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Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterieeinheit mit mehreren, aus einzelnen Batteriezellen zusammengesetzten Batteriemodulen und mit einem Gehäuse, in dem die Batteriemodule in einer Nebeneinanderanordnung angeordnet sind, in welchem Gehäuse zumindest eine Strebe angeordnet ist.
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Traktionsbatterieeinheiten werden als Energiespeicher bei Elektrofahrzeugen benötigt. Derartige Traktionsbatterieeinheiten umfassen ein Batteriegehäuse. Das Batteriegehäuse besteht typischerweise aus einem Unterteil und einem Oberteil. Das Unterteil ist wannenartig ausgelegt. Das Oberteil dient als Deckelteil zum Verschließen des Unterteils. In dem Unterteil sind mehrere Batteriemodule in einer Nebeneinanderanordnung angeordnet. Jedes Batteriemodul besteht aus einer bestimmten Anzahl an einzelnen Batteriezellen. Das Batteriegehäuse dient zum Schutze der darin befindlichen Batteriemodulen, insbesondere auch zum Schutz vor mechanischen Einwirkungen, wie beispielsweise im Falle eines Unfalls. Auf das Batteriegehäuse in der Ebene der Batteriemodule einwirkende Kräfte, beispielsweise bei einem Frontal- oder Seitenaufprall, sollen durch das Batteriegehäuse aufgefangen bzw. durchgeleitet werden, ohne die darin befindlichen Batteriezellen zu beschädigen. Je nach Größe des Batteriemoduls in seiner flächigen Erstreckung sind Längs- und/oder Querstreben in das Unterteil, zwischen den Batteriemodulen verlaufend, eingesetzt. Diese Streben bilden nicht nur ein Gefache für die einzelnen Batteriemodule, sondern dienen jeweils als Lastpfad, durch den ein Einknicken der Seitenwand im Falle einer darauf einwirkenden Kraft verhindert werden soll. Möglich ist auch, dass die Batteriemodule über Streben verfügen, die durch Batteriezellen gebildete Batteriepakete zu einem Batteriemodul verbinden.
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Elektromotorische Fahrzeuge verfügen über einen Temperiermittelkreislauf, zumeist als Kühlmittelkreislauf genutzt. Temperiert werden die Batteriemodule ebenso wie die Elektromotoren sowie die zum Betrieb derselben verwendete Leistungselektronik. Typischerweise verfügt ein solches Elektrofahrzeug nur über ein einziges Kühlaggregat mit mehreren Ventilen, welche das Temperiermittel durch Schalten und Mischen mit unterschiedlichen Temperaturen zur Verfügung stellen können. Diese sind über entsprechende Leitungen, typischerweise Schläuche mit Vorlauf und Rücklauf an die zu kühlenden Aggregate angeschlossen. Entsprechende Temperiermittelschläuche werden außenseitig um die bodenseitig bezüglich des Chassis des Fahrzeuges befindliche Traktionsbatterieeinheit herumgeführt. Gleiches gilt für elektrische Steuerleitungen, mit denen die im Heck des Fahrzeuges vorgesehene Leistungselektronik angesteuert wird, sowie Stromleitungen für den Frontmotor. Die Verlegung der Temperiermittelschläuche und der elektrischen Kabel um die Traktionsbatterieeinheit herum muss nicht nur mit der erforderlichen Sorgfalt durchgeführt werden, sondern erfordert auch einen gewissen Zeitaufwand. Überdies wäre es, wie bei Kraftfahrzeugen grundsätzlich gewünscht, vorteilhaft, wenn das Gewicht des Fahrzeuges reduziert und die Funktionssicherheit der Systeme verbessert werden könnte.
