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Die Erfindung betrifft ein Traktionsbatteriegehäuse für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem Deckelteil und einem Bodenteil, beinhaltend zumindest ein Batteriemodul sowie voneinander beabstandete, das Traktionsbatteriegehäuse aussteifende, als Lastpfad wirkende Strukturen, wobei an zumindest einer Seite des Traktionsbatteriegehäuses an zwei aussteifenden Strukturen zumindest eine Lastverteilungsstruktur zum Auffangen einer in einem Abschnitt seitlich auf das Traktionsbatteriegehäuse wirkenden Kraft und Ableiten derselben in Querrichtung zur Längserstreckung dieser Seite angeschlossen ist und die Lastverteilungsstruktur zumindest abschnittsweise in Wirkrichtung der aufzufangenden Kraft als Hohlkammerstruktur ausgebildet ist.
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Zum Antreiben von Kraftfahrzeugen mittels elektrischer Energie wird eine große Energiekapazität benötigt. Diese wird bei einem Elektrofahrzeug in einer großen Anzahl an Batteriezellen gespeichert, die elektrisch zusammen verschaltet sind.
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Diese Batteriezellen werden in Traktionsbatteriegehäusen mit dem Fahrzeug mitgeführt. Vornehmliche Aufgabe eines Traktionsbatteriegehäuses ist das Sichern der Batteriezellen auch in einem Crashfall, eine übermäßige Deformation der Batteriezellen muss unbedingt vermieden werden, damit ein Kurzschluss oder ein Brand der Batteriezellen vermieden werden.
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Um Traktionsbatteriegehäuse crashsicher auszugestalten, werden diese steif ausgelegt, um, insbesondere bezüglich eines Seitencrashs, Crashkräften ein großes Widerstandsmoment entgegenzuhalten.
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Bekannt ist beispielsweise ein Traktionsbatteriegehäuse aus
DE 10 2016 115 037 A1 . Bei diesem Traktionsbatteriegehäuse ist vorgesehen, dass außenseitig an eine eine Batteriezelle oder ein Batteriemodul aufnehmende Wanne ein zusätzliches Rahmenteil angeschlossen ist. Die Bodenwanne wird zusätzlich geschützt durch einen Unterfahrschutz. Das Rahmenteil kann als Lastverteilungsstruktur angesehen werden, das zwischen den beiden Querrahmenteilen als aussteifende Strukturen angeordnet ist und eine etwaige auf das Rahmenteil einwirkende Kraft in diese ableitet.
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Das Rahmenteil ist als Hohlprofil ausgebildet, eine Kammer aufweisend, die sich in Querrichtung zur Längserstreckung der Seite, an die das Rahmenteil angeschlossen ist, erstreckt.
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Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist das große Bauraumvolumen, welches durch den tiefen Rahmen, angeordnet ringsum der Wanne, benötigt wird. Vor dem Hintergrund des Wunsches nach einer möglichst effektiven Ausnutzung des vorhandenen Bauraums zugunsten von Batteriezellvolumen zur Maximierung der Reichweite ist es Aufgabe der Erfindung, ein bezüglich des Bauraums verbessertes Traktionsbatteriegehäuse bereitzustellen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein eingangs genanntes und gattungsgemä-ßes Traktionsbatteriegehäuse, wobei die Hohlkammerstruktur zumindest abschnittsweise unterhalb der Ebene des Bodens des zu der Hohlkammerstruktur benachbarten Batteriemoduls angeordnet ist und mit diesem Abschnitt in einem Crashfall unter den Boden dieses Batteriemoduls verschiebbar ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung.
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Ziel der Erfindung ist es, einen für einen Seitencrash optimierten Biegebalken bereitzustellen, gelagert zwischen zwei das Traktionsbatteriegehäuse aussteifenden Strukturen. Wird eine seitliche Kraft in das Traktionsbatteriegehäuse eingeleitet, wirken diese Strukturen in Verbindung mit dem Biegebalken als Lastpfad. Aus diesem Grunde wird der Biegebalken als Lastverteilungsstruktur angesprochen.
