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Die Erfindung betrifft eine Adaptereinheit zum fluiddichten Verbinden zweier rohrförmiger Leitungsabschnitte, eine Fluidleitung mit zwei rohrförmigen Leitungsabschnitten und einer Adaptereinheit und ein Batteriemodul mit einer Vielzahl von Batteriezellen.
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Batteriemodule mit einer Vielzahl von Batteriezellen müssen üblicherweise gekühlt werden, um auch bei länger andauerndem Betrieb eine zu starke Erwärmung der Batteriezellen zu vermeiden.
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Es ist bekannt, hierfür aktiv gekühlte Kühlplatten vorzusehen, an denen die Batteriezellen anliegen. Um die Kühlplatten mit Kühlmittel zu versorgen, sind Fluidleitungen mit ineinandergesteckten Leitungsabschnitten vorgesehen.
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Die Leitungsabschnitte müssen zueinander zuverlässig abgedichtet sein, um einen Austritt von Kühlflüssigkeit zu verhindern. Gleichzeitig soll zwischen den ineinandergestecken Leitungsabschnitten ein Toleranzausgleich möglich sein.
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Die bekannten Lösungen erfüllen diese Anforderungen jedoch nur unzureichend. Insbesondere kann es bei einer ungünstigen Toleranzlage zu Undichtigkeiten kommen, sodass bei bekannten Lösungen eine hohe Fertigungsgenauigkeit erforderlich ist, was jedoch den Herstellaufwand erhöht.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die einen möglichst großen Toleranzausgleich und gleichzeitig eine zuverlässige Abdichtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Adaptereinheit zum fluiddichten Verbinden zweier rohrförmiger Leitungsabschnitte, mit einer starren Hülse zum Aufnehmen der Endabschnitte der beiden zu verbindenden Leitungsabschnitte und zwei in der Hülse angeordneten, elastisch verformbaren Dichtringen, wobei die Dichtringe axial beabstandet und derart angeordnet sind, dass sie bei eingesteckten Leitungsabschnitten jeweils mit einem der Leitungsabschnitte überlappen.
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Durch die Überlappung der Dichtringe mit den Leitungsabschnitten erfolgt eine fluiddichte Verbindung zweier Leitungsabschnitte miteinander, wobei durch die Verformbarkeit der Dichtringe ein ausreichender Toleranzausgleich erfolgt.
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Insbesondere erfolgt eine Abdichtung auf besonders einfache Weise durch Einstecken der Leitungsabschnitte in die Hülse.
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Der Adapter stellt insbesondere ein Verbindungsstück zur fluiddichten Verbindung der rohrförmigen Leitungsabschnitte dar.
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Der Innendurchmesser der Hülse ist beispielsweise mindestens 4 mm größer als der Außendurchmesser der Leitungsabschnitte, sodass die Leitungsabschnitte nicht zwingend koaxial zueinander angeordnet sein müssen.
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Der axiale Versatz der Leitungsabschnitte wird durch die Dichtringe kompensiert.
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Zudem ist ein Verkippen der Leitungsabschnitte relativ zueinander möglich, ohne dass die Dichtwirkung beeinflusst wird.
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Ein Innendurchmesser des Dichtrings ist insbesondere kleiner als ein Außendurchmesser eines Leitungsabschnittes, sodass eine elastische Verformung des Dichtrings beim Einführen eines Leitungsabschnittes in den Adapter zwingend erfolgt und folglich eine zuverlässige Abdichtung erzielt wird.
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Die beiden Dichtringe sind vorzugsweise separat voneinander gefertigt.
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Ein Dichtring hat vorzugsweise jeweils einen an der Innenwandung der Hülse anliegenden Grundkörper und eine Dichtlamelle, die mit dem Grundkörper einstückig verbunden ist. Mittels einer Dichtlamelle lässt sich ein besonders guter Toleranzausgleich bei einem Achsversatz der Leitungsabschnitte realisieren. Insbesondere hat ein Dichtring mit einer Dichtlamelle eine hohe Flexibilität.
