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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anbindung mindestens eines Druckgasbehälters und/oder mindestens eines Energiespeichers an ein Fahrgestell eines Fahrzeugs. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer entsprechenden Vorrichtung.
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Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein elektromotorisch betriebenes Fahrzeug handeln, das mindestens einen Druckgasbehälter als Wasserstoffspeicher und/oder mindestens eine Batterie als Energiespeicher mit sich führt.
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Stand der Technik
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In einem Druckgasbehälter mitgeführter Wasserstoff kann in einem Brennstoffzellensystem zusammen mit Sauerstoff bzw. Luft in elektrische Energie gewandelt werden, so dass die für den Betrieb eines Elektromotors eines Fahrzeugs benötigte elektrische Energie an Bord des Fahrzeugs erzeugt werden kann.
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Grundsätzlich kann Wasserstoff tiefkalt in sogenannten Kryotanks oder unter Druck in einem oder mehreren Druckgasbehältern gespeichert werden. Für Anwendungen, in denen nicht sichergestellt ist, dass kontinuierlich Wasserstoff entnommen wird, stellt die Speicherung unter Druck, das heißt in einem Druckgasbehälter, die Vorzugslösung dar. In der Regel werden dabei mehrere gleichartige, in der Regel flaschenförmige Druckgasbehälter zu einem Speichermodul zusammengefasst.
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Zum Anbinden eines Druckgasbehälter oder eines mehrere Druckgasbehälter umfassenden Speichermoduls an ein Fahrgestell eines Fahrzeugs werden üblicherweise Rahmen aus Metall eingesetzt, da diese besonders robust sind. Denn die Anbindung erfolgt in der Regel Unterflur, das heißt auf der Unterseite des Fahrgestells, so dass der Rahmen nicht vor äußeren Einwirkungen geschützt ist. Dies gilt im Übrigen auch für Energiespeicher, wie Batterien oder Batteriepacks. Die Herausforderungen bei der sicheren Anbindung von Druckgasbehältern und/oder Energiespeichern sind somit weitgehend gleich.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Anbindung mindestens eines Druckgasbehälters und/oder mindestens eines Energiespeichers an einem Fahrgestell eines Fahrzeugs zu optimieren. Insbesondere soll eine Anbindung geschaffen werden, die hinsichtlich des Brandschutzes verbessert ist, da in Bezug auf den Brandschutz hohe Anforderungen zu erfüllen sind (z.B. Fire Test nach ECE R134).
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Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Fahrzeug mit einem Fahrgestell und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anbindung von Druckgasbehältern und/oder Energiespeichern an dem Fahrgestell des Fahrzeugs vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Anbindung mindestens eines Druckgasbehälters und/oder mindestens eines Energiespeichers an ein Fahrgestell eines Fahrzeugs wird bzw. werden der mindestens eine Druckgasbehälter und/oder der mindestens eine Energiespeicher vor oder nach der Montage in einem Unterflur-Bereich des Fahrgestells mit Hilfe eines ein- oder mehrteilig ausgeführten Gehäuses eingehaust, wobei ein Gehäuse verwendet wird, das aus einem nicht-metallischen Werkstoff gefertigt ist.
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Die Einhausung schützt den mindestens einen Druckgasbehälter und/oder den mindestens einen Energiespeicher vor äußeren Einwirkungen. Dadurch, dass zum Einhausen ein Gehäuse verwendet wird, das aus einem nicht-metallischen Werkstoff gefertigt ist, ist bzw. sind der mindestens eine Druckgasbehälter und/oder der mindestens eine Energiespeicher insbesondere vor Wärme geschützt, wie sie beispielsweise bei einem Brand entsteht. Denn gegenüber metallischen Werkstoffen, die eine Leitfähigkeit besitzen, weisen nicht-metallische Werkstoffe in der Regel eine deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit auf. Dies erweist sich vorliegend als Vorteil, da das Gehäuse zugleich als Isolierung dient und auf diese Weise ein Durchschlagen des Feuers, zumindest für eine Weile, verhindert. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Gehäuses kann somit der Brandschutz verbessert werden. Insbesondere können Anforderungen erfüllt werden, wie sie beispielsweise vom Fire Test nach ECE R134 gefordert werden.
