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Die Erfindung betrifft ein eine Bauteilanordnung für eine Crashzone eines Kraftwagens.
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Steigende Sicherheitsanforderungen für diverse Crashfälle bedingen im Serienfahrzeugbau von Kraftwagen, insbesondere von Personenkraftwagen, dass eine Vielzahl von Crashzonen zur Absorption von Aufprallenergie vorgesehen werden müssen. Unter anderem sind beispielsweise im Bereich der jeweiligen Fahrzeugseiten jeweilige Crashzonen für verschiedene Szenarien von Seitencrashs vorzuhalten, mittels welchen einerseits die Fahrzeuginsassen, andererseits aber auch sicherheitsrelevante Baueinheiten des Kraftwagens entsprechend geschützt werden können. Dies betrifft insbesondere auch elektrisch betriebene Fahrzeuge, deren Energiespeichereinrichtungen/Batterien und zugehörige Hochvoltkomponenten in besonderem Maße geschützt werden müssen.
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Eine derartige Crashzone ist beispielsweise im Flurbereich von elektrisch betriebenen Kraftwagen vorzusehen, um eine beispielsweise innerhalb jeweiliger Seitenschweller und unterseitig des Fahrzeugbodens angeordnete Energiespeichereinrichtungen vor Beschädigungen, beispielsweise bei einem Seitencrash oder einem Pfahlanprall, zu schützen. Um einen entsprechenden Seitencrash hinreichend gut abfangen zu können, sind die jeweiligen Crashzonen entsprechend groß zu dimensionieren. Dies führt jedoch andererseits dazu, dass an anderer Stelle Bauraum vorgehalten werden muss, um beispielsweise elektrische Bauelemente wie Leitungen oder dergleichen der Energiespeichereinrichtung für einen elektrischen Antrieb unterzubringen und zuverlässig vor Beschädigungen im Crashfall zu schützen. Im schlechtesten Fall müssen entsprechende elektrische Bauelemente in einem Bauraum angeordnet werden, welcher die Innenraumabmessung des Kraftwagens beschränkt und somit zu Lasten des Komforts der Fahrzeugsitzinsassen geht.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich daher mit der Aufgabe, Bauelemente des Kraftwagens einerseits unter günstiger Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums anzuordnen und andererseits eine gegen Beschädigungen sichere Anordnung dieser Bauelemente zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße durch eine Bauteilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Bauteilanordnung umfasst eine Halteeinrichtung mit wenigstens einem Halteelement, mittels welchem ein Bauelement, beispielsweise ein elektrisches Bauelement wie eine Leitung oder dergleichen, im Bereich einer Crashzone des Kraftwagens in einer fixierten Stellung gehalten ist. Kommt es dabei zu einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung im Bereich der entsprechenden Crashzone, so weist das wenigstens eine Halteelement wenigstens einen gezielt nachgiebigen Bereich auf, mittels welchem das Bauelement bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung aus der fixierten Stellung in eine Ausweichstellung verlagerbar ist. Durch die nachgiebige Ausgestaltung des entsprechenden Bereichs des Halteelements wird demzufolge erreicht, dass das Bauelement, beispielsweise eine elektrische Leitung, bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung im Bereich der Crashzone gezielt in einer Ausweichbewegung aus der fixierten Stellung in die Ausweichstellung verlagert werden kann. Demzufolge soll erfindungsgemäß erreicht werden, dass das jeweilige Bauelement, beispielsweise die elektrische Leitung, in Folge der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ohne wesentliche Beschädigungen verlagert wird.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung liegt somit darin, einerseits entsprechende Bauelemente wie elektrische Leitungen, Bauteile oder Baueinheiten oder andere beispielsweise medienführende Leitungen im Bereich der jeweiligen Crashzone des Kraftwagens anordnen zu können, wobei diese Bauelemente dann aus ihrer mittels des Halteelements fixierten Stellung gezielt ausweichen können, sollte es zur Deformation der Crashzone in diesem Bereich kommen. Somit können eine Vielzahl sicherheitsrelevanter Bauelemente in der entsprechenden Crashzone untergebracht werden, was einerseits zu einer Einsparung von Bauraum in anderen Bereichen, beispielsweise im Innenraum des Kraftwagens, führt, und andererseits dennoch eine äußerst sichere und zuverlässige Anordnung der jeweiligen