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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager für ein Fahrzeug und auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers für ein Fahrzeug.
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In modernen Wärmetauscher-Anwendungen, insbesondere bei Wärmetauschern für Hybrid- und Elektrofahrzeug-Akkusysteme, werden immer höhere Ansprüche hinsichtlich Gewicht, Kosten und Bauraum gestellt. Dies erfordert in der Konzeptionierung als auch Produktion von Wärmetauschern in diesen Anwendungsgebieten neue Varianten, die diesen Anforderungen gerecht werden. Häufig werden Kühlplatten in Schichtblechbauweise verwendet. Darüber hinaus sind auch andere Bauweisen, wie beispielsweise Zweischicht-Kühlplatten oder Modular-Tube-Kühlplatten gebräuchlich.
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Die
EP 2 149 771 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle eines Kraftfahrzeugs und auf einen Kältemittelkreislauf für ein Kraftfahrzeug.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Wärmeübertrager für ein Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers für ein Fahrzeug zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager sowie ein Verfahren gemäß den Hauptansprüchen gelöst.
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Die vorliegende Erfindung schafft einen Wärmeübertrager für ein Fahrzeug, der folgende Merkmale aufweist:
zumindest ein Rohr zum Führen von Fluid von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Rohres;
ein erstes Sammlerelement mit zumindest einer Aussparung zur Aufnahme des ersten Endes des zumindest einen Rohres;
ein zweites Sammlerelement mit zumindest einer Aussparung zur Aufnahme des zweiten Endes des zumindest einen Rohres; und
ein Deckelement, das mit dem ersten Sammlerelement und dem zweiten Sammlerelement verbindbar oder verbunden ist, wobei das Deckelement und das erste Sammlerelement ausgebildet sind, um einen ersten Fluidsammelbereich um das erste Ende des Rohres herum zu umschließen, wobei das Deckelement und das zweite Sammlerelement ausgebildet sind, um einen zweiten Fluidsammelbereich um das zweite Ende des Rohres herum zu umschließen.
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Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug handeln, insbesondere ein straßengebundenes Kraftfahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, ein Fahrzeug zum Personentransport oder ein sonstiges Nutzfahrzeug. Bei dem Wärmeübertrager kann es sich um einen Wärmetauscher und insbesondere um eine Kühlplatte handeln. Das zumindest eine Rohr kann ein eckiges oder abgerundetes Querschnittsprofil aufweisen. An dem ersten Ende weist das zumindest eine Rohr eine erste Öffnung auf. An dem zweiten Ende weist das zumindest eine Rohr eine zweite Öffnung auf. Das zumindest eine Rohr ist so ausgebildet, dass das Fluid zwischen dem ersten Ende bzw. der ersten Öffnung und dem zweiten Ende bzw. der zweiten Öffnung strömen kann. Bei dem Fluid kann es sich um ein Kühlmittel oder ein Kältemittel handeln. Das Sammlerelement kann wannenförmig oder trogförmig ausgeformt sein. Das Sammlerelement kann einen wannenförmigen oder trogförmigen Bereich aufweisen. Das Sammlerelement kann mit einem U-förmigen Querschnittsprofil ausgeformt sein. Das Sammlerelement kann eine Grundplatte sowie zumindest zwei Seitenwandelemente an zwei gegenüberliegenden Seitenkanten der Grundplatte aufweisen. Die Seitenwandelemente können um den wannenförmigen oder trogförmigen Bereich herum angeordnet sein. In einem der Seitenwandelemente kann die zumindest eine Aussparung für das zumindest eine Rohr angeordnet sein. Bei der zumindest einen Aussparung kann es sich um eine Ausnehmung, einen Ausschnitt oder dergleichen in dem Sammlerelement bzw. dem Seitenwandelement des Sammlerelements handeln. Die zumindest eine Aussparung ist ausgebildet, um das zumindest eine Rohr passend aufzunehmen. Somit kann eine Aussparung pro Rohr vorgesehen sein. Dabei kann das zumindest eine Rohr in die zumindest eine Aussparung eingelegt, eingeschoben oder auf andere Weise eingeführt sein. Somit kann das zumindest eine Rohr von einem seiner Enden aus betrachtet entlang einem Teil einer Längenabmessung desselben in einem Sammlerelement aufgenommen sein. Insbesondere kann sich ein Endabschnitt des zumindest einen Rohres durch die zumindest eine Aussparung hindurch in den wannenförmigen oder trogförmigen Bereich eines der Sammlerelemente hinein erstrecken. Das Deckelement kann plattenförmig ausgeformt sein. Das Deckelement kann in Verbindung mit den Sammlerelementen die Fluidsammelbereiche ausbilden. Insbesondere kann das Deckelement ausgebildet sein, um die wannenförmigen oder trogförmigen Bereiche der Sammlerelemente zu verschließen. Auch kann das Deckelement ausgebildet sein, um die wannenförmigen oder trogförmigen Bereiche der Sammlerelemente auch im Bereich der zumindest einen Ausnehmungen zu verschließen, um die Fluidsammelbereiche auszubilden. Somit kann ein Fluidsammelbereich einen abgeschlossenen bzw. abgedichteten Hohlraum darstellen, wenn das Deckelement mit einem Sammlerelement verbunden ist. Ein Fluidsammelbereich kann ein Fluidzufuhrbereich oder Fluidabfuhrbereich sein. Somit kann ein Fluidsammelbereich ausgebildet sein, um ein Fluidvolumen von Fluid vor oder nach einem Hindurchtreten durch das zumindest eine Rohr zu sammeln bzw. aufzunehmen. Das Deckelement, das erste Sammlerelement, das zweite Sammlerelement und zusätzlich oder alternativ das zumindest eine Rohr können als beispielsweise einstückiges Formteil, insbesondere als Blechteil, beispielsweise aus Aluminium wahlweise mit einer Lotplattierung, aus Kunststoff oder dergleichen, ausgeführt sein. Ein solches Formteil kann mittels Urformen, Umformen, Pressen, Ausschneiden, Stanzen, Lasern, Biegen und/oder dergleichen hergestellt sein. Das Deckelement, das erste Sammlerelement, das zweite Sammlerelement und zusätzlich oder alternativ das zumindest eine Rohr können beispielsweise mittels einer stoffschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sein, beispielsweise mittels Fügen, Löten und/oder dergleichen. Insbesondere kann das zumindest eine Rohr auch mit zumindest einem der Sammlerelemente verbunden sein. Auch kann das Deckelement mit zumindest einem der Sammlerelemente und gegebenenfalls zusätzlich mit dem zumindest einen Rohr verbunden sein, insbesondere in dem Bereich der Aussparung von zumindest einem der Sammlerelemente. Auch kann ein weiteres Deckelement vorgesehen sein, dass mit zumindest einem der Sammlerelemente und gegebenenfalls auch mit dem zumindest einen Rohr verbunden bzw. verbindbar sein kann. Das zumindest eine Rohr kann dabei zwischen dem Deckelement und dem weiteren Deckelement angeordnet sein.
