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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten einer Batterie in einer Tragstruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei der Entwicklung von Hybridfahrzeugen oder reinen Elektrofahrzeugen ist ein geeigneter Weg erforderlich, eine Batterie bzw. Traktionsbatterie in geeigneter Weise an eine Karosseriestruktur anzubinden. Soll die Batterie als Montagelösung von unten in eine Fahrzeugkarosserie eingebaut und gehalten werden, so ist eine steife Bodenplatte erforderlich, an welcher die Batterie befestigt werden kann und welche die Gewichtskräfte von der Batterie in eine Tragstruktur der Karosserie leitet. In aktuellen. Batteriekonzepten werden die Batteriezellen auf einer Bodenplatte befestigt und über eine Kühlvorrichtung oder Kühlplatte gekühlt, welche sich in der Regel am Fuß der Zellen befinden. Man benötigt somit unterhalb der Batteriezellen eine Bodenplatte und zusätzlich eine separate Kühlvorrichtung oder eine Kühlplatte. Darüber hinaus ist eine thermische Isolation gegenüber der Fahrzeugumgebung erforderlich, um den Kühlaufwand möglichst gering zu halten. Da die Kühlplatten derzeit massive Aluminiumplatten sind und die Bodenplatte durch das hohe Batteriegewicht sehr steif ausgeführt werden muss, befinden sich zwei schwere Strukturen im Fahrzeug, welche prinzipiell ähnliche physikalische Eigenschaften aufweisen. Zusätzlich wird die thermische Isolation üblicherweise über ein separates Bauteil dargestellt, wodurch zusätzliches Gewicht hinzukommt.
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In der
DE 10 2009 006 990 A1 wird eine Vorrichtung zum Halten einer Batterie in einer Tragstruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs beschrieben, welche eine Halteeinrichtung aufweist, welche an der Tragstruktur befestigbar ist. Die Tragstruktur umfasst ein Bodenblech mit zwei angebundenen Längsträgern, zwischen welchen ein Tunnelteil als Deckel und eine als Halteeinrichtung ausgeführte Bodenplatte mit einer darauf montierten Batterie von unten an die Tragstruktur des Fahrzeugs befestigt wird. Zudem ist in der Bodenplatte eine Kühlvorrichtung integriert.
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Aus der
DE 102 61 630 A1 ist eine Vorrichtung zum Halten einer Batterie in einer Tragstruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs bekannt, welche eine Halteeinrichtung aufweist, welche aus einer einschaligen Wanne und einem die Wanne aufnehmenden Trägerverbund gebildet wird, welcher von unten an der Tragstruktur des Fahrzeugs befestigt wird. Der Karosserieboden im Innenraum des Fahrzeugs dient als Abdeckung der Halteeinrichtung, welche unterhalb des Fahrer- und/oder Beifahrerbereichs angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Halten einer Batterie in einer Tragstruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs derart auszugestalten, dass eine universelle Anbindung der Batterie an die Tragstruktur unterschiedlicher Fahrzeugkarosserien möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Bereitstellung einer Vorrichtung zum Halten einer Batterie in einer Tragstruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Vorrichtung zum Halten einer Batterie in einer Tragstruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs derart auszugestalten, dass eine universelle Anbindung der Batterie an die Tragstruktur unterschiedlicher Fahrzeugkarosserien möglich ist, umfasst die Halteeinrichtung erfindungsgemäß eine Adapterstruktur, welche an die Geometrie der Batterie und der Tragstruktur anpassbar ist. In vorteilhafter Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Adapterstruktur den Einsatz einer Batterie für unterschiedliche Karosserie- bzw. Modellvarianten eines Fahrzeugs. Besonders vorteilhaft ist, dass durch die einfach gestaltete und extrem leichte Ausführung der Adapterstruktur bei gleichzeitig hoher Steifigkeit eine sehr große Materialersparnis und somit Gewichtsreduzierung der Fahrzeugkarosserie erzielt werden kann, wodurch auch die Herstellkosten reduziert werden können. Ferner bewirkt die Befestigung der Adapterstruktur an die Tragstrukturen der Fahrzeugkarosserie zusätzlich eine Versteifung der Kraftfahrzeugkarosserie selbst. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der bauraumsparenden Anordnung der Batterie in der Adapterstruktur, weil im Boden der Batterie bereits eine Kühl- und Isolationsplatte zur Kühlung der Batterie integrierbar ist und die Batterie nun nicht mehr auf einer separaten Bodenplatte einer konventionellen Halteeinrichtung angeordnet ist. Somit ist kein zusätzlicher Bauraum erforderlich und die Batterie schließt bündig mit der Adapterstruktur auf einer Ebene ab. Dadurch kann mehr Bodenfreiheit zur Fahrbahn und somit mehr Schutz für die Batterie erreicht werden. Ein weiterer Vorteil liegt in der guten Zugänglichkeit der Batterie von außen, wodurch eine schnelle Montage bzw. ein schneller Wechsel der Batterie ermöglicht wird, da nicht zuerst die komplette Bodenplatte einer konventionellen Halteeinrichtung entfernt, sondern lediglich die Adapterstruktur gelöst werden muss, um von außen an die Batterie zu gelangen. Dies spart sowohl bei der Montage als auch beim Wechsel bzw. bei der Wartung der Batterie Zeit und Montagekosten. Durch die erfindungsgemäße multifunktionale Adapterstruktur zum Halten der Batterie in einer Tragstruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs ist die Übernahme einer Batterie in unterschiedliche Fahrzeugkarosserien und Modellvarianten ermöglicht. Dadurch wird die Anzahl der Bauteile reduziert und somit können Teile- und Herstellkosten gesenkt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Adapterstruktur zumindest zwei Adapterelemente umfasst, welche die Batterie zwischen sich aufnehmen. In vorteilhafter Weise ergeben sich hierdurch zwei einfache spiegelsymmetrische Bauteile, deren Geometrie eine Anbringung unterschiedlicher Batterien an unterschiedliche Tragstrukturen einer Fahrzeugkarosserie ermöglicht. Insbesondere können durch die Adapterelemente unterschiedliche Ausführungsformen von Batterien beispielsweise hinsichtlich Länge, Breite und/oder Höhe kompensiert werden. Mit einer derartigen Gestaltung der Adapterstruktur lässt sich besonders vorteilhaft eine Batterie schnell und einfach in einer Tragstruktur befestigen, ohne dass weitere Befestigungselemente vorher verändert oder demontiert werden müssen. Diese schnelle und praktische Art der Anbindung einer Batterie erweist sich bei der Montage als auch beim Wechsel bzw. bei der Wartung der Batterie als besonders kostengünstig. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der formschlüssigen Verbindung der Batterie mit den Adapterelementen der Adapterstruktur, welche im Crashfall die Batterie sicher und stabil in ihrer Lage fixiert.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass ein erstes Adapterelement eine Auflagefläche aufweist, welche mit einer korrespondierenden Auflagefläche eines zweiten Adapterelements zusammenwirkt. Besonders vorteilhaft ist, dass die einfach gestalteten Auflageflächen der Adapterstruktur die Batterie sicher tragen können und auf eine vollflächige Abstützung der Batterie zu Gunsten einer Gewichtsreduktion der Adapterstruktur verzichtet werden kann. In vorteilhafter Weise entsteht hierdurch ein extrem leichtes Bauteil, das der Batterie beidseitig eine ausreichende und optimale Auflagefläche bietet.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Adapterelemente jeweils einen Anschlag auf, um die Batterie in einer Horizontalebene festzulegen. In vorteilhafter Weise bildet der Anschlag zusammen mit den Auflageflächen der Adapterstruktur mit der Batterie eine formschlüssige Verbindung, die der Batterie einen stabilen Seitenhalt gibt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Adapterelemente in Richtung einer Längsachse zumindest teilweise eine Pfeilung auf. In vorteilhafter Weise ist hierdurch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Adapterstruktur an verschiedene Tragstrukturen unterschiedlicher Fahrzeugkarosserie- und Modellvarianten bei gleichbleibend guten Befestigungseigenschaften möglich. Das hat den Vorteil, dass unterschiedliche Pfeilungen durch die seitlichen Adapterelemente kompensiert werden können und die gleiche Batterie mit dazugehöriger Kühlplatte verwendet werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Adapterstruktur als Hohlraumstruktur ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass eine besonders leichte Vorrichtung mit einer verwindungssteifen Adapterstruktur hergestellt werden kann, welche zur Reduzierung des Fahrzeuggewichts beiträgt. Hierzu kann die Adapterstruktur aus einem Leichtmetallwerkstoff und/oder einem Kunststoff bzw. Kunststoffverbund hergestellt werden, so dass sich ein extrem leichter Aufbau der Adapterstruktur bei gleichzeitig hoher Steifigkeit erzielen lässt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest teilweise innerhalb der Hohlraumstruktur ein Füllmaterial vorgesehen, das zur Versteifung und/oder Isolierung der Adapterstruktur dient. In vorteilhafter Weise bildet die Hohlraumstruktur zusammen mit dem Füllmaterial einen besonders leichten Aufbau der Adapterstruktur bei gleichzeitig hoher Verwindungssteifigkeit, wodurch hier ein extrem leichtes Bauteil entsteht, welches ganz im Sinne eines Leichtbaugedankens konzipierbar ist. Weiterhin kann die hohlraumausgeschäumte Adapterstruktur im Crashfall wesentlich mehr Energie absorbieren, wodurch die Batterie sicherer gehalten und der Insassenschutz verbessert wird. Ein weiterer Vorteil der ausgeschäumten Hohlraumstruktur der vorliegenden Erfindung liegt in der isolierenden Wirkung der Adapterstruktur, die sowohl die Batterie gegen Temperaturschwankungen schützt als auch die Insassen im Fahrgastraum gegen Temperaturschwankungen abschirmt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Adapterelemente der Halteeinrichtung über eine mechanische Verbindung lösbar an der Tragstruktur der Karosserie des Fahrzeugs festlegbar. Vorzugsweise handelt es sich bei der mechanischen Verbindung der Vorrichtung an der Tragstruktur der Karosserie um eine Schraubverbindung. Um eine schnelle Montage bzw. Demontage der Vorrichtung an der Tragstruktur zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, dass die Halteeinrichtung lösbar an der Tragstruktur der Karosserie des Fahrzeugs festgelegt ist. Diese Festlegung erfolgt vorzugsweise mittels mehrerer Schraubverbindungen, wozu an der Halteeinrichtung eine vorgegebene Anzahl von Schraubenaufnahmelöchern ausgebildet ist. Diesen Schraubenaufnahmelöchern ist dann an der Tragstruktur wiederum jeweils ein Schraubenaufnahmeloch oder ein Schraubpunkt mit Schraubenmutter zugeordnet, in welche die Befestigungsschrauben zur lösbaren Festlegung der Halteeinrichtung an der Tragstruktur vorzugsweise von der Unterschichtseite her einschraubbar sind. Eine derartige lösbare Festlegung mittels Schraubverbindungen ist besonders einfach und auch funktionssicher herzustellen. Die lösbare Verbindung spart sowohl bei der Montage als auch beim Wechsel bzw. bei der Wartung der Batterie Zeit und Montagekosten.
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Eine bevorzugte Realisierung des erfindungsgemäßen Rohbaus sieht vor, dass die Adapterstruktur von unten an der Tragstruktur der Karosserie des Fahrzeugs festlegbar ist. Es erweist sich als besonders vorteilhaft, dass die Adapterstruktur ohne die schweren Batterien an der Tragstruktur vormontiert werden kann. Eine separate nachträgliche Anbringung der Batterie in die Halteeinrichtung der Karosserie ist sowohl für die Montage als auch beim Wechsel der Batterie deutlich einfacher zu handhaben.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Halten einer Batterie in einer Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie mit einer an der Tragstruktur befestigten Halteeinrichtung, welche mit einer an die Geometrie der Batterie und der Tragstruktur anpassbaren Adapterstruktur ausgeführt ist,
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2 eine Ansicht der erfindungsgemäße Vorrichtung aus 1 von unten,
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3 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1 vor der Montage.
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1 zeigt eine Vorrichtung zum Halten einer Batterie 10 in einer Tragstruktur 12 einer Karosserie eines Fahrzeugs mit mindestens einer Halteeinrichtung 14, welche an der Tragstruktur 12 befestigbar ist.