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Um ein möglichst großes Widerstandsmoment bezüglich der seitlich eingeleiteten Kraft bereitzustellen, ist es Kern der Erfindung, dass die Lastverteilungsstruktur einerseits als Hohlkammerstruktur ausgebildet ist und andererseits sich bis zu dem Rand eines zu der Hohlkammerstruktur benachbarten Batteriemoduls, bevorzugt zu einem Teil sogar bis unter den Boden dieses Batteriemoduls erstreckt. Auf diese Weise kann die Fläche parallel zur seitlich eingeleiteten Kraft und damit das entsprechende Widerstandsmoment maximiert werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass in einem Crashfall und einer damit einhergehenden potenziellen Deformation der Lastverteilungsstruktur diese auf das Batteriemodul gedrückt wird. Vielmehr wird sie unter den Boden desselben verschoben.
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Die Hohlkammerstruktur beginnt aus gehäuseaußenseitiger Sicht möglichst am Rand des Traktionsbatteriegehäuses. Durch den Teil der Hohlkammerstruktur, der unterhalb der Ebene des Bodens des zu der Hohlkammerstruktur benachbarten Batteriemoduls, respektive dem Boden des entsprechenden Bereichs des Batteriemoduls angeordnet ist, wird ein Deformationsweg bereitgestellt, sodass ein sich ggf. an diesen Abschnitt anschließender Teil der Hohlkammerstruktur, der nicht unterhalb der Ebene des Bodens des Batteriemoduls angeordnet ist, durch einen Crashfall in Richtung des Batteriemoduls verschoben werden kann (typischerweise unter Deformation der Hohlkammerstruktur), ohne dass das Batteriemodul durch die Hohlkammerstruktur beschädigt wird. In diesem Fall wird der Teil der unterhalb der Ebene des Bodens des Batteriemoduls, jedoch neben demselben angeordnet ist, unter das Batteriemodul verschoben.
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Die Hohlkammerstruktur erstreckt sich maximal nur zu einem Teil unter den Boden des Batteriemoduls, nämlich typischerweise nur bis in den Randbereich des Batteriemoduls. Typischerweise ist der obere Abschluss der Hohlkammerstruktur jedenfalls in der Nähe des Bodens des Batteriemoduls, sodass nur wenig Deformationsweg zwischen Hohlkammerstruktur und Batteriemodul im Falle eines unterseitigen Auffahrens gegeben ist. Hier kann man sich die Wirkung des ohnehin in diesem Bereich montierten Seitenschwellers zunutze machen: Der Seitenschweller als weitere lasttragende Struktur kann den Rand des Traktionsbatteriegehäuses gegenüber einer Kraft von unten absichern. Nur bis in den Wirkbereich des Seitenschwellers hinein erstreckt sich dann die als Hohlkammerstruktur ausgebildete Lastverteilungsstruktur. Im dahinterliegenden Bereich, mithin weiter von dem kraftbeaufschlagten Rand entfernt, weicht die Hohlkammerstruktur einem typischerweise durch das Bodenteil des Traktionsbatteriegehäuses gebildeten Auffahrschutzes, beinhaltend einen Deformationsweg zwischen Bodenteil und Boden des Batteriemoduls.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Hohlkammerstruktur vollständig unterhalb der Ebene des Bodens des Batteriemoduls angeordnet ist. Auch in diesem Falle ist es sinnvoll, einen Teil der Hohlkammerstruktur frei von einem Batteriemodul zu halten, um einen etwaigen Deformationsweg ausgehend von dem kraftbeaufschlagten Rand des Traktionsbatteriegehäuses zu gewährleisten. Zudem können an einem solchen Flansch zusätzliche Bauteile, etwa das Deckelteil, angeschlossen werden.
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Für ein einfaches Ausbilden der Hohlkammerstruktur kann vorgesehen sein, dass die Hohlkammer bzw. die Hohlkammern der Hohlkammerstruktur sich parallel zu der Seite des Traktionsbatteriegehäuses erstrecken, an der die seitliche Kraft eingeleitet wird. Auf diese Weise kann die Hohlkammerstruktur auch unter Einbeziehung des Bodens gebildet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Boden als Wanne ausgebildet ist, sodass dieser zumindest abschnittsweise Seitenwände des Traktionsbatteriegehäuses bildet. Die so durch den Boden bereitgestellte zumindest zweidimensionale Raumbegrenzung kann über ein weiteres Bauteil, etwa ein Blech, geschlossen werden. Auf diese Weise wird nur eine geringe Anzahl an zusätzlichen Bauteilen benötigt.
