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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft eine leichtgewichtige Schwellerbaugruppenverstärkung zum Schützen einer Batterie oder eines Kraftstofftanks vor Schaden durch einen Seitenaufprall.
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STAND DER TECHNIK
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Schwellerbaugruppen beinhalten einen Seitenschweller (oder ein Innenblech) und einen Türschweller (oder Außenblech), die als Teil der Karosserie eines Fahrzeugs montiert sind und sich unterhalb der Türen des Fahrzeugs befinden.
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Schwellerbaugruppen sind Teil einer Seitenaufprall-Schutzstruktur des Fahrgastraums und schützen ebenfalls Kraftstofftanks und Batteriepackungen in Hybridfahrzeugen. Die Batterien von elektrischen Fahrzeugen müssen geschützt sein, um einen Schaden an sensiblen Anschlüssen und Batteriezellen bei Seitenaufprallkollisionen zu verhindern. Die Schwellerbaugruppen haben den Zweck, einen Fahrgastraum bei einer Kollision zu schützen. Die Schwellerbaugruppen haben ebenfalls den Zweck, dem Dach des Fahrzeugs Stoßfestigkeit bereitzustellen. Zusätzlich stellen Schwellerbaugruppen außerhalb des Fahrgastraums eines Fahrzeugs bei Frontalaufprallkollisionen mit geringer Verschiebung einen Lastpfad bereit.
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Es ist bekannt, interne Verstärkungen im Inneren einer Schwellerbaugruppe bereitzustellen. Ein Problem bei den Verstärkungen des Stands der Technik ist, dass die Verstärkungen, insbesondere diejenigen, die aus Stahl gefertigt sind, der Schwellerbaugruppe ein beachtliches Gewicht hinzufügen, das den Bemühungen, das Gesamtgewicht eines Fahrzeugs zu reduzieren, entgegenwirkt. Das Hinzufügen von Gewicht zu einer Schwellerbaugruppe reduziert die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs für Verbrennungsmotoren und den Betriebsbereich für batteriebetriebene Fahrzeuge.
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Diese Offenbarung betrifft das Lösen der oben genannten Probleme und anderer Probleme, wie nachfolgend zusammengefasst.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung ist eine Schwellerbaugruppe für ein Fahrzeug offenbart, die einen Schweller, einen an dem Schweller befestigten Seitenschweller und eine Verstärkung umfasst. Die Verstärkung beinhaltet eine erste Vielzahl von Rippen, die in einer Längs- und transversalen Ebene angeordnet ist. Eine zweite Vielzahl von Rippen ist in der transversalen Ebene und einer vertikalen Ebene angeordnet, die sich mit den ersten Rippen schneiden. Eine Wand ist in der Längsebene und der vertikalen Ebene an einer lateralen Zwischenstelle an den Rippen angeordnet.
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Gemäß anderer alternativer Aspekte dieser Offenbarung kann die Wand eine Vielzahl von Rahmen beinhalten, die ein Fenster definiert, die sich zwischen dem Fenster und den ersten und zweiten Rippen erstrecken. Die Größe der von den Rahmen definierten Fenster kann verändert werden, um die Stabilität der Wand einzustellen.
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Die erste und die zweite Gruppe von Rippen weisen erste und zweite Außenkanten auf, die mit einer Innenfläche des Schwellers und eine Innenfläche des Seitenschwellers übereinstimmen und mit einem Klebstoff an dem Schweller und dem Seitenschweller gesichert werden können.
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Die erste und die zweite Gruppe von Rippen können eine Vordersäule und eine Hintersäule von Zellen aufweisen, die zum Schweller und Seitenschweller hin offen sind. Die ersten Rippen können eine obere Reihe und eine untere Reihe von Zellen aufweisen, die zum Schweller und Seitenschweller hin offen sind. Die erste und die zweite Gruppe von Rippen können angeordnet sein, um eine Vielzahl von vierseitigen Zellen im Inneren der Vordersäule und der Hintersäule von Zellen und der oberen Reihe und der unteren Reihe von Zellen zu bilden. Die Rahmen, welche die Fenster definieren, können nur an den Reihen von Zellen zwischen der oberen und unteren Reihe von Zellen bereitgestellt werden.
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Die zweite Gruppe von Rippen kann eine Außenkante aufweisen, die mit einer Innenfläche des Schwellers und einer Innenfläche des Seitenschwellers übereinstimmt.