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Bevorzugt wird ein Gehäuse aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise aus einem mit Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoff verwendet. Faserverstärkte Kunststoffe weisen - ähnlich den metallischen Werkstoffen - eine hohe Festigkeit auf und sind damit sehr robust. Gegenüber metallischen Werkstoffen weisen sie jedoch ein deutlich geringeres Gewicht auf, was sich insbesondere in mobilen Anwendungen als Vorteil erweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird bzw. werden der mindestens eine Druckgasbehälter und/oder der mindestens eine Energiespeicher zumindest bereichsweise in eine Aufnahme des Fahrgestells eingesetzt, so dass das Fahrgestell zum teilweisen Einhausen des mindestens einen Druckgasbehälters und/oder des mindestens einen Energiespeichers nutzbar ist. Das Gehäuse kann dementsprechend kleiner ausfallen, da ein Teil der Einhausung durch das Fahrgestell selbst gebildet wird. Die hierzu vorgesehene Aufnahme kann beispielsweise als wannenartige Vertiefung im Unterflur-Bereich des Fahrgestells ausgebildet sein, in welche der mindestens eine Druckgasbehälter und/oder der mindestens eine Energiespeicher eingesetzt wird bzw. werden. Zur vollständigen Einhausung muss dann nur noch das Gehäuse, das hierzu deckelartig geformt sein kann, am Fahrgestell befestigt werden. Dies kann unmittelbar am Fahrgestell erfolgen oder mittelbar über ein Rahmenteil, wobei das Rahmenteil durch ein Gehäuseteil ausgebildet werden kann. Das Gehäuse ist in diesem Fall mehrteilig ausgebildet.
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Ferner kann der mindestens eine Druckgasbehälter und/oder der mindestens eine Energiespeicher in das Gehäuse eingesetzt und anschließend zusammen mit dem Gehäuse am Fahrgestell befestigt werden. Das Gehäuse kann in diesem Fall ein wannenartiges erstes Gehäuseteil zur Aufnahme des mindestens einen Druckgasbehälters und/oder des mindestens einen Energiespeichers aufweisen sowie ein deckelartiges zweites Gehäuseteil, das nach dem Einsetzen des mindestens einen Druckgasbehälters und/oder des mindestens einen Energiespeichers auf das erste Gehäuseteil aufgesetzt und an diesem befestigt wird. Die Befestigung am Fahrgestell kann über das wannenartige Gehäuseteil erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Variante wird zunächst das wannenartigen Gehäuseteil am Fahrgestell befestigt. Anschließend wird bzw. werden der mindestens eine Druckgasbehälter und/oder der mindestens eine Energiespeicher in das wannenartige Gehäuseteil eingesetzt. Das wannenartige Gehäuseteil wird anschließend durch Aufsetzen und Befestigen eines deckelartigen Gehäuseteils verschlossen.
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Vorteilhafter Weise wird das Gehäuse ganz oder teilweise abnehmbar am Fahrgestell befestigt. Bei Bedarf, beispielsweise zum Zwecke der Prüfung und/oder der Wartung, kann dann das Gehäuse ganz oder teilweise abgenommen werden, so dass der mindestens eine Druckgasbehälter und/oder der mindestens eine Energiespeicher zugänglich ist bzw. sind. Um das Gehäuse ganz oder teilweise abnehmbar zu gestalten, können lösbare Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben, zur Befestigung des Gehäuses am Fahrgestell und/oder zu Befestigung von einem Gehäuseteil an einem weiteren Gehäuseteil des Gehäuses eingesetzt werden. Die Befestigung des Gehäuses am Fahrgestell muss dergestalt sein, dass das Gehäuse im Betrieb des Fahrzeugs verliersicher am Fahrgestell gehalten ist.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Vorrichtung zur Anbindung mindestens eines Druckgasbehälters und/oder mindestens eines Energiespeichers an ein Fahrgestell eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst ein ein- oder mehrteilig ausgeführtes Gehäuse zum Einhausen des mindestens einen Druckgasbehälters und/oder des mindestens einen Energiespeichers vor oder nach der Montage am Fahrgestell. Das Gehäuse ist dabei aus einem nicht-metallischen Werkstoff gefertigt.
