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Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Tragstruktur.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute und kostengünstig herstellbare Tragstruktur für ein Kraftfahrzeug mit Längsträgern zu schaffen.
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Die Aufgabe ist durch eine Tragstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Die Tragstruktur wird auch als Rohbaustruktur oder Rohbau bezeichnet. Die Crashelemente ermöglichen, insbesondere im Fall eines Zusammenstoßes, eine Energieabsorption durch Umwandlung von Stoßenergie in Verformungsenergie. Die zentrale Längsträgeranordnung der Längsträger mit den Crashelementen ermöglicht die Verwendung der Tragstruktur in unterschiedlichen Kraftfahrzeugen mit einer gemeinsamen Plattform. Die zentrale Längsträgeranordnung ermöglicht die Montage von unterschiedlichen Aufbauten und Fahrwerken. In der zentralen Längsträgeranordnung können auf einfache Art und Weise Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie Energiespeichereinrichtungen, untergebracht werden. Die Integration der Crashelemente in die Längsträger ermöglicht eine Gewichtsersparnis. Der Begriff mittig bezieht sich auf die Fahrzeugquerrichtung, die auch als y-Richtung bezeichnet wird. Der Aufnahmeraum hat vorzugsweise die Gestalt eines lang gezogenen Quaders und kann oben, unten, hinten, vorne und/oder seitlich offen beziehungsweise zugänglich sein. Die elektrische Energiespeichereinrichtung umfasst mindestens eine Batterie, vorzugsweise mehrere Batterien. Die Batterie ist vorzugsweise als Traktionsbatterie oder Hochvoltbatterie ausgeführt. Die Gestalt der Energiespeichereinrichtung ist vorzugsweise an den Aufnahmeraum angepasst, oder umgekehrt. Horizontal bedeutet parallel zu einem Boden, auf dem das Kraftfahrzeug steht oder fährt. Die Längsrichtung des Kraftfahrzeugs wird auch als x-Richtung bezeichnet. Die Längsträger sind, im Querschnitt betrachtet, vorzugsweise in den Ecken eines Rechtecks, insbesondere eines Quadrats angeordnet.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Tragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger als Hohlprofile ausgeführt sind. Die Längsträger haben zum Beispiel einen rechteckigen Querschnitt und sind vorteilhaft als Strangpressprofile ausgeführt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Tragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Crashelemente in den Längsträgern selbst ausgebildet sind. Die Crashelemente können zum Beispiel durch eine thermische Behandlung oder durch Innenhochdruckumformen (Hydroforming) direkt an den Längsträgern dargestellt werden. Dadurch wird die Herstellung und Montage der Tragstruktur beziehungsweise des Kraftfahrzeugs erheblich vereinfacht. Besonders vorteilhaft sind die Crashelemente einstückig mit den Längsträgern verbunden. Alternativ können die Crashelemente als separate Bauteile ausgeführt sein und, zum Beispiel stoffschlüssig durch Kleben, Schweißen oder Nieten, an den Enden der Längsträger angebracht sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Tragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger an mehreren Stellen fest miteinander verbunden sind. Die Längsträger können zum Beispiel durch Blechschalen, Profile und/oder Rohre, vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Längsträger, verbunden sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Tragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden der oberen Längsträger ein vorderer und ein hinterer Stoßfänger angebracht ist. Alternativ können die Stoßfänger an den Enden der unteren Längsträger angebracht sein. Es ist auch möglich, die Stoßfänger sowohl an den Enden der oberen als auch an den Enden der unteren Längsträger anzubringen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Tragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass ein linker oberer Längsträger zusammen mit einem linken unteren Längsträger in einer ersten vertikalen Ebene parallel zu einer zweiten vertikalen Ebene angeordnet ist, in der ein rechter oberer Längsträger zusammen mit einem rechten unteren Längsträger angeordnet ist. Vertikal bedeutet senkrecht zu einem Boden, auf dem das Kraftfahrzeug steht oder fährt. Die Begriffe rechts und links beziehen sich auf eine Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs. Dabei können sich der jeweils obere Längsträger und der jeweils untere Längsträger in vertikaler Richtung komplett oder nur teilweise überdecken. Anders ausgedrückt können die linke Seite des oberen Längsträgers und die linke Seite des unteren Längsträgers in einer vertikalen Ebene, und die rechte Seite des oberen Längsträgers und die rechte Seite des unteren Längsträgers in einer weiteren vertikalen Ebene angeordnet sein. Ebenfalls möglich ist z.B. eine Anordnung der linke Seite des oberen Längsträgers und der rechten Seite des unteren Längsträgers in einer vertikalen Ebene, bzw. umgekehrt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Tragstruktur. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug mit mindestens einer elektrischen Antriebseinrichtung.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug mit Radnabenmotoren ausgestattet ist. Die Radnabenmotoren sind in Räder des Kraftfahrzeugs integriert und werden aus der elektrischen Energiespeichereinrichtung innerhalb der zentralen Längsträgeranordnung mit elektrischer Energie versorgt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Tragstruktur; die
- 2 bis 4 verschiedene Ausführungen von Längsträgern der Tragstruktur aus 1; die
- 5 und 6 verschiedene Ausführungen von Crashelementen an einem Ende des Längsträgers aus 4; die
- 7 bis 9 Längsträgeranordnungen mit Längsträgern, die auf unterschiedliche Arten miteinander verbunden sind; und 16 und die
- 10-15,17-21 ähnliche Kraftfahrzeuge wie in 1 gemäß wei-teren Ausführungsbeispielen.
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In den 1 bis 21 sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Tragstruktur 5 und vier Rädern 6 bis 9 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Bei dem Kraftfahrzeug 1 handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug mit Radnabenmotoren, die in mindestens zwei Räder, vorzugsweise in alle Räder 6 bis 9 integriert sind.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung umfasst die Tragstruktur 5 eine Längsträgeranordnung 10 mit vier Längsträgern 11, 12, 13, 14. Die Längsträger 11 bis 14 erstrecken sich über die gesamte Länge des Kraftfahrzeugs 1. Besonders vorteilhaft sind die Längsträger 11 bis 14 als gerade Hohlprofile mit einem rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt ausgeführt.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vier Längsträger 11 bis 14 in drei Verbindungsbereichen 16, 17, 18 fest miteinander verbunden. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine stabile Längsträgeranordnung 10 geschaffen. An der Längsträgeranordnung 10 kann dann, wie in 1 angedeutet ist, eine Reststruktur 22 mit einem Aufbau 24 des Kraftfahrzeugs angebracht werden. Abhängig von der Bauweise können die Längsträger 11, 12, 13, 14 auch Flansche umfassen, um beispielsweise mittels Stanznieten, Schweißen oder FDS (Flow Drill Screw) die Reststruktur 22 des Kraftfahrzeugs 1 zu befestigen. Beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel überdecken sich der jeweils obere Längsträger 11, 12 und der jeweils untere Längsträger 13, 14 in vertikaler Richtung komplett, d.h. die linken Seiten des jeweils oberen Längsträgers 11, 12 und die linken Seiten des jeweils unteren Längsträgers 13, 14 sind in einer vertikalen Ebene angeordnet, und die rechten Seiten des jeweils oberen Längsträgers 11, 12 und die rechten Seiten des jeweils unteren Längsträgers 13, 14 sind in einer weiteren vertikalen Ebene angeordnet.
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In den 4 bis 6 sind verschiedene Ausführungsformen eines Längsträgers 30 dargestellt. Bei dem Längsträger 30 handelt es sich um einen der Längsträger, die in 1 mit 11 bis 14 bezeichnet sind. Vorzugsweise sind alle Längsträger der Längsträgeranordnung 10 gleich ausgeführt. Es ist aber auch möglich, unterschiedliche Ausführungsformen von Längsträgern 30, wie sie in den 2 bis 6 dargestellt sind, in einer Längsträgeranordnung (10 in 1) miteinander zu kombinieren.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung sind die Längsträger 30 in einem vorderen Bereich 31 und in einem hinteren Bereich 32 mit einem Crashelement ausgestattet. Das Crashelement kann, wie man in den 2 und 3 sieht, einstückig mit dem Längsträger 30 verbunden sein. Das Crashelement kann aber, wie man in den 4 bis 6 sieht, auch als separates Crashelement ausgeführt sein, das an den Enden des Längsträgers 30 befestigt ist.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Längsträger 30 im vorderen Bereich 31 und im hinteren Bereich 32 thermisch bearbeitet, um die Crashelemente darzustellen. Durch die thermische Bearbeitung wird erreicht, dass sich der Längsträger 30 bei einem Zusammenstoß, insbesondere einem Auffahrunfall, im vorderen und/oder hinteren Bereich 31, 32 definiert verformt, um Bewegungsenergie abzubauen.
