DE102017217931A1 - Karosseriestruktur für ein zweispuriges Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein zweispuriges Fahrzeug, mit einem Antriebsaggregat (21), insbesondere eine die Fahrzeugräder antreibende Elektromaschine, das über zumindest eine Aggregatestütze (27) an einem karosserieseitigen Aggregatelager (29) angebunden ist, wobei das Antriebsaggregat (21) im Crashfall von seiner Einbauposition (E) über einen Verlagerungsweg (v) in eine Crashposition (C) verlagerbar ist, um eine Beschädigung einer angrenzenden crashsensiblen Funktionseinheit (25), insbesondere Traktionsbatterie zur Energieversorgung der Elektromaschine, zu vermeiden. Erfindungsgemäß weist die Aggregatestütze (27) eine Sollbruchstelle (S) auf, an der im normalen Fahrbetrieb ein aggregateseitiges Stützenteil (33) mit einem karosserieseitigen Stützenteil (35) der Aggregatestütze (27) kraftübertragend verbunden ist. Im Crashfall werden unter Einwirkung von Crashkräften (FA) die beiden Stützenteile (33, 35) auseinandergerissen bzw. voneinander abgeschert, und zwar unter Bildung von einander zugewandten Abgleitschrägen (51, 53), entlang denen das aggregateseitige Stützenteil (33) mitsamt Antriebsaggregat (21) in die Crashposition (C) verlagerbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • In einem elektrisch betriebenen Fahrzeug können die Hinterräder mittels zumindest einer Elektromaschine antreibbar sein. Die Elektromaschine kann von einem Hinterachsträger bzw. einem heckseitigen Hilfsrahmen getragen sein, an dem seitlich die Radlenker der Radaufhängung für die Hinterräder angelenkt sind. Die zur Stromversorgung der Elektromaschine bereitgestellte Traktionsbatterie kann in der Fahrtrichtung unmittelbar vor dem heckseitigen Hilfsrahmen im Kraftfahrzeug verbaut sein, und zwar zum Beispiel im Unterboden des Kraftfahrzeugs.
  • Für eine vollständige Bauraumnutzung ist es bevorzugt, wenn die Traktionsbatterie möglichst dicht an den Achsträger heranreicht, um die Traktionsbatterie mit maximalem Volumen auszulegen. Im Hinblick auf eine Crashsicherheit ist es jedoch erforderlich, dass bei einem Fahrzeug-Heckcrash die Traktionsbatterie nicht durch deformierende Karosserie- und Fahrwerksstrukturen und/oder durch den sich crashbedingt verlagernden Achsträger beschädigt wird. Speziell bei dem oben dargelegten Elektrofahrzeug gilt es, die Traktionsbatterie vor einer Kollision mit der dahinter angeordneten Elektromaschine zu schützen, die im Vergleich zu konventionellen Aggregaten, wie zum Beispiel ein Verteilergetriebe, ein hohes Bauteilgewicht aufweist sowie einen großen Bauraum einnimmt. Dadurch steht weniger Platz für eine energieabsorbierende Struktur zur Verfügung.
  • Aus der EP 1 167 125 A2 ist eine gattungsgemäße Karosseriestruktur für ein zweispuriges Fahrzeug bekannt, bei dem das Antriebsaggregat, insbesondere die oben erwähnte Elektromaschine, über zumindest eine Aggregatestütze an einem karosserieseitigen Aggregatelager an der Karosseriestruktur angebunden ist. Im Crashfall kann das Antriebsaggregat über eine Zwangsführung von seiner Einbauposition um einen Verlagerungsweg in eine Crashposition verlagert werden, um eine Beschädigung einer angrenzenden crashsensiblen Funktionseinheit, insbesondere der oben erwähnten Traktionsbatterie, zu vermeiden.
