DE102012208499A1 - Fixing device for supporting traction battery, has battery container to receive traction battery, stop clamped by clamping element against fixing element that is attachable to vehicle, and contact surface between stop and fixing element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Fixieren einer wechselbaren Traktionsbatterie in einem unterbodenseitigen Bauraum eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Vorzugsweise unterstützt die Einrichtung ferner die Aufnahme eines unterbodenseitig in das Fahrzeug montierbaren Batterietrogs. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das für einen Batteriewechsel unter zur Hilfenahme der gattungsgemäßen Einrichtung ausgestattet ist.The invention relates to a device for fixing a replaceable traction battery in an underbody space of an electrically driven vehicle. Preferably, the device also supports the inclusion of a battery trough mounted in the vehicle on the underside of the vehicle. In addition, the invention relates to a vehicle that is equipped for a battery change with the help of the generic device.
Im Zuge der Verknappung fossiler Energieträger und verstärkter Schadstoffbelastung durch einen weltweit zunehmenden Individualverkehr gewinnt die Suche nach alternativen Antriebskonzepten zum Verbrennungsmotor an Bedeutung. So werden derzeit elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge als die Zukunft des Individualverkehrs gehandelt. Insbesondere dann, wenn die für den Betrieb der Elektrofahrzeuge eingesetzte Primärenergie regenerativer Art ist wie Sonne, Wind oder Gezeiten, kann eine deutliche Verbesserung der Ökobilanz des Individualverkehrs durch dessen Elektrifizierung erzielt werden.In the course of the scarcity of fossil fuels and increased pollutant pollution by an increasing individual traffic worldwide, the search for alternative drive concepts for internal combustion engines is gaining in importance. For example, electrically powered vehicles are currently being treated as the future of individual transport. In particular, if the primary energy used for the operation of the electric vehicles of regenerative nature such as sun, wind or tides, a significant improvement in the environmental performance of individual transport can be achieved by its electrification.
Einem flächendeckenden Einzug elektrisch betriebener Fahrzeuge stehen jedoch nach wie vor die hohen Kosten der zur Energiespeicherung benötigten Batterie entgegen sowie deren begrenzte Speicherkapazität und ihre im Vergleich zu einem Tankvorgang lange Ladedauer. Die derzeit verfügbare Batterietechnologie ermöglicht nicht die Energiedichte fossiler Brennstoffe, so dass die Reichweite rein elektrisch angetriebener Fahrzeuge nicht den Anforderungen vieler Verbraucher gerecht wird. Da das Laden der Batterie mehrere Stunden in Anspruch nehmen kann, eignet sich das Elektrofahrzeug nicht ohne Weiteres für den Langstreckenverkehr.However, a nationwide collection of electrically powered vehicles are still the high cost of the energy storage required battery and their limited storage capacity and their compared to a refueling long charging time. The currently available battery technology does not allow the energy density of fossil fuels, so that the range of purely electrically powered vehicles does not meet the needs of many consumers. Since charging the battery can take several hours, the electric vehicle is not easily suitable for long-distance travel.
Ein Ansatz zur Ertüchtigung elektrisch betriebener Fahrzeuge für den Langstreckenverkehr stellen jedoch Batteriewechselsysteme dar, wie sie beispielsweise aus
Bei einem solchen Modell erwirbt nicht der Fahrer die teure Traktionsbatterie, was die anfänglichen Investitionen für ein Elektrofahrzeug deutlich reduziert. Vielmehr ist beispielsweise der Betreiber der Wechselstation oder ein weiterer Serviceprovider Eigentümer der Batterie, der sich wiederum über entsprechende Nutzungsgebühren finanzieren kann.In such a model, the driver does not purchase the expensive traction battery, which significantly reduces the initial investment for an electric vehicle. Rather, for example, the operator of the changing station or another service provider owner of the battery, which in turn can finance through appropriate user fees.
Die Attraktivität einer derartigen Infrastruktur hängt entscheidend davon ab, ob es gelingt, ein Batteriewechselsystem zu vernünftigen Kosten verfügbar zu machen, welches einen zügigen Wechsel des Akkumulators vergleichbar mit einem heutigen Tankvorgang erlaubt. Hierbei gilt es, die mechanischen und elektrischen Schnittstellen zwischen Fahrzeug, Batterie und Wechselstation unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimal aufeinander abzustimmen.The attractiveness of such an infrastructure depends crucially on whether it makes it possible to make available a battery replacement system at a reasonable cost, which allows a rapid change of the accumulator comparable to a current refueling process. Here, it is important to coordinate the mechanical and electrical interfaces between the vehicle, battery and changeover station under optimal technical and economic aspects.
