Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US 9,045,030 B2 ist bereits ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem an einer Un terseite eines Bodens einer Karosserie ein Gehäuse mit einem Deckel angeordnet ist. In dem Gehäuse sind Energiespeicher, wie beispielsweise Batterien, angeordnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem an einer Unter seite einer Bodengruppe des Kraftfahrzeuges ein Gehäuse für Energiespeicher so angeordnet ist, dass die Schwingungen der Bodengruppe reduziert sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist eine Karosserie mit einer Fahrgastzelle auf, die eine Bodenstruktur umfasst. An einer Unterseite der Bodenstruktur ist eine Gehäusestruktur für Energiespeicher befestigt. Die Gehäusestruktur ist ein geschlos senes Behältnis, das ein wannenförmiges Bauteil und einen zum wannenförmigen Bauteil beabstandeten Deckel aufweist. Das wannenförmige Bauteil weist beispiels weise umlaufende Seitenwände und einen an den Seitenwänden angeordneten Bo den auf.

In einem Zwischenraum zwischen der Unterseite des Bodens und einer Außenfläche des Deckels der Gehäusestruktur ist mindestens ein Dämpfungs-Bauteil angeordnet, das unter Vorspannung in dem Zwischenraum zwischen dem Deckel der Gehäu sestruktur und dem Boden eingebaut ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Dämpfungs-Bauteil eine gezielt gestal tete Elastomer-Feder, deren Materialeigenschaft unter dynamischer Belastung eine dynamische Verhärtung aufweist, so dass die Steifigkeit unter dynamischer Belas tung ab einer Frequenz von größer 0,1 Hz um einen dynamischen Verhärtungsfaktor, der größer als 2 ist, größer ist, als die statische Steifigkeit, die unter quasi-statischer Belastung, wie im Montagefall, vorhanden ist. Die Eigenschaft einer dynamischen Verhärtung der Elastomer-Feder bewirkt, dass die Steifigkeit unter dynamischer Belastung höher ist als unter quasi-statischer Belas tung. Dadurch ergibt sich im quasi-statischen Belastungsfall, wie beim quasi statischen Montagefall, dass eine niedrigere Kraft zur Kompression des Dämpfungs- Bauteils erforderlich ist. Unter dynamischer Belastung, bei einer Frequenzbeauf schlagung größer als 0,1 Hz, kommt es zu einer dynamischen Verhärtung, die auf grund der erhöhten Steifigkeit eine Schwingungsreduktion bewirkt.

Die dynamische Verhärtung weist in einer vorteilhaften Ausführungsform im Fre quenzbereich von 0,1 bis 100 Hz einen dynamischen Verhärtungsfaktor auf, der in einem Bereich von 2 bis 30 liegt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Dämpfungs-Bauteil ein Elastomer- Bauteil, dessen Material-Eigenschaften einen Dämpfungsfaktor von mindestens 0,2 im Frequenzbereich von 0,1 bis 800 Hz aufweist.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Dämpfungs-Bauteil ein Elastomer-Bauteil, dessen Materialeigenschaft einen Dämpfungsfaktor von mindes tens 0,7 im Frequenzbereich von 0,1 -100 Hz aufweist.

Das Dämpfungs-Bauteil ist vorteilhafterweise durch die Befestigung der Gehäu sestruktur an den Karosserie-Boden auf eine vorbestimmte Höhe komprimiert. Die Bauteil-Höhe ist von verschiedenen Parametern abhängig. Zu diesen Parametern gehört die Toleranzsituation zwischen der Unterseite des Bodens und der Außenflä che des Deckels der Gehäusestruktur. Die vorhandenen Toleranzen sind teilweise herstellungsbedingt. Ferner sind Toleranzen für die Montage erforderlich.

Die Bauteil-Höhe ist zusätzlich von einer Schwingungsamplitude abhängig, die an dem Anbringungsort des Dämpfungs-Bauteils unterhalb des Bodens bei einer Fahrt des Kraftfahrzeuges und der damit verbundenen Anregung des Bodens auftritt.