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In montiertem Zustand, das heißt am Fahrgestell des Fahrzeugs, schützt die vorgeschlagene Vorrichtung den mindestens einen Druckgasbehälter und/oder den mindestens einen Energiespeicher vor äußeren Einwirkungen. Insbesondere schützt sie vor Wärme, die beispielsweise durch einen Brand verursacht wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass auf ein Gehäuse aus einem metallischen Werkstoff verzichtet wird. Denn metallische Werkstoffe weisen in der Regel eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass ein metallisches Gehäuse weniger geeignet ist, den mindestens einen Druckgasbehälter und/oder den mindestens einen Energiespeicher vor Wärme zu schützen.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
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Bevorzugt ist das Gehäuse aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise aus einem mit Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoff, gefertigt. Derartige Kunststoffe weisen eine hohe Festigkeit auf, so dass sie für den vorgesehenen Einsatz ausreichend robust sind. In dieser Beziehung stehen sie somit einem metallischen Werkstoff nicht nach. Ferner weisen diese Kunststoffe ein geringes Gewicht auf, so dass, insbesondere gegenüber einem Gehäuse aus einem metallischen Werkstoff, Gewicht eingespart werden kann. Eine Gewichtsersparnis ist in mobilen Anwendungen immer ein Vorteil.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse oder ein Gehäuseteil des Gehäuses deckelartig geformt ist. Das deckelartige Gehäuse bzw. Gehäuseteil kann in der Weise montiert werden, dass der mindestens eine Druckgasbehälter und/oder der mindestens eine Energiespeicher vollständig eingehaust ist bzw. sind. Das deckelartige Gehäuse bzw. Gehäuseteil wirkt dabei idealerweise mit dem Fahrgestell oder einem bereits am Fahrgestellt montierten weiteren Gehäuseteil des Gehäuses zusammen. Bei einem einteilig ausgeführten Gehäuse kann beispielsweise das Fahrgestell eine wannenartige Aufnahme für den mindestens einen Druckgasbehälter und/oder den mindestens eine Energiespeicher aufweisen, die anschließend mit Hilfe des deckelartigen Gehäuses verschlossen wird.
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Das deckelartige Gehäuse bzw. Gehäuseteil ist vorzugsweise abnehmbar. Auf diese Weise kann bei Bedarf, beispielsweise zu Prüfung- und/oder Wartungszwecken, dass der Gehäuse bzw. Gehäuseteil abgenommen werden. Dadurch bleibt der mindestens eine Druckgasbehälter und/oder der mindestens eine Energiespeicher hinter dem deckelartigen Gehäuse bzw. Gehäuseteil auch nach der Montage der Vorrichtung an einem Fahrgestell eines Fahrzeugs zugänglich.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse oder ein Gehäuseteil des Gehäuses wannenartig geformt ist. Sofern das wannenartige Gehäuse einteilig ausgebildet ist, bildet dieses zugleich eine Art Deckelteil aus. Das heißt, dass das wannenartige Gehäuse analog dem zuvor beschriebenen deckelartigen Gehäuse montiert wird. Im Unterschied zum deckelartigen Gehäuse, kann das wannenartige Gehäuse den mindestens einen Druckgasbehälter und/oder den mindestens einen Energiespeicher aufnehmen, so dass auf eine entsprechende Aufnahme des Fahrgestells verzichtet werden kann. Sofern das Gehäuse mehrteilig ausgeführt ist und ein wannenartiges Gehäuseteil umfasst, kann dieses am Fahrgestell befestigt und nach dem Einsetzen des mindestens einen Druckgasbehälters und/oder des mindestens einen Energiespeichers mit einem deckelartigen Gehäuse Teil des Gehäuses verschlossen werden.
