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Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlanschlussschnittstelle eines Batteriemoduls einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriemodul einer Traktionsbatterie und eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.
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Eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, die der Speicherung elektrischer Energie dient, um über eine elektrische Maschine an einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs Antriebsleistung bereitzustellen, verfügt typischerweise über mehrere Batteriemodule. Ein Batteriemodul einer Traktionsbatterie verfügt über ein Modulgehäuse sowie über mehrere im Modulgehäuse aufgenommene Batteriezellen, die elektrisch miteinander verschaltet sind. Ferner sind die mehreren Batteriemodule einer Traktionsbatterie miteinander elektrisch verschaltet.
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Aus der Praxis ist es bekannt, Batteriemodule zu kühlen. Hierzu ist vorzugsweise an einer Wand des Modulgehäuses eine Kühlplatte montiert, die einen Kühlkanal zumindest abschnittsweise definiert. Vorzugsweise ist der jeweilige Kühlkanal zwischen der Kühlplatte und der jeweiligen Wand des Batteriemoduls, auf welche die Kühlplatte aufgebracht ist, ausgebildet. Durch diesen Kühlkanal strömt dann Kühlmedium zur Kühlung des Batteriemoduls.
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Das Kühlmedium, welches den jeweiligen Kühlkanal durchströmen soll, muss einerseits dem Kühlkanal zugeführt und andererseits vom Kühlkanal abgeführt werden, um einen Kühlmittelkreislauf bereitzustellen. Hierzu dienen sogenannte Kühlanschlussschnittstellen, die typischerweise an der Kühlplatte ausgebildet sind, um über die Kühlanschlussschnittstellen Kühlmedium dem jeweiligen Kühlkanal, der durch die jeweilige Kühlplatte zumindest abschnittsweise definiert ist, zuzuführen sowie vom jeweiligen Kühlkanal abzuführen.
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Es besteht daher Bedarf an einer Kühlanschlussschnittstelle eines Batteriemoduls einer Traktionsbatterie, die wenig Bauraum benötigt und eine sichere Zuführung bzw. Abführung von Kühlmittel ermöglicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Kühlanschlussschnittstelle eines Batteriemoduls einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, ein Batteriemodul einer Traktionsbatterie und eine Traktionsbatterie zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kühlanschlussschnittstelle eines Batteriemoduls einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Nach Anspruch 1 weist der Grundkörper an zwei sich gegenüberliegenden Seiten Führungen auf, wobei die Führungen des Grundkörpers eine Einschubrichtung des Sicherungselements in den Grundkörper definieren, die sich parallel zur Ebene des Dichtungsflanschs des Grundkörpers erstreckt. Dies ist bevorzugt, um bei minimalem Bauraumbedarf den Anschlussstutzen am Grundkörper über das Sicherungselement zu fixieren.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Sicherungselement plattenartig mit einer U-förmigen Ausnehmung ausgebildet, die seitlich von zwei Schenkeln des Sicherungselements begrenzt ist, wobei die Schenkel des Sicherungselements an den Führungen des Grundkörpers geführt sind.
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Freie Enden der Schenkel des Sicherungselements weisen widerhakenartige Verankerungselemente auf, wobei die widerhakenartigen Verankerungselemente das Sicherungselement an dem Grundkörper im montierten Zustand halten. Auch dies dient der möglichst bauraumsparenden Ausführung der Kühlanschlussschnittstelle. Das Sicherungselement ist plattenartig und demnach flach bei geringer Bauhöhe ausgeführt. Die widerhakenartigen Verankerungselemente halten das Sicherungselement sicher am Grundkörper und fixieren so den Anschlussstutzen am Grundkörper.
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Das Sicherungselement ist vorzugsweise in Einschubrichtung gesehen konisch ausgebildet, derart, dass sich dasselbe von einem in Einschubrichtung vorderen Ende in Richtung auf ein in Einschubrichtung hinteres Ende erweitert. Dies dient der einfachen Einführung des Sicherungselements in den Grundkörper und dem Aufbringen einer definierten Klemmkraft auf den Anschlussstutzen und Grundkörper orthogonal zur Einschubrichtung und orthogonal zur Kühlplatte.
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Das Sicherungselement trägt vorzugsweise eine Dichtung, welche das Sicherungselement gegen den Grundkörper und/oder gegen den Anschlussstutzen abdichtet. Über die Dichtung, die das Sicherungselement trägt, kann die Dichtheit der Kühlanschlussschnittstelle weiter verbessert werden.
