B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Unterbau für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Fahrzeug mit elektrischem oder hybridem Antrieb.

Die großen Abmessungen der Batterien, die für den Betrieb eines solchen Fahrzeugs benötigt werden, machen es schwierig, die Batterien im Falle einer Kollision, insbesondere bei einem Aufprall aus seitlicher Richtung, wirksam vor Beschädigung zu schützen. Da die Batterien den am Boden der Karosserie zwischen den üblichen Längsträgern verfügbaren Platz großenteils ausfüllen, genügt eine geringe Einwärtsverformung der Längsträger, um die Batterie zu beschädigen.

Aus DE 102018206100 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, bei dem die Längsträger, um ihre Steifigkeit zu erhöhen, lokal bis unter die Türschweller verbreitert und Verstärkungselemente in ihre inneren Hohlräume eingefügt sind. Die Verbreiterung der Längsträger ist technisch aufwendig und kostspielig, außerdem ist wegen des Platzbedarfs der Längsträger eine Anwendung in existierenden Fahrzeugmodellen nur schwer möglich bzw. erfordert einen hohen Konstruktionsaufwand.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Unterbaustruktur für ein Fahrzeug zu schaffen, die einen wirksamen Schutz für eine Batterie schafft und dabei mit geringen Anpassungen an einer bestehenden Unterbaukonstruktion realisierbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Unterbaustruktur für ein Fahrzeug mit zwei Längsträgern, einer zwischen den Längsträgern untergebrachten Batterie, zwei Türschwellern, die wenigstens teilweise in gleicher Höhe mit den Längsträgern angeordnet sind und in Fahrzeugquerrichtung von den jeweils benachbarten Längsträgern beabstandet sind, und mit einem Aufprallschutz, der jeweils in einem Zwischenraum zwischen jedem der Türschweller und dem jeweils benachbarten Längsträger angeordnet ist, um bei einer Auslenkung des Türschwellers durch einen Seitenaufprall gestaucht zu werden, und der wenigstens ein gebogenes Strukturblech umfasst, das um in Fahrzeugquerrichtung orientierte Achsen gebogen ist. Die Biegungen erhöhen auch bei geringer Wandstärke des Strukturblechs erheblich dessen Aufnahmevermögen für Aufprallenergie, da es einer Last in Fahrzeugquerrichtung nicht nachgeben kann, ohne dabei auf kleinem Raum vielfach gefaltet und geschert zu werden.

Da die Form des Aufprallschutzes an vorhandene Gegebenheiten angepasst werden kann, erfordert sein Einbau allenfalls geringfügige Anpassungen an einem an sich bekannten Unterbau; daher ist die Erfindung einfach in eine laufende Fertigung integrierbar.

Um den Aufprallschutz im Kollisionsfall nicht nach oben oder unten zu verdrängen, sondern ihn zuverlässig zu stauchen und dabei Kollisionsenergie zu dissipieren, sollten die Längsträger und die Schweller vertikale Seitenwände aufweisen, die einander auf gleicher Höhe gegenüberliegen, und zwischen denen der Aufprallschutz platziert werden kann.

Um die Widerstandsfähigkeit der Längsträger gegen einen Seitenaufprall zu erhöhen, sind diese vorzugsweise mit mehreren inneren Querträgern zu einer Leiterstruktur verbunden. Der Platz zwischen den Querträgern kann dann zur Unterbringung der Batterie oder von Teilen derselben genutzt werden.

Das Strukturblech ist vorzugsweise in Fahrzeuglängsrichtung langgestreckt; so genügt eine kleine Zahl von Strukturblechen, um einen auf großer Länge wirksamen Aufprallschutz zu schaffen. Ein wellen- oder zickzackförmig gebogenes Strukturblech kann in im Prinzip beliebiger Länge mit geringem Aufwand gefertigt werden.

Um einem Strukturblech, das sich zwischen oberen und unteren Scheiteln erstreckende Wandabschnitte aufweist, können die eine erhöhte Formstabilität auch in Fahrzeuglängsrichtung zu verleihen, können die unteren Scheitel und/oder die oberen Scheitel an einem gemeinsamen Träger befestigt sein. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es bevorzugt, wenn jeweils nur entweder die unteren oder die oberen Scheitel an einem Träger befestigt sind.

