sich überlappenden Bereich. Zudem können wiederum verschiedene Anbindungspunkte sehr flexibel bereitgestellt werden. Wenigstens eines der Einzelprofile ist als Mehrkammerprofil ausgebildet, bevorzugt das innere Einzelprofil. Besonders bevorzugt weist eines der Einzelprofile eine Profillängsachse auf, die sich winkelig, insbesondere rechtwinkelig zu einer Profillängsachse des anderen Einzelprofils erstreckt. Beispielsweise kann das innere Einzelprofil in Fahrzeughochrichtung extrudiert ausgebildet und angeordnet sein, während das äußere Einzelprofil mit seiner Profillängsachse in Fahrzeuglängsrichtung oder in einem Winkel zwischen 0 und 90° dazu verläuft.
Weiterhin kann vorteilhaft sein, wenn ein Einzelprofil gegenüber einem anderen Einzelprofil zumindest lokal eine unterschiedliche Ausdehnung in Fahrzeughochrichtung aufweist. Im Wesentlichen ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei einem einteiligen Koppelelement mit verschiedener Querschnittskonfiguration bzw. verschiedenem Höhenverlauf. Hinzu kommt, dass die Einzelprofile aus verschiedenen Werkstoffen, insbesondere aus verschiedenen Metalllegierungen ausgebildet sein können. Damit ist es möglich, durch geeignete Werkstoffauswahl das Koppelelement belastungsangepasst zu gestalten und beispielsweise einen besonders Biegesteifen oder Knicksteifen Bereich und einen duktileren, deformierbaren Bereich bereitzustellen.
Das Koppelelement weist bevorzugt wenigstens eine Zwischenwand auf, welche sich von der Anbindungsfläche hin zum ersten Verbindungsabschnitt erstreckt und dazu ausgebildet ist eine Last zu übertragen. Die Zwischenwand dient somit als Lastpfad, und kann im Falle eines in Fahrzeughochrichtung extrudierten Mehrkammerprofils Topologie- und gewichtsoptimiert, beispielsweise bionisch bzw. der Natur nachempfunden gestalten sein.
Die Zwischenwand kann durchgängig verlaufen, oder unterbrochen bzw. segmentiert ausgebildet sein. Die Zwischenwand stellt einen Lastpfad zwischen Verbindungsabschnitt und Anbindungsfläche im Koppelelement dar. Die Zwischenwand kann sich auch mäanderförmig verzweigen, um eine besonders gleichmäßige Lastverteilung zu bewirken. Die Verzweigung kann auch derart ausgebildet sein, dass die Enden der Verzweigungen einer Zwischenwand in die Anbindungsfläche zur Batteriehalterung übergehen.
Das Koppelelement weist bevorzugt wenigstens einen Wandabschnitt auf, welcher eine Solldeformationsstelle derart darstellt, dass das Koppelelement bei einem Überschreiten eines definierten ersten Lastniveaus gezielt deformiert wird, wobei die Solldeformationsstelle insbesondere durch eine Reduzierung der Wandstärke, der Streckgrenze oder durch Ausbilden eines Wanddurchbruchs, eines Schlitzes, einer Querschnittsverjüngung, besonders bevorzugt einer Verprägung, ausgebildet ist. Die gezielte Deformation ausgelöst durch einen Fahrzeugcrash kann in Form eines gleichmäßigen Faltens, eines Biegens um eine Deformationsachse erfolgen. Damit wird erreicht, dass crashbedingt auftretende Lasten und Aufprallenergie vom Koppelelement sowohl teilweise aufgenommen und absorbiert, als auch reproduzierbar weitergeleitet und verteilt werden können.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Unterbodenanordnung für ein Kraftfahrzeug umfassend zwei Achsanordnungen, eine zwischen den Achsanordnungen angeordnete Batteriehalterung, wobei die Batteriehalterung eine Seitenwand aufweist, welche die Batteriehalterung nach außen begrenzt. Die Unterbodenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Koppelelement wie vorstehend beschrieben vorgesehen ist, welches zumindest eine Achsanordnung und/oder eine Karosseriekomponente und die Batteriehalterung lastleitend verbindet. Als Karosseriekomponente ist insbesondere ein Längsträger wie zum Beispiel Schweller oder ein Querträger wie zum Beispiel Sitzquerträger zu verstehen. Damit ist es möglich, bei einem Seitenaufprall Lasten vom Aufprallbereich über Längsträger, Koppelelement und Batteriehalterung teilweise aufzunehmen und weiterzuleiten. Zusätzlich oder alternativ ist es damit möglich, bei einem Front- oder Heckaufprall Lasten vom Aufprallbereich über mindestens einen vorderen oder hinteren Längsträger und/oder die Achsanordnung und die Batteriehalterung teilweise aufzunehmen und weiterzuleiten. Lokale Überbeanspruchungen können ebenso vermieden werden wie ungewollte Deformationen oder eine daraus resultierende Intrusion in den Fahrgastraum oder den empfindlichen Innenraum der Batteriehalterung.