Bauelemente im Bereich der Crashzone ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn das Bauelement ein elektrisches Bauteil, insbesondere eine elektrische Leitung, umfasst. Gerade derartige elektrische Bauteile wie Leitungen, Leistungsteile oder dergleichen können besonders zuverlässig gegen Beschädigungen geschützt werden, insbesondere wenn diese als Hochspannungsbauteile ausgebildet sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine nachgiebige Bereich durch ein biegeweiches Element gebildet ist. Ein derartiges, biegeweiches Element kann einerseits besonders einfach eine hinreichende Stabilität und Steifigkeit aufweisen, um das wenigstens eine Bauelement in der fixierten Stellung innerhalb der Crashzone zu halten, und andererseits eine hinreichende Nachgiebigkeit, um entsprechend bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung gezielt - und beispielsweise unter Ausbildung einer Lagerstelle - in die Ausweichstellung verlagert werden zu können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine nachgiebige Bereich durch ein Lager gebildet ist. Ein derartiges Lager ermöglicht eine äußerst definierte Lagerstelle und demzufolge Verlagerungsbewegung, entlang welcher das wenigstens eine Bauelement aus der fixierten Stellung in die Ausweichstellung verlagerbar ist.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Halteelement einen kraftwagenseitigen Haltebereich und einen bauelementseitigen Haltebereich aufweist, zwischen welchen ein biegesteifer Bereich vorgesehen ist, welcher unter Vermittlung eines jeweiligen, nachgiebigen Bereichs mit dem jeweiligen kraftwagenseitigen beziehungsweise bauelementseitigen Haltebereich verbunden ist. Ein derartiges Halteelement ermöglicht eine hebel- beziehungsweise parallelogrammartige Verlagerungsbewegung des jeweiligen Bauelements, beispielsweise der elektrischen Leitung, zwischen der fixierten Stellung und der Ausweichstellung. Somit ergeben sich äußerst definierte Positionen der fixierten Stellung und der Ausweichstellung.
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Die erfindungsgemäße Bauteilanordnung hat sich insbesondere bei Crashzonen im Bereich eines Seitenschwellers des Kraftwagens als vorteilhaft gezeigt. Gerade in diesen Bereichen können beispielsweise elektrische Leitungen besonders günstig in der entsprechenden Crashzone zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem Seitenschweller des Personenkraftwagens angeordnet werden.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Bauelement in der fixierten Stellung in Fahrzeugquerrichtung zumindest teilweise gegenüber einem Speichergehäuse einer Energiespeichereinrichtung für einen Antriebsstrang des Kraftwagens seitlich übersteht. In der Ausweichstellung kann das Bauelement dann vorzugsweise in - in Fahrzeugquerrichtung betrachtet - Überdeckung mit dem Speichergehäuse und somit außerhalb der Crashzone angeordnet sein.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Gleiteinrichtung vorgesehen ist, entlang welcher wenigstens ein Bauteilbereich des Halteelements aus der fixierten Stellung in die Ausweichstellung verlagerbar ist. Die Gleiteinrichtung umfasst hierfür vorzugsweise ein kraftwagenseitiges Gleitelement und ein bauelementseitiges Gleitelement, welche derart miteinander zusammenwirken, dass das Bauelement besonders zuverlässig und positionsgetreu zwischen der fixierten Stellung und der Ausweichstellung verlagert werden kann.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine ausschnittsweise und schematische Schnittansicht durch eine Bauteilanordnung für eine Crashzone eines Kraftwagens entlang einer sich in Fahrzeugquerrichtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung erstreckenden Schnittebene mit einer Halteeinrichtung mit wenigstens einem Halteelement, mittels welchem ein Bauelement in Form einer elektrischen Leitung im Bereich der Crashzone zwischen einem Seitenschweller und einer innenseitig davon angeordneten Energiespeichereinrichtung in einer fixierten Stellung gehalten ist; und
- 2 eine ausschnittsweise und schematische Schnittansicht auf die Bauteilanordnung analog zu 1, wobei die Bauteilanordnung nach einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung in Folge eines Seitenaufpralls gezeigt ist, wodurch Leitungen mittels der Halteeinrichtung aus der fixierten Stellung gemäß 1 in eine Ausweichstellung gemäß 2 unterhalb der Energiespeichereinrichtung verlagert worden sind.
