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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Federelement zum flächigen Anpressen einer Kühleinrichtung an ein Energiespeichermodul eines elektrischen Energiespeichersystems, insbesondere eines Hochvoltspeichers eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Federelements.
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In einem elektrischen Energiespeichersystem eines Kraftfahrzeugs, das weitläufig als Batterie oder Spannungsversorgungsvorrichtung bekannt ist, kommen meist mehrere Energiespeichermodule zum Einsatz. Ein jeweiliges Energiespeichermodul (kurz: Modul) ist dabei typischerweise durch mehrere miteinander gekoppelte Speicherzellen, etwa elektrochemische Speicherzellen wie Lithium-Ionen-Zellen oder Doppelschichtkondensatoren, gebildet. Dabei ist ein Stapel aus den einzelnen Speicherzellen üblicherweise mittels einer mechanischen Endplatte und eines Zugankers zu einem Energiespeichermodul verspannt.
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In der Regel werden die einzelnen Energiespeichermodule über jeweils vier Schrauben mit einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuse des elektrischen Energiespeichersystems an dafür vorgesehenen Domen/Gehäusedomen verschraubt und müssen im Betrieb gekühlt werden, um die erforderliche Betriebstemperatur sicherzustellen. Der Kühler kann hierbei als eine eigenständige Baugruppe ausgeführt sein, die zum Beispiel an einen Modulboden angepresst wird.
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Beispielsweise ist aus der veröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2010 038 684 A1 der Anmelderin eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem Energiespeichermodul bekannt, das aus mehreren prismatischen Speicherzellen gebildet ist, welche, zu mindestens einer Reihe gestapelt, hintereinander angeordnet und elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Speicherzellen stehen dabei bodenseitig in thermischem Kontakt mit einer Kühleinrichtung, die einige Flachrohre aufweist, welche durch eine Federanordnung an den Boden der Speicherzellen gepresst werden. Diese Federanordnung ist zwischen den Flachrohren und einem Gehäuseboden der Vorrichtung angeordnet, der relativ zum Energiespeichermodul fixiert ist, und stützt sich an diesem Gehäuseboden ab.
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Bei Aufbauten dieser Art wird zur Minimierung des thermischen Widerstandes zwischen den kühlfluidführenden Flachrohren (auch als Multiporttubes bekannt) des Kühlers und dem Modulboden die Erzeugung einer definierten Flächenanpressung dieser Bauteile aneinander angestrebt. Eine solche flächige Anpressung der Flachrohre an den Modulboden soll dabei möglichst zu geringen thermischen Kontakt-/Übergangswiderständen und zu einer gleichmäßigen Kühlung des Energiespeichermoduls führen.
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Eine solche Anpresskraft wird bei bekannten Vorrichtungen dieser Art beispielsweise durch Federelemente aufgebracht, die sich auf der gesamten Kühlerkontaktlänge rückseitig am Gehäuseboden des Energiespeichersystems abstützen.
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Die in bekannten Energiespeichersystemen eingesetzten Federelemente sind jedoch in den jeweiligen Ausführungen oft zu komplex in der Herstellung (beispielsweise durch Rollumformung oder als mit Kunststoff ummanteltes Metall), dadurch zu teuer, wegen des Elastomereinsatzes im Alterungsverhalten schlecht geeignet und/oder zu schwer.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Federelemente weiterzubilden und zu verbessern, um ein in Gestalt und Herstellung einfacheres und/oder hinsichtlich der flächigen Anpressung leistungsfähigeres Anspresskonzept für Kühleinrichtungen eines elektrischen Energiespeichersystems bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Anpresskonzept ist zum flächigen Anpressen einer Kühleinrichtung an ein Energiespeichermodul eines elektrischen Energiespeichersystems der eingangs beschriebenen Art vorgesehen. Das elektrische Energiespeichersystem kann insbesondere ein Hochvoltspeicher eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs sein.
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Die an einen Boden des Energiespeichermoduls (kurz: Modulboden) anzupressende Kühleinrichtung kann beispielsweise ein oder mehrere kühlfluidführende Flachrohre, die auch als Multiporttubes bekannt sind, aufweisen. Ein Flachrohr umfasst typischerweise mehrere kühlfluidführende Einzelleitungen in einem im Querschnitt etwa rechteckigen Mantel auf, wobei der Mantel und die Einzelleitungen aus einem gut Wärme leitenden Metall gefertigt sind. Der Mantel eines Flachrohres weist dabei in der Regel eine flache Seite auf, die flächig gegen den Modulboden zu dessen Kühlung angepresst werden kann.
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Hierzu umfasst das erfindungsgemäße Federelement einen sich in einer Längsrichtung erstreckenden Federabschnitt, der zwei oder mehrere elastische Federschenkel zur Erzeugung einer Anpresskraft (durch Federwirkung) in einer sich von der Längsrichtung des Federabschnitts unterscheidenden Richtung ausbildet. Da eine sich von der Längsrichtung des Federabschnitts unterscheidende Richtung stets eine zur Längsrichtung des Federabschnitts orthogonale Komponente besitzt, kann mit dem erfindungsgemäßen Federelement insbesondere eine Anpresskraft senkrecht zur Längsrichtung des Federabschnitts erzielt werden.
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Eine solche Federwirkung kann beispielweise durch eine Verformung der elastischen Federschenkel infolge einer Verpressung des Federabschnitts quer zu dessen Längsrichtung hervorgerufen werden. Da sich die Richtung der erfindungsgemäßen Anpresskraft von der Längsrichtung des Federabschnitts unterscheidet, kann mit dem erfindungsgemäßen Federelement eine gleichmäßige Verteilung der Anpresskraft entlang der Längsrichtung des Federabschnitts durch eine geeignete Ausgestaltung und/oder Anordnung der elastischen Federschenkel erzielt werden. Eine Verpressung des Federelements kann etwa zwischen einem zu kühlenden Modulboden bzw. einem daran anzupressenden Flachrohr und einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuseboden des Energiespeichersystems (oder einem Zwischenboden bei mehrstöckigen Aufbauten) erfolgen.
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Insbesondere kann die Längsrichtung des Federabschnitts entlang eines Modulbodens eines eingangs beschriebenen Energiespeichermoduls, vorzugsweise aber eine komplette Modullänge und/oder über eine komplette Länge einer flächigen Kühleinrichtung, wie z. B. eines Flachrohrs, ausgerichtet werden, um eine entlang des Modulbodens gleichmäßig verteilte Anpressung der Kühleinrichtung an den Modulboden zu erreichen.
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Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Anpresskonzepts ist ein Verfahren zur Herstellung eines Federelements. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst das Ausbilden eines sich in einer Längsrichtung erstreckenden Federabschnitts, der zwei oder mehrere elastische Federschenkel zur Erzeugung einer Anpresskraft in einer sich von der Längsrichtung des Federabschnitts unterscheidenden Richtung ausbildet. Dabei wird das Ausbilden des Federabschnitts vorzugsweise durch Stanzen und Biegen, Rollumformen und/oder Exstrusion durchgeführt, Der erfindungsgemäße Federabschnitt kann aus Metall, bespielsweise aus Stahl, aber auch aus einem – insbesondere faserverstärkten – Kunststoff hergestellt werden.
