Title:
Schubfeld für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Herstellen eines Schubfelds für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Schubfeld (24) für ein Fahrwerk (32) eines Kraftfahrzeugs (10), innerhalb welchem eine Sekundärspule (12) eines induktiven Energieübertragungssystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (18) des Kraftfahrzeugs (10) aufgenommen ist, wobei das Schubfeld (24) wenigstens teilweise aus zumindest einem faserverstärkten Kunststoff (28, 30, 34) besteht, in welchen die Sekundärspule (12) eingebettet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines Schubfelds (24) für ein Fahrwerk (32) eines Kraftfahrzeugs (10).




Inventors:
Bui, Hoang Viet (80933, München, DE)
Glanzer, Michael (80336, München, DE)
Jecmenjak, Jurij (85748, Garching, DE)
Keller, David, Dr. (80638, München, DE)
Application Number:
DE102016212592A
Publication Date:
01/11/2018
Filing Date:
07/11/2016
Assignee:
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft, 80809 (DE)
Domestic Patent References:
DE102015208834A1N/A2016-12-01
DE102014206739A1N/A2015-10-08
DE102013226830A1N/A2015-06-25
DE102013205017A1N/A2014-09-25



Claims:
1. Schubfeld (24) für ein Fahrwerk (32) eines Kraftfahrzeugs (10), innerhalb welchem eine Sekundärspule (12) eines induktiven Energieübertragungssystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (18) des Kraftfahrzeugs (10) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubfeld (24) wenigstens teilweise aus zumindest einem faserverstärkten Kunststoff (28, 30, 34) besteht, in welchen die Sekundärspule (12) eingebettet ist.

2. Schubfeld (24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Schubfeld (24) aus dem zumindest einen faserverstärkten Kunststoff (28, 30) oder weiteren faserverstärkten Kunstoffen (28, 30) besteht.

3. Schubfeld (24) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubfeld (24) eine unterhalb von der Sekundärspule (12) angeordnete Schubfeldunterseite (30) aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff und eine Schubfeldoberseite (28) aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff umfasst.

4. Schubfeld (24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubfeld (24) eine Metallstruktur mit einer Öffnung aufweist, innerhalb welcher die Sekundärspule (12) angeordnet und mittels eines faserverstärkten Kunststoffs (34) an die Metallstruktur angespritzt ist.

5. Schubfeld (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (12) von einem glasfaserverstärkten Kunststoff (26) ummantelt ist.

6. Schubfeld (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem faserverstärkten Kunststoff (26, 28, 30, 34) oder bei den faserverstärkten Kunststoffen (26, 28, 30, 34) um kurzfaserverstärkte oder endlosfaserverstärkte Kunststoffe handelt.

7. Schubfeld (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubfeld (24) lokale Verstärkungen aus Endlosfaserpatches, Tapes und/oder Organoblechen aufweist.

8. Schubfeld (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sekundärspule (12) gehörende Elektronik außerhalb vom Schubfeld (24) angeordnet oder ebenfalls mit ins Schubfeld (24) integriert ist.

9. Kraftfahrzeug (10) mit einem Schubfeld (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

10. Verfahren zum Herstellen eines Schubfelds (24) für ein Fahrwerk (32) eines Kraftfahrzeugs (10), bei welchem eine Sekundärspule (12) eines induktiven Energieübertragungssystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (18) des Kraftfahrzeugs (10) in das Schubfeld (24) integriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubfeld (24) wenigstens teilweise aus zumindest einem faserverstärkten Kunststoff (28, 30, 34) hergestellt und die Sekundärspule (12) in den faserverstärkten Kunststoff (28, 30, 34) eingebettet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubfeld (24) vollständig aus dem zumindest einen faserverstärkten Kunststoff (28, 30, 34) hergestellt wird, welches entweder in Form von faserverstärkten Halbzeugen bereitgestellt und mit Harz umspritzt oder als faserverstärkte Formmasse bereitgestellt und durch Spritzpressen hergestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen des Schubfelds (24) aus einem metallischen Schubfeld eine Öffnung herausgetrennt und anschließend die Sekundärspule (12) in der Öffnung angeordnet und mit dem zumindest einen faserverstärkten Kunststoff (34) an das restliche metallische Schubfeld angespritzt wird.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Schubfeld für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zum Herstellen eines Schubfelds für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Schubfeld.