  • Aus der DE 10 2004 008 647 A1 ist eine Anordnung eines Bremskraftverstärkers in einem Fahrzeug bekannt, bei der an einem Motorlager eine Gleitschräge ausgebildet ist. Bei einer Fahrzeugkollision werden das Motorlager und der Bremskraftverstärker zueinander in Anlage gedrückt. Durch Abgleitflächen am Motorlager und am Bremskraftverstärker leitet der Bremskraftverstärker durch das in Richtung Bremskraftverstärker und damit in Richtung Stirnwand verlagerte Motorlager am Motorlager ab. Aus der DE 10 2005 010 233 B3 ist eine Aggregatelagereinheit bekannt, die derart gestaltet ist, dass ein Blechunterteil mit einem relativ dazu steiferem Leichtmetalloberteil verbunden ist. Bei einer Kollision bricht das Oberteil und kann sich das Unterteil plastisch verformen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur für ein zweispuriges Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem in einfacher Weise eine crashsensible Funktionseinheit vor einer crashbedingten Beschädigung zu schützen.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist die Aggregatestütze eine Sollbruchstelle auf, an der im normalen Fahrbetrieb ein aggregateseitiges Stützenteil mit einem karosserieseitigen Stützenteil der Aggregatestütze kraftübertragend verbunden ist. Die Sollbruchstelle der Aggregatestütze ist derart ausgelegt, dass in einem Crashfall unter Einwirkung von Crashkräften die beiden Stützenteile im Crashverlauf auseinanderreißen bzw. voneinander abscheren. Dies erfolgt unter Bildung von einander zugewandten Abgleitschrägen, entlang denen das aggregateseitige Stützenteil mitsamt Antriebsaggregat in die Crashposition verlagert wird. Die Sollbruchstelle kann in der Aggregatestütze auf vielfache Weise realisiert werden. Beispielhaft können die beiden Stützenteile, die Sollbruchstelle sowie die Abgleitschrägen materialeinheitlich und einstückig in der Aggregatestütze integriert sein. Bevorzugt kann in diesem Fall die Aggregatestütze als ein Gussbauteil ausgebildet sein, bei dem die Sollbruchstelle als eine Materialschwächung im Werkstoff der Aggregatestütze realisiert ist, zum Beispiel in Form von Verbindungsstegen oder -rippen, die die beiden Stützenteile an einander zugewandten Abgleitschrägen miteinander verbinden.
  • Alternativ zu einem solchen materialeinheitlichen und einstückigen Aufbau kann die Aggregatestütze auch mehrteilig aufgebaut sein, und zwar mit dem aggregateseitigen Stützenteil und dem karosserieseitigen Stützenteil, die als separate Bauteile vorgefertigt sind und mittels einer zwischengeordneten Zwischenlage kraftübertragend miteinander verbunden sind. Besonders bevorzugt kann die Zwischenlage ein Elastomerkörper sein, dessen Material so ausgelegt ist, dass es bei einer crashbedingten Scherbelastung reißt. Im normalen Fahrbetrieb kann dagegen der Elastomerkörper eine elastische Lagerung des Antriebsaggregates bereitstellen.
  • Im Hinblick auf die oben erwähnte elastische Aggregatelagerung kann alternativ und/oder zusätzlich auch das karosserieseitige Aggregatelager elastisch nachgiebig gestaltet sein. Hierzu kann das Aggregatelager einen weiteren Elastomerkörper aufweisen, der gegebenenfalls alleine oder in Reihenschaltung mit dem oben erwähnten Elastomer-Zwischenlage der Aggregatestütze wirken.
  • In einer technischen Umsetzung kann das Fahrzeug einen Hilfsrahmen für eine Hinterachse aufweisen, an dem seitlich die Radlenker einer Radaufhängung für die Hinterräder angelenkt sind. Das Antriebsaggregat kann über seine Aggregatestütze und dem Aggregatelager am Hilfsrahmen abgestützt sein. In diesem Fall kann im Hinblick auf eine optimale Bauraumnutzung in der Fahrzeuglängsrichtung unmittelbar vor dem Antriebsaggregat die crashsensible Funktionseinheit (das heißt Traktionsbatterie) im Fahrzeug verbaut sein.