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Alle in der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf das erfindungsgemäße Federelement dargestellten Merkmale, Ausführungsformen, Wirkungen und Vorteile der Erfindung beziehen sich entsprechend auch auf das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren, und umgekehrt.
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Vorzugsweise weist der Federabschnitt einen bogenförmigen oder im Wesentlichen flachen Auflageabschnitt auf, der die zwei oder mehreren elastischen Federschenkel miteinander verbindet und zu einem unmittelbaren Anpressen an die Kühleinrichtung geeignet ist. Wegen seiner bogenförmigen oder flachen Ausgestaltung ist der Auflageabschnitt zu einem sanften Anpressen an eine Kühleinrichtung oder aber zum Anbringen weiterer Bauteile, wie z. B. eines weiter unten beschriebenen Kunststoffträgers, geometrisch besonders gut geeignet. Die abgerundete bzw. flache Ausgestaltung des Auflageabschnitts sorgt für eine Verteilung der aufzubringenden Anpresskraft über eine Oberfläche des Auflageabschnitts und dieser kann daher unmittelbar, d. h. ohne weitere Zwischenlagen, an eine anzupressende Kühleinrichtung angedrückt werden, ohne deren Oberfläche mechanisch zu beschädigen. Der Auflageabschnitt kann sich insbesondere in der Längsrichtung des Federabschnitts erstrecken und/oder in einem Querschnitt des Federabschnitts bogenförmig oder flach bzw. gerade ausgebildet sein.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung stellt der Federabschnitt in einem Querschnitt einen Bogen dar, dessen Bogenseiten von den zwei elastischen Federschenkeln gebildet sind. D. h. der Federabschnitt umfasst zwei elastische Federschenkel, die sich in der Längsrichtung des Federabschnitts erstrecken und über einen im Querschnitt bogenförmigen Scheitelabschnitt des Federabschnitts miteinander verbunden sind. Ein Federabschnitt gemäß der ersten Ausführungsform kann insbesondere aus Metall, beispielsweise durch das Rollumformen, Stanzen und Biegen eines Blechs oder Exstrusion hergestellt werden. Insbesondere kann bei dieser und anderen Ausführungsformen ein Federbandstahl mit der Werkstoffnummer 1.4310 (Werkstoffkurzname X10CrNi18-8) nach DIN EN 10151 als Material zur Herstellung des Federabschnitts verwendet werden.
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Bei dieser Ausgestaltung stellt der Federabschnitt eine Querfeder dar, denn eine zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Anpresskraft führende Verformung bzw. die dazu führende Bewegung der elastischen Federschenkel erfolgt in einer Querrichtung bezüglich der Längsrichtung des Federabschnitts, indem die beiden Federschenkel auseinander gespreizt werden. Eine solche Verformung kann durch eine Verpressung und daraus resultierende Verringerung einer Höhe des Federabschnitts vom Scheitelabschnitt bis zu vom Scheitelabschnitt weg weisenden Enden der beiden Federschenkel erreicht werden.
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Neben der ausgesprochenen Einfachheit der Herstellung weist ein Federabschnitt gemäß der beschriebenen ersten Ausführungsform eine besondere Robustheit im Betrieb auf: Die stabile Bogenform hält elastischen Verpressungen/Verformungen der Federschenkel in einem sehr breiten Diapason gut stand, wodurch eine entsprechend breite Spanne an erreichbaren Anpresskräften zur Verengung steht.
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In einem bevorzugten Arbeitsbereich von etwa 400 N bis etwa 2200 N, insbesondere von etwa 600 N bis etwa 2000 N, kann eine geeignete Wandstärke der elastischen Federschenkel beispielsweise zwischen 0,100 mm und 0,200 mm, vorzugsweise zwischen 0,150 mm und 0,180 mm, insbesondere etwa 0,165 mm betragen. Dabei kann insbesondere eine Breite des jeweiligen elastischen Federschenkels, d. h. dessen Erstreckung zwischen einem Scheitel des Federabschnitts und dem vom Scheitel weg weisenden Ende des Federschenkels, zwischen 8 mm und 16 mm, vorzugsweise zwischen 10 mm und 14 mm, insbesondere etwa 12 mm betragen. Eine Länge des Federabschnitts in seiner Längsrichtung kann dabei zwischen 200 mm und 500 mm, vorzugsweise zwischen 300 mm und 400 mm, insbesondere etwa 335 mm betragen. Ein geeignetes Material des Federabschnitts ist dabei insbesondere der oben erwähnte Federbandstahl 1.4310. Entsprechendes gilt sinngemäß auch für weiter unten folgende andere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Federelemente, d. h. auch diese können so ausgestaltet werden, dass sie eine ähnliche oder gleiche Federkennlinie in einem ähnlichen Kräftebereich haben und einen ähnlich großen Bauraum einnehmen.
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Zudem ist ein bogenförmiger Scheitelabschnitt zu einem sanften Anpressen an eine Kühleinrichtung oder aber zum Anbringen weiterer Bauteile, wie z. B. eines weiter unten beschriebenen Kunststoffträgers, geometrisch besonders gut geeignet. Der bogenförmige Scheitelabschnitt kann daher als der oben erwähnte bogenförmige Auflageabschnitt zum unmittelbaren Anpressen der Kühleinrichtung dienen.
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Insgesamt kann daher bei dieser Ausführungsform mit einem minimalen Materialverbrauch und damit Gewicht und bei minimalen Herstellungskosten eine maximale Funktionalität gemäß der Aufgabe der Erfindung gewährleistet werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der ersten Ausführungsform sind die vom Scheitelabschnitt weg weisenden Enden der Bogenseiten/Federschenkel bezüglich des Federabschnitts nach außen abgekantet. Hierzu können die Enden der Federschenkel nach außen umgebogen werden, sodass jeweils eine im Querschnitt des Federabschnitts dreieckige oder abgerundete Kante entsteht. Dadurch wird ein Gleiten der Enden der Federschenkel an einer Abstützfläche, wie einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuseboden/Zwischenboden, bei der Verpressung des Federelements erleichtert bzw. ermöglicht, d. h. es wird effektiv einem Verkanten der Enden der Federschenkel in der Abstützfläche vorgebeugt. Alternativ können die Enden der Bogenseiten hierzu auch ohne ein Umbiegen abgerundet werden/sein oder etwa mit Plastikschienen versehen werden/sein.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung stellen die mehreren elastischen Federschenkel bezüglich der Längsrichtung des Federabschnitts versetzt angeordnete Einzelfederbeine dar, die vorzugsweise in die Längsrichtung oder in eine Querrichtung des Federabschnitts weisen. Ein solcher Federabschnitt kann insbesondere aus Metall, etwa aus Stahl, beispielsweise durch das Stanzen und Biegen eines Blechs oder Exstrusion hergestellt werden. Insbesondere können die Einzelfederbeine mittels eines oben erwähnten im Wesentlichen flachen Auflageabschnitts des Federabschnitts miteinander verbunden sein, d. h. beispielsweise durch Stanzen und Biegen aus einem ursprünglich im Wesentlichen flachen Blech geformt worden sein.
