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Die Erfindung betrifft eine Trageinrichtung zur Halterung wenigstens eines Energie- und/oder Betriebsmediumspeichers an einem Rahmen eines Lastkraftwagens der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Eine derartige Trageinrichtung zur Halterung wenigstens eines Energie und/oder Betriebsmediumspeichers an einem Rahmen eines Lastkraftwagens gemäß dem Stand der Technik ist in 1 in einer schematischen Perspektivansicht gezeigt. Ein derartiger Aufbau ist aus Serienfahrzeugen bekannt.
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Die dortige Trageinrichtung umfasst dabei einen Grundträger 10 mit einer Bodenplatte 12, an deren – in Vorwärtsfahrtrichtung – Vorder- und Rückseite jeweilige Seitenwände 16 über Schraubelemente 18 fest verbunden sind.
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Die Bodenplatte 12 weist dabei einen Aufnahmebereich a auf, in welchem Aufnahmelöcher 14 zur Befestigung einer Mehrzahl von Energie- und/oder Betriebsmediumspeichern, beispielsweise Kraftstoff- oder Öltanks, oder Batterien, ausgespart sind. An die Seitenwände 16 sind auf der Innenseite der Trageinrichtung, also der dem Lastkraftwagen zugewandten Seite, mittels weiterer Schraubelemente 18 angeschraubte Befestigungselemente 20 zu erkennen, über welche die Trageinrichtung an einen nicht näher dargestellten Rahmenlängsträger des Lastkraftwagens festzulegen ist. An der Außenseite, also der dem Lastkraftwagen abgewandten Seite der Trageinrichtung, ist mittels weiterer Schraubelemente 18 eine Trittstufenanbindung 22 mittels Befestigungsschenkel 24 an die Seitenwände 16 angeschraubt.
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Alle genannten Komponenten der bekannten Trageinrichtung sind als Einzelteile aus Metall gefertigt und mittels Metallschrauben miteinander verbunden. Dies hat zur Folge, dass das Gesamtgewicht der Trageinrichtung relativ hoch ist, was den gewünschten neuen Kraftfahrzeugkonzepten im Sinne des Leichtbaus somit entgegensteht. Darüber hinaus ist die Fertigung einer solchen Trageinrichtung relativ zeit- und kostenaufwendig, da mehrere Komponenten erst einzeln gefertigt und dann jeweils miteinander verbunden werden müssen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine neue Trageinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein geringeres Gesamtgewicht aufweist sowie schnell und kostengünstig zu fertigen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Trageinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine derartige Trageinrichtung zu schaffen, welche ein geringeres Gesamtgewicht aufweist und darüber hinaus schnell und kostengünstig fertigbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Grundträger, durch welchen der wenigstens eine Energie- und/oder Betriebsmediumspeicher getragen ist, als einstückiges Trägerteil aus einem faserverstärkten Kunststoff, beziehungsweise FVK auszubilden.
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Während die Trageinrichtung gemäß dem in 1 erläuterten Stand der Technik einen Grundträger aus mehreren Metallbauteilen, insbesondere Blechen, aufweist, welcher entsprechend schwer und aufgrund der Mehrzahl von Bauteilen aufwendig zu fertigen ist, wird somit erfindungsgemäß ein leichter und einfach herzustellender Grundkörper eingesetzt. Gleichzeitig kann auf diese Weise die Bauteilanzahl einer solchen Trageinrichtung reduziert werden. Daraus resultiert darüber hinaus zusätzlich noch eine weniger aufwendige und damit kostengünstigere Montage.
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Die notwendige Stabilität und Steifigkeit des Grundkörpers wird dabei erreicht, indem ein entsprechend faserverstärkter Kunststoff eingesetzt wird. Dabei sind sowohl unterschiedlichste Kunststoffe als auch deren Kombination mit unterschiedlichsten Fasern denkbar. Es können beispielsweise Kunststoffe mit Lang- oder Endlosfasern, in UD-Lagen, 2D-Lagen, Geweben, Gelegen oder Fasermatten zum Einsatz kommen. Dabei werden als Kunststoffe insbesondere Duroplasten verwendet und als Herstellungsprozess das RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding) oder ähnliche Harzinjektionsverfahren. Auch typische Prepreg-Verfahren mit Verarbeitung im Autoklaven sind geeignet.
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Alternativ können auch Kunststoffe mit kurzen Fasern zum Einsatz kommen. Hierbei ist insbesondere eine Verarbeitung nach dem SMC-Verfahren (Sheet Molding Compound) von Bedeutung.
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Aus Kostengründen werden bevorzugt glasfaserverstärkte Kunststoffe oder hybride Bauweisen mit Anteilen aus Glas- und aus Kohlenstofffaserverstärkung eingesetzt.
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Der Grundkörper ist bevorzugt monolithisch, das heißt einstückig gebildet. Gegebenenfalls kann der Grundkörper aber auch in Sandwichbauweise aufgebaut sein. Hierzu wird beispielsweise als Sandwichkern ein Schaumkern, bevorzugt aus einem Kunststoff-Hartschaum, und als obere und untere Decklage ein kurzfaserverstärkter Kunststoff nach dem SMC-Verfahren verwendet. Alternativ zum kurzfaserverstärkten FVK als Decklagen, können hier auch Lang- oder endlosfaserverstärkte FVK, insbesondere nach dem RTM-Verfahren, eingesetzt werden.
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Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, eine an dem Grundkörper zu befestigende Trittstufenanbindung ebenfalls aus einem faserverstärktem Kunststoff (FVK) auszubilden, um somit auch in diesem Bereich eine Gewichtsreduktion zu erreichen. Diese Trittstufenanbindung erstreckt sich dabei in einer ersten Variante über die gesamte Breite des Grundträgers. Somit kann dieses auf einfache Weise einteilig gestaltet werden.
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Um der Anforderung einer Bauteilreduzierung nachzukommen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Trittstufenanbindung als monolithisches Bauteil auszubilden. In besonderen Belastungsfällen, in denen ein verstärkter Bereich dieser Trittstufenanbindung erforderlich ist, hat es sich als sinnvoll erwiesen, auf eine Sandwichbauweise zurückzugreifen. Im Prinzip können die gleichen Bauweisen, wie für den Grundkörper zum Einsatz kommen.
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Besonders bevorzugt ist die Kombination aus glasfaserverstärktem Grundkörper (GFK-Grundkörper) mit einer kohlenstofffaserverstärkten Trittstufenanbindung (CFK-Trittstufenanbeindung).
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Alle vorgestellten Varianten der Trittstufenanbindung ermöglichen ein Verkleben an dem Grundträger, so dass eine aufwendigere Montage etwa durch mehrere lasttragende Schrauben entfällt. Somit lässt sich eine derartige Trageinrichtung aufgrund des geringeren Montagezeitaufwands in einer kürzeren Taktzeit und damit kostengünstiger fertigen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Trittstufenanbindung in zwei separate Trittstufenanbindungselemente aufzuteilen. Auf diese Weise kann gleichzeitig eine Gewichtsreduzierung mit einer höheren Stabilität im Belastungsfall erreicht werden.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenigstens ein Eckversteifungselement mit Befestigungslöchern zur Fixierung der Trageinrichtung am Fahrzeug in den Grundkörper zu integrieren. Hierdurch kann eine besonders stabile Anbindung des Grundträgers am Fahrzeug realisiert werden.
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Eine weitere Anforderung besteht darin, möglichst viele Varianten mit Hilfe des vorgestellten Grundträgers abzudecken. Es hat sich deswegen als vorteilhaft erwiesen, jeweilige Einlegteile in den Kunststoffboden des Grundträgers zur Halterung des wenigstens einen Energie- und/oder Betriebsmediumspeichers während der Herstellung desselbigen zu integrieren. In gleicher Weise lassen sich zusätzliche Halteelemente für etwaige Elektrobauteile integrieren.
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Diese modulare Baukastenweise ermöglicht somit eine flexible und damit kostengünstige Montage einzurichten, die auch bei einer hohen Variantenanzahl mit den unterschiedlichen Einbauvarianten aufgrund der Bauteil- und Funktionsintegration die gewünschten Vorteile liefert.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Perspektivansicht einer Trageinrichtung gemäß dem Stand der Technik;
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2 zwei schematische Perspektivansichten und eine Unteransicht einer erfindungsgemäßen Trageinrichtung;
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3 eine Perspektivansicht auf eine erfindungsgemäße Trageinrichtung, die an einem Rahmen eines Lastkraftwagens befestigt ist.
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4 eine perspektivische Unteransicht eines Grundkörpers einer erfindungsgemäßen Trageinrichtung mit Trittstufenanbindung, wobei letztere durch zwei separate Trittstufenanbindungselemente ausgebildet ist;
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5 eine schematische Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Trageinrichtung gemäß 2 mit geschlossenem Deckel;
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6 eine ausschnittsweise Schnittsansicht eines möglichen Materials des Grundkörpers und/oder eines Trittstufenanbindungselements;
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7 eine weitere ausschnittsweise Schnittsansicht eines alternativ möglichen Materials des Grundkörpers und/oder eines Trittstufenanbindungselements;
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8a, b eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Trageinrichtung gemäß zweier weiterer Varianten;
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9a, b jeweilige Perspektivansichten auf die beiden Varianten der Trageinrichtung gemäß 7; und in den
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10a, b eine schematische Vorderansicht und eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Trageinrichtung.
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Während 1 in einer schematischen Perspektivansicht eine Trageinrichtung zur Halterung wenigstens eines Energie- und/oder Betriebsmediumspeichers an einem Rahmen eines Lastkraftwagens gemäß dem Stand der Technik zeigt, sollen im Weiteren anhand der 2 bis 9 mehrere Varianten einer erfindungsgemäßen Trageinrichtung zur Halterung wenigstens eines Energie- und/oder Betriebsmediumspeichers an einem Rahmen eines Lastkraftwagens erläutert werden.
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2 zeigt hierzu die Trageinrichtung in einer Perspektivansicht seitlich von vorne, einer Perspektivansicht von hinten und einer Draufsicht. Zu erkennen ist ein Grundträger 40, der als einteiliges Bauteil sowohl eine Bodenplatte 42 als auch zwei Seitenwände 44 aufweist. Die Seitenwände 44 fallen dabei von der Innenseite zur Außenseite schräg ab und stehen sich in einem durch die Bodenplatte 42 bestimmten Abstand parallel gegenüber. An der Innenseite erstreckt sich zudem im rechten Winkel zu den Seitenwänden 44 eine Rückwand 46. Deren Höhe ist im Anschlussbereich an die Seitenwände 44 an eine Höhe x der Seitenwände 44 angepasst. In einem mittleren Rückwandbereich m fällt deren Höhe ab, so dass sich eine insgesamt etwa U-förmige Gestalt der Rückwand 46 ergibt.
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An der Außenseite des Grundträgers 40 schließt sich über die Gesamtlänge der Bodenplatte 42 eine Trittstufenanbindung 48 an. Die Trittstufenanbindung 48 ist mit Befestigungsschenkeln 50 seitlich an die Seitenwände 44 des Grundträgers 40 angebunden. Vorderseitig ist die Trittstufenanbindung 48 gemäß 2 rechteckig ausgebildet. Diese Form ist ebenfalls gemäß weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsformen entsprechend variabel.
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In einem ersten Eckbereich e1 zwischen der einen Seitenwand 44 und der Rückwand 46 befindet sich ein Eckversteifungselement 52. Das Eckversteifungselement bewirkt, dass die Durchbiegung in z-Richtung, im späteren Einbauzustand im Kraftfahrzeug beim Einsteigen des Kraftfahrers also nach unten, gering ausfällt. Die in das Eckversteifungselement 52 eingelassenen Befestigungslöcher 54 sind dabei in einer Flucht mit in den Grundträger 40 vorgesehenen Befestigungslöchern 55 angeordnet, so dass sich mittels ihrer die Trageinrichtung an dem Fahrzeugbau befestigen lässt.
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Gegenüber, in einem zweiten Eckbereich e2, der sich aus der gegenüberliegenden Seitenwand 44 und der Rückwand 46 ergibt, befindet sich ein Befestigungselement 56. Dieses Befestigungselement 56 überragt die Höhe x der Seitenwände 44 und weist zwei parallel zueinander liegende Streben 58 auf. Die Streben 58 weisen an den abgerundeten oberen Enden weitere Befestigungslöcher 60 auf, mittels derer die Trageinrichtung an den Fahrzeugbau befestigt werden kann.
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Die in einem Innenbereich g des Grundträgers 40 befindliche Seite der Bodenplatte 42 weist Einlegeteile 62 zur Anbindung von wenigstens einem hier nicht dargestellten Energie- und/oder Betriebsmediumspeicher auf. Als derartiger Speicher ist insbesondere eine Batterie oder ein Tank denkbar. Die Einlegeteile 62 sind dabei in das Material der Bodenplatte 42 integriert.
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In 3 ist die Trageinrichtung im verbauten Zustand – an einem Rahmenlängsträger 61 eines Rahmens 63 eines Lastkraftwagens abgebildet. Zu erkennen ist ein Deckel 64, der aus Deckelseitenwänden 66, aus einer Deckelvorderseite 68 und einer Deckeloberseite 70 gebildet ist. Die Deckeloberseite 70 ist mit dem Rest des Deckels 64 als tragende Konstruktion ausgestaltet, so dass sie als Trittstufe belastet werden kann. Die Deckelseitenwände 66 überdecken dabei zumindest bereichsweise die Seitenwände 44 des Grundträgers 40. Die Deckelvorderseite 68 erstreckt sich bis zur Bodenplatte 42 und verschließt somit den Innenbereich g des Grundträgers 40 zur Außenseite hin.
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Des Weiteren sind zwei Trittstufen 72 an der Außenseite zu erkennen. Diese Trittstufen 72 sind an der in 3 nicht dargestellten Trittstufenanbindung 48 befestigt. Die Trittstufen 72 sind parallel zur Deckeloberseite 70 und jeweils unterhalb von ihr angeordnet, so dass sich zusammen mit der Deckeloberseite 70 eine Treppe ergibt.
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In 4 ist eine perspektivische Unteransicht des Grundträgers 40 mit Trittstufenanbindung 48 zu erkennen, wobei die Trittstufenanbindung 48 in dieser Variante durch zwei separate Trittstufenanbindungselemente 74 ausgebildet ist. Die separaten Trittstufenanbindungselemente 74 weisen ebenfalls Befestigungsschenkel 80 auf, mittels derer die Trittstufenanbindungselemente 74 an die Seitenwände 44 angebunden sind. Die Trittstufenanbindungselemente 74 weisen ferner jeweilige Vorderseiten 76 auf. An diese Vorderseiten 76 schließen sich innen liegend und parallel zu den Befestigungsschenkeln 80 jeweilige Stützstege 78 an. Diese Stützstege 78 liegen auf der Unterseite der Bodenplatte 42 an und stützen somit die jeweiligen Trittstufenanbindungselemente 74 zusätzlich.
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5 zeigt die schematische Perspektivansicht einer geschlossenen Variante der Trageinrichtung im zusammengebauten Zustand. Der Deckel 64 ist dabei im geschlossenen Zustand abgebildet, so dass der Grundträger 40 nur ausschnittsweise zu erkennen ist. Bevorzugt werden für den Grundträger und den Deckel zunächst die gleichen FVK-Bauteile hergestellt und danach in leicht abgewandelter Weise zu den jeweiligen Zielbauteilen weiter verarbeitet. Die Deckeloberseite 70 ist auch hier als tragendes Element ausgebildet. Die Deckelvorderseite 68 reicht im geschlossenen Zustand mit ihrer unteren Kante bis an die Trittstufenanbindung 48. Das Befestigungselement 56 mit den Schenkeln 58 und den zugehörigen Befestigungslöchern 60 überragt den Grundträger 40.
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6 und 7 zeigen jeweils einen Querschnitt durch bei dem Grundträger 40 und der Trittstufenanbindung 48 einsetzbare Faserverbundwerkstoffe mit einem GFK-Material 84, einem CFK-Material 86 und nochmals einem GFK-Material 88. Die Materialien 84, 86 und 88 sind in einer Sandwichbauweise als einzelne Schichten ausgebildet und liegen vorzugsweise parallel zueinander, und zwar beidseitig einer Symmetrieachse. Im Unterschied zu dem Faserverbundwerkstoff, welcher in 7 abgebildet ist, weist der Faserverbundwerkstoff gemäß 6 einen zusätzlichen Kern 82 bzw. Einleger aus einem Hartschaumstoff oder einem anderen Material auf.
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Die 8a, b und die 9a, b zeigen Alternativkonzepte der Trageinrichtung, wobei der wesentliche Unterschied zu dem Konzept aus 2 bis 5 darin besteht, dass die eingesetzten Bauteile überwiegend aus Extrusionsprofilen hergestellt sind. Dabei zeigen 8a und 8b jeweils zwei unterschiedliche Alternativkonzepte der Trageinrichtung in jeweiligen Explosionsdarstellungen. 9a und 9b zeigen dann die zugehörigen Varianten im verbauten Zustand mit geschlossenem Deckel 64.