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Die Dichtlamelle eines Dichtrings erstreckt sich innerhalb des Grundkörpers beispielsweise trichterförmig nach radial innen. Durch die Trichterform lassen sich die Leitungsabschnitte besonders einfach in die Hülse bzw. in den Dichtring einführen.
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Alternativ zu einem Dichtring mit einem Grundkörper und einer Dichtlamelle kann der Dichtring ein O-Ring sein oder ein X-Ring sein.
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Innerhalb der Hülse kann ein Abstandshalter axial zwischen den Dichtringen angeordnet sein. Durch den Abstandshalter können die Dichtringe bei der Montage auf einfache Weise in einem definierten Abstand zueinander angeordnet werden. Konkret wird vermieden, dass die Dichtringe in einem zu geringen axialen Abstand zueinander angeordnet werden. Des Weiteren wird vermieden, dass die Dichtringe beim Einschieben der Leitungsabschnitte aufeinander zu geschoben werden, sodass der erforderliche axiale Abstand zwischen den Dichtringen bestehen bleibt.
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Die Hülse kann mindestens eine Einschnürung haben und durch die Einschnürung kann eine Querschnittsverengung innerhalb der Hülse gebildet sein, die als Abstandshalter für die Dichtringe dient. Somit ist kein separates Element als Abstandshalter erforderlich.
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Zum Beispiel ist die Hülse in axialer Richtung gewellt, wobei durch die Welle eine umlaufende Einschnürung innerhalb der Hülse gebildet ist. Konkret kann die Hülse durch einen Zuschnitt eines Endloswellenrohrs gebildet sein.
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In einer Ausführungsform kann die Einschnürung außenseitig an der Hülse mit einer Verrippung versehen sein, wodurch die Stabilität der Hülse verbessert ist. In diesem Fall ist die Hülse vorzugsweise als Spritzgussteil gefertigt.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Abstandshalter ein separates Bauteil sein, zum Beispiel eine weitere Hülse mit einem geringeren Querschnitt als die äußere Hülse.
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An einem axialen Ende des Dichtrings kann ein radial umlaufender Kragen angeformt sein, der außerhalb der Hülse angeordnet ist. Der Kragen dient als axialer Anschlag für Kühlplatten eines Batteriemoduls und entfaltet eine zusätzliche Dichtwirkung in einem Bereich außerhalb der Hülse.
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Gemäß einer Ausführungsform ist an mindestens einem axialen Ende der Hülse ein Abschlusselement angeordnet, das die Dichtringe innerhalb der Hülse axial fixiert. Das Abschlusselement ist beispielsweise ein Rastelement, das an der Hülse verrastet ist. Alternativ ist das Abschlusselement stoffschlüssig an der Hülse befestigt, beispielsweise mittels Ultraschallschweißens. Das Abschlusselement verhindert, dass die Dichtringe aus der Hülse herausrutschen, insbesondere dann, wenn der Adapter in einer Bauraumumgebung verwendet wird, in der Vibrationen auftreten bzw. wenn die in den Adapter eingesteckten Leitungsabschnitte vibrieren oder sich bewegen. Auch eine Verschiebung der Dichtringe durch Druckbeaufschlagung oder ein Vakuum wird verhindert.
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Die Dichtlamelle kann an ihrer Kontaktfläche mit einem Leitungsabschnitt in nicht verformtem Zustand im Querschnitt betrachtet gewellt sein. Auf diese Weise wird eine verbesserte Verteilung der Anpresskraft erreicht, wenn ein Leitungsabschnitt in den Adapter eingesteckt ist. Insbesondere werden auf diese Weise zwei Anpresszonen der Dichtlamelle am Leitungsabschnitt erzeugt.
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Der Grundkörper kann an seiner Kontaktfläche mit der Innenseite der Hülse in nicht verformtem Zustand im Querschnitt betrachtet gekrümmt sein. Auf diese Weise ergeben sich an der Kontaktfläche des Grundkörpers mit der Hülse ebenfalls zwei Anpresszonen, wodurch eine verbesserte Verteilung der Anpresskraft erreicht wird.