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Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte, gattungsgemäße Traktionsbatterieeinheit dergestalt weiterzubilden, dass dieser Forderung genüge getan ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine eingangs genannte, gattungsgemäße Traktionsbatterieeinheit, bei der eine solche Strebe zumindest zwei voneinander beabstandete, gehäusebodenseitig abgestützte und einen oberseitig offenen Montagekanal einfassende Strebenprofile sowie eine Deckelschiene zum oberseitigen Verschließen des Montagekanals umfasst, wobei die Strebenprofile oberseitig jeweils einen Deckelsitz aufweisen, auf dem die Deckelschiene mit jeweils einem Randabschnitt, wenn montiert, aufliegt, und dass Befestigungsmittel zum Verspannen der Deckelschiene an den Deckelsitzen der Strebenprofile vorgesehen sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den unabhängigen Ansprüchen.
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Bei dieser Traktionsbatterieeinheit wird der prinzipielle Aufbau in geschickter Weise genutzt, um einen die Traktionsbatterieeinheit durchgreifenden Montagekanal auszubilden. Zu diesem Zweck wird eine Strebe der Traktionsbatterieeinheit, typischerweise eine Längsstrebe dergestalt ausgebildet, dass durch diese ein Montagekanal begrenzt ist. Erreicht wird dieses damit, dass eine solche Strebe zumindest zwei Strebenprofile umfasst, die in der Ebene des Gehäuses und in Querrichtung von ihrer Längserstreckung voneinander beabstandet sind.. Die Strebenprofile können am Gehäuseboden abgestützt und mit diesem befestigt sein. Eine bodenseitige Abstützung der Strebenprofile ist allerdings nicht erforderlich. Zwei der Strebenprofile weisen an ihrer dem Gehäuseboden gegenüberliegenden Seite einen Deckelsitz auf. Diese Strebenprofile befinden sich im Bereich des oberen Abschlusses des Montagekanals. An den Deckelsitzen liegt die Deckelschiene mit jeweils einem Randabschnitt an und ist mit den Strebenprofilen verspannt. In den durch diese Strebe geschaffenen Montagehohlraum können Versorgungsleitungen eingezogen oder eingelegt werden. Letzteres ist bei abgenommener Deckelschiene ohne weiteres möglich. Damit werden Versorgungsleitungen durch die Traktionsbatterieeinheit hindurchgeführt, wodurch diese nicht nur gegenüber mechanischen Beschädigungen wirksam geschützt sind, insbesondere auch im Falle eines Front- oder Seitenaufpralls. Vielmehr ist die erforderliche Leitungslänge, die ansonsten benötigt wird, um Schläuche und Kabel um eine solche Traktionsbatterieeinheit außen herum zu führen, signifikant reduziert. Die Folge ist, dass durch diese Einsparung das Systemgewicht reduziert wird, wozu auch eine durch die geringere erforderliche Strömungsstrecke reduzierte Temperiermittelmenge zählt. Ferner ist die Montage vereinfacht, da die Versorgungsleitungen schlichtweg in den Montagekanal eingebracht werden müssen. Eine individuelle Befestigung derselben ist grundsätzlich nicht erforderlich. Montagefehler sind vermieden.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Strebenprofile zugleich einen das Innere der Traktionsbatterieeinheit durchgreifenden Lastpfad ausbilden. In einem solchen Fall sind die Strebenprofile vorzugsweise gehäusebodenseitig abgestützt. Zusammen mit der an diesen montierten Deckelschiene ist sodann eine besonders stabile Strebe mit entsprechender Lastpfadqualität bereitgestellt.
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Bei einer Ausgestaltung, bei der der Montagekanal in Hochrichtung nur teilweise von zwei voneinander beanstandeten Strebenprofilen begrenzt ist, ist in Längserstreckung der Strebenprofile im Übrigen der Montagekanal von den benachbarten Batteriemodulen begrenzt. Durchaus möglich ist auch die Ausbildung einer solchen Strebe mit zwei Strebenprofilpaaren, von denen ein Strebeprofilpaar oberseitig den Deckelsitz bereitstellt, während das andere Strebenprofilpaar im Bereich des Bodens des Traktionsbatteriepaketes angeordnet ist.