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Alternativ oder auch ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Hohlkammerstruktur durch ein an den Boden angeschlossenes Hohlkammerprofil gebildet ist. Dieses Hohlkammerprofil wird typischerweise auf den Boden aufgesetzt oder, sollte der Boden als Wanne ausgebildet sein, in die Wanne eingesetzt. Die so als Einleger ausgebildete Hohlkammerstruktur kann auch komplexe geometrische Formen aufweisen und/oder ein extrudiertes Profil sein.
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Die Hohlkammerstruktur kann über zumindest einen Materialabschnitt verfügen, der gegenüber der seitlichen Lastrichtung zur Überbrückung einer Höhendifferenz schräg, mithin winklig, insbesondere zwischen 20° und 70° gegenüber der Senkrechten angeordnet ist. Wirkt eine seitliche Kraft auf eine solche Hohlkammerstruktur, wird diese auch über den Materialabschnitt, der einen Höhenunterschied verbindet, sicher hindurchgeleitet. Es wird so verhindert, dass, wie etwa bei einem rechtwinklig angeordneten Materialabschnitt, dieser Materialabschnitt im Kantbereich umklappt und die eingeleiteten Kräfte gerade nicht mehr weiterleitet.
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Zur Erhöhung der Stabilität der Lastverteilungsstruktur ist vorgesehen, diese aus einem Stahl oder einer Aluminiumlegierung zu fertigen.
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Die aussteifenden Strukturen des Traktionsbatteriegehäuses werden typischerweise durch Streben bereitgestellt, die Teil eines Gefaches innerhalb des Traktionsbatteriegehäuses sind. So erstreckt sich die Struktur insgesamt typischerweise im Wesentlichen von einer Seite des Traktionsbatteriegehäuses zu der anderen. Die als Lastpfade ausgebildeten Streben können zum Hindurchleiten einer seitlich eingeleiteten Kraft besonders vorteilhaft dienen, da das Traktionsbatteriegehäuse typischerweise an diesen Streben mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. So wirkt sich die seitlich eingeleitete Kraft möglichst unmittelbar auf das gesamte Fahrzeug aus, sodass weitere Strukturen des Fahrzeugs deformiert oder das gesamte Fahrzeug verschoben wird. In diesem Kontext kann auch vorgesehen sein, dass die Batteriemodule an die Streben angeschlossen sind, sodass bei einem Versatz der Streben gegenüber dem Traktionsbatteriegehäuse auch die Batteriemodule immanent in einen sicheren Bereich verschoben werden.
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Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine Schnittansicht eines Traktionsbatteriegehäuses in einer ersten Ausführungsform und
- 2: eine Schnittansicht eines Traktionsbatteriegehäuses in einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt ein Traktionsbatteriegehäuse 201 in seinem Randbereich in einer geschnittenen Ansicht. Das Traktionsbatteriegehäuse 201 weist ein in dieser Darstellung ausgeblendetes Deckelteil sowie ein Bodenteil 202 auf. In dem Traktionsbatteriegehäuse 201 sind Batteriemodule (in 1 nur ein einziges mit Bezugszeichen 203 erkennbar) angeordnet. An einer Seite des Traktionsbatteriegehäuses 201 wirkt eine Kraft F auf das Traktionsbatteriegehäuse 201 als Seitencrashkraft. Die Wirkrichtung dieser Kraft F zeigt in das Traktionsbatteriegehäuse 201 hinein.
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Zum Auffangen der Kraft F ist eine Lastverteilungsstruktur 204 vorgesehen, die als Hohlkammerstruktur ausgebildet ist. Die Lastverteilungsstruktur 204 weist eine große Erstreckung in Wirkrichtung der aufzufangenden Last auf, sodass sie der eingeleiteten Kraft ein großes Widerstandsmoment entgegengestellt.
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Angeschlossen ist die Lastverteilungsstruktur 204 an das Traktionsbatteriegehäuse 201 aussteifende Strukturen 205, hier in Form von Streben (durch die Schnittansicht in 1 nur eine erkennbar). Die aussteifende Struktur 205 ist Teil eines Gefaches des Traktionsbatteriegehäuses 201, welches Gefache sich durch das Traktionsbatteriegehäuse 201 erstreckt.
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Die Lastverteilungsstruktur 204 erstreckt sich parallel zu der Seite des Traktionsbatteriegehäuses 201, auf die die Kraft F wirkt. In dieser Richtung erstreckt sich auch die Hohlkammer 206 der Lastverteilungsstruktur 204.