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Durch die versetzte Anordnung mehrerer Einzelfederbeine in der Längsrichtung des Federabschnitts können im Vergleich zu Ausführungsformen mit in der Längsrichtung des Federabschnitts durchgehenden Federschenkeln einerseits weiterhin eine ausreichende Stabilität und Federwirkung gewährleistet und andererseits neben einer Material- und Gewichtersparnis folgende zusätzliche Vorteile erzielt werden:
Da ein – vor allem metallisches – Federelement grundsätzlich einen großflächigen thermischen Kontakt zwischen der an ein Energiespeichermodul anzupressenden Kühleinrichtung und einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuseboden herstellt, kann bei hohen Gehäusetemperaturen über das Federelement somit ungewollt auch der Gehäuseboden mittels der eigens für das Energiespeichermodul vorgesehenen Kühleinrichtung gekühlt werden. Bei der dargestellten zweiten Ausführungsform würde jedoch die Abstützung des Federabschnitts am fahrzeugaufbauseitigen Gehäuseboden und/oder an der Kühleinrichtung mittels der versetzt angeordneten Einzelfederbeine nicht auf der gesamten Länge des Federelements, sondern nur auf einem deutlich – beispielsweise um einen Faktor zwei oder mehr – reduzierten Teil dieser Länge erfolgen. Daher ist die Kontaktfläche für eine unerwünschte Wärmeübertragung durch den Federabschnitt hindurch erheblich reduziert, was einen Vorteil im Hinblick auf die erforderliche thermische Isolation bedeutet.
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Zudem bringt die Verteilung einer Abstützung des Federabschnitts auf mehrere gegeneinander versetzte Einzelfederbeine eine zusätzliche Anpassbarkeit an mögliche Unebenheiten, Durchbiegungen und sonstige Unregelmäßigkeiten einer Abstützfläche. Dadurch können Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit und Steifigkeit der Abstützfläche, wie z. B. eines Gehäusebodens, Zwischenbodens, Flachrohrs, und/oder des Federelements selbst entsprechend gesenkt werden. Ein Federelement nach der zweiten Ausführungsform ist daher besonders geeignet, diverse Toleranzen auszugleichen und somit zuverlässig eine erforderliche und angemessene Anpresskraft zu gewährleisten.
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Bei dieser Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Anpresskraft durch eine Verformung der Einzelfederbeine, etwa bei einer Verpressung des Federelements, erreicht werden. Dabei stellt der Federabschnitt eine Querfeder dar, wenn die Verformung bzw. die dazu führende Bewegung der Einzelfederbeine in einer Querrichtung bezüglich der Längsrichtung des Federabschnitts erfolgt. Erfolgt hingegen die Verformung bzw. die dazu führende Bewegung der Einzelfederbeine in der Längrichtung des Federabschnitts, so stellt der Federabschnitt eine Längsfeder dar.
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Vorzugsweise sind bei der zweiten Ausführungsform die bezüglich der Längsrichtung des Federabschnitts versetzt angeordneten Einzelfederbeine paarweise voneinander weg oder zueinander hin weisend angeordnet. Dies ermöglicht eine symmetrische Anordnung der Einzelfederbeine entlang der Anpressfläche, ein einfachere Herstellung und sorgt für eine besonders gleichmäßige Verteilung der durch den Federabschnitt aufbringbaren Anpresskraft entlang seiner Längsrichtung und/oder quer dazu. Ausgestaltungen mit paarweise zueinander hin weisenden Einzelfederbeinen können zudem im Betrieb besonders platzsparend sein, weil die Verformung/Bewegung der Einzelfederbeine bei der Verpressung des Federelements ins Innere des vom Federabschnitt eingenommenen Raums erfolgt.
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Vorzugsweise weist bei der zweiten Ausführungsform der Federabschnitt in seiner Längsrichtung mindestens eine Reihe von mehreren Paaren von bezüglich der Längsrichtung des Federabschnitts versetzt angeordneten Einzelfederbeinen auf. Dies trägt wiederum zu einer besonders gleichmäßigen Verteilung der durch den Federabschnitt aufbringbaren Anpresskraft entlang seiner Längsrichtung bei und ermöglicht eine symmetrische Anordnung der Einzelfederbeine entlang einer Anpressfläche.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der zweiten Ausführungsform ist der Federabschnitt zweiteilig und jeweils geschlitzt ausgebildet. Dies kann besonders im Hinblick auf die Einfachheit der Herstellung günstig sein. Insbesondere können dabei zwei ähnliche oder einander entsprechende geschlitzte Federabschnittteile gefertigt werden, die zu einem fertigen Federabschnitt miteinander durch die Schlitze hindurch verschränkt werden. Hierzu kann das jeweilige Federabschnittteil durch das Ausstanzen von Schlitzen, sodass beispielsweise eine kammartige Form entsteht, und das anschließende Biegen der Kammzinken zu den Einzelfederbeinen gefertigt werden.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung sind die zwei elastischen Federschenkel als ein langes Bein und ein kurzes Bein ausgebildet, die eine Y-Form bilden, wobei sich die beiden Beine in der Längsrichtung des Federabschnitts erstrecken und in einer Querrichtung des Federabschnitts nach innen weisen und wobei sich das kurze Bein gleitend auf das lange Bein stützt. D. h. der Federabschnitt wird von zwei im Querschnitt unterschiedlich langen elastischen Beinen gebildet, die über einen bezüglich der beiden Beine unter einem Winkel angeordneten Verbindungsabschnitt/Auflageabschnitt miteinander verbunden sind, der eine Anpressfläche bildet.
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Ein Federabschnitt gemäß der dritten Ausführungsform kann insbesondere aus Metall, beispielsweise durch das Rollumformen oder Stanzen und Biegen eines Blechs, hergestellt werden.
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Bei dieser Ausgestaltung stellt der Federabschnitt eine Querfeder dar, denn eine zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Anpresskraft führende Verformung bzw. zur Verformung führende Bewegung der beiden Beine erfolgt in einer Querrichtung bezüglich der Längsrichtung des Federabschnitts. Eine solche Verformung kann durch das Verpressen des Federelements senkrecht zum Verbindungsabschnitt hervorgerufen werden, wobei das kurze Bein entlang des langen Beins hochgleiten kann.
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Neber einer sehr einfachen Herstellung ist diese Ausgestaltung zudem besonders platzsparend. Da sich der Federabschnitt zudem mit einem einzigen elastischen Federschenkel – nämlich dem langen Bein der Y-Form – an einer Abstützfläche, wie dem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuseboden, abstützen kann, ist diese Ausführungsform gegenüber möglichen Toleranzen der Abstützfläche besonders unempfindlich.
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Vorzugsweise ist bei den oben dargestellten Ausführungsformen ein Ende mindestens eines der elastischen Federschenkel bezüglich des Federabschnitts nach außen abgekantet. Hierzu kann das Ende des Federschenkels nach außen umgebogen werden/sein, sodass jeweils eine im Querschnitt des Federabschnitts dreieckige oder abgerundete Kante entsteht. Dabei handelt es sich insbesondere um ein zur Abstützung auf einer Auflage vorgesehenes Ende eines elastischen Federschenkels. Dadurch wird ein Gleiten des Endes des Federschenkels auf einer Abstützfläche, wie einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuseboden/Zwischenboden oder dem langen Bein gemäß der dritten Ausführungsform, bei der Verpressung des Federelements erleichtert bzw. ermöglicht, d. h. es wird effektiv einem Verkanten des Endes des Federschenkels in der Abstützfläche vorgebeugt. Alternativ kann das Ende des Federschenkels auch ohne ein Umbiegen abgerundet werden/sein oder etwa mit einer Plastikschiene versehen werden/sein.