Der gemeinsame Träger kann insbesondere eine Wand, vorzugsweise eine horizontale Wand, eines Rollprofilelements sein.

Wenigstens zwei Rollprofilelemente können gemeinsam eine Hohlkammer begrenzen, in der das Strukturblech aufgenommen ist.

Die mehreren Rollprofilelemente sind vorzugsweise als eine obere und eine untere Gruppe organisiert, die jeweils einen oberen und einen unteren Querschnittsbereich des Aufprallschutzes bilden. Jeder dieser Querschnittsbereiche kann wenigstens eine ein Strukturblech aufnehmende Hohlkammer enthalten.

Um durch eine bestehende Konstruktion der Fahrzeugkarosserie vorgegebenen Ungleichmäßigkeiten des Querschnitts des den Aufprallschutz aufnehmenden Zwischenraums Rechnung zu tragen, können das Strukturblech und die Rollprofilelemente, welche die das Strukturblech aufnehmende Hohlkammer begrenzen, in in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Abschnitte unterteilt sein.

Die Lücken zwischen den Abschnitten können dann zum Beispiel dazu dienen, äußere Querträger aufzunehmen, die jeweils einen der Längsträger mit dem benachbarten Türschweller verbinden.

Des weiteren können Rollprofilelemente mit seitlich offenen Aussparungen versehen sein, um eine seitliche Aussparung des Aufprallschutzes zu bilden. Ein Strukturblech, das in einer durch eine solche Aussparung angeschnittenen Hohlkammer untergebracht ist, sollte ebenfalls in Höhe der Aussparung unterbrochen sein. Eine solche Aussparung kann z.B. herkömmlicherweise zur Handhabung der Rohkarosserie während des Zusammenbaus verwendeten Werkzeugen Platz bieten.

In analoger Weise können die Profilelemente auch eine äußere und eine innere Gruppe bilden, die jeweils einen äußeren und einen inneren Querschnittsbereich des Aufprallschutzes bilden; in diesem Fall könnten seitlich offene Aussparungen des Aufprallschutzes durch Lücken zwischen verschiedenen Abschnitten eines Profilelements und nach oben offene Aussparungen durch Aussparungen der einzelnen Profilelemente gebildet werden.

Die Rollprofilelemente können auf einfache Weise und mit einem hohen Maß an Fertigungstoleranz zu Hohlkammerprofilen geformt und zusammengefügt werden, wenn wenigstens ein erstes Rollprofilelement wenigstens einen U-Profilabschnitt und einen von einer ersten Seitenwand des U-Profilabschnitts abgewinkelten Flansch bildet und ein zweites Rollprofilelement einen L-Profilabschnitt bildet, der an einer zweiten Seitenwand des U-Profilabschnitts und dem Flansch befestigt ist. So erstrecken sich die Grenzflächen, an denen die Rollprofilabschnitte miteinander verbunden sind, im Wesentlichen rechtwinklig zueinander.

Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge umfasst ein oberes Rollprofilelement zwei U-Profilabschnitte, die jeweils über ihren abgewinkelten Flansch einteilig Zusammenhängen, und ein unteres Rollprofilelement umfasst zwei L- Profilabschnitte, die die offenen Seiten der U-Profilabschnitte verschließen.

Um den Aufprallschutz einer über die Länge des Zwischenraums hinweg variierenden Breite anzupassen, kann es nötig sein, von den Seitenwänden der Rollprofilelement die eine oder andere auf einem Teil der Länge des Aufprallschutzes wegzuschneiden. Um dadurch die Stabilität des Aufprallschutzes nicht zu sehr zu beeinträchtigen, kann ein Stützprofil vorgesehen werden, das einen ersten Flansch, an dem ein oberes Rollprofilelement befestigt ist, einen zweiten Flansch, an dem ein unteres Rollprofilelement befestigt ist, eine den ersten und den zweiten Flansch verbindende Wand, einen dritten Flansch, an dem ein unteres Abschlussprofilelement befestigt ist, und eine den zweiten und den dritten Flansch verbindende Wand umfasst.