Allgemein handelt es sich bei dem Schubfeld um eine Komponente zur Versteifung eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise zur Versteifung eines Vorderwagens eines Kraftfahrzeugs. Derartige Schubfelder werden beispielsweise im Bereich eines Faherwerks eines Kraftfahrzeugs befestigt, um diese zu versteifen.

Darüber hinaus ist es an sich bekannt, induktive Ladevorrichtungen zum Laden von elektrischen Energiespeichern von Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei Hybridfahrzeugen oder reinen Elektrofahrzeugen, vorzusehen. Um derartige elektrische Energiespeicher von Kraftfahrzeugen induktiv laden zu können, sind in derartigen Kraftfahrzeugen üblicherweise sogenannte Sekundärspulen angeordnet, in denen durch stationär angeordnete Primärspulen Wirbelströme erzeugt werden können, um so den betreffenden Energiespeicher des Kraftfahrzeugs aufzuladen.

Die DE 10 2014 206 739 A1 zeigt ein gattungsgemäßes Schubfeld für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, innerhalb welchem eine Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs aufgenommen ist. Die DE 10 2014 206 739 A1 schlägt dabei vor, das Schubfeld aus Aluminium herzustellen, um eine wunschgemäße Versteifungswirkung durch das Schubfeld erzielen zu können.

Es ist also an sich bekannt, Schubfelder aus Metallwerkstoffen herzustellen. Dabei wird die Sekundärspule als separates Bauteil in derartige Schubfelder eingesetzt. In der Regel sind dafür separate Verschraubungspunkte vorzusehen, an welchen die Sekundärspule angesetzt werden kann.

Bei einer derartigen Vorgehensweise sind eine Vielzahl von Fertigungsschritten notwendig, um die Sekundärspule einzusetzen. Auch müssen konstruktiv entsprechende Anbindungspunkte im Schubfeld vorgesehen werden. Diese benötigen relativ viel Bauraum und müssen aufgrund des relativ hohen Gewichts der Sekundärspule konstruktiv abgestützt werden, wobei sich das Gewicht und der Materialbedarf des Schubfelds dadurch weiter erhöhen. Häufig sind auch zusätzliche Abdeckungen erforderlich, um die Sekundärspule vor Beschädigungen zu bewahren, insbesondere durch Fremdeinwirkung beim Befahren von Schlechtwegstrecken oder durch Spritzwasser.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher eine Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs auf besonders einfache und robuste Weise in ein Schubfeld für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs integriert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Schubfeld für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Schubfelds mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Innerhalb des erfindungsgemäßen Schubfelds für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs ist eine Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs aufgenommen. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Schubfeld um eine Komponente zur Versteifung des Kraftfahrzeugs im Bereich des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs bzw. um eine Komponente zur Versteifung des Kraftfahrzeugs im Bereich eines Fahrgestells des Kraftfahrzeugs.

Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Schubfeld wenigstens teilweise aus zumindest einem faserverstärkten Kunststoff besteht, in welchen die Sekundärspule eingebettet ist. Es ist also erfindungsgemäß vorgesehen, dass die als induktive Ladeeinheit für das Kraftfahrzeug dienende Sekundärspule in das Schubfeld, welches wenigstens teilweise aus zumindest einem faserverstärkten Kunststoff besteht, eingebettet ist. Dadurch können aufwendige Schritte bei der Konstruktion und Fertigung für die Anbindung der Sekundärspule am Schubfeld entfallen.