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Um die Vorrichtung zum Halten der Batterie 10 in der Tragstruktur 12 der Karosserie des Fahrzeugs derart auszugestalten, dass eine universelle Anbindung der Batterie 10 an die Tragstruktur 12 der Fahrzeugkarosserie möglich ist, umfasst die Halteeinrichtung 14 erfindungsgemäß eine Adapterstruktur 14.1, 14.2, welche an die Geometrie der Batterie 10 und der Tragstruktur 12 angepasst werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Batterieanordnung zwei aufeinandergestapelte Batterien 10, welche über eine Kühlplatte 32 miteinander verbunden sind, wobei eine untere Batterie 10 an ihrer Unterseite zusätzlich zur Kühlplatte 32 eine Isolationsschicht 34 aufweist.
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Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Adapterstruktur 14 zumindest zwei Adapterelemente 14.1, 14.2, welche die Batterie 10 zwischen sich aufnehmen. Die Adapterelemente 14.1, 14.2 sind spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet und halten die Batterie 10 von unten an den Kantenbereichen der Batterie 10 entlang einer Längsachse 22 der Haltevorrichtung.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, weist ein erstes Adapterelement 14.1 eine Auflagefläche 16.1 auf, welche mit einer korrespondierenden Auflagefläche 16.2 eines zweiten Adapterelements 14.2 zusammenwirkt. Die Auflagefläche 16.1, 16.2 des Adapterelements 14.1, 14.2 erstreckt sich konstant über die gesamte Länge der Halteeinrichtung 14 entlang der Längsachse 22 der Haltevorrichtung. Somit liegt entlang der Längsachse 22 der Halteeinrichtung 14 ein erster Kantenbereich der Batterie 10 auf der Auflagefläche 16.1 des ersten Adapterelements 14.1 und ein dem ersten Kantenbereich gegenüberliegender zweiter Kantenbereich der Batterie 10 liegt auf der Auflagefläche 16.2 des zweiten Adapterelements 14.2 auf. Hierbei sind die Auflageflächen 16.1, 16.2 der Adapterelemente 14.1, 14.2 in einer Ebene angeordnet. Die Batterie 10 weist auf der fahrbahnzugewandten Seite eine Isolationsschicht 34 auf, welche zugleich als Standfläche in den Kantenbereichen der Batterie 10 dient und parallel weitere Funktionen erfüllt, wie beispielsweise einen Schutz vor Temperaturschwankungen und Steinschlag. In vorteilhafter Weise weist das Material der Isolationsschicht 34 der Batterie 10 auf der fahrbahnzugewandten Seite eine geschlossene Oberflächenstruktur auf und ist hierdurch gegen eine Wasseraufnahme geschützt.
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In den vorliegenden Ausführungsbeispielen weisen die Adapterelemente 14.1, 14.2 jeweils einen Anschlag 18.1, 18.2 auf, um die Batterie 10 in einer Horizontalebene 20 festzulegen. Zur Ausbildung des jeweiligen Anschlags 18.1, 18.2 weisen die Adapterelemente 14.1, 14.2 einen Absatz auf, der derart dimensioniert ist, dass dieser zusammen mit den Auflageflächen 16.1, 16.2 der Halteeinrichtung 14 mit der Batterie 10 eine formschlüssige Verbindung bildet, welche der Batterie 10 zumindest einen stabilen Seitenhalt gibt bzw. welche die Batterie 10 sicher in der Horizontalebene 20 fixiert.