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Ebenfalls alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse oder ein Gehäuseteil des Gehäuses rahmenartig geformt ist. Mit Hilfe eines rahmenartig geformten Gehäuseteils kann beispielsweise ein deckel- oder wannenartiges weiteres Gehäuseteil mittelbar am Fahrgestell befestigt werden. Die Befestigung kann insbesondere mit Hilfe lösbare Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben, realisiert werden. Das weitere Gehäuseteil kann somit bei Bedarf abgenommen werden, während das rahmenartig geformte Gehäuseteil am Fahrgestell verbleibt. Über das rahmenartige Gehäuseteil bzw. den Rahmen kann eine Schnittstelle geschaffen werden, die den Einsatz der Vorrichtung in einer Vielzahl von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Fahrgestellen ermöglicht. Der Rahmen hat in diesem Fall eine Art Adapterfunktion.
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Des Weiteren bevorzugt weist das Gehäuse mindestens eine Öffnung und/oder mindestens einen Stutzen für den Anschluss einer gasführenden oder stromführenden Leitung auf. Über die Öffnung bzw. den Stutzen kann der mindestens eine in dem Gehäuse aufgenommene Druckgasbehälter und/oder der mindestens eine in dem Gehäuse aufgenommene Energiespeicher mit einem Gas oder mit Strom versorgt werden. Ferner kann im Druckgasbehälter gespeichertes Gas oder im Energiespeicher gespeicherter Strom aus dem Gehäuse abgeführt werden, beispielsweise, um einem Brennstoffzellenstapel mit einem Reaktionsgas, vorzugsweise Wasserstoff, zu versorgen. Der im Energiespeicher gespeicherter Strom kann zum Betrieb eines elektrischen Verbrauchers genutzt werden. Hierzu muss dieser einem elektrischen Verbraucher zugeführt werden. Die mindestens eine Öffnung und/oder der mindestens einen Stutzen kann zudem zum Betanken eines im Gehäuse aufgenommenen Gasbehälters genutzt werden.
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Darüber hinaus wird ein Fahrzeug mit einem Fahrgestell und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anbindung mindestens eines Druckgasbehälters und/oder mindestens eines Energiespeichers an das Fahrgestell vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist dabei bevorzugt in einem Unterflur-Bereich des Fahrgestells angeordnet. Das Fahrgestell kann dabei einen Teil der Einhausung ausbilden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eines mehrere Druckgasbehälter umfassenden Speichermoduls und
- 2 eine perspektivische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eines mehrere Druckgasbehälter umfassenden Speichermoduls in der Vorbereitung zur Montage an einem Fahrgestell eines Fahrzeugs.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 ist beispielhaft eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zu entnehmen. Die Vorrichtung 10 dient der Anbindung mehrerer Druckgasbehälter 1 an ein Fahrgestell 2 eines Fahrzeugs (siehe auch 2). Die mehreren Druckgasbehälter 1 sind in paralleler Anordnung zu einem Speichermodul 7 zusammengefasst. Über an den beiden Stirnseiten des Speichermoduls 7 angeordnete Träger 6 sind die mehreren Druckgasbehälter 1 verbunden. An den Stirnseiten liegen auch die Anschlüsse der Druckgasbehälter 1.
