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Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung mit einem Kühlblock und ein Verfahren zur Herstellung solch einer Kühlvorrichtung, wobei an dem Kühlblock wenigstens zwei Kühllamellen ausgebildet sind, wobei die Kühllamellen und der Kühlblock einen Aufnahmeraum für wenigstens einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen Akkumulator, begrenzen, wobei im Kühlblock eine erste Kühlleitung zur Führung eines Kühlmittels ausgebildet ist.
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Aus der
DE 10 2005 031 504 A1 ist eine prismatische Batterie bestehend aus mehreren Einzelzellen bekannt, von welchen wenigstens zwei zu einem prismatischen Modul zusammengefasst sind. Jeweils wenigstens zwei der Module sind wiederum zu der Batterie gestapelt und zwischen zwei Endplatten miteinander verspannt. Die prismatische Batterie weist ferner wenigstens einen Kühlkörper auf, welcher mit wenigstens einem der Module in wärmeleitendem Kontakt steht. Ferner ist an dem Kühlkörper eine Kühlrippe vorgesehen, die parallel zur Kraftrichtung der Verspannung ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Kühlvorrichtung zur Kühlung einer elektrischen Energiequelle und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung solch einer Kühlvorrichtung bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Kühlvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine verbesserte Kühlvorrichtung dadurch bereitgestellt werden kann, dass die Kühlvorrichtung einen Kühlblock umfasst, wobei an dem Kühlblock wenigstens zwei Kühllamellen ausgebildet sind. Die Kühllamellen und der Kühlblock begrenzen einen Aufnahmeraum für wenigstens einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen Akkumulator. Im Kühlblock ist eine erste Kühlleitung zur Führung eines Kühlmittels ausgebildet. Ferner ist in einer Kühllamelle eine zweite Kühlleitung ausgebildet, wobei die erste und die zweite Kühlleitung miteinander verbunden sind.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein höherer Wärmebetrag aus dem elektrischen Energiespeicher über die Kühlvorrichtung abgeführt werden kann, und somit ein Überhitzen des elektrischen Energiespeichers vermieden werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Kühlleitung einen ersten Kanalabschnitt, einen zweiten Kanalabschnitt und einen dritten Kanalabschnitt auf, wobei ein erstes Ende des ersten Kanalabschnitts und ein erstes Ende des zweiten Kanalabschnitts mit der ersten Kühlleitung verbunden ist, wobei ein zweites Ende des ersten Kanalabschnitts und ein zweites Ende des zweiten Kanalabschnitts mit dem dritten Kanalabschnitts verbunden sind. Auf diese Weise wird eine U-förmig ausgestaltete zweite Kühlleitung in der Kühllamelle bereitgestellt, sodass die Kühllamelle gleichmäßig über ihre Erstreckung hin durch das über die zweite Kühlleitung strömende Kühlmittel gekühlt wird. Dadurch wird ferner der elektrische Energiespeicher auch seitlich gleichmäßig abgekühlt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Kühlleitung in Form einer eingelegten Leitung ausgebildet. Auf diese Weise kann die zweite Kühlleitung auf einfache Weise in die zweite Kühllamelle eingebracht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der dritte Kühlabschnitt wenigstens eine Öffnung an einer Seitenfläche der Kühllamelle auf, wobei die Öffnung des dritten Kanalabschnitts mit einem Schließmittel, insbesondere einem Blindstopfen, verschlossen ist. Auf diese Weise kann der dritte Kühlabschnitt beispielsweise mittels eines Bohrers in die Kühllamelle auf einfache Weise eingebracht werden.
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Ferner gewährleistet das Schließmittel, dass das Kühlmittel über die Öffnung nicht aus der Kühlvorrichtung austreten kann.
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Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Kanalabschnitt und der ersten Kühlleitung ein Übergangsbereich vorgesehen ist, wobei in dem Übergangsbereich ein Dichtmittel angeordnet ist, um den Übergangsbereich gegenüber einer Umgebung abzudichten.
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In einer weiteren Ausführungsform sind der erste und/oder der zweite Kanalabschnitt durch den Kühlblock bis zu einer Unterseite des Kühlblocks geführt und durchdringen zumindest teilweise die erste Kühlleitung. Der erste und/oder der zweite Kanalabschnitt bilden an dem ersten Ende des ersten und/oder des zweiten Kanalabschnitts eine Öffnung an der Unterseite aus, wobei die Öffnung mit einem weiteren Schließmittel, insbesondere einem Blindstopfen verschlossen ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Herstellung bzw. Verbindung der zweiten Kühlleitung mit der ersten Kühlleitung mittels eines Spanverfahrens. Auch können besonders einfach ausgebildete Kerne in eine Gussform des Kühlblocks eingelegt werden, wenn der Kühlblock mittels eines Gussverfahrens hergestellt wird.