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In 3 ist angedeutet, dass der Längsträger 30 im vorderen und hinteren Bereich 31, 32, zum Beispiel durch Innenhochdruckumformen, umgeformt sein kann, um die Crashelemente darzustellen. Beim Innenhochdruckumformen kann in den Bereichen 31, 32 eine faltenbalgartige Struktur erzeugt werden, die auf einfache Art und Weise einen Abbau von Bewegungsenergie bei einem Zusammenstoß oder Crash ermöglicht.
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In 4 ist angedeutet, dass in den Bereichen 31, 32 des Längsträgers 30 auch separate Crashelemente angebracht sein können. Die separaten Crashelemente können aus dem gleichen Material gebildet sein wie der Längsträger 30. Es ist aber auch möglich, die separaten Crashelemente aus einem anderen Material als die Längsträger 30 herzustellen. Bei der Auswahl des anderen Materials für die separaten Crashelemente kann insbesondere ein gewünschtes Verformungsverhalten berücksichtigt werden.
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In 5 ist ein separates Crashelement 34 am vorderen Ende des Längsträgers 30 befestigt. Das separate Crashelement 34 hat im Wesentlichen die Gestalt eines Faltenbalgs und ermöglicht eine definierte Verformung bei einem Zusammenstoß oder Crash.
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Das separate Crashelement 34 ist mit Hilfe eines Verbindungselements 35 am vorderen Ende des Längsträgers 30 befestigt. Das Verbindungselement 35 kann stoffschlüssig oder formschlüssig, zum Beispiel durch Schrauben, Kleben oder Nieten, fest mit dem Längsträger 30 beziehungsweise dem Crashelement 34 verbunden werden.
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In 6 ist ein ebenfalls im Wesentlichen faltenbalgartiges Crashelement 36 dargestellt, das mit einem Ende in das vordere Ende des Längsträgers 30 eingesteckt ist. Das separate Crashelement 36 kann stoffschlüssig, zum Beispiel durch Kleben oder Schweißen, fest mit dem Längsträger 30 verbunden werden.
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In den 7 bis 9 sind verschiedene Arten von Verbindungen 40; 44; 50 zur festen Verbindung der Längsträger 11 bis 14 miteinander dargestellt. Dabei sind die Verbindungen 40; 44; 50 der Längsträger 11 bis 14 so gestaltet, dass die Längsträger 11 bis 14 innen einen zentralen Aufnahmeraum begrenzen. Der zentrale Aufnahmeraum dient vorzugsweise zur Aufnahme einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, die eine Batterie oder mehrere Batterien umfasst.
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In 7 sind die Längsträger 11 bis 14 der Längsträgeranordnung 10 durch Blechschalen fest miteinander verbunden. Die Blechschalen sind mit den Längsträgern 11 bis 14 verschweißt. Dabei sind die Blechschalen so angeordnet, dass die Längsträgeranordnung 10 zwischen den unteren Längsträgern 13, 14 offen ist. Dadurch wird die Längsträgeranordnung 10 von unten zugänglich. Die Öffnung zwischen den unteren Längsträgern 13, 14 kann durch einen Deckel 41 verschlossen werden. Der Deckel 41 kann von unten an die Längsträgeranordnung 10 angeschraubt werden.