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Die erste oder die zweite Gruppe von Rippen kann weniger voneinander beabstandet sein, um die Rigidität der Verstärkung zu erhöhen. Die Stärke der ersten oder der zweiten Gruppe von Rippen kann vergrößert sein, um die Rigidität der Verstärkung zu erhöhen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung ist eine Schwellerbaugruppe bereitgestellt, die einen Schweller, einen an dem Schweller befestigten Seitenschweller, eine erste Verstärkung, und eine zweite Verstärkung beinhaltet. Die erste Verstärkung ist zwischen dem Schweller und dem Seitenschweller aufgenommen und weist schneidende, sich transversal erstreckende Wände auf, die lateral gerichtete Öffnungen definieren. Die zweite Verstärkung ist zwischen dem Schweller und dem Seitenschweller vor der ersten Verstärkung aufgenommen und beinhaltet eine Vielzahl von sich längs erstreckenden Rohren, die längs gerichtete Öffnungen definieren.
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Gemäß anderer Aspekte dieser Offenbarung, die eine Schwellerbaugruppe mit zwei verschiedenen Verstärkungen betrifft, kann jedes der sich längs erstreckenden Rohre mit wenigstens einem anderen sich längs erstreckenden Rohr verbunden sein.
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Die erste und die zweite Verstärkung können durch einen Klebstoff an dem Schweller und dem Seitenschweller befestigt sein.
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Eine Zwischenwand kann in einer Längsebene und einer vertikalen Ebene angeordnet sein. Die Zwischenwand kann an einer transversalen Zwischenstelle an den schneidenden, sich transversal erstreckenden Wänden bereitgestellt sein.
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Die Wand kann Rahmen beinhalten, die ein Fenster definieren, die sich zwischen dem Fenster und den schneidenden Wänden erstrecken. Die Größe des durch die Rahmen definierten Fensters kann reduziert werden, um die Stabilität der Wand zu erhöhen.
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Die sich transversal erstreckenden Wände und die sich längs erstreckenden Wände können weniger voneinander beabstandet sein, um die Rigidität der Verstärkung zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich kann die Stärke der sich transversal erstreckenden Wände und der sich längs erstreckende Wände erhöht werden, um die Rigidität der Verstärkung zu erhöhen.
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Die schneidenden, sich transversal erstreckenden Wände können horizontale Wände beinhalten, die in einer Längs- und transversalen Ebene angeordnet sind, die vertikale Wände schneiden, die in der transversalen Ebene und einer vertikalen Ebene angeordnet sind. Eine Zwischenwand kann in der Längsebene und der vertikalen Ebene an einer Zwischenstelle an den horizontalen Wänden und den vertikalen Wänden angeordnet sein.
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Die oben genannten Aspekte dieser Offenbarung und andere Aspekte werden nachfolgend mit Beug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 ist eine linke/rechte Perspektivansicht eines Fahrzeugs, das die Stelle einer Schwellerbaugruppe in Phantomlinien veranschaulicht, die gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung hergestellt wurde.
- 2 ist eine fragmentarische Draufsicht von unten auf ein Fahrzeug, teilweise in einem Querschnitt durch die an beiden Seiten des Fahrzeugs bereitgestellten Schwellerbaugruppen.
- 3 ist eine Perspektivansicht einer Schwellerverstärkung.
- 4 ist eine Perspektivansicht einer alternativen Ausführungsform einer Schwellerverstärkung.
- 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 in 2.
- 6 ist eine Querschnittsansicht ähnlich der in 5, die eine alternative Ausführungsform einer Schwellerverstärkung im Inneren einer Schwellerbaugruppe zeigt.
- 7 ist eine Querschnittsansicht ähnlich der in 5, die eine alternative Ausführungsform einer Schwellerverstärkung im Inneren einer Schwellerbaugruppe zeigt.
- 8 ist eine Aufrissansicht einer Schwellerverstärkung von der Seite, die eine darin angeordnete Wand innerhalb einer ersten und einer zweiten Gruppe von schneidenden Rippen aufweist.
- 9 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Schwellerverstärkung, die aus sich längs erstreckenden, miteinander verbundenen Rohren im Inneren eines Schwellerblechs und Seitenschwellers gebildet ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die veranschaulichten Ausführungsformen sind mit Bezug auf die Zeichnungen offenbart. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabgetreu und einige der Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um die Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Die offenbarten spezifischen strukturellen und funktionellen Details sollten nicht als einschränkend, sondern als eine repräsentative Basis zur Lehre des Fachmanns darüber ausgelegt werden, wie die offenbarten Konzepte zu praktizieren sind.