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Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn der erste und/oder der zweite und/oder der dritte Kanalabschnitt in Form einer Sacklochbohrung und/oder Langlochbohrung ausgebildet sind. Diese Bohrungstypen eignen sich besonders gut, um mittels eines Spanverfahrens, insbesondere eines Bohr- und/oder Fräsverfahrens, wenigstens einen der drei Kanalabschnitte herzustellen.
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Ebenso ist vorteilhaft, wenn die zweite Kühlleitung kanalförmig aus einem Material der Kühllamelle, insbesondere mittels eines Spanprozesses, herausgearbeitet ist.
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Vorteilhaft ist auch, wenn die Kühllamellen als separate Bauteile ausgebildet sind, die am Kühlblock befestigt sind. Auf diese Weise kann die Komplexizität der Geometrie der Kühlvorrichtung in der Herstellung reduziert werden, und erst nach einer Montage der Kühllamellen am Kühlblock die Gesamtfunktion der Kühlvorrichtung bereitgestellt werden. Auch kann der Bauraum zum Transport der Einzelteile reduziert werden, sodass die Transportkosten insgesamt verringert werden.
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Die Aufgabe wird aber auch durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung dadurch bereitgestellt werden kann, dass an dem Kühlblock wenigstens zwei Kühllamellen in der Weise vorgesehen werden, dass die Kühllamellen und der Kühlblock einen Aufnahmeraum für wenigstens einen elektrischen Energiespeicher begrenzen. Im Kühlblock wird eine erste Kühlleitung zur Führung eines Kühlmittels ausgebildet. Ferner wird in wenigstens einer Kühllamelle eine zweite Kühlleitung ausgebildet. Die erste und die zweite Kühlleitung werden miteinander verbunden. Auf diese Weise wird eine verbesserte Kühlung des elektrischen Energiespeichers bereitgestellt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird zum Einbringen der zweiten Kühlleitung in die Kühllamelle eine Leitung in eine Gussform der Kühllamelle eingelegt, wobei in die Gussform wenigstens ein Gussmaterial eingefüllt wird, wobei die Leitung mit dem Gussmaterial zumindest teilweise umschlossen wird. Auf diese Weise wird vermieden, dass zusätzliche Kerne zur Herstellung der zweiten Kühlleitung in die Gussform mit eingebracht werden müssen, die nach dem Guss kompliziert werden müssen.
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Ebenso hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die zweite Kühlleitung kanalförmig aus einem Material der Kühllamelle, insbesondere durch einen Spanabtrag, herausgearbeitet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform werden über eine Unterseite der Kühllamelle ein erster und ein zweiter Kanalabschnitt der zweiten Kühlleitung in das Material der Kühllamelle eingebracht, wobei ein dritter Kanalabschnitt der zweiten Kühlleitung über eine Seitenfläche in die Kühllamelle eingebracht wird. Eine erste Öffnung des dritten Kanalabschnitts an der Seitenfläche der Kühllamelle wird verschlossen. Ferner wird die Kühllamelle am Kühlblock befestigt. Auf diese Weise kann eine besonders einfache und zuverlässige Kühlung der Kühllamelle bereitgestellt werden.
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Besonders einfach kann der erste und der zweite Kühlabschnitt dadurch hergestellt werden, dass über die Unterseite des Kühlblocks der erste und/oder der zweite Kanalabschnitt der zweiten Kühlleitung in das Material des Kühlblocks und in das Material der Kühllamelle eingebracht werden und wenigstens eine zweite Öffnung an der Unterseite des Kühlblocks ausbilden, wobei die zweite Öffnung des ersten und/oder des zweiten Kanalabschnitts verschlossen wird. Diese Ausgestaltung ist besonders günstig, um mittels eines Bohrverfahrens die erste und die zweite Kühlleitung miteinander zu verbinden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine Kühlvorrichtung;
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2 eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Kühlvorrichtung;
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3 einen Querschnitt entlang einer in 2 gezeigten Schnittebene A-A durch die in den 1 und 2 gezeigte Kühlvorrichtung;
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4 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der in 1 gezeigten Kühlvorrichtung; und
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5 einen Querschnitt entlang einer in 4 gezeigten Schnittebene A-A durch die in den 4 gezeigte Kühlvorrichtung.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kühlvorrichtung 10. 2 zeigt eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Kühlvorrichtung 10. 3 zeigt einen Querschnitt entlang einer in 2 gezeigten Schnittebene A-A. Nachfolgend werden die 1 bis 3 gemeinsam erläutert. Dabei werden gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen benannt.