Der Zwischenraum, in dem der Aufprallschutz untergebracht wird, ist typischerweise nach oben durch ein auf den Längsträgern und den Türschwellern abgestütztes Bodenblech einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs begrenzt.

Da der Zwischenraum auch dann, wenn er noch nicht durch das Bodenblech verschlossen ist, bedingt durch den Querschnitt der Längsträger nach unten weiter offen ist als nach oben, ist der Aufprallschutz vorzugsweise von unten in den Zwischenraum eingeführt. Er kann darin insbesondere mit Schrauben befestigt sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Unterbaustruktur eines

Kraftfahrzeugs;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Aufprallschutzes;

Fig. 3 einen Querschnitt des Aufprallschutzes und benachbarter Komponenten der Unterbaustruktur; und

Fig. 4 Strukturbleche des Aufprallschutzes in einer zu Fig. 2 analogen perspektivischen Ansicht. Die in Fig. 1 gezeigte Unterbaustruktur umfasst in an sich bekannter Weise zwei Längsträger 1, die sich über die gesamte Länge eines Kraftfahrzeugs erstrecken. Die Längsträger 1 sind jeweils aus mehreren in Fahrzeuglängsrichtung aufeinanderfolgenden Formteilen zusammengefügt, von denen in Fig. 1 allerdings ein oder mehrere vordere weggelassen sind, so dass nur ein hinterer Teil der Längsträger 1 gezeigt ist, der in etwa von einem vorderen Rand einer (nicht gezeigten) Fahrgastzelle bis zum Heck des Fahrzeugs reicht. Die beiden Längsträger 1 sind untereinander durch eine Mehrzahl von inneren Querträgern 2 verbunden, die unter der Fahrgastzelle bzw. einem Laderaum des Fahrzeugs hindurchlaufen. Die Formteile der Längsträger 1 und die inneren Querträger 2 haben jeweils einen hutförmigen Querschnitt mit einer zentralen Rinne 3 und beiderseits der Rinne 3 nach oben gewandten Flanschen 4, die vorgesehen sind, um daran Bodenbleche 26 (s. Fig. 3) der Fahrgastzelle und des Laderaums zu befestigen. Die Flansche 4 von Längs- und Querträgern verlaufen im Wesentlichen in einer

Ebene, aber die Höhe der Längsträger 1 ist größer als die der inneren Querträger 2. Eine Batterie 5 erstreckt sich unter den inneren Querträgern 2 her in Fahrzeuglängsrichtung zwischen den Längsträgern 1 über einen Großteil der Länge der Karosserie. Die Batterie 5 hat ein Gehäuse mit mehreren Ausbuchtungen 6, die jeweils zwischen zwei der inneren Querträger 2 eingreifen und in denen jeweils eine Gruppe von Zellen der Batterie 5 Platz findet.

In etwa parallel zu den Längsträgern 1 und beabstandet von diesen erstrecken sich Schweller 7 an beiden Seiten der Unterbaustruktur zwischen einem hinteren Radkasten 8 und einem nicht dargestellten vorderen Radkasten. Die Schweller 7 sind mit dem benachbarten Längsträger 1 über äußere Querträger 9 verbunden. Auch diese haben einen hutförmigen Querschnitt mit nach oben gekehrten Flanschen 4, die mit denen der Längsträger 1 und inneren Querträger 2 bündig sind, und eine geringere Höhe als die Längsträger 1. Längsträger 1 und Schweller 7 begrenzen somit einen in Fahrzeuglängsrichtung langgestreckten Zwischenraum.

Ein in diesem Zwischenraum untergebrachter Aufprallschutz 10 vermindert die Gefahr einer Beschädigung der Batterie 5 im Falle eines Seitenaufpralls, indem er die Aufprallenergie durch eigene Verformung aufnimmt und so die Menge an Energie erheblich reduziert, die den Längsträger 1 erreicht und diesen verformen könnte. Zusätzlichen Schutz bietet ein Zwischenraum 27 zwischen der Batterie 5 und den Längsträgern 1, in den ein Längsträger bei gleichzeitiger Stauchung der inneren Querträger 2 nachgeben kann, ohne dabei sofort gegen die Batterie 5 zu stoßen.