In einer Weiterbildung weist das Koppelelement wenigstens eine Zwischenwand auf, welche sich vom Verbindungsabschnitt bis an die Anbindungsfläche zu der Batteriehalterung erstreckt und dazu ausgebildet ist eine Last zu übertragen, wobei weiterhin die Batteriehalterung eine Strebe aufweist, die sich zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden der Batteriehalterung erstreckt, wobei die Strebe gegenüberliegend der Zwischenwand des Koppelelements angeordnet ist, so dass eine Last von einem Verbindungsabschnitt des Koppelelements über die Zwischenwand, die Seitenwand, und die Strebe in eine gegenüberliegende Seitenwand geleitet wird.
Gegenüberliegend bedeutet insbesondere, dass die Strebe in projizierter Verlängerung der Zwischenwand des Koppelelements angeordnet ist, oder die Zwischenwand in projizierter Verlängerung der Strebe in die Anbindungsfläche ausläuft bzw. übergeht. Besonders bevorzugt erstreckt sich wenigstens eine Strebe in Fahrzeuglängsrichtung.
Die Strebe kann als rundes oder eckiges Hohlprofil oder als Hutprofil ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Strebe nicht nur an ihren stirnseitigen Enden mit den Seitenwänden des Batteriehalterung verbunden, sondern auch mit einem Boden oder Unterfahrschutz der Batteriehalterung. Damit wird ein hohes Maß an Stabilität und Steifigkeit erreicht und ausreichend Widerstand gegen Durchbiegung aufgrund des Batteriegewichtes und während eines Fahrzeugcrashs erreicht.
Die Seitenwand der Batteriehalterung kann aus Hohlkammerprofilen ausgebildet ist. Wie das Koppelelement, so kann auch das Hohlkammerprofil der Seitenwand durch gezielte Deformation Crashenergie aufnehmen und weiterleiten. Bevorzugt sind die Seitenwände mit Hohlkammerprofilen um die Batteriehalterung umlaufend, das heißt allseitig ausgebildet. In einer Weiterbildung der Unterbodenanordnung ist die Seitenwand der Batteriehalterung ein aus Hohlkammerprofilen bestehender Crashrahmen, der bei Überschreitung eines definierten zweiten Lastniveaus deformiert wird, wobei das zweite Lastniveau größer ist als ein erstes Lastniveau, bei welchem das Koppelelement deformiert wird.
Ein Hohlkammerprofil kann auch als Mehrkammerprofil ausgebildet sein, wobei eine Trennwand das Hohlprofil in eine obere Teilkammer und eine untere Teilkammer unterteilt. Das Mehrkammerprofil kann beispielsweise durch Extrusion, Pressformen oder Rollformen hergestellt sein.
Es kann auch vorgesehen werden, dass die Strebe oberhalb oder unterhalb der Batteriehalterung diagonal verlaufend ausgebildet ist und/oder seitlich am Crashrahmen abgestützt ist. So ist es vorteilhaft, dass die Strebe in der Ebene eines Deckels oder Bodens der Batteriehalterung angeordnet ist, mit anderen Worten also oberhalb oder unterhalb der Batterien bzw. des Innenraums der Batteriehalterung. Auch durch diese Gestaltung wird ein hohes Maß an Lastverteilung während eines Fahrzeugcrashs erreicht, ohne die Batterien zu gefährden.
Es folgt eine nähere Beschreibung der Erfindung mittels verschiedener Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Darstellungen. Es zeigen

1 eine erfindungsgemäße Unterbodenanordnung eines Kraftfahrzeugs,
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koppelelements,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koppelelements,
4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koppelelements,
5 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koppelelements,
6 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koppelelements,
7 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koppelelements,
8 ein siebentes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koppelelements.

1 zeigt eine Unterbodenanordnung eines Kraftfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Ausführungsbeispiel. Die Unterbodenanordnung 1 umfasst zwei Achsanordnungen 50 an einem vorderen und einem hinteren Fahrzeugende sowie einer Batteriehalterung 10 zwischen beiden Achsanordnungen 50. Die Achsanordnung dient der Befestigung beziehungsweise Aufhängung der Räder 60 und vorzugsweise der Elektromotoren des Kraftfahrzeugs. Die Batteriehalterung dient der Aufnahme von Traktionsbatterien des Kraftfahrzeugs zur Versorgung der Elektromotoren. Zwischen einer Achsanordnung und der Batteriehalterung erstrecken sich zwei Koppelelemente 30, die die Achsanordnung mit der Batteriehalterung lastleitend verbinden. Die Koppelelemente weisen einen ersten Verbindungsabschnitt 32 zur Befestigung an der Achsanordnung 50 auf. Die Koppelelemente 31 können weitere Verbindungsabschnitte 33-1 bzw. 33-2 zur Befestigung der Achsanordnung 50 bzw. einer Karosseriekomponente, hier in Form eines Längsträgern 20, aufweisen. An einem der Achsanordnung 50 gegenüberliegenden Enden jedes Koppelelementes 30 sind ebene Anbindungsflächen 31 zur Befestigung an der Batteriehalterung 10 ausgebildet, die vollflächig oder auch nur unterbrochen flächig mit der Batteriehalterung 10 in Anlage kommt. Crashbedingte Lasten bzw. Kräfte aus einem Frontal- oder Heckaufprall können von der Achsanordnung über den Verbindungsabschnitt 32 und 33 in das Koppelelement 30 eingeleitet werden. Im Koppelelement 30 sind dazu Zwischenwände 36 vorgesehen, die die Last von den Verbindungsabschnitten 32-1, 32-2, 33-1, 33-2 in die Anbindungsfläche 31 und die Batteriehalterung 10 weiterleiten. Das Koppelelement 30 ist als extrudiertes Mehrkammerprofil 47 ausgebildet und vorzugsweise aus einer Leichtmetalllegierung gebildet. Dadurch wird erreicht, dass eine stabile und dauerfeste Kopplung zwischen den Komponenten gewährleistet ist, aber gleichzeitig bei einem Crash ein Teil der Crashenergie innerhalb des Mehrkammerprofils des Koppelelements 30 abgebaut werden kann.
