Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugboden mit einer Trägerstruktur, einer Bodenstruktur und einer Energiespeicherstruktur, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Fahrzeugboden.

Aus der US 9,045,030 B2 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem an einer Unterseite eines Bodens einer Karosserie ein Gehäuse mit einem Deckel angeordnet ist. In dem Gehäuse sind Batterien für eine elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs angeordnet.

Zur Vermeidung ungewünschter akustischer Effekte im Fährbetrieb eines solchen Kraftfahrzeugs kann für eine derartige, als Flachspeicher ausgebildete Energiespeicherstruktur in einem Fahrzeugboden eine Mittenanbindung erforderlich sein. Dadurch kann das schwingungskritische Karosserie-Bodenblech mit dem steifen Hochvoltspeicher gekoppelt und dadurch das Gesamtsystem akustisch wie gewünscht verstimmt werden. Dabei ist entscheidend, sowohl den Anbindungsbereich maximal steif auszuführen als auch die durch die Mittenanbindung auf die Karosserie eingeleiteten Kräfte großflächig zu verteilen, um Spannungsspitzen abzubauen.

Aus der WO 2019/121077 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie bekannt, bei dem die Karosserie eine Fahrgastzelle umfasst, wobei die Fahrgastzelle eine Bodenstruktur aufweist, und wobei bei an einer Unterseite der Bodenstruktur eine Gehäusestruktur für Energiespeicher befestigt ist. Die Gehäusestruktur ist ein geschlossenes Behältnis, das ein wannenförmiges Bauteil und einen zum wannenförmigen Bauteil beabstandeten Deckel aufweist, wobei in einem Zwischenraum zwischen der Unterseite des Bodens und einer Außenfläche des Deckels der Gehäusestruktur mindestens ein Dämpfungsbauteil angeordnet ist, das unter Vorspannung in dem Zwischenraum zwischen dem Deckel der Gehäusestruktur und dem Boden eingebaut ist. Das Dämpfungs-Bauteil ist ein komprimierbarer Schaum, wo- bei der komprimierbare Schaum ein Elastomerschaum ist, dessen Materialeigenschaften unter dynamischer Belastung eine dynamische Verhärtung aufweist, sodass die Steifigkeit unter dynamischer Belastung ab einer Schwellenwert-Frequenz um einen dynamischen Verhärtungsfaktor größer ist, als die Steifigkeit, die unter quasi-statischer Belastung, wie zum Beispiel im Montagefall, vorhanden ist.

Durch eine Mittenanbindung wird eine verhältnismäßig hohe Flächenpressung auf das relativ dünne, Karosserie-Bodenblech aufgebracht, insbesondere bei hochfrequenten Lastfällen, sprich bei schneller und/oder unebener Fahrt. Dabei besteht die Gefahr, die Materialfestigkeit des Karosserie-Bodenblechs zu überschreiten und dadurch das Karosserie-Bodenblech plastisch zu verformen, sodass in ungünstigen Fällen sogar ein Einreißen zu befürchten ist. Darüber hinaus sind Karosserie- Bodenbleche häufig großflächig und damit schwingungskritisch. Um die Mittenanbindung zwischen der Energiespeicherstruktur und dem Fahrzeugboden der Fahrzeugkarosserie akustisch möglichst gut ausnutzen zu können, sollte der Anbindungsbereich karosserieseitig möglichst steif ausgeführt sein.

Ein Ansatz, die Steifigkeit des Karosserie-Bodenblechs einfach durch eine Aufdickung des Bodenblechs zu erhöhen, führt allerdings zu einer massiven Gewichtsmehrung in einer Größenordnung von zwischen einem und vier Kilogramm, sodass dies in modernen Leichtbau-optimierten Kraftfahrzeugen keine vorteilhafte Option ist.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Fahrzeugboden eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Fahrzeugboden mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einem Aspekt wird ein Fahrzeugboden angegeben, aufweisend zumindest: (i) eine Trägerstruktur mit mehreren Trägem, insbesondere Längsträgern und/oder Querträgern, zur Aufnahme von Lasten aus dem Fährbetrieb und/oder dem Gewicht von Fahrzeugkomponenten und -insassen.