  • Bei einer solchen technischen Umsetzung kann in einem Heckcrashfall das Antriebsaggregat in der Fahrzeughochrichtung nach fahrzeugunten in seine Crashposition verlagert werden, um eine crashbedingte kraftübertragende Ankopplung des Antriebsaggregats an die crashsensible Funktionseinheit zu vermeiden.
  • Wie oben erwähnt, ist dem Antriebsaggregat die oben erwähnte crashbedingte Verlagerung nach fahrzeugunten aufgeprägt. Hierzu ist eine Zwangsführung bevorzugt, bei der das karosserieseitige Stützenteil der Aggregatestütze in der Fahrzeughochrichtung oberhalb des aggregateseitigen Stützenteils angeordnet ist. Das karosserieseitige Stützenteil kann in der Fahrzeuglängsrichtung nach fahrzeughinten ein keilförmiges Profil mit einer in der Fahrzeuglängsrichtung nach fahrzeughinten ansteigenden, oberen Abgleitschräge aufweisen. Korrespondierend dazu kann das aggregateseitige Stützenteil ebenfalls ein keilförmiges Profil mit einer in der Fahrzeuglängsrichtung nach fahrzeughinten ansteigenden, unteren Abgleitschräge aufweisen.
  • Speziell bei der Realisierung des Antriebsaggregates als eine bauraumintensive Elektromaschine mit hohem Bauteilgewicht kann diese in einer Vierpunktlagerung an der Karosseriestruktur abgestützt sein. Die Vierpunktlagerung kann zwei vordere Aggregatelager sowie zwei hintere Aggregatelager aufweisen, von denen die beiden vorderen Aggregatelager jeweils mit einer Sollbruchstelle im Sinne der Erfindung versehen sind. Die beiden hinteren Aggregatelager können konventionell, das heißt bauteilsteif sowie ohne Sollbruchstellen, ausgebildet sein.
  • Zur weiteren Unterstützung des erfindungsgemäßen Crashverhaltens des Antriebsaggregates ist es bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Aggregatestütze in der Fahrzeugquerrichtung am karosserieseitigen Aggregatelager angebunden ist. In diesem Fall kann deren karosserieseitiges Stützenteil entlang einer, in der Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten Schraubachse mit dem karosserieseitigen Aggregatelager verschraubt sein. Demzufolge ist das karosserieseitige Stützenteil in der Fahrzeugquerrichtung fahrzeugaußen am Aggregatelager angebunden, während das aggregateseitige Stützenteil in der Fahrzeugquerrichtung fahrzeuginnen am Antriebsaggregat angebunden ist.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 und 2 einen Hinterachsträger bzw. einen heckseitigen Hilfsrahmen eines zweispurigen Elektrofahrzeugs; und
    • 3 eine Teilseitenansicht einer in der Fahrzeuglängsrichtung vorderen Aggregatelagerung im Normalbetrieb des Fahrzeugs; sowie
    • 4 eine Ansicht entsprechend der 3 im Heckcrashfall.
  • In der 1 ist in einer perspektivischen Darstellung ein in einem Hinterwagenbereich eines zweispurigen, elektrisch betriebenen Fahrzeugs gezeigt, in dem ein heckseitiger Hilfsrahmen 1 verbaubaut ist. Der Hilfsrahmen 1 ist in etwa rahmenförmig geschlossen aufgebaut, und zwar mit in der Fahrzeugquerrichtung y voneinander beabstandeten Hilfsrahmen-Längsträgern 3 sowie mit vorderen und hinteren Hilfsrahmen-Querträgern 5, 7. Diese verlaufen in der Fahrzeugquerrichtung y und verbinden die beiden Hilfsrahmen-Längsträger an vorderen und hinteren Eckknotenpunkten miteinander. Die beiden Hilfsrahmen-Längsträger 3 sind in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne und nach hinten jeweils über die Eckknotenpunkten hinaus verlängert und weisen endseitig jeweils Lageraugen 13 für Hilfsrahmenlager 15 auf, über die der Hilfsrahmen 1 an einer nicht gezeigten Fahrzeugkarosserie anbindbar ist.