Auch fahrdynamische Kräfte können von den Rädern 60 über die Achsanordnung 50 und die Koppelelemente teilweise an die Batteriehalterung 10 weitergeleitet werden.
Die Batteriehalterung 10 weist eine Seitenwand 11 auf, welche die Batteriehalterung 10 nach außen begrenzt und mit den Anbindungsflächen 31 der Koppelelements 30 in Kontakt steht.
Die Seitenwand 11 der Batteriehalterung umfasst Hohlkammerprofile 13, welche wenigstens an den Fahrzeugseiten und parallel zu zwei Längsträgern 20 der Unterbodenanordnung 1 verlaufen. Über die Hohlkammerprofile 13-1 und 13-2 kann die Batteriehalterung zusätzlich an den Längsträgern 20 befestigt sein. Zwei Streben 16 erstrecken sich zwischen zwei gegenüberliegende Hohlprofilen 13-3, 13-4 der Seitenwand 11. Die Strebe 16 ist gegenüberliegend zu einer der Zwischenwände 36 angeordnet, so dass eine Last vom Verbindungsabschnitt 32 des Koppelelements 30 über die Zwischenwand 36, die Seitenwand 11 und die Strebe 16 in eine gegenüberliegende Seitenwand 11 geleitet wird. Es bildet sich somit eine Lastpfad P aus.
Dadurch wird eine Last von den Verbindungsabschnitten 32 und 33 des Koppelelements 30 über die Zwischenwände 36-1, 36-2, das Hohlkammerprofil 13 und die Strebe 16 der Seitenwand 11 in das gegenüberliegende Hohlkammerprofil 13 geleitet.
In dem Fall, dass die Seitenwand 11 an allen Seiten der Batteriehalterung 10 Hohlkammerprofile 13 aufweist, ist ein Crashrahmen ausgebildet, welcher sowohl bei einem Front- oder Heckaufprall als auch bei einem Seitenaufprall die Traktionsbatterien innerhalb der Batteriehalterung vor mechanischer Beschädigung schützt.
Die folgenden 2 bis 7 zeigen mit dem Index „a“, (Beispielsweise 2a, 3a) jeweils eine Querschnittansicht in der XZ-Ebene des Kraftfahrzeugs, während der Index „b“ jeweils eine Längsschnittansicht in der YZ-Ebene des Kraftfahrzeugs darstellt. Die Figuren mit Index „c“ bilden Draufsichten einzelner Ausführungsbeispiele, während die Figuren mit Index „d“ isometrische Ansichten zeigen.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Koppelelements 30 aus einem einzigen extrudierten Mehrkammerprofil 44. Mit einer ebenen Anbindungsfläche 31 ist das Koppelelement 30 mit einer Seitenwand 11 einer Batteriehalterung 10 verbunden. Das Koppelelement 30 weist mehrere im Querschnitt geschlossene Profilkammern 47 auf, welche von Wänden 34 begrenzt und voneinander abgetrennt werden. Zwischenwände 36 verbinden einen Verbindungsabschnitt 32-1 mit der Anbindungsfläche 31. Weitere Verbindungsabschnitte 32-2, 33-1, 33-2 sind durch im Querschnitt offene oder geschlossene Profilkammern 47-1, 47-2 gebildet.
Zu erkennen ist, dass die Wände 34 sich in Fahrzeughochrichtung Z erstrecken. Das Koppelelement 30 weist eine Profillängsachse 46 auf, welche sich parallel zur Fahrzeughochrichtung Z des Fahrzeugs erstreckt. Mit anderen Worten ist das Mehrkammerprofil 44 somit in Fahrzeughochrichtung Z extrudiert ausgebildet.
Der Verbindungsabschnitt 32-1 weist eine Oberseite 37-1 und eine Unterseite 38 auf, und ein anderer Verbindungsabschnitt 33-1, 33-2 weist eine Oberseite 37-2 auf, wobei die Oberseite 37-1 des Verbindungsabschnittes 32-1 von der Oberseite 37-2 des anderen Verbindungsabschnittes 33-1, 33-2 in Fahrzeughochrichtung Z beabstandet ist. Weiterhin ist in diesem Ausführungsbeispiel die Beabstandung der Oberseiten 37-1, 37-2 durch mechanische Bearbeitung des Mehrkammerprofils 47 ausgebildet derart, dass sich am Koppelelement 30 für den ersten Verbindungsabschnitt 32-1 eine Höhe H1 als Abstand zwischen der Oberseite 37-1 und der Unterseite 38 sowie für einen weiteren Verbindungsabschnitt 32-2 eine verringerte Höhe H2 als Abstand zwischen der Oberseite 37-2 und der Unterseite 38 ausgebildet ist.