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In Richtung der in die Seite des Traktionsbatteriegehäuses 201 eingeleitete Kraft F erstreckt sich die Hohlkammerstruktur der Lastverteilungsstruktur 204 in einem ersten Teil 204a bis unter den Rand 207 des Batteriemoduls 203. Weiter in Richtung der auf die Seite des Traktionsbatteriegehäuses 201 wirkenden Kraft F macht die Lastverteilungsstruktur 204 Raum für einen Deformationsraum 208 als Teil eines durch das Bodenteil 202 gebildeten Auffahrschutzes 209. Die Lastverteilungsstruktur 204 erstreckt sich somit nur so weit bis unter das Batteriemodul 203, wie ein in dieser Figur nicht dargestellter Seitenschweller den Rand des Traktionsbatteriegehäuses 201, insbesondere den Rand 207 der Batteriemodule 203 vor einem Auffahren schützt.
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Ausgehend von dem Rand 207 des Batteriemoduls 203 in Richtung des Randes des Traktionsbatteriegehäuses 201 weist die Lastverteilungsstruktur 204 einen weiteren Teil 204b auf, der unterhalb der Ebene des unteren Abschlusses des Bodens 210 des Batteriemoduls 203 angeordnet ist. Der Boden 210 des Batteriemoduls 203 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein in 1 dargestelltes Kühlblech, mit dem das Batteriemodul 203 gekühlt wird. Durch das Bereitstellen eines Teils 204b der Lastverteilungsstruktur 204, welcher unterhalb der Ebene des Bodens 210 des Batteriemoduls 203 angeordnet ist, wird ein Deformationsweg für die Lastverteilungsstruktur 204 in Richtung der auf das Traktionsbatteriegehäuse 201 wirkenden Kraft F bereitgestellt. Die Lastverteilungsstruktur 204 kann sich so weit verformen, dass sie unter das Batteriemodul 203 geschoben wird, ohne dass das Batteriemodul 203 hiervon Schaden nimmt. Zusätzlich wird das Batteriemodul 203 durch ein Seitenrahmenteil 211, welches ebenfalls an den aussteifenden Strukturen 205 angeschlossen ist, geschützt.
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Die Hohlkammerstruktur der Lastverteilungsstruktur 204 wird in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zum Teil durch das als Wanne ausgebildete Bodenteil 202 gebildet. Das Bodenteil 202 ist in einem Bereich 212 verkröpft, eine S-Form beschreibend. Durch diese Verkröpfung wird unterhalb des Bodenbleches 202 ein Raum geschaffen, der mit einem Schließblech 213 geschlossen ist und so die Hohlkammer 206 der durch die Hohlkammerstruktur gebildeten Lastverteilungsstruktur 204 bildet. Um einen möglichst großen Anteil an Flächen bereitzustellen, die in Richtung der Wirkrichtung der seitlich auf das Traktionsbatteriegehäuse 201 wirkenden Kraft F weist, ist das Schließblech 213 ebenfalls verkröpft, sodass das Schließblech 213 sowie das Bodenblech 202 über die Teile, die in Wirkrichtung der seitlich eingeleiteten Kraft F weisen, parallel verlaufen.
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Sowohl der Abschnitt des Bodenteils 202, der Teil der Hohlkammerstruktur der Lastverteilungsstruktur 204 ist, als auch das Schließblech 213 weisen Abschnitte auf, die zur Bereitstellung der Hohlkammer 206 einen Höhenunterschied bereitstellen. Diese sind in 1 die Bereiche, auf die die Bezugszeichen 212 und 213 weisen (die verkröpften Bereiche). Gegenüber der auf den seitlichen Rand des Traktionsbatteriegehäuses 201 wirkenden Kraft F sind diese winklig angeordnet, in etwa in einem Winkel zwischen 20° und 50° gegenüber der Senkrechten. Hierdurch wird die eingeleitete Kraft F entlang dieser Abschnitte in die Tiefe des Traktionsbatteriegehäuses 201 geleitet und verhindert, dass die Hohlkammerstruktur ausknickt.
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Das Schließblech 213 ist an das Bodenteil 202 in einem ersten Anschlussbereich 214 durch Punktschweißen angeschlossen, in einem zweiten Anschlussbereich 215 durch eine Schraubverbindung.