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Das Sicherungselement liegt vorzugsweise mit einer ersten oder unteren Seite an dem Anschlussstutzen der Kühlmittelleitung an, wobei das Sicherungselement mit einer gegenüberliegenden zweiten oder oberen Seite an den Führungen anliegt. Dies ist bevorzugt, um bei minimalem Bauraumbedarf den Anschlussstutzen am Grundkörper über das Sicherungselement zu fixieren und abzudichten.
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Das erfindungsgemäße Batteriemodul ist in Anspruch 7 definiert. Die erfindungsgemäße Traktionsbatterie ist in Anspruch 9 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Detail eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls in perspektivischer Ansicht;
- 2 eine Kühlplatte des Batteriemoduls der 1 zusammen mit Kühlanschlussschnittstellen;
- 3 die Kühlplatte der 2 um 180° gedreht;
- 4 die Kühlplatte der 2 mit einer entfernten Kühlanschlussschnittstelle;
- 5 einen Querschnitt durch die Kühlplatte der 2 im Bereich einer Kühlanschlussschnittstelle;
- 6 eine Kühlanschlussschnittstelle in Explosionsdarstellung;
- 7 einen Grundkörper der Kühlanschlussschnittstelle von schräg oben;
- 8 den Grundkörper der 7 von schräg unten;
- 9 einen Anschlussstutzen der Kühlanschlussschnittstelle;
- 10 ein Sicherungselement der Kühlanschlussschnittstelle;
- 11 eine Abfolge beim Zusammenbau einer Kühlanschlussschnittstelle;
- 12 einen Querschnitt durch die Kühlanschlussschnittstelle der 11;
- 13 einen Querschnitt durch einer alternative Kühlanschlussschnittstelle;
- 14 den Querschnitt 12 zusammen mit weiteren Dichtungen des Sicherungselements;
- 15 den Querschnitt der 12 zusammen mit einer Kraftübertragungslinie bei einem als Federelement ausgebildeten Sicherungselement; und
- 16 den Querschnitt der 13 zusammen mit einer Kraftübertragungslinie bei einem nicht als Federelement ausgebildeten Sicherungselement.
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Die Erfindung betrifft eine Kühlanschlussschnittstelle eines Batteriemoduls einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, ein Batteriemodul sowie eine Traktionsbatterie.
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1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Modulgehäuse 10 eines Batteriemoduls, wobei das Modulgehäuse 10 einen Aufnahmeraum 11 für nicht gezeigte Batteriezellen definiert.
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Das Modulgehäuse 10 verfügt im gezeigten Ausführungsbeispiel über vier Seitenwände 12, die zusammen den Aufnahmeraum 11 für die nicht gezeigten Batteriezellen definieren, wobei eine Trennwand 13 den Aufnahmeraum 11 in zwei Teilräume unterteilt. Das Modulgehäuse 10 ist stirnseitig offen, um über die Stirnseiten die Batteriezellen in dem Aufnahmeraum 11 anordnen zu können, wobei die offenen Stirnseiten des Modulgehäuses 10 über nicht gezeigte Deckel verschlossen werden können.
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Zur Kühlung des Batteriemoduls ist im Ausführungsbeispiel der 1 auf eine Seitenwand 12 des Modulgehäuses 10 eine Kühlplatte 14 aufgebracht. Die Kühlplatte 14 kann dabei auf die Seitenwand 12 des Modulgehäuses 10 aufgeklebt oder aufgeschweißt oder aufgelötet sein.
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Zwischen der Kühlplatte 14 und der Seitenwand 12 des Modulgehäuses 10, auf welche die Kühlplatte 14 aufgebracht ist, ist ein Kühlmittelkanal ausgebildet, durch den Kühlmittel zur Kühlung des Batteriemoduls strömt.
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Die Kühlplatte 14 nimmt im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Kühlanschlussschnittstellen 15 auf. Eine erste dieser Kühlanschlussschnittstellen 15 dient als Vorlauf, also der Zuführung von Kühlmittel für den zwischen der Kühlplatte 14 und der Seitenwand 12 des Modulgehäuses 10 ausgebildeten Kühlkanal. Eine zweite dieser Kühlanschlussschnittstellen 15 dient als Rücklauf, also der Abführung von Kühlmittel vom Kühlkanal.