Aus der
Ist die Traktionsbatterie einmal im unterbodenseitigen Bauraum des Fahrzeugs eingebracht, muss sie dort sicher gehaltert werden. Auf das Fahrzeug wirkende Beschleunigungen bis zu 10 g dürfen nicht zu einem Verrutschen der Traktionsbatterie im unterbodenseitigen Bauraum des Fahrzeugs führen. Jegliches Verrutschen der bis zu 500 kg schweren Traktionsbatterie kann sich negativ auf die Fahrstabilität auswirken und somit die Fahrsicherheit reduzieren.Once the traction battery has been installed in the compartment-side space of the vehicle, it must be securely held there. Accelerations of up to 10 g acting on the vehicle must not lead to the traction battery slipping in the compartment-side space of the vehicle. Any slippage of the up to 500 kg traction battery can have a negative effect on the driving stability and thus reduce driving safety.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichere Halterung von wechselbaren Traktionsbatterien in elektrisch betriebenen Fahrzeugen zu gewährleisten.The invention has for its object to ensure a secure mounting of removable traction batteries in electrically powered vehicles.
Diese Aufgabe wird durch eine Fixiereinrichtung zur Halterung einer Traktionsbatterie in einem unterbodenseitigen Bauraum eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by a fixing device for mounting a traction battery in an underbody space of an electrically driven vehicle with the features according to
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Fixiereinrichtung umfasst zunächst einen Batterietrog zur Aufnahme der Traktionsbatterie, ein Verspannelement und einen Anschlag. Ferner umfasst die Fixiereinrichtung ein Fixierelement, das mit dem Verspannelement gegen den Anschlag verspannbar ist. Wahlweise kann hierbei besagtes Fixierelement am Batterietrog befestigt sein, während das Verspannelement und der Anschlag am Fahrzeug befestigbar sind oder alternativ das Verspannelement und der Anschlag am Batterietrog befestigt sein, während das Fixierelement am Fahrzeug befestigbar ist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Anschlag und dem Fixierelement im verspannten Zustand eine rändelartig ausgebildete Kontaktfläche angeordnet. Besagte rändelartige Kontaktfläche kann in vorteilhafter Ausführung der Erfindung am Anschlag oder alternativ am Fixierelement angeordnet sein.The fixing device according to the invention initially comprises a battery tray for receiving the traction battery, a clamping element and a stop. Furthermore, the fixing device comprises a fixing element which can be clamped with the clamping element against the stop. Optionally, in this case, said fixing on the battery tray be fastened while the bracing element and the stop on the vehicle can be fastened or alternatively the bracing element and the stopper are attached to the battery tray, while the fixing element is fastened to the vehicle. According to the invention, a knurl-like contact surface is arranged between the stop and the fixing element in the clamped state. Said knurl-like contact surface can be arranged in an advantageous embodiment of the invention at the stop or alternatively on the fixing element.
Die rändelartige Kontaktfläche ist derart gestaltet, dass sich dessen Spitzen in die ihr gegenüberliegende weitere Kontaktfläche im verspannten Zustand leicht eingraben und somit einen Mikroverzahnungseffekt bewirken. Besagter Verzahnungseffekt ergänzt den reibschlüssigen Kontakt zwischen dem Verspannungselement, dem Fixierelement und dem Anschlag durch einen weiteren Formschlusskontakt. Hierdurch wird die Querhaltefähigkeit des gesamten Systems deutlich erhöht. Vorzugsweise ist die rändelartige Kontur durch einander kreuzende Rillen geprägt. Diese bewirken eine formschlüssige Sicherung gegen Verrutschen innerhalb der gesamten horizontalen Ebene.The knurl-like contact surface is designed such that its tips easily dig into the opposing further contact surface in the clamped state and thus cause a micro-toothing effect. Said toothing effect complements the frictional contact between the bracing element, the fixing element and the stop by another positive contact. As a result, the Querhaltefähigkeit the entire system is significantly increased. Preferably, the knurled contour is characterized by intersecting grooves. These cause a positive securing against slipping within the entire horizontal plane.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht die rändelartige Kontaktfläche aus einem gehärteten Werkstoff, während eine mit der rändelartigen Kontaktfläche im verspannten Zustand in Berührung stehende weitere Kontaktfläche aus einem ungehärteten Werkstoff besteht. Hierdurch wird erreicht, dass sich die von der rändelartigen Kontaktfläche geprägte Mikroverzahnung in die weichere gegenüberliegende Kontaktfläche eingraben kann, um so einen Mikroformschluss zu bilden. Dadurch, dass die rändelartige Kontaktfläche gehärtet ist, bleibt ihre Struktur auch nach mehreren Traktionsbatteriewechseln erhalten und wird auch nicht durch die während der Fahrt anliegenden Beschleunigungskräfte in nennenswertem Maße verschlissen.In an advantageous embodiment of the invention, the knurl-like contact surface made of a hardened material, while standing with the knurl-like contact surface in the clamped state in contact further contact surface made of an uncured material. This ensures that the embossed by the knurl-like contact surface micro-toothing can dig into the softer opposite contact surface, so as to form a microforming. Due to the fact that the knurled contact surface is hardened, its structure is retained even after several traction battery changes and is not significantly worn by the acceleration forces applied during the drive.