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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen von Batteriezellen einer Hochvolt-Batterie, wobei die Einrichtung eine Kühlkomponente mit zwei Kühlkanälen, eine Umlenkkomponente und eine Dichtung zwischen Kühlkomponente und Umlenkkomponente mit zwei Durchgängen aufweist.
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Aus der
DE 10 2004 034 236 A1 ist eine Dichtung bekannt. Diese weist einen metallischen Träger auf, der mit einem elastischen Dichtelement umspritzt ist. Der Träger ist mit mehreren diesen durchsetzenden Löchern versehen.
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Aus der
DE 101 03 885 A1 ist es bekannt, in einem Abgaskrümmerbereich eines Verbrennungsmotors mehrere Dichtungen anzuordnen, wobei zueinander benachbarte Dichtungen durch jeweils einen elastischen Verbindungssteg miteinander verbunden sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Kühlen von Batteriezellen einer Hochvolt-Batterie, die eine Kühlkomponente mit zwei Kühlkanälen und eine Umlenkkomponente sowie eine durchströmbare Dichtung zwischen diesen aufweist, so weiterzubilden, dass eine besonders gute Abdichtung der Einrichtung im Bereich der Kühlkomponente und der Umlenkkomponente bei geringem Bau- und Montageaufwand gewährleistet ist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Einrichtung, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Die Erfindung schlägt eine Einrichtung zum Kühlen von Batteriezellen einer Hochvolt-Batterie vor, wobei die Einrichtung eine Kühlkomponente mit zwei Kühlkanälen, eine Umlenkkomponente und eine Dichtung mit zwei Durchgängen aufweist. Hierbei ist die Dichtung geklemmt zwischen der Umlenkkomponente und der Kühlkomponente angeordnet. Die beiden Kühlkanäle sind über die beiden Durchgänge der Dichtung und die Umlenkkomponente miteinander fluidisch verbunden. Die Dichtung weist ein elastisches Dichtelement und eine Trägerplatte für das Dichtelement auf und es weist die Trägerplatte zwei diese durchsetzende Löcher auf. Das Dichtelement weist, bezogen auf das jeweilige Loch, einen ersten Dichtelementabschnitt auf, der eine radial innere, umlaufende Mantelfläche des Lochs vollständig abdeckt. Das Dichtelement weist ferner einen zweiten Dichtelementabschnitt auf, der die Trägerplatte auf einer ersten Plattenseite abdeckt und mit den ersten Dichtelementabschnitten über die Umlauflänge des jeweiligen ersten Dichtelementabschnitts verbunden ist. Schließlich weist das Dichtelement einen dritten Dichtelementabschnitt auf, der die Trägerplatte auf einer der ersten Plattenseite abgewandten zweiten Plattenseite abdeckt und mit den ersten Dichtelementabschnitten über die Umlauflänge des jeweiligen ersten Dichtelementabschnitts verbunden ist. Der zweite Dichtelementabschnitt ist zwischen der Kühlkomponente und der Trägerplatte und der dritte Dichtelementabschnitt zwischen der Umlenkkomponente und der Trägerplatte angeordnet.
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Durch diese Ausbildung der Einrichtung zum Kühlen von Batteriezellen ist das Dichtelement quasi als Brillendichtung ausgeführt, durch welche die beiden Kühlkanäle im Grenzbereich zwischen der Kühlkomponente und der Umlenkkomponente abgedichtet werden können. Diese Abdichtung erfolgt mittels der Dichtung im Bereich der beiden Kühlkanäle, sodass durch Positionieren der Dichtung zwischen der Kühlkomponente und der Umlenkkomponente, bei geringem Bau- und Montageaufwand, die Abdichtung der Einrichtung in diesem Bereich erfolgen kann. Ein Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, das bzw. die die Einrichtung durchströmt, gelangt beim Strömen vom einen Kühlkanal über die Umlenkkomponente zum anderen Kühlkanal ausschließlich in Kontakt mit dem elastischen Dichtelement der Dichtung. Die Trägerplatte dient als stabilisierendes Bauteil für das elastische Dichtelement.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kühlkomponente als Kühlplatte ausgebildet ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kühlkanäle parallel zueinander angeordnet sind.
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Bei Ausbildung der Kühlkomponente als Kühlplatte können somit baulich einfach parallel zueinander angeordnete Kühlkanäle in der Kühlplatte verwirklicht werden, die insbesondere in einer Ebene angeordnet sind.