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Die in der 1 dargestellte Vorrichtung 10 weist ein mehrteilig ausgeführtes Gehäuse 3 auf, das ein deckelartiges erstes Gehäuseteil 3.1 sowie ein wannenartiges zweites Gehäuseteil 3.2 umfasst. Das wannenartige zweite Gehäuseteil 3.2 ist an die Abmessungen des Speichermoduls 7 angepasst, so dass dieses in das wannenartige Gehäuseteil 3.2 einsetzbar ist. Nach dem Einsetzen des Speichermoduls 7 kann das wannenartige Gehäuseteil 3.2 mit Hilfe des deckelartigen Gehäuseteils 3.1 verschlossen werden, so dass das Speichermodul 7 vollständig eingehaust ist. Die Vorrichtung 10 kann anschließend an einem Fahrgestell 2 eines Fahrzeugs befestigt werden. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung in einem Unterflur-Bereich des Fahrgestells 2 (siehe auch 2).
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Die beiden Gehäuseteile 3.1, 3.2 können aber auch einzeln am Fahrgestell 2 befestigt werden. In diesem Fall wird erst das wannenartige Gehäuseteil 3.2 am Fahrgestell 2 befestigt, danach das Speichermodul 7 eingesetzt. Anschließend wird das wannenartige Gehäuseteil 3.2 mit Hilfe des deckelartigen Gehäuseteils 3.1 verschlossen.
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Die beiden Gehäuseteil 3.1, 3.2 sind aus einem nicht-metallischen Werkstoff gefertigt, und zwar aus einem Kunststoff, der mit Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern verstärkt ist. Das Gehäuse 3 ist somit besonders fest und damit robust. Zudem weist es ein geringes Gewicht auf. Da mit Glas- oder Kohlenstofffasern verstärkter Kunststoff eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann über das Gehäuse 3 zugleich ein Wärmeschutz realisiert werden. Dies ist insbesondere im Brandfall von Vorteil.
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Das wannenartige Gehäuseteil 3.2 kann - wie beispielhaft in der 1 dargestellt - einen Flanschabschnitt 8 aufweisen, mittels dessen die Vorrichtung 10 an dem Fahrgestell 2 befestigt werden kann. Ferner kann der Flanschabschnitt 8 der Aufnahme und Befestigung des deckelartigen Gehäuseteils 3.1 dienen. Das deckelartige Gehäuseteil 3.1 wird vorzugsweise lösbar befestigt, so dass es bei Bedarf abnehmbar ist.
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Im wannenartigen Gehäuseteil 3.2 sind ferner Öffnungen 4 vorgesehen, die im Bereich einer Seitenwand 9 angeordnet sind, und zwar jeweils in der Nähe einer Stirnseite. Die Öffnungen 4 dienen als Einlass und Auslass. Hierüber sind gasführende Leitungen an das Gehäuse 3 bzw. an das Speichermodul 7 abschließbar. Ferner weist das wannenartige Gehäuseteil 3.2 einen Stutzen 5 auf, der als Entlüftungsanschluss dient.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, wobei diese ein Gehäuse 3 umfasst, dass einteilig ausgeführt ist. Das Gehäuse 3 ist hierzu deckelartig geformt, so dass nach der Montage des Speichermoduls 7 am Fahrgestell 2 nur noch das deckelartige Gehäuse 3 montiert werden muss. Da die Montage bevorzugt in einem Unterflur-Bereich des Fahrgestells 2 erfolgt, kann das Fahrgestell 2 in diesem Bereich eine beispielsweise wannenartige Aufnahme (nicht dargestellt) ausbilden, in der das Speichermodul 7 einsetzbar ist. Das deckelartige Gehäuse 3 kann somit besonders flach ausgebildet werden.
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Die in den 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtungen 10 sind jeweils in Verbindung mit einem Speichermodul 7 gezeigt. Die Vorrichtungen 10 können jedoch auch zur Anwendung mindestens eines Energiespeichers (nicht dargestellt), beispielsweise einer Batterie oder eines Batteriepacks, an ein Fahrgestell 2 eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Die Vorteile der Erfindung kommen hier ebenfalls zum Tragen, da derartige Energiespeicher, insbesondere im Brandfall, vor einer zu starken Erwärmung geschützt werden müssen.
