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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe aufweisend eine drehende elektrische Maschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist und die mit einer Kühlkammer versehen ist, welche durch eine erste Wand begrenzt ist. Die Baugruppe umfasst ein Kupplungsgehäuse, das eine zweite Wand aufweist, die einen abgeschlossenen Bereich abgrenzt, in dem die drehende elektrische Maschine und die Kühlkammer untergebracht sind. Die Kühlkammer ist so konfiguriert, dass sie mit einem Kühlkreislauf außerhalb der Baugruppe kommuniziert.
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Stand der Technik
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Üblicherweise ist ein Kraftfahrzeug mit einer drehenden elektrischen Maschine ausgestattet, wie z. B. einem elektrischen Motor, einem Wechselstromgenerator oder einem Starter-Generator, d. h. einer umschaltbaren Maschine, die als Motor oder als Generator funktionieren kann. Die drehende elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf, wobei letzterer mit einer Welle verbunden ist. Die drehende elektrische Maschine neigt dazu, sich während ihres Betriebs aufgrund ihrer elektrischen und mechanischen Verluste zu erwärmen. Außerdem ist die drehende elektrische Maschine mit einer Kühlkammer ausgestattet, die so angeordnet ist, dass sie Wärme von der drehenden elektrischen Maschine an einen Wärmetauscher außerhalb der drehenden elektrischen Maschine überträgt. Die Kühlkammer ist Teil eines Kühlkreislaufs, der Wärme an diesen externen Wärmetauscher überträgt, und dies mittels einer Flüssigkeit, die innerhalb des Kühlkreislaufs und insbesondere innerhalb der Kühlkammer zirkuliert. Die Kühlkammer wird von einer ersten Wand begrenzt, die mit einer ersten Leitung, um die Versorgung der Kühlkammer mit Fluid zu ermöglichen, und einer zweiten Leitung versehen ist, um die Ableitung der Flüssigkeit aus der Kühlkammer zu ermöglichen. Die Flüssigkeit zirkuliert innerhalb der Kühlkammer zwischen der ersten und der zweiten Leitung, um die drehende elektrische Maschine zu kühlen.
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Nun ist in bestimmten gewünschten Verwendungskonfigurationen der drehenden elektrischen Maschine diese im Inneren eines abgeschlossenen Bereichs untergebracht, der durch eine zweite Wand begrenzt wird, wie z. B. in einem Kupplungsgehäuse, insbesondere eines Getriebes, wobei dieser abgeschlossene Bereich eine zweite Flüssigkeit enthält, die zur Schmierung der Komponenten des Getriebes geeignet ist.
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Ein erstes Problem liegt dann in der Schwierigkeit, die an der drehenden elektrischen Maschine angebrachte Kühlkammer innerhalb des abgeschlossenen Bereichs zu installieren und zu befestigen, wobei diese Installation und Befestigung schnell und einfach zu bewerkstelligen sein muss.
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Ein zweites Problem liegt in der Schwierigkeit, die so im abgeschlossenen Bereich untergebrachte Kühlkammer mit dem Kühlkreislauf außerhalb des abgeschlossenen Bereichs zu verbinden, wobei eine solche Verbindung dennoch schnell und einfach herzustellen sein muss und gleichzeitig eine Abdichtung zwischen der in der Kühlkammer enthaltenen ersten Flüssigkeit und der im abgeschlossenen Bereich enthaltenen zweiten Flüssigkeit, die insbesondere die Kühlkammer umspült, gewährleistet werden muss.