Fig. 2 zeigt den Aufprallschutz 10 für die linke Seite des Fahrzeugs, gesehen schräg von hinten von der Fahrzeuginnenseite her, Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den im Fahrzeug zwischen Schweller 7 und Längsträger 1 montierten Aufprallschutz 10, und Fig. 4 zeigt in dem Aufprallschutz verbaute Strukturbleche in der Anordnung in der sie im Aufprallschutz 10 verteilt sind. Wie insbesondere in Fig. 3 gut zu erkennen, umfasst der Aufprallschutz 10 mehrere zu Rollprofilelementen 11-14 rollgeformten Blechen zusammengesetzt und findet Platz zwischen einander auf gleicher Höhe gegenüberliegenden vertikalen Seitenwänden 17 der Längsträger 1 und 18 der Schweller 7.

Eines der Rollprofilelemente, als unteres Abschlussprofilelement 11 bezeichnet, hat einen treppenförmigen Querschnitt mit zwei vertikalen Wänden 11a, 11c, einer die vertikalen Wände 11a und 11c verbindenden horizontalen Wand 11b und einer horizontalen Wand 11d, die von einer Oberkante der Wand 11c bis unter den Längsträger 1 reicht. Ein unteres Rollprofilelement12 hat vier vertikale Wände 12a, c, e, g, diese verbindende horizontale Wände 12b, d, f und einen von der Wand 12 abgewinkelten Flansch 12h. Ein unterer Rand der vertikalen Wand 12a ist mit der Wand 11a verschweißt. Die Wände 11a-d, 12a-h erstrecken sich jeweils in Fahrzeuglängsrichtung. Die horizontale Wand 12d liegt auf der horizontalen Wand 11b auf, ein unterer Rand der vertikalen Wand 12e berührt die vertikale Wand 11c. Schweißnähte - die Profilelemente 11-14 sind untereinander laserverschweißt - erstrecken sich entlang der Wände 12d und/oder 11c. Die Wände 12a-c bilden einen nach unten offenen U-Profilabschnitt, der vor dem Zusammenbau der Profilelemente 11, 12 in Fahrzeugquerrichtung verformbar ist und dadurch in der Lage ist, deren Fertigungstoleranzen auszugleichen. Die Wände 12e-h bilden einen weiteren nach unten offenen U-Profilabschnitt. Auch dieser ist in der Lage, Fertigungstoleranzen auszugleichen, indem ein von einer Unterkante der Wand 12h abgewinkelter Flansch bei Bedarf gegen die Wand 11 d gezogen oder nach oben von ihr weggebogen wird. Durch Verschweißen der Rollprofilelemente 11, 12 aneinander werden zwei Hohlkammern 28a, 28c gebildet. Die äußere Hohlkammer 28a erstreckt sich über die gesamte Länge des Aufprallschutzes 10; die innere Hohlkammer 28c ist in Höhe einer Aussparung 19 unterbrochen.

Das obere Rollprofilelement 13 hat einen ähnlichen Querschnitt wie das untere, mit vertikalen Wänden 13a, c, e, g und diese verbindenden horizontalen Wänden 13b, d, f. Untere Ränder der Wände 13a, g sind jeweils mit oberen Rändern der Wände

12 a, g verschweißt. Die Wand 13d ist an ihren beiden Rändern mit den Wänden 12b und f verschweißt. So begrenzen das Rollprofilelement 13 und das untere Rollprofilelement 12 drei weitere Hohlkammern, eine mittlere Hohlkammer 28b zwischen den Hohlkammern 28a und 28c, die an drei Seiten vom unteren Rollprofilelement 12 begrenzt ist, und an drei Seiten vom oberen Rollprofilelement

13 begrenzte Hohlkammern 29a, 29c oberhalb der Hohlkammern 28a, 28c.