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Der mehrteilige Aufbau einer solchen Strebe durch Vorsehen einer mit den Strebenprofilen verspannbaren und in aller Regel von diesen auch lösbaren Deckelschiene erlaubt eine Vorkonfektionierung der in den Montagekanal einzubringenden Versorgungsleitungen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Deckelschiene als Träger für Versorgungsleitungsabschnitte genutzt, die dann insgesamt, an der Deckelschiene vormontiert, im Zusammenhang mit einer Montage der Deckelschiene in den Montagekanal eingebracht werden. Die Versorgungsleitungen können an der Deckelschiene beispielsweise durch bügelartige Kunststoffhalter, beispielsweise als Clipshalter ausgeführt, gehalten sein. Die den Montagekanal oberseitig verschließende Deckelschiene kann genutzt werden, um an diese Versorgungsleitungsanschlüsse anzuschließen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Schraub- oder Steckanschlüsse handeln, mit denen der jeweilige, an der Deckelschiene befindliche Versorgungsleitungsabschnitt in einfacher Weise an ein komplementäres, am Fahrzeug befindliches Anschlusskupplungsstück angeschlossen werden kann. Eine Montage der die Traktionsbatterieeinheit querenden Versorgungsleitungsabschnitte erfolgt dann mit der Montage der Traktionsbatterieeinheit am Fahrzeug, typischerweise am Unterboden. Damit stellt die Deckelschiene bei einer solchen Auslegung mit den daran angeschlossenen Versorgungsleitungen bzw. Versorgungsleitungsabschnitten ein einfach und rasch zu montierendes Montagemodul dar.
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Bei den Strebenprofilen und der Deckelschiene handelt es sich typischerweise um Hohlkammerstrangpressprofile. Vorzugsweise sind diese mehrkammerig ausgelegt, wodurch die Steifigkeit dieser Profile erhöht wird. Um das Gewicht der Traktionsbatterieeinheit gering zu halten, sind diese Teile einer solchen Strebe aus einer Leichtmetalllegierung, beispielsweise einer hierfür geeigneten Aluminiumlegierung hergestellt. Das Verspannen der Deckelschiene gegenüber den den Montagekanal seitlich einfassenden Strebenprofilen erfolgt vorzugsweise mit Schraubbefestigern. Dann ist auch ein Öffnen des Montagekanals durch Abnehmen der Deckelschiene ohne weiteres möglich, sollte dieses gewünscht oder erforderlich werden. Bei der bevorzugten Auslegung der Strebenprofile als Hohlkammerprofile werden Schraubbefestiger eingesetzt, die das Hohlkammerprofil in Richtung der Höhe der Traktionsbatterieeinheit durchgreifen. Verspannt sind diese zudem mit dem Gehäuseboden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich an der Innenseite des Gehäusebodens zu diesem Zweck ein Strebenprofilhalter mit einer hutförmigen Querschnittsgeometrie, wobei die offene Seite eines solchen Strebenprofilhalters zum Gehäuseboden weist. Der dadurch hergestellte Hohlraum zwischen dem Strebenprofilhalter und dem Gehäuseboden dient zur Aufnahme einer Spannmutter, aufgeschraubt auf das Ende eines das darüber angeordnete Strebenprofil durchgreifenden Schraubbolzens vorgesehenen Schraubbefestiger. Diese kann als Schweiß- oder Stanzmutter an der Unterseite des Strebenprofilhalters angeschlossen sein. Durch die Kopfunterseite des Schraubbolzens wird die Deckelschiene gegen den jeweiligen Deckelsitz des Strebenprofils verspannt.
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Zur definierten Montage der Deckelschiene ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Deckelsitze der beiden voneinander beabstandeten Strebenprofile außenseitig einen den Deckelsitz begrenzenden und von diesem nach oben abragenden Schenkel aufweisen. Die Höhe dieser Schenkel kann mit dem außenseitigen Abschluss der Deckelschiene fluchten.
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Bei einer Auslegung der Deckelschiene als mehrkammeriges Hohlkammerprofil ist gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Deckelschiene zwei in derselben Ebene befindliche Hohlkammern aufweist, die durch einen massiven Materialsteg voneinander getrennt sind. Dieser Materialsteg weist eine hinreichende Breite auf, damit dieser als Verankerungsgrund genutzt werden kann. Gemäß einer Ausführung werden in diesen, die beiden Hohlkammern trennenden Steg Sacklöcher mit einem Innengewinde eingebracht, um einen Gehäusedeckel daran anschließen zu können.
