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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Krafteinwirkung auf eine Batterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, mit einem Batteriegehäuse, welches einen Gehäuseboden und eine einen Gehäuseinnenraum zur Aufnahme der Batterie bildende Gehäusewand aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug weist typischerweise eine Batterie (TraktionsBatterie) auf, welche eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt. Dabei ist unter einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug insbesondere ein Elektrofahrzeug, welches die zum Antrieb notwendige Energie lediglich in der Batterie speichert (BEV, battery electric vehicle), ein Elektrofahrzeug mit einem Reichweitenverlängerer (REEV, range extended electric vehicle), ein Hybridfahrzeug (HEV, hybrid electric vehicle) und/oder ein Plug-In-Hybridfahr-zeug (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) zu verstehen.
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Eine insbesondere unfallbedingte, also durch einen Crash oder einen Aufprall hervorgerufene Krafteinwirkung kann eine Beschädigung der Batterie bewirken. Bei einer solchen Beschädigung kann beispielsweise die in der Batterie gespeicherte Energie explosionsartig freigesetzt werden. Ferner können eine Feuergefahr und/oder ein Gefahr aufgrund einer elektrischen Entladung der Batterie für Fahrzeugpassagiere (Insassen) entstehen.
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Beispielsweise ist in der
DE 10 2016 118 105 A1 eine Konstruktion zur Reduzierung von Aufprallbelastungen offenbart, welche einen an einer Fahrzeugkarosserie befestigen Batterierahmen aufweist. Am Batterierahmen ist dabei ein die Batterie aufnehmendes Batteriegehäuse gehalten.
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Zur Vermeidung einer Beschädigung der Batterie ist außerdem bekannt, im Batteriegehäuse Versteifungselemente anzuordnen, welche die Steifigkeit des Batteriegehäuses erhöhen und dessen Verformung verhindern sollen. Beispielsweise ist aus der
DE 10 2015 111 325 A1 ein Batteriegehäuseteil für eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs bekannt, das einen elektromotorischen Antrieb aufweist. Das Batteriegehäuseteil weist einen Aufnahmekörper auf, in welchen die Traktionsbatterie aufnehmbar ist. Dabei besteht der Aufnahmekörper aus einem thermoplastischen Kunststoff, der wenigstens eine integrierte Organoblechkomponente umfasst. Ferner ist vorgesehen, dass die Organoblechkomponente einen Bodenabschnitt und wenigstens einen senkrecht zum Bodenabschnitt verlaufenden Versteifungsabschnitt aufweist.
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In der
US 2011/0262801 A1 ist eine Montageanordnung für einen Batteriepack in einem Fahrzeug offenbart. Der Batteriepack umfasst eine Batteriebaugruppe mit einer Schale für eine Vielzahl an Batteriezellen und für ein Kühlsystem, wobei die Schale an deren oberen Ende Kanäle aufweist, in welchen jeweils eine Tragschiene aufgenommen ist, die die Batteriebaugruppe überragt.
In der
EP 3 188 305 A1 ist ein Batteriepack mit darin aufgenommenen Batteriemodulen dargestellt. Jedes der Batteriemodule weist Schraubenlöcher für jeweils eine Durchgangsschraube auf, mittels welchen seitlich der Batteriemodule angeordnete Platten miteinander verbindbar sind. Zudem weisen die beiden Platten jeweils eine Öffnung auf, so dass Kühlungsluft in das Gehäuse an die Batteriemodule strömen kann.
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Aus der
WO 2015/113853 A1 ist ein Gehäuseteil bekannt, in welchem eine Tragstruktur mit einer Vielzahl von aus Hohlprofilen gebildeten Versteifungselementen angeordnet ist, wobei die Tragstruktur aus dem Gehäuse herausragen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Vorrichtung anzugeben, welche eine in ein Batteriegehäuse aufgenommene Batterie vor einer externen Krafteinwirkung und damit einhergehend vor einer möglichen Beschädigung schützt. Des Weiteren soll ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Vorrichtung ist dazu vorgesehen und eingerichtet, eine Krafteinwirkung auf eine Batterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs zu reduzieren oder sogar vollständig zu verhindern. Die Vorrichtung weist ein, insbesondere wannenförmiges, Batteriegehäuse mit einem Gehäuseboden und mit einer Gehäusewand auf. Die Gehäusewand bildet dabei einen Gehäuseinnenraum zur Aufnahme der Batterie, wobei die Gehäusewand den Gehäuseinnenraum umfangsseitig begrenzt (umschließt). Des Weiteren umfasst die Gehäusewand einander gegenüberliegende und zueinander beabstandete Gehäuselängsseiten und einander gegenüberliegende (und zueinander beabstandete) Gehäusequerseiten. Das Batteriegehäuse ist dabei insbesondere aus Aluminium oder Stahl gebildet. Zudem ist das vorzugsweise wannenartige (wannenförmige), also einen Gehäuseboden aufweisende Batteriegehäuse geeigneter Weise mit einem Gehäusedeckel verschlossen.