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Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch eine Fluidleitung, insbesondere eine Kühlfluidleitung für ein Batteriemodul, mit mindestens einem ersten rohrförmigen Leitungsabschnitt und einem zweiten rohrförmigen Leitungsabschnitt und einer erfindungsgemäßen Adaptereinheit, wobei die rohrförmigen Leitungsabschnitte in die Adaptereinheit eingesteckt sind und durch diese fluiddicht miteinander verbunden sind. Die erfindungsgemäße Fluidleitung hat den Vorteil, dass die rohrförmigen Leitungsabschnitte auch bei einem Versatz zueinander, insbesondere wenn die Leitungsabschnitte nicht koaxial zueinander angeordnet sind, durch die Adaptereinheit fluiddicht miteinander verbunden sind.
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Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Batteriemodul mit einer Vielzahl von Batteriezellen, einer Kühlung, die eine Vielzahl von aktiv gekühlten Kühlplatten hat, an denen beidseitig Batteriezellen anliegen und die einen Fluideinlass und einen konzentrisch zum Fluideinlass angeordneten Fluidauslass haben, wobei zwischen zwei benachbarten Kühlplatten jeweils eine erfindungsgemäße Fluidleitung angeordnet ist, und wobei der erste Leitungsabschnitt der Fluidleitung am Fluideinlass einer Kühlplatte fluiddicht befestigt ist und der zweite Leitungsabschnitt der Fluidleitung am gegenüberliegenden Fluidauslass der benachbarten Kühlplatte fluiddicht befestigt ist. Die Fluidleitungen bilden somit eine fluiddichte Verbindung zwischen den Kühlplatten des Batteriemoduls.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 ein erfindungsgemäßes Batteriemodul mit erfindungsgemäßen Fluidleitungen und erfindungsgemäßen Adaptereinheiten,
- - 2 einen Querschnitt durch das Batteriemodul aus 1 im Bereich der Fluidleitungen während eines Montagevorgangs,
- - 3 einen Querschnitt durch das Batteriemodul aus 1 im Bereich der Fluidleitungen in montiertem Zustand,
- - 4 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Adaptereinheit des Batteriemoduls in 1,
- - 5 eine Schnittdarstellung eines Dichtrings der Adaptereinheit aus 4,
- - 6 eine Schnittdarstellung einer Adaptereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform,
- - 7 eine Schnittdarstellung einer Adaptereinheit gemäß noch einer weiteren Ausführungsform
- - 8 eine perspektivische Ansicht der Adaptereinheit aus 7,
- - 9 eine Schnittdarstellung einer Adaptereinheit gemäß noch einer weiteren Ausführungsform,
- - 10 eine Schnittdarstellung einer Adaptereinheit gemäß noch einer weiteren Ausführungsform,
- - 11 eine Schnittdarstellung einer Adaptereinheit gemäß noch einer weiteren Ausführungsform, und
- - 12 eine Schnittdarstellung einer Adaptereinheit gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
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1 zeigt einen Teil eines Batteriemoduls 10. Beispielsweise ist das Batteriemodul 10 zur Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehen, insbesondere einem Personen-Kraftfahrzeug oder einem Nutzfahrzeug.
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Das Batteriemodul 10 hat eine Vielzahl von Batteriezellen 12 sowie aktiv gekühlte Kühlplatten 14. Mit einer aktiven Kühlung ist gemeint, dass die Kühlpatten 14 von einem Fluid durchströmt werden, mit dem Wärme aus dem Batteriemodul abgeführt werden kann.
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Die Batteriezellen 12 liegen beidseits der Kühlplatten 14 an.
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Die Kühlplatten 14 haben einen Fluideinlass 16 und einen konzentrisch zum Fluideinlass 16 angeordneten Fluidauslass 18 (siehe auch 2).