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Ein solcher massiver Materialsteg zum Einbringen von beispielsweise Sacklöchern kann auch bei einer Ausgestaltung der Deckelschiene vorgesehen sein, bei der diese als Vollprofil ausgeführt ist. Der Querschnitt einer solchen Deckelschiene ist dann typischerweise T-förmig.
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Die Strebenprofile tragen an ihrer zum Gehäuseboden weisenden Seite gemäß einer Ausführung Stützfüße, mit deren Stirnseite diese auf typischerweise einem Strebenprofilhalter abgestützt sind. Eine vollflächige Anbindung der Strebenprofile an den Gehäuseboden wird nicht in jedem Fall als erforderlich angesehen. Selbstverständlich können die Strebenprofile auch flächig mit ihrer Unterseite am Gehäuseboden abgestützt und gegenüber diesem verspannt sein.
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung des nachstehenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
- 1: Eine Draufsicht auf eine Traktionsbatterieeinheit mit abgenommenem Deckelteil,
- 2: einen Schnitt durch die Traktionsbatterieeinheit der 1 entlang der Schnittlinie A-B mit einer vergrößerten Detaildarstellung,
- 3: eine perspektivische Ansicht eines Versorgungsleitungsmoduls, integriert in die Traktionsbatterieeinheit der 1 und 2 und
- 4: eine Seitenansicht des Versorgungsmoduls der 2.
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Eine Traktionsbatterieeinheit 301 umfasst mehrere Batteriemodule B - bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Batteriemodule B. Jedes Batteriemodul B ist aus einer Mehrzahl von Batteriepaketen bereitgestellt, die jeweils durch Streben 305 voneinander getrennt sind und aus einzelnen Batteriezellen BZ zusammengesetzt. Die Batteriemodule B befinden sich in einem Batteriegehäuse, von dem in 1 das Gehäuseunterteil 302 erkennbar ist. Das Gehäuseoberteil ist abgenommen, um die in 1 gezeigte Einsicht zu ermöglichen. Durch das Gehäuseunterteil 302 ist eine tiefgezogene Wanne bereitgestellt, in der die Batteriemodule B gehalten sind. Das Gehäuseunterteil 302 trägt außenseitig einen umlaufenden Montageflansch 303. An diesem wird unter Zwischenschaltung einer in den Figuren nicht dargestellten Dichtung das in der Figur nicht dargestellte Deckelteil befestigt. Die in dem Gehäuse befindlichen Batteriemodule B sind durch eine Längsstrebe 304 getrennt. Innerhalb jedes Batteriemoduls sind die Batteriepakete B jeweils durch eine Querstrebe 305 voneinander getrennt. Die Querstreben 305 sind an der Längsstrebe 304 abgestützt. Damit bilden die jeweils miteinander fluchtenden Querstreben 305 jeweils einen Querlastpfad und die Längsstrebe 304 einen Längslastpfad.
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Die Längsstrebe 304 ist mehrteilig aufgebaut (siehe 3 und darin insbesondere die Detailvergrößerung). Die Längsstrebe 304 umfasst zwei in der Ebene des Gehäuseunterteils 302 quer zur Längserstreckung der Längsstrebe 304 voneinander beabstandete Strebenprofile 306, 306.1. Bei den Strebenprofilen 306, 306.1 handelt es sich um Hohlkammerprofile mit zwei Kammern aus einer Aluminiumlegierung. Die beiden Hohlkammern sind in Richtung der Höhe der Traktionsbatterieeinheit 301 übereinander angeordnet. Die Strebenprofile 306, 306.1 tragen unterseitig und damit an ihrer zum Boden 307 des Gehäuseunterteils 302 weisenden Seite Stützfüße 308, 308.1, die mit ihrer unteren Stirnseite auf der Oberseite eines Strebenprofilhalters 309 abgestützt sind. Der Strebenprofilhalter 309 ist ein zu einem im Querschnitt hutprofilförmigen Bauteil geformter Blechstreifen, der an der Innenseite des Bodens 307 des Gehäuseunterteils 302 typischerweise durch eine Schweißverbindung befestigt ist.