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Die Kühlvorrichtung 10 umfasst einen Kühlblock 15, an dem oberseitig mehrere Kühllamellen 20 angeordnet sind. Die Kühllamellen 15 sind rechtwinklig zu dem Kühlblock 15 angeordnet. Dabei begrenzen eine erste linksseitig angeordnete erste Kühllamelle 20 und eine rechtsseitig angeordnete zweite Kühllamelle 21 zusammen mit dem Kühlblock 15 einen Aufnahmeraum 25. In dem Aufnahmeraum 25 ist ein elektrischer Energiespeicher 30 angeordnet ist. Der elektrische Energiespeicher 30 liegt flächig an den Kühllamellen 20, 21 und an dem Kühlblock 15 an. Der elektrische Energiespeicher 30 ist in der Ausführungsform als Akkumulator mit Lithiumionenzellen ausgebildet. Die Lithiumionenzellen können beispielsweise im Pouch- bzw. Coffeebag-Design ausgebildet sein. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Energiespeicher 30 andersartig ausgebildet ist und beispielsweise anstatt von Lithiumionenzellen Nickel-Cadmium-Nickelmetallhydrid- oder Bleizellen aufweist. Auch ist denkbar, dass der elektrische Energiespeicher 30 als Kondensator ausgebildet ist. Außerhalb des Aufnahmeraums 25 sind weitere Kühllamellen 22 rechts- bzw. linksseitig zu der ersten bzw. zweiten Kühllamelle 20, 21 angeordnet. Die Kühllamellen 20, 21, 22 und der Kühlblock 15 sind als separate Bauteile ausgebildet und miteinander über nicht dargestellte Verbindungselemente verbunden.
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Der Kühlblock 15 weist eine erste Kühlleitung 35 auf. Die erste Kühlleitung 35 weist dabei einen Zulaufkanal 36 und einen Ablaufkanal 37 auf. Die erste Kühlleitung 35 erstreckt sich dabei im Wesentlichen parallel zu einer Unterseite 40 des Kühlblocks 15. Der der Zulaufkanal 36 ist in 1 linksseitig über ein Anschlussstück 45 mit einem externen Kühler (nicht dargestellt) und einer externen Kühlflüssigkeitspumpe verbunden. Die Kühlflüssigkeitspumpe dient dazu, eine Kühlflüssigkeit 50 als Kühlmittel aus dem externen Kühler in die erste Kühlleitung 35 zu fördern. Der Ablaufkanal 37 kann dabei ebenso über ein nicht dargestelltes weiteres Anschlussstück mit dem Kühler und/oder Kühlflüssigkeitspumpe verbunden sein, um einen Kühlkreislauf bereitzustellen.
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Die erste und die zweite Kühllamelle 20, 21 weisen eine jeweils zweite Kühlleitung 55 auf. Die zweite Kühlleitung 55 ist mit der ersten Kühlleitung 35 fluidisch verbunden. Dadurch wird die Kühlflüssigkeit 50 aus der ersten Kühlleitung 35 bzw. aus dem Zulaufkanal 36 in die zweiten Kühlleitungen 55 gefördert. Die zweite Kühlleitung 55 erstreckt sich dabei im Wesentlichen über die gesamte Höhe der Kühllamelle 20, 21. Die weiteren Kühllamellen 22 können wie in 1 gezeigt, ebenso mit der zweiten Kühlleitung 55 ausgestaltet sein. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass bei den weiteren Kühllamellen 22 auf das Vorsehen von zweiten Kühlleitungen 55 verzichtet wird. Ferner ist auch denkbar, dass sich die zweite Kühlleitung 55 nur über einen Teilbereich der ersten und/der zweiten Kühllamelle 20, 21 erstreckt.
