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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Fahrzeug sowie ein Verfahren für die Montage einer solchen Kühlvorrichtung.
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Es ist bekannt, dass in Fahrzeugen Kühlvorrichtungen eingesetzt werden müssen, um Komponenten des Fahrzeugs zu kühlen. Dabei handelt es sich insbesondere um Antriebskomponenten von Verbrennungsmotoren und/oder von Elektromotoren bzw. elektrischen Komponenten des Fahrzeugs. Bekannte Kühlvorrichtungen sind üblicherweise mit Kühlvolumen ausgestattet, welche mit einem Kühlfluid durchströmt werden. Das Kühlfluid kann beim Durchströmen des Kühlvolumens Wärme aufnehmen und durch das Weiterströmen abführen. Bei den bekannten Lösungen sind die Kühlvorrichtungen üblicherweise zweischalig aufgebaut, nämlich mit einem Innengehäuse und einem Außengehäuse. Zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse verbleibt ein Kühlspalt, welcher das Kühlvolumen zur Verfügung stellt.
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Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass der Kühlspalt zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein notwendiges Übermaß für die Montagefähigkeit zur Verfügung stellen muss. So sind im Kühlvolumen üblicherweise Kühlwände angeordnet, um das Kühlvolumen zu separieren und eine Führung beim Durchströmen des Kühlfluids zur Verfügung stellen zu können. Um jedoch ein notwendiges Übermaß des Kühlspaltes zu gewährleisten, bleibt ein freier Raum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse dahingehend, dass auch ein Fehlstrom von Kühlfluid über diese Kanalwände hinweg auftreten kann. Dies ist notwendig, da für die Montagefähigkeit ein entsprechender Montagespalt zwischen der zugehörigen Kühlwandung des Außengehäuses und/oder des Innengehäuses und dem der jeweiligen Kanalwand notwendig ist. Über diesen Fehlstrom wird jedoch eine Reduktion der Kühlleistung eintreten, welche nur durch eine vergrößerte Dimensionierung der gesamten Kühlvorrichtung aufgehoben werden kann. Dies führt neben erhöhten Kosten zu erhöhtem Gewicht und mehr Platzbedarf innerhalb eines Fahrzeugs.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehenden Probleme zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Kühlleistung einer Kühlvorrichtung bei guter Montierbarkeit zu verbessern bzw. zumindest gleich zu halten.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für ein Fahrzeug weist ein Innengehäuse mit einer Innenkühlwandung auf. Weiter ist ein Außengehäuse mit einer Außenkühlwandung vorgesehen, welche über einen Kühlspalt beabstandet das Innengehäuse umgibt. Zwischen der Außenkühlwandung und der Innenkühlwandung ist ein Kühlvolumen ausgebildet für eine Durchströmung eines Kühlfluids. Weiter weisen die Innenkühlwandung und/oder die Außenkühlwandung Kanalwände für eine Aufteilung des Kühlvolumens und eine Führung des Kühlfluids auf. Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass um den Umfang einer Umfangswandung des Außengehäuses herum wenigstens eine Spannvorrichtung angeordnet ist für das Einbringen einer Verformungskraft in das Außengehäuse zur Reduktion des Kühlspaltes durch Verformung des Außengehäuses.
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Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung basiert also auf den bekannten mehrteiligen Lösungen der Kühlvorrichtungen. Auch hier ist ein Innengehäuse und ein Außengehäuse vorgesehen, wobei das Außengehäuse auf das Innengehäuse aufgeschoben wird, so dass im montierten Zustand das Außengehäuse das Innengehäuse umgibt. Das Außengehäuse und das Innengehäuse weisen dabei vorzugsweise komplementäre Geometrien auf, können zum Beispiel durch Zylinderabschnitte ausgebildet sein. Jedoch sind grundsätzlich auch andere Geometrien für das Innengehäuse und das Außengehäuse denkbar. Zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse erstreckt sich somit ein Kühlspalt, welcher auch die Kühlvorrichtung zur Verfügung stellt. Der Kühlspalt ist vorzugsweise weiter unterteilt in Kanalabschnitte durch einzelne Kanalwände, welche sowohl als separate Bauteile, als auch als Abschnitte der Innenkühlwandung und/oder der Außenkühlwandung ausgestaltet sein können. Um die Montagefähigkeit der Kühlvorrichtung zu geben, ist der Kühlspalt jedoch größer, als die entsprechende radiale Erstreckung der Kanalwände. Somit verbleibt ein Restspalt, welcher auch als Montagespalt bezeichnet werden kann, zwischen der Stirnseite in radialer Richtung der jeweiligen Kanalwand und der gegenüberliegenden Innenkühlwandung bzw. der gegenüberliegenden Außenkühlwandung. In bekannter Montageweise kann somit das Außengehäuse auf das Innengehäuse aufgeschoben werden, ohne dass eine Kontaktierung, das Entstehen von Reibflächen oder sogar das Abheben von Spänen die nachträgliche Funktionalität der Kühlvorrichtung beeinflussen würde.