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2 zeigt die Kühlplatte 14 zusammen mit den beiden Kühlanschlussschnittstellen 15 in Alleindarstellung in Draufsicht, 3 zeigt die Anordnung der 2 in einer Ansicht von unten.
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4 zeigt die Anordnung der 2 mit ausschließlich einer Kühlanschlussschnittstelle 15, um einen Blick auf eine Ausnehmung 16 der Kühlplatte 14 freizugeben, die der Aufnahme der Kühlanschlussschnittstelle 15 dient.
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Die jeweilige Kühlanschlussschnittstelle 15 verfügt über einen Grundkörper 17. Über den Grundkörper 17 ist die jeweilige Kühlanschlussschnittstelle 15 in die jeweilige Ausnehmung 16 der Kühlplatte 14 des Batteriemoduls einsetzbar. Wie bereits ausgeführt, definiert diese Kühlplatte zumindest abschnittsweise einen Kühlkanal.
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Der Grundkörper 17 der jeweiligen Kühlanschlussschnittstelle 15 verfügt im Ausführungsbeispiel der 5 bis 12, 14, 15 über eine plattenartige Führungsfläche 18, eine in diese plattenartige Führungsfläche 18 eingebrachte und einen Dichtungsflansch 19 ausbildende, nutartige Ausnehmung 20 sowie über eine in den Dichtungsflansch 19 eingebrachte Strömungsöffnung 21 für das Kühlmedium.
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Der Dichtungsflansch 19, der von der nutartigen Ausnehmung 20 bereitgestellt ist, umgibt die Strömungsführungsöffnung 21.
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Die plattenartige Führungsfläche 18 umgibt den Dichtungsflansch 19.
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Die plattenartige Führungsfläche 18 sowie der Dichtungsflansch 19 sind an einer Seite des Grundkörpers 17 ausgebildet, insbesondere an einer Oberseite. An einer gegenüberliegenden Seite, insbesondere an einer Unterseite, trägt der Grundkörper 17 einen Vorsprung 22, über welche derselbe in die jeweilige Ausnehmung 16 der Kühlplatte 14 eingesetzt ist.
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Um diesen Vorsprung 22 herum erstreckt sich an der Rückseite des Grundkörpers 17 eine Dichtfläche 23, mit welcher der Grundkörper 17 dann, wenn derselbe in die Ausnehmung 16 der Kühlplatte 14 eingesetzt ist, an der Kühlplatte 14 anliegt.
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Die plattenartige Führungsfläche 18 ist optional. 13, 16 zeigt eine Kühlanschlussschnittstelle 15 ohne eine plattenartige Führungsfläche 18 jedoch mit Dichtungsflansch 19.
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Die jeweilige Kühlanschlussschnittstelle 15 verfügt weiterhin über einen Anschlussstutzen 24 einer Kühlmittelleitung 25.
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Der Anschlussstutzen 24 ist in 5 bis 12, 14 und 15 in die nutartige Ausnehmung 20 des Grundkörpers 17 einsetzbar, und zwar derart, dass ein Anschlussflansch 26 des Anschlussstutzens 24 am von der nutartigen Ausnehmung 20 bereitgestellten Dichtungsflansch 19 des Grundkörpers 17 anliegt.
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In 13, 16 liegt der Anschlussstutzen 24 mit dem Anschlussflansch 26 auch am Dichtungsflansch 19 des Grundkörpers 17 an. Da in 13, 16 die Ausnehmung 20 nicht vorhanden ist, welche den am Dichtungsflansch 19 anliegenden Anschlussflansch 26 in seiner Position sichert, sind in 13, 16 vorzugsweise an dem Dichtungsflansch 19 Vorsprünge (nicht gezeigt) ausgebildet, welche den am Dichtungsflansch 19 anliegenden Anschlussflansch 26 in seiner Position sichern.
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Die jeweilige Kühlanschlussschnittstelle 15 weist ferner eine Dichtung 27 auf, vorzugsweise in Form einer ringförmigen Gummidichtung.
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Die Dichtung 27 ist zwischen dem Dichtungsflansch 19 des Grundkörpers 17 und dem Anschlussflansch 26 des Anschlussstutzens 24 positioniert, wobei hierzu vorzugsweise in den Dichtungsflansch 19 des Grundkörpers 17 eine nutartige Ausnehmung 28 eingebracht ist, in welche die Dichtung 27 eingesetzt werden kann.
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Die jeweilige Kühlanschlussschnittstelle 15 verfügt weiterhin über ein Sicherungselement 29.