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Zwischen zwei benachbarten Kühlplatten 14 ist jeweils eine Fluidleitung 20 angeordnet, die insbesondere eine Kühlfluidleitung ist.
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Jede Fluidleitung 20 umfasst einen ersten rohrförmigen Leitungsabschnitt 22 und einen zweiten rohrförmigen Leitungsabschnitt 24 (siehe 2).
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Der erste Leitungsabschnitt 22 der Fluidleitung 20 ist am Fluideinlass 16 einer Kühlplatte 14 fluiddicht befestigt und der zweite Leitungsabschnitt 24 der Fluidleitung 20 ist am gegenüberliegenden Fluidauslass 18 der benachbarten Kühlplatte 14 fluiddicht befestigt.
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Des Weiteren umfasst jede Fluidleitung 20 eine Adaptereinheit 26, wobei die rohrförmigen Leitungsabschnitte 22, 24 in die Adaptereinheit 26 eingesteckt sind und durch diese fluiddicht miteinander verbunden sind.
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Die Adaptereinheit 26, die in 4 separat dargestellt ist, umfasst eine starre Hülse 28 zum Aufnehmen der Endabschnitte der beiden zu verbindenden Leitungsabschnitte 22, 24.
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Ein Montagevorgang, bei dem die Endabschnitte der Leitungsabschnitte 22, 24 in die Adaptereinheit 26 eingesteckt werden, ist in 2 veranschaulicht.
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Die Adaptereinheit 26 umfasst außerdem zwei in der Hülse 28 angeordnete, elastisch verformbare Dichtringe 30.
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Die Dichtringe 30 sind axial beabstandet und derart angeordnet, dass sie bei eingesteckten Leitungsabschnitten 22, 24 jeweils mit einem der Leitungsabschnitte 22, 24 überlappen, wie es in den 2 und 3 dargestellt ist.
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Dadurch werden mittels der Dichtringe 30 bei eingesteckten Leitungsabschnitten 22, 24 die Leitungsabschnitte 22, 24 miteinander fluiddicht verbunden.
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Zudem ermöglichen die Dichtringe 30 aufgrund ihrer elastischen Verformbarkeit einen Ausgleich von Toleranzen, wenn die Leitungsabschnitte 22, 24 mit einem Achsversatz zueinander angeordnet sind, wie es in 3 veranschaulicht ist.
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Auch ein Verkippen der Leitungsabschnitte 22, 24 relativ zueinander lässt sich durch die Dichtringe 30 ausgleichen.
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Die in 4 veranschaulichte Adaptereinheit 26 hat eine Hülse 28, die im Querschnitt betrachtet gewellt ist. Beispielsweise ist die Hülse 28 ein Zuschnitt eines Endloswellenrohrs.
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Konkret hat die Hülse 28 eine Einschnürung 32.
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Durch die Einschnürung 32 ist eine Querschnittsverengung innerhalb der Hülse 28 gebildet, die als Abstandshalter 34 für die Dichtringe 30 dient.
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Die Dichtringe 30 liegen beidseitig an der Einschnürung 32 an.
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Eine weitere Einschnürung 36 an den axialen Enden der Hülse 28 bildet einen weiteren Anschlag, der ein Herausrutschen der Dichtringe 30 aus der Hülse 28 verhindert.
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Ein Dichtring 30 der in 4 gezeigten Adaptereinheit 26 ist in 5 separat dargestellt, insbesondere in einem nicht verformten Zustand.
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Der Dichtring 30 hat einen Grundkörper 38, der in montiertem Zustand, wie in 4 gezeigt, an der Innenwandung der Hülse 28 anliegt.
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Des Weiteren hat der Dichtring 30 eine Dichtlamelle 40, die mit dem Grundkörper 38 einstückig verbunden ist.
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Die Dichtlamelle 40 des Dichtrings 30 erstreckt sich innerhalb des Grundkörpers 38 trichterförmig nach radial innen.