(ii) eine Bodenstruktur mit wenigstens einem Bodenblech zum Abschluss einer Fahrgastzelle gegenüber der Umgebung, wobei insbesondere das Bodenblech zwischen zwei oder mehr Trägem der Trägerstruktur angeordnet ist, um den Zwischenraum zwischen den Träger ganz oder teilweise zu schließen.

(iii) eine Energiespeicherstruktur, die an einer Unterseite der Trägerstruktur und/oder der Bodenstruktur befestigt, insbesondere verschraubt oder verschweißt, ist, sodass sich die Energiespeicherstruktur über wenigstens eine Abstützanordnung, insbesondere ein Elastomerelement, an einem Abstützbereich des Bodenblechs, insbesondere unter Aufbringen einer Druck(-Spann-)kraft, beispielsweise mittels einer Verschraubung oder einer Verschweißung, abstützt.

Im Abstützbereich ist (iv) ein, insbesondere zusätzliches, Versteifungselement an dem Bodenblech angeordnet.

Unter einem Fahrzeugboden ist vorliegend insbesondere ein unterer Bereich einer Fahrzeugkarosserie zu verstehen, wobei die Fahrzeugkarosserie insbesondere eine Trägerstruktur mit Trägem und eine Verkleidungsstruktur mit Verkleidungsblechen aufweist, wobei die Bodenstruktur insbesondere ein Teil dieser Verkleidungsstruktur ist. Zudem weist die Fahrzeugkarosserie vorliegend die am Fahrzeugboden befestigte Energiespeicherstruktur auf.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebsmaschine, d.h. insbesondere ein rein batterie-elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (BEV) oder ein Hybridfahrzeug mit Verbrennungsmotor und batteriebetriebener E-Maschine betriebenes Kraftfahrzeug (z.B. PHEV), bereitgestellt, das einen Fahrzeugboden gemäß einer Ausführung der Erfindung aufweist. Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, dass über ein zusätzliches Karosseriebauteil, das - gemäß einer Ausführung durch Schweißpunkte - insbesondere auf das Bodenblech im Bereich der Mittenanbindung aufgebracht wird, zum Einen die eingeleitete Kraft großflächig verteilt und die lokale Belastung des Karosserie-Bodenblechs reduziert wird, und zum Anderen das schwingungskritische, weil großflächige Karosserie-Bodenblech versteift wird.

Durch die Anbindung des zusätzlichen Karosseriebauteils gemäß einer Ausführung an vorhandenen Quer- und/oder Längsträgerstrukturen sowie durch den Aufbau eines zusätzlichen Profilquerschnitts mit dem Versteifungselement gemäß einer Ausführung lässt sich die Steifigkeit deutlich erhöhen. Somit stellt das Versteifungselement einen wichtigen Bestandteil des akustischen Gesamtkonzepts der Mittenanbindung dar.

Bei einem beispielhaften Fahrzeugboden wird das Versteifungselement mit jeweils 10 bis 20 Schweißpunkten auf das Bodenblech im Bereich der Mittenanbindung aufgepunktet. Die Wandstärke die Werkstoffgüte der Blechbauteile ist gemäß einer Ausführung dahingehend optimiert, dass die Gewichtsbelastung im Fahrzeug minimal ist und gleichzeitig eine plastische Verformung bei der Montage des Hochvolt-Speichers verhindert wird. Bei diesem Fahrzeugboden hat sich als Optimum der Wandstärke des Versteifungselements ca. 1 ,5mm bei einer Ausführung als Stahlblech, insbesondere mit dem Werkstoff CR460LA-GI50/50-U, herausgestellt.