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Vorzugsweise ist die Umlenkkomponente als Umkehrsammler ausgebildet. Hierunter wird eine Umlenkkomponente verstanden, die ein ausreichendes Volumen zum Sammeln von Kühlfluid zwischen den beiden Kühlkanälen aufweist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Umlenkkomponente ein zum dritten Dichtelementabschnitt offenes Volumen zum Durchleiten des Kühlmediums zwischen Umlenkkomponente und drittem Dichtelementabschnitt ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist in dem dritten Dichtelementabschnitt ein zur Umlenkkomponente offenes Volumen zum Durchleiten des Kühlmediums zwischen Umlenkkomponente und drittem Dichtelementabschnitt ausgebildet.
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Wenn sowohl die Umlenkkomponente als auch der dritte Dichtelementabschnitt auf einander zugewandten Seiten ein offenes Volumen zum Durchleiten des Kühlmediums aufweisen, können die offene Volumina von Umlenkkomponente und drittem Dichtelementabschnitt bezüglich des Volumens optimiert werden.
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Bei der Trägerplatte handelt es sich insbesondere um eine Metallplatte. Beispielsweise besteht die Metallplatte aus Aluminium. Durch Ausbildung der Trägerplatte als Metallplatte gewährleistet diese eine hinreichende Stabilität der Dichtung und bildet eine vorteilhafte Basis für das elastische Dichtelement.
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Vorzugsweise ist die erste Plattenseite der Trägerplatte vollständig durch den zweiten Dichtelementabschnitt abgedeckt und/oder die zweite Plattenseite der Trägerplatte vollständig durch den dritten Dichtelementabschnitt abgedeckt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Trägerplatte äußere umlaufende Stirnflächen aufweist und die Trägerplatte im Bereich dieser äußeren umlaufenden Stirnflächen nicht mittels des Dichtelements abgedeckt ist. Diese Gestaltung ermöglicht eine besondere einfache Herstellung der Dichtung. So wird die Trägerplatte im Bereich der äußeren umlaufenden Stirnflächen positioniert, sodass die Trägerplatte nur im Bereich der ersten Plattenseite und der zweiten Plattenseite sowie der beiden Löcher in der Trägerplatte für das Umspritzen der Trägerplatte mit dem elastischen Dichtelement zugänglich sind.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Dichtelement einen oder mehrere mit dem zweiten Dichtelementabschnitt verbundene Positioniervorsprünge aufweist, zum Einstecken in den oder die Kühlkanäle beim Montieren der Dichtung.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung mehrere paarweise angeordnete Kühlkanäle aufweist. Insbesondere sind alle Kühlkanäle parallel zueinander angeordnet.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass jedem Paar von Kühlkanälen eine Dichtung, die gemäß der vorbeschriebenen Dichtung, insbesondere unter Berücksichtigung deren beschriebenen Weiterbildungen, ausgebildet ist, zugeordnet ist. Mit der jeweiligen Dichtung kann jeweils ein Paar von Kühlkanälen bezüglich der Umlenkkomponente abgedichtet werden.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass eine erste Dichtung und eine zweite Dichtung mittels eines elastischen Elements miteinander verbunden sind. Diese Gestaltung ermöglicht es, diese Dichtungen in einem aufgrund der Elastizität des elastischen Elements variablen Abstand zueinander anzuordnen, insbesondere um Toleranzen zwischen benachbarten Kühlkanalpaaren auszugleichen.
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Vorzugsweise sind das Dichtelement der ersten Dichtung und das Dichtelement der zweiten Dichtung mittels des elastischen Elements miteinander verbunden.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Dichtelement der ersten Dichtung im Bereich des zweiten Dichtelementabschnitts und das Dichtelement der zweiten Dichtung im Bereich des zweiten Dichtelementabschnitts mittels des elastischen Elements miteinander verbunden ist.
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Das elastische Element ist insbesondere durch zwei Stege gebildet. Diese beiden Stege gewährleisten eine sichere Verbindung der beiden Dichtungen, erlauben aber eine im gewissen Umfang ortsvariable Positionierung der beiden Dichtungen unter dem Aspekt der Kühlkanalpaare bezüglich derer die Dichtungen zu positionieren sind.