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Dabei weist das Batteriegehäuse eine hülsenartige (rohrartige) Durchführung auf, welche sich von einer der Gehäuselängsseiten zur anderen Gehäuselängsseite erstreckt. Zudem ist diese senkrecht zu den Gehäuselängsseiten orientiert. Zusätzlich oder alternativ weist das Batteriegehäuse eine Durchführung auf, welche sich von einer der Gehäusequerseiten zur anderen Gehäusequerseite und senkrecht zu den Gehäusequerseiten erstreckt. Sofern das Batteriegehäuse lediglich eine Durchführung aufweist, erstreckt sich diese also entweder zwischen den beiden Gehäuselängsseiten oder aber zwischen den beiden Gehäusequerseiten. Insbesondere sind im Batteriegehäuse jedoch mehrere Durchführungen vorgesehen. Vorzugsweise sind zwei zueinander beabstandet und parallel angeordnete Durchführungen vorgesehen, welche sich jeweils von einer Gehäuselängsseite zur anderen Gehäuselängsseite erstrecken.
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In der jeweiligen Durchführung ist eine (deformationsstabile) biegesteife Strebe aufgenommen, welche das Batteriegehäuse beidseitig überragt. Also überragt die jeweilige Strebe, welche in einer sich von einer der Gehäuselängsseiten zur anderen Gehäuselängsseite erstreckenden Durchführung aufgenommen ist, das Batteriegehäuse bezüglich einer Richtung senkrecht zu den Gehäuselängsseiten, also in Richtung einer Normalen der Gehäuselängsseiten. Analog überragt die jeweilige Strebe, welche in einer sich von einer der Gehäusequerseiten zur anderen Gehäusequerseite erstreckenden Durchführung aufgenommen ist, das Batteriegehäuse bezüglich einer Richtung senkrecht zu den Gehäusequerseiten, also in Richtung einer Normalen der Gehäusequerseiten. Die jeweilige Strebe dient dabei dem Zweck einer Kraftleitung einer auf deren Stirnseite einwirkenden Kraft zu deren dieser Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite. So ist die Strebe ein Kraftwandler, welcher den Angriffspunkt der einwirkenden Kraft ändert. Die Strebe ist dabei vorzugsweise aus einem besonders (biege-)steifen Material wie beispielsweise sogenanntem hochfesten Stahl gebildet. Aufgrund dessen ist eine Gefahr einer Deformation, insbesondere ein Verbiegen oder ein Abknicken, der Strebe vermieden oder zumindest verringert.
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Vorteilhafterweise wird eine auf die Stirnseite der jeweiligen Strebe wirkende Kraft also auf die gegenüberliegende Seite des Batteriegehäuses abgeleitet, so dass eine Krafteinwirkung auf das Batteriegehäuse selbst vermieden oder zumindest erheblich verringert ist. Die im Batteriegehäuse aufgenommene Batterie ist somit vor dieser Krafteinwirkung und vor einer damit einhergehenden möglichen Beschädigung geschützt.
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Weiter vorteilhaft kann auf diese Weise das Batteriegehäuse einfacher ausgestaltet werden. So kann beispielsweise auf die eingangs erwähnten Versteifungselemente zum Versteifen des Batteriegehäuses verzichtet werden, oder es können zumindest weniger dieser Versteifungselemente verwendet werden. Dabei ist zudem das Gewicht des Batteriegehäuses reduziert.
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Der geeigneter Weise vorgesehene Gehäusedeckel des Batteriegehäuses verschließt den Gehäuseinnenraum luft- und/oder wasserfest, so dass die Batterie vor Wasser, einer Witterung und vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln in den Gehäuseinnenraum geschützt ist.
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Die jeweilige Durchführung ist luft- und/oder wasserdicht im Batteriegehäuse angeordnet. Beispielsweise ist die jeweilige Durchführung im Batteriegehäuse angeschweißt. Ein Eindringen von Wasser und/oder Luft in den Gehäuseinnenraum ist verhindert, so dass die Batterie vor einer Witterung geschützt und/oder eine Beschädigung der Batterie aufgrund des Wassers vermieden ist.