Die Verbindungsabschnitte 32-1, 32-2, 33-1, 33-2 sind dazu eingerichtet, eine Verschraubung auszuführen, wobei die Verschraubung bzw. Schraubachse in Fahrzeughochrichtung erfolgt.
In 2c ist erkennbar, dass ein Wandabschnitt als Solldeformationsstelle 39 ausgebildet sein kann, und dazu gegenüber benachbarten Abschnitten des Mehrkammerprofils verjüngt sind. In diesem Fall ist eine gezielte Biegung bzw. Rotationunter Abbau von Crashenergie innerhalb der Solldeformationsstelle vorgesehen, wenn eine vorgegebene Last überschritten wird. Dies kann auch zum Schutz der Batteriehalterung betragen.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Koppelelements 30 auf. Es unterscheidet sich in zwei Aspekten von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2.
Das Koppelelement 30 ist statt einteilig nunmehr mehrteilig aus einem ersten Einzelprofil 40-1 und einem zweiten Einzelprofil 40-2 ausgebildet. Die Einzelprofile 40-1, 40-2 sind formschlüssig und optional stoffschlüssig durch Schweißen oder Kleben miteinander verbunden. Die Einzelprofile 40-1, 40-2 weisen an ihren einander zugewandten Wänden 34 komplementär ausgeformte Verbindungselemente 32, 33 nach Art einer Nut- und Feder-Verbindung auf und sind formschlüssig miteinander verbunden.
Beide Einzelprofile 40-1 und 40-2 bestehen aus je einem extrudierten Mehrkammerprofil 44. Beide Einzelprofile 40-1, 40-2 können aus identischen Leichtmetalllegierungen bestehen, oder beispielsweise voneinander verschiedene Aluminiumlegierungen aufweisen.
So kann das erste Einzelprofil 40-1 aus einer duktileren Legierung gebildet sein um bei einem definierten Lastniveau kinetische Energie aus einem Crash durch gezielte Deformation abzubauen. Das zweite Einzelprofil 40-2 dagegen kann aus einer höherfesten Legierung gebildet sein und knicksteif und lastleitend die Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 33 und dem ersten Einzelprofil sicherstellen.
Als zweiter Unterscheidungspunkt im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ist der erste Verbindungsabschnitt 32-1 des Koppelelements 30 als Hülsenelement 45 gebildet. Das Hülsenelement 45 steht gegenüber einer oberen Profilwand 42 in Fahrzeughochrichtung Z über, so dass sich eine Höhe H3 als Abstand zwischen einer Oberseite 37-1 des ersten Verbindungsabschnitts 32-1 und einer Unterseite 38 ergibt.
4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Koppelelements 30. Dieses ist wie in 3 auch aus zwei Einzelprofilen 40-1, 40-2 gebildet, welche im Bereich von Verbindungselementen 41 formschlüssig nach Art einer Nut- und Feder-Verbindung miteinander verbunden sind. Die Einzelprofile 40-1, 40-2 sind wiederum in Fahrzeughochrichtung Z extrudiert ausgebildet und weisen Verbindungsabschnitte 32-1, 32-2 auf, welche durch Hülsenelemente 45 gebildet sind. Beide Einzelprofile 40-1, 40-2 bilden eine gemeinsame Anbindungsfläche 31 zur Kopplung mit einer Seitenwand 11 einer Batteriehalterung 10.
Ein Einzelprofil 40-1 in der Bildebene von 4c unten dargestellt weist weitere Verbindungsabschnitte 33 auf. Alle oder einige Verbindungsabschnitte sind durch Hülsenelemente 45 gebildet. Die Hülsenelemente 45 können verschiedene Abmessungen aufweisen und in verschiedenen Höhen angeordnet sein. Anstelle eines Hülsenelements 45 kann wenigstens ein Verbindungsabschnitt 32, 33 auch durch eine Profilkammer 47 gebildet sein. In diesem Fall kann ein Gewinde in die Profilkammer integriert ausgeformt oder eine Schraube durchsteckbar sein.
Die Verbindungsabschnitte 32-1, 32-2 weisen Oberseiten 37 in verschiedenen Positionen in Fahrzeughochrichtung Z und Unterseiten 38 in teilweise verschiedener Position in Fahrzeughochrichtung Z auf, so dass die verschiedenen Verbindungsabschnitte 32-1, 32-2 in Fahrzeughochrichtung Z voneinander beabstandet sind.
Weiterhin ist in diesem Ausführungsbeispiel die Beabstandung der Oberseiten 37 durch mechanische Bearbeitung der Einzelprofile 40-1, 40-2 ausgebildet derart, dass am Koppelelement 30 für die Verbindungsabschnitte sowohl unterschiedliche Höhen H2, H3 als auch ein Abstand zwischen der Oberseite 37 und der jeweils zugehörigen Unterseite 38 ausgebildet, aber auch die bereits beschriebene verschiedene Position in Fahrzeughochrichtung Z. Die mechanische Bearbeitung ist hier sowohl von der Oberseite 37 als auch von der Unterseite 38 vorgenommen worden, so dass auch die Unterseiten 38 der Verbindungsabschnitte 32-1, 32-2in Fahrzeughochrichtung Z voneinander beabstandet sind. Die mechanische Bearbeitung erfolgt insbesondere durch zerspanende Bearbeitung wie zum Beispiel Fräsen oder ein zur Extrusionsrichtung schräges Schneiden.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Koppelelements 30 aus einem extrudierten Mehrkammerprofil 44. Das Koppelelement 30 ist einteilig und in Fahrzeugquerrichtung Y extrudiert, so dass eine oberen Profilwand 42 und eine davon beabstandete untere Profilwand 43 in verschiedenen und mehrere Wände 34 geschlossene Profilkammern 47 einschließen. Erkennbar sind ein erster Verbindungsabschnitt 32-1 und weitere Verbindungsabschnitte 32-2 und 33, welche durch Wanddurchbrüche 35 in der oberen Profilwand 42 und in der unteren Profilwand 43 des Mehrkammerprofils 44 gebildet sind. Die Verbindungsabschnitte 32, 33 sind dazu eingerichtet, eine Verschraubung in Fahrzeughochrichtung Z auszuführen.