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Ein drittes Problem ist die notwendige Abdichtung zwischen dem abgeschlossenen Bereich und der Umgebung außerhalb des Kupplungsgehäuses, die durch die Verbindung der Kühlkammer im Inneren des abgeschlossenen Bereichs dem Kühlkreislauf außerhalb dieses Bereichs nicht beeinträchtigt werden darf.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung verbessert die Situation, indem sie eine Baugruppe vorschlägt, umfassend eine drehende elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator mit einer Kühlkammer versehen ist, die durch eine erste Wand begrenzt ist. Die Baugruppe weist ein Kupplungsgehäuse auf, das eine zweite Wand umfasst, die einen abgeschlossenen Bereich abgrenzt, in welchem die drehende elektrische Maschine und die Kühlkammer aufgenommen sind. Die Kühlkammer ist so konfiguriert, dass sie mit einem Kühlkreislauf außerhalb der Baugruppe funktioniert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Baugruppe mindestens ein Element zur Verbindung der Kühlkammer mit dem Kühlkreislauf auf, wobei das Verbindungselement eine Leitung und eine erste Dichtungsvorrichtung, die eine Abdichtung zwischen der Leitung und der ersten Wand gewährleistet, sowie eine zweite Dichtungsvorrichtung aufweist, die eine Abdichtung zwischen der Leitung und der zweiten Wand gewährleistet.
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Vorteilhafterweise weist die Baugruppe mindestens eines der folgenden technischen Merkmale auf, entweder allein oder in Kombination:
- - die Leitung ist zylindrisch und erstreckt sich entlang einer Längsachse,
- - die erste Dichtungsvorrichtung weist einen ersten Ring auf, der innerhalb einer ersten Öffnung untergebracht ist, die durch die erste Wand verläuft.
- - der erste Ring ist zylindrisch und um eine Symmetrieachse herum angeordnet, die mit der Längsachse der Leitung zusammenfällt, wenn der erste Ring in eine erste Öffnung in der ersten Wand eingesetzt ist und die Leitung in den ersten Ring eingesetzt ist,
- - der erste Ring weist eine Innenfläche auf, die eine erste Nut umfasst, in der ein erstes Dichtungselement untergebracht ist, wobei dieses erste Dichtungselement zwischen der Innenfläche des ersten Rings und der Außenfläche der Leitung angeordnet ist,
- - bei der Innenfläche handelt es sich um die Fläche des ersten Rings, die der Symmetrieachse zugewandt ist,
- - die erste Nut verläuft innerhalb einer Ebene, die parallel zu einer Radialebene verläuft, welche orthogonal zur Symmetrieachse liegt,
- - das erste Dichtungselement ist eine Ringdichtung, wie z. B. ein O-Ring,
- - das erste Dichtungselement ist in Kontakt mit der Außenfläche der Leitung, wenn es in die erste Nut eingesetzt ist,
- - der erste Ring weist einen ersten radialen Vorsprung auf, der innerhalb einer Ebene parallel zur Radialebene verläuft, wobei die Radialebene orthogonal zur Längsachse der Leitung liegt,
- - die zweite Dichtungsvorrichtung weist einen zweiten radialen Vorsprung auf, der mit der Leitung fest verbunden ist,
- - den zweiten radialen Vorsprung ist durch Anschweißen eines Rings an die Außenfläche der Leitung gebildet,
- - der zweite radiale Vorsprung umfasst eine Ringnut, die ein zweites Dichtungselement aufnimmt, das zwischen dem zweiten radialen Vorsprung und der zweiten Wand angeordnet ist,
- - die Ringnut ist innerhalb einer radialen Fläche des zweiten radialen Vorsprungs angeordnet, die in einer Ebene parallel zur Radialebene angeordnet ist,
- - das zweite Dichtungselement steht mit der zweiten Wand in Kontakt, wenn es in die Ringnut eingesetzt ist,
- - die Baugruppe weist ein Element zur Befestigung der Leitung an der zweiten Wand auf,
- - das Befestigungselement weist mindestens eine erste Mutter auf, die an der Außenfläche der Leitung angebracht ist und in Kontakt mit einem axialen Anschlag steht, der an der zweiten Wand angeordnet ist,