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Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung ist an der jeweiligen Strebe endseitig, also an deren Stirnseiten, jeweils eine Anbindungskonsole zur Halterung an biegesteifen Karosserieelementen, insbesondere sogenannten Schwellern oder einem (Karosserie-)Rahmen, des Kraftfahrzeugs angeordnet. So erfolgt bei einer Krafteinwirkung auf eines der Karosserieelemente eine Kraftleitung mittels der Anbindungskonsole und der jeweiligen Strebe auf das bezüglich des Batteriegehäuses gegenüberliegende Karosserieelement.
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Die Anbindungskonsole weist in einer geeigneten Weiterbildung einen ersten Schenkel zum Anbinden der Strebe und einen zweiten Schenkel zum Anbinden an das entsprechende, insbesondere als Schweller oder als Karosserierahmen ausgebildete, Karosserieelement auf. Beispielsweise wird die Strebe am ersten Schenkel verschraubt, vernietet oder angeschweißt, und die Anbindungskonsole wird beispielsweise am Karosserieelement verschraubt. So ist eine Demontage des Batteriegehäuses vom Karosserieelement, beispielsweise im Zuge einer Wartung, ermöglicht. Der erste Schenkel und der zweite Schenkel bilden dabei eine L-Form, deren Horizontalschenkel mittels des zweiten Schenkels und deren Vertikalschenkel mittels des ersten Schenkels gebildet sind. Also weist die Anbindungskonsole in einer Ebene Senkrecht zum Gehäuseboden einen L-förmigen Querschnitt auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, im Folgenden kurz auch als Kraftfahrzeug bezeichnet, eine Vorrichtung in einer der oben beschriebenen Varianten auf. Insbesondere ist dabei im Batteriegehäuse mindestens eine hülsenartige Durchführung für eine Strebe vorgesehen, wobei die Strebe das Batteriegehäuse beidseitig überragt.
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Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug biegesteife Karosserieelemente auf. An diesen ist die Vorrichtung mittels derer Anbindungskonsolen angebunden, also gehalten und/oder befestigt.
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Im Falle von Streben, welche sich von einer der Gehäuselängsseiten zur anderen Gehäuselängsseite erstrecken, sind die Karosserieelemente geeigneter Weise als sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende sogenannte Schweller ausgebildet. Die Strebe erstreckt sich somit in Fahrzeugquerrichtung von einem der sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden und als Schweller ausgebildeten Karosserieelemente zum anderen Karosserieelement hin. Die Vorrichtung ist somit zwischen den Schwellern angeordnet. Bei einem Unfall mit Seitenaufprall, also bei einer Krafteinwirkung in Fahrzeugquerrichtung, wirkt die Kraft mittels des entsprechenden Schwellers und der Anbindungskonsole auf die entsprechende Stirnseite der Strebe. Diese leitet die Kraft, unter Vermeidung einer Deformation der Strebe aufgrund deren biegesteifen Ausgestaltung, an die andere Stirnseite der Strebe und somit an den anderen biegesteifen Schweller. Mit anderen Worten wird die Kraft von demjenigen Schweller, gegen welchen ein den Unfall bewirkender Gegenstand (Unfallkörper) verstellt wird, auf den bezüglich des Batteriegehäuses gegenüberliegenden Schweller geleitet. So wirkt die Kraft nicht oder lediglich in vergleichsweise geringem Maß auf das Batteriegehäuse. Vorteilhafterweise ist infolge dessen eine Beschädigung der Batterie vermieden oder eine Gefahr der Beschädigung zumindest verringert.