Anbindungspunkte und Ausformungen, insbesondere beim Schubfeld, können eingespart werden, wodurch sich das Gewicht und somit auch die Materialkosten für das Schubfeld erheblich verringern. Zudem werden ansonsten erforderliche Montageprozesse und Produktionsschritte durch die Integration der Sekundärspule in das Schubfeld vermieden. Insbesondere ist es auch vorgesehen, dass sowohl die Sekundärspule als auch das Schubfeld als solches belastungsgerecht ausgelegt und entsprechend der im Betrieb auftretenden Belastungen angepasst und verstärkt sind. Durch die Integration der Sekundärspule in das Schubfeld wird die Spule zudem durch das Schubfeldmaterial vor äußeren Einflüssen und vor Beschädigungen geschützt. Zudem ist es mittels der erfindungsgemäßen Lösung möglich, den notwendigen Bauraum bei gleichbleibendem Spulenabstand zwischen dem Boden und dem Kraftfahrzeug besonders gering zu wählen. Dabei sind die Bauraumanforderungen in manchen Situationen ausschlaggebend für den Einsatz von induktiven Ladeeinheiten im Kraftfahrzeug.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das gesamte Schubfeld aus dem zumindest einen faserverstärkten Kunststoff oder weiteren faserverstärkten Kunststoffen besteht. Dadurch kann das gesamte Schubfeld besonders belastungsgerecht ausgelegt werden, beispielsweise indem jeweilige Faserorientierungen des faserverstärkten Kunststoffs entsprechend der zu erwartenden Lastpfade ausgerichtet werden. Dadurch lässt sich ein besonders leichtes Schubfeld erzeugen. Ferner ist es bei einem vollständig aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellten Schubfeld auf besonders einfache Weise möglich, während der Herstellung des Schubfelds die Sekundärspule direkt im Schubfeld zu integrieren. Dabei kann die Sekundärspule besonders belastungsgerecht innerhalb des Schubfelds angeordnet werden, das heißt, die Sekundärspule kann so positioniert werden, dass während des Betriebs besonders geringe Spannungen an der Sekundärspule selbst auftreten, da diese vom Schubfeld aufgenommen werden. Zugspannungen werden dabei vor allem durch die Faseranteile des Schubfelds und Druckspannungen durch die entsprechende Matrix des Schubfelds aufgenommen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Schubfeld eine unterhalb von der Sekundärspule angeordnete Schubfeldunterseite aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff und eine Schubfeldoberseite aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff umfasst. Der Vorteil bei dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Sekundärspule dadurch zum einen von unten durch die glasfaserverstärkte Kunststoffschicht verstärkt und die Sekundärspule und innerhalb des Schubfelds eingeschlossen wird. Der Vorteil von glasfaserverstärktem Kunststoff liegt zum anderen darin, dass dieses den induktiven Ladevorgang wenig bis überhaupt nicht beeinträchtigt. Daher wird die Schubfeldunterseite aus dem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt, da in dieser Richtung sich die stationäre Primärspule befindet, falls der elektrische Energiespeicher des Kraftfahrzeugs induktiv aufgeladen werden soll. In allen anderen Richtungen kann der kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff oder auch ein aus anderen Fasern verstärkter Kunststoff eingesetzt werden, um das Schubfeld besonders effektiv zu verstärken und die integrierte Sekundärspule schützend zu ummanteln.

Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Schubfeld eine Metallstruktur mit einer Öffnung aufweist, innerhalb welcher die Sekundärspule angeordnet und mittels eines faserverstärkten Kunststoffs an die Metallstruktur angespritzt ist. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn in ein herkömmliches aus Metall hergestelltes Schubfeld nachträglich die Sekundärspule integriert wird. Aus einem ursprünglich metallischen Schubfeld wird also eine Öffnung herausgetrennt, in welcher die Sekundärspule angeordnet und mittels eines faserverstärkten Kunststoffs an die restliche metallische Schubfeldstruktur angespritzt wird. Mit anderen Worten handelt es sich also bei dieser bevorzugten Ausführungsform um eine Art Hybridschubfeld aus einer Metallstruktur und induktiver Sekundärspule mit umspritzter bzw. angespritzter Verbindung aus einem faserverstärkten Kunststoff.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Sekundärspule von einem glasfaserverstärkten Kunststoff ummantelt ist. Mit anderen Worten bildet also ein glasfaserverstärkter Kunststoff ein Gehäuse, innerhalb welchem die Sekundärspule vorzugsweise vollständig gekapselt aufgenommen ist. Der das Gehäuse für die Sekundärspule bildende glasfaserverstärkte Kunststoff kann seinerseits dann wiederum in das eigentliche Schubfeld integriert sein. Dadurch wird die Sekundärspule besonders gut vor äußeren Einflüssen geschützt und kann insbesondere während des Herstellungsprozesses des Schubfelds auf besonders einfache Weise in dieses integriert werden, ohne gegebenenfalls empfindliche Bestandteile der Sekundärspule zu beschädigen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem faserverstärkten Kunststoff oder bei den faserverstärkten Kunststoffen um kurzfaserverstärkte oder endlosfaserverstärkte Kunststoffe handelt. Entsprechend bieten sich auch unterschiedliche Herstellverfahren an, sodass bei kurzfaserverstärkten Kunststoffen beispielsweise Spritzgussverfahren bzw. sogenannte Sheet Molding Compound Verfahren Anwendung finden können. Dabei können beispielsweise teigige plattenförmige Pressmassen aus duroplastischen Reaktionsharzen und Glasfasern zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden verwendet werden. Beim Sheet Molding Compund Verfahren liegen alle notwendigen Komponenten bereits vollständig vorgemischt, also fertig zur Bearbeitung, vor. Beispielsweise werden Polyester- oder Vinylesterharze verwendet. Die Verstärkungsfasern liegen dabei in Matten – selten in Gewebeform – vor, deren typische Faserlänge beträgt dabei üblicherweise 25 bis 50 mm. Bei endlosfaserverstärkten Kunststoffen können beispielsweise Nasspressverfahren, Resin Transfer Verfahren oder auch vergleichbare Verfahren angewendet werden. Beispielsweise können Faserverbundkomponenten aus Duroplasten mit Endlosfaserverstärkungen verwendet werden. Um das Schubfeld besonders belastungsgerecht auszulegen, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Schubfeld zudem noch lokale Verstärkungen aus Endlosfaserpatches, Tapes und/oder Organoblechen aufweist. Je nach am Schubfeld auftretenden Belastungen bzw. durch das Schubfeld aufzunehmende Belastungen können entsprechende faserverstärkte Verstärkungen lokal vorgesehen werden, um das Schubfeld besonders belastungsgerecht und somit auch leichtgewichtig auszulegen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zur Sekundärspule gehörende Elektronik außerhalb vom Schubfeld angeordnet oder ebenfalls mit ins Schubfeld integriert ist. Je nach Größe des Schubfelds und dadurch resultierenden Bauraumbedingungen ist es somit möglich, nur die Sekundärspule als solche in das Schubfeld zu integrieren oder auch noch zusätzliche elektronische Komponenten der Sekundärspule ebenfalls noch mit in das Schubfeld zu integrieren. Sofern von den Bauraumbedingungen her möglich, kann also die zur Sekundärspule gehörende Elektronik ebenfalls vom Schubfeld umschlossen und dadurch besonders gut geschützt werden. Darüber hinaus kann in diesem Fall die zur Sekundärspule gehörende Elektronik besonders kompakt im Kraftfahrzeug untergebracht werden.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst das erfindungsgemäße Schubfeld oder eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schubfelds.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Schubfelds für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs wird eine Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs in das Schubfeld integriert. Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Schubfeld wenigstens teilweise aus zumindest einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt und die Sekundärspule in den faserverstärkten Kunststoff eingebettet wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schubfelds sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen. Es ist also erfindungsgemäß vorgesehen, während der Herstellung des Schubfelds selbst schon die Sekundärspule direkt in das Schubfeld zu integrieren. Insbesondere können Anbindungspunkte und Ausformungen innerhalb des Schubfelds eingespart werden, wenn die Sekundärspule direkt während der Herstellung des Schubfelds in dieses integriert wird. Mittels einer Anpassung der Sekundärspule und des Schubfelds sind Leistungssteigerungen bei der Übertragung, genauer bei der Energieübertragung zwischen Sekundärspule und Primärspule, möglich. Dadurch sind auch Verbesserungen des Wirkungsgrades bzw. eine Erhöhung der übertragbaren Leistung erzielbar.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Schubfeld vollständig aus dem zumindest einen faserverstärkten Kunststoff hergestellt wird, welcher entweder in Form von faserverstärkten Halbzeugen bereitgestellt und mit Harz umspritzt oder als faserverstärkte Formmasse bereitgestellt und durch Spritzpressen hergestellt wird. Bei der Verwendung von faserverstärkten Halbzeugen können diese beispielsweise gemeinsam mit der Sekundärspule in ein entsprechend dafür ausgelegtes Werkzeug eingelegt werden, wonach ein Harz in das Werkzeug initiiert wird. In einem einzigen Fertigungsschritt kann dadurch das Schubfeld mit der darin integrierten Sekundärspule hergestellt werden. Genauso ist es auch möglich, die Sekundärspule zunächst in ein dafür geeignetes Werkzeug einzulegen und die faserverstärkte Formmasse in das Werkzeug einzuspritzen, in Folge dessen ebenfalls in einem einzigen Verfahrensschritt das Schubfeld mit der darin integrierten bzw. eingebetteten Sekundärspule hergestellt werden kann.

Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zum Herstellen des Schubfelds aus einem metallischen Schubfeld eine Öffnung herausgetrennt und anschließend die Sekundärspule in der Öffnung angeordnet und mit dem zumindest einen faserverstärkten Kunststoff an das restliche metallische Schubfeld angespritzt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn bei einem Kraftfahrzeug in einem bestehenden metallischen Schubfeld nachträglich die Sekundärspule nachgerüstet werden soll. In dem Fall kann durch Heraustrennen eines Teils des metallischen Schubfelds eine Öffnung bereitgestellt werden, in welcher die Sekundärspule Platz findet.

Die Sekundärspule kann dabei entweder direkt in der Öffnung eingesetzt und mit dem faserverstärkten Kunststoff an das restliche metallische Schubfeld angespritzt werden oder die Sekundärspule wird zunächst beispielsweise mit Lagen aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff ummantelt bzw. gekapselt und anschließend erst in die hergestellte Öffnung des Schubfelds eingesetzt und dann mit dem faserverstärkten Kunststoff an das restliche metallische Schubfeld angespritzt. Auf diese Weise kann auf einfache Weise ein Hybridschubfeld aus Metallstruktur und Sekundärspule hergestellt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs, wobei ein induktiver Ladevorgang eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs dargestellt ist;

2 eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform eines Schubfelds zur Versteifung eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs;

3 eine schematische Querschnittsansicht des Schubfelds, wobei eine zum induktiven Aufladen des elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs dienende Sekundärspule innerhalb des Schubfelds integriert ist; und in

4 eine Draufsicht auf ein nur teilweise dargestelltes Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, wobei eine weitere Ausführungsform des Schubfelds dargestellt ist und das Schubfeld als Hybridschubfeld aus einer Metallstruktur mit einer darin integrierten Sekundärspule ausgebildet ist, welche mittels eines faserverstärkten Kunststoffs an die Metallstruktur angespritzt worden ist.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein Kraftfahrzeug 10 während eines schematisch dargestellten induktiven Ladevorgangs ist in einer Seitenansicht in 1 gezeigt. Das Kraftfahrzeug umfasst eine Sekundärspule 12, einen AC/DC-Wandler 14, ein Energiemanagementsystem 16 und einen elektrischen Energiespeicher 18. Unterhalb von der Sekundärspule 12 ist eine Primärspule 20 angeordnet. Über die beiden Spulen 12, 20 wird elektrische Energie an das Kraftfahrzeug 10 übertragen. Die beispielsweise innerhalb einer Fahrbahn 22 angeordnete Primärspule 20 wird bestromt und erzeugt dadurch ein Magnetfeld, welches in der Sekundärspule 12 Wirbelströme induziert, welche zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 18 genutzt werden können.