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Wie in 5 zu sehen ist, ist der Grundkörper 38 an seiner Kontaktfläche mit der Innenseite der Hülse 28 in nicht verformtem Zustand im Querschnitt betrachtet gekrümmt, insbesondere konkav gekrümmt.
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Durch eine derartige Krümmung ergeben sich bei montiertem Dichtring 30 in der Hülse 28 zwei Anpresszonen an der Kontaktfläche des Grundkörpers 38 mit der Hülse 28, die jeweils im Bereich der Enden des gekrümmten Bereichs liegen. Dadurch wird eine verbesserte Verteilung der Anpresskraft bei montiertem Dichtring 30 und somit eine verbesserte Abdichtung erreicht.
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Die Dichtlamelle 40 ist an ihrer Kontaktfläche mit einem Leitungsabschnitt 22, 24 in nicht verformten Zustand im Querschnitt betrachtet gewellt. Konkret hat die Dichtlamelle 40 an ihrer Kontaktfläche mit einem Leitungsabschnitt 22, 24 in nicht verformten Zustand zwei Erhebungen 42, 44. Sobald ein Leitungsabschnitt 22, 24 in die Adaptereinheit 26 eingesteckt und die Dichtlamelle 40 elastisch verformt ist, ergeben sich dadurch ebenfalls zwei Anpresszonen, was für eine verbesserte Abdichtung zwischen den Leitungsabschnitten 22, 24 und der Adaptereinheit 26 sorgt.
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In den folgenden Figuren werden weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Adaptereinheit 26 beschrieben. Für gleiche Strukturen mit gleichen Funktionen, die von der obigen Ausführungsform bekannt sind, werden im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet und es wird insoweit auf die vorangegangenen Erläuterungen verwiesen, wobei nachfolgend auf die Unterschiede der jeweiligen Ausführungsformen eingegangen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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6 zeigt eine Adaptereinheit 26, die ebenfalls in dem Batteriemodul 10 gemäß 1 verwendet werden kann.
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Im Unterschied zu der in den 2 bis 4 veranschaulichten Adaptereinheit 26 hat die Adaptereinheit gemäß 6 Dichtringe 30 in Form von O-Ringen.
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Die Hülse 28 ist identisch zu der Hülse 28 der Adaptereinheit 26 gemäß den 2 bis 4.
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In einer alternativen Ausführungsform, die der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, können die Dichtringe 30 ein quaderförmiges Profil oder ein X-förmiges Profil haben.
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Die in den 7 und 8 dargestellte Adaptereinheit 26 unterscheidet sich von der Adaptereinheit 26 gemäß den 2 bis 4 durch die Form der Hülse 28, während die Dichtringe 30 dem in 5 dargestellten Dichtring 30 entsprechen.
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Die Hülse 28 ist als Spritzgussteil gefertigt.
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Die Hülse 28 hat ebenfalls eine Einschnürung 32 durch die eine Querschnittsverengung innerhalb der Hülse 28 gebildet ist, welche als Abstandshalter 34 für die Dichtringe 30 dient.
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Außenseitig hat die Hülse 28 im Bereich der Einschnürung 32 in axiale Richtung verlaufende Rippen 46 (siehe 8), die zur Versteifung der Hülse 28 dienen.
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An den axialen Enden der Hülse 28 ist jeweils ein Abschlusselement 48 angeordnet, das die Dichtringe 30 innerhalb der Hülse 28 axial fixiert.
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Das Abschlusselement 48 ist ebenfalls hülsenförmig.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß den 7 und 8 ist das Abschlusselement 48 jeweils ein Rastelement.
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Die Abschlusselemente 48 sind auf die axialen Enden der Hülse 28 aufgesteckt und an der Hülse 28 im Bereich der Einschnürung 32 verrastet, insbesondere zwischen den Rippen 46.
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An den entgegengesetzten Enden haben die Abschlusselemente 48 nach radial innen ragende Vorsprünge 50, die mit den Dichtringen 30 radial überlappen und somit die Dichtringe 30 zuverlässig in der Hülse 28 fixieren.