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Mit Bezug auf 1 ist ein Fahrzeug 10 mit einer Schwellerbaugruppe (in 2 gezeigt), einschließlich einer Kombinationsschwellerverstärkung 12, die in gestrichelten Linien gezeigt ist, veranschaulicht. Die Kombinationsschwellerverstärkung 12 beinhaltet eine transversale Wandverstärkung 14 und eine längsverlaufende Rohrverstärkung 16. Die transversale Wandverstärkung 14 ist bereitgestellt, um den Widerstand der Schwellerbaugruppe gegenüber einem lateralen Verbiegen und einen Längsstoß zu erhöhen. Die Schwellerbaugruppe muss stark genug sein, einem Einknicken des Schwellers zu widerstehen und einen seitlichen Einbruch auf ein Mindestmaß zu beschränken, um eine Batteriepackung eines Hybridfahrzeugs und auch einen Kraftstofftank, der sich innenseitig der Schwellerbaugruppe befindet, zu schützen. Die längsverlaufende Rohrverstärkung 16 befindet sich innerhalb der Schwellerbaugruppe vor der transversalen Wandverstärkung 14. Die längsverlaufende Rohrverstärkung 16 stellt eine verbesserte Leistung der Schwellerbaugruppe bei einem geringfügigen versetzten Aufprall bereit.
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Die Kombinationsschwellerverstärkung 12 ist Teil einer Schwellerbaugruppe, die nachstehend mit Bezug auf 2 weiter beschrieben wird und sich unterhalb der Vordertür 20 und Hintertür 22 des Fahrzeugs 10 befindet. Die Schwellerbaugruppe 28 ist Teil des Fahrgestells, die sich an einem äußeren Teil des Fahrzeugs 10 befindet, um einen Fahrgastraum 24 (in 1 gezeigt) zu schützen.
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Mit Bezug auf 2 ist eine Fahrgestellstruktur 30 teilweise in dem Bereich des Fahrgastraums 24 (in 1 gezeigt) veranschaulicht. Die Fahrgestellstruktur 30 beinhaltet ein Paar von Rahmenlängselementen 32 und eine Vielzahl von Tunnellaufschienen 34. Die Längsstruktur kann außerdem die Schwellerbaugruppen 28 (einschließlich der Seitenschweller und Schwellerbleche), Schlittenlaufschienen und dergleichen beinhalten. Die lateralen Querstreben 36 können eine erste Querstrebe, eine zweite Querstrebe, eine dritte Querstrebe und eine vierte Querstrebe beinhalten. Bei einem Hybridfahrzeug können ein Kraftstofftank 38 und eine Batteriepackung 40 an der Fahrgestellstruktur 30 innenseitig der Schwellerbaugruppe montiert sein. Jede Schwellerbaugruppe 12 beinhaltet ein Schwellerblech 42 und ein Seitenschwellerblech 44 beinhalten, die zusammen die Schwellerverstärkung 12 unterbringen.
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Mit Bezug auf die 3 und 4 ist ein erster Satz von Rippen (oder Wänden) gezeigt, der sich in einer Längs-/transversalen Ebene (nachfolgend L/T-Ebene genannt) erstreckt. Ein zweiter Satz von Rippen (oder Wänden) ist gezeigt, der sich in einer transversalen/vertikalen Ebene (nachfolgend T/V-Ebene genannt) erstreckt. In diesem Sinne beziehen sich die Begriffe längs, lateral und vertikal auf die Fahrzeugrichtungen, wobei die Längsrichtung die Richtung ist, in welcher das Fahrzeug gefahren wird, die laterale Richtung die Richtung quer zum Fahrzeug, und die vertikale Richtung die Höhe des Fahrzeugs ist.
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Eine Zwischenwand 52 ist an einer transversalen Zwischenstelle zwischen den transversalen Enden des ersten Satzes von Rippen 48 und des zweiten Satzes von Rippen 50 bereitgestellt. Die Zwischenwand 52 besteht aus einer Vielzahl von Rahmen 54, die an dem ersten Satz von Rippen 48 und dem zweiten Satz von Rippen 50 an den Kanten der Rahmen 54 befestigt ist. Jeder der Rahmen 54 kann ein Fenster 56 definieren. Die Zwischenwand 52 ist bereitgestellt, um die transversale Wandverstärkung 14 zu stabilisieren, indem verhindert wird, dass der erste Satz von Rippen 48 und der zweite Satz von Rippen 50 zusammenfallen oder „zerquetscht“ werden. Die durch die Rahmen 54 definierten Fenster 56 reduzieren das Gewicht der transversalen Wandverstärkung 14.