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Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung hat der Federabschnitt in einem Querschnitt eine C-Form, die von den zwei flächigen, übereinander angeordneten elastischen Federschenkeln, die jeweils auf einer ihrer Längsseiten miteinander verbunden sind, gebildet ist. D. h. der Federabschnitt wird von zwei im Querschnitt überwiegend geraden und auf der zur Verbindung mit dem jeweils anderen Federschenkel dienenden Längsseite zueinander hin gebogenen elastischen Federschenkeln gebildet, die sich in der Längsrichtung des Federabschnitts erstrecken. Hier kann insbesondere einer der elastischen Federschenkel selbst zugleich den oben erwähnten im Wesentlichen flachen Auflageabschnitt zum Anpressen an die Kühleinrichtung ausbilden.
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Bei dieser Ausgestaltung stellt der Federabschnitt eine Querfeder dar, denn eine zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Anpresskraft führende Verformung der elastischen Federschenkel bzw. deren seitlicher Verbindungsabschnitte erfolgt in einer Querrichtung zur Längsrichtung des Federabschnitts. Eine solche Verformung kann durch das Verpressen des Federelements senkrecht zu den beiden flächigen elastischen Federschenkeln hervorgerufen werden, wodurch der Abstand dazwischen verringert wird.
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Neber einer sehr einfachen Herstellung ist diese Ausgestaltung zudem im Betrieb besonders robust und aufgrund ihrer großen Fläche gegenüber möglichen Toleranzen einer Abstützfläche, wie einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuseboden/Zwischenboden oder einem Flachrohr, besonders unempfindlich.
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Gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist der Federabschnitt in seiner Längsrichtung wellenförmig ausgebildet, und die mehreren elastischen Federschenkel bilden Wellenabschnitte aus. Die Wellenberge können dabei insbesondere die oben erwähnten bogenförmigen Auflageabschnitte zum Anpressen an die Kühleinrichtung ausbilden.
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Bei dieser Ausgestaltung stellt der Federabschnitt eine Längsfeder dar, denn eine zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Anpresskraft führende Verformung der elastischen Federschenkel erfolgt in der Längsrichtung des Federabschnitts. Eine solche Verformung kann durch das senkrechte Verpressen des Federelements mit einer einhergehenden Verringerung einer Höhe zwischen den Wellenbergen und den Wellentälern erzeugt werden.
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Da beim Verpressen eines solchen Federabschnitts keine Verformung quer zu seiner Längsrichtung erfolgt, ist diese Ausführungsform im Betrieb besonders platzsparend in der Querrichtung des Federabschnitts. Ferner kann durch die Anzahl der Wellen ein Ausgleich von Unebenheiten eines Gehäuse- oder Zwischenbodens und/oder der anzupressenden Kühleinrichtung sowie eine Gleichmäßigkeit der aufzubringenden Anpresskraft beeinflusst werden. Weiterhin bietet auch diese Ausführungsform einen Vorteil im Hinblick auf die erforderliche thermische Isolaiton, denn eine Kontaktfläche zur Wärmeübertragung zwischen einer Kühleinrichtung auf der einen Seite und einem Gehäuseboden auf der anderen Seite kann ebenfalls durch die Anzahl der Wellen reduziert werden.
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Gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung ist der Federabschnitt in einer Querrichtung wellenförmig ausgebildet, und die mehreren elastischen Federschenkel bilden Wellenabschnitte aus. Die Wellenberge können dabei insbesondere die oben erwähnten bogenförmigen Auflageabschnitte zum Anpressen an die Kühleinrichtung ausbilden.
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Bei dieser Ausgestaltung stellt der Federabschnitt eine Querfeder dar, denn eine zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Anpresskraft führende Verformung der elastischen Federschenkel erfolgt quer zur Längsrichtung des Federabschnitts. Eine solche Verformung kann durch das senkrechte Verpressen des Federelements mit einer einhergehenden Verringerung einer Höhe zwischen den Wellenbergen und den Wellentälern erzeugt werden.
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Ein Federabschnitt gemäß der vierten bis sechsten Ausführungsform kann aus Metall, beispielsweise durch das Rollumformen, Stanzen und Biegen eines Blechs oder Exstrusion hergestellt werden.
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Vorzugsweise weist bei einem erfindungsgemäßen Federelement der Federabschnitt Schlitze auf, die beispielsweise durch das Ausstanzen erzeugt werden können. Diese erstrecken sich vorzugsweise in einer Querrichtung des Federabschnitts, um eine Längssteifigkeit des Federabschnitts zu verringern und damit etwa Unebenheiten im Gehäuse- oder Zwischenboden besser ausgleichen zu können. Einen ähnlichen Vorteil gibt es aber auch bei Schlitzen in einer anderen Richtung.
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Zudem besteht bei einer geschlitzten Ausführung des Federelements ein Gewichtsvorteil sowie ein Vorteil im Hinblick auf die erforderliche thermische Isolation, weil die Kontaktfläche zwischen der Kühleinrichtung und einem Gehäuseboden durch die Größe der Ausstanzungen/Schlitze reduziert werden kann.
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Vorzugsweise weist das Federelement nach der Erfindung ferner einen sich in der Längsrichtung des Federabschnitts erstreckenden Kunststoffträger zur thermischen Isolation des Federabschnitts von der anzupressenden Kühleinrichtung auf. Der Kunststoffträger kann durch das Spritzgießen oder Extrusion hergestellt werden und kann hierbei oder anschließend an den Federabschnitt geklebt, geklippst oder extrudiert werden und dadurch an diesem befestigt werden. Zum Anbringen des Kunststoffträgers eignet sich insbesondere der gegebenenfalls vorgesehene Auflageabschnitt des Federabschnitts.
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Ferner weist das Federelement nach der Erfindung vorzugsweise mindestens eine sich in der Längsrichtung des Federabschnitts erstreckende Toleranzschicht mit einer im Vergleich zu mindestens einem der elastischen Federschenkel flacheren Federkennlinie auf. Dies kann beispielsweise eine Kunststoff-, Schaumstoff- oder Moosschicht sein. Dabei ist die Toleranzschicht beispielsweise auf einer zum Anpressen einer Kühleinrichtung vorgesehenen Vorderseite und/oder auf der von der Vorderseite abgewandten Rückseite des Federelements angebracht oder anbringbar.