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Die zweite Kühlleitung 55 kann beispielsweise dadurch in die erste bzw. zweite Kühllamelle 20, 21 eingebracht werden, indem in eine Gussform die zweite Kühlleitung 55 als Rohrleitung 59 (in 2 und 3 strichliert dargestellt) eingelegt wird. Die Rohrleitung 59 ist hohlzylindrisch ausgebildet. Anschließend wird die Gussform mit deinem Material der Kühllamelle 20, 21, 22 verfüllt wird. Dabei umschließt das Material der Kühllamelle 20, 21, 22 die Rohrleitung 59, sodass die zweite Kühlleitung 55 kanalförmig in der Kühllamelle 20, 21, 22 ausgebildet ist. Diese Herstellungsweise hat den Vorteil, dass auf das Einlegen von Kernen, insbesondere von Sandkernen, im Gießverfahren der Kühllamelle 20, 21 verzichtet werden kann. Vorteilhafterweise wird für das Material der Rohrleitung 59 ein Werkstoff verwendet, dessen Schmelzpunkt höher liegt als der Schmelzpunkt des Materials der Kühllamelle 20, 21, 22. Auch kann die Rohrleitung 59 bereits vorgebogen sein, bevor die Rohrleitung 59 in die Gussform eingelegt wird. Dies hat den Vorteil, dass mittels der vorgebogenen Rohrleitung 59 auf einfache Weise die Kontur des zweiten Kühlkanals 55 auf einfache Weise festgelegt werden kann.
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Die zweite Kühlleitung 55 weist einen ersten Kanalabschnitt 60, einen zweiten Kanalabschnitt 65 und einen dritten Kanalabschnitt 70 auf. Der erste Kanalabschnitt ist in 3 beispielhaft parallel zu dem zweiten Kanalabschnitt 65 angeordnet. Dabei ist ein erstes Ende 71 des ersten Kanalabschnitts 60 mit dem Ablaufkanal 37 und ein erstes Ende 71 des zweiten Kanalabschnitts 65 mit dem Zulaufkanal 36 verbunden. An einem zweiten Ende 85 ist der erste Kanalabschnitt 60 und bzw. der zweite Kanalabschnitt 65 mit dem dritten Kanalabschnitt 70 fluidisch verbunden. Der dritte Kanalabschnitt 70 ist dabei rechtwinklig zu dem ersten Kanalabschnitt 60 bzw. dem zweiten Kanalabschnitt 65 in der Kühllamelle 20, 21, 22 angeordnet. Dadurch ergibt sich eine U-förmige Ausgestaltung der zweiten Kühlleitung 55. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der erste Kanalabschnitt 60 bzw. der zweite Kanalabschnitt 65 geneigt zueinander angeordnet sind. Auch ist die rechtwinklige Anordnung des dritten Kanalabschnitts 70 zu dem ersten bzw. zweiten Kanalabschnitt 60, 65 nicht zwingend und kann ebenso geneigt sein.
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Der erste Kanalabschnitt 60 bzw. der zweite Kanalabschnitt 65 weisen an dem ersten Ende 71 einen Übergangsbereich 90 zu der ersten Kühlleitung 35 auf, wobei in dem Übergangsbereich 90 jeweils ein Dichtmittel 95 vorgesehen ist, um den Übergangsbereich 90 abzudichten und somit einen Austritt der Kühlflüssigkeit 50 aus der ersten Kühlleitung 35 bzw. der zweiten Kühlleitung 55 zu vermeiden. Unterhalb der ersten Kühlleitung 35 ist das erste Ende 71 des ersten Kanalabschnitts 60 bzw. des zweiten Kanalabschnitts 65 bis zur Unterseite 45 des Kühlblocks 15 weiter geführt. Dabei bildet der erste Kanalabschnitt 60 bzw. der zweite Kanalabschnitt 65 jeweils eine Öffnung 100 an der Unterseite 40 aus. Um einen Austritt von Kühlflüssigkeit 50 aus der zweiten Kühlleitung 55 zu vermeiden, ist in dem ersten Ende 71 des ersten bzw. des zweiten Kühlabschnitts 60, 65 jeweils ein Schließmittel 105 vorgesehen, das vorzugsweise, wie in 3 dargestellt, als Blindstopfen ausgebildet ist. Der Blindstopfen 105 hat den Vorteil, dass dieser einfach z. B. durch ein Einpressen in den Kanalabschnitt 60, 65 zu montieren ist.
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4 zeigt eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Kühlvorrichtung 106 der in 1 gezeigten Kühlvorrichtung und 5 einen Querschnitt entlang einer in 4 gezeigten Schnittebene A-A durch die in den 4 gezeigte Kühlvorrichtung 106. Die alternative Kühlvorrichtung 106 ist im Wesentlichen identisch zu der in den 1 bis 3 gezeigten Kühlvorrichtung ausgebildet. Abweichend dazu wird jedoch anstatt dem Einlegen der Rohrleitung 60 in die Gussform die zweite Kühlleitung 55 über ein spanendes Verfahren, insbesondere über ein Bohr- und/oder Fräsverfahren in das Material der Kühllamelle 20, 21, 22 eingebracht. Dabei werden die einzelnen Kanalabschnitte 60, 65, 70 über Sacklochbohrungen in einen Grundkörper 107 aus Vollmaterial der Kühllamelle 20, 21, 22 eingebracht. Die Sacklochbohrungen können zusätzlich zur Querschnittsvergrößerung auch als Langloch ausgebildet sein. Dabei werden der erste und der zweite Kanalabschnitt 60, 65 von einer Unterseite 110 der Kühllamelle 20, 21, 22, an der die Kühllamelle 20, 21, 22 an dem Kühlblock 15 anliegt, eingebracht. Das Einbringen des ersten und/oder des zweiten Kanalabschnitts 60, 65 erfolgt somit in einem nicht montierten Zustand der Kühllamelle 20, 21, 22. Der dritte Kühlabschnitt 70 wird über eine linksseitig in 5 angeordnet Seitenfläche 115 der Kühllamelle 20, 21, 22 eingebracht.