- - der axiale Anschlag ist durch einen symmetrisch um die Längsachse angeordneten radialen Flansch gebildet,
- - das Befestigungselement weist mindestens eine Schraube auf, die axial und von Seite zu Seite durch den zweiten radialen Vorsprung bis zur zweiten Wand verläuft,
- - die zweite Dichtungsvorrichtung weist eine zweite Mutter auf, die um die Leitung herum angebracht ist, wobei die zweite Mutter eine ringförmige Auskehlung umfasst, die ein drittes Dichtungselement aufnimmt, welches zwischen der Innenfläche der zweiten Schraube und der Leitung angeordnet ist,
- - die zweite Mutter weist einen zweiten Ring auf, der innerhalb einer zweiten Öffnung eingesetzt ist, die durch die zweite Wand verläuft,
- - eine Innenfläche der zweiten Mutter sowie die Außenfläche der Leitung sind mit Gewinde versehen,
- - die Innenfläche des ersten Rings ist mit einem Gewinde versehen, um eine Befestigung der Leitung an der ersten Wand zu ermöglichen,
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Figurenliste
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Die Erfindung ist besser zu verstehen anhand der Lektüre der folgenden, nicht einschränkenden Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren abgefasst ist, in denen:
- - [1] eine Baugruppe der vorliegenden Erfindung zeigt, die eine drehende elektrische Maschine aufweist, die mit einer Kühlkammer und einem Kupplungsgehäuse versehen ist, das einen abgeschlossenen Bereich abgrenzt, in dem die drehende elektrische Maschine und die Kühlkammer aufgenommen sind, wobei die Kühlkammer eine fluidale Verbindung zu einem Kühlkreislauf außerhalb des abgeschlossenen Raums hat.
- - [2] eine erste Ausführungsform des Elements zur Verbindung der Kühlkammer mit dem Kühlkreislauf zeigt,
- - [3] eine zweite Ausführungsform des Elements zur Verbindung der Kühlkammer mit dem Kühlkreislauf zeigt, und
- - [4] eine dritte Ausführungsform des Elements zur Verbindung der Kühlkammer mit dem Kühlkreislauf zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In der 1 ist das Kraftfahrzeug üblicherweise mit einer drehenden elektrischen Maschine 1 ausgestattet, wie z. B. einem elektrischen Motor, einem Wechselstromgenerator oder einem Starter-Generator, d. h. einer umschaltbaren Maschine, die als Motor oder als Generator funktionieren kann. Die drehende elektrische Maschine 1 besteht aus einem Stator 2 und einem Rotor 3, der innerhalb des Stators 2 um eine Rotationsachse A1 drehbar ist. Der Rotor 3 ist mit einer Welle 4 verbunden, die sich entlang der Rotationsachse A1 erstreckt.
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Die drehende elektrische Maschine 1 neigt im Betrieb dazu, sich zu erwärmen. Außerdem ist die drehende elektrische Maschine 1 mit einer Kühlkammer 5 ausgestattet, die Bestandteil eines Kreislaufs 6 ist, in dem eine erste Flüssigkeit 7, wie ein Glykol-Wasser-Gemisch oder ähnliches, zirkuliert, die dazu bestimmt ist, die von der drehenden elektrischen Maschine 1 erzeugte Wärmemenge abzuführen. Hierzu ist die Kühlkammer 5 z. B. als Hülse angeordnet, die den Stator 2 umgibt und dabei vorzugsweise in Kontakt mit dem Stator 2 steht. Der Kreislauf 6 ist an einen Wärmetauscher vom Typ Radiator oder z.B. an eine Zirkulationsschleife 8 für ein Kältemittel 9 angeschlossen, und zwar über einen Kältemittel/erste-Flüssigkeit Wärmetauscher 10.
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Die Schleife 8, in der das Kältemittel 9 zirkuliert, weist aufeinanderfolgend einen Kompressor 11 zum Verdichten des Kältemittels 9, einen externen Wärmetauscher 12 zur Übertragung von Wärme bei konstantem Druck auf einen Luftstrom 13, ein Expansionselement 14, das die Expansion des Kältemittels 9 ermöglicht, und den Wärmetauscher 10 für das Kältemittel/die erste Flüssigkeit, der die Übertragung von Kälte vom Kältemittel 9 auf die erste Flüssigkeit 7 ermöglicht, auf. Die Schleife 8 kann auch anders als oben beschrieben angeordnet werden, ohne die vorliegende Erfindung zu beeinträchtigen.