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In 1 ist in einer ausschnittsweisen und schematischen Schnittansicht entlang einer in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) im Bereich eines Seitenschwellers 1 dargestellt. Dieser ist im vorliegenden Fall aus jeweiligen Blechschalenelementen 2, 3 zusammengesetzt, welche an jeweiligen Flanschverbindungen 4, 5 unter Ausbildung eines Kastenprofils des Seitenschwellers 1 miteinander verbunden sind. Der Seitenschweller 1 erstreckt sich dabei im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) und waagerecht.
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Innenseitig ist an dem Seitenschweller 1 ein Fahrzeugboden 6 im Bereich einer Flanschverbindung 7 angesetzt. Unterseitig dieses Fahrzeugbodens 6 ist eine Energiespeichereinrichtung 8 angeordnet, welche eine Mehrzahl von Batteriemodulen 9 umfasst, welche innerhalb eines Speichergehäuses 10 aufgenommen sind. Die Batteriemodule 9 oder andere elektrische Bauteile der Energiespeichereinrichtung innerhalb des Speichergehäuses 10 erstrecken sich dabei - in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) betrachtet nach außen hin lediglich bis zu einer Bauraumgrenze B, welche innerhalb der Crashzone C liegt. Demzufolge sind vorliegend die Hochvoltkomponenten bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) innenseitig dieser seitencrashsicheren Auslegungsbreite für Hochvoltkomponenten angeordnet.
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Aus 1 ist zudem erkennbar, dass das Speichergehäuse 10 bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) in einem seitlichen Abstand a gegenüber dem Seitenschweller 1 zurückspringend angeordnet ist beziehungsweise in einem entsprechenden seitlichen Abstand a zum Seitenschweller 1 endet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Speichergehäuse 10 separat von dem Fahrzeugboden 6 ausgebildet und unterseitig von diesem angeordnet. In einer speziellen Ausführungsform wäre es dabei auch denkbar, dass der Fahrzeugboden 6 eine Teilschale des Speichergehäuses 10 bildet, welcher mit einer weiteren, rohbauexternen Teilschale über eine jeweilige, insbesondere gasdichte Verbindung verbunden ist und hierdurch das Speichergehäuse 10 bildet.
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Zumindest im Wesentlichen im Freiraum beziehungsweise Abstand a zwischen dem Speichergehäuse 10 und dem Seitenschweller 1 ist im vorliegenden Fall eine Bauteilanordnung vorgesehen, welche eine Halteeinrichtung 11 mit wenigstens einem Halteelement 12 umfasst, mittels welchem im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Bauelemente in Form von elektrischen Hochvoltleitungen und/oder Medienleitungen für die Energiespeichereinrichtung 8 angeordnet sind. Die beiden Leitungen 13, 14 erstrecken sich dabei im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) und zumindest im hier gezeigten Längenbereich horizontal. Idealerweise sind im vorliegenden Fall mehrere Halteelemente 12 gleicher Bauart vorgesehen, mittels welchen die beiden Leitungen 13, 14 im vorliegenden Fall an einer Außenwand 15 des Speichergehäuses 10 befestigt und gehalten sind. Die Anbindung der Halteelemente 12 wäre natürlich auch am Kraftwagenrohbau denkbar. Im vorliegenden Fall ergibt sich jedoch der besondere Vorteil, dass somit die Bauteilanordnung mit der Halteeinrichtung 11 am Speichergehäuse 10 vormontiert werden kann.
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Das jeweilige Halteelement 12 der Halteeinrichtung 11 umfasst im vorliegenden Fall einen kraftwagenseitigen Haltebereich 16, der wie vorstehend beschrieben an der Außenwand 15 des Speichergehäuses 10 befestigt ist, sowie einen bauelementseitigen beziehungsweise leitungsseitigen Haltebereich 17, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest im Wesentlichen biegesteif und stabil ausgebildet ist. Zwischen diesen Haltebereichen 16, 17 erstreckt sich diagonal - bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) und die Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) - von innen oben nach außen unten ein ebenfalls biegesteifer Bereich 18, welcher unter Vermittlung eines jeweiligen, nachgiebigen Bereichs 19, 20 mit dem jeweiligen kraftwagenseitigen beziehungsweise bauelementseitigen Haltebereich 16, 17 verbunden ist. Mit anderen Worten sind vorliegend die jeweils winkelförmigen (Übergangs-) Bereiche 19, 20 zwischen den jeweiligen Haltebereichen 16, 17 und dem biegesteifen mittleren Bereich 18 entsprechend nachgiebig gestaltet.