Ein vorderer Flansch des Versteifungselements ist gemäß einer Ausführung an den hinteren Sitzquerträger, die beiden seitlichen Flansche einmal an die Längsträger einer Verlängerung des Motorträgers sowie an die Konsole des Getriebeträgers angebunden; die beiden seitlichen Flansch an die Längsträger einer Verlängerung des Motorträgers sowie an die Konsole des Getriebeträgers. Ein Profilquerschnitt des als zusätzliches Blech ausgeführten Versteifungselements weist eine Erstreckung in Fahrzeughochrichtung von gut 5 mm auf. Der Fahrzeugboden ist gemäß einer Ausführung Teil einer Fahrzeugkarosserie, die insbesondere eine Fahrgastzelle abgrenzt. An einer Unterseite des Fahrzeugbodens ist gemäß einer Ausführung die Energiespeicherstruktur befestigt. Die Energiespeicherstruktur ist insbesondere dazu eingerichtet, Energiespeicher aufzunehmen und weist gemäß einer Ausführung eine Gehäusestruktur im Sinne eines geschlossenen Behältnisses auf, das typischerweise ein wannenförmiges Bauteil aufweist.

Das wannenförmige Bauteil weist beispielsweise umlaufende Seitenwände und einen an den Seitenwänden angeordneten Boden auf. Zudem weist gemäß einer Ausführung die Energiespeicherstruktur einen Speicherdeckel auf, der den Innenraum des wannenförmigen Bauteils abdeckt.

Gemäß einer Ausführung ist in einem Zwischenraum zwischen der Unterseite der Bodenstruktur, insbesondere einem Bodenblech, und einer Außenfläche des Deckels der Gehäusestruktur mindestens eine, insbesondere mit einem Dämpfungsbauteil wie beispielsweise einem Elastomerelement ausgebildete, Abstützanordnung angeordnet, um eine Mittenanbindung zu realisieren.

Die Abstützanordnung ist gemäß einer Ausführung unter einer Vorspannung in dem Zwischenraum zwischen der Gehäusestruktur und der Bodenstruktur eingebaut. Dies kann insbesondere durch eine Schraubverbindung oder durch eine Verschweißung der Gehäusestruktur mit der Bodenstruktur bei vorgespannter Abstützanordnung erreicht werden.

Das Dämpfungsbauteil ist gemäß einer Ausführung ein Elastomerelement, insbesondere ein komprimierbarer Schaum. Vorteilhafterweise ist der komprimierbare Schaum des Dämpfungsbauteils ein Elastomerschaum, dessen Materialeigenschaften gemäß einer Ausführung unter dynamischer Belastung eine dynamische Verhärtung aufweist, so dass die Steifigkeit unter dynamischer Belastung ab einer Frequenz von größer 0,1 Hz um einen dynamischen Verhärtungsfaktor, der insbesondere größer als zwei ist, größer ist, als die statische Steifigkeit, die unter quasi-statischer Belastung, wie im Montagefall, vorhanden ist. Eine solches Dämpfungsbauteil an sich ist beispielsweise in WO 2019/121077 A1 gezeigt. Dort offenbarte Dämpfungsbauteile können als Abstützanordnung, insbesondere als Elastomerelement, gemäß einer Ausführung bei der Umsetzung der Erfindung verwendet werden.

Die Eigenschaft einer dynamischen Verhärtung des komprimierbaren Schaums des Dämpfungs-Bauteils bewirkt, dass die Steifigkeit unter dynamischer Belastung höher ist als unter quasi-statischer Belastung. Dadurch ergibt sich im quasistatischen Belastungsfall, wie beim quasi-statischen Montagefall, dass eine niedrigere Kraft zur Kompression des Dämpfungs-Bauteils erforderlich ist. Unter dynamischer Belastung, bei einer Frequenzbeaufschlagung größer als 0,1 Hz, kommt es zu einer dynamischen Verhärtung, die aufgrund der erhöhten Steifigkeit eine Schwingungsreduktion bewirkt.

Gemäß einer Ausführung stützt sich das Versteifungselement an der Trägerstruktur und/oder an dem Bodenblech ab. Dadurch wird eine, insbesondere speziell auf die Krafteinleitung durch die Abstützanordnung abgestimmte Versteifung des Bodenblechs erreicht.

Gemäß einer Ausführung ist das Versteifungselement ein Blech, insbesondere mit einer Wandstärke von 1 bis 3 Millimeter (mm), beispielsweise von 1 ,5 mm. Damit wird ein Zielkonflikt zwischen der Versteifung und dem daraus resultierenden, zusätzlichen Gewicht optimiert aufgelöst.

Gemäß einer Ausführung ist das Versteifungselement ein, insbesondere bezüglich einer Fahrzeughochrichtung, insbesondere mit 3 bis 20 mm, beispielsweise 5 mm, Hocherstreckung, profiliertes Blech, insbesondere mit einer Profilierung. Dadurch kann die Versteifungswirkung insbesondere bezüglich einer Krafteinleitung durch die Abstützanordnung in Fahrzeughochrichtung (welches in den meisten Anwendungsbeispielen die Hauptrichtung der Krafteinleitung darstellt) vergrößert werden. Gemäß einer alternativen Ausführung ist das Versteifungselement ein Träger, insbesondere ein Träger der Trägeranordnung. Dies kann beispielsweise vorgesehen sein, wenn sich aus der Fahrzeugkonfiguration ergibt, dass die Mittenanbindung im Bereich eines ohnehin vorhandenen Trägers vorgesehen ist. In diesem Fall ist der Träger dann speziell dazu eingerichtet, insbesondere verstärkt, um die einzuleitenden Kräfte aufzunehmen.

Gemäß einer Ausführung ist der Abstützbereich bezüglich einer Fahrzeuglängsrichtung beabstandet von allen Querträgern der Trägerstruktur, d.h. insbesondere, dass sich die Erstreckung des Trägers einerseits und andererseits des Abstützelements in Fahrzeuglängsrichtung nicht überschneiden. Dadurch kann der Angriffspunkt für die Mittenanbindung frei gewählt werden.

Gemäß einer Ausführung ist das Versteifungselement an einem oder zwei Längs- trägern und/oder an ein oder zwei Querträgern der Trägerstruktur befestigt. Gemäß einer Ausführung ist das Versteifungselement zusätzlich oder alternativ an dem Bodenblech befestigt. Dadurch wird der Kraftfluss bei der Versteifung des Fahrzeugbodens sichergestellt.

Gemäß einer Ausführung ist das Versteifungselement zur Befestigung an der T rä- gerstruktur und/oder der Bodenstruktur verschweißt, insbesondere punktverschweißt. Insbesondere ist das Versteifungselement an einem hinteren Sitzquerträger und/oder an einem Längsträger, insbesondere in Verlängerung, des Motorträgers und/oder an einer Konsole eines Getriebeträgers befestigt. Dies ermöglicht eine zuverlässige und dauerfeste Anbindung bei geringem zusätzlichem Gewichtseintrag.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Fahrzeugbodens gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer perspektivischen Schrägansicht. Fig. 2 zeigt den Fahrzeugboden in einer Draufsicht auf die Zeichenebene der Figur 1 (vergleiche Schnitt B - B).

Fig. 3 zeigt den Fahrzeugboden in einer Schnittansicht senkrecht zur Zeichenebene der Figur 1 am Schnitt C - C.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Fahrzeugbodens 1 eines darüber hinaus nicht dargestellten Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine, welche mit batteriebasierten Energiespeicherzellen angetrieben werden kann.

Der Fahrzeugboden 1 weist eine Trägerstruktur 2 mit mehreren Trägem 3, 4, 5 zur Aufnahme von Lasten aus dem Fährbetrieb auf. Beispielhaft dargestellt ist ein hinterer Sitzquerträger 3, ein Verlängerungsträger 4 eines darüber hinaus nicht dargestellten Motorträgers das Kraftfahrzeugs sowie ein Konsolenträger 5 eines darüber hinaus nicht dargestellten Getriebeträgers.