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Der Kreislauf 6 zur Zirkulation der ersten Flüssigkeit 7 weist nacheinander eine Pumpe 15 zum Umwälzen der ersten Flüssigkeit 7 innerhalb des Kreislaufs 6, den Kältemittel/erste-Flüssigkeit Wärmetauscher 10, in dem das Kältemittel 9 die Wärmeenergie der ersten Flüssigkeit 7 aufnimmt, und die Kühlkammer 5 auf, die so angeordnet ist, dass die erste Flüssigkeit 7, die sich innerhalb der Kühlkammer 5 befindet, die Wärmeenergie von der drehenden elektrischen Maschine 1 aufnimmt.
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Die Kühlkammer 5 ist durch eine erste Wand 16 begrenzt, die mit mindestens einem Verbindungselement 17 versehen ist, um die Kühlkammer 5 mit dem Kreislauf 6 zu verbinden. Vorzugsweise ist die erste Wand 16 mit zwei Verbindungselementen 17 versehen, von denen das erste Verbindungselement 17 einen Zufluss der ersten Flüssigkeit 7 in die Kühlkammer 5 und das zweite Verbindungselement 17 den Abfluss der ersten Flüssigkeit 7 aus der Kühlkammer 5 ermöglicht. So kann die Kühlkammer 5 mit einer ersten Flüssigkeit 7 versorgt werden. Hierbei tritt die erste Flüssigkeit 7 über das erste Verbindungselement 17 in die Kühlkammer 5 ein und wird über das zweite Verbindungselement 17 aus der Kühlkammer 5 abgeführt, nachdem die Wärmeenergie der drehenden elektrischen Maschine 1 auf die erste Flüssigkeit 7 übertragen wurden.
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Die drehende elektrische Maschine 1 ist in dem abgeschlossenen Bereich 18 aufgenommen, der von einer zweiten Wand 19 begrenzt wird, die insbesondere Bestandteil eines Kupplungsgehäuses 60 ist, in dem beispielsweise ein Getriebe 20 aufgenommen ist. Der abgeschlossene Bereich 18 enthält eine zweite Flüssigkeit 21, insbesondere ein Schmieröl, das zur Schmierung von Komponenten des Getriebes 20 vorgesehen ist. Mit anderen Worten nimmt der abgeschlossene Bereich 18 gleichzeitig die drehende elektrische Maschine 1 und die Getriebekomponenten 20 auf, die gemeinsam in die zweite Flüssigkeit 21 getaucht sind.
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Das Verbindungselement 17, gleichgültig ob erstes oder zweites Verbindungselement 17, ist geeignet, eine Abdichtung zwischen der Kühlkammer 5, welche die erste Flüssigkeit 7 enthält, und dem abgeschlossenen Bereich 18, der die zweite Flüssigkeit 21 enthält, zu gewährleisten. Das Verbindungselement 17 ist auch dazu geeignet, eine Abdichtung zwischen dem abgeschlossenen Bereich 18, der die zweite Flüssigkeit 21 enthält, und einer Umgebung 22 außerhalb der zweiten Wand 19 zu schaffen.
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In den 2 bis 4 weist das Verbindungselement 17 eine Leitung 23 und
eine erste Dichtungsvorrichtung 30, die für eine Abdichtung zwischen der Leitung 23 und der ersten Wand 16 sorgt, sowie eine zweite
Dichtungsvorrichtung 40 auf, die für eine Abdichtung zwischen der Leitung 23 und der zweiten Wand 19 sorgt. Die Leitung 23 ist z. B. zylindrisch und verläuft entlang einer Längsachse A2.
