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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugchassis mit wenigstens einem Profillangträger, der einen sich in Längsrichtung des Profillangträgers erstreckendes Längsprofil, der einen sich in Längsrichtung des Profillangträgers erstreckendes Längsprofil und einen Steg aufweist, wobei mindestens an einem Teilstück des Langprofils eine lokale unterschiedliche Wandstärke über den Profilquerschnitt vorliegt.
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Im Fahrzeugbau werden bei nichtselbsttragenden Aufbauten sogenannte Leiterrahmen eingesetzt. Diese Leiterrahmen weisen eine Grundstruktur auf, die aus einfach geformten Längs- und Querträgern bestehen. Die Träger stützen einerseits die Aufbauten und die Ladefläche ab, auf der das zu transportierende Gut steht. Andererseits dienen sie zum Befestigen von Anbauteilen des Fahrzeugchassis, wie die Radaufhängung, Federung, Kippeinrichtung von Kipperfahrzeugen und anderen Elementen.
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Für Auflieger für Sattelzüge oder konventionelle Anhänger und Fahrzeugrahmen von angetriebenen Nutzfahrzeugen kommen üblicherweise Profillängsträger zum Einsatz, die sich über die Länge des jeweiligen Fahrzeugs erstrecken.
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Die über die Breite des Fahrzeugs auftretenden Lasten werden dagegen in der Regel durch Querträgerprofile aufgenommen, die quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind und sich auf oder an den Profillangträgern abstützen.
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Die Form und Wandstärke der eingesetzten Profillangträger richtet sich nach geometrischen Erfordernissen aus den Einbaubedingungen und den auftretenden Belastungen. Ferner muss der Profillangträger so gestaltet sein, dass er eine minimale Masse aufweist.
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Längsträger für Leiterrahmen werden als einstückige Kantprofile bzw. als Schweißbaugruppe aus verschiedenen gekanteten bzw. verschweißten Einzelteilen mit unterschiedlichen Wandstärken entsprechend der über die Länge des Fahrzeuges unterschiedlichen Beanspruchungen aufgebaut.
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Leiterrahmen für Anhängefahrzeuge bestehen in der Regel über die Fahrzeuglänge aus drei Abschnitten. Dem Bereich im Schwenkbereich der Vorderachse bzw. der Sattelzugmaschine, der funktionsbedingt nur eine geringe Profilhöhe des Profillangträgers erlaubt, einem Bereich, in dem keine Störkonturen berücksichtigt werden und der eine der höchsten Beanspruchung angepasste Profilhöhe aufweist und einem sogenannten Schwanenhals- oder Übergangsbereich, in dem der Übergang von der geringen Profilhöhe zur großen Profilhöhe formgebend ist. Dieser Bereich ist in der Regel der höchstbeanspruchte Bereich des Anhängefahrzeuges.
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Es sind Verfahren bekannt durch profilieren mittels Rollformen oder alternativer Umformverfahren –
WO 002012130962A1 – einen über die Länge des Fahrzeuges ungeteilten Längsträger herzustellen.
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Nachteilig an dieser u. a. in der
WO 002012130962A1 offenbarten Bauweise ist, dass aufgrund der Masserestriktionen dünnwandige offene Profile als Profillängsträgerprofile eingesetzt werden, die durch diese Dünnwandigkeit eine hohe Affinität zum Beulen bzw. Ausknicken aufweisen. Dies erfordert den Einsatz lokaler Aussteifungen der Stege der Profillängsträger.
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Ferner ist nachteilig, das die Wandstärke der Profillängsträger über die Profillänge nicht den lokalen Beanspruchungen angepasst ist und somit lokale Aussteifungen speziell im Bereich des Übergangs in den eingezogenen Bereich und in Bereichen erhöhter Beanspruchungen appliziert werden müssen.
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Diese lokalen Aussteifungen werden durch Schweissen oder durch Kaltfügetechniken appliziert. Die zusätzliche Kerbwirkung hervorgerufen durch metallurgische Kerben durch beispielsweise Schweissprozesse, um die Steifen aufzubringen oder durch den Wandstärkensprung, führt zu einer Spannungserhöhung. Diese Spannungserhöhung hat eine lokal geminderte Lebensdauer speziell unter dynamischen pulsierenden Beanspruchungen zur Folge.
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Ferner ist durch die Notwendigkeit einer gleichbleibenden Wandstärke über die Profillänge kein Gewichtsoptimum erzielbar, da die technologisch bzw. beanspruchungsgetriebene geringste Wandstärke in weiten Bereichen des Profillangträgers unter beanspruchungsgesichtspunkten nicht erforderlich ist, und somit die Einsatzmasse und die Materialeinsatzkosten nicht optimal sind.
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Die lokalen Aussteifungen werden durch Schweissen oder durch Kaltfügetechniken appliziert und erfordern aufwändige Vor- und Nacharbeit vor und nach dem eigentlichen Fügevorgang.
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Es sind Verfahren bekannt Bleche in Längsrichtung zu profilieren – http://www.mubea.com/uploads/media/Broschuere Mubea TRB Industrie.pdf –. Durch unterschiedliches und gesteuertes Zustellen der Profilwalzen beim Walzprozeß können Blechhalbzeuge mit unterschiedlichen Wandstärken über die Länge eines auszurollenden Coils mit sehr steilen Übergangsgradienten zwischen den Wandstärken erzeugt werden – http://www.umformtechnik.net/profilieren-mit-variablen-querschnitten_28649_de/. Dieses Material wird TRB oder Tailor Rolled Blank genannt. Diese Blechhalbzeuge werden vorzugsweise für Profile mit konstantem Querschnitt über die Länge aber unterschiedlicher über die Länge variierende Beanspruchungen eingesetzt. Bekannt sind Anwendungen als Dachquerträger zum Stützen der Dachlast von Planenaufbauten von Nutzfahrzeugen Aufgabe der hier beschriebenen Erfindung ist es, einen über die Länge ungeteilten Profillängsträger eines Leiterrahmens zu erzeugen, der unterschiedliche Wandstärken entsprechend den vorliegenden Beanspruchungen aufweist. Der Profillängsträger kann als U-, Z- und Winkelprofil aber auch mit beliebigen Profilformen ausgeführt sein. Der Profillängsträger kann in seinen Abmessungen über die Höhe variieren, also unterschiedliche Steghöhen – HS, HS1 und HS2 – aufweisen und soll Aussparungen und angeformte Anschlusselemente aufweisen, um beispielsweise Querträger durchzuführen bzw. anzuschließen.
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Der Profillängsträger soll für sog. Leiterrahmen für schwere und leichte Nutzfahrzeuge und Anhängefahrzeuge aber auch Wohnwagen- und Wohnmobilchassis eingesetzt werden.
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Ferner sollen die Herstellkosten des Profillängsträgers durch geringstmögliche Verschnittverluste des Ausgangsmaterials minimiert werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 Leiterrahmen (1) für Sattelaufliegerfahrzeug in Draufsicht
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2 Seitenansicht Profillängsträger (2)
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3 Draufsicht auf Blechplatine mit unterschiedlichen Blechstärken – sogenanntes Tailor Rolled Blank TRB in 10 Abschnitten unterschiedlicher Wandstärke
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4 Seitenansicht Blechplatine nach 3 mit in der Seitenansicht überhöht dargestellten Bereichen erhöhter Wandstärke (4, 5, 6)
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5 Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Profillängsträgers mit 10 Abschnitten unterschiedlicher Wandstärke mit unterschiedlicher Steghöhe (HS, HS1, HS2)
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6 Profillängsträger in Perspektivansicht mit ausgestelltem Untergurt (30) im Bereich der Fahrzeugauflage auf einer Sattelzugmaschine und Ausschnitten und Flanschelementen (10) zur Aufnahme von Querelementen
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7 Perspektivisches Detail aus Profillängsträger nach 6 als U-Profil aus Blechplatine nach 2 mit typischem Wandstärkenverlauf und Aussparungen (9, 105, 106) und Flanschelementen (10)
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8 Detail der Gestaltung einer Aussparung (9) mit einem durch Umformen ausgestellten Flansch (10) und Löchern (11) zur Aufnahme von Befestigungselementen.
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9 Fahrzeuglängsträger mit mittels vorzugsweise durch Clinchtechnik (K) kaltgefügter lokaler Versteifung (101) im Bereich des Schwanenhalses (7)
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10 Profillangträger mit im Bereich verminderter Profilhöhe auf die Gurtbreite (43) verbreitertem Untergurt (30)
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11 Schnitt A-A des Profillangträgers (400) mit durch Kaltfügetechnik (K) appliziertem Versteifungsblech (101)
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Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch Einsatz einer Platine (100) als Vormaterialhalbzeug, die eine Länge entsprechend der Fahrzeug- bzw. Profillangträgerlänge (200) aufweist und vorzugsweise mit zehn unterschiedlichen Wandstärken (110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119) ausgewalzt wurde. Die Breite der Platine (300) entspricht mit geringem Randbeschnittzuschlag falls erforderlich der Abrolllänge des größten Profilquerschnitts (3) im Bereich (21) und der Summe der Länge der Untergurtbreite (41) der Steghöhe (HS2) und der Obergurtbreite (51). Die Platine (100) wird in einem Umformprozeß vorzugsweise durch Rollprofilieren oder Kanten zu einem Profillängsträger (2) derart umgeformt, das ein einstückiger Profillängsträger mit vorzugsweise zwei Bereichen (21, 20) mit konstanter Profilhöhe (HS1 und HS2) und ein Bereich (22) mit kontinuierlich veränderlicher Profilhöhe (HS) ausgeformt wird. Der Profilquerschnitt entspricht vorzugsweise einem U-, Z- oder L-Profil.
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Nach dem Umformen ist ein Träger mit vorzugsweise für Sattelaufliegerfahrzeuge über die Profillängsträgerlänge (200) zehn unterschiedlichen Wandstärken, entsprechend den über die Länge variierenden Beanspruchungen ausgeformt. Im Bereich (110) zwischen Stirnwand des Fahrzeugs und Sattelplatte liegen geringe Beanspruchungen vor, hier wird die geringste Wandstärke von vorzugsweise 4 mm bis 5 mm eingesetzt. Im Bereich der Sattelplatte (111) erhöhen sich die Beanspruchungen und es werden von vorzugsweise 4 mm bis 5 mm die Wandstärken erhöht auf vorzugsweise 6 mm bis 8 mm im Bereich des Königszapfens. Es folgt ein Übergangsbereich (112) mit dem technologisch maximalen Wandstärkenänderungsgradienten auf die maximale Wandstärke von 8 mm bis 10 mm, der im gesamten Schwanenhals- bzw. Übergangsbereich (22) bzw. über die Profillänge (113) beibehalten wird. Zwischen Fahrwerkbereich (8) und Übergangsbereich (7) wird die Wandstärke im Bereich (114) auf eine Wandstärke von vorzugsweise 4,5 bis 5,5 mm im Bereich (115) reduziert. Im Bereich (116) wird die Wandstärke erhöht, auf die zum Anschluss des Fahrwerkes notwendige Wandstärke von vorzugsweise 6 mm bis 8 mm. Im Bereich (118) wird die Wandstärke wieder kontinuierlich reduziert auf die im Heckbereich (119) des Fahrzeuges nur mehr notwendigen vorzugsweise 4 mm bis 6 mm Wandstärke.
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Die Platine (100) kann vor dem Umformen bzw. der Profillängsträger (400) nach dem Umformen so beschnitten sein, das die Untergurtbreite (41) und Obergurtbreite (51) über die Länge des Profillängsträgers konstant sind und der Breite (41) des Untergurtes im Bereich (21) und der Breite des Obergurtes im Bereich (20) oder (21) entsprechen.
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Vorzugsweise, wird die Platine (100) bzw. der Profillängsträger (400) vor bzw. nach dem Umformen nicht am Rand beschnitten, so dass sich im Bereich der eingeschränkten Profilhöhe des Profillängsträgers (20) ein breiterer Untergurt (30) mit einer Breite (43) ausbildet, der sich im Bereich des Schwanenhalses (22) mit einer kontinuierlich veränderlichen Breite (42) auf die Breite (41) des Untergurtes (31) im Bereich des größten Profilquerschnitts (21) einschnürt.
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Vor, mit oder nach dem Umformvorgang des Profillängsträgers (400) werden Öffnungen (9) in den Profillängsträger geprägt bzw. geschnitten, die ein Durchstecken von Strukturelementen wie beispielsweise Querträgern ermöglichen. Vorzugsweise wird das Material der Öffnung nicht vollständig entfernt, sondern derart umgestellt bzw. umgeformt, das sich ein Flansch (10) zur Befestigung beispielsweise von Querträgern aus dem Steg des Profillängsträgers (400) ausformt. In diesen Flansch (10) werden vorzugsweise mit dem Umformvorgang Löcher (11) zum Durchstecken von Verbindungselementen eingeprägt.
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Der Flansch (10) wird vorzugsweise durch eine Abkantung (13), die vorzugsweise auch aus dem Material der Profilöffnung gebildet ist, in Fahrzeuglängsrichtung ausgesteift.
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Vorzugsweise werden weitere Befestigungslöcher (112) oder -elemente wie Gewindeeinsätze während oder nach dem Umformvorgang in den Profillängsträger (400) eingebracht.
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Für besonders hochbeanspruchte Bereiche oder zur Herstellung von Sonderfahrzeugen werden lokale Aussteifungen aus Blechplatinen (101) im Bereich der Profillängsträgerflansche (30, 31, 32, 33, 34, 35) vorgeschlagen, die vorzugsweise innerhalb des Profillängsträgerprofils (400) durch vorzugsweise Kaltfügetechniken wie Durchsetzfügen (K) oder Schraubtechnik am Profillängsträger (400) fixiert sind. Durch eine Anordnung der Aussteifung (101) im Inneren des Profillängsträgers verbleibt eine ebene Oberfläche des Profillängsträgers (400) zur Auflage von beispielsweise Bodenplatten oder zum Aufsetzen von Kastenaufbauten.
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Im Querschnittsbereich von Durchbrüchen (9, 105, 106) durch vorzugsweise den Steg (500) des Profillängsträgers (400) können lokale Wandstärkenerhöhungen (120, 121, 122) über den Profilquerschnitte vorgesehen werden, um die auftretenden lokalen Randspannungen am Rand der Öffnungen zu reduzieren.
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Die Platine besteht vorzugsweise aus einem Stahl oder Aluminiummaterial. Als Stähle kommen vorzugsweise Baustähle bzw. Feinkornbaustähle der Güten S315, S355, S600 oder höherfest und QSte 420, QSte 460, QSte 480 zum Einsatz. Als Aluminiumwerkstoff werden vorzugsweise Legierungen aus der Familie 5000, 6000 und 3000 eingesetzt.
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Durch die erfindungsgemäß beanspruchte Lösung ein Tailor Rolled Blank mit über die Länge des Profils veränderlicher Wandstärke als Vormaterial für einen Umformvorgang zur Ausbildung eines Profillängsträgers einzusetzen, gelingt es die Materialeinsatzmasse und die Fertigteilmasse von Profillängsträgern durch einen den Beanspruchungen und geometrischen Erfordernissen angepassten Verlauf der Wandstärke deutlich zu reduzieren.
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Vorteilhaft an der hier offenbarten Bauweise ist eine erhöhte Beulsteifigkeit im Vergleich zu den aufgrund der Masserestriktionen dünnwandigen, offenen U, Z, L-Profilen, die als Profillängsträgerprofile eingesetzt werden, die durch ihre Gestalt und zusätzlich durch diese Dünnwandigkeit eine hohe Affinität zum Beulen bzw. Ausknicken aufweisen. Durch das Einbringen lokaler Wanddickenerhöhungen (4, 5, 6) gemäß des hier beanspruchten erfinderischen Gedankens über den gesamten Profilquerschnitt (3) des Profillängsträgers (400) wird die Beulsteifigkeit speziell der Stege (500) signifikant erhöht, da sie mit der dritten Potenz der Wandstärke anwächst.
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Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Profillängsträgers werden die Herstellkosten signifikant reduziert, da keine Nacharbeit zum Aufbringen von Steifen beispielsweise im Fahrwerkbereich (8) und keine Richtarbeiten aufgrund thermischer Verzüge aufgrund von Schweissarbeiten entstehen.
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Die Qualität des erfindungsgemäßen Profillängsträgers ist signifikant gesteigert im Vergleich zu Herkömmlichen Profillängsträgern bzw. neuartigen offenbarten Profillängsträgern, da im Vergleich zu ersteren keine Wärmeverzug auftritt, und da im Vergleich zu ersteren und zweitgenannten Verwindungen aufgrund des Ausknickens bzw. Beulens des Profillängsträgerprofils deutlich reduziert sind. Aufgrund der automatischen Fertigung ohne manuelle Prozesse, können reproduzierbar geringe Toleranzen eingehalten werden, die alle nachfolgenden Montageprozesse positiv beeinflussen, da Anpassarbeiten entfallen.
| Bezugszeichen | Bauteil |
| 1 | Fahrzeugleiterrahmen mit Längsträger |
| 2 | Fahrzeuglängsträger |
| 3 | Profilquerschnitt U-Profil |
| 4 | Wandstärke – Ausgangsmaterial |
| 5 | Wandstärke – Übergangsbereich |
| 6 | Wandstärke – minimal |
| 7 | Übergangsbereich erstere Längenabschnitt 20 zu zweiter Längenabschnitt 21 Schwanenhals |
| 8 | Fahrwerkabschnitt |
| 9 | Querträgeraussparung |
| 10 | Ausgestelltes Blech Querträgeranschluss |
| 11 | Bohrung zur Befestigung Querträger |
| 12 | Rand Querträgeraussparung |
| 13 | Einformung Querträgeranschlussblech |
| 20 | Erster Längenabschnitt des Fahrzeuglängsträgers 2 – Bereich Aufnahme Zugfahrzeug |
| 21 | Zweiter Längenabschnitt des Fahrzeuglängsträgers 2 |
| 22 | Längenabschnitt Übergangsbereich 7 |
| HS | Höhe des Steges 11 im Übergangsbereich 7 |
| HS1 | Höhe des Steges 11 im Bereich des ersten Längenabschnitts 20 |
| HS2 | Höhe des Steges 11 im Bereich des zweiten Längenabschnitts 21 |
| 30 | Untergurt des Profillangträgers im Bereich 20 |
| 31 | Untergurt des Profillangträgers im Bereich 21 |
| 32 | Untergurt des Profillangträgers im Bereich 22 |
| 33 | Obergurt des Profillangträgers im Bereich 20 |
| 34 | Obergurt des Profillangträgers im Bereich 21 |
| 35 | Obergurt des Profillangträgers im Bereich 22 |
| 41 | Breite des Untergurtes 31 im Bereich 21 |
| 42 | Breite des Untergurtes 32 im Bereich 22 |
| 43 | Breite des Untergurtes 30 im Bereich 20 |
| 100 | Platine mit unterschiedlichen Wandstärken |
| 51 | Breite des Obergurtes 34 im Bereich 21 |
| 52 | Breite des Obergurtes 35 im Bereich 22 |
| 53 | Breite des Obergurtes 33 im Bereich 20 |
| 200 | Länge Profillängsträger |
| 300 | Breite Coil bzw. Platine Ausgangsmaterial |
| 400 | Profillängsträger |
| 500 | Steg des Profillängsträgers 400 |
| 101 | Versteifungsblech |
| K | Clinchpunkt zur Befestigung Versteifungsblech 101 |
| 105 | Profilöffnung in Profillängsträger 400 |
| 106 | Loch in Profillängsträger 400 |
| 110 | Profillängsträgerabschnitt zwischen Stirnwand und Sattelplatte |
| 111 | Profillängsträgerabschnitt im Bereich Sattelplatte |
| 112 | Profillängsträgerabschnitt im Übergangsbereich zu Schwanenhalsbereich 7 |
| 113 | Profillängsträgerabschnitt im Schwanenhalsbereich 7 |
| 114 | Profillängsträgerabschnitt im Übergangsbereich Schwanenhalsbereich 7 zu Zwischenbereich zwischen Schwanenhals und Fahrwerkbereich 8 |
| 115 | Profillängsträgerabschnitt im Zwischenbereich zwischen Schwanenhals und Fahrwerkbereich 8 |
| 116 | Profillängsträgerabschnitt im Übergangsbereich zwischen Zwischenbereich zwischen Schwanenhals 7 und Fahrwerkbereich 8 |
| 117 | Profillängsträgerabschnitt im Fahrwerkbereich 8 |
| 118 | Profillängsträgerabschnitt im Zwischenbereich zwischen Fahrwerkbereich 8 und Heckbereich |
| 119 | Profillängsträgerabschnitt im Heckbereich |
| 120 | Profilwandstärke im Bereich Öffnung 105 |
| 121 | Profilwandstärke im Bereich Öffnung 9 |
| 122 | Profilwandstärke im Bereich Öffnung 106 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 002012130962 A1 [0008, 0009]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://www.mubea.com/uploads/media/Broschuere Mubea TRB Industrie.pdf [0014]
- http://www.umformtechnik.net/profilieren-mit-variablen-querschnitten_28649_de/ [0014]