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Das elastische Dichtelement und/oder das elastische Element sind vorzugsweise durch einen Elastomer gebildet.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Kühlen von Batteriezellen einer Hochvolt-Batterie nebst deren beschriebenen Weiterbildungen weist wegen der Ausbildung des elastischen Dichtelements reduzierte Dichtstellen und damit ein deutlich reduziertes Leckagerisiko auf, da das elastische Dichtelement eine Art Kühlkanal mit der Umlenkkomponente bildet und die Dichtung somit nicht zur Umlenkkomponente und zur Trägerplatte der Dichtung abdichten muss. Zudem bildet sich in dem Bereich der beiden Löcher in der Trägerplatte eine Art Kanal, da die Mantelflächen der Löcher vollflächig mit dem elastischen Dichtelement überzogen sind. Alle Dichtflächen bilden dann quasi eine geschlossene Fläche, insbesondere weil die Trägerplatte in einem Produktionsschritt in einem Werkzeug umspritzt werden kann. Um nicht nur zwei Kühlkanäle abdichten zu können und Bauteile zu sparen, werden mehrere dieser quasi als Brillendichtungen ausgebildeten Dichtungen über die elastischen Elemente, die somit die Funktion von elastischen Verbindern aufweisen und aus demselben Dichtungsmaterial wie das elastische Dichtelement bestehen, miteinander verbunden. Somit wird auch eine einfache Montage und eine sichere Abdichtung aller Kühlkanäle gewährleistet. Es kann eine Gesamtdichtung, die aus diversen Dichtungen mit diese verbindenden elastischen Elementen gestaltet ist, für eine komplette Kühlkomponente, insbesondere komplette Kühlplatte mit vielen Kühlkanälen kostengünstig mit einem Herstellungsschritt produziert werden. Da die Dichtungen der Gesamtdichtung mit den elastischen Elementen verbunden sind, sind keine Toleranzprobleme bei der Montage bzw. bei der Dichtfunktion zu verzeichnen, da sich jede einzelne Dichtung der Gesamtdichtung über den oder die Positioniervorsprünge, insbesondere über eine angespritzte Sterngeometrie, zur Positionierung direkt an den abzudichtenden Kühlkanälen ausrichten kann.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in der Zeichnung sowie deren Beschreibung erläutert, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt:
- 1 einen Schnitt durch eine Einrichtung zum Kühlen von Batteriezellen einer Hochvolt-Batterie,
- 2 eine räumliche Ansicht der in 1 gezeigten Gesamtdichtung, bestehend aus einzelnen Dichtungen, die mittels elastischer Elemente miteinander verbunden sind,
- 3 eine räumliche Ansicht gemäß 2 für einen Teilbereich der Gesamtdichtung, nämlich den Bereich einer Dichtung mit an diese angebundenen elastischen Elementen,
- 4 einen Schnitt durch die in 3 gezeigte Dichtung, senkrecht zu einer Trägerplatte der Dichtung geschnitten,
- 5 eine Ansicht der Trägerplatte.
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Figurenbeschreibung
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1 veranschaulicht den grundsätzlichen Aufbau einer Einrichtung 1 zum Kühlen von Batteriezellen einer Hochvolt-Batterie. Die Einrichtung 1 weist eine Kühlkomponente 2, die als Kühlplatte ausgebildet ist, eine Umlenkkomponente 3, die als Umkehrsammler ausgebildet ist, und eine Gesamtdichtung 4, die aus fünf einzelnen Dichtungen 5 gebildet ist auf. Alle Dichtungen 5 sind miteinander verbunden, konkret benachbarte Dichtungen 5 mittels eines elastischen Elements 6.
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Jeder Dichtung 5 sind zwei Kühlkanäle 7 zugeordnet, die parallel zueinander angeordnet sind und die Kühlkomponente 2 durchsetzen. Ein Kühlkanal 7 ist einem Einlass 8, ein anderer Kühlkanal 7 einem Auslass 9 zugeordnet.
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Die jeweilige Dichtung 5 weist zwei Durchgänge 10, 11 auf und ist zwischen der Umlenkkomponente 3 und der Kühlkomponente 2 geklemmt. Hierzu ist eine Schraubverbindung, veranschaulicht durch Schrauben 12, zwischen Kühlkomponente 2 und Umlenkkomponente 3 vorgesehen. Die der jeweiligen Dichtung 5 zugeordneten beiden Kühlkanäle 7, die somit den Einlass 8 und den Auslass 9 aufweisen, sind über die beiden Durchgänge 10, 11 der Dichtung 5 und die Umlenkkomponente 3 miteinander fluidisch verbunden. Die jeweilige Dichtung 5 weist ein elastisches Dichtelement 13 und eine Trägerplatte 14 für das Dichtelement 13 auf. Die Trägerplatte 14 weist zwei diese durchsetzende Löcher 15, 16 auf. Die Trägerplatte 14 ist als Aluminiumplatte ausgebildet. Deren Löcher 15, 16 sind konzentrisch zu den Kühlkanälen 7 angeordnet.