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Die erste Dichtungsvorrichtung 30 weist einen ersten Ring 31 auf, der in der ersten Öffnung 24 untergebracht ist, die durch die erste Wand 16 hindurch verläuft. Der erste Ring 31 ist zylindrisch und hat eine Symmetrieachse A3, die mit der Längsachse A2 der Leitung 23 zusammenfällt, wenn der erste Ring 31 in die erste Öffnung 24 eingesetzt ist. Der erste Ring 31 weist eine Innenfläche 32 auf, die eine erste Nut 33 enthält, in der ein erstes Dichtungselement 34 untergebracht ist. Die Innenfläche 32 ist vorzugsweise zylindrisch und hat einen Durchmesser, der größer ist, als der Durchmesser der Leitung 23, um ein gleitendes Einführen der Leitung 23 in den ersten Ring 31 zu ermöglichen. Das erste Dichtungselement 34 ist somit zwischen der Innenfläche 32 des ersten Rings 31 und einer Außenfläche 25 der Leitung 23 angeordnet. Daher ist es verständlich, dass das erste Dichtungselement 34 für eine Abdichtung zwischen der in der Kühlkammer 5 enthaltenen ersten Flüssigkeit 7 und der im abgeschlossenen Bereich 18 enthaltenen zweiten Flüssigkeit 21 sorgt. Das erste Dichtungselement 34 weist z. B. mindestens einen O-Ring oder ein anderes ähnliches Dichtungsmittel auf. Der erste Ring 31 weist einen ersten radialen Vorsprung 35 auf, der in einer Ebene parallel zu einer Radialebene P 1 angeordnet ist, wobei die Radialebene P 1 orthogonal zur Längsachse A2 der Leitung 23 sowie zur Symmetrieachse A3 des ersten Rings 31 verläuft. Der erste radiale Vorsprung 35 ermöglicht es, den ersten Ring 31 axial in der ersten Öffnung 24 zu halten, insbesondere während des Einführens der Leitung 23 in den ersten Ring 31. Indem er die erste Wand 16 teilweise überlappt, insbesondere am Rand der ersten Öffnung 24, verhindert der erste radiale Vorsprung auch ein Austreten der ersten Flüssigkeit 7 zwischen der Außenfläche 36 des ersten Rings 31 und der ersten Wand 16. Dieses Einführen der Leitung 23 in den ersten Ring 31 erfolgt durch das Einschieben der Leitung 23 in den ersten Ring 31 von der äußeren Umgebung 22 her, bis das erste Ende 26 der Leitung 23 innerhalb der Kühlkammer 5 aufgenommen ist. Man bemerkt, dass zwischen der zweiten Öffnung 28 in der zweiten Wand 19 und der Leitung 23 ist ein erstes Spiel 27 vorhanden ist, um ein einfaches Einführen der Leitung 23 durch die zweite Wand 19 zu ermöglichen.
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Gemäß der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform und der in 3 gezeigten zweiten Ausführungsform umfasst die zweite Dichtungsvorrichtung 40 einen zweiten radialen Vorsprung 41, der mit der Leitung 23 fest verbunden ist. Der zweite radiale Vorsprung 41 ist in einer Ebene angeordnet, die parallel zur Radialebene P1 liegt. Der zweite radiale Vorsprung 41 weist eine Ringnut 42 auf, die symmetrisch um die Längsachse A2 der Leitung 23 und in einer Ebene parallel zur Radialebene P 1 ausgebildet ist. In der Ringnut 42 befindet sich ein zweites Dichtungselement 43. Das zweite Dichtungselement 43 ist somit zwischen dem zweiten radialen Vorsprung 41 und der zweiten Wand 19 angeordnet. Dabei versteht es sich, dass das zweite Dichtungselement 43 eine Abdichtung zwischen der im abgeschlossenen Bereich 18 enthaltenen zweiten Flüssigkeit 21 und der äußeren Umgebung 22 herstellt. Das zweite Dichtungselement 43 weist z. B. mindestens einen O-Ring oder ein anderes ähnliches Dichtungsmittel auf.