Das Koppelelement 30 weist eine ebene Anbindungsfläche 31 zur Kopplung mit einer nicht dargestellten Seitenwand einer Batteriehalterung auf.
Die Verbindungsabschnitte 32-1, 32-2 weisen verschiedene Oberseiten 37-1, 37-2 und Unterseiten 38-1, 38-2 auf, wobei die Oberseite 37-1 eines Verbindungsabschnittes 32-1 von der Oberseite 37-2 eines anderen Verbindungsabschnittes 32-2 in Fahrzeughochrichtung Z beabstandet ist und die Unterseite 38-1 eines Verbindungsabschnittes 32-1 von der Unterseite 38-2 des anderen Verbindungsabschnittes 32-2 in Fahrzeughochrichtung Z beabstandet ist.
Verschiedene Oberseiten 37 und Unterseiten 38 der Verbindungsabschnitte 32-1, 32-2, 33 sind durch die obere Profilwand 42 und untere Profilwand 43 gebildet, wobei die Beabstandung der verschiedenen Oberseiten 37 und Unterseiten 38 im Wesentlichen durch unterschiedliche Profilkammern 47-1, 47-2 des Mehrkammerprofils 44 ausgebildet ist. Erkennbar ist auch, dass der erste Verbindungsabschnitt 32-1 gleichzeitig durch die Profilkammern 47-2 und 47-3 gebildet ist. Eine Wandstärke der oberen Profilwand 42 und/oder unteren Profilwand 43 kann dabei jeweils und/oder zueinander konstant sein, oder sich wie dargestellt innerhalb der oberen Profilwand 42 und/oder der unteren Profilwand 43 unterscheiden. Erkennbar ist in 5a zudem, dass ein Höhenverlauf Hx in einem mittleren Abschnitt derart verjüngt ist, dass eine Solldeformationsstelle 39 entsteht. Das bedeutet, dass das Koppelelement bei Überschreiten eines definierten Schwellwertes der Last gezielt unter Energieabbau deformiert. Insbesondere wird das Mehrkammerprofil an der Oberseite 37 und Unterseite 38 Ziehharmonika-artig geknautscht.
Eine Variation des Ausführungsbeispiels gemäß 5a bis d ist anhand von 5e dargestellt. Einziger Unterschied ist, dass ein Verbindungsabschnitt 32 durch ein Hülsenelement 35 gebildet ist, welches innerhalb der Profilkammer 47-2 angeordnet ist und sich vollständig durch diese erstreckt. Das Hülsenelement 35 ragt sowohl von der Oberseite 37 und der Unterseite 38 nach außen ab. Das Hülsenelement 35 verläuft in einem spitzen Winkel Alpha (α) zur Fahrzeughochrichtung Z. Das Hülsenelement 35 dient damit wie auch in den vorherigen Ausführungsbeispielen dazu, eine Verbindung des Koppelelements 30 in Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs auszuführen.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Koppelelements 30 aus einem extrudierten Mehrkammerprofil 44 mit den Profilkammern 47-1, 47-2. Durch die Profilkammern 47 und diese begrenzende Wände 34 wird ein eigensteifes und dauerfestes Koppelelement 30 bereitgestellt.
Erkennbar sind Verbindungsabschnitte 32, welche durch Hülsenelemente 45 gebildet sind. Die Hülsenelemente 45 sind in das Mehrkammerprofil 44 eingesetzt und befestigt. Weiterhin sind zwei Aussparungen des Mehrkammerprofils 44 erkennbar. Die Aussparungen erstrecken sich ausgehend von einer in der Bildebene von 6a und c dargestellten ebenen Anbindungsfläche 31 bis in einen zentralen Flächenabschnitt hinein. In den Aussparungen des Koppelelements 30 sind Einsatzelemente 49 befestigt, die die gleiche Funktion wie die zuvor genannten Hülsenelemente 45 haben und weitere Verbindungsabschnitte 33 bilden. Dabei kann das Einsatzelement 49 selbst optional auch ein weiteres Hülsenelement 45-2 umfassen, wie in 6a angedeutet wird. Die ersten und weiteren Verbindungsabschnitte 32, 33 sind dazu eingerichtet, eine Verschraubung in Fahrzeughochrichtung Z auszuführen. Vorteil der Einsatzelemente 49 mit nicht kreisrundem Querschnitt ist im Vergleich zu dargestellten Hülsenelementen 45 mit kreisrundem Querschnitt, dass eine Verdrehsicherung insbesondere bei einer Verschraubung gewährleistet ist.