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Das Dichtelement 13 weist, bezogen auf das jeweilige Loch 15 bzw. 16, einen ersten Dichtelementabschnitt 17 auf, der eine radial innere, umlaufende Mantelfläche 18 des Lochs 15 bzw. 16 vollständig abdeckt. Das Dichtelement 13 weist ferner einen zweiten Dichtelementabschnitt 19 auf, der die Trägerplatte 14 auf einer ersten Plattenseite 20 abdeckt und mit den ersten Dichtelementabschnitten 17 über die Umlauflänge des jeweiligen ersten Dichtelementabschnitts 17 verbunden ist. Das Dichtelement 13 weist ferner einen dritten Dichtelementabschnitt 21 auf, der die Trägerplatte 14 auf einer der ersten Plattenseite 20 abgewandten zweiten Plattenseite 22 abdeckt und mit den ersten Dichtelementabschnitten 17 über die Umlauflänge des jeweiligen ersten Dichtelementabschnitts 17 verbunden ist. Der zweite Dichtelementabschnitt 19 ist zwischen der Kühlkomponente 2 und der Trägerplatte 14 und der dritte Dichtelementabschnitt 21 zwischen der Umlenkkomponente 3 und der Trägerplatte 14 angeordnet.
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In der Umlenkkomponente 3 ist ein zum dritten Dichtelementabschnitt offenes Volumen 23 zum Durchleiten eines Kühlfluids, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, zwischen der Umlenkkomponente 3 und dem dritten Dichtelementabschnitt 21 ausgebildet. Das jeweilige Dichtelement 13 und das jeweilige elastische Element 6 bestehen aus demselben Material, konkret aus einem Elastomer. Das jeweilige elastische Element 6 ist durch zwei Stege 24, 25 gebildet. Da bestimmte Paare von Kühlkanälen 7 in unterschiedlichem Abstand zueinander angeordnet sind, ist die Länge der Stege 24, 25 hierauf abgestimmt, womit Stege 24, 25 in ihrer Länge von anderen Stegen 24, 25 differieren.
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Die erste Plattenseite 20 der Trägerplatte 14 ist vollständig durch den zweiten Dichtelementabschnitt 19 und die zweite Plattenseite 22 der Trägerplatte 14 vollständig durch den dritten Dichtelementabschnitt 21 abgedeckt. Die Trägerplatte 14 weist äußere umlaufende Stirnflächen 26 auf und es ist die Trägerplatte 14 im Bereich dieser äußeren umlaufenden Stirnflächen 26 nicht mittels des Dichtelements 13 abgedeckt. Dem jeweiligen Kühlkanal 7 zugeordnet weist das Dichtelement 13 einen mit dem zweiten Dichtelementabschnitt 19 verbundenen Positioniervorsprung 27, der als angespritzte Sterngeometrie ausgebildet ist, auf, zum Einstecken in den jeweiligen Kühlkanal 7 bei Montieren der Dichtung 5 bzw. Gesamtdichtung 4. Drei Abschrägungen 31 des jeweiligen Positioniervorsprungs 27 dienen dessen vereinfachter Positionierung.
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Alle Kühlkanäle 2 der Einrichtung 1 sind parallel zueinander angeordnet.
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Hergestellt wird die Gesamtdichtung 4, indem die Trägerplatten 14, vorliegend fünf Trägerplatten 14, entsprechend dem Abstand der Kühlkanäle 7 der Kühlkomponente 2 zueinander über deren Stirnflächen 26 positioniert werden. Dann werden in einem gemeinsamen Spritzvorgang alle Trägerplatten 14 mit dem Elastomer umspritzt, bei Bildung der elastischen Dichtelemente 13 der Dichtungen 5, und auch der elastischen Elemente 6, die die Dichtungen 5 miteinander verbinden, somit bei Ausbildung der Stege 24, 25 zwischen den Dichtungen 5. Die Gesamtdichtung 4 kann dann an der Kühlkomponente 2 montiert werden, durch Einstecken der Positioniervorsprünge 27 in die diversen Kühlkanäle 7. Hierbei können die elastischen Elemente 6 durchaus gedehnt werden. Anschließend wird die Umkehrkomponente 3 auf die Gesamtdichtung 4 aufgelegt und die Umlenkkomponente 3 mittels der Schrauben 12 mit der Kühlkomponente 2 verbunden.
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Konzentrisch zu dem jeweiligen ersten Dichtabschnitt 17 weist der zweite Dichtabschnitt 19 eine umlaufende Erhöhung 28 auf, die als zusätzliche Ringabdichtung gegen die Kühlkomponente 2 gepresst ist. Der dritte Dichtabschnitt 21 ist mit einer geschlossen um die ersten Dichtabschnitte 17 der Dichtung 5 verlaufenden Erhöhung 29 versehen. Diese Erhöhung 29 ist als zusätzliche Abdichtung gegen die Umlenkkomponente 3 gepresst und es ist aufgrund der Erhöhung 29 ein zur Umlenkkomponente 3 offenes Volumen 30 in dem dritten Dichtabschnitt 21 gebildet.