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Gemäß der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform ergibt sich das erste Spiel 27 insbesondere aus der Tatsache, dass die Außenfläche 25 der Leitung 23 mit einem Gewinde versehen ist, um die Befestigung der Leitung 23 in der zweiten Öffnung 28 zu ermöglichen, die ein entsprechendes Gegengewinde aufweist. Ein Befestigungselement 50 ermöglicht das Halten des Rohrs 23 an der zweiten Wand 19. Ein solches Befestigungselement 50 weist z. B. eine erste Mutter 51 auf, die auf der Außenfläche 25 der Leitung 23 angebracht ist und in Kontakt mit einem axialen Anschlag 52 gelangt, der an der zweiten Wand 19 ausgebildet ist. Der axiale Anschlag 52 hat beispielsweise die Form eines radialen Flansches, der um den zweiten radialen Vorsprung 41 herum angeordnet ist.
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Gemäß der zweiten, in 3 dargestellten Ausführungsform, weist die Außenfläche 25 des Rohrs 23 kein Gewinde auf. Ein Befestigungselement 50 ermöglicht das Halten des Rohrs 23 an der zweiten Wand 19. Ein solches Befestigungselement 50 weist z. B. mindestens eine Schraube 53 auf, die axial, d. h. parallel zur Längsachse A2, und vollständig durch den zweiten radialen Vorsprung 41 hindurchgeführt wird, um in der zweiten Wand 19 aufgenommen zu werden. Vorzugsweise weist das Befestigungselement 50 mehrere Schrauben 53 auf, z. B. vier Schrauben 53, die beispielsweise radial und mit gleichen Abständen um die Längsachse A2 herum verteilt sind.
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Gemäß der dritten Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, weist die zweite Dichtungsvorrichtung 40 eine zweite Mutter 61 auf, die um die Leitung 23 herum an deren Außenfläche 25 angebracht ist. Die zweite Mutter 61 weist in ihrer Innenfläche 63 eine ringförmige Auskehlung 62 auf, die um die Längsachse A2 der Leitung 23 und einer Ebene parallel zur Radialebene P1 angeordnet ist. Die ringförmige Auskehlung 62 nimmt ein drittes Dichtungselement 64 auf. Das dritte Dichtungselement 64 ist somit zwischen der Innenfläche 63 der zweiten Mutter 61 und der Leitung 23 angeordnet. Dabei versteht es sich, dass das dritte Dichtungselement 64 eine Abdichtung zwischen der im abgeschlossenen Bereich 18 enthaltenen zweiten Flüssigkeit 21 und der äußeren Umgebung 22 herstellt. Das dritte Dichtungselement 64 weist z. B. mindestens einen O-Ring oder ein anderes ähnliches Dichtungsmittel auf.
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Die zweite Mutter 61 weist einen zweiten Ring 65 auf, der ausgebildet ist, in die zweite Öffnung 28 eingesetzt zu werden. Die zweite Mutter 61 und der zweite Ring 65 sind symmetrisch um die Längsachse A2 angeordnet. Der zweite Ring 65 bildet eine axiale Verlängerung der zweiten Mutter 61, welche die Leitung 23 umrandet. Auf der Peripherie des zweiten Rings 65 weist die zweite Mutter 61 einen Boden 66 auf, der dazu bestimmt ist, axial an einem elastischen Halteelement 67, wie einer Kupferscheibe oder dergleichen, das zwischen dem Boden 66 der zweiten Mutter 61 und der zweiten Wand 19 angeordnet ist, anzuliegen.
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Man bemerkt, dass gemäß dieser dritten Ausführungsform die Außenfläche 25 der Leitung 23 mit einem Gewinde versehen ist, ebenso wie die Innenfläche 63 der zweiten Mutter 61, um die Befestigung der Leitung 23 an der zweiten Mutter 61 zu ermöglichen. Die Innenfläche 32 des ersten Rings 31 ist mit ebenfalls einem Gewinde versehen, um eine Befestigung der Leitung 23 an der ersten Wand 16 zu ermöglichen.