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Teil der Längsstrebe 304 ist zudem eine Deckelschiene 310. Diese sitzt mit ihren der Längserstreckung der Deckelschiene 310 folgenden Randabschnitten jeweils auf einem die Oberseite der Strebenprofile 306, 306.1 gebildeten Deckelsitz 311, 311.1. Jeder Deckelsitz 311, 311.1 ist durch einen an das jeweilige Profil 306, 306.1 angeformten Schenkel 312, 312.1 außenseitig begrenzt. Die Höhe der Schenkel 312, 312.1 fluchtet in etwa mit dem oberen Abschluss der Deckelschiene 310. Die Deckelschiene 310 ist ebenfalls ein Aluminiumstrangpressprofil in einer zweikammerigen Ausführung. Die beiden in einer Ebene befindlichen Kammern sind durch einen massiven Steg 313 voneinander getrennt. In dem Steg 313 befinden sich mit Abstand zueinander in Längserstreckung mehrere Sacklöcher 314. Diese dienen als Befestigungsgrund zum zusätzlichen Befestigen des Deckelteils D des Gehäuses, welches in der Detaildarstellung gezeigt ist. Die massive Ausbildung des Steges 313 bezieht sich auf die in 2 erkennbare Breite desselben.
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Verspannt wird die Deckelschiene 310 mit den Strebenprofilen 306, 306.1 durch Schraubbefestiger, von denen in 2 zwei erkennbar sind. Jeder Schraubbefestiger umfasst einen mit einem Kopf versehenen Schraubbolzen 315 und eine Spannmutter 316. Die Spannmutter 316 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Schweißmutter an der Unterseite des Strebenprofilhalters 309 ausgeführt. An den Befestigungsstellen ist die Deckelschiene 310 in Richtung der Höhe des Traktionsbatteriemoduls 301 geöffnet, sodass die Unterseite eines Schraubenkopfes, wie aus 2 erkennbar, auf dem unteren Gurt des die Deckelschiene 310 bildenden Hohlkammerprofils aufliegt. Erreicht wird hierdurch zum einen, dass der Kopf des jeweiligen Schraubbefestigers nicht oberseitig über den oberen Abschluss der Deckelschiene 310 absteht. Zum anderen erlaubt dieses ein Einbringen von Spannkräften ohne eine Deformation der Deckelschiene 310 in Kauf zu nehmen. Die diesbezüglichen Ausnehmungen sind in der perspektivischen Darstellung der Deckelschiene 310 der 3 erkennbar und darin mit den Bezugszeichen 317, 317.1 kenntlich gemacht.
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Die auf diese Weise gebildete Längsstrebe 304 stellt aufgrund ihrer relativ großen Querschnittsfläche nicht nur einen besonders stabilen und belastbaren Längslastpfad bereit, über den hohe Kräfte übertragen werden können, sondern insbesondere einen verschlossenen Montagekanal 318. Die Weite des Montagekanals 318 ist durch den Abstand der beiden Strebenprofile 306, 306.1 bestimmt. Unterseitig ist der Montagekanal 318 durch den Strebenprofilhalter 309 und oberseitig durch die Deckelschiene 310 verschlossen. In dem Montagekanal 318 sind Versorgungsleitungen eingebracht, die das Traktionsbatteriemodul 301 queren. Sie sind daher in besonderer Weise gegenüber Beschädigungen, insbesondere im Falle eines Front- oder Seitenaufpralls durch Integration in die Längsstrebe 304 geschützt. Bei diesen Versorgungsleitungen handelt es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um Schläuche eines Kühlmittelkreislaufes sowie um elektrische Steuer- und Stromkabel. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in dem Montagekanal 318 ein Vorlaufschlauch 319 und ein Rücklaufschlauch 320 zur Kühlung der Batteriemodule einer Leistungselektronik und des oder der Heckmotoren des Fahrzeuges, an dem die Traktionsbatterieeinheit 301 montiert wird. Ferner befinden sich in dem Montagekanal 318 Stromkabel 321 zur Energieversorgung von Frontmotoren sowie Steuerleitungen 322, anzuschließen an eine zentrale Steuereinheit. Diese Versorgungsleitungen 319 - 322 sind in einer Halteklammer 323 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial zusammengehalten. Die Halteklammer 323 ist in 2 in ihrem geschlossenen Zustand gezeigt. Die beiden Klammerhälften sind durch ein Filmscharnier verbunden. An den freien Enden trägt die Halteklammer 323 Rastfüße 324, 324.1, mit denen eine solche Halteklammer 323 an dem unteren Gurt der Deckelschiene 310 verrastet ist.