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In 8a, 8b sind jeweils eine Batterie 90 und zwei Betriebsmediumspeicher 92 gezeigt, wobei bei letzteren Anbindungselemente 94 vorhanden sind, mit denen die Betriebsmediumspeicher 92 an der Unterseite der Bodenplatte 42 befestigt sind. Das Einlegteil 62 ist in beiden Figuren jeweils als separates Bauteil gezeigt.
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Während in 8b der Deckel 64 in ähnlicher Weise zu der in 5 dargestellten Variante mit Deckelseitenwänden 66 und einer Deckelvorderseite 68 gezeigt ist, weist der Deckel 64 in 8a nur die Deckelvorderseite 68 und keine Deckelseitenwände 66 auf. Des Weiteren ist der Grundträger 40 in 8a ohne die Rückwand 46 aber mit Seitenwänden 44 ausgebildet. Für die Anbindung an den Rahmen sind Befestigungselemente 95 vorgesehen.
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Im Gegensatz zu 8a wird der Grundträger 40 in 8b mit einer Rückwand 46, mit einer zusätzlichen Vorderwand 97 aber ohne Seitenwände 44 gezeigt. Die Trittstufenanbindung 48 integriert diese fehlenden Seitenwände 44 an stelle der Befestigungsschenkel 50, wie sie in 2 gezeigt sind. Zusätzlich integriert diese Trittstufenanbindung 48 die Rückwand 46, so dass die Trittstufenanbindung 48 in dieser Variante insgesamt ein in sich geschlossenes, kastenförmiges Profil aufweist. Die Seitenwand 44 stößt im Eckbereich e1 auf die Rückwand 46, wobei die Ecke derart ausgebildet ist, dass hier ein integriertes Befestigungselement 96 vorhanden ist.
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Die 10a und 10b zeigen detailliert das Anbindungskonzept der Betriebsmediumspeicher 92 an der Unterseite der Bodenplatte 42 des Grundträgers 40. Dabei zeigt 10a eine Draufsicht und 10b einen schematischen Querschnitt. Zu erkennen ist jeweils ausschnittsweise die Bodenplatte 42, welche Befestigungslöcher 100 aufweist. Durch diese Befestigungslöcher 100 ist ein Befestigungsgurt 98 gelegt, wobei der Befestigungsgurt 98 um einen Befestigungssteg 102 in der Bodenplatte umläuft.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Grundträger
- 12
- Bodenplatte
- 14
- Aufnahmelöcher
- 16
- Seitenwand
- 18
- Schraubelemente
- 20
- Befestigungselemente
- 22
- Trittstufenanbindung
- 24
- Befestigungsschenkel
- 40
- Grundträger
- 42
- Bodenplatte
- 44
- Seitenwand
- 46
- Rückwand
- 48
- Trittstufenanbindung
- 50
- Befestigungsschenkel
- 52
- Eckversteifungselement
- 54
- Befestigungslöcher
- 55
- Befestigungslöcher
- 56
- Befestigungselement
- 58
- Streben
- 60
- Befestigungslöcher
- 61
- Rahmenlängsträger
- 62
- Einlegteile
- 63
- Rahmen
- 64
- Deckel
- 66
- Deckelseitenwand
- 68
- Deckelvorderseite
- 70
- Deckeloberseite
- 72
- Trittstufen
- 74
- Trittstufenanbindungselement
- 76
- Vorderseite
- 78
- Stützstege
- 80
- Befestigungsschenkel
- 82
- Kern
- 84
- Material 1
- 86
- Material 2
- 88
- Material 3
- 90
- Batterie
- 92
- Betriebsspeichermedium
- 94
- Anbindungselement
- 95
- Befestigungselement
- 96
- Eckbefestigungselement
- 97
- Vorderwand
- 98
- Befestigungsgurt
- 100
- Befestigungslöcher
- 102
- Befestigungssteg
- a
- Aufnahmebereich
- x
- Höhe
- m
- Rückwandbereich
- g
- Innenbereich
- e1
- Erster Eckbereich
- e2
- Zweiter Eckbereich