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Eine solche Toleranzschicht kann etwaige herstellungs- oder betriebsbedingte Abweichungen von idealen Kontakt- und Abstützflächen ausgleichen, damit unabhänging davon eine erforderliche flächige Anpresskraft durch das Federelement gewährlestet werden kann. Dadurch können die Anforderungen an die Toleranzen einer Abstützfläche, wie z. B. eines Gehäusebodens, Zwischenbodens, Flachrohrs, und/oder des Federelements selbst daher entsprechend verringert werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Die Figuren sind als schematische Darstellungen zu verstehen und insbesondere nicht als maßstabsgetreu zu lesen. Gleiche oder ähnliche Elemente sind darin mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 ein schematisches Beispiel eines Federelements gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand mit einem Flachrohr;
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2 ein schematisches Beispiel eines Federabschnitts gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht von unten;
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3 ein schematisches Beispiel eines Federelements mit einem Federabschnitt wie in 2 in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand mit einem Flachrohr;
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4 ein weiteres schematisches Beispiel eines Federabschnitts gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht;
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5 ein schematisches Beispiel eines Federelements mit einem Federabschnitt wie in 4 in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand;
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6 ein weiteres schematisches Beispiel eines Federabschnitts gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht;
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7 ein schematisches Beispiel eines Federelements mit einem Federabschnitt wie in 6 in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand;
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8 ein weiteres schematisches Beispiel zweier Federelemente gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand mit Flachrohren;
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9 ein schematisches Beispiel eines Federelements wie in 8 im Querschnitt in einem verbauten Zustand;
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10 ein schematisches Beispiel eines Federelements gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand mit einem Flachrohr;
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11 ein schematisches Beispiel eines Federelements wie in 10 im Querschnitt in einem verbauten Zustand;
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12 ein schematisches Beispiel eines Federabschnitts gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht;
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13 ein schematisches Beispiel eines Federelements mit einem Federabschnitt wie in 12 in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand;
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14 ein schematisches Beispiel eines Federabschnitts gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht;
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15 eine weitere perspektivische Ansicht des Federabschnitts aus 14;
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16 ein schematisches Beispiel eines Federelements mit einem Federabschnitt wie in 14 und 15 in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand;
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17 ein schematisches Beispiel eines Federabschnitts gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht; und
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18 ein weiteres schematisches Beispiel eines Federabschnitts gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht.
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Das in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Federelement 1 (bzw. dessen Federabschnitt 2) kann insbesondere zum flächigen Anpressen einer Kühleinrichtung an ein Energiespeichermodul eines elektrischen Energiespeichersystems der eingangs beschriebenen Art verwendet werden. Das elektrische Energiespeichersystem kann dabei beispielsweise ein Hochvoltspeicher eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs sein.
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1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Federelements 1 gemäß der weiter oben dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand.
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Das in 1 dargestellte Federelement 1 umfasst einen erfindungsgemäßen Federabschnitt 2 in Form eines rollumgeformten, stanz-gebogenen oder extrudierten Blechs, das als Feder fungiert. Der Federabschnitt 2 wird von zwei elastischen Federschenkeln 3 gebildet, die sich in einer durch eine gestrichelte Pfeillinie angedeuteten Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2 erstrecken und über einen bogenförmigen Scheitelabschnitt 5 miteinander verbunden sind. Der Federabschnitt 2 stellt somit in einem Querschnitt einen Bogen dar, dessen Bogenseiten von den beiden elastischen Federschenkeln 3 gebildet sind.
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Die vom Scheitelabschnitt 5 weg weisenden Enden der elastischen Federschenkel 3 sind bezüglich des Federabschnitts 2 nach außen abgekantet, in diesem Beispiel nach außen umgebogen, sodass jeweils eine im Querschnitt des Federabschnitts 2 dreieckige Kante vorliegt. Dadurch wird ein Gleiten der Enden der elastischen Federschenkel 3 an einer Abstützfläche, wie einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuseboden oder Zwischenboden, bei einer in 1 senkrechten Verpressung des Federelements 1 erleichtert. D. h. es wird effektiv einem Verkanten der Enden der elastischen Federschenkel 3 in der Abstützfläche vorgebeugt.
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Über dem Federabschnitt 2 befindet sich ein spritzgegossener oder extrudierter Kunststoffträger 6 zur thermischen Isolation eines zu kühlenden Energiespeichermoduls zum Gehäuse- oder Zwischenboden. Der Kunststoffträger 6 kann hierbei an das Blech 2 geklebt, geklippst oder extrudiert werden.
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Auf dem Kunststoffträger 6 befindet sich ein kühlfluidführendes Flachrohr 7, etwa einer eingangs beschriebenen Art. Auch die Verbindung zum Flachrohr 7 kann geklebt oder geklippst ausgeführt werden. In einem zusammengebauten Energiespeichersystem erstreckt sich das Flachrohr 7 idealerweise über eine komplette Länge des zu kühlenden Modulbodens (nicht gezeigt). Zusätzlich kann im Kontaktbereich ein weiteres Übertragungsmedium zum Einsatz kommen, welches den Übergangs-/Kontaktwiederstand zwischen dem Kühler-Flachrohr 7 und einem daran anzupressenden Energiespeichermodul (nicht gezeigt) weiter verringern kann (Wärmeleitpaste, Wärmeleit-Pads, usw.). Hierdurch können zudem Anforderungen an die Toleranzen des Federelements 1 und anderer Bauteile verringert werden.
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In 1 stellt der Federabschnitt 2 eine Querfeder dar, denn eine zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Anpresskraft führende Verformung der elastischen Federschenkel 3 erfolgt in einer Querrichtung bezüglich der Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2, indem die beiden Federschenkel 3 auseinander gespreizt werden. Eine solche Verformung kann durch eine in 1 senkrechte Verpressung und daraus resultierende Verringerung einer Höhe des Federabschnitts 2 vom Scheitelabschnitt 5 bis zu vom Scheitelabschnitt 5 weg weisenden Enden der beiden Federschenkel 3 erreicht werden.
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Der bogenförmige Scheitelabschnitt 5 stellt dabei einen zu einem sanften unmittelbaren Anpressen an das Flachrohr 7 oder aber zum Anbringen des Kunststoffträgers 6 geometrisch besonders gut geeigneten Auflageabschnitt dar.
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Wie weiter oben bereits erwähnt, kann dabei eine bevorzugte Wandstärke des Blechs 2 bzw. der elastischen Federschenkel 3 etwa 0,165 mm betragen. Dabei kann eine Breite des jeweiligen Federschenkels 3, d. h. dessen Erstreckung zwischen einem Scheitel 5 und dem vom Scheitel 5 weg weisenden Ende des Federschenkels 3, insbesondere etwa 12 mm betragen. Eine Länge des Federabschnitts 2 in seiner Längsrichtung 4 kann dabei insbesondere etwa 335 mm betragen. Mit dem oben ebenfalls erwähnten Federbandstahl 1.4310 als Material des Federabschnitts/Blechs 2 ergibt sich dabei ein bevorzugter Arbeitsbereich von etwa 600 N bis etwa 2000 N.
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Bei den genannten Abmessungen des Federabschnitts 2 beträgt eine bevorzugte Gesamthöhe des in 1 dargestellten Aufbaus aus dem Federelement 1 (Federabschnitt 2 plus Kunststoffträger 6) und dem Flachrohr 7 etwa (10 ± 1) mm. Das entspricht einem Toleranzbereich von etwa 9 mm bis 11 mm für den dieser Gesamthöhe entsprechenden Abstand zwischen einem Gehäuseboden 11 (vgl. 5, 7, 9, 11, 13 und 16) und einem Modulboden 10, zwischen denen der beschriebene Aufbau bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung angeordnet bzw. verspannt wird.
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Entsprechendes gilt sinngemäß auch für die weiter unten beschriebenen anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Federelemente, d. h. auch diese können so ausgestaltet sein, dass sie eine ähnliche oder gleiche Federkennlinie in einem ähnlichen Kräftebereich haben und einen ähnlich großen Bauraum einnehmen.