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Um jedoch die bekannten Nachteile von Fehlströmen über diesen Montagespalt, welcher als Restspalt des Kühlspaltes nach der Montage verbleibt, zu reduzieren, ist erfindungsgemäß nun die Spannvorrichtung bzw. wenigstens eine Spannvorrichtung vorgesehen. Die Spannvorrichtung ist dabei um den Umfang einer Umfangswandung des Außengehäuses herum angeordnet. Die Umfangswandung kann auch als Außenhaut bzw. Außenwandung des Außengehäuses verstanden werden. Dabei kann die Spannvorrichtung Teil des Außengehäuses oder aber auch eine separate Vorrichtung sein. Die Spannvorrichtung erstreckt sich also vorzugsweise vollständig um den gesamten Umfang des Außengehäuses herum, so dass anschließend die erfindungsgemäße Verformungskraft in das Außengehäuse eingebracht werden kann. Sobald also mithilfe der Spannvorrichtung die Verformungskraft in das Außengehäuse eingebracht wird, so verformt sich das Außengehäuse entsprechend der eingebrachten Verformungskraft bis sich ein neues Kraftgleichgewicht zwischen der elastischen Rückstellkraft des Außengehäuses einerseits und der aufgebrachten Verformungskraft durch die Spannvorrichtung andererseits eingestellt hat. Diese Verformung kann sowohl elastisch, als auch zumindest teilweise plastisch ausgebildet sein. Bevorzugt ist jedoch die später noch erläuterte rein elastische Verformung des Außengehäuses. Durch diese Verformung des Außengehäuses reduziert sich nun in radialer Richtung der Kühlspalt weiter, so dass der für die Montage noch vorhandene und notwendige Montagespalt ebenfalls mitreduziert oder sogar gänzlich auf null minimiert wird. Das bedeutet also, dass die Bypass-Ströme bzw. Fehlströme über die Kühlwände hinweg reduziert oder sogar im Wesentlichen gänzlich ausgeschlossen werden können, da durch die Verformung des Außengehäuses sich die entsprechende Innengeometrie des Kühlvolumens verändern lässt.
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Bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann also ein bekanntes Montageverfahren eingesetzt werden, wobei ein zusätzlicher und abschließender Schritt mit der Spannvorrichtung zur Verfügung steht, um den Montagespalt und damit die bisherigen Nachteile bekannter Kühlvorrichtung zu vermeiden.
