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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserieanordnung mit einer Speicherzellenbaueinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb, die ein Gehäuse, insbesondere zur Aufnahme von Batteriezellen bzw. Batteriemodulen, hat.
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Bekannte Elektrofahrzeuge weisen eine sogenannte Traktionsbatterie auf, die zur Speicherung von elektrischer Energie für einen Elektroantrieb des Elektrokraftfahrzeugs dient. Eine derartige Traktionsbatterie ist aus Batteriezellen aufgebaut, die wiederum zu Batteriemodulen zusammengefasst sind. Die Batteriezellen bzw. Batteriemodule sind in einem Gehäuse untergebracht, das zum Schutz der Batteriezellen dient und Vorrichtungen enthält, die der Klimatisierung und Steuerung der Batteriezellen dient. Beispielsweise ist eine derartige Batteriebaugruppe mit einem Gehäuse in einem Bodenbereich eines Kraftfahrzeugs zwischen Vorder- und Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Beispielsweise ist in der
DE 10 2013 204 765 A1 eine Speicherzellenbaueinheit zum Speichern von elektrischer Energie für den Antrieb eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Das Gehäuse ist von unten mit einem linken Seitenschweller und einem rechten Seitenschweller verbunden. Im Falle einer Seitenkollision wird eine Kollisionsenergie durch Verformung des betroffenen Seitenschwellers und einer daran angrenzenden Seitenwand des Gehäuses der Speicherzellenbaueinheit abgebaut. Zum Schutz der in dem Gehäuse untergebrachten Speicherzellen sind benachbarte zu den Seitenwänden des Gehäuses Deformationszonen ausgebildet.
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Ferner zeigt die
DE 10 2013 008 428 A1 ein Kraftfahrzeug mit einer mittig an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordneten Traktionsbatterie. Zwischen einem Gehäuse der Traktionsbatterie und jedem Seitenschweller erstreckt sich jeweils ein Deformationselement über eine gesamte Länge des Gehäuses. Die beiden Deformationselemente sind als Strangpressprofile mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet, die sich in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftfahrzeugkarosserieanordnung mit einer Speicherzellenbaueinheit zu schaffen, wobei die Kraftfahrzeugkarosserieanordnung mit der Speicherzellenbaueinheit zum Schutz des Gehäuses der Speicherzellenbaueinheit eine hohe Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit besitzt, hinreichend leicht und einfach ausgeführt ist und alternativ zu einer bekannten Konstruktion ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeugkarosserieanordnung gelöst, die die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen genannt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Kraftfahrzeugkarosserieanordnung eine Speicherzellenbaueinheit auf, die ein Gehäuse hat, das zumindest zwei zueinander beabstandet angeordnete Kollisionslast aufnehmende Querträger aufweist, wobei das Gehäuse mit einem Abstand parallel zu einem Karosserielängsträger angeordnet ist, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Karosserielängsträger zumindest zwei Deformationselemente beabstandet zueinander angeordnet sind und jedes der Deformationselemente mit einem zugeordneten Querträger des Gehäuses einen Kollisionslastpfad ausbildet.
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Mit anderen Worten bildet zumindest ein erstes Deformationselement zusammen mit einem ersten zugeordneten Querträger einen ersten Kollisionslastpfad und ein zweites Deformationselement bildet zusammen mit einem zweiten zugeordneten Querträger einen zweiten Kollisionslastpfad.
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Die Speicherzellenbaueinheit dient zur Energieversorgung eines elektrischen Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs und kann auch Traktionsbatterie, Antriebsbatterie oder elektrischer Energiespeicher genannt werden.