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Wenn die Sammlerelemente mit einem U-förmigen Querschnittsprofil ausgebildet sind und zwei offene Endabschnitte bzw. Seitenbereiche aufweisen, können ferner Trennelemente vorgesehen sein. Die Trennelemente sind ausgebildet, um die offenen Endabschnitte bzw. Seitenbereiche der Sammlerelemente zu verschließen. Somit können beispielsweise zwei Trennelemente pro Sammlerelement vorgesehen sein. Durch die Trennelemente können solche Sammlerelemente die vollständig wannenförmige oder trogförmige Ausformung erhalten. Die Trennelemente können einsetzbare Seitenwände der Sammlerelemente repräsentieren. Ein solches Trennelement kann mit einem der Sammlerelemente und/oder dem Deckelement verbindbar bzw. verbunden sein. Ein solches Trennelement kann auch in eines der Sammlerelemente oder das Deckelement integriert sein.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen zumindest eines Rohres, das ausgebildet ist, um Fluid von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Rohres zu führen, eines ersten Sammlerelements mit zumindest einer Aussparung zur Aufnahme des ersten Endes des zumindest einen Rohres, eines zweiten Sammlerelements mit zumindest einer Aussparung zur Aufnahme des zweiten Endes des zumindest einen Rohres, und eines Deckelements;
Einbringen des zumindest einen Rohres mit dem ersten Ende in die zumindest eine Aussparung des ersten Sammlerelements und mit dem zweiten Ende in die zumindest eine Aussparung des zweiten Sammlerelements; und
Verbinden des Deckelements mit dem ersten Sammlerelement und dem zweiten Sammlerelement, sodass das Deckelement und das erste Sammlerelement einen ersten Fluidsammelbereich um das erste Ende des Rohres herum umschließen und das Deckelement und das zweite Sammlerelement einen zweiten Fluidsammelbereich um das zweite Ende des Rohres herum umschließen.
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Durch Ausführung eines solchen Verfahrens kann der oben genannte Wärmeübertrager vorteilhaft hergestellt werden. Auch können im Schritt des Bereitstellens ein erstes Sammlerelement, ein zweites Sammlerelement und ein Deckelement bereitgestellt werden, wobei in dem Deckelement und/oder dem ersten Sammlerelement eine erste Fluidöffnung für eine Fluidzufuhr oder Fluidabfuhr des ersten Fluidsammelbereichs angeordnet ist, und zusätzlich oder alternativ in dem Deckelement und/oder dem zweiten Sammlerelement eine zweite Fluidöffnung für eine Fluidzufuhr oder Fluidabfuhr des zweiten Fluidsammelbereichs angeordnet ist. Dann kann das Verfahren zusätzlich einen Schritt des Anbringens eines ersten Anschlusselements für eine Fluidzufuhr oder Fluidabfuhr des ersten Fluidsammelbereichs in der ersten Fluidöffnung und zusätzlich oder alternativ einen Schritt des Anbringens eines zweiten Anschlusselements für eine Fluidzufuhr oder Fluidabfuhr des zweiten Fluidsammelbereichs in der zweiten Fluidöffnung aufweisen. Bei den Anschlusselementen kann es sich beispielsweise um Anschlussstutzen oder dergleichen handeln.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einem Wärmeübertrager eine Funktion der Aufnahme des zumindest einen Fluidrohres sowie eine Funktion der Bildung eines Fluidsammelbereichs vorteilhaft realisiert werden kann. So können beispielsweise beide Funktionen durch eine Verbindung des Deckelementes mit zumindest einem Sammlerelement realisiert werden. Insbesondere kann das Fluid in einem Großteil des Wärmeübertragers nahe an einer Außenoberfläche bzw. Außenseite des Wärmeübertragers geführt werden.
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Vorteilhafterweise bietet ein gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgelegten Wärmeübertrager unter anderem die Vorteile einer Einsparung von Gewicht und Einzelteilen, geringer Entwicklungskosten durch einfache, z. B. parametrische, Konstruktion, Simulation und Assemblierung, eines geringen Fertigungs- bzw. Werkzeugaufwands, sowie niedriger Werkzeug- und Investitionskosten aufgrund einfacher Bauweise. Es ist ein einfaches Blockfertigerkonzept möglich, da das zumindest eine Rohr