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Die Seitenfläche 115 der Kühllamellen 20, 21, 22 ist dabei rechtwinklig zu einer Anlagefläche 116 angeordnet, an der die Kühllamelle 20, 21 an dem elektrischen Energiespeicher 30 anliegt. Dabei bildet sich an der Seitenfläche 115 eine weitere Öffnung 120 aus, wobei die weitere Öffnung 120 durch ein weiteres Schließmittel 125 fluiddicht verschlossen ist. Das weitere Schließmittel 125 kann ebenso ein Blindstopfen sein. Gegenüberliegend an einem Grund 130 des dritten Kanalabschnitts 70 durchbricht der Kanalabschnitt 70 nicht eine weitere, der Seitenflächen 115 gegenüberliegend und in 5 rechtsseitig angeordnete Seitenfläche 130 der Kühllamelle 20, 21, 22, sodass durch das verbliebene Material 136 des Grundkörpers 107 zwischen der weiteren Seitenfläche 135 und dem Grund 130 des dritten Kanalabschnitts 70 dieser fluiddicht rechtsseitig zur weiteren Seitenfläche 130 abgedichtet ist. Alternativ ist auch denkbar, dass der dritte Kanalabschnitt als Durchgangsbohrung ausgeführt ist und an der weiteren Seitenfläche 130 ebenso eine Öffnung ausbildet.
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Alternativ ist auch denkbar, dass, wie in 5 gezeigt, der erste und/oder der zweite Kanalabschnitt 60, 65 nach einer Montage der Kühllamelle 20, 21, 22 an den Kühlblock 15 eingebracht wird. Dabei wird sowohl der Kühlbock 15 als auch die Kühllamelle 20, 21 von der Unterseite 40 des Kühlbocks in Richtung der oberhalb des Kühlbocks 15 angeordneten Kühllamelle 20, 21, 22 durchbohrt, sodass auch einfache Weise die zweite Kühlleitung 55 mit der ersten Kühlleitung 35 verbunden und ausgebildet werden kann. Auch wird auf diese Weise gewährleistet, dass der erste und der zweite Kanalabschnitt 60, 65 in sich fluchten und fluidische Engstellen im Übergangsbereich 90 vermieden werden können.
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Alternativ kann anstatt der oben beschrieben Ausgestaltung auf das Vorsehen des Schließmittels 105 verzichtet werden, wenn der erste Kanalabschnitt 60 bzw. der zweite Kanalabschnitt 65 in der Herstellung des Kühlblocks 15 ausschließlich von der Oberseite 140 des Kühlblocks 15 hin bis zur ersten Kühlleitung 35 geführt ist. Dabei wird die Verbindung des ersten und/oder des zweiten Kanalabschnitts 60, 65 von der Oberseite 140 des Kühlblocks 15 mittels eines Spanprozesses oder eines Gießprozesses in den Kühlblock 15 eingebracht.
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Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die erste Kühlleitung 35 ebenso wie die zweite Kühlleitung 55 über drei Kanalabschnitte aufweist, um eine Zirkulation auch innerhalb des Kühlblocks 15 zu ermöglichen. Ferner wird darauf hingewiesen, dass nicht alle Kühllamellen 20, 21, 22 mit der zweiten Kühlleitung 55 versehen sein müssen. Beispielhaft wurde auf die zweite Kühlleitung 55 in der rechtsseitigen 1 angeordneten Kühllamelle 22 verzichtet. Auf diese Weise kann die Kühlvorrichtung 10, 106 besonders kostengünstig ausgebildet werden, da nur an den notwendigen Stellen, insbesondere bei den Kühllamellen 20, 21, die in direktem Kontakt mit dem elektrischen Energiespeicher 30 stehen, diese über die zweite Kühlleitung 55 zusätzlich flüssigkeitsgekühlt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005031504 A1 [0002]