Das Dämpfungs-Bauteil ist in einer vorteilhaften Ausführungsform an der Außenflä che des Deckels der Gehäusestruktur des Energiespeichers und/ oder an der Unter seite des Bodens verklebt. Das Dämpfungs-Bauteil deckt vorteilhafterweise mindestens 0,1 bis 90 Prozent der

Außenfläche an der Unterseite des Bodens ab.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines Bodens einer Karosserie, der an seinen beiden Seitenrändern an den Seitenschwellern befestigt ist,

Figur 2 eine bei einer entsprechenden Anregung des Bodens der Karosserie entstehende Eigenschwingungsform, die sich bauchförmig nach oben und bauchförmig nach unten von einer neutralen Mittellinie zwischen den beiden befestigten Seitenenden bewegt,

Figur 3 eine Querschnittsansicht eines Dämpfungs-Bauteils im neutralen Zu stand, das eine nach oben zeigende konkave Form entsprechend der nach oben zeigenden Schwingungsform in der Figur 2 aufweist,

Figur 4 eine Querschnittsansicht des in der Figur 1 gezeigten Bodens, eines an der Unterseite des Bodens in einem zusammengedrückten Zustand be findlichen, in der Figur 3 gezeigten Dämpfungs-Bauteiles und einer un terhalb des Dämpfungs-Bauteils angeordneten Gehäusestruktur, die an Längsträgern des Bodens befestigt ist,

Figur 5 eine Draufsicht auf eine Oberseite der Gehäusestruktur, auf dem an schwingungsrelevanten Stellen großflächige Dämpfungsbauteile ange ordnet sind,

Figur 6 eine Querschnittsansicht von vorne auf die in der Figur 5 gezeigte Ge häusestruktur mit den darauf angeordneten Dämpfungs-Bauteilen,

Figur 7 eine Ansicht von oben auf die Oberseite der Gehäusestruktur auf der ein einziges großflächiges Dämpfungsbauteil mit einem Querschnitt entsprechend der Figur 3 angeordnet ist, Figur 8 eine Querschnittsansicht der in der Figur 7 gezeigten Ausführungsform, bei der das Dämpfungsbauteil einen Querschnitt aufweist, der sich aus einem rechteckförmigen Querschnitt und aus einem kreissegmentförmi gen Querschnitt zusammensetzt, und

Figur 9 ein Diagramm, wobei auf der linken Ordinatenachse der dynamische

Versteifungsfaktor, auf der rechten Ordinatenachse der Dämpfungsfak tor und auf der Abszissenachse die Frequenz aufgetragen ist.

Die Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Bodens 3 einer nicht weiter dargestell ten Karosserie 2 eines Kraftfahrzeuges 1. Der Boden 3 ist an seinen beiden Seiten rändern 1 a und 1 b über in der Figur 4 dargestellte Seitenschweller oder Längsträger 18, 19 und darüber befindliche Seitenrahmen einer Fahrgastzelle der Karosserie 2 im Prinzip fest eingespannt.

Der Boden 3 des Kraftfahrzeuges 1 ist ein schwingfähiges System, das beispielswei se die in der Figur 2 gezeigte Eigenschwingungsform 4 hat. Die Eigenschwingungs form 4 weist einen nach oben schwingenden bauchförmigen oder konvexen Ab schnitt 5 und einen nach unten schwingenden, bauchförmigen konkaven Abschnitt 6 auf. Der konvexe Abschnitt 5 und der konkave Abschnitt 6 haben jeweils die gleiche maximale Schwingungsamplitude as, 6. In der Figur 2 ist in einer gestrichelten Linie 3a der neutrale, nichtschwingende Zustand des Bodens 3 dargestellt.

In der Figur 3 ist ein Querschnitt eines Dämpfungsbauteiles 7 aus einer Elastomer- Feder in einem neutralen, d.h. nicht vorgespannten Zustand 25 dargestellt. Die Elastomer-Feder weist im statischen, nicht vorgespannten Zustand 25 ohne Schwin gungsbeaufschlagung eine lineare Feder-Kennlinie auf.

Die Elastomer-Feder ist ein dreidimensionaler Körper, der beispielsweise ein Hohl körper oder ein Vollkörper oder eine Kombination von Beidem sein kann.