Erkennbar sind eine Oberseite 37-1 des Verbindungsabschnitts 32, eine Oberseite 37-2 des Verbindungsabschnitts 33, welche von einer oberen Profilwand 42 in Fahrzeughochrichtung überstehen und eine Unterseite 38-1 eines ersten Verbindungsabschnitte 32 und eine Unterseite 38-2 des Weiteren Verbindungsabschnitts 33. Eine Beabstandung der jeweiligen Oberseiten 37-1 und 37-2 sowie der jeweiligen Unterseiten 38-1 und 38-2 ist durch unterschiedliche Längen bzw. Höhen H1, H2, H3, H4 der Hülsenelemente 45, 45-2 beziehungsweise der Einsatzelemente 49 ausgebildet. Dadurch werden unterschiedliche Anbindungsmöglichkeiten der Verbindungsabschnitte in unterschiedlichen Höhenlagen in Fahrzeughochrichtung Z bereitgestellt.
Eine Variation des Ausführungsbeispiels gemäß 6a bis d ist anhand von 6e dargestellt. Ein Unterschied besteht darin, dass weitere Verbindungsabschnitte 33-1 und 33-2 so eingerichtet sind, dass keine Verbindung des Koppelelements 30 in Fahrzeughochrichtung, sondern in Fahrzeugquerrichtung Y ausführbar ist. Dazu sind die Verbindungsabschnitte 33-1 und 33-2 aus Einsatzelementen 49 gebildet, welche seitlich in eine Aussparung bzw. Öffnung einer Wand des Koppelelements eingebracht sind, insbesondere durch eine Einführbewegung in Fahrzeugquerrichtung. Das Koppelelement 30 in 6e weist weiterhin eine Anbindungsfläche 31 zur Batteriehalterung 10 auf, welche im Vergleich zu 6a bis d um 90 Grad gedreht und in der Bildebene oben ausgebildet ist.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Koppelelements 30 aus einem extrudierten Mehrkammerprofil 44 mit den Profilkammern 47-1, 47-2. Durch die Profilkammern 47 und diese begrenzende Wände 34 wird ein eigensteifes und dauerfestes Koppelelement 30 bereitgestellt.
Erkennbar sind Verbindungsabschnitte 32 und 33, welche durch Wanddurchbrüche in einer oberen Profilwand 42 und in einer unteren Profilwand 43 des Mehrkammerprofils 44 gebildet sind. Der erste und der zweite Verbindungsabschnitt 32, 33 sind dazu eingerichtet, eine Verschraubung in Fahrzeughochrichtung Z auszuführen.
Eine Oberseite 37-1 des Verbindungsabschnitts 32 und eine Oberseite 37-2 des Verbindungsabschnitts 33 sind durch die obere Profilwand 42 ausgebildet und eine Unterseite 38 der Verbindungsabschnitte 32 und 33 ist durch eine untere Profilwand 43 ausgebildet, wobei eine Beabstandung der Oberseiten 37-1 und 37-2 durch lokal verschiedene Wandstärken T1 und T2 der oberen Profilwand 42 ausgebildet ist. Dadurch werden unterschiedliche Anbindungsmöglichkeiten der Verbindungsabschnitte in unterschiedlichen Höhenlagen in Fahrzeughochrichtung Z bereitgestellt.
Durch eine gegenüber der Wandstärke T1 weiter reduzierte Wandstärke T3 in einem Abschnitt zwischen der Oberseite 37-1 und der Oberseite 37-2 der oberen Profilwand 42 kann eine Leichtbauoptimierung erfolgen. In diesem Abschnitt ist bevorzugt kein weiterer Verbindungsabschnitt ausgebildet. Dieser Funktion kann alternativ oder zusätzlich durch die lokale Anordnung von Schlitzen 48 oder Ausklinkungen Rechnung getragen werden. Es ist auch möglich, dass der Schlitz 48 als Solldeformationsstelle 39 ausgebildet ist gezielt in hochbeanspruchten Abschnitten des Koppelelements angeordnet ist.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koppelelements. Das Koppelelement 30 ist mehrteilig aus einem ersten Einzelprofil 40-1 und einem zweiten Einzelprofil 40-2 ausgebildet, wobei die Einzelprofile 40-1, 40-2 formschlüssig miteinander verbunden sind. Das Einzelprofil 40-2 ist teilweise innerhalb des zweiten Einzelprofils 40-1 angeordnet. Das zweite Einzelprofil 40-2 ist als extrudiertes Mehrkammerprofil 44 ausgebildet und teilweise in das erste Einzelprofil 40-1 eingesteckt. Es dient der Versteifung des Koppelelements 30 und kann auch zur Bereitstellung oder Abstützung von Verbindungsabschnitten 32, 33 dienen.
Die Verbindungsabschnitte 32 weisen jeweils eine Oberseite 37-1 und an eine Unterseite 38-1 mit einem Abstand bzw. einer Höhe H3 auf, während die anderen Verbindungsabschnitte 33 eine Oberseite 37-2 und Unterseite 38-2 aufweisen mit einem Abstand bzw. einer Höhe H1. Die Oberseite 37-1 der Verbindungsabschnitte 32 ist von der Oberseite 37-2 des anderen Verbindungsabschnittes 33 in Fahrzeughochrichtung Z beabstandet. Erkennbar ist in 8a auch, dass das zweite Einzelprofil 40-2 eine Höhe H2 aufweist, welche geringer ist als die Höhe H1 des ersten Einzelprofils 40-1.