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In 8 ist angedeutet, dass die Längsträger 11 bis 14 auch durch Profile oder Rohre fest miteinander verbunden sein können. Dabei sind die Profile oder Rohre so angeordnet, dass die Längsträgeranordnung 10, wie bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel, unten offen ist. Die Öffnung zwischen den unteren Längsträgern 13 und 14 kann mit Hilfe von zwei Deckeln 45, 46 verschlossen werden. Dabei sind die Deckel 45, 46 vorzugsweise wiederholt zerstörungsfrei trennbar mit der Längsträgeranordnung 10 verbindbar.
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In 9 ist angedeutet, dass die Längsträger 11 bis 14 zusätzlich durch diagonal angeordnete Verstrebungen, zum Beispiel in Form von Profilen oder Rohren, fachwerkartig miteinander verbunden sein können, um die Stabilität der Längsträgeranordnung 10 weiter zu erhöhen. Die Längsträgeranordnung 10 ist, wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen unten offen. Die Öffnung zwischen den unteren Längsträgern 13, 14 kann durch zwei Deckel 51 bis 53 verschlossen werden.
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In den 10 und 11 sieht man, dass die Längsträger 11 bis 14 in der zentralen Längsträgeranordnung 10 so angeordnet sind, dass sie einen zentralen Aufnahmeraum 58 in einem Tunnelbereich des Kraftfahrzeugs 1 begrenzen. Der Aufnahmeraum 58 ist in Fahrzeugquerrichtung mittig zwischen den Rädern 6 und 9 angeordnet. Bezogen auf die Höhe der Räder 6 und 9 ist der Aufnahmeraum 58 ebenfalls mittig angeordnet.
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In den 12 und 13 sieht man, dass eine Energiespeichereinrichtung 60 in dem Aufnahmeraum 58 der Längsträgeranordnung 10 angeordnet ist. Die Energiespeichereinrichtung 60 umfasst drei im Wesentlichen quaderförmige Batterien 61 bis 63, die als Hochvoltbatterien oder Traktionsbatterien ausgeführt sind.
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In den 14 und 15 sieht man, dass an den Enden der oberen Längsträger 11, 12 ein vorderer Stoßfänger 65 und ein hinterer Stoßfänger 66 angebracht ist. Durch einen Doppelpfeil 67 ist die Höhe angedeutet, in welcher die Stoßfänger 65, 66 über dem Boden angeordnet sind. Über die Stoßfänger 65, 66 wird bei einem Zusammenstoß oder Crash Stoßenergie in die oberen Längsträger 11, 12 eingeleitet.
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In 16 ist eine Längsträgeranordnung 10 mit einer Verbindung 68 angedeutet. Die Verbindung 68 umfasst an fünf Stellen Profile oder Rohre, durch welche die Längsträger 11 bis 14 fest miteinander verbunden sind.
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In den 17 und 18 ist dargestellt, dass an den unteren Längsträgern 13, 14 der Längsträgeranordnung 10 Radaufhängungsstrukturen 71, 72 zur Aufhängung der Räder 6 bis 9 angebracht sind. Die Räder 6 bis 9 sind vorzugsweise mit jeweils einem Radnabenmotor ausgestattet, der aus der elektrischen Energiespeichereinrichtung 60, die in der Längsträgeranordnung 10 aufgenommen ist, mit elektrischer Energie versorgt werden.
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In den 19 bis 21 ist dargestellt, dass die Batterien der Energiespeichereinrichtung 60 auf unterschiedliche Arten in den Aufnahmeraum eingebracht werden können, der von der Längsträgeranordnung 10 begrenzt wird. Die Batterien der Batterieeinrichtung 60 vor der Montage sind durch eine elektrische Energiespeichereinrichtung 60' angedeutet.
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In 19 ist durch einen Pfeil 74 angedeutet, dass die Batterien der Energiespeichereinrichtung 60' von unten in die Längsträgeranordnung 10 montiert werden können. In 20 ist durch einen Pfeil 75 angedeutet, dass die Batterien der Energiespeichereinrichtung 60' von hinten in die Längsträgeranordnung 10 montiert werden können. In 21 ist durch einen Pfeil 76 angedeutet, dass die Batterien der Energiespeichereinrichtung 60' auch von vorne in die Längsträgeranordnung 10 montiert werden können.