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3 zeigt die Deckelschiene 310 mit den daran gehaltenen Versorgungsleitungen 319 - 322 als Versorgungsleitungsmodul in einer perspektivischen Ansicht. Die Versorgungsleitungen 319 - 322 sind endseitig mit Anschlüssen ausgerüstet, damit diese mit fahrzeugseitig vorhandenen Anschlusskupplungsstücken verbunden werden können. Da die Versorgungsleitungen 319 - 322 über die Halteklammern 323 an die Deckelschiene 310 angeschlossen sind und es sich bei den Versorgungsleitungen 319 - 322 um Versorgungsleitungsabschnitte handelt, ist auf diese Weise ein Montagemodul bereitgestellt, mit dem ein Montagekanal 318 mit den Versorgungsleitungen 319 - 322 in der jeweils gewünschten Auslegung bestückt werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Deckelschiene 310 zudem als Träger für Anschlüsse 325 genutzt. Dieses vereinfacht ein Anschließen an weitere Komponenten und/oder Versorgungsleitungen am Fahrzeug, ausgerüstet mit entsprechend komplementären Anschlusskupplungsstücken. Die Anschlüsse können mit Dichtungen ausgestattet sein, um mit Hilfe der dargestellten Muttern eine Abdichtung gegenüber dem Gehäusedeckel zu realisieren und damit das Gehäuse, trotz der hervorstehenden Anschlüsse, nach außen abgedichtet ist.
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Vorteilhaft bei einer solchermaßen als Versorgungsleitungsmodul ausgelegten Deckelschiene 310 ist der modulartige Aufbau und die dadurch erreichte besonders einfache Montage. Bestückt ist eine solche Deckelschiene 310 mit den für die jeweilige Auslegung der Traktionsbatterieeinheit bzw. des damit auszurüstenden Fahrzeuges benötigten Versorgungsleitungen. Damit kann vom Grundsatz ein und dieselbe Deckelschiene und damit letztendlich ein und dieselbe Längsstrebe durch unterschiedliche Bestückung für unterschiedlich ausgelegte bzw. auszulegende Fahrzeuge mit Versorgungsleitungen bestückt sein.
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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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- 301
- Traktionsbatterieeinheit
- 302
- Gehäuseunterteil
- 303
- Montageflansch
- 304
- Längsstrebe
- 305
- Querstrebe
- 306,306.1
- Strebenprofil
- 307
- Boden
- 308,308.1
- Stützfuß
- 309
- Strebenprofilhalter
- 310
- Deckelschiene
- 311,311.1
- Deckelsitz
- 312,312.1
- Schenkel
- 313
- Steg
- 314
- Sackloch
- 315
- Schraubbolzen
- 316
- Spannmutter
- 317,317.1
- Ausnehmung
- 318
- Montagekanal
- 319
- Vorlaufschlauch
- 320
- Rücklaufschlauch
- 321
- Stromkabel
- 322
- Steuerleitung
- 323
- Halteklammer
- 324,324.1
- Rastfuß
- 325
- Anschlüsse
- B
- Batteriemodul
- BZ
- Batteriezelle
- D
- Gehäusedeckel