Zwei Verbindungsabschnitte 32 werden durch relativ hohe Hülsenelemente 45 gebildet, während die anderen Verbindungsabschnitte 33 durch Wanddurchbrüche 35 in der oberen Profilwand 42 und der unteren Profilwand 43 des ersten Einzelprofils 40-1 gebildet sind. Dadurch werden unterschiedliche Anbindungsmöglichkeiten der Verbindungsabschnitte in unterschiedlichen Höhenlagen in Fahrzeughochrichtung Z bereitgestellt.
Es ist auch möglich aber nicht dargestellt, dass ein Verbindungsabschnitt 32, 33 zusätzlich durch eine Profilkammer 47 des zweiten Einzelprofil 40-2 gebildet ist. Das bedeutet, dass im Bereich der Hülsenelemente im zweiten Einzelprofil 40-2 eine Profilkammer 47 angeordnet und derart ausgebildet ist, dass sie das Hülsenelement 45 aufnimmt, umgreift oder teilweise radial abstützt. Damit kann eine Fügeverbindung zwischen Hülsenelement 45 und oberer und/oder unterer Profilwand 42, 43 des ersten Einzelprofils 40-1 entlastet werden.
Erkennbar sind Verbindungsabschnitte 32 und 33, welche durch Wanddurchbrüche in einer oberen Profilwand 42 und in einer unteren Profilwand 43 des Mehrkammerprofils 44 gebildet sind. Der erste und der zweite Verbindungsabschnitt 32, 33 sind dazu eingerichtet, eine Verschraubung in Fahrzeughochrichtung Z auszuführen.
Bezugszeichen:

1: Unterbodenanordnung
10: Batteriehalterung
11: Seitenwand
12: Crashrahmen
13: Hohlkammerprofil
14: Trennwand
15-1: Teilkammer
15-2: Teilkammer
16: Strebe
20: Längsträger
30: Koppelelement
31: Anbindungsfläche
32: Verbindungsabschnitt
33: Verbindungsabschnitt
34: Wand
35: Wanddurchbruch
36: Zwischenwand
37-1: Oberseite zu 32
37-2: Oberseite zu 33
38-1: Unterseite zu 32
38-2: Unterseite zu 33
39: Solldeformationsstelle
40-1: erstes Einzelprofil
40-2: zweites Einzelprofil
41: Verbindungselement
42: obere Profilwand
43: untere Profilwand
44: Mehrkammerprofil
45: Hülsenelement
46: Profillängsachse
47: Profilkammer
48: Schlitz
49: Einsatzelement
50: Achsanordnung
51: Fahrwerkbauteil
60: Rad
H1: Höhe
H2: Höhe
H3: Höhe
Hx: Höhenverlauf in X
Hy: Höhenverlauf in Y
P: Lastpfad
T1: Wandstärke
T2: Wandstärke
T3: Wandstärke
X: Fahrzeuglängsrichtung
Y: Fahrzeugquerrichtung
Z: Fahrzeughochrichtung

Claims

Koppelelement (30) zur Verbindung von Fahrzeugkomponenten einer Unterbodenanordnung (1) eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei die Unterbodenanordnung (1) eine Batteriehalterung (10) und wenigstens eine Achsanordnung (50) umfasst, mit wenigstens einem ersten Verbindungsabschnitt (32) zur Befestigung an der Achsanordnung (50), und wenigstens einer ebenen Anbindungsfläche (31) zur Befestigung an der Batteriehalterung (10), wobei das Koppelelement (30) als extrudiertes Mehrkammerprofil (47) ausgebildet ist.
Koppelelement (30) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (30) wenigstens einen zweiten Verbindungsabschnitt (33) zur Verbindung mit einem Fahrwerksbauteil (51) oder einer Karosseriekomponente aufweist.
Koppelelement (30) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsabschnitt (32) eingerichtet ist, um eine Verbindung in einem Winkel zwischen minus 30 Grad und plus 30 Grad zur Fahrzeughochrichtung auszuführen.
Koppelelement (30) nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsfläche (31) vollflächig mit der Batteriehalterung (10) in Anlage kommt.
Koppelelement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Verbindungsabschnitt (32, 33) dazu eingerichtet sind, eine Verschraubung auszuführen.
Koppelelement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verbindungsabschnitt (32, 33) durch eine Profilkammer (47) gebildet ist.
Koppelelement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verbindungsabschnitt (32, 33) durch ein Hülsenelement (45) gebildet ist.
Koppelelement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsabschnitte (32, 33) eine Oberseite (37) und eine Unterseite (38) aufweisen wobei die Oberseite (37-1) eines ersten Verbindungsabschnittes (32) von der Oberseite (37-2) eines anderen Verbindungsabschnittes (33) in Fahrzeughochrichtung (Z) beabstandet ist und/oder die Unterseite (38-1) eines ersten Verbindungsabschnittes (32) von der Unterseite (38-2) eines anderen Verbindungsabschnittes (33) in Fahrzeughochrichtung (Z) beabstandet ist.
Koppelelement (30) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Beabstandung der Oberseiten (37) und/oder Unterseiten (38) durch mechanische Bearbeitung des Mehrkammerprofils (47) ausgebildet ist.