  • Seitlich außen an den beiden Hilfsrahmen-Längsträgern 3 sind Lenkerkonsolen 17 ausgebildet, an denen Radlenker einer Radaufhängung für die nicht gezeigten Hinterräder des Fahrzeugs anlenkbar sind. Die Hinterräder werden mittels einer vom Hilfsrahmen 1 getragenen Elektromaschine 21 angetrieben. Diese ist in der 1 mittels einer strichpunktiert angedeuteten Traktionsbatterie 25 mit elektrischer Energie versorgbar. Die Traktionsbatterie 25 ist als eine crashsensible Funktionseinheit beispielhaft im Fahrzeug-Unterboden sowie in der Fahrzeuglängsrichtung x unmittelbar vor dem Hilfsrahmen 1 des Kraftfahrzeuges verbaut.
  • Wie aus der 1 oder 2 weiter hervorgeht, ist die Elektromaschine 21 in einer Vierpunktlagerung auf dem Hilfsrahmen 1 abgestützt, und zwar über zwei vordere Aggregatestützen 27 an vorderen Aggregatelagern 29 sowie über zwei nicht dargestellte hintere Aggregatestützen an hinteren Aggregatelagern 31. Die Erfindung betrifft speziell die Ausbildung der beiden vorderen Aggregatestützen 27. Jede dieser Aggregatestützen 27 ist mehrteilig aufgebaut, und zwar mit einem aggregateseitigen Stützenteil 33 sowie einem karosserieseitigen (oder hilfsrahmenseitigen) Stützenteil 35 und einer zwischengeordneten Elastomerlage 37, die die beiden Stützenteile 33, 35 kraftübertragend miteinander verbindet. Die Elastomerlage 37 bildet in einem später beschriebenen Heckcrashfall eine Sollbruchstelle S (4), an der im Heckcrashfall unter Einwirkung von Crashkräften FA die beiden Stützenteile 33, 35 auseinanderreißen bzw. voneinander abscheren und entlang von Abgleitschrägen 51, 53 das aggregateseitige Stützenteil 33 mitsamt Elektromaschine 21 in eine Crashposition C nach fahrzeugunten verlagert wird.
  • Wie aus der 1 weiter hervorgeht, bildet die Elektromaschine 21, die vordere Aggregatestütze 27 sowie das vordere Aggregatelager 29 einen Querverbund, bei dem die vordere Aggregatestütze 27 in der Fahrzeugquerrichtung y zwischen der fahrzeuginneren Elektromaschine 21 und dem fahrzeugäußeren vorderen Aggregatelager 29 positioniert ist. Dabei ist das aggregateseitige Stützenteil 33 mittels zum Beispiel einer angedeuteten Schraubverbindung 39 (3 oder 4) an der Elektromaschine 21 befestigt, während das hilfsrahmenseitige Stützenteil 35 einen Schraubbolzen 41 aufweist, der entlang einer in der Fahrzeugquerrichtung y ausgerichteten Schraubachse A mit dem vorderen Aggregatelager 29 verschraubt ist. Hierzu ist der Schraubbolzen 41 durch eine innere Lagerhülse 43 des vorderen Aggregatelagers 29 geführt und mit einer nicht gezeigten Schraubenmutter verspannt.
  • Die innere Lagerhülse 43 des vorderen Aggregatelagers 29 ist über einen Elastomerkörper 45 an einer äußeren Lagerhülse 47 angebunden. Die äußere Lagerhülse 47 ist wiederum in einem Befestigungsauge 49 eingepresst, das am Längsträger 3 angeformt ist. In diesem Fall bildet der Elastomerkörper 45 des vorderen Aggregatelagers 29 zusammen mit der Elastomerzwischenlage 37 der vorderen Aggregatestütze 27 in Reihenschaltung eine elastische Lagerung der Elektromaschine 21.