Das obere Abschlussprofilelement 14 hat einen L-förmigen Querschnitt mit einer horizontalen Wand 14a, die an der Wand 13b verschweißt ist, und einer vertikalen Wand, die an der Wand 13e verschweißt ist. Es begrenzt zusammen mit dem oberen Rollprofilelement 13 eine weitere Hohlkammer 29b. Die Höhe der diversen vertikalen Wände ist so bemessen, dass das untere Profilelement 12 im Zwischenraum zwischen Schweller 7 und Längsträger 1 unterhalb der äußeren Querträger 9 Platz findet. Das untere Profilelement 12 kann sich daher ununterbrochen über die gesamte Länge des Zwischenraums erstrecken. Das obere Profilelement 13, das obere Abschlussprofilelement 14 und die von ihnen begrenzten Hohlkammern 29a-c sind hingegen in Längsrichtung mehrfach unterbrochen, um Lücken 15 zu schaffen, die den äußeren Querträgern 9 Platz bieten.

Mehrere der Hohlkammern, hier die Hohlkammern 28a, 28c, 29a und 29c, enthalten wellenförmig gebogene Strukturbleche 30a-d. Fig. 4 zeigt die Strukturbleche in einer perspektivischen Ansicht, in der die sie umgebenden Rollprofilelemente 11-14 weggelassen sind. Die Strukturbleche 30a-d sind wellenförmig gebogen mit oberen Scheiteln 31, unteren Scheiteln 32 und die Scheitel 31, 32 verbindenden Schrägflächen 33. Die Schrägflächen 33 können sich wie gezeigt geradlinig zwischen den Scheiteln 31, 32 erstrecken, können aber auch wie die Scheitel 31, 32 um in Fahrzeugquerrichtung orientierte Achsen gebogen sein.

Im Falle der Strukturbleche 30a, 30b sind die oberen Scheitel 31 kontinuierlich gebogen, während die unteren Scheitel 32 zwischen zwei gebogenen Abschnitten jeweils einen kurzen geraden Abschnitt 34 aufweisen. Die geraden Abschnitte 34 sind vorgesehen, um auf der Wand 11b bzw. 11 d des unteren Abschlussprofils 11 verschweißt zu werden, bevor das untere Rollprofilelement 12 darübergestülpt und an dem unteren Abschlussprofil 11 verschweißt wird. In analoger Weise haben die Strukturbleche 30c, 30d jeweils gerade Abschnitte 34 in ihren oberen Scheiteln 31, die das Verschweißen an den Wänden 13b, 13f des oberen Rollprofilelements 13 erleichtern,

Die in den oberen Hohlkammern 29a, 29c verlaufenden Strukturbleche 30c, 30d sind in Höhe der Lücken 15 unterbrochen.

Die Breite der Strukturbleche kann entsprechend der Breite der sie aufnehmenden Hohlkammern variieren, wie in Fig. 4 insbesondere an den inneren Strukturblechen 30b, 30d zu erkennen ist, deren dem Betrachter zugewandter Teil in Anpassung an das Stützprofil 16 schmaler ist als der abgewandte Teil. Die Strukturbleche 30b, 30d können aus mehreren Stücken zusammengesetzt sein, die jeweils aus Blechstreifen unterschiedlicher Breite geformt sind.