In 2 ist eine erste Ausführungsform eines Schubfelds 24 zum Versteifen einer Karosserie des Kraftfahrzeugs 10 in einer Perspektivansicht gezeigt. Allgemein handelt es sich bei einem derartigen Schubfeld 24 um eine Komponente zur Versteifung des Kraftfahrzeugs 10, beispielsweise zur Versteifung eines Vorderwagens des Kraftfahrzeugs 10. Das vorliegend gezeigte Schubfeld 24 ist vollständig aus faserverstärkten Kunststoffen hergestellt, wobei das Schubfeld 24 hier nicht näher bezeichnete lokale Verstärkungen, beispielsweise aus Endlosfaserpatches, Organoblechen, Tapes und dergleichen aufweisen kann. Dadurch, dass das Schubfeld 24 vollständig aus faserverstärkten Kunststoffen hergestellt ist, kann dieses besonders leichtgewichtig und besonders belastungsgerecht ausgelegt werden. Dafür werden jeweilige Faserorientierungen innerhalb des Schubfelds 24 während der Herstellung derart gewählt, dass diese im Betrieb des Kraftfahrzeugs 10 auftretende Lasten besonders gut aufnehmen können.

In 3 ist das Schubfeld 24 in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt. Wie zu erkennen, ist die zuvor bereits erwähnte Sekundärspule 12 innerhalb des Schubfelds 24 integriert, wird also durch das Schubfeld 24 umschlossen. Im vorliegend gezeigten Fall ist die Sekundärspule 12 mit einer Spulenummantelung 26 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff versehen. Die als Gehäuse für die Spule 12 dienende Spulenummantelung 26 ist wiederum von einer Schubfeldoberseite 28 aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff umgeben und wird unterseitig von einer Schubfeldunterseite 30 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff abgedeckt. Statt Glasfasern bzw. Kohlestofffasern können aber auch beliebige andere Verstärkungsfasern für die Schubfeldoberseite 28 und die Schubfeldunterseite 30 gewählt werden. Wichtig hierbei ist jedoch, dass für die Schubfeldunterseite 30 nur derartige Verstärkungsfasern gewählt werden, welche den induktiven Ladevorgang nicht negativ beeinträchtigen. Daher bieten sich insbesondere Glasfasern als Verstärkungsfasern an. Denn wie in gezeigt, befindet sich üblicherweise die Primärspule 20 unterhalb vom Kraftfahrzeug 10, also auch unterhalb von dem Schubfeld 24.

Zur integrierten Herstellung des Schubfelds 24 mitsamt der Sekundärspule 12 bieten sich unterschiedliche Herstellverfahren an, je nachdem welche Arten von faserverstärkten Kunststoffen eingesetzt werden. Werden beispielweise Faserverbundkomponenten aus Duroplasten mit Endlosfaserverstärkung gewählt, werden dafür typische Herstellungsverfahren gewählt, wie beispielsweise das Resin Transfer Molding oder Nasspressverfahren oder vergleichbare Verfahren. Die einzelnen faserverstärkten Bestandteile des Schubfelds 24 können in Form von Halbzeugen bereitgestellt und mitsamt der Spule 12 in einem dafür geeigneten Werkzeug angeordnet oder entsprechend eingelegt werden. Anschließend wird das Werkzeug geschlossen und ein Harz initiiert, um die faserverstärkten Halbezuge auszuhärten.

Alternativ ist es aber auch möglich, kurzfaserverstärkte Kunststoffe zur Herstellung des Schubfelds 24 zu verwenden, in diesem Fall bieten sich insbesondere Spritzgussverfahren sowie das sogenannte Sheet Molding Compound Verfahren an. Insbesondere können noch zusätzliche lokale Verstärkungen aus Organoblechen oder kohlefaserverstärkten oder auch glasfaserverstärkten Tapes in die Schubfeldstruktur integriert werden, um die mechanischen Eigenschaften in bestimmten Richtungen gezielt zu erhöhen. Wie bereits erwähnt, kann die Sekundärspule12 von einer als Gehäuse dienenden Spulenummantelung 26 aus einer Glasfaserschicht umgeben sein. Anschließend wird beispielsweise die tragende Schubfeldoberseite 28 von oben auf die Sekundärspule 12, welche von der Spulenummantelung 26 bereits ummantelt ist, aufgebracht. Bei Bedarf kann dann das Schubfeld 24 noch fertiggestellt werden, indem von unten weitere glasfaserverstärkte Lagen angebracht werden, welche dann die besagte Schubfeldunterseite 30 ausbilden.