Die Elastomer-Feder kann aus den Vulkanisaten von Naturkautschuk oder syntheti sche Kautschuken bestehen. Das Dämpfungsbauteil 7 ist aus einem unteren rechteckförmigen Abschnitt 8 und ei nem oberen kreissegmentförmigen Abschnitt 9 zusammengesetzt. Das Dämpfungs bauteil 7 weist eine Gesamthöhe zi auf. Eine durchgezogene Trennungslinie 10 mar kiert den Übergang zwischen den beiden Abschnitten 8 und 9.

Der kreissegmentförmige Abschnitt 9 ist in der Figur 3 an seinen beiden Enden 11 a und 1 1 b mit einer punktierten Umrisslinie ergänzt. Der um die punktierte Umrisslinie vergrößerte kreissegmentförmige Abschnitt 9 entspricht dem kreissegmentförmigen konvexen Abschnitt 5 der Figur 2 mit einer Segmenthöhe zs, 6 entsprechend der ma ximalen Schwingungsamplitude as, e

Der kreissegmentförmige Abschnitt 9 weist eine Segmenthöhe Z9 auf, die geringer ist als die maximale Schwingungsamplitude as, e des konvexen Abschnittes 5 der Figur 2. Der rechteckförmige Abschnitt 8 weist eine Höhe zs auf.

Die Figur 4 zeigt einen Boden oder eine Bodenstruktur 3 eines Kraftfahrzeuges 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Karosserie 2 mit einer nicht dargestellten Fahrgast zelle auf. Die Fahrgastzelle wird an gegenüberliegenden Seiten durch Seitenrahmen begrenzt, die an ihrem jeweiligen unteren Ende jeweils einen Seitenschweller mit ei nem integrierten oder separaten Längsträger aufweisen.

An einer Außenfläche 12a einer Unterseite 12 der Bodenstruktur 3 ist eine Gehäu sestruktur 13 für einen Energiespeicher 14 befestigt. Die Gehäusestruktur 13 ist ein geschlossenes Behältnis aus einem wannenförmigen Bauteil 22 und einem Deckel 16. Das wannenförmige Bauteil 22 weist umlaufende Seitenwände und einen an den Seitenwänden angeordneten Boden auf.

Der Deckel 16 ist zum Boden 22a des wannenförmigen Bauteils 22 unter Bildung ei nes Hohlraumes beabstandet. In dem Hohlraum der Gehäusestruktur 13 sind Ener giespeicher 14 in Form von Batterien und gegebenenfalls in Form eines Kraftstoffbe hälters angeordnet. In einem Zwischenraum 28 zwischen der Unterseite 12 des Bodens 3 der Karosserie 2 des Kraftfahrzeuges 1 und einer Außenfläche 15 des Deckels 16 der Gehäu sestruktur 13 ist ein Dämpfungs-Bauteil 7 angeordnet.

Die Montage des Dämpfungs-Bauteils 7 und der Gehäusestruktur 13 erfolgt in einer Ausführungsform so, dass zunächst das Dämpfungs-Bauteil 7 am Boden 3 angeord net wird und anschließend die Gehäusestruktur 13 am Dämpfungs-Bauteil 7 positio niert wird. In einer anderen Ausführungsform wird das Dämpfungs-Bauteil 7 zunächst an der Gehäusestruktur 13 angeordnet und anschließend wird die Gehäusestruktur 13 mit dem Dämpfungs-Bauteil 7 am Boden 3 positioniert.

Danach erfolgt die Befestigung der Gehäusestruktur 13 beispielsweise über eine Schraubverbindung 23 an jeweils einen seitlichen Längsträger oder einem Seiten schweller 18, 19, der am jeweiligen Außenrand 20, 21 des Bodens 3 jeweils ausge bildet ist.

Bei der Befestigung der Gehäusestruktur 13 am Boden 3 wird das Dämpfungs- Bauteil 7 um einen Betrag z zusammengedrückt, der in der gezeigten Ausführungs form bei z 5, e liegt, d.h. der maximalen Schwingungsamplitude a 5,6 der Fig. 2. Das Dämpfungsbauteil 7 weist im vorgespannten Zustand 17 der Fig.4 eine Flöhe Z7, 17 auf.