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Das Sicherungselement 29 liegt in montiertem Zustand an dem Anschlussstutzen 24 der Kühlmittelleitung 25 an.
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So liegt das Sicherungselement 29 mit einer ersten oder unteren Seite an dem Anschlussstutzen 24 der Kühlmittelleitung 25 an, nämlich an einer angrenzenden, der ersten oder unteren Seite des Sicherungselements 29 zugewandten Fläche des Anschlussstutzes 24. Die erste oder untere Seite des Sicherungselements 29 und die zugewandte Fläche des Anschlussstutzes 24 verlaufen parallel zur Ebene des Dichtungsflansches 19.
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Das Sicherungselement 29 fixiert in montiertem Zustand den Anschlussstutzen 24 der Kühlmittelleitung 25 am Grundkörper 17, und zwar unter Komprimierung der Dichtung 27 zwischen dem Dichtungsflansch 19 des Grundkörpers 17 und dem Anschlussflansch 26 des Anschlussstutzens 24.
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11 verdeutlicht den Zusammenbau einer Kühlanschlussschnittstelle 15. Im Zustand I wird zunächst die Dichtung 27 in den Grundkörper 17 eingelegt, insbesondere in die hierfür vorgesehene nutartige Ausnehmung 28.
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Anschließend wird gemäß dem Zustand II der Anschlussstutzen 24 in die nutartige Ausnehmung 20 des Grundkörpers 17, die den Dichtungsflansch 19 bereitstellt, eingesetzt, wobei dann die Dichtung 27 zwischen den Dichtungsflansch 19 und dem Anschlussflansch 26 angeordnet ist.
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Anschließend erfolgt gemäß dem Zustand III die Montage des Sicherungselements 29 am Grundkörper 17 in einer sich parallel zum Dichtungsflansch 19 erstreckenden Montagerichtung, wobei hierbei das Sicherungselement 19 den Anschlussstutzen 24 abschnittsweise überdeckt, hierbei den Anschlussstutzen 24 gegen den Dichtungsflansch 19 des Grundkörpers 17 drückt, und so das Dichtelement 27 zwischen dem Dichtungsflansch 19 des Grundkörpers 17 und dem Anschlussflansch 26 des Anschlussstutzens 24 komprimiert.
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Der Grundkörper 17 verfügt an zwei sich gegenüberliegenden Seiten über Führungen 30, die vorzugsweise als seitliche Führungsnuten ausgebildet sind bzw. seitliche Führungsnuten bereitstellen.
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Diese Führungen 30 definieren die Einschubrichtung des Sicherungselements 29 in den Grundkörper 17, wobei sich, wie bereits ausgeführt, die Einschubrichtung des Sicherungselements 29 in den Grundkörper 17 parallel zur Ebene des Dichtungsflanschs 19 des Grundkörpers 17 erstreckt.
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Das Sicherungselement 29 liegt im eingeschobenen Zustand mit einer der ersten oder unteren Seite gegenüberliegenden, zweiten oder oberen Seite an den Führungen 30 an, nämlich an einer angrenzenden, der zweiten oder oberen Seite des Sicherungselement 29 zugewandten Fläche der Führungen 30. Die zweite oder obere Seite des Sicherungselements 29 und die zugewandte Fläche der Führungen 30 verlaufen parallel zur Ebene des Dichtungsflansches 19.
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Das Sicherungselement 29 ist plattenartig mit einer U-förmigen Ausnehmung 31 ausgebildet. Zwei seitliche Schenkel 32 begrenzen dabei diese U-förmige Ausnehmung 31. Die seitlichen Schenkel 32 des Sicherungselements 29 wirken mit den Führungen 30 des Grundkörpers 17 derart zusammen, dass die Schenkel 32 des Sicherungselements 29 an den seitlichen Führungen 30 des Grundkörpers 17 geführt sind. Insbesondere greifen die seitlichen Führungen 32 in die von den Führungen 30 bereitgestellten Führungsnuten ein.
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An freien Enden der Schenkel 32 des Sicherungselements 29 sind widerhakenartige Verankerungselemente 33 ausgebildet. Dann, wenn das Sicherungselement 29 über die Schenkel 32 vollständig in die von den Führungen 30 bereitgestellten Führungsnuten des Grundkörpers 17 eingeführt sind, hintergreifen die widerhakenartigen Verankerungselemente 33 den Grundkörper 17 und fixieren so das Sicherungselement 29 am Grundkörper 17. Die Verankerungselemente 33 sichern die Position des Sicherungselements 29.