Um den Aufprallschutz 10 in einen Zwischenraum einer existierenden Fahrzeugkonstruktion einzupassen, der nicht von vornherein konstruiert worden ist, um einen Aufprallschutz aufzunehmen, kann es notwendig sein, die Breite des Aufprallschutzes 10 über dessen Länge hinweg zu variieren. Eine solche variable Breite kann beim Rollformen der Profilelemente 11-14 nicht berücksichtigt werden; es müssen stattdessen Teile der Bleche vor oder nach dem Rollformen weggeschnitten werden, was dazu führt, dass wenigstens eine der außenliegenden vertikalen Wände wegfallen muss. Fig. 2 zeigt diesen Sachverhalt am dem Betrachter zugewandten Ende des Aufprallschutzes 10: um hier die Breite zu reduzieren, sind die Wände 12g, 13g komplett weggelassen, und die Breite der Wände 12f, 13f ist verringert. Um dennoch die nötige Steifigkeit zu erzielen, ist ein Stützprofil 16 eingefügt. Das Stützprofil 16 ist ebenfalls rollgeformt und umfasst horizontale Stege 16a, c, e, die jeweils an den Rändern der Wände 11 d, 12f und 13f verschweißt sind, und die Stege 16a, c, e verbindende vertikale Wände 16b, d. Durch das Stützprofil 16 sind die horizontalen Wände 11 d, 12f, 13f in der Vertikalen fixiert, so dass die Steifigkeit der Profilelemente 11 , 12, 13 trotz der fehlenden Wände bestehen bleibt.

An der Aussparung 19 sind die Wände 11 d, 12f, 13f komplett weggeschnitten, um Platz für einen seitlich an den Längsträger 1 angefügten Ausleger 20 zu bilden, an dem die Karosserie unterstützt und angehoben werden kann. Die Aussparung 19 kreuzt die Hohlkammern 28c, 29c und unterbricht die in ihnen verlaufenden Strukturbleche 30b, 30d.

Wie in Fig. 3 zu erkennen, umfasst der Schweller 7 wenigstens zwei oder drei zu einem Hohlprofil verbundene Bleche 21 , 22, 23 von relativ hoher Wandstärke, die von einer dünnwandigen, die Deformation bei einem Seitenaufprall eher wenig beeinflussenden Verschalung 24, 25 umgeben sind. Wenn der Schweller 7 bei einem Seitenaufprall zum Fahrzeuginnern hin ausgelenkt wird, trifft seine vertikale Seitenwand 18 gegen eine Seitenwand des Aufprallschutzes 10, hier die Wand 12a, und drängt den Aufprallschutz 10 gegen die Seitenwand 17 des Längsträgers 1. Da die Seitenwände 17, 18 gleich hoch und parallel zueinander liegen, wird der Aufprallschutz nicht in vertikaler Richtung verdrängt, sondern gemeinsam mit dem Schweller 7 gestaucht. So kann eine große Menge an Aufprallenergie absorbiert werden, bevor eine Seitwärtsauslenkung des Längsträgers 1 einsetzt, die diesen in Kontakt mit der Batterie bringen könnte. Das oben beschriebene Prinzip des Aufbaus des Aufprallschutzes kann abgewandelt werden, kann die Zahl der übereinandergestapelten Profilelemente und/oder die Zahl ihrer Wände variiert werden. In jedem Fall sollten die Abmessungen der Profilelemente so gewählt sein, dass die oberen horizontalen Wände eines der Profilelemente dicht unter den äußeren Querträgern verlaufen, so dass die oberhalb dieses einen Profilelements verlaufenden Profilelemente am Ort der äußeren Querträger komplett unterbrochen sein können, ohne dadurch den Aufprallschutz mehr als unbedingt nötig zu schwächen.

B e z u g s z e i c h e n

1 Längsträger

2 innerer Querträger 3 Rinne

4 Flansch

5 Batterie

6 Ausbuchtung

7 Schweller 8 hinterer Radkasten

9 äußerer Querträger

10 Aufprallschutz

11 (unteres Abschluss-)Profilelement 11a-d Wände des Profilelements 11 12 (unteres) Profilelement

12a-h Wände des Profilelements 12

13 (oberes) Profilelement 13a-g Wände des Profilelements 13

14 (oberes Abschluss-) Profilelement 14a-b Wände des Profilelements 14

15 Lücke

16 Stützprofil

16a-e Wände des Stützprofils

17 Seitenwand 18 Seitenwand

19 Aussparung

20 Ausleger

21 Blech

22 Blech 23 Blech

24 Verschalung

25 Verschalung

26 Bodenblech

27 Zwischenraum 28a-c Hohlkammer

29a-c Hohlkammer 30a-d Strukturblech

31 oberer Scheitel

32 unterer Scheitel

33 Schrägfläche 34 gerader Abschnitt