Das Dämpfungs-Bauteil 7 ist im mittleren Bereich stärker verdichtet als an den Randbereichen. Bei einer Schwingung des Bodens 3 nach oben folgt der verdichtete Bereich des Dämpfungs-Bauteils 7 dem dazu gegenüberliegenden Bereich des Bo- des 3, so beim Zurückschwingen des Bodens 3 der Boden 3 durch das Dämpfungs- Bauteil 7 gebremst wird.

Durch die Vorspannung des Dämpfungs-Bauteils 7, 24a bis 24d, 26 findet auch ein Ausgleich der Toleranzen statt, die aufgrund von Montage- und Fierstellprozessen vorliegen.

Das Maß der Vorspannung des Dämpfung-Bauteils 7 ist von mehreren Parametern abhängig. Zur Durchführung der Montage der Gehäusestruktur 13 und des Dämp- fungs-Bauteils 7 an den Boden 3 und die Befestigung 23 der Gehäusestruktur 13 am Boden 13 ist ein Montagespiel von S13 erforderlich. Beispielsweise liegt das Monta gespiel bei 2mm < S13 ^ 6mm.

Hinzu kommt eine Bauteiltoleranz t3, 13 des Bodens 3 und/oder der Gehäusestruktur 13, die beispielsweise bei -3mm < t3, 13 < 3mm liegt.

Eine mögliche maximale Schwingungsamplitude a des Bodens 3 liegt beispielsweise bei -1 mm < a3 ^ 1 mm. Durch die Berücksichtigung des Montagespiels S13, der Ferti gungstoleranz t3, 13 und der maximalen Schwingungsamplitude amax ergeben sich die minimale und die maximale Dehnung des vorgespannten Dämpfungs-Bauteils 7.

Der Kraftfluss zwischen der Außenfläche 15 der Gehäusestruktur 13 und der Außen fläche 12a an der Unterseite 12 des Bodens 3 und dem dazwischen angeordneten, vorgespannten Dämpfungs-Bauteil 7 ist somit über die Materialeigenschaft und geo metrische Gestaltung in jeglicher Toleranzsituation gesichert.

Das Dämpfungs-Bauteil 7 ist in einer Ausführungsform eine Elastomer-Feder. Der Werkstoff des Dämpfungs-Bauteils 7 verfügt über hohe Dämpfungseigenschaften, ist geometrisch an die zu dämpfende Form des Bodens 3 und der Gehäusestruktur 13 des Energiespeichers 14 anpassbar und kann bis zu 70% vorgespannt bzw. kompri miert werden.

Durch die Befestigung 23 der Gehäusestruktur 13 beispielsweise über eine Ver schraubung an die jeweiligen Seitenschweller oder Längsträger 18 oder 19 erfolgt die Verspannung des Dämpfungs-Bauteils.

In einer Ausführungsform ist das Dämpfungs-Bauteil 7 an der Außenfläche 12a der Unterseite 12 des Bodens 3 und/oder an der Außenfläche 15 der Oberseite 1 6 der Gehäusestruktur 16 verklebt.

Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform, bei der partiell an der Oberseite 1 6 der Gehäusestruktur 13 einzelne Dämpfungs-Bauteile 24a, 24b, 24c und 24d an Stellen angeordnet sind, an denen der Boden 3 eine höhere Schwingungsamplitude a aufweist. In der Ansicht von vorne in der Figur 6 befinden sich die Dämpfungsbauteile 24a bis 24d im entspannten Zustand 25. Durch die unterschiedlichen Höhen der in der Figur 6 gezeigten Dämpfungs-Bauteile 24a bis 24d ist eine unterschiedliche Schwingungs dämpfung möglich.

In den Figuren 7 und 8 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt, bei der ein großflä chiges Dämpfungs-Bauteil 26 an der Oberseite 1 6 der Gehäusestruktur 13 angeord net ist. Das Dämpfungs-Bauteil 26 befindet sich in den Figuren 7 und 8 im entspann ten Zustand 25.