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Das Sicherungselement 29 kann in Einschubrichtung gesehen konisch konturiert sein. In diesem Fall ist das Sicherungselement 29 in Einschubrichtung gesehen dann vorzugsweise derart konturiert, dass sich dasselbe von einem in Einschubrichtung vorderen Ende, also ausgehend von den freien Enden der Schenkel 32, in Richtung auf ein in Einschubrichtung hinteres Ende erweitert, und zwar derart, dass die Materialdicke des plattenartigen Sicherungselements zunimmt. Hierdurch kann dann besonders vorteilhaft eine definierte Anpresskraft für den Anschlussstutzen 24 bzw. den Anschlussflansch 26 des Anschlussstutzens 24 am Dichtungsflansch 19 des Grundkörpers 17 bereitgestellt werden, und zwar unter Komprimierung des zwischen denselben angeordneten Dichtungselements 27.
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Um das Einschieben des Sicherungselements 29 in den Grundkörper 17 der jeweiligen Kühlanschlussschnittstelle 15 zu erleichtern, kann das Sicherungselement 29 und/oder der Grundkörper 17 im Bereich seiner Führungsfläche 18 sowie Führungen 30 eine reibungsreduzierende Beschichtung aufweisen.
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Der in die Ausnehmung 16 eingesetzte Grundkörper 17 der jeweiligen Kühlanschlussschnittstelle 15 kann durch Löten und/oder Schweißen und/oder Kleben vorzugsweise fluiddicht mit der Kühlplatte 15 verbunden sein.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 17, der Anschlussstutzen 24 sowie das Sicherungselement 29 jeweils einteilig ausgeführt. Im Unterschied hierzu ist es jedoch auch möglich, den Grundkörper 17, den Anschlussstutzen 24 und das Sicherungselement 29 mehrteilig auszuführen.
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Das Sicherungselement 29 kann mindestens eine weitere Dichtung 34, 35 tragen (siehe 14). Eine Dichtung 34, die an den Schenkeln 32 des Sicherungselements 29 vorhanden ist, dient der Abdichtung des Sicherungselements 29 gegen den Grundkörper 17. Eine andere Dichtung 35 dient der Abdichtung des Sicherungselements 29 gegen den Anschlussstutzen 24 der jeweiligen Kühlanschlussschnittstelle 15. Eine derartige Dichtung kann auch am Grundkörper 17 sowie am Anschlussstutzen 24 vorgesehen sein.
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Die erfindungsgemäße Kühlanschlussschnittstelle 15 ist Bestandteil eines Batteriemoduls einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Die Traktionsbatterie umfasst vorzugsweise mehrere solche Batteriemodule, wobei jedes Batteriemodul zumindest zwei erfindungsgemäße Kühlanschlussschnittstellen 15 aufweist, wobei eine erste als Vorlauf und eine zweite als Rücklauf für das Kühlmittel dient.
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Der Grundkörper 17, der Anschlussstutzen 24, die Dichtung 27 und das Sicherungselement 29 der Kühlanschlussschnittstelle 15 können einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Insbesondere das Sicherungselement 29 kann mehrteilig ausgeführt sind, und Teile desselben von entgegengesetzten Richtungen aus in die Führungen 30 des Grundkörpers 17 einzuschieben.
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Das Sicherungselement 29 kann als Federelement ausgeführt sein. Dann, wenn das Sicherungselement 29 als Federelement ausgeführt ist, liegt der Anschlussstutzen 24 an der Dichtungsfläche 19 an und komprimiert die Dichtung 27 vollständig in die Tiefe der nutartigen Aufnahme 28 hinein. Dies ist in 12-15 gezeigt. 15 visualisiert dabei eine Kraftübertragungslinie 36. Die Kraftübertragung erfolgt zwischen dem Grundköper 17, dem Sicherungselement 29 und dem Anschlussstutzen 24 unter Umgehung der Dichtung 27. Das Sicherungselement 29 dient einem Toleranzausgleich.
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Dann, wenn das Sicherungselement 29 nicht als Federelement ausgeführt ist, liegt der Anschlussstutzen 24 nicht an der Dichtungsfläche 19 an. Siehe 16. In diesem Fall erfolgt eine Kraftübertragung über die komprimierte Dichtung 27, die dann auch einem Toleranzausgleich dient und abschnittsweise aus der nutartigen Aufnahme 28 herausragt.