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In analoger Weise schützt eine Strebe, welche in einer sich in Fahrzeuglängsrichtung, also von einer der Gehäusequerseiten zur anderen Gehäusequerseite, erstreckenden Durchführung aufgenommen ist, die Batterie bei einem Unfall mit einem Frontal- oder Heckaufprall. Das biegesteife Karosserieelement ist hierbei beispielsweise ein (Karosserie-)Rahmen oder ein Fersenblech des Kraftfahrzeugs.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in schematischer Draufsicht ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit zwei Schwellern, zwischen welchen eine Vorrichtung mit einem Batteriegehäuse und mit Streben angeordnet ist,
- 2 das Batteriegehäuse in perspektivischer Draufsicht auf einen Gehäuseboden, wobei die Strebe in einer jeweiligen hülsenartigen Durchführung des Batteriegehäuses aufgenommen ist und das Batteriegehäuse beidseitig in Fahrzeugquerrichtung überragt, und
- 3 in perspektivischer Draufsicht auf den Gehäuseboden eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung, wobei die Strebe in einer hülsenartigen Durchführung des Batteriegehäuses aufgenommen ist, und wobei die Strebe das Batteriegehäuse beidseitig in Fahrzeuglängsrichtung überragt.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein im Folgenden auch kurz als Kraftfahrzeug bezeichnetes elektromotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug 2 in einer schematischen Draufsicht. Dessen Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung) und dessen Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) sind in einem nebenstehenden Richtungsdiagramm mit X bzw. Y bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 2 weist Schweller 4 als biegesteife Karosserieelemente 4 einer nicht weiter dargestellten Karosserie des Kraftfahrzeugs 2 auf. Dabei sind die Schweller 4 parallel und beabstandet zueinander sowie bodenseitig (untergrundseitig) des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet. Zudem erstrecken sich die Schweller 4 in Fahrzeuglängsrichtung X.
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Zwischen den Schwellern 4 ist eine Vorrichtung 6 mit einem wannenförmigen Batteriegehäuse 8 angeordnet. Das Batteriegehäuse 8 weist einen Gehäuseboden 10 und eine Gehäusewand 12 auf, welche umfangsseitig des Gehäusebodens10 angeordnet und senkrecht zu diesem orientiert ist (2). Die Gehäusewand 12 bildet ferner einen Gehäuseinnenraum 14 zur Aufnahme von Batteriemodulen 16 einer Batterie 18 des Kraftfahrzeugs 2. Beispielhaft ist hier strichliniert lediglich ein Batteriemodul 16 dargestellt.
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Dabei umfasst die Gehäusewand 12 zwei zueinander beabstandet und parallel verlaufende Gehäuselängsseiten 20, welche sich in Fahrzeuglängsrichtung X erstrecken, und zwei zueinander beabstandet und parallel verlaufende Gehäusequerseiten 22. Mit anderen Worten sind die Gehäuselängsseiten 20 einander gegenüberliegend sowie zueinander beabstandet und die Gehäusequerseiten 20 ebenfalls einander gegenüberliegend sowie zueinander beabstandet angeordnet.
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Das Batteriegehäuse 8 weist des Weiteren einen Gehäusedeckel 24 zum Verschließen des Gehäuseinnenraums 14 auf. Mittels des Gehäusedeckels 24 ist die im Gehäuseinnenraum 14 aufgenommene Batterie vor einem Eindringen von Wasser, Luft und Schutzpartikeln geschützt.
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Wie insbesondere in der 2 erkennbar, weist das Batteriegehäuse 8 zwei hülsenartige Durchführungen 26 auf. Die Durchführungen 26 erstrecken sich dabei von einer der Gehäuselängsseiten 20 zur anderen Gehäuselängsseite 20 in Fahrzeugquerrichtung Y, also parallel zu einer Normalen der Gehäuselängsseiten 20. Dabei sind die Durchführungen 26 luft- und/oder wasserdicht im Batteriegehäuse 8 angeordnet. Hierzu ist eine Wandung 28 der Durchführung 26 endseitig bezüglich deren Erstreckungsrichtung, also der Fahrzeugquerrichtung Y, mit den Gehäuselängsseiten 20 verbunden, insbesondere Mittels eines Schweißverfahrens. Zum Zwecke einer besseren Sichtbarkeit der Wandung 28 der durch den Gehäuseinnenraum 14 verlaufenden Durchführung 26 sind in der 2 der Gehäuseboden 10 sowie die Gehäusewand 12 transparent dargestellt.
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In den Durchführungen 26 ist jeweils eine, insbesondere aus einem hochfesten Stahl gebildete, Strebe 30 aufgenommen. Die Strebe 30 überragt dabei bezüglich der Fahrzeugquerrichtung Y das Batteriegehäuse 8. So weisen die Streben 30 eine größere Ausdehnung in Fahrzeugquerrichtung Y als das Batteriegehäuse 8 auf. Hierbei ist in der 2 nur eine der beiden Streben 30 dargestellt. Die Streben 30 sind zylinderförmig ausgebildet, jedoch weisen diese in einer nicht weiter dargestellten Alternative eine Quaderform auf.