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung ist das Verspannelement als Hebel ausgebildet. Hierbei kann in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das Fixierelement als Bolzen ausgebildet sein. Vorzugsweise sind vier der besagten Bolzen an vier verschiedenen Stellen des Batterietroges befestigt. Zweckmäßigerweise befinden sich diese vier Stellen an zwei gegenüberliegenden Seiten des Batterietroges. An der Karosserie des Fahrzeugs befinden sich in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung an entsprechenden Stellen Verspannelemente, insbesondere in Form von Hebeln, die mit den als Bolzen ausgebildeten Fixierelementen zum Anheben und Fixieren der Traktionsbatterie wechselwirken.In an advantageous embodiment of the fixing device according to the invention, the bracing element is designed as a lever. In this case, in a further advantageous embodiment of the invention, the fixing element may be formed as a bolt. Preferably, four of said bolts are attached at four different locations on the battery trough. Conveniently, these four locations are located on two opposite sides of the battery tray. On the body of the vehicle are in a further advantageous embodiment of the invention at appropriate points bracing, in particular in the form of levers, which interact with the bolt formed as fixing elements for lifting and fixing the traction battery.
Besagte Bolzen sind vorteilhafterweise oberflächenglatt ausgebildet, sodass sie mit üblichen Herstellungsverfahren wie Drehen, Ziehen oder Pressen sehr einfach hergestellt werden können. Ein insbesondere ebenfalls oberflächenglatt ausgeführter Hebel presst zum Fixieren der Traktionsbatterie den Bolzen gegen den Anschlag, der in vorteilhafter Ausführung der Erfindung besagte rändelartige Kontaktfläche aufweist. Diese rändelartige Kontur, die insbesondere durch ein spanloses Fertigungsverfahren, wie Rollieren oder Pressen, hergestellt werden kann, frisst sich demnach in die zunächst oberflächenglatte Fläche des Bolzens ein und stellt somit den gewünschten Formschluss dar.Said bolts are advantageously smooth surface, so they can be made very easily with conventional manufacturing processes such as turning, pulling or pressing. A particularly also smooth surface running lever presses to fix the traction battery, the bolt against the stop, which has said knurled contact surface in an advantageous embodiment of the invention. This knurl-like contour, which can be produced in particular by a non-cutting manufacturing process, such as rolling or pressing, thus eats into the initially surface-smooth surface of the bolt and thus represents the desired form fit.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann auch das Fixierelement, insbesondere der Bolzen, oberflächenstrukturiert ausgebildet sein. Vorzugsweise ist eine solche Oberflächenstruktur des Bolzens gehärtet ausgebildet und frisst sich beim Verspannen gegen den Anschlag in den nunmehr glatten und insbesondere ungehärteten Anschlag hinein.In an alternative embodiment of the invention, the fixing element, in particular the bolt, may also be formed surface-structured. Preferably, such a surface structure of the bolt is hardened and eats against the stop in the now smooth and in particular uncured stop when tightening.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Fixiereinrichtung ferner eine Spindel mit einem Spindelkopf, über den ein Antriebsmoment von einem Aktuator auf die Spindel übertragbar ist, und eine mit der Spindel formschlüssig verbundene, in Richtung der Spindelachse bewegliche und drehfest gelagerte Gewindemutter. Ein Kraftarm des Hebels ist hierbei mit der Gewindemutter unmittelbar derart verbunden, dass eine Bewegung der Gewindemutter in Richtung der Spindelachse eine Schwenkbewegung des Hebels um seinen Angelpunkt bewirkt. Insbesondere dann, wenn das Fixierelement als Bolzen ausgebildet ist, wandert dieses beim Verspannen entlang der Hebelfläche bis zu dem Punkt, an dem es den Anschlag erreicht hat. Besagtes Wandern des Fixierelementes, insbesondere des Bolzens, entlang der Hebelfläche wird vorteilhafterweise dadurch erleichtert, dass sich die rändelartige Struktur am Anschlag und nicht am Bolzen befindet. Bei einer Ausbildung der rändelartigen Struktur am Bolzen wäre eine umlaufende Rändelverzahnung hinderlich bezüglich der oben beschriebenen Hebelkinematik. Es wären hierbei nur noch umlaufende Rillen zweckmäßig, die in die Richtung ausgebildet sind, in die der Bolzen entlang der Hebelfläche beim Anheben der Batterie wandert. Dadurch würde jedoch