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2 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Federabschnitts 2 gemäß der weiter oben dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer Ansieht schräg von unten.
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Der in 2 dargestellte erfindungsgemäße Federabschnitt 2 stellt ein stanz-gebogenes oder extrudiertes Blech dar, das als Feder fungiert. Der Federabschnitt 2 wird von elastischen Federschenkeln 3 gebildet, die durch einen flachen Auflageabschnitt 8 miteinander verbunden sind, der sich in einer durch eine gestrichelte Pfeillinie angedeuteten Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2 erstreckt.
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Wahlweise kann das Blech 2 bzw. die elastischen Federschenkel 3 in Querrichtung geschlitzt werden, wie in 2 dargestellt, um eine Längssteifigkeit des Federabschnitts 2 zu verringern und damit geringe Welligkeiten im Gehäuse- oder Zwischenboden (nicht gezeigt) besser ausgleichen zu können. Zusätzlich ergibt sich durch die geschlitzte Bauweise ein Gewichtsvorteil gegenüber sich durchgehend in der Längsrichtung 4 erstreckenden elastischen Federschenkeln. Bei der in 2 gezeigten geschlitzten Ausgestaltung stellen die mehreren elastischen Federschenkel 3 bezüglich der Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2 versetzt angeordnete, in einem nicht verpressten Zustand des Federabschnitts 2 gerade Einzelfederbeine 3 dar, die in einer Querrichtung des Federabschnitts 2 voneinander weg weisen.
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Die Enden der elastischen Federschenkel 3 bzw. der Einzelfederbeine 3 können dabei zusätzlich abgekantet werden (vgl. 1), um ein Gleiten bei der Verspannung/Verpressung des Federabschnitts 2 zu ermöglichen.
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Über dem Federabschnitt 2 kann gegebenenfalls ein Kunststoffträger 6 (nicht gezeigt) zur thermischen Isolation einer anzupressenden Kühleinrichtung 7 (nicht gezeigt) zum Gehäuse- oder Zwischenboden (nicht gezeigt) installiert werden (vgl. 1 und 5). Die Notwendigkeit ist jedoch bei der geschlitzten Ausführung zu überprüfen, da die Kontaktfläche zwischen Kühler 7 und Gehäuse durch die Größe der Ausstanzungen/Schlitze reduziert werden kann.
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Im Übrigen gilt auch hier das in Bezug auf 1 Ausgeführte sinngemäß.
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Bei dieser Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Anpresskraft durch eine Verformung der Einzelfederbeine 3, etwa bei einer Verpressung des Federelements 2 in die Zeichnungsebene hinein, erreicht werden. Dabei stellt der Federabschnitt 2 eine Querfeder dar, denn die Verformung bzw. die dazu führende Bewegung der Einzelfederbeine 3 erfolgt in einer Querrichtung bezüglich der Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2.
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3 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Federelements 1 mit einem Federabschnitt 2 wie in 2 in perspektivischer Ansicht schräg von oben, in einem verbauten Zustand mit einem mittels des Federelements 1 an einen Modulboden (nicht gezeigt) anzupressenden Flachrohr 7.
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4 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines weiteren Federabschnitts 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht schräg von oben.
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Der in 4 dargestellte erfindungsgemäße Federabschnitt 2 stellt ein stanz-gebogenes Blech dar, das als Feder fungiert. Der Federabschnitt 2 weist eine in seiner Längsrichtung 4 angeordnete Reihe von Paaren von zueinander hin weisenden Einzelfederbeinen 3 auf, die elastische Federschenkel im Sinne der Erfindung darstellen und durch einen flachen Auflageabschnitt 8 miteinander verbunden sind. Im dargestellten Beispiel bildet das jeweilige Einzelfederbein 3 einen stumpfen Winkel aus, dessen eine Winkelseite 9 flach auf einer Abstützfläche, wie einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuseboden (vgl. 5), aufliegen kann.
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Die Einzelfederbeine 3 sind in der Längsrichtung 4 versetzt angeordnet, um eine gleichmäßige Anpresskraft auf ein anzupressendes Flachrohr 7 (vgl. 5) auszuüben. Durch die Anordnung der Einzelfederbeine 3 in einer Querrichtung des Federabschnitts 2 zueinander hin kann Bauraum in der Querrichtung gespart werden. Durch die Anzahl der Einzelfederbeine 3 kann ferner ein Ausgleich einer Welligkeiten des Gehäuse- oder Zwischenbodens (vgl. 5) beeinflusst werden. Die Enden der Einzelfederbeine 3 können zusätzlich abgekantet werden (vgl. 1), um ein Gleiten bei Verpressung/Verspannung des Federabschnitts 2 zu ermöglichen.
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5 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Federelements 1 mit einem Federabschnitt 2 wie in 4 in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand. Dabei wird ein kühlfluidführendes Flachrohr 7 mittels des Federelements 1 fläching an einen zu kühlenden Boden 10 eines Energiespeichermoduls (nicht gezeigt) angepresst. Zur Erzeugung der erforderlichen Anpresskraft wird das Federelement 1 bzw. dessen Federabschnitt 2 dabei zwischen einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuse- oder Zwischenboden 11 und dem Modulboden 10 verpresst.
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Über dem Federabschnitt 2 kann gegebenenfalls ein Kunststoffträger 6 zur thermischen Isolation des Kühlers 7 zum Gehäuse- oder Zwischenboden 11 installiert werden. Die Notwendigkeit ist jedoch zu überprüfen, da die Kontaktfläche zwischen dem Kühler 7 und dem Gehäuse 11 durch die Anzahl der Einzelfederbeine 3 reduziert werden kann.
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Im Übrigen gilt für das in 4 und 5 dargestellte Beispiel das oben in Bezug auf die 1 bis 3 Ausgeführte sinngemäß.
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6 und 7 zeigen schematisch ein weiteres Beispiel eines Federelements 1 bzw. Federabschnitts 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht einzeln und in einem verbauten Zustand.
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Im Unterschied zu den 4 und 5 sind hier die Einzelfederbeine in der Längsrichtung 4 des Federabschnitts ausgebildet und in zwei parallel in dieser Richtung verlaufenden Reihen von jeweiligen Einzelfederbein-Paaren angeordnet. Durch die Ausbildung der Einzelfederbeine in der Längsrichtung 4 kann Bauraum in einer Querrichtung des Federabschnitts 2 gespart werden. Ferner stellt in den 6 und 7 der Federabschnitt 2 eine Längsfeder dar, denn die Verformung bzw. die dazu führende Bewegung der Einzelfederbeine 3 bei einer Verpressung des Federabschnitts 2 erfolgt in seiner Längsrichtung 4.
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Im Übrigen gilt für das in 6 und 7 dargestellte Beispiel das oben in Bezug auf 4 und 5 Ausgeführte sinngemäß.
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8 zeigt ein weiteres schematisches Beispiel zweier Federelemente 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand mit Flachrohren 7;
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Die in 8 dargestellten Federelemente 1 umfassen jeweils einen erfindungsgemäßen Federabschnitt 2 in Form eines stanz-gebogenen oder extrudierten Blechs, das als Feder fungiert. Das jeweilige Blech 2 kann zwei Flachrohre 7 aufnehmen. Das Blech 2 kann einteilig (geschlitzt und versetzt nach oben und unten gebogen) oder zweiteilig ausgeführt werden, wodurch sich jeweils elastische Federschenkel 3 zur Erzeugung der Anpresskraft auf die Flachrohre 7 ausbilden. Dabei stellt der Federabschnitt 2 eine Doppelquerfeder dar, denn die Verformung bzw. die dazu führende Bewegung der Einzelfederbeine 3 erfolgt in einer Querrichtung bezüglich der durch die gestrichelte Pfeillinie angedeuteten Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2.