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Durch die Anordnung von beabstandeten Querträgern in dem Gehäuse und entsprechend ebenfalls beabstandeten Deformationselementen, die voneinander im Wesentlichen unabhängige Lastpfade ausbilden, kann die Kraftfahrzeugkarosserieanordnung leichter bei gleicher Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit und bei gleichem Schutz des Gehäuses ausgebildet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung fluchtet jedes Deformationselement mit dem zugeordneten Querträger. Dies bedeutet, dass ein Deformationselement in Querrichtung der Kraftfahrzeugkarosserie, d.h. in y-Richtung gemäß einem üblichen Fahrzeugkoordinatensystem, im Wesentlichen in Linie mit dem zugeordneten Querträger ist.
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Idealerweise ist das Deformationselement hierbei derart angeordnet, dass eine Mittellinie des Deformationselements mit einer Mittellinie des Querträgers übereinstimmt.
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Hierbei kann sich das Deformationselement im Kollisionslastfall am Besten an dem Querträger abstützen.
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Bevorzugt weist die Kraftfahrzeugkarosserieanordnung drei, vier, fünf oder sechs Deformationselemente auf, die, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung, beabstandet zueinander zwischen dem Karosserielängsträger und dem Gehäuse ausgebildet sind. Jedes dieser Deformationselemente kann dabei einem Querträger zugeordnet sein und mit diesem insbesondere fluchten. Dementsprechend weist das Gehäuse zumindest drei, vier, fünf oder sechs Querträger auf.
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Bevorzugt beträgt bei der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkarosserieanordnung ein Abstand zwischen dem Karosserielängsträger und dem Gehäuse zwischen 50 mm und 200 mm, bevorzugt zwischen 100 mm und 150 mm. Beispielhaft kann der Abstand ungefähr 120 mm +/- 10 mm betragen.
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Bei diesem Abstand zwischen dem Karosserielängsträger und dem Gehäuse ist eine hinreichend große Deformationsstrecke der Deformationselemente gewährleistet, wobei durch Verformung der Deformationselemente über die Deformationsstrecke Kollisionsenergie abgebaut werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Deformationselemente zum Abbau einer Kollisionslast durch plastische Verformung und/oder sprödes Versagen ausgebildet.
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Die Deformationselemente können ähnlich einem bekannten Deformationselement, das üblicherweise zwischen einem Karosserielängsträger und einem Stoßfängerquerträger angeordnet ist, ausgebildet sein. Ein derartiges Deformationselement wird auch als Crashbox bezeichnet.
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Die Deformationselement können derart ausgebildet sein, dass sie bei einem vorgegebenen Kollisionslastniveau plastisch und/oder spröde versagen.
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Das Deformationselement kann mehrschalig, insbesondere zweischalig, ausgebildet sein.
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Das Deformationselement kann derart ausgebildet sein, dass ein Lastniveau bei dem sich das Deformationselement verformt progressiv verläuft.
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Ferner kann das Deformationselement zur Steuerung eines Verlaufs eines Kollisionslastniveaus Sicken, Löcher, Ausbuchtungen bzw. Einbuchtungen aufweisen.
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Das Deformationselement kann aus Stahl, Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere einem faserverstärktem Kunststoff, ausgebildet sein.
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Im Fall der Ausbildung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung kann das Deformationselement als Strangpressprofil ausgebildet sein, dessen Strangpressrichtung in die Fahrzeugquerrichtung, d.h. die y-Richtung im Fahrzeugkoordinatensystem, verläuft.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Karosserielängsträger ein Kollisionslast aufnehmender Strukturträger.
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Gemäß einer weiteren bevorzugen Weiterbildung kann der Karosserielängsträger ein integraler Bestandteil der Fahrzeugkarosserie sein. Mit anderen Worten kann der Karosserielängsträger ein Bestandteil eines Karosserierohbaus sein. Insbesondere kann der Karosserielängsträger ein Seitenschweller sein. Ein Seitenschweller ist ein unterer, seitlicher, äußerer Längsträger der Fahrzeugkarosserie, der in einem Bereich zwischen Vorderachse und Hinterachse angeordnet ist.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Karosserielängsträger parallel zu einem Seitenschweller angeordnet und ist insbesondere an dem Seitenschweller befestigt. Hierbei ist der Karosserielängsträger kein integraler Bestandteil des Karosserierohbaus, sondern ein Montageteil. Eine Befestigung des Karosserielängsträgers an dem Seitenschweller kann mittels einer Schraub- bzw. Bolzenverbindung, einer Nietverbindung und/oder einer Schweißverbindung erfolgen. Der Karosserielängsträger ist hierbei beispielsweise an einer Unterseite des Seitenschwellers befestigt.