Die Figur 9 zeigt ein Diagramm, wobei auf der linken Ordinatenachse der dynami sche Versteifungsfaktor, auf der rechten Ordinatenachse der Dämpfungsfaktor und auf der Abszissenachse die Frequenz aufgetragen ist.

Die Kennwerte eines Werkstoffes mit einer geringeren dynamischen Versteifung sind auf einer aus kleinen Quadraten zusammengesetzten unteren Kurve Vunten über der Frequenz aufgetragen und die Kennwerte eines Werkstoffes mit einer dynamischen Hochversteifung sind auf einer aus kleinen Quadraten zusammengesetzten oberen Kurve Voben über der Frequenz aufgetragen.

Bei der unteren Kurve Vunten steigt der dynamische Versteifungsfaktor von einem Wert„1“ bei einer geringen Frequenz von ca. 0,1 Hz auf einen Wert von ca.„1 ,2“ bei einer Frequenz von ca. 35 Hz.

Bei der oberen Kurve Voben steigt der dynamische Versteifungsfaktor von einem Wert „1“ bei einer geringen Frequenz von ca. 0,1 Hz auf einen Wert von ca.„8,5“ bei einer Frequenz von ca. 35 Hz.

Das Dämpfungs-Bauteil 7, 24, 26 ist ein Elastomer-Bauteil dessen Materialeigen schaften eine dynamische Verhärtung aufweist, so dass die Steifigkeit unter dynami scher Belastung höher ist als unter quasi-statischer Belastung. Dadurch ergibt sich im quasi-statischen Montagefall eine niedrigere Kraft zur Kompression des Dämp fungs-Bauteils, wohingegen im dynamischen Auslegungsfall zur Schwingungsreduk tion eine erhöhte Steifigkeit wirkt. In der Figur 9 ist ferner eine untere Kurve Dunten in einer durchgezogenen Linie für ein Dämpfungs-Bauteil dargestellt, dessen Materialeigenschaften einen Dämpfungsfak tor zwischen 0,1 und 0,2 im Frequenzbereich von 0,1 bis 50 Hz aufweist.

Ferner ist in der Figur 9 eine obere Kurve Doben in einer durchgezogenen Linie für ein Dämpfungs-Bauteil dargestellt, dessen Materialeigenschaften einen Dämpfungsfak tor von mindestens 0,7 im Frequenzbereich von 0,1 bis 50 Hz aufweist.

Die Dämpfungs-Bauteile werden beispielsweise auf die Querstruktur des Gehäuses des Energiespeichers und/ oder an der Unterseite des Bodens verklebt. Der Energie speicher ist beispielsweise ein Hochvoltspeicher.

Durch die Verwendung der oben genannten Dämpfungs-Bauteile zu dem genannten Zweck wird die Akustik und der Schwingungskomfort in einem mit einer Batterie be triebenen Fahrzeug (oder BEV, d.h. Battery Electric Vehicle) gesteigert, ohne dass Nachteile während des Montageprozesses entstehen.

Das Dämpfungs-Bauteil ist als ein Elastomer-Bauteil ausgebildet und dient zur Ver spannung zwischen dem Energiespeicher, einem Hochvoltspeicher, und der Karos serie, wobei das als Elastomer-Bauteil ausgebildete Dämpfungs-Bauteil die Eigen schaft einer dynamischen Verhärtung aufweist.

Diese Materialeigenschaft beschreibt den Effekt einer Versteifung von Material bei dynamischer Belastung (z.B. bei 40 Hz) gegenüber einer quasi-statischen Steifigkeit. Diese Materialeigenschaft ist in diesem Anwendungsfall vorteilhaft.

Die Effektivität der vorgespannten, erfindungsgemäßen Elastomer-Feder hinsichtlich Schwingungsdämpfung und Strukturdynamik des Energiespeicher-Karosserie- Verbunds kann durch eine gezielte Gestaltung der dynamischen Verhärtung der er findungsgemäßen Elastomer-Feder deutlich gesteigert werden, ohne dass aufgrund einer Verspannung in der quasi-statischen Montage Nachteile für den Energiespei- cher-Karosserie-Verbund auftreten.