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Der zweite Anschlussbereich 215 ist als Flansch ausgebildet. Teil des Flanschs ist auch das in dieser Figur ausgeblendete Deckelteil, welches mit der oben angesprochenen Schraubverbindung im zweiten Anschlussbereich 215 mit dem Bodenteil 202 verbunden wird. Typischerweise ist vorgesehen, dass zwischen nicht dargestelltem Deckelteil und Bodenteil 202 zwischen Verschraubung im zweiten Anschlussbereich 215 und Batteriemodul 203 eine Dichtung vorgesehen ist, um das Traktionsbatteriegehäuse 201 flüssigkeitsdicht zu gestalten. Durch das außenseitige Vorsehen des Schließblechs 213 ist eine Dichtung zwischen Bodenteil 202 und Schließblech 213 nicht notwendig.
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2 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Lastverteilungsstruktur 204.1. Diese alternative Lastverteilungsstruktur 204.1 ist eingesetzt in das als tiefgezogene Wanne ausgebildete Bodenteil 202.1. Dieses Bodenteil 202.1 weist unterseitig über weite Abschnitte, insbesondere beabstandet von dem Rand des Traktionsbatteriegehäuses 201.1, Strukturen zum Schützen des Batteriemoduls 203.1 gegen ein Auffahren auf. Zusätzlich ist ein Deformationsraum 208.1 bereitgestellt, in den das Bodenteil 202.1 infolge eines Auffahrens hineinverformt werden kann.
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Die alternative Lastverteilungsstruktur 204.1 weist im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Lastverteilungsstruktur 204 drei Teile auf: In einem ersten Teil 204a.1 erstreckt sich die Lastverteilungsstruktur 204.1 unter das Batteriemodul 203.1. In einem sich an diesen ersten Teil anschließenden Teil 204b.1 ist die Lastverteilungsstruktur 204.1 unterhalb der Ebene des Batteriemoduls 203.1 angeordnet. Hierdurch wird ein Deformationsweg 216 bereitgestellt, und zwar für den Teil 204c.1 der Lastverteilungsstruktur 204.1, der oberhalb der Ebene des Bodens 210.1 angeordnet ist. Wird die Lastverteilungsstruktur 204.1 in Richtung des Batteriemoduls 203.1 deformiert und infolgedessen gegenüber demselben verschoben, ist dies durch das Vorsehen des Teils 204.1b, der unterhalb des Bodens 210.1 des Batteriemoduls 203.1 angeordnet ist, problemlos möglich.
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Die Lastverteilungsstruktur 204.1 ist durch ein extrudiertes Hohlkammerprofil bereitgestellt, aufweisend mehrere Hohlkammern (in 2 nur beispielhaft zwei mit Bezugszeichen 206.1 gekennzeichnet). Auch diese Lastverteilungsstruktur 204.1 ist an eine das Traktionsbatteriegehäuse 201.1 aussteifende Struktur 205.1 angeschlossen, in diesem Ausführungsbeispiel im Rahmen eines Schweißverfahrens. Eine seitlich auf das Traktionsbatteriegehäuse 201.1 wirkende Kraft F wird über die als Biegebalken ausgebildete Lastverteilungsstruktur 204.1 in die Strukturen 205.1 als Lastpfade abgeleitet und so insgesamt auf das Traktionsbatteriegehäuse 201.1 übertragen, um eine Beschädigung des Batteriemoduls 203.1 zu verhindern.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten, ohne dass diese im Einzelnen im Rahmen dieser Ausführungen näher erläutert werden müssten.
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Bezugszeichenliste
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- 201, 201.1
- Traktionsbatteriegehäuse
- 202, 202.1
- Bodenteil
- 203, 203.1
- Batteriemodul
- 204, 204.1
- Lastverteilungsstruktur
- 204a, 204a.1, 204b, 204b.1, 204c.1
- Teile der Lastverteilungsstruktur
- 205, 205.1
- aussteifende Struktur
- 206, 206.1
- Hohlkammer
- 207, 207.1
- Rand des Batteriemoduls
- 208, 208.1
- Deformationsraum
- 209
- Auffahrschutz
- 210, 210.1
- Boden des Batteriemoduls
- 211
- Seitenrahmenteil
- 212
- verkröpfter Bereich des Bodenteils
- 213
- Schließblech
- 214
- erster Anschlussbereich
- 215
- zweiter Anschlussbereich
- 216
- Deformationsweg
- F
- Kraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016115037 A1 [0005]