Zur Sekundärspule 12 gehörende und hier nicht dargestellte Elektronik kann dabei entweder außerhalb vom Schubfeld 24 oder auch innerhalb des Schubfelds 24 gemeinsam mit der Sekundärspule 12 integriert werden.

Ein Ausschnitt einer Karosserie 32 des Kraftfahrzeugs 10 ist in 4 dargestellt. Eine weitere mögliche Ausführungsform des Schubfelds 24 ist dabei schematisch dargestellt. Im Schubfeld 24 ist wiederum die Sekundärspule 12 integriert worden, wobei diese mittels einer faserverstärkten Kunststoffschicht 34 angespritzt worden ist. Im vorliegend gezeigten Fall handelt es sich bei dem Schubfeld 24 um ein Hybridschubfeld aus einer Metallstruktur, wobei innerhalb der Metallstruktur eine hier nicht bezeichnete Öffnung hergestellt worden ist, in welche die Sekundärspule 12 eingesetzt und anschließend mittels des faserverstärkten Kunststoffs 34 an die metallische Struktur angespritzt worden ist. Die hier gezeigte Ausführungsform des Schubfelds 24 in Form des Hybridschubfelds ist insbesondere dann sinnvoll, wenn in einem bestehenden metallischen Schubfeld die Sekundärspule 12 nachgerüstet werden soll. Hierbei ist es wiederum möglich, die Sekundärspule 12 wiederum mit der im Zusammenhang mit 3 beschriebenen Spulenummantelung aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, zu versehen und die so gekapselte Sekundärspule 12 dann erst in die hergestellte Öffnung innerhalb der Metallstruktur des Schubfelds 24 einzusetzen und dann mit dem faserverstärkten Kunststoff 34 mit der Metallstruktur zu verbinden. Alternativ ist es aber auch genauso gut möglich, die Sekundärspule 12 direkt in die hergestellte Öffnung innerhalb der Metallstruktur des Schubfelds 24 zu platzieren und dann mit dem faserverstärkten Kunststoff 34 zu umspritzen, in Folge dessen die Sekundärspule 12 von dem faserverstärkten Kunststoff umgeben und mit der Metallstruktur des Schubfelds 24 verbunden wird.

Wird das Schubfeld 24 vollständig aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt, bieten sich insbesondere große Vorteile im Hinblick auf die Integration der Sekundärspule 12. Anbindungspunkte und Ausformungen innerhalb des Schubfelds 24 können eingespart werden, wobei zudem weitere aufwendige Montageprozesse und Produktionsschritte entfallen können. Insbesondere kann das Schubfeld 24 bei einer vollständigen Gestaltung aus faserverstärkten Kunststoffen besonders belastungsgerecht ausgelegt werden, wobei die Sekundärspule 12 besonders zuverlässig vor äußeren Einflüssen und Beschädigungen geschützt werden kann. Aber auch bei der in 4 dargestellten Hybridlösung ergeben sich noch Vorteile, da dabei noch nachträglich auf besonders einfache Weise die Sekundärspule 12 in einem bestehenden metallischen Schubfeld 24 integriert werden kann.

Bezugszeichenliste

10
Kraftfahrzeug
12
Sekundärspule
14
AC/DC-Wandler
16
Energiemanagementsystem
18
elektrischer Energiespeicher
20
Primärspule
22
Fahrbahn
24
Schubfeld
26
Spulenummantelung
28
Schubfeldoberseite
30
Schubfeldunterseite
32
Karosserie
34
faserverstärkter Kunststoff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102014206739 A1 [0004, 0004]