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Die transversale Wandverstärkung ist bevorzugt in einem Spritzgussverfahren geformt, und die Rahmen 54 befinden sich an der Trennlinie zwischen den beiden Hälften des Spritzgusswerkzeugs. Die Verstärkung 14 ist bevorzugt aus einem haltbaren Polymer gebildet; wie z. B. mit Glas gefülltem Nylon. Alternativ könnte die Verstärkung aus einem anderen spritzgießbaren Polymer gefertigt sein, das Füllstoffe oder Verstärkungen nach Bedarf aufweist, um Festigkeit bereitzustellen.
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Bei dem ersten Satz weisen die Rippen 48 jeweils eine erste Außenkante 60 auf, die sich in der L/T-Ebene um den Außenumfang jedes der Stifte 48 des ersten Satzes erstreckt. Der zweite Satz von Rippen 50 beinhaltet jeweils eine zweite Außenkante 62, die sich in der T/V-Ebene um jede der Rippen 50 des Satzes erstreckt.
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Eine Vordersäule 64 von offenen Zellen 66 und eine Hintersäule 68 von offenen Zellen 66 sind an gegenüberliegenden Längsenden der Verstärkung 14 bereitgestellt. Eine obere Reihe 70 und untere Reihe 72 von offenen Zellen 66 sind bereitgestellt, um in die Innenseite des Schwellerblechs 42 und des Seitenschwellerblechs 44 einzugreifen.
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Die Kanten 60, 62 können beschichtet sein oder können anderweitig beabstandete Ablagerungen aus Klebstoff 63 aufnehmen. Der Klebstoff 63 wird verwendet, um die Verstärkung 14 innerhalb des Schwellerblechs 42 und des Seitenschwellerblechs 44 zu fixieren. Der Klebstoff 63 verhindert, dass die Verstärkung 14 vibriert oder sich verschiebt, oder sich innerhalb der Schwellerbaugruppe 12 verschiebt, und verleiht der Baugruppe außerdem Festigkeit. Der Klebstoff kann ein struktureller Klebstoff oder ein Klebstoff sein, der sich ausdehnt, wenn das Fahrzeug 10 durch einen Ofen oder einen Wärmebetrieb bearbeitet wird.
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Innenzellen 76, oder vierseitige Zellen, sind innenseitig der offenen Zellen 66 vor den Vorder- und Hintersäulen 64, 68 und den oberen und unteren Reihen 70, 72 bereitgestellt. Diese Innenzellen weisen vier Seiten auf, von denen zwei Seiten durch den ersten Satz von Rippen 48 gebildet sind, und zwei Seiten durch den zweiten Satz von Rippen 50 gebildet sind. Die Längsstärke (nachfolgend die LT genannt) des zweiten Satzes von Rippen 50 kann modifiziert werden, um die Festigkeit zu erhöhen oder das Gewicht der Verstärkung 14 zu reduzieren. Die vertikale Stärke (nachfolgend die VT genannt), kann, wie angedeutet, außerdem variiert werden, um die Festigkeit zu erhöhen oder das Gewicht des ersten Satzes von Rippen 48 zu reduzieren. In 3 sind die LT und VT dieselben für alle der Rippen 48, 50. Die Längsbeabstandung (nachfolgend die LS genannt) der Rippen, wie in 3 gezeigt, kann variiert werden oder in einer vordefinierten Beabstandung eingestellt werden, um die Festigkeit zu erhöhen oder das Gewicht der Verstärkung 14 zu reduzieren.
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Mit Bezug auf 4 kann die Längsstärke wie veranschaulicht variiert werden, wobei die Längsstärke der zweiten Rippen 50, wo als LT1 angedeutet, stärker ist als die Rippenstärke LT2, wie in 4 gezeigt. Auf ähnliche Weise ist die vertikale Stärke der ersten Rippen, wo als VT1 angedeutet, größer als die vertikale Stärke VT2 anderer des ersten Satzes von Rippen 48. Die Stärke des ersten Satzes von Rippen 48 kann über die Länge des ersten Satzes von Rippen variieren. Durch Verändern der Längsstärke LT und der vertikalen Stärke VT kann die Rigidität und Festigkeit der Verstärkung 14 verändert werden, um spezifischen Festigkeitserfordernissen entlang der Länge der Schwellerbaugruppe angepasst zu werden.
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Mit Bezug auf 5 ist eine Schwellerbaugruppe 28 gezeigt, die das Schwellerblech 42 und das Seitenschwellerblech 44 beinhaltet. Die transversale Wandverstärkung 14 ist derart veranschaulicht, dass sie einen ersten Satz von Rippen 48 und einen zweiten Satz von Rippen 50 beinhaltet. Die Zwischenwand 52 verbindet den ersten Satz von Rippen 48 und den zweiten Satz von Rippen 50 an einer Zwischenstelle zwischen dem Schwellerblech 42 und dem Seitenschwellerblech 44 miteinander. Die Zwischenwand 52 und der erste Satz von Rippen 48 weisen dieselbe Stärke auf, wie veranschaulicht.
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Mit Bezug auf 6 ist eine transversale Wandverstärkung 14 gezeigt, die innerhalb eines Schwellerblechs 42 und des Seitenschwellerblechs 44 angeordnet ist. Die Rippen 48 und die Zwischenwand 50 sind, wie in 6 gezeigt, im Wesentlichen stärker, als diejenigen, die in 5 gezeigt sind, und würden einen höheren Widerstand gegenüber einem Einknicken bereitstellen und einen seitlichen Einbruch auf ein Mindestmaß beschränken. Die stärkere Zwischenwand 52 kann bereitgestellt sein, um die Stabilität der Verstärkung 14 zu erhöhen.
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Mit Bezug auf 7 ist eine weitere alternative Ausführungsform einer transversalen Wandverstärkung 14 mit einer stärkeren Zwischenwand 52 im Vergleich zu der Stärke der Rippen 48 veranschaulicht. In dieser Ausführungsform wird das Gewicht durch Reduzieren der Stärke der Rippen 48 reduziert, während die Stabilität der Verstärkung 14 durch Bereitstellen einer stärkeren Zwischenwand 52 erhöht sein kann. Die Verstärkung ist innerhalb der Schwellerbaugruppe 28 zwischen dem Schwellerblech 42 und dem Seitenschwellerblech 44 gezeigt, wie oben mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben.
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Die Verstärkung kann mit verschiedenen Wandstärken, Wandbeabstandungen, Rahmengrößen, Zusammensetzungen und Faserverstärkungen gefertigt werden, um Leistungs- und Energieaufnahmeerfordernisse zu erfüllen.
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Mit Bezug auf 8 ist die transversale Wandverstärkung 14 derart gezeigt, dass sie schneidende Rippen 48 und Rippen 50 beinhaltet. Es versteht sich, dass die Rippen 48 und Rippen 50 als diagonal schneidende Wände bereitgestellt sein könnten, die sich nicht vertikal und horizontal erstrecken. Die Rahmen sind zwischen dem ersten und dem zweiten Satz von Rippen 48, 50 beinhaltet und erstrecken sich von den Rippen 48 und 50, um ein Fenster 56 innerhalb jedes der Rahmen 54 zu definieren. Eine obere Reihe 70 und eine untere Reihe 72 von offenen Zellen beinhalten die Rahmen 54 nicht. Eine Vordersäule 64 und Hintersäule 68 von offenen Zellen 66 sind außerdem in 8 gezeigt. Der erste Satz von Rippen 48 endet an den ersten Außenkanten 60. Der zweite Satz von Rippen 50 endet an den zweiten Außenkanten 62.
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Mit Bezug auf 9 ist eine längsverlaufende Rohrverstärkung 16 gezeigt, die innerhalb einer Schwellerbaugruppe 28 angeordnet ist, die das Schwellerblech 42 und das Seitenschwellerblech 44 beinhaltet. Die längsverlaufende Rohrverstärkung 16 besteht aus drei Rohren 74, die bevorzugt in einem Kunststoffextrusionsverfahren geformt werden, die mit einem Klebstoff-, Wärme- oder Lösemittelschweißverfahren miteinander fixiert werden. Alternativ könnten mehrere Rohre 74 zusammen extrudiert werden, um den Bedarf an montierten Rohren 74 zu eliminieren, die einzeln extrudiert werden.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind spezifische Beispiele, die nicht alle möglichen Formen der Offenbarung beschreiben. Die Merkmale der veranschaulichten Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der offenbarten Konzepte zu bilden. Die in der Schrift verwendeten Worte sind Worte der Beschreibung anstelle der Einschränkung. Der Umfang der nachfolgenden Ansprüche ist umfassender als die spezifisch offenbarten Ausführungsformen und beinhaltet außerdem Modifikationen der veranschaulichten Ausführungsformen.
