AT510793B1 - Batterie - Google Patents

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AT510793B1 ATA1899/2010A AT18992010A AT510793B1 AT 510793 B1 AT510793 B1 AT 510793B1 AT 18992010 A AT18992010 A AT 18992010A AT 510793 B1 AT510793 B1 AT 510793B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (1), insbesondere für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel (2) von nebeneinander oder übereinander angeordneten Batteriezellen (3), welche über zumindest ein Spannelement (7, 8) aneinander gepresst sind, wobei an jedem Ende des Stapels (2) jeweils eine Endplatte (5, 6) angeordnet ist, wobei zumindest ein Spannelement (7,8) an zumindest einem Ende (7a, 7b, 8a, 8b) zumindest ein Formschlusselement (9a, lOa) zumindest einer Formschlussverbindung (9, 10) aufweist, und mit zumindest einem Ende (7a, 7b; 8a, 8b) über die Formschlussverbindung (9, 10) mit zumindest einer Endplatte (5, 6) lösbar verbunden ist, und wobei die Formschlussverbindung (9, 10) neben dem ersten Formschlusselement (9a, 10a) am Spannelement (7, 8) zumindest ein zweites Formschlusselement (9b, 10b) auf der Endplatte (5, 6) aufweist, wobei erste und zweite Formschlusselemente (9, 10) ineinandergreifend ausgebildet sind, und wobei vorzugsweise erste und zweite Formschlusselemente (9, 10) zueinander reziproke Formen aufweisen. Um mit geringem Montageaufwand und geringem Gewicht, sowie geringem Bauraum eine zuverlässige Verbindung der Batteriezellen in einem Stapel zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass das Spannelement (7, 8) an zumindest einem Ende zwei an gegenüberliegenden Längskanten des Spannelementes (7, 8) angeordnete erste Formschlusselemente (9a, 10a) aufweist, welche mit korrespondierenden zweiten Formschlusselementen (9b, 10b) einer Endplatte (5, 6) zusammenwirken.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, mit zumindesteinem Stapel von nebeneinander oder übereinander angeordneten Batteriezellen, welche überzumindest ein Spannelement aneinander gepresst sind, wobei an jedem Ende des Stapelsjeweils eine Endplatte angeordnet ist, wobei zumindest ein Spannelement an zumindest einemEnde zumindest ein Formschlusselement zumindest einer Formschlussverbindung aufweist,und mit zumindest einem Ende über die Formschlussverbindung mit zumindest einer Endplattelösbar verbunden ist, und wobei die Formschlussverbindung neben dem ersten Formschlus¬selement am Spannelement zumindest ein zweites Formschlusselement auf der Endplatteaufweist, wobei erste und zweite Formschlusselemente ineinandergreifend ausgebildet sind,und wobei vorzugsweise erste und zweite Formschlusselemente zueinander reziproke Formenaufweisen.
[0002] Die EP 1 760 806 A2 beschreibt einen Batteriemodul mit einem Stapel von nebeneinan¬der angeordneten Batteriezellen, wobei an jedem Ende des Stapels jeweils eine Endplatteangeordnet ist. Die Batteriezellen werden durch Spannbänder zusammengespannt, wobei diebeiden Enden jedes Spannbandes über eine Kupplungseinheit mit Schraubverbindungen ver¬spannt sind. Die Endplatte weist dabei eine Nut zur Aufnahme der Kupplungseinheit auf.
[0003] Die DE 10 2008 010 825 A1 offenbart eine Batterie mit einer Wärmeleitplatte und mehre¬ren Einzelzellen, die zu einem Zellverbund zusammengefasst sind, wobei der Zellverbund unddie Wärmeleitplatte von einem Spannelement vollständig umschlossen sind und wobei zwi¬schen der ersten Einzelzelle und den Spannelementen sowie stirnseitig zwischen den letztenEinzelzellen und den Spannelementen jeweils eine Andruckplatte angeordnet ist. Auch hier sinddie Spannbänder in sich selbst verspannt.
[0004] Die US 4,317,497 A offenbart eine Batteriezellenpackung für ein Fahrzeug, wobei dieZellen zwischen zwei Endplatten durch die Zellen umfassende Stahlbänder aneinander gebun¬den sind. Eine ähnliche Lösung ist aus der US 4,020,244 A bekannt, wobei die Enden der dieZellen umfassenden Stahlbänder überlappend ausgeführt und punktverschweißt sind.
[0005] Die US 7,125,628 B beschreibt eine Batteriepackung mit einer Mehrzahl an quaderför¬mig geformten Batterien, wobei die Batterien nebeneinander in Dickenrichtung angeordnet undmittels Druckplatten über Zugschrauben miteinander verspannt sind. Eine ähnliche Lösung füreinen Batteriemodul ist aus der EP 732 759 A1 bekannt. Durch die mit konstantem Druck ver¬spannten Batteriezellen kann die Wärmekapazität gesteigert werden und die Anzahl der La-de/Entladezyklen erhöht werden.
[0006] Nachteilig ist, dass die bekannten Lösungen zum Spannen von Batteriezellen relativ vielMontageaufwand und Montagezeit erfordern. Lösungen mit Zugschrauben sind zwar sehr ro¬bust, erfordern aber relativ viel Bauraum und wirken sich nachteilig auf das Gesamtgewicht aus.Spannbänder, welche an den Enden miteinander verschweißt sind, haben zwar den Vorteileines geringen Gewichtes, allerdings kann es im Laufe der Lebenszeit der Batterie zu Schädenin Folge von Temperaturschwankungen und mechanischen Wechselbelastungen kommen.
[0007] Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfa¬che, aber dauerhafte Weise ein Zusammenfassen von Batteriezellen bei einer Batterie zu er¬möglichen, wobei das Gesamtgewicht möglichst klein gehalten werden soll.
[0008] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Spannelement an zumindesteinem Ende zwei an gegenüberliegenden Längskanten des Spannelementes angeordnete ersteFormschlusselemente aufweist, welche mit korrespondierenden zweiten Formschlusselementeneiner Endplatte Zusammenwirken, wobei vorzugsweise zumindest ein Spannelement mit zu¬mindest einem ersten Ende mit einer ersten Endplatte lösbar verbunden ist.
[0009] Dabei kann das Spannelement mit einem zweiten Ende mit einer Endplatte lösbar ver¬bunden sein. Bei einer ersten Ausführungsvariante mit geringem Materialeinsatz ist vorgese¬hen, dass das Spannelement sowohl mit seinem ersten Ende, als auch mit seinem zweiten
Ende mit der ersten Endplatte formschlüssig verbunden ist, wobei das Spannelement ausge¬hend von der ersten Endplatte, um eine erste Stirnseite des Stapels, die zweite Endplatte undeine zweite Stirnseite zur ersten Endplatte geführt ist, und wobei das Spannelement an gegen¬überliegenden Stirnseiten mit der ersten Endplatte verbunden ist. Die Batterie kann dabei durchdas Spannelement u-förmig umschlungen sein. Die Länge des Spannelementes im Wesentli¬chen der Summe aus der in Stapelrichtung der Batteriezellen gemessenen zweifachen Höheder Batterie und der Länge einer Batteriezelle entspricht. Dabei kann eine minimale Anzahl anTeilen erzielt werden, wenn pro Stapel nur ein einziges Spannelement eingesetzt wird.
[0010] In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass zumin¬dest ein Spannelement mit einem ersten Ende mit der ersten Endplatte und mit einem zweitenEnde mit der zweiten Endplatte verbunden ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn zumin¬dest ein erstes Spannelement mit seinem ersten Ende mit der ersten Endplatte und mit einemzweiten Ende mit der zweiten Endplatte im Bereich einer ersten Seite des Stapels verbundenist, und dass zumindest ein zweites Spannelement mit einem ersten Ende mit der ersten End¬platte und mit einem zweiten Ende mit der zweiten Endplatte im Bereich einer zweiten Seite desStapels verbunden ist. Um eine gleichmäßige Haltekräfte zu erreichen ist es vorteilhaft, wenndas erste und das zweite Spannelement an gegenüberliegenden Seiten, vorzugsweise angegenüberliegenden Stirnseiten, des Stapels angeordnet sind. Die Länge des Spannelementesentspricht in diesem Falle im Wesentlichen der in Stapelrichtung der Batteriezellen gemessenenHöhe der Batterie. Pro Stapel werden somit die Batteriezellen durch zwei Spannelemente anei¬nandergepresst.
[0011] Die Formschlussverbindung kann zumindest ein erstes Formschlusselement am Spann¬element und ein zweites Formschlusselement auf der Endplatte aufweisen, wobei vorzugsweisedie beiden Formschlusselement zueinander reziproke Formen aufweisen können.
[0012] Eine besonders dauerhafte Befestigung lässt sich erzielen, wenn das erste bzw. zweiteFormschlusselement durch einen vorzugsweise vom Spannelement vorstehenden Schlüsselbe¬reich und das zweite bzw. erste Formschlusselement durch einen vorzugsweise in der Endplat¬te versenkten Schlossbereich gebildet ist, wobei vorzugsweise der Schlüsselbereich durcheinen besonders vorzugsweise kugelartigen Vorsprung oder Zapfen, und der Schlossbereichdurch eine Nut oder Vertiefung gebildet ist.
[0013] In einer zur Übertragung von großen Haltekräften geeigneten Ausführung der Erfindungist vorgesehen, dass das Spannelement an zumindest einem Ende zwei an gegenüberliegen¬den Längskanten des Spannelementes angeordnete erste Formschlusselemente aufweist,welche mit korrespondierenden zweiten Formschlusselementen einer Endplatte Zusammenwir¬ken.
[0014] Eine rasche und dauerhafte Montage lässt sich erzielen, wenn das Spannelement anjedem Ende zumindest ein, vorzugsweise zwei, erste Formschlusselemente aufweist.
[0015] Die Spannbänder können aus Aluminium oder Stahlblech oder auch aus Kunststoffbestehen. Um die Zahl der Einzelteile möglichst gering zu halten, ist es von Vorteil, wenn daserste Formschlusselement einstückig mit dem Spannelement ausgebildet ist. Prinzipiell ist es ansich möglich, die Spannelemente durch einzelne in Zugrichtung hintereinander angeordneteGlieder zusammenzufügen. Eine einfachere Fertigung und Montage lässt sich aber erreichen,wenn jedes Spannelement zwischen den Formschlusselementen nur aus einem Stück besteht.
[0016] Um Gewicht, Baugröße und Kosten zu sparen ist vorzugsweise vorgesehen, dass dasSpannelement durch ein, vorzugsweise flexibles und/oder elastisches, Spannband gebildet ist.
[0017] Ein besonders einfacher Zusammenbau lässt sich erzielen, wenn zwischen zumindestzwei gestapelten Batteriezellen und/oder zwischen zumindest einer Batteriezellen und/odereiner Endplatte zumindest eine elastisch verformbare Zwischenschicht, vorzugsweise eineMatte, aus einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Material, angeordnet ist. Derartigeelektrisch isolierende wärmeleitende Matten sind beispielsweise unter dem Handelsnamen Sil-Pad® bekannt. Dabei werden die Batteriezellen durch externe Druckaufbringung an den End¬ platten zusammengepresst, wobei die Zwischenschichten elastisch komprimiert werden. Indiesem Zustand werden die Spannelemente über die Formschlussverbindungen an den End¬platten eingehängt. Nach Lösen der externen Druckkraft erfährt der Stapel durch die elastischeVerformung der Zwischenschicht eine Höhenzunahme, welche schließlich durch die auf Zugbeanspruchten Spannelemente begrenzt wird. Damit sind die Batteriezellen dauerhaft durch dieSpannelemente mit definerten Druck zusammengehalten.
[0018] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Fig. näher erläutert.
[0019] Es zeigen [0020] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Batterie in einer Schrägansicht, [0021] Fig. 2 einen Stapel von Batteriezellen einer erfindungsgemäßen Batterie in einer Vor¬ deransicht in einer ersten Ausführungsvariante und [0022] Fig. 3 einen Stapel von Batteriezellen einer erfindungsgemäßen Batterie in einer Vor¬ deransicht in einer zweiten Ausführungsvariante.
[0023] Die erfindungsgemäße Batterie 1 weist mehrere Stapel 2 von übereinander angeordne¬ten Batteriezellen 3 auf.
[0024] Jeder Stapel 2 von Batteriezellen 3 ist über eine Spanneinrichtung 4 zusammenge¬presst, wobei an jedem Ende 2', 2" des Stapels 2 jeweils eine Endplatte 5, 6 angeordnet ist.
[0025] Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführung, bei der die Batteriezellen 3 durch ein einzigesdurch ein Spannband gebildetes Spannelement 7 aneinandergepresst sind, wobei das Spann¬element 7 jeweils einen Stapel 2 u-förmig umfasst. Das Spannelement 7 ist dabei - ausgehendvon der ersten Endplatte 5 - um eine erste Stirnseite 2a des Stapels 2, die zweite Endplatte 6und eine zweite Stirnseite 2b zur ersten Endplatte 5 geführt, wobei das Spannelement 7 angegenüberliegenden Stirnseiten 2a, 2b mit der ersten Endplatte 5 über Formschlussverbindun¬gen 9, 10 verbunden ist. Die Länge des Spannelementes 7 entspricht dabei Summe aus derzweifachen Höhe H der Batterie 1 und der Länge L der Batteriezelle 3.
[0026] Im in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dagegen weist die Spanneinrichtung 4 proStapel 2 ein durch ein Spannband gebildetes erstes Spannelement 7 und ein durch ein Spann¬band gebildetes zweites Spannelement 8 auf, wobei jedes Ende 7a, 7b mit einer ersten bzw.zweiten Formschlussverbindung 9, 10 an gegenüberliegenden ersten bzw. zweiten Endplatten5, 6 lösbar verbunden ist. Die Länge jedes Spannelementes entspricht dabei im Wesentlichender Höhe H der Batterie 1.
[0027] Jede Formschlussverbindung 9,10 besteht dabei aus einem ersten Formschlusselement9a, 10a am Spannelement 7, 8 und einem zweiten Formschlusselement 9b, 10b an der End¬platte 5. Das erste Formschlusselement 9a, 10a ist dabei durch einen schlüsselartigen Bereich,etwa einen Vorsprung, Zapfen oder Haken, des Spannelementes 7 ausgebildet, das zweiteFormschlusselement 9b wird durch einen entsprechend geformten schlossartigen Bereich, etwaeine Nut, eine Öse oder eine Vertiefung, in oder an der jeweiligen Endplatte 5, 6 gebildet. DieNut des zweiten Formschlusselements 9b, 10b ist dabei so gestaltet, dass das erste Form¬schlusselement 9a, 10a eingreifen kann. Wie aus der Fig. ersichtlich ist, ist im Bereich jederLängskante bzw. an jeder Ecke E des Spannelementes 7 eine Formschlussverbindung 9 vor¬gesehen, so dass das Spannelement 7 beidseits in die Endplatte 5 eingehängt werden kann.
[0028] Die zweite Formschlussverbindung 10 ist analog zur ersten Formschlussverbindung 9ausgebildet.
[0029] Die Spannbänder 7, 8 bestehen aus Aluminium, Stahlblech, Kunststoff oder einemanderen Bandmaterial. Die ersten Formschlusselemente 9a können dabei einstückig mit demSpannelement 7, 8 ausgebildet sein. Beispielsweise können kugel- oder quaderförmige ersteFormschlusselemente 9a mit dem Spannelement 7, 8 verschweißt sein.
[0030] Wie ersichtlich ist, können pro Stapel jeweils zwei Spannbänder 7, 8 vorgesehen sein.Die Spannbänder 7, 8 weisen eine vordefinierte Länge auf, um in allen Betriebsbereichen und auch nach längerer Lebensdauer der Batterie eine ausreichende Spannkraft zum Zusammen¬halten der Zellen 3 zur Verfügung zu stellen.
[0031] Die Spannbänder 7, 8 sind lösbar, aber dennoch unverlierbar mit den Endplatten 5, 6verbunden und haben den Vorteil, dass bei sehr geringer Baugröße und sehr geringem Gewichtder Montageaufwand und somit die Kosten sehr gering gehalten werden können.

Claims (20)

  1. Patentansprüche 1. Batterie (1), insbesondere für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel (2) vonnebeneinander oder übereinander angeordneten Batteriezellen (3), welche über zumindestein Spannelement (7, 8) aneinander gepresst sind, wobei an jedem Ende des Stapels (2)jeweils eine Endplatte (5, 6) angeordnet ist, wobei zumindest ein Spannelement (7, 8) anzumindest einem Ende (7a, 7b, 8a, 8b) zumindest ein erstes Formschlusselement (9a,10a) zumindest einer Formschlussverbindung (9, 10) aufweist, und mit zumindest einemEnde (7a, 7b; 8a, 8b) über die Formschlussverbindung (9, 10) mit zumindest einer Endplat¬te (5, 6) lösbar verbunden ist, und wobei die Formschlussverbindung (9, 10) neben demersten Formschlusselement (9a, 10a) am Spannelement (7, 8) zumindest ein zweitesFormschlusselement (9b, 10b) auf der Endplatte (5, 6) aufweist, wobei erste und zweiteFormschlusselemente (9, 10) ineinandergreifend ausgebildet sind, und wobei vorzugswei¬se erste und zweite Formschlusselemente (9, 10) zueinander reziproke Formen aufweisen,dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (7, 8) an zumindest einem Ende zweian gegenüberliegenden Längskanten des Spannelementes (7, 8) angeordnete erste Form¬schlusselemente (9a, 10a) aufweist, welche mit korrespondierenden zweiten Formschlus¬selementen (9b, 10b) einer Endplatte (5, 6) Zusammenwirken.
  2. 2. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Spannele¬ment (7, 8) mit einem ersten Ende (7a, 8a) mit einer ersten Endplatte (5) lösbar verbundenist.
  3. 3. Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement(7, 8) mit einem zweiten Ende (7b, 8b) mit einer Endplatte (5, 6) lösbar verbunden ist.
  4. 4. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Span¬nelement (7) sowohl mit dem ersten Ende (7a) als auch mit dem zweiten Ende (7b) mit derersten Endplatte (5) formschlüssig verbunden ist, wobei das Spannelement (7) ausgehendvon der ersten Endplatte (5), um eine erste Stirnseite (2a) des Stapels (2), die zweite End¬platte (6) und eine zweite Stirnseite (2b) zur ersten Endplatte (5) geführt ist, und wobei dasSpannelement (7) an gegenüberliegenden Stirnseiten (2a, 2b) mit der ersten Endplatte (5)verbunden ist.
  5. 5. Batterie (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass das Spannelement (7) denStapel (2) im Wesentlichen u-förmig umschlingt.
  6. 6. Batterie (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge desSpannelementes (7) im Wesentlichen der Summe aus der in Stapelrichtung der Batterie¬zellen (3) gemessenen zweifachen Höhe (H) der Batterie (1) und der Länge (L) einer Batte¬riezelle (3) entspricht.
  7. 7. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batte¬riezellen (3) jedes Stapels (2) jeweils durch ein einziges Spannelement (7) aneinander ge¬presst sind.
  8. 8. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindestein Spannelement (7, 8) mit einem ersten Ende (7a, 8a) mit der ersten Endplatte (5) undmit einem zweiten Ende (7b, 8b) mit der zweiten Endplatte (6) verbunden ist.
  9. 9. Batterie (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes Span¬nelement (7) mit seinem ersten Ende (7a) mit der ersten Endplatte (5) und mit einem zwei¬ten Ende 7(b) mit der zweiten Endplatte (6) im Bereich einer ersten Seite des Stapels (2)verbunden ist, und dass zumindest ein zweites Spannelement (8) mit einem ersten Ende(8a) mit der ersten Endplatte (5) und mit einem zweiten Ende (8b) mit der zweiten Endplat¬te (6) im Bereich einer zweiten Seite des Stapels (2) verbunden ist.
  10. 10. Batterie (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweiteSpannelement (7, 8) an gegenüberliegenden Seiten, vorzugsweise an gegenüberliegendenStirnseiten (2a, 2b), des Stapels (2) angeordnet sind.
  11. 11. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Län¬ge des Spannelementes (7, 8) im Wesentlichen der in Stapelrichtung der Batteriezellen (2)gemessenen Höhe (H) der Batterie (1) entspricht.
  12. 12. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Batte¬riezellen (3) jedes Stapels (2) jeweils durch zwei Spannelemente (7, 8) aneinander ge¬presst sind.
  13. 13. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erstebzw. zweite Formschlusselement (9a, 10a; 9b, 10b) durch einen vorzugsweise vom Span¬nelement (7, 8) vorstehenden schlüsselartigen Bereich und das zweite bzw. erste Form¬schlusselement (9b, 10b; 9a, 10a) durch einen vorzugsweise in der Endplatte (5, 6) einge¬formten schlossartigen Bereich gebildet ist, wobei vorzugsweise der schlüsselartige Be¬reich durch einen besonders vorzugsweise kugelartigen Vorsprung, Zapfen oder Haken,und der schlossartige Bereich durch eine Nut, Vertiefung, oder Ose gebildet ist.
  14. 14. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dasSpannelement (7, 8) zumindest teilweise aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium oderStahlblech besteht.
  15. 15. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dasSpannelement (7, 8) zumindest teilweise aus Kunststoff besteht.
  16. 16. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das ersteFormschlusselement (9a, 10a) einstückig mit dem Spannelement (7, 8) ausgebildet ist.
  17. 17. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dasSpannelement (7, 8) an jedem Ende (7a, 7b; 8a, 8b) zumindest ein, vorzugsweise zwei,erste Formschlusselemente (9a, 10a) aufweist.
  18. 18. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dasSpannelement (7, 8) aus einem Stück besteht.
  19. 19. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass dasSpannelement (7, 8) durch ein, vorzugsweise flexibles und/oder elastisches, Spannbandgebildet ist.
  20. 20. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischenzumindest zwei gestapelten Batteriezellen (2) und/oder zwischen zumindest einer Batterie¬zellen (2) und einer Endplatte (5, 6) zumindest eine elastisch verformbare Zwischenschicht (11), vorzugsweise eine Matte, aus einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Material,angeordnet ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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