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Bei bekannten Kühlvorrichtungen kann nun mithilfe der Spannvorrichtung ohne eine weitere Veränderung der geometrischen Auslegungsgedanken die Kühleffizienz bzw. die Kühleffektivität deutlich gesteigert werden. Insbesondere werden Fehlströme vermieden, so dass die thermodynamische Auslegung deutlich einfacher wird, und in der Realität auch im Wesentlichen ideale Kühlströme eines Kühlfluids durch nunmehr ideale Kühlvolumen, welche durch die Kanalwände abgetrennt sind, zur Verfügung gestellt sind.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung die Spannvorrichtung wenigstens ein Spannmittel aufweist für ein insbesondere reversibles Erzeugen der Verformungskraft. Ein solches Spannmittel kann zum Beispiel ein mechanisches Spannmittel in Form eines Gurtsystems, einer Schraube oder eines Hebels aufweisen. Insbesondere sind die Spannmittel mit einer entsprechenden Kraftverstärkung ausgestattet, so dass zum Beispiel mithilfe eines Hebels oder einer Umlenkvorrichtung die Verformungskraft leicht und durch den Benutzer kraftgünstig eingebracht werden kann. Selbstverständlich können die Spannmittel insbesondere bei der reversiblen Erzeugungsweise auch ein Lösen ermöglichen, so dass insbesondere in Kombination mit einer rein elastischen Verformung des Außengehäuses eine Demontage einfach, kostengünstig und schnell möglich wird. Auch eine Durchführung einer Wartungsarbeit an der Kühlvorrichtung wird auf diese Weise möglich, da nach der Demontage in der bekannten Weise, wie bei der ersten Montage eine Wiedermontage mithilfe der Spannvorrichtung durchgeführt werden kann.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung die Spannvorrichtung ausgebildet ist für das Einbringen der Verformungskraft in das Außengehäuse in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung des Außengehäuses. Mit anderen Worten wird die Verformungskraft vorzugsweise in einer oder maximal zwei Richtungen in das Außengehäuse eingebracht. Das Einbringen in radialer Richtung erlaubt es, eine direkte Einflussnahme auf die Verformungskraft insbesondere in einzelnen Abschnitten des Außengehäuses zur Verfügung zu stellen. Das Einbringen der Verformungskraft in Umfangsrichtung erlaubt es, insbesondere eine Vergleichmäßigung bzw. eine gleichmäßige Verteilung der Verformung des Außengehäuses in Umfangsrichtung auszubilden. Darüber hinaus erlaubt es eine Ausrichtung der Verformungskraft in radialer Richtung bzw. in Umfangsrichtung, dass die Spannvorrichtung besonders einfach und kostengünstig ausführbar ist.
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Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung die Spannvorrichtung sich über einen Spann-Axialabschnitt des Außengehäuses erstreckt, welcher zwischen 20 % und 90 % der axialen Erstreckung der Umfangswandung einnimmt. Mit anderen Worten handelt es sich hier nicht nur um einen einfachen Spanngurt, sondern vielmehr um eine Spannvorrichtung, die eine gewisse Oberfläche der Umfangswandung des Außengehäuses auch abdeckt. Vorzugsweise erstreckt sich der Spann-Axialabschnitt über das gesamte oder im Wesentlichen gesamte Außengehäuse, so dass ein oder mehrere Spannmittel bzw. ein oder mehrere Spannvorrichtungen diesen Spann-Axialabschnitt mit der entsprechenden Verformungskraft beaufschlagen können. Dies führt dazu, dass vorzugsweise auch in axialer Richtung eine Vergleichmäßigung der Verformung zur Verfügung stellbar ist.
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Ein weiterer Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wenigstens zwei Spannvorrichtungen, insbesondere identische oder im Wesentlichen identische Spannvorrichtungen, sich über einen Spann-Axialabschnitt des Außengehäuses erstrecken, welcher zwischen 20 % und 90 % der axialen Erstreckung der Umfangswandung einnimmt. Bei der Verwendung von zwei oder mehr Spannvorrichtungen ist eine erleichterte Verteilung und eine verbesserte Montierbarkeit zur Verfügung gestellt. Insbesondere können einfache und kostengünstige, da klein ausgebildete Spannvorrichtungen eingesetzt werden, und gleichzeitig ein im Wesentlichen großer Spann-Axialabschnitt mit der gewünschten Verformungskraft beaufschlagt werden. Darüber hinaus lässt die Verwendung von zwei oder mehr Spannvorrichtungen es auch zu, dass unterschiedlich starke Verformungskräfte in den Spann-Axialabschnitt des Außengehäuses eingebracht werden können. Selbstverständlich kann der Spann-Axialabschnitt sich auf einzelne Axialteilabschnitte aufteilen, welche von Nicht-Spann-Axialabschnitten unterteilt sein können.
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Ebenfalls von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung die Spannvorrichtung wenigstens eines der folgenden Materialien aufweist:
- - Metall
- - Faserverbundmaterial
- - Faserstoff
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Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Insbesondere können auch Kombinationen der beschriebenen Materialien eingesetzt werden. Die Materialien werden dabei insbesondere für eine entsprechende Manschette der Spannvorrichtung verwendet, welche vorzugsweise in direkter Anlage zur Umfangswandung des Außengehäuses eingesetzt wird. Jedoch sind die Materialien auch einsetzbar für die bereits erläuterten Spannmittel, zum Beispiel entsprechende Hebelvorrichtungen oder Schraubvorrichtungen.