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Wahlweise kann das Blech 2 bei zweiteiliger Ausführung in einer Querrichtung geschlitzt werden, um eine Längssteifigkeit zu verringern und damit geringe Welligkeiten in einem Gehäuse- oder Zwischenboden (vgl. 9) besser ausgleichen zu können. Zusätzlich ergibt sich durch die geschlitzte Bauweise gegebenenfalls ein Gewichtsvorteil gegenüber anderen Konzepten. Bei der dargestellten geschlitzten Ausgestaltung stellen die elastischen Federschenkel Einzelfederbeine 3 dar. Die Enden des Bleches bzw. der Einzelfederbeine können zusätzlich abgekantet werden (vgl. 1), um ein Gleiten bei der Verspannung/Verpressung des Federabschnitts 2 zu ermöglichen.
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Durch die in diesem Beispiel im Vergleich zu einer Breite des Federabschnitts 2 langen Einzelfederbeine 3 kann die Federkennlinie sehr flach eingestellt werden.
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Über dem Blech 2 können gegebenenfalls spritzgegossene oder extrudierte Kunststoffträger 6 zur thermischen Isolation zum Gehäuse- oder Zwischenboden (vgl. 9) installiert werden. Die Notwendigkeit ist jedoch bei der geschlitzten Ausführung zu überprüfen, da die Kontaktfläche zwischen dem Kühler 7 und dem Gehäuse durch die Größe der Ausstanzungen/Schlitze reduziert werden kann.
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9 zeigt ein schematisches Beispiel eines Federelements 1 wie in 8 im Querschnitt in einem verbauten Zustand. Dabei werden zwei kühlfluidführende Flachrohre 7 mittels des Federelements 1 fläching an einen zu kühlenden Boden 10 eines Energiespeichermoduls (nicht gezeigt) angepresst. Zur Erzeugung der erforderlichen Anpresskraft wird das Federelement 1 bzw. dessen Federabschnitt 2 dabei zwischen einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuse- oder Zwischenboden 11 und dem Modulboden 10 verpresst.
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Im Übrigen gilt für in 8 und 9 gezeigte Federelemente 1 das oben in Bezug auf 1 bis 7 Ausgeführte sinngemäß.
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10 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Federelements 1 gemäß der weiter oben dargestellten dritten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand mit einem Kühler-Flachrohr 7.
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In diesem Beispiel stellt ein erfindungsgemäßer Federabschnitt 2 des Federelements 1 ein stanz-gebogenes oder rollumgeformtes Blech dar, das als Feder fungiert. Das Blech 2 umfasst dabei ein langes Bein 12 und ein kurzes Bein 13, die die erfindungsgemäßen elastischen Federschenkel 3 ausbilden und sich in einer durch eine gestrichelte Pfeillinie angedeuteten Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2 erstrecken. Das kurze Bein 13 kann an dem langen Bein 12 entlanggleiten, wodurch sich je nach Grad der Verspannung unterschiedliche Federkennlinien einstellen können. Durch die verringerte Länge des kurzen Beins 13 ergibt sich ein Gewichtsvorteil gegenüber anderen Konzepten.
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Im Querschnitt bilden die beiden Beine eine Y-Form und sind miteinander über einen flachen Auflageabschnitt 8 verbunden, der zum Anpressen an das Flachrohr 7 bzw. den Kunststoffträger 6 geeignet ist.
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Bei dieser Ausgestaltung stellt der Federabschnitt eine Querfeder dar, denn eine zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Anpresskraft führende Verformung bzw. zur Verformung führende Bewegung der beiden Beine 12, 13 erfolgt in einer Querrichtung bezüglich der Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2. Eine solche Verformung kann durch das Verpressen des Federelements 1 senkrecht zum Verbindungsabschnitt 8 hervorgerufen werden, wodurch das kurze Bein 13 entlang des langen Beins 12 hochgleitet.
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Die Enden des Bleches 2 bzw. der Beine 12, 13 können zusätzlich abgekantet werden (vgl. 1), um ein Gleiten bei Verspannung/Verpressung des Federabschnitts 2 zu ermöglichen. Über dem Blech 2 kann gegebenenfalls ein Kunststoffträger 6 zur thermischen Isolation zum Gehäuse- oder Zwischenboden (vgl. 11) installiert werden. Die Notwendigkeit ist jedoch zu überprüfen, da die Kontaktfläche zwischen dem Kühler 7 und dem Gehäuse durch das eine (lange) Bein 12 reduziert werden kann.
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11 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Federelements 1 wie in 10 im Querschnitt in einem verbauten Zustand. Dabei wird ein kühlfluidführendes Flachrohr 7 mittels des Federelements 1 fläching an einen zu kühlenden Boden 10 eines Energiespeichermoduls (nicht gezeigt) angepresst. Zur Erzeugung der erforderlichen Anpresskraft wird das Federelement 1 bzw. dessen Federabschnitt 2 dabei zwischen einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuse- oder Zwischenboden 11 und dem Modulboden 10 verpresst.
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Im Übrigen gilt für das in 10 und 11 dargestellte Beispiel das oben in Bezug auf 1 bis 9 Ausgeführte sinngemäß.
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12 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Federabschnitts 2 gemäß der weiter oben dargestellten vierten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht.
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Das in 12 dargestellte Federelement 1 umfasst einen erfindungsgemäßen Federabschnitt 2 in Form eines rollumgeformten, stanz-gebogenen oder extrudierten Blechs, das sich in einer durch die gestrichelte Pfeillinie angedeuteten Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2 erstreckt und als Feder fungiert.
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Der Federabschnitt 2 wird von zwei flächigen, übereinander angeordneten elastischen Federschenkeln 3 gebildet, die jeweils auf einer ihrer Längsseiten 14 miteinander verbunden sind und somit in einem Querschnitt des Federabschnitts 2 eine C-Form bilden. Hier bildet insbesondere einer der elastischen Federschenkel 3 zugleich einen flachen Auflageabschnitt 8 zum Anpressen an ein Flachrohr der Kühleinrichtung (nicht gezeigt).
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Bei dieser Ausgestaltung stellt der Federabschnitt 2 eine Querfeder dar, denn eine zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Anpresskraft führende Verformung der elastischen Federschenkel 3 bzw. deren seitlicher Verbindungsabschnitte 14 erfolgt in einer Querrichtung zur Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2. Eine solche Verformung kann durch das Verpressen des Federelements 1 senkrecht zu den beiden flächigen elastischen Federschenkeln 3 hervorgerufen werden, wodurch der Abstand dazwischen verringert wird.
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Wahlweise kann das Blech 2 in Querrichtung geschlitzt werden, um eine Längssteifigkeit zu verringern und damit geringe Welligkeiten im Gehäuse- oder Zwischenboden (vgl. 13) besser ausgleichen zu können. Zusätzlich ergibt sich durch die geschlitzte Bauweise ein Gewichtsvorteil gegenüber anderen Anpresskonzepten.