  • Wie aus der 1 und 2 weiter hervorgeht, ist das hilfsrahmenseitige Stützenteil 35 in der Fahrzeughochrichtung z oberhalb des aggregatseitigen Stützenteils 33 angeordnet. Das hilfsrahmenseitige Stützenteil 35 weist in der Fahrzeuglängsrichtung x nach fahrzeughinten ein keilförmiges Profil mit einer in der Fahrzeuglängsrichtung x nach fahrzeughinten ansteigenden, oberen Abgleitschräge 51 (4) auf. Entsprechend weist das untere aggregateseitige Stützenteil 33 ein keilförmiges Profil mit einer in der Fahrzeuglängsrichtung x nach fahrzeughinten ansteigenden, unteren Abgleitschräge 53 auf. Zwischen den beiden oberen und unteren Stützenteilen 33, 35 ist die Elastomer-Zwischenlage 37 positioniert, die an den beiden Stützenteilen 33, 35 anvulkanisiert ist (oder in anderer Weise stoffschlüssig damit verbunden ist).
  • In einem in der 4 angedeuteten Heckcrashfall wird das Fahrzeugheck mit Aufprallkräften FA beaufschlagt. Die Aufprallkräfte FA werden zunächst in den hinteren Bereich des Fahrzeugrahmens 1 und in die Elektromaschine 21 eingeleitet. Von der Elektromaschine 21 werden die Aufprallkräfte FA über die vorderen Aggregatestützen 27 in den Hilfsrahmen 1 weitergeleitet. Übersteigt die auf die vorderen Aggregatestützen 27 beaufschlagte Aufprallkraft FA eine Scherbelastungsgrenze, so reißt die Elastomer-Zwischenlage 37, und zwar unter Bildung von einander zugewandten Abgleitschrägen 51, 53, entlang denen das aggregateseitige Stützenteil 33 mitsamt daran befestigter Elektromaschine 21 um einen Verlagerungsweg v in die Crashposition C nach fahrzeugunten verlagert wird, um eine crashbedingte, kraftübertragende Ankopplung der Elektromaschine 21 an der Traktionsbatterie 25 zu vermeiden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 102004008647 A1 [0005]
    • DE 102005010233 B3 [0005]

Claims (9)

  1. Karosseriestruktur für ein zweispuriges Fahrzeug, mit einem Antriebsaggregat (21), insbesondere eine die Fahrzeugräder antreibende Elektromaschine, das über zumindest eine Aggregatestütze (27) an einem karosserieseitigen Aggregatelager (29) angebunden ist, wobei das Antriebsaggregat (21) im Crashfall von seiner Einbauposition (E) über einen Verlagerungsweg (v) in eine Crashposition (C) verlagerbar ist, um eine Beschädigung einer angrenzenden crashsensiblen Funktionseinheit (25), insbesondere Traktionsbatterie zur Energieversorgung der Elektromaschine, zu vermeiden, dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregatestütze (27) eine Sollbruchstelle (S) aufweist, an der im normalen Fahrbetrieb ein aggregateseitiges Stützenteil (33) mit einem karosserieseitigen Stützenteil (35) der Aggregatestütze (27) kraftübertragend verbunden ist, und dass im Crashfall unter Einwirkung von Crashkräften (FA) die beiden Stützenteile (33, 35) auseinanderreißen bzw. voneinander abscheren, und zwar unter Bildung von einander zugewandten Abgleitschrägen (51, 53), entlang denen das aggregateseitige Stützenteil (33) mitsamt Antriebsaggregat (21) in die Crashposition (C) verlagerbar ist.
  2. Karosseriestruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregatestütze (27) ein Gussteil ist, und/oder dass insbesondere die beiden Stützenteile (33, 35), die Sollbruchstelle (S) sowie die Abgleitschrägen (51, 53) materialeinheitlich und einstückig in der Aggregatestütze (27) ausgebildet sind, und/oder dass insbesondere die Sollbruchstelle (S) als eine Materialschwächung in der Aggregatestütze (27) realisiert ist, insbesondere als Verbindungsstege oder -rippen, die die beiden Stützenteile (33, 35) an einander zugewandten Abgleitschrägen (51, 53) miteinander verbinden.