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Darüber hinaus von Vorteil kann es sein, wen bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung das Außengehäuse wenigstens in einem Spann-Axialabschnitt des Außengehäuses für eine elastische oder im Wesentlichen elastische Verformung unter der Einwirkung der Verformungskraft der Spannvorrichtung ausgebildet ist. Die elastische oder im Wesentlichen elastische Verformung erlaubt es, insbesondere in definierter Weise, die Verformung und damit auch das sich einstellende Kraftverhältnis vorherzusagen. Insbesondere ist auch hier eine reversible Einsetzbarkeit gegeben, so dass nach einer Demontage der Spannvorrichtung eine elastische Rückformung des Außengehäuses stattfindet. So kann nunmehr der sich wieder vergrößernde Kühlspalt einen Montagespalt zur Verfügung stellen, welcher es erlaubt, das Außengehäuse einfach und schnell vom Innengehäuse abzuziehen. Für eine Wiedermontage kann wie bei der ersten Montage die Spannvorrichtung aufgesetzt werden, um die elastische Verformung im Spann-Axialabschnitt ausbilden zu können. Selbstverständlich ist auch eine Deformation der einzelnen Kühlwandungen denkbar, so dass diese in Kombination mit der elastischen Verformung des Außengehäuses eine zusätzliche Dichtwirkung innerhalb des Kühlvolumens zur Verfügung stellen können.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung die Spannvorrichtung einen Öffnungsabschnitt aufweist, welcher in einer Öffnungsposition der Spannvorrichtung eine Öffnung aufweist, welche größer oder gleich dem Durchmesser der Umfangswandung des Außengehäuses ist. Neben einer Lösung, bei welcher die Spannvorrichtung axial über das Außengehäuse übergeschoben wird, kann mit einem Öffnungsabschnitt diese Ausführungsform auch ein in radialer Richtung, also quer zur Umfangsrichtung erfolgendes Aufschieben bzw. Überstülpen der Spannvorrichtung denkbar sein. Die Flexibilität bei der Montage einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wird durch dieses seitliche Umgreifen wird dementsprechend deutlich vergrößert.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Montage einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, aufweisend die folgenden Schritte:
- - Aufschieben des Außengehäuses auf das Innengehäuse unter Ausbildung des Kühlvolumens,
- - Anordnen der wenigstens einen Spannvorrichtung um die Umfangswandung des Außengehäuses,
- - Einbringen der Verformungskraft durch die Spannvorrichtung in das Außengehäuse zur Verformung des Außengehäuses für eine Reduktion des Kühlspalts.
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Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in der Herstellung bzw. der Montage dieser Kühlvorrichtung werden die gleichen Vorteile erzielt, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung erläutert worden sind.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren lässt sich dahingehend weiterbilden, dass beim Einbringen der Verformungskraft wenigstens ein Verformungsparameter der Spannvorrichtung und/oder des Außengehäuses gemessen und/oder geprüft wird. Unter einem Verformungsparameter ist dabei insbesondere die eingebrachte Verformungskraft und/oder die durchgeführte Verformung hinsichtlich der Veränderung der Geometrie zu verstehen. Dabei ist zu unterscheiden, dass hier sowohl ein Messen, als auch ein Prüfen des Verformungsparameters denkbar ist. Bei einem Messen des Verformungsparameters ist sowohl ein direktes, als auch ein indirektes Messen im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Für das Prüfen des Verformungsparameters reicht es aus, einen definierten Endzustand des Verformungsparameters anzugeben, dessen Erreichen bei der Überprüfung nachgehalten wird. Damit kann sichergestellt werden, dass unerwünscht hohe Verformungen und damit Beschädigungen vermieden werden. Gleichzeitig wird eine vordefinierte Verformung und damit auch eine vordefinierte Geometrie als Endverformung für das Kühlvolumen möglich.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1 eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung während des Montageverfahrens,
- 2 die Ausführungsform der 1 während des Montageverfahrens,
- 3 die Ausführungsform der 1 und 2 nach dem Anlegen der Spannvorrichtung,
- 4 die Ausführungsform der 1 bis 3 nach Aktivieren der Spannvorrichtung,
- 5 eine Ausführungsform einer Spannvorrichtung und
- 6 die Ausführungsform der 5 bei geschlossener Spannvorrichtung.