Ferner weist der Fahrzeugboden 1 eine Bodenstruktur 6 mit wenigstens einem Bodenblech 7 zum Abschluss einer bezüglich einer Fahrzeughochrichtung z oberhalb der Bodenstruktur 6 angeordneten Fahrgastzelle gegenüber einer Umgebung des Kraftfahrzeugs. Das Bodenblech 7 ist zwischen den Trägem 3, 4 und 5 angeordnet, um den Zwischenraum zwischen den Träger zu schließen.

Jeder Träger 3, 4 und 5 weist jeweils einen dem Bodenblech 7 zugewandten Flansch 3.1 , 4.1 bzw. 5.1 auf. Im Ausführungsbeispiel ist das Bodenblech 7 an den Flanschen 3.1 , 4.1 und 5.1 mit dem jeweiligen Träger 3, 4 bzw. 5 punktverschweißt verbunden.

Der Fahrzeugboden 1 weist zudem eine Energiespeicherstruktur 8 auf, die bezüglich einer Fahrzeughochrichtung z an einer Unterseite der Trägerstruktur 2 und der Bodenstruktur 6 mittels nicht dargestellter Schraubverbindungen befestigt ist. Die Energiespeicherstruktur 8 stützt sich über eine Abstützanordnung 9, die im Ausführungsbeispiel mit zwei Elastomerelementen 9.1 und 9.2 ausgebildet ist, an einem Abstützbereich 7.1 des Bodenblechs 7 ab.

Durch die Schraubverbindung zwischen der Energiespeicherstruktur 8 einerseits und andererseits der Trägerstruktur 2 bzw. der Bodenstruktur 6 ist eine Druckkraft F auf die Elastomerelemente 9.1 und 9.2 aufgebracht, über die sich ein mittiger Bereich der Energiespeicherstruktur 8 an dem Bodenblech 7 abstützt.

Um die dabei - insbesondere im Fährbetrieb - auftretenden Kraftspitzen zuverlässig und ohne plastische Verformung des Bodenblechs 7 aufnehmen zu können, ist in dem Abstützbereich 7.1 des Bodenblechs 7 ein Versteifungselement 10 an dem Bodenblech 7 angeordnet.

Das Versteifungselement 10 ist auf einer der Fahrgastzelle zugewandten Seite des Bodenblechs 7 angeordnet und stützt sich an den Flanschen 3.1 , 4.1 und 5.1 der Trägerstruktur 2 sowie und/oder an dem Bodenblech 7 an einer Berührstelle 10.1 selbst ab.

Im Ausführungsbeispiel ist das Versteifungselement 10 ein Blech mit einer Wandstärke von 1 ,5 mm und weist eine Profilierung P mit einer Hocherstreckung H von ca. 5 mm auf.

Der Abstützbereich 7.1 ist bezüglich einer Fahrzeuglängsrichtung x und einer Fahrzeugquerrichtung y beabstandet von allen Trägem 3, 4 und 5 der Trägerstruktur.

Das Versteifungselement 10 ist über die Flansche 3.1 , 4.1 und 5.1 an den Trägem 3, 4 und 5 mittels Schweißpunkten 11 punktverschweißt. An dem Bodenblech 7 stützt sich das Versteifungselement 10 mittig im Sinne einer Mittenanbindung ab, um mittels der Abstützanordnung 9 eingebrachte Druckkräfte F aufnehmen und im Kraftfluss ableiten zu können. BEZUGSZEICHENLISTE

1 Fahrzeugboden

2 T rägerstruktur

3 Sitzquerträger

3.1 Flansch

4 Verlängerungsträger

4.1 Flansch

5 Konsolenträger

5.1 Flansch

6 Bodenstruktur

7 Bodenblech

7.1 Abstützbereich des Bodenblechs

8 Energiespeicherstruktur

9 Abstützanordnung

9.1 , 9.2 Elastomerelemente

10 Versteifungselement

10.1 Berührstelle

11 Schweißpunkte

F Druckkraft

H Hocherstreckung des profilierten Versteifungselements

P Profilierung x Fahrzeuglängsrichtung y Fahrzeugquerrichtung z Fahrzeughochrichtung