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Endseitig der Streben 30, also an dessen Stirnseiten 32 ist eine Anbindungskonsole 34 angeordnet, mittels welcher die Strebe 30 an den als Schwellern 4 ausgebildeten biegesteifen Karosserieelementen 4 gehalten ist. Hierbei weist die Anbindungskonsole 34 in einer Ebene senkrecht zum Gehäuseboden 10 und parallel zu der Erstreckungsrichtung der Durchführungen 26 einen L-förmigen Querschnitt auf. Der Vertikalschenkel der L-Form ist dabei mittels eines ersten Schenkels 36 zum Anbinden der Strebe 30 und der Horizontalschenkel der L-Form mittels eines zweiten Schenkels 38 zum Anbinden an den Schweller 4 gebildet. In nicht weiter dargestellter Weise sind die Strebe 30 an die Anbindungskonsole 34 und die Anbindungskonsole 34 an den Schweller 4 befestigt, insbesondere verschraubt.
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Eine in Fahrzeugquerrichtung Y auf das Kraftfahrzeug 2 und mittels des entsprechenden Schwellers 4 auf eine der Stirnseiten 32 der jeweiligen Strebe 30 einwirkende Kraft ist mit dem Bezugszeichen F versehen und mittels eines Pfeils dargestellt. Die Kraft F wird hierbei beispielsweise durch einen Unfall mit einem Seitenaufprall (Seitencrash) eines nicht weiter dargestellten Unfallkörpers auf das Kraftfahrzeug 2 in Fahrzeugquerrichtung Y hervorgerufen.
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Die Anbindungskonsolen 34 liegen dabei an den entsprechenden Schwellern 4 an. So wird die Kraft F über die jeweilige Anbindungskonsole 34 an die entsprechende Strebe 30 geleitet. Diese wiederum leitet die Kraft F von derjenigen Stirnseite 30, welche zunächst mit der Kraft F beaufschlagt ist, an deren andere Stirnseite 32 weiter. Dort wirkt die Kraft F mittels der entsprechenden Anbindungskonsole 34 auf den Schweller 4. Mit anderen Worten wird die Kraft F von demjenigen Schweller 4, gegen welchen der Unfallkörper verstellt ist, auf den bezüglich des Batteriegehäuses 8 gegenüberliegenden Schweller 4 geleitet. Dabei ist eine Deformation der Strebe 30 aufgrund deren biegesteifen Ausgestaltung verhindert. Auf diese Weise wirkt die Kraft F nicht oder lediglich in vergleichsweise geringem Maß auf das Batteriegehäuse 8 und somit nicht auf die im Gehäuseinnenraum 14 des Batteriegehäuses 8 aufgenommene Batterie 18. Deshalb ist eine Beschädigung der Batterie 18 vermieden oder eine Gefahr deren Beschädigung zumindest erheblich verringert. Zusammenfassend ist mittels der Vorrichtung 6 eine Krafteinwirkung auf die Batterie 18 reduziert oder sogar vollständig vermieden.
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In 3 ist eine alternative Ausgestaltung des Batteriegehäuses gezeigt. Hierbei erstreckt sich die einzige hülsenartige Durchführung 26' von einer der Gehäusequerseiten 22 zur anderen Gehäusequerseite 22, also in Fahrzeuglängsrichtung X. In analoger Weise zur 2 ist die Vorrichtung 6 mittels an den Stirnseiten 32 der Strebe 30 angeordneten Anbindungskonsolen 34 an einem entsprechenden biegesteifen Karosserieelement 4' gehalten, welches hier ein Karosserierahmen 4' des Kraftfahrzeugs 2 ist. Derart ist die Batterie 18 in analoger Weise vor einem Unfall mit Front- oder Heckaufprall, also mit Krafteinwirkung in Fahrzeuglängsrichtung X, vor einer Beschädigung geschützt. Zum Zwecke einer verbesserten Sichtbarkeit der Durchführung 26' und deren Wandung 28' im Gehäuseinnenraum 14 sind der Gehäuseboden 10 und die Gehäusewand 12 transparent dargestellt.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Karosserieelement/Schweller
- 4`
- Karosserieelement/Karosserierahmen
- 6
- Vorrichtung
- 8
- Batteriegehäuse
- 10
- Gehäuseboden
- 12
- Gehäusewand
- 14
- Gehäuseinnenraum
- 16
- Batteriemodul
- 18
- Batterie
- 20
- Gehäuselängsseite
- 22
- Gehäusequerseite
- 24
- Gehäusedeckel
- 26,26'
- Durchführung
- 28,28'
- Wandung
- 30
- Strebe
- 32
- Stirnseite
- 34
- Anbindungskonsole
- 36
- erster Schenkel
- 38
- zweiter Schenkel
- F
- Kraft
- X
- Fahrzeuglängsrichtung
- Y
- Fahrzeugquerrichtung