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Der Karosserielängsträger kann als Hohlprofil mit einer oder mehreren Kammern ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Kraftfahrzeugkarosserieanordnung weist das Gehäuse äußere Kollisionslast aufnehmende Gehäuselängsträger auf, zwischen denen die Gehäusequerträger verlaufen, wobei die Deformationselemente zwischen dem Gehäuselängsträger und dem Karosserielängsträger angeordnet sind.
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Die Deformationselemente können an dem Gehäuse und/oder dem Karosserielängsträger befestigt sein. Zur Befestigung kann jedes Deformationselement einen Befestigungsflansch aufweisen. Die Befestigung kann stoffschlüssig, reibschlüssig und/oder formschlüssig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Befestigung durch eine Schweißverbindung oder eine Schraubverbindung ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Kraftfahrzeugkarosserieanordnung einen linken Karosserielängsträger und einen rechten Karosserielängsträger auf, zwischen denen das Gehäuse angeordnet ist. Die Deformationselemente sind jeweils zwischen dem Gehäuse und dem linken Karosserielängsträger sowie dem Gehäuse und dem rechten Karosserielängsträger ausgebildet.
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Vorstehend aufgeführte Weiterbildungen der Erfindung können soweit möglich und sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.
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Es folgt eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen.
- 1 ist eine Perspektivansicht einer Kraftfahrzeugkarosserieanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine schematische Draufsicht der Kraftfahrzeugkarosserieanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine schematische Schnittansicht der Kraftfahrzeugkarosserieanordnung entlang einer Linie A-A in 2, d.h. entlang einer Fahrzeugquerrichtung und einer Fahrzeughochrichtung, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist eine schematische Perspektivansicht eines Deformationselements der Kraftfahrzeugkarosserieanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 5 ist eine schematische Perspektivansicht eines Deformationselements der Kraftfahrzeugkarosserieanordnung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Es folgt eine detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 5.
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In 1 ist Kraftfahrzeugkarosserieanordnung mit einer Speicherzellenbaueinheit 1 für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Elektroantrieb gezeigt. Die Speicherzellenbaueinheit 1 bildet eine Traktionsbatterie, d.h. eine Antriebsbatterie, des Kraftfahrzeugs mit Elektroantrieb. Wie in 1 sowie in der Draufsicht von 2 gezeigt ist, hat die Speicherzellenbaueinheit 1 ein Gehäuse 3 mit einem linken Gehäuselängsträger 35 und einem rechten Gehäuselängsträger 36. Zwischen dem linken Gehäuselängsträger 35 und dem rechten Gehäuselängsträger 36 verlaufen beabstandet zueinander Querträger 31, 32, 33 und 34. Das Gehäuse 3 dient zur Aufnahme von Batteriezellen bzw. Batteriemodulen bestehend aus Batteriezellen sowie Steuerungseinrichtungen, Kühleinrichtungen und elektrischer Verkabelung und bildet zusammen mit diesen Bestandteilen die Speicherzellenbaueinheit 1. Das Gehäuse 3 ist zum Schutz dieser Bestandteile im Wesentlichen gegenüber Gasen und Flüssigkeiten dicht ausgeführt. Die Speicherzellenbaueinheit 1 ist im Bodenbereich der Kraftfahrzeugkarosserie zwischen einem linken Karosserielängsträger 5 und einem rechten Karosserielängsträger 6 angeordnet. In einem Zwischenraum zwischen dem linken Karosserielängsträger 5 und dem Gehäuse 3, insbesondere einem linken Gehäuselängsträger 35, sind beanstandet zueinander mehrere Deformationselemente 71, 73, 75, 77 angeordnet. Ferner sind in einem Zwischenraum zwischen dem rechten Karosserielängsträger 6 und dem Gehäuse 3, insbesondere einem rechten Gehäuselängsträger 36, beanstandet zueinander mehrere Deformationselemente 72, 74, 76, 78 angeordnet. Hierbei fluchten die Deformationselemente 71, 72 mit dem ersten Querträger 31, die Deformationselemente 73, 74 mit dem zweiten Querträger 32, die Deformationselemente 75, 76 mit dem dritten Querträger 33 und die Deformationselemente 77, 78 mit dem vierten Querträger 34. Der Ausdruck „fluchten“ bedeutet, dass die Deformationselemente in Fahrzeugquerrichtung im Wesentlichen in einer Linie angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass ein Deformationselement in einem Winkel in Bezug auf den zugeordneten Querträger angeordnet ist. In jeden Fall ist jeweils zumindest ein Lastpfad ausgebildet, der durch ein Deformationselement und einen zugeordneten Querträger gebildet ist.
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Die Deformationselemente 7 (71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78) haben eine Länge von ungefähr 100 bis 150 mm. Ferner sind die Deformationselemente 7 ungefähr 300 bis 400 mm zueinander beanstandet angeordnet. Der Abstand benachbarter Deformationselemente 7 richtet sich nach dem Abstand benachbarter Querträger 31, 32, 33, 34 des Gehäuses 3. Der Abstand benachbarter Querträger 31, 32, 33, 34 des Gehäuses 3 ist wiederum durch eine Breite von Batteriemodulen bestimmt, die zwischen den Querträgern 31, 32, 33, 34 angeordnet sind.
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Die Karosserielängsträger 5, 6 sind zur Montage an einer Unterseite eines nicht gezeigten linken Seitenschwellers bzw. eines nicht gezeigten rechten Seitenschwellers der Kraftfahrzeugkarosserie ausgebildet. Die Kraftfahrzeugkarosserieanordnung bestehend aus der Speicherzellenbaueinheit 1 mit dem Gehäuse 3, den Deformationselementen und den Karosserielängsträgern 5, 6 ist somit von unten an die übrige Kraftfahrzeugkarosserie montierbar.
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Das Gehäuse 3 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gefertigt, wobei die Gehäuselängsträger 35, 36 sowie die Querträger 31,32, 33,34 als Strangpressprofile ausgebildet sind. Die Gehäuselängsträger 35 und 36 sind mit drei Hohlkammern ausgebildet. Die Karosserielängsträger 5, 6 sind mit zwei Hohlkammern ausgebildet, wie beispielsweise in der Schnittansichtsfigur 3 zu sehen ist.
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In 4 ist das Deformationselement 7 (71, 72 , 73 ,74 , 75 ,76 , 77 ,78) in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Das Deformationselement 7 ist zweischalig aus einer oberen Schale 701 und einer unteren Schale 702 aufgebaut. Ferner weist das Deformationselement 7 einen Befestigungsflansch 703 auf, mittels dem das Deformationselement 7 an dem Gehäuse 3, bzw. den Gehäuselängsträgern 35, 36, befestigt werden kann. Das Deformationselement 7 ist aus Stahl ausgebildet.
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In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Deformationselements 7 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Dieses Deformationselement 7 ist ebenfalls zweischalig aus Stahlblechen aufgebaut und weist einen Befestigungsflansch auf. Zur Ausbildung eines gewünschten Kraft-Weg-Verlaufs bei einer Verformung des Deformationselements 7 ist das Deformationselement nach außen, d.h. vom Gehäuse 3 Weg, sich chronisch verjüngen ausgebildet. Hierdurch ist ein progressiver Kraft-Weg-Verlauf möglich, bei dem das Lastniveau bei zunehmender Verformungsstrecken steigt. Ferner weist das Deformationselement 7 mehrere Sicken, d.h. Wölbungen, auf, die ebenfalls Einfluss auf ein Kraftniveau haben, bei dem das Deflationselement 7 verformt, und insbesondere ein Verformungskraftniveau erhöhen.
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Die Deformationselemente 7 sind ähnlich einer sogenannten Crashbox zum Abbau von Kollisionsenergie ausgeführt, die üblicherweise an einem vorderen Ende eines Motorträgers zwischen Motorträger und Stoßfängerquerträger angeordnet ist.
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Die vollständige Einheit aus der Speicherzellenbaueinheit 1, den Deformationselementen 7 und den Karosserielängsträgern 5, 6 ist von unten an das Kraftfahrzeug bzw. die Kraftfahrzeugkarosserie montierbar.
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Im Folgenden ist eine Funktion der Karosserieanordnung im Falle einer Seitenkollision des Kraftfahrzeugs mit einem Kollisionshindernis 100 erläutert. In 2 ist beispielhaft ein Kollisionshindernis 100 in Form eines Pfahls gezeigt, der auf einer linken Seite des Kraftfahrzeugs auf die Karosserie trifft. Die Kollisionsrichtung ist mit einem Pfeil dargestellt. In diesem Fall trifft das Kollisionshindernis 100 in einem Bereich zwischen dem Deformationselement 73 und dem Deformationselement 75 auf den Karosserielängsträger 5 sowie den darüber liegenden Seitenschweller. Hierbei wird die Kollisionslast zunächst im Wesentlichen über zwei Lastpfade in die Karosserieanordnung eingeleitet. Ein erster Lastpfad verläuft über den Karosserielängsträger 5, das Deformationselement 75, den Gehäuselängsträger 35 und den Querträger 33. Ein zweiter Lastpfad verläuft über den Karosserielängsträger 5, das Deformationselement 73, den Gehäuselängsträger 35 und den Querträger 32. Über den Karosserielängsträger 5 wird demnach die Kollisionslast im Wesentlichen auf die Deformationselemente 75 und 73 verteilt, Gegebenenfalls wird zusätzlich ein kleiner Teil der Last über den Gehäuselängsträger 5 auch noch auf die äußeren Deformationselemente 71 und 77 verteilt. Bei Überschreitung eines bestimmten Lastniveaus versagen die Deformationselemente 7 durch Verformung, wodurch Kollisionsenergie zum Schutz des Gehäuses 3 abgebaut wird. Hierdurch kann ein vorgegebenes Ausmaß an Kollisionsenergie absorbiert werden, ohne dass das Gehäuse 3 verformt wird und die Bestandteile innerhalb des Gehäuses 3 bei der Kollision beschädigt werden.
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Die Deformationselement 7 sind über den Flansch 703 an die Gehäuselängsträger 35, 36 geschraubt. Ferner sind die Karosserielängsträger 5 und 6 mit den jeweils anderen Enden der Deformationselemente 7 verschweißt. Die Karosserielängsträger 5 und 6 sind jeweils aus Stahl ausgeführt.
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In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Karosserielängsträger 5 und 6 Montageteile zur Montage an den Seitenschwellern der Kraftfahrzeugkarosserie. Es ist jedoch ebenso möglich, dass die Karosserielängsträger 5 und 6 integraler Bestandteil der Fahrzeugkarosserie, d.h. des sogenannten Karosserierohbaus, sind und insbesondere durch die Seitenschweller ausgebildet sind.
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Die Deformationselemente 7 sind aus Stahl ausgebildet, können jedoch auch aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung oder aus einem Faserkunststoffverbund ausgebildet sein.
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Das Gehäuse 3 kann auch aus Stahl ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013204765 A1 [0003]
- DE 102013008428 A1 [0004]