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Diese Nachgiebigkeit der Bereiche 19, 20 kann beispielsweise durch eine entsprechende Materialwahl erfolgen. Sind beispielsweise die jeweiligen Halteelemente 12 aus Kunststoff gefertigt, so können beispielsweise die Haltebereiche 16, 17 und der biegesteife Bereich 18 durch entsprechende Hybrid-Einleger oder dergleichen verstärkt sein. Auch wäre es denkbar, ein Kunststoffteil aus verschieden steifen beziehungsweise nachgiebigen Kunststoffen und oder Materialbereichen zu gestalten. Vorliegend wird durch die winklige Ausgestaltung der nachgiebigen Bereiche 19, 20 eine entsprechend gezielte Nachgiebigkeit erreicht, sodass das Halteelement 12 im Falle einer nachfolgend beschriebenen unfallbedingten Kraftbeaufschlagung in einer geometrisch und kräftemäßig definierten Verlagerungsbewegung aus einer hier gezeigten fixierten Stellung der Bauelemente beziehungsweise Leitungen 13, 14 in eine in 2 dargestellte Ausweichstellung erfolgen kann.
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In einer alternativen Ausgestaltung können die nachgiebigen Bereiche 19, 20 alternativ zu einem biegeweichen Element auch durch ein jeweiliges Lager, beispielsweise ein Schwenklager oder dergleichen, gebildet sein. Wesentlich bei der Ausgestaltung des jeweiligen Halteelements 12 ist jedoch, dass die Leitungen beziehungsweise Bauelemente 13, 14 in ihrer in 1 gezeigten fixierten Stellung verbleiben und dabei beispielsweise in Folge von Schwingungen, Fahrtwind oder dergleichen, nicht übermäßig vibrieren oder dergleichen.
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2 zeigt in einer weiteren ausschnittsweisen und schematischen Schnittansicht analog zu 1 die Bauteilanordnung der jeweiligen Leitungen beziehungsweise Bauelemente 13, 14 im Bereich der Crashzone C innerhalb des Seitenschwellers 1, welcher im vorliegenden Fall in Folge eines Seitenaufpralls, Pfahlanpralls oder dergleichen deformiert und insbesondere in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) unter Absorption von Aufprallenergie deformiert worden ist. In Folge dieser Deformation des Seitenschwellers 1 sowie des Fahrzeugbodens 6 ist ein erheblicher Teil der Crashzone C beziehungsweise der entsprechenden Strukturbauteile der Kraftwagenkarosserie wie beispielsweise der Seitenschweller 1 deformiert beziehungsweise sind in diese Crashzone C eingedrungen. Deutlich erkennbar ist jedoch, dass insbesondere in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) betrachtet keine Deformation von Bauelementen, insbesondere der Energiespeichereinrichtung 8, erfolgt ist, welche innerhalb der sich in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) erstreckenden Bauraumgrenze B angeordnet sind, welche die seitencrashsichere Auslegungsbreite für entsprechende Hochvoltkomponenten oder dergleichen darstellt. Vielmehr erfolgt die vorliegende Deformation lediglich im Bereich der außenseitig der Bauraumgrenze B angeordneten Crashzone C.
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Da allerdings die Bauteilanordnung der jeweiligen Leitungen 13, 14 im Bereich dieser Crashzone C angeordnet ist, sind entsprechende Vorkehrungen zu treffen, dass die Leitungen 13, 14 unbeschädigt und infolge einer Kraftbeaufschlagung gezielt aus der Crashzone C in eine entsprechende Ausweichstellung verlagert werden. Eine Zusammenschau der 1 und 2 zeigt dabei, dass das jeweilige Halteelement 12 in Folge der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung mittels der Unfallkraft F - im vorliegenden Fall unter Vermittlung des Seitenschwellers 1 - derart aus der fixierten Stellung gemäß 1 in die Ausweichstellung gemäß 2 verlagert worden ist, dass sich nunmehr die Leitungen 13, 14 - in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) betrachtet - zumindest im Wesentlichen unterhalb des Speichergehäuses 10 und der Energiespeichereinrichtung 8 beziehungsweise zumindest im Wesentlichen der Bauraumgrenzen B befinden. Die gezielte Verlagerung der Leitungen 13, 14 beziehungsweise des jeweiligen Halteelements 12 ist dabei dadurch bewerkstelligt worden, dass die jeweiligen, winkelförmigen nachgiebigen Bereiche 19, 20 entsprechend gestreckt worden sind und einen zumindest im Wesentlichen geradlinigen Verlauf aufweisen. Hierbei erstrecken sich die nachgiebigen Bereiche 19, 20 zumindest im Wesentlichen gradlinig und in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung). Die Deformation der nachgiebigen Bereiche 19, 20 kann dabei beispielsweise und insbesondere plastisch und somit dauerhaft sein.