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13 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Federelements 1 mit einem Federabschnitt 2 wie in 12 in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand. Dabei wird ein kühlfluidführendes Flachrohr 7 mittels des Federelements 1 fläching an einen zu kühlenden Boden 10 eines Energiespeichermoduls (nicht gezeigt) angepresst. Zur Erzeugung der erforderlichen Anpresskraft wird das Federelement 1 bzw. dessen Federabschnitt 2 dabei zwischen einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuse- oder Zwischenboden 11 und dem Modulboden 10 erpresst.
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Über dem Blech 2 kann gegebenenfalls ein Kunststoffträger 6 zur thermischen Isolation zum Gehäuse- oder Zwischenboden installiert werden. Die Notwendigkeit ist jedoch bei der geschlitzten Ausführung zu überprüfen, da die Kontaktfläche zwischen dem Kühler 7 und dem Gehäuse 11 durch die Größe der Ausstanzungen/Schlitze reduziert werden kann.
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Im Übrigen gilt für das in 12 und 13 dargestellte Beispiel das oben in Bezug auf 1 bis 11 Ausgeführte sinngemäß.
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14 und 15 zeigen schematisch einen Ausschnitt eines Federabschnitts 2 gemäß der weiter oben dargestellten fünften Ausführungsform der Erfindung in zwei perspektivischen Ansichten.
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Der in 14 und 15 dargestellte Federabschnitt 2 stellt ein rollumgeformtes, stanz-gebogenes oder extrudiertes Blech dar, das als Feder fungiert. Das Blech 2 ist in einer durch die gestrichelte Pfeillinie angedeuteten Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2 wellenfömig ausgebildet, wobei mehrere elastische Federschenkel 3 Wellenabschnitte ausbilden. Durch diese Ausgestaltung kann beim Verpressen des Federabschnitts 2 Bauraum in Querrichtung gespart werden. Durch die Anzahl der Wellen kann ein Ausgleich von Unebenheiten eines Gehäuse- oder Zwischenbodens (vgl. 16) sowie eine Gleichmäßigkeit der vom Federabschnitt 2 aufbringbaren Anpresskraft beeinflusst werden.
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In diesem Beispiel stellt der Federabschnitt 2 eine Längsfeder dar, denn eine zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Anpresskraft führende Verformung der elastischen Federschenkel 3 erfolgt in der Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2. Eine solche Verformung kann durch das senkrechte Verpressen des Federelements 2 mit einer einhergehenden Verringerung einer Höhe zwischen Wellenbergen und Wellentälern erzeugt werden.
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16 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Federelements 1 mit einem Federabschnitt 2 wie in 14 und 15 in perspektivischer Ansicht in einem verbauten Zustand. Dabei wird ein kühlfluidführendes Flachrohr 7 mittels des Federelements 1 fläching an einen zu kühlenden Boden 10 eines Energiespeichermoduls (nicht gezeigt) angepresst. Zur Erzeugung der erforderlichen Anpresskraft wird das Federelement 1 bzw. dessen Federabschnitt 2 dabei zwischen einem fahrzeugaufbauseitigen Gehäuse- oder Zwischenboden 11 und dem Modulboden 10 verpresst.
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Über dem Blech kann gegebenenfalls ein Kunststoffträger 6 zur thermischen Isolation zum Gehäuse- oder Zwischenboden 11 installiert werden. Die Notwendigkeit ist jedoch zu überprüfen, da die Kontaktfläche zwischen dem Kühler 7 und dem Gehäuse 11 durch die Anzahl der Wellen reduziert werden kann.
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Im Übrigen gilt für das in 14 bis 16 dargestellte Beispiel das oben in Bezug auf 1 bis 13 Ausgeführte sinngemäß.
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17 und 18 zeigen jeweils ein schematisches Beispiel eines Federabschnitts 2 gemäß der weiter oben dargestellten sechsten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht.
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Der in 17 und 18 dargestellte Federabschnitt 2 stellt ein rollumgeformtes, stanz-gebogenes oder extrudiertes Blech dar, das als Feder fungiert. Das Blech 2 kann mehrere an einen Modulboden (nicht gezeigt) anzupressende Flachrohre 7 aufnehmen und ist in Querrichtung wellenförmig ausgebildet, wobei mehrere elastische Federschenkel 3 Wellenabschnitte ausbilden.
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Enden 15 des Bleches 2 können zusätzlich nach oben abgekantet werden (vgl. auch 1), um ein Gleiten bei der Verspannung des Federabschnitts 2 zu ermöglichen. Hierzu kann, wie in 17 und 18 gezeigt, das jeweilige Ende 15 des Federschenkels 3 nach außen umgebogen werden, sodass jeweils eine im Querschnitt des Federabschnitts abgerundete Kante 15 entsteht. Diese Kanten können ferner zu einer Verbindung 16 zweier in einer Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2 parallel nebeneinander angeordneter ähnlicher Feder- oder Wellenabschnitte 2 genutzt werden, wie ebenfalls in den 17 und 18 gezeigt.
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Wahlweise kann das Blech 2 oder dessen Kanten 15 bzw. Verbindungen 16 in Querrichtung geschlitzt werden, um eine Längssteifigkeit des Federabschnitts 2 zu verringern und damit Unebenheiten im Gehäuse- oder Zwischenboden (nicht gezeigt) besser ausgleichen zu können.
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Bei dieser Ausgestaltung stellt der Federabschnitt 2 eine Querfeder dar, denn eine zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Anpresskraft führende Verformung der elastischen Federschenkel 3 erfolgt quer zur Längsrichtung 4 des Federabschnitts 2.
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Im Übrigen gilt für das in 17 und 18 dargestellte Beispiel das oben in Bezug auf das in den 14 bis 16 dargestellte Federelement Ausgeführte sinngemäß.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Zusammenfassend bietet das vorgestellte Anpresskonzept gegenüber den bisher bekannten alternative Möglichkeiten, die nötige Anpresskraft unter den gegebenen Randbedingungen bereitzustellen. Das Konzept bietet ein Optimierungspotential bezüglich der Herstellbarkeit (bedingt durch die Geometrie, die Stanzbiegeteile, die Extrusion), des Gewichts (bedingt durch Wandstärken, die Anzahl der Ausstanzungen oder der Schlitze), des Materials, einer Einsparung der sonst erforderlichen thermischen Isolation usw. Zusätzlich kann durch geeignete Kombination des Bleches mit einem thermischen Übertragungsmedium (wie z. B. einer Wärmeleitpaste, Wärmeleit-Pads etc.) der Übergangs-/Kontaktwiederstand zwischen dem Kühler und einem zu kühlenden Energiespeichermodul weiter verringert werden. Hierdurch, wie auch durch thermisch isolierende Toleranzschichten mit relativ geringen Federkennlinien, können die Anforderungen an die Toleranzen des Federelements und anderer Bauteile verringert werden, was sich kostensenkend auswirkt. Es wird insgesamt in Gestalt und Herstellung gegenüber den bekannten einfacheres bzw. günstigeres Anpresskonzept vorgestellt, das den Anforderungen an eine aufzubringende Anpresskraft weiterhin genauso gut oder sogar besser genügen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010038684 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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