ein zusätzlicher Halt in axialer Richtung des Fahrzeugs durch Formschluss unmöglich. Dementsprechend ist eine Ausbildung der Erfindung vorzuziehen, bei der die Rändelstruktur am Anschlag ausgebildet ist, während der Bolzen oberflächenglatt ausgeführt ist.In an advantageous embodiment of the invention, the fixing device further comprises a spindle with a spindle head, via which a drive torque from an actuator to the spindle is transferable, and a form-locking connected to the spindle, movable in the direction of the spindle axis and rotatably mounted threaded nut. A force arm of the lever is in this case directly connected to the threaded nut such that a movement of the threaded nut in the direction of the spindle axis causes a pivotal movement of the lever about its pivot point. In particular, when the fixing element is designed as a bolt, this moves during bracing along the lever surface to the point where it has reached the stop. Said wandering of the fixing element, in particular of the bolt, along the lever surface is advantageously facilitated by the fact that the knurl-like structure is located at the stop and not at the bolt. In a design of the knurl-like structure on the bolt a circumferential knurling would be a hindrance to the above-described lever kinematics. It would be expedient here only circumferential grooves, which are formed in the direction in which the bolt moves along the lever surface when lifting the battery. However, this would make an additional stop in the axial direction of the vehicle by positive engagement impossible. Accordingly, an embodiment of the invention is preferred in which the knurled structure is formed on the stop, while the bolt is made smooth surface.
Auch ist es möglich und von der Erfindung umfasst, in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sowohl das Fixierelement, insbesondere dem Bolzen, als auch den Anschlag mit einer rändelartigen Struktur auszubilden. Hierbei ist es vorteilhaft, beide Teile zumindest an deren Berührungsoberfläche gehärtet auszuführen, um die Ausbildung von Glättungseffekten zu verzögern.It is also possible and of the invention comprises, in a further advantageous embodiment, both the fixing element, in particular the bolt, as well as the stop with a knurled To train structure. In this case, it is advantageous to make both parts hardened, at least on their contact surface, in order to delay the formation of smoothing effects.
Ferner ist auch eine Ausbildung der Rändelstruktur an der Anhebefläche des Verspannungselementes, insbesondere des Hebels, prinzipiell denkbar. Im Hinblick auf die Seitensteifigkeit der Anordnung ist jedoch auch hier eine Ausbildung der Rändelverzahnung am Anschlag vorzuziehen.Furthermore, a design of the knurled structure on the lifting surface of the bracing element, in particular of the lever, in principle conceivable. In view of the lateral rigidity of the arrangement, however, a formation of the knurling on the stop is also preferable here.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.In the following the invention with reference to the embodiments illustrated in the figures will be described and explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Die Aktoren
Durch Drehen der Spindel ziehen mit der Spindel trieblich gekoppelte Hebel den Batterietrog
Eine detaillierte Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in den nachfolgenden Figuren dargestellt.A detailed representation of an advantageous embodiment of the device according to the invention is shown in the following figures.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet.For identical or equivalent elements of the invention, identical reference numerals are used.
Die Fixiereinrichtung umfasst im Wesentlichen ein Verspannelement mit einem Hebel
Die Drehbewegung der Spindel
Zum sicheren Haltern der Traktionsbatterie, die bis zu 500 kg wiegen kann, sind bei einem reinen Kraftschluss enorme Mindestzustellkräfte notwendig. Bei einer rein kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Hebel
Derartig hohe Klemmkräfte sind in dem üblicherweise begrenzten Bauraum unterhalb des Fahrzeugs nur schwer zu erreichen. Daher wird, wie in den
So zeigt
In der vergrößerten Darstellung nach
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Batterietrogbattery tray
- 22
- unterbodenseitiger Bauraumbottom side installation space
- 33
- Aktoractuator
- 44
- DurchgangslöcherThrough holes
- 55
- Spindelspindle
- 66
- Hebellever
- 7 7
- AufnahmenRecordings
- 88th
- Führungsbolzenguide pins
- 99
- BuchseRifle
- 1010
- Steckerplug
- 1111
- Fixierelementefixing
- 1212
- Anschlagattack
- 1313
- Gewindemutterthreaded nut
- 1414
- rändelartige Kontaktflächeknurled contact surface
- 1515
- WerkzeugschnittstelleTool interface
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2009082957 A1 [0004] US 2009082957 A1 [0004]
- US 20100071979 A1 [0007] US 20100071979 A1 [0007]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140217 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140217 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20150407 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |