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Vordere
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Die Erfindung betrifft eine vordere Rahmenstruktur für ein Chassis eines Elektrofahrzeugs mit wenigstens zwei Längsträgern, wobei sich an jeden Längsträger in Richtung einer Karosseriezelle ein jeweiliges Übergangselement anschließt, das mit der Karosseriezelle oder/und einem die Karosseriezelle abstützenden Querträger verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug mit einer solchen Rahmenstruktur und ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrofahrzeug mit einer solchen Rahmenstruktur.
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Bei konventionell mit Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugen ist die Aggregat- und Getriebeaufhängung bzw. Motor-/Getriebe-Lagerung üblicherweise über das Fahrwerk realisiert: der Motor und das Getriebe werden durch konventionelle (Gummi) oder hydraulische Lagern an dem Fahrwerk gelagert bzw. abgestützt. Das Fahrwerk wird dann zusammen mit dem Aggregat (Motor) und dem Getriebe an der Rahmenstruktur bzw. der Karosserie befestigt/verschraubt.
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Aus der
DE 10 2011 102 322 A1 ist eine Kraftfahrzeugrahmenvorrichtung bekannt mit einem frontseitig angeordneten Verbrennungsmotor, mit einem Längsträger, der eine Haupterstreckungsrichtung aufweist, die parallel zu einer Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist, und mit einer Motorbefestigung, die zur Abstützung des Verbrennungsmotors an dem Längsträger ein Motorlager aufweist, das dazu vorgesehen ist, eine Übertragung von Schwingungen des Verbrennungsmotors zu dämpfen, wobei das Motorlager zumindest teilweise in dem Längsträger integriert ist.
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Die
DE 100 32 663 A1 zeigt eine aus Blechformteilen hergestellte, selbsttragende Karosserie eines Kraftfahrzeugs.
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Bei Elektrofahrzeugen wird derzeit ein Ansatz verfolgt, bei dem der Elektromotor durch zusätzliche Bauteile bzw. Motorstützen aus Aluminium-Gusslegierungen mittels Lagerelementen (beispielsweise Gummiblöcken) an dem Fahrwerk montiert ist und das Fahrwerk dann samt Elektromotor an der Rahmenstruktur bzw. der Karosserie befestigt wird.
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Bei einem Frontalaufprall (Frontcrash) oder einem Aufprall mit teilweiser Überdeckung wird bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren die Last durch die Deformation des Vorderwagens und die Verschiebung der Baugruppe Motor/Getriebe in Richtung Karosseriezelle aufgenommen. Dabei findet eine Entkopplung (Bruch) der Motor- und Getriebelagerung statt. Aufgrund der Geometrie bzw. Struktur der Lager und Aggregatstützen ist es kaum möglich diese Intrusion durch konsequente Crashmaßnahmen in dem vorgegebenen Bauraum unterzubringen. Die Überlappung von Motor/Getriebe und Karosseriezelle sowie die vorderen Karosserie-Längsträger (und andere Energie abbauende Komponente/Package im Vorderwagen) sorgen für eine Verzögerung des Fahrzeugs und einen gewissen Schütz für den Insassen.
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Bei Elektrofahrzeugen ist üblicherweise eine Hochvolt-Batterie in der Fahrzeugarchitektur untergebracht, insbesondere ist eine solche Hochvolt-Batterie unterhalb der Fahrgastzelle angeordnet. Somit besteht bei einem Frontalaufprall das Risiko, dass bei der Entkopplung bzw. einem Bruch der Aggregat-Lagerung, der Elektromotor die Karosseriezelle und Vorderseite der Hochvolt-Batterie beaufschlagt, so dass die Batterie beschädigt werden kann.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine vordere Rahmenstruktur anzugeben, bei der die obigen Nachteile für Elektrofahrzeug vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine vordere Rahmenstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Es wird also eine vordere Rahmenstruktur für ein Chassis eines Elektrofahrzeug vorgeschlagen mit wenigstens zwei Längsträgern, wobei sich an jeden Längsträger in Richtung einer Karosseriezelle ein jeweiliges Übergangselement an-schließt, das mit der Karosseriezelle oder/und einem die Karosseriezelle abstützenden Querträger verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass jedes Übergangselement ein integriertes Motorlager für einen zwischen den Längsträgern aufgenommenen Elektromotor aufweist.
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Das hier als Übergangselement bezeichnete Strukturbauteil wird im Fachjargon auch als Kurbelbereich bezeichnet und stellt den Übergang von einem vorderen Längsträger zur Karosseriezelle her. Ferner ist üblicherweise das Fahrwerk mit diesen Übergangselementen bzw. Kurbelbereichen verbunden.
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In Abkehr von bisherigen Lagerungen bzw. Aufhängungen von Antriebsaggregaten an dem Fahrwerk wird durch die vorgeschlagene Rahmenstruktur eine unmittelbare Lagerung des Elektromotors an den zur Karosserie zugehörigen Übergangselementen erreicht. Die Motorlager sind somit in einem für einen Frontalaufprall bzw. für Aufprall mit teilweiser Überdeckung definierten Lastpfad in der vorderen Rahmenstruktur (Vorderwagen) angeordnet, so dass einer Entkopplung entgegengewirkt werden kann.
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Das jeweilige Übergangselement kann einen mit dem Längsträger verbundenen Aufnahmeabschnitt für das Motorlager und einen mit der Karosseriezelle oder/und einem die Karosseriezelle abstützenden Querträger verbunden Stützabschnitt aufweisen, wobei der Aufnahmeabschnitt und der Stützabschnitt über Eck zueinander ausgebildet sind. Das Übergangselement ist insbesondere als einstückiges Druckgussteil ausgebildet. Entsprechend weist das Übergangselement mit seinem über Eck bzw. unter einem Winkel von im Wesentlichen 90° angeordneten Stützabschnitt und Aufnahmeabschnitt eine hohe Steifigkeit auf.
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Die vordere Rahmenstruktur kann wenigstens zwei Motorstützelemente aufweisen, welche die Verbindung zwischen dem jeweiligen Motorlager und dem Elektromotor bilden. Dabei kann der jeweilige Stützabschnitt im Falle einer Kollision als Anschlag für das jeweilige Motorstützelement dienten.
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Somit kann im Falle eines Aufpralls zwischen den Motorstützelementen und den Übergangselementen eine Art Formschluss eintreten, falls eine Entkopplung bzw. ein Bruch im Bereich des Motorlagers erfolgt und der Elektromotor zusammen mit den Motorstützelementen in Richtung der Karosseriezelle verschoben wird. Durch den Formschluss kann im Bereich des Stützabschnitts weitere Energie aufgenommen werden, um ein Eindringen des Elektromotors in die Karosseriezelle oder gar in den Aufnahmeraum der Hochvolt-Batterie verhindern zu können. Entsprechend wird durch die hier vorgestellte Rahmenstruktur ein verbesserter Schutz der Karosseriezelle und der Hochvolt-Batterie erreicht.
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Das jeweilige Motorlager kann eine in einer entsprechenden Öffnung an dem jeweiligen Übergangsabschnitt angeordnete Lagerhülse aufweisen. Eine solche Lagerhülse kann beispielsweise in die Öffnung eingepresst sein. Alternativ kann eine Lagerhülse mittels eines Zusatzteils an dem Übergangsabschnitt befestigt bzw. angeschraubt werden.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Elektrofahrzeug mit einem Chassis, das eine oben beschriebene, vordere Rahmenstruktur aufweist, und mit einem Elektromotor, der zwischen den beiden Längsträgern angeordnet und an den Motorlagern der Übergangsabschnitte gelagert ist.
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Für ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrofahrzeugs wird vorgeschlagen, dass es folgende Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines Chassis mit einer oben beschriebenen, vorderen Rahmenstruktur;
- Bereitstellen eines Elektromotors;
- Bereitstellen von Motorstützelementen;
- Bereitstellen eines Fahrwerks;
- Montieren des Elektromotors zusammen mit dem Fahrwerk an dem Chassis, wobei die Motorstützelemente mit den Motorlagern an den Übergangsabschnitten und mit dem Elektromotor verbunden werden.
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Bei dem Verfahren können die Motorstützelemente mittels einer jeweiligen Verschraubung in Breitenrichtung des Elektrofahrzeugs an dem Übergangsabschnitt gesichert werden, wobei der Zugang zu der entsprechenden Verschraubungsstelle im Bereich eines jeweiligen Radhauses erfolgt.
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Beim Verbinden des Fahrwerks und des Elektromotors mit dem Chassis können die Motorstützelemente zunächst an den jeweiligen Motorlagern angebracht werden. Anschließend kann der Elektromotor mit den bereits an der Karosserie abgestützten bzw. gelagerten Motorstützelementen verbunden bzw. verschraubt werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:
- 1 eine vereinfachte und schematische Ansicht einer vorderen Rahmenstruktur eines Elektrofahrzeugs von unten;
- 2 eine vereinfachte und schematische vergrößerte Ansicht eines linken Motorlagers mit zugeordnetem Motorstützelement von unten;
- 3 in den Teilfiguren A) und B) eine perspektivische Darstellung eines linken bzw. rechten Motorstützelements, das in einem Motorlager angeordnet ist, und in C) eine Gesamtansicht auf das linke und rechte Motorstützelement;
- 4 eine vergrößerte Darstellung des linken Motorstützelements und Motorlagers der 3A von oben;
- 5 eine Ansicht der vorderen Rahmenstruktur mit Elementen der 3 und 4 von oben in einer vereinfachten Draufsicht.
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1 zeigt eine schematische und vereinfachte Ansicht von unten auf eine vordere Rahmenstruktur 10 eines nur teilweise gezeigten Elektrofahrzeugs 12. Die vordere Rahmenstruktur 10 umfasst zwei Längsträger 14a, 14b, die bezogen auf eine Vorwärtsfahrtrichtung VR des Elektrofahrzeugs 12 links bzw. rechts angeordnet sind. Die Längsträger 14a, 14b weisen in Richtung einer Karosseriezelle 16 des Elektrofahrzeugs 12 ein jeweiliges Übergangselement 18a, 18b auf. Die Übergangselemente 18a, 18b bilden insbesondere den Übergang zwischen den Längsträgern 14a, 14b und einer stirnseitigen Wand 20 der Karosseriezelle 16 oder/und eines die Karosseriezelle 16 abstützenden Querträgers 22.
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Vorderräder 24a, 24b sind über ein gestrichelt dargestelltes Fahrwerk 26 bzw. einen Hilfsrahmen 28 mit den Längsträgern 14a, 14b und somit mit der Karosserie verbunden. Zwischen den Längsträgern 14a, 14b ist ein Elektromotor 30 angeordnet. Der Elektromotor 30 ist an zwei in den Übergangselementen 18a, 18b ausgebildeten Motorlagern 32a, 32b abgestützt. Hierzu kommen jeweilige Motorstützelemente 34a. 34b zum Einsatz, welche die Verbindung zwischen dem Elektromotor 30 und dem jeweiligen Motorlager 32a, 32b herstellen. Somit ist der Elektromotor in seinem hinteren Bereich an der Karosserie, insbesondere den Übergangselementen 18a, 18b, die mit den Längsträgern 14a, 14b verbunden sind, abgestützt bzw. gelagert.
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In einem vorderen Bereich ist der Elektromotor in an sich bekannter Weise an einem Querträger 36 mittels weiterer Motorlager 38a, 38b abgestützt, wobei der Querträger 36 Teil des Hilfsrahmens 28 bzw. des Fahrwerks 26 ist. Der Elektromotor 30 steht in Wirkverbindung mit den Vorderrädern 24a, 24b, so dass diese durch den Elektromotor 30 angetrieben werden können. In einem Bereich hinter der Stirnwand 20 der Karosseriezelle 16 kann eine hier gekreuzt schraffiert illustrierte Hochvolt-Batterie 40 angeordnet sein.
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2 zeigt eine vereinfachte und schematische Ansicht von unten auf ein linkes Motorlager 32a und ein zugeordnetes Motorstützelement 34a. Das Motostützelement 34a weist eine dem Elektromotor 30 zugewandte Seite 35 auf, die an die äußere Kontur 37 bzw. Form des Elektromotors 30 angepasst ist, insbesondere zu dieser im Wesentlichen komplementär ausgebildet ist. Durch punktierte Linien 42 sind Verbindungen, insbesondere Schraubverbindungen zwischen dem Motorstützelement 34a und dem Elektromotor 30 illustriert.
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Das (linke) Übergangselement 18a wird nachfolgend genauer beschrieben. Das nachfolgend für dieses linke Übergangselement 18a Beschriebene gilt in gleicher Weise auch für ein hier nicht dargestelltes bzw. näher beschriebenes rechtes Übergangselement 18b, wie es vereinfacht und schematisch in 1 illustriert ist. Das Übergangselement 18a umfasst einen Aufnahmeabschnitt 44 und einen Stützabschnitt 46. Der Aufnahmeabschnitt 44 und der Stützabschnitt 46 sind über Eck zueinander angeordnet. Anders ausgedrückt erstreckt sich der Aufnahmeabschnitt 44, in dem das Motorlager 32a aufgenommen ist, im Wesentlichen in Längsrichtung X des Elektrofahrzeugs und der Stützabschnitt 46 erstreckt sich im Wesentlichen in Breitenrichtung Y des Elektrofahrzeugs. Die Anordnung von Aufnahmeabschnitt 44 und Stützabschnitt 46 zueinander ist so ausgebildet, dass Spannungen bei der Übereckverbindung vermieden bzw. gering gehalten werden können. Durch die mit den Bezugszeichen 44 bzw. 46 versehenen punktierten Maßlinien soll angedeutet werden, welcher Bereich des Übergangselements 18a ungefähr als Aufnahmeabschnitt 44 bzw. als Stützabschnitt 46 verstanden werden kann. Es ist klar, dass die hier gezeichnete Länge der punktierten Maßlinien 44, 46 rein beispielhaft sind und die beiden Abschnitte 44, 46 auch als kürzere Teile des Übergangselements 18a verstanden werden können, die durch einen über Eck ausgebildeten Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind.
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Das Übergangselement 18a weist eine dem Motorstützelement 34a zugewandte Anschlagsfläche 50 auf. Im zusammengebauten Normalzustand des Elektrofahrzeugs sind das Motorstützelement 34a und das Übergangselement 18a bzw. dessen Stützabschnitt 46 mit einem Abstand zueinander angeordnet. Im Falle eines Aufpralls, bei dem der Längsträger 14a in Längsrichtung X stark verformt wird, können Lasten auch auf den Elektromotor 30 wirken. Diese Lasten können über das Motorstützelement 34 und das Motorlager 32a in die Karosserie eingeleitet werden. Im Falle eines so starken Aufpralls, dass das Motorstützelement 34a vom Motorlager 32a entkoppelt wird bzw. ein Bruch zwischen Motorstützelement 34a und Motorlager 32a erfolgt, wird das Motorstützelement 34a gegen die Anschlagsfläche 50 des Übergangselements 18a bzw. dessen Stützabschnitt 46 bewegt. Im Bereich der Anschlagsfläche 50 erfolgt dann eine Art Formschluss zwischen dem Motorstützelement 34a und dem Übergangselement 18a, so dass in diesem Bereich weitere Lasten aufgenommen werden können und einer Bewegung des Elektromotors 30 in Richtung der Karosseriezelle 16 entgegengewirkt werden kann.
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In den 3A und 3B sind das linke und das rechte Motorstützelement 34a, 34b in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Eine zugehörige Gesamtansicht von vorne zeigt 3C. Beide Motorstützelement 34a, 34b sind in ihrem jeweiligen Motorlager 32a, 32b aufgenommen, das im jeweiligen Aufnahmeabschnitt 44 des zugehörigen Übergangselements 18a, 18b angeordnet ist. Wie aus der Darstellung der 3 ersichtlich, sind die beiden Motorstützelemente 34a, 34b üblicherweise nicht identisch ausgebildet, sondern jedes Motorstützelement 34a, 34b weist eine an die Form des Elektromotors bzw. die Form des Gehäuses des Elektromotors angepasste Ausgestaltung auf. In beiden Darstellungen ist der jeweilige Stützabschnitt 46 des Übergangselements 18a, 18b ersichtlich. Ferner sind kurze Stücke des jeweiligen Längsträgers 14a, 14b dargestellt. Die Motorlager 32a, 32b weisen ein jeweiliges Hülsenelement 33a, 33b auf, das in der jeweiligen Motorlageröffnung im Übergangselement 18a, 18b aufgenommen ist.
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4 zeigt nochmals eine zur 2 ähnliche Darstellung, wobei ein Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung von oben gezeigt ist. Ersichtlich sind der Elektromotor 30, das linke Motorstützelement 34a, der linke Längsträger 14a und das linke Übergangselement 18a. Ferner ist auch ein Teil des Hilfsrahmens 28 dargestellt. Der Hilfsrahmen 28 ist im Bereich des Übergangselements 18a mit der Karosserie verbunden. In diesem Beispiel weist das Motorstützelement 34a eine zum Stützabschnitt 46 bzw. zur Karosseriezelle hin gerichtete Ausnehmung 52 auf. Durch eine derartige Ausnehmung 52 kann einerseits Gewicht eingespart werden und andererseits ist das Motorstützelement 34a an einer bewusst gewählten Stelle so ausgebildet, dass in Falle eines Aufpralls eine Verformung des Motorstützelements 34a zur Aufnahme von Lasten bzw. Energie ermöglicht ist. Insbesondere kann ein innerer Abschnitt 54, der bezogen auf die Breitenrichtung Y des Elektrofahrzeugs weiter innen liegt als ein äußerer Abschnitt 56, abgeknickt werden, wenn der Elektromotor 30 in Längsrichtung X nach hinten zur Karosseriezelle verschoben wird.
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5 zeigt in einer Ansicht von oben die vordere Rahmenstruktur 10 mit den beiden Längsträgern 14a, 14b, den beiden Übergangselementen 18a, 18b und dem dazwischen angeordneten Elektromotor 30. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass die Motorstützelemente 34a, 34b mittels Schraubverbindungen 58 in den Motorlagern 32a, 32b gesichert sind. Die Verschraubung 58 kann dabei von außen, also von der Seite eines jeweiligen Radhauses erfolgen. Für das linke Motorstützelement 34a ist auch in 3C eine Verschraubung 58 dargestellt.
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In der 5 ist auch nochmals ersichtlich, dass die beiden Motorstützelemente 34a, 34b mit einem Abstand zum Stützabschnitt 46 des jeweiligen Übergangselements 18a, 18b angeordnet sind. Ferner ist auch ersichtlich, dass die beiden Motorstützelemente 34a, 34b im Falle einer Verschiebung des Elektromotors zur Karosseriezelle 16 hin im Bereich der jeweiligen Anschlagsfläche 50 des Übergangselements 18a, 18b bzw. des zugeordneten Stützabschnitts einen Formschluss bilden können, um eine weitere Bewegung des Elektromotors 30 zur Karosseriezelle 16 hin zu verhindern. Die Motorstützelemente 34a, 34b können hierzu in einem hinteren Bereich zumindest abschnittsweise im Wesentlichen komplementär zur Anschlagsfläche 50 ausgebildet sein.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Elektrofahrzeugs können beim Zusammenbau folgende Schritte ausgeführt werden. Bereitstellen eines Chassis mit einer oben beschriebenen, vorderen Rahmenstruktur 10. Bereitstellen eines Elektromotors 30 und zugehöriger Motorstützelemente 34a, 34b. Bereitstellen eines Fahrwerks 26, 28. Schließlich erfolgt das Montieren des Elektromotors 30 zusammen mit dem Fahrwerk 26, 28 an dem Chassis bzw. an der vorderen Rahmenstruktur 10, wobei die Motorstützelemente 34a, 34b mit den Motorlagern 32a, 32b an den Übergangsabschnitten 18a, 18b und mit dem Elektromotor 30 verbunden werden. Die Motorstützelemente 34a, 34b können mittels einer jeweiligen Verschraubung 58 in Breitenrichtung Y des Elektrofahrzeugs 12 an dem Übergangsabschnitt 18a, 18b gesichert werden, wobei der Zugang zu der entsprechenden Verschraubungsstelle im Bereich eines jeweiligen Radhauses erfolgt. Beim Verbinden des Fahrwerks 26, 28 und des Elektromotors 30 mit dem Chassis bzw. der vorderen Rahmenstruktur 10 können die Motorstützelemente 34a, 34b zunächst an den jeweiligen Motorlagern 32a, 32b angebracht werden. Anschließend kann der Elektromotor 30 mit den bereits an der Karosserie abgestützten bzw. gelagerten Motorstützelementen 34a, 34b verbunden bzw. verschraubt werden.