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Die Leitungen 13, 14 sind im vorliegenden Fall in einer Aufnahme 21 in Form eines Kabelschachts oder dergleichen aufgenommen. Dieser ist vorzugsweise äußerst stabil und beispielsweise ebenfalls aus einem biegesteifen und entsprechend stabilen Material gestaltet. Im vorliegenden Fall ist dabei eine Gleiteinrichtung 22 vorgesehen, entlang welcher wenigstens ein Bauteilbereich des Halteelements 12, im vorliegenden Fall die Aufnahme 21, aus der fixierten Stellung in die Ausweichstellung verlagerbar ist. Hierzu weist die Gleiteinrichtung 22 beziehungsweise die Aufnahme 21 eine Gleitschräge oder dergleichen bauelementseitiges Gleitelement 23 auf, welches mit einem kraftwagenseitigen Gleitelement 24 zusammenwirkt. Dieses kraftwagenseitigen Gleitelement 24 ist vorliegend an einer Unterseite 25 des Speichergehäuses 10 in einem Eckbereich zur Außenwand 15 angeordnet und erstreckt sich in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) über einen zumindest erheblichen Längenbereich des Speichergehäuses 10. Auch die Gleitschräge beziehungsweise das Gleitelement 23 auf Seiten der Aufnahme 21 beziehungsweise des Kabelschachts erstreckt sich über einen erheblichen Längenbereich in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung). Insgesamt kann somit die Aufnahme 21 beziehungsweise der Kabelschacht bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und Verlagerung in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) nach innen äußerst zuverlässig und definiert in die Ausweichstellung unterhalb des Speichergehäuses 10 beziehungsweise innerhalb der Bauraumgrenze B verlagert werden.
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Insgesamt ist somit durch die vorliegende Bauteilanordnung eine Möglichkeit geschaffen, Bauelemente beispielsweise von Hochvolt-Energiespeichereinrichtungen 8 seitlich des Speichergehäuses 10 im Bereich der Crashzone C anzuordnen und dennoch auf besonders sichere und zuverlässige Art und Weise zu gewährleisten, dass im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung keine Beschädigung dieser Leitungen 13, 14 oder dergleichen Bauelemente erfolgt. Somit kann der im Bereich der Crashzone C vorhandene Bauraum in optimaler Weise genutzt werden, ohne dass anderer Bauraum beispielsweise im Innenraum des Kraftwagens hierfür genutzt werden muss. Da für einen Seitencrash, Pfahlanprall oder dergleichen üblicherweise keine zuverlässigen und ausreichend schnellen Abschaltsysteme vorhanden sind, kann durch die erfindungsgemäße Bauteilanordnung dennoch die Crashzone C zur Unterbringung von Bauelementen, beispielsweise hochspannungsführenden Bauteilen, herangezogen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Seitenschweller
- 2
- Blechschalenelement
- 3
- Blechschalenelement
- 4
- Flanschverbindung
- 5
- Flanschverbindung
- 6
- Fahrzeugboden
- 7
- Flanschverbindung
- 8
- Energiespeichereinrichtung
- 9
- Batteriemodul
- 10
- Speichergehäuse
- 11
- Halteeinrichtung
- 12
- Halteelement
- 13
- Leitung
- 14
- Leitung
- 15
- Außenwand
- 16
- Haltebereich
- 17
- Haltebereich
- 18
- Bereich
- 19
- nachgiebiger Bereich
- 20
- nachgiebiger Bereich
- 21
- Aufnahme
- 22
- Gleiteinrichtung
- 23
- Gleitelement
- 24
- Gleitelement
- 25
- Unterseite
- a
- Abstand
- B
- Bauraumgrenze
- C
- Crashzone
- F
- Unfallkraft