  3. Karosseriestruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregatestütze (27) mehrteilig aufgebaut ist, und zwar mit dem aggregateseitigen Stützenteil (33), dem karosserieseitigen Stützenteil (35) und einer zwischengeordneten Zwischenlage (37), die die beiden Stützenteile (33, 35) kraftübertragend miteinander verbindet.
  4. Karosseriestruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (37) aus einem Elastomermaterial hergestellt ist, das so ausgelegt ist, dass es bei einer crashbedingten Scherbelastung reißt.
  5. Karosseriestruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Aggregatestütze (27) mittels des karosserieseitigen Aggregatelagers (29) elastisch an der Karosseriestruktur angebunden ist, und dass für eine solche elastische Anbindung das Aggregatelager (29) einen Elastomerkörper (45) aufweist, der in Reihenschaltung mit der zwischen den beiden Stützenteilen (33, 35) angeordneten Elastomer-Zwischenlage (37) wirkt.
  6. Karosseriestruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Karosseriestruktur einen Hilfsrahmen (1) für eine Hinterachse des Fahrzeugs aufweist, und dass das Antriebsaggregat (21) mittels der Aggregatestütze (27) und dem Aggregatelager (29) am Hilfsrahmen (1) abgestützt ist, und/oder dass insbesondere in der Fahrzeuglängsrichtung (x) unmittelbar vor dem Antriebsaggregat (21) die crashsensible Funktionseinheit (25) im Fahrzeug verbaut ist, und dass in einem Heckcrashfall das Antriebsaggregat (21) in der Fahrzeughochrichtung (z) nach fahrzeugunten in die Crashposition (C) verlagert wird, um eine crashbedingte kraftübertragende Ankopplung des Antriebsaggregats (21) an die crashsensible Funktionseinheit (25) zu vermeiden.
  7. Karosseriestruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das karosserieseitige Stützenteil (35) in der Fahrzeughochrichtung (z) oberhalb des aggregateseitigen Stützenteils (33) angeordnet ist, und/oder dass das karosserieseitige Stützenteil (35) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) nach fahrzeughinten ein keilförmiges Profil mit einer in der Fahrzeuglängsrichtung (x) nach fahrzeughinten ansteigenden, oberen Abgleitschräge (51) und/oder das aggregateseitige Stützenteil (33) ein keilförmiges Profil mit einer in der Fahrzeuglängsrichtung (x) nach fahrzeughinten ansteigenden, unteren Abgleitschräge (53) aufweist, und/oder dass die beiden Abgleitschrägen (51, 53) im Normalbetrieb kraftübertragend miteinander verbunden sind.
  8. Karosseriestruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (21) in einer Vierpunktlagerung an der Karosseriestruktur abgestützt ist, und zwar mit zwei vorderen Aggregatelagern (29) und mit zwei hinteren Aggregatelagern (31), wobei die beiden vorderen Aggregatelager (29) jeweils mit einer Sollbruchstelle (S) sowie mit Abgleitschrägen (51, 53) ausgebildet sind und die beiden hinteren Aggregatelager (31) im Unterschied dazu bauteilsteif ohne Sollbruchstelle (S) ausgebildet sind.
  9. Karosseriestruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das karosserieseitige Stützenteil (35), insbesondere entlang einer in der Fahrzeugquerrichtung (y) ausgerichteten Schraubachse (A), am karosserieseitigen Aggregatelager (29) verschraubt ist, und/oder dass das karosserieseitige Stützenteil (35) in der Fahrzeugquerrichtung (y) fahrzeugaußen am Aggregatelager (29) angebunden ist und das aggregateseitige Stützenteil (33) in der Fahrzeugquerrichtung (y) fahrzeuginnen am Antriebsaggregat (21) angebunden ist.
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