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9 veranschaulicht eine weitere Adaptereinheit 26, die sich von der in 7 und 8 dargestellten Adaptereinheit 26 durch die Form des Dichtrings 30 unterscheidet und anstelle des in 5 veranschaulichten Dichtrings 30 O-Ringe umfasst.
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10 veranschaulicht eine Adaptereinheit 26 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Adaptereinheit 26 hat Dichtringe 30, die dem in 5 dargestellten Dichtring 30 entsprechen, und unterscheidet sich von den vorhergehend beschriebenen Adaptereinheiten 26 durch die Form der Hülse 28.
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Die Hülse 28 gemäß der in 10 dargestellten Ausführungsform hat eine zylindrische Form, wobei innerhalb der Hülse 28 ein axialer Anschlag 52 an einem axialen Ende oder nahe einem axialen Ende der Hülse 28 angeordnet ist.
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Im Ausführungsbeispiel ist der axiale Anschlag 52 durch einen nach radial innen vorstehenden Vorsprung gebildet.
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Zwischen den Dichtringen ist ein Abstandshalter 34 angeordnet, der im Ausführungsbeispiel gemäß 10 ein separat gefertigtes Bauteil ist. Insbesondere ist der Abstandshalter 34 ebenfalls eine Hülse, an deren axialen Enden die Dichtringe 30 anliegen.
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Die Hülse 28 sowie der Abstandshalter 34 sind beispielsweise aus Kunststoff gefertigt.
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An einem Ende der Hülse 28, das entgegengesetzt zu dem axialen Ende mit dem Anschlag 52 angeordnet ist, ist ein Abschlusselement 48 angebracht.
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Das Abschlusselement 48 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 10 mit der Hülse 28 stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt, beispielsweise mittels eines Kunststoffschweißverfahrens.
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11 zeigt eine weitere Adaptereinheit 26, die sich von der in 10 dargestellten Adaptereinheit 26 durch die Form der Dichtringe 30 unterscheidet, welche gemäß der in 11 dargestellten Ausführungsform als O-Ringe ausgebildet sind.
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12 zeigt eine Adaptereinheit 26 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Die Hülse 28 hat bei der Ausführungsform gemäß 12 statt einer einzelnen Einschnürung 32 zwei Einschnürungen 32, die jeweils einen Anschlag für einen Dichtring 30 bilden und somit in Kombination miteinander einen Abstandshalter 34 darstellen.
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Die Dichtringe 30 gemäß der in 12 dargestellten Ausführungsform haben ebenfalls einen Grundkörper 38 und eine Dichtlamelle 40 wie der in 5 dargestellte Dichtring 30.
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Zusätzlich ist an einem axialen Ende der Dichtringe 30 ein radial umlaufender Kragen 54 angeformt, der außerhalb der Hülse 28 angeordnet ist.
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Wenn die Adaptereinheit 26 gemäß 12 im Batteriemodul 10 eingesetzt ist, wie es in 1 veranschaulicht ist, liegt der Kragen 54 an den Kühlplatten 14 an.
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Die Merkmale der vorhergehend beschriebenen Adaptereinheiten 26 können auch unterschiedlich miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann ein wie in den 7 und 9 dargestelltes, als Rastelement ausgebildetes Abschlusselement 48 auch in Kombination mit einer Hülse 28 verwendet werden, die aus einem Zuschnitt eines Endloswellenrohrs gebildet ist. Die in den 4 und 6 veranschaulichten seitlichen Einschnürungen 36 können in diesem Fall entfallen.
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Darüber hinaus kann ein wie in den 10 und 11 dargestelltes Abschlusselement 48 auch mit einem Rohrzuschnitt stoffschlüssig verbunden werden.
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Statt einem durch eine Einschnürung 32 gebildeten Abstandshalter 34 kann alternativ ein separater Abstandshalter 34 verwendet werden.