Koppelelement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (30) eine Profillängsachse (46) aufweist, welche sich senkrecht zur Fahrzeughochrichtung (Z) des Fahrzeugs erstreckt.
Koppelelement (30) nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verbindungsabschnitt (32, 33) durch Wanddurchbrüche in einer oberen Profilwand (42) und in einer unteren Profilwand (43) des Mehrkammerprofils (47) gebildet ist.
Koppelelement (30) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (37) und/oder Unterseite (38) der Verbindungsabschnitte (32, 33) durch eine obere Profilwand (42) und/oder eine untere Profilwand (43) ausgebildet sind, wobei die Beabstandung der Oberseiten (37) und/oder Unterseiten (38) durch lokal verschiedene Wandstärken (T1, T2) der Profilwände (42, 43) ausgebildet ist.
Koppelelement (30) nach einem der Ansprüche 8 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (37) und/oder Unterseite (38) der Verbindungsabschnitte (32, 33) durch eine obere Profilwand (42) und/oder untere Profilwand (43) ausgebildet sind, wobei die Beabstandung der Oberseiten (37) und/oder Unterseiten (38) durch unterschiedliche Profilkammern (47-1, 47-2, 47-3) des Mehrkammerprofils (44) ausgebildet ist.
Koppelelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (30) eine Profillängsachse (46) aufweist, die sich parallel zur Fahrzeughochrichtung (Z) erstreckt, wobei optional das Koppelelement (30) auf einer Oberseite (37) und/oder einer Unterseite (38) von einem Schließblech wenigstens abschnittsweise verschlossen ist.
Koppelelement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (30) mehrteilig aus einem ersten Einzelprofil (40-1) und wenigstens einem zweiten Einzelprofil (40-2) ausgebildet ist.
Koppelelement (30) nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelprofile (40-1, 40-2) an ihren einander zugewandten Wänden (34) komplementär ausgeformte Verbindungselemente (32, 33), insbesondere nach Art einer Nut- und Feder-Verbindung, aufweisen und formschlüssig miteinander verbunden sind.
Koppelelement (30) nach Anspruch 15 oder 16 dadurch gekennzeichnet, dass ein Einzelprofil (40-1) wenigstens teilweise innerhalb eines weiteren Einzelprofils (40-2) angeordnet ist.
Koppelelement (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass eines der Einzelprofile (40-1) eine Profillängsachse (46-1) aufweist, die sich winkelig zu einer Profillängsachse (46-2) eines anderen Einzelprofils (40-2) erstreckt.
Koppelelement (30) nach einem der Ansprüche 15 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass ein Einzelprofil (40-1) gegenüber einem anderen Einzelprofil (40-2) zumindest lokal eine unterschiedliche Ausdehnung in Fahrzeughochrichtung (Z) aufweist.
Koppelelement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (30) wenigstens eine Zwischenwand (36) aufweist, welche sich von der Anbindungsfläche (31) hin zum ersten Verbindungsabschnitt (32) erstreckt und dazu ausgebildet ist eine Last zu übertragen.
Koppelelement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (30) wenigstens einen Wandabschnitt aufweist, welcher eine Solldeformationsstelle (39) derart darstellt, dass das Koppelelement (30) bei einem Überschreiten eines definierten ersten Lastniveaus gezielt deformiert wird, wobei die Solldeformationsstelle (39) insbesondere durch eine Reduzierung der Wandstärke (T1, T2), der Streckgrenze oder durch Ausbilden eines Wanddurchbruchs, eines Schlitzes, einer Querschnittsverjüngung ausgebildet ist.
Unterbodenanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend zwei Achsanordnungen (50), eine zwischen den Achsanordnungen angeordnete Batteriehalterung (10), wobei die Batteriehalterung eine Seitenwand (11) aufweist, welche die Batteriehalterung (10) nach außen begrenzt dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Koppelelement (30) nach einem der vorherigen Ansprüche vorgesehen ist, welches zumindest eine Achsanordnung (50) und die Batteriehalterung (10) lastleitend verbindet.
Unterbodenanordnung (1) nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (30) wenigstens eine Zwischenwand (36) aufweist, welche sich vom Verbindungsabschnitt (32) bis an die Anbindungsfläche (31) zu der Batteriehalterung (10) erstreckt und dazu ausgebildet ist eine Last zu übertragen, wobei weiterhin die Batteriehalterung (10) eine Strebe (16) aufweist, die sich zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden der Batteriehalterung (10) erstreckt, wobei die Strebe (16) gegenüberliegend der Zwischenwand (36) des Koppelelements (30) angeordnet ist, so dass eine Last von einem Verbindungsabschnitt (32, 33) des Koppelelements (30) über die Zwischenwand (36), die Seitenwand (10) und die Strebe (36) in eine gegenüberliegende Seitenwand (10) geleitet wird.
Unterbodenanordnung (1) nach Anspruch 22 oder 23 dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (11) der Batteriehalterung (10) ein aus Hohlkammerprofilen (13) bestehender Crashrahmen (12) ist, der bei Überschreitung eines definierten zweiten Lastniveaus deformiert wird, wobei das zweite Lastniveau größer ist als ein erstes Lastniveau, bei welchem das Koppelelement (30) deformiert wird.