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Vorzugsweise weisen die Adapterelemente 14.1, 14.2 in Richtung der Längsachse 22 zumindest teilweise eine Pfeilung 24 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Pfeilung 24 in einem konstanten Winkel von der Mitte bis zum äußeren Rand der Halteeinrichtung 14 entlang der Längsachse 22, wobei auch andere Ausführungsformen denkbar sind. Hierdurch wird eine Verwendung der erfindungsgemäßen Halteeinrichtung 14 an verschiedene Tragstrukturen 12 der Fahrzeugkarosserie bei gleichbleibend guten Befestigungseigenschaften ermöglicht. Unterschiedliche Längen, Breiten und Pfeilungen werden durch die seitlichen Adapterelemente 14.1, 14.2 kompensiert und die gleiche Batterie 10 kann in verschiedenen Tragstrukturen 12 unterschiedlicher Fahrzeugkarosserie- und Modellvarianten verwendet werden.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die die Adapterelemente 14.1, 14.2 umfassende Adapterstruktur 14 als Hohlraumstruktur 26 ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel setzt sich die Hohlraumstruktur 26 der Adapterstruktur 14 aus zwei aneinandergrenzenden rechteckförmigen Hohlraumquerschnitten 26.1a, 26.2a und 26.1b, 26.2b zusammen, wobei beide Hohlraumquerschnitte 26.1a, 26.2a und 26.1b, 26.2b sich entlang der gesamten Bauteillänge in Richtung der Längsachse 22 erstrecken. Der außenliegende Hohlraumquerschnitt 26.1a, 26.2a ist größer ausgebildet als der innenliegende Hohlraumquerschnitt 26.1b, 26.2b. Der außenliegende Hohlraumquerschnitt 26.1a, 26.2a der Hohlraumstruktur 26 der Adapterstruktur 14 ist ausgehend von einem Ende bis zur Mitte der Halteeinrichtung 14 zunächst konstant und vergrößert dann aufgrund der Pfeilung 24 seinen Querschnitt entlang der Längsachse 22 bis zum entgegengesetzten Ende der Halteeinrichtung 14.
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Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, ist innerhalb der Hohlraumstruktur 26 zumindest teilweise ein Füllmaterial 28 vorgesehen, welches zur Versteifung und/oder Isolierung der Adapterstruktur 14 dient. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die gesamte Hohlraumstruktur 26 der Adapterstruktur 14 mit einem Füllmaterial 28 gefüllt und gibt der Hohlraumstruktur 26 der Adapterstruktur 14 eine gewisse Formstabilität. Dadurch sind bei der Befestigung der Adapterstruktur 14 an die Tragstruktur 12 der Fahrzeugkarosserie keine zusätzlichen Stützelemente innerhalb der Hohlraumstruktur 26 erforderlich. Im Bereich der Adapterstruktur 14.1, 14.2 weisen die korrespondierenden Auflageflächen 16.2, 16.2 durch das Füllmaterial 28 eine erhöhte Form- und Lagestabilität auf.
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Bevorzugt sind die Adapterelemente 14.1, 14.2 der Adapterstruktur 14 über eine mechanische Verbindung 30 lösbar an der Tragstruktur 12 der Karosserie des Fahrzeugs festlegbar. Vorzugsweise ist die Adapterstruktur 14 über eine in 1 dargestellte mechanische Verbindung 30 lösbar an der Tragstruktur 12 der Karosserie des Fahrzeugs festlegbar. Diese Festlegung erfolgt vorzugsweise mittels mehrerer Schraubverbindungen 30, wozu vorzugsweise an der Adapterstruktur 14 eine vorgegebene Anzahl von Schraubenaufnahmelöchern ausgebildet ist. Diesen Schraubenaufnahmelöchern ist dann an der Tragstruktur 12 jeweils ein Schraubenaufnahmeloch oder ein Schraubpunkt mit Schraubenmutter zugeordnet, in welche die Befestigungsschrauben zur lösbaren Festlegung der Adapterstruktur 14 an der Tragstruktur 12 vorzugsweise, wie in 2 ersichtlich, von der Bodenseite der Fahrzeugkarosserie her einschraubbar sind.
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Um eine einfache und schnelle Montage bzw. Demontage der Batterie 10 zu ermöglichen, wird die Adapterstruktur 14.1, 14.2 vorzugsweise von unten an der Tragstruktur 12 der Karosserie des Fahrzeugs festgelegt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batterie
- 12
- Tragstruktur
- 14
- Adapterstruktur (Halteeinrichtung)
- 14.1, 14.2
- Adapterelemente (Adapterstruktur)
- 16.1, 16.2
- Auflagefläche (Adapterstruktur)
- 18.1, 18.2
- Anschlag (Adapterstruktur)
- 20
- Horizontalebene
- 22
- Längsachse
- 24
- Pfeilung
- 26
- Hohlraumstruktur
- 26.1a, 26.2a
- außenliegende Hohlraumstruktur
- 26.1b, 26.2b
- innenliegende Hohlraumstruktur
- 28
- Füllmaterial
- 30
- mechanische Verbindung (Schraubverbindung)
- 32
- Kühlplatte (Batterie)
- 34
- Isolationsschicht (Batterie)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009006990 A1 [0003]
- DE 10261630 A1 [0004]