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Anhand der 1 bis 4 wird nachfolgend ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert, mit welchem eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 10 zur Verfügung gestellt werden kann. Die 1 zeigt dabei einen Ausgangszustand, bei welchem ein Außengehäuse 40, vorzugsweise mit einer zylindrischen Querschnittsgeometrie, auf eine entsprechend ebenfalls zylindrische Querschnittsgeometrie eines Innengehäuses 20 aufgeschoben wird. In den 1 bis 4 ist dabei jeweils nur der obere Abschnitt des Außengehäuses 40 und des Innengehäuses 20 dargestellt, wobei die entsprechend zylindrische Ausbildung durch die angedeutete Mittellinie dargestellt wird.
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1 zeigt nun, wie das Außengehäuse 40 über das Innengehäuse 20 aufgeschoben wird. Dies ist möglich, da zwischen der Innenkühlwandung 22 und der Außenkühlwandung 42 ein Kühlspalt 30 besteht, welcher größer ist als die entsprechend radiale Erstreckung der Kühlwände 60. Damit verbleibt zwischen den radialen Stirnwänden der Kühlwände 60 ein Montagespalt, welcher dementsprechend kleiner als der Kühlspalt 30 ist, um möglichst kontaktfrei das Außengehäuse 40 auf das Innengehäuse 20 aufzuschieben.
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Sobald das Aufschieben des Außengehäuses 40 auf dem Innengehäuse 20 beendet ist, findet sich eine Situation wieder, wie sie die 2 zeigt.
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2 kann auch als Kühlvorrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik erkannt werden. Würde das Montageverfahren hier aufhören, ist hier anhand der Pfeile über die einzelnen Kühlwände 60 hinweg gut zu erkennen, wie Kühlfluid innerhalb des Kühlvolumens 50 zumindest teilweise fehlgeleitet werden kann. Während die Kühlwände 60 eigentlich dafür gedacht sind, eine Führung des Kühlfluids im Kühlvolumen 50 in Umfangsrichtung zur Verfügung zu stellen, kann es jedoch passieren, dass ein Teil des Kühlfluids fehlgeleitet in axialer Richtung zwischen der Außenkühlwandung 42 und der jeweils radialen Stirnseite der Kühlwand 60 umgeleitet wird und somit einen Bypass zur Verfügung stellen.
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Um den Nachteil gemäß der 2 zu beheben, wird nun ein erfindungsgemäßes Verfahren weiter fortgeführt, und die Spannvorrichtungen 70, in dem Fall der 3 zwei Spannvorrichtungen 70, auf der Umfangswandung 44 des Außengehäuses 40 aufgesetzt. Anschließend wird mithilfe der Spannmittel 72 eine Verformungskraft in Pfeilrichtung gemäß 3 radial also nach innen auf das Außengehäuse 40 aufgebracht. Zum Einstellen eines Kraftgleichgewichts wird sich dementsprechend eine Verformung des Außengehäuses 40 einstellen, dessen Endergebnis die 4 zeigt. Hier hat die Verformung stattgefunden, so dass nun der Kühlspalt 30 innerhalb des Kühlvolumens 50 in den Spann-Axialabschnitten 46 deutlich verringert worden ist. Ein Überströmen über die radialen Stirnseiten der Kanalwände 60 ist durch das Kühlfluid nun nicht mehr möglich, da hier somit eine interne Abdichtung des Kühlvolumens 40 gegen die radialen Stirnseiten der Kanalwände 60 stattgefunden hat.
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Um die Spannvorrichtungen 70 in die Position zu bringen, wie sie die 3 und 4 zeigen, kann unter anderem ein axiales Aufschieben eingesetzt werden. Jedoch ist für eine verbesserte Flexibilität bei einem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein seitliches Umgreifen möglich, wie dies die 5 und 6 zeigen. Während in 6 die Spannvorrichtung 70 im geschlossenen Zustand dargestellt ist, ist in 5 in einem Öffnungsabschnitt 74 die Spannvorrichtung 70 geöffnet. Hier kann nun in radialer Richtung eine umgreifende Bewegung der Spannvorrichtung 70 durchgeführt werden, um die Spannvorrichtung 70 sozusagen von der Seite um das Außengehäuse 40 anzulegen und anschließend wieder in die Schließposition gemäß 6 zu bringen. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Flexibilität beim Einsatz eines Fertigungsverfahrens für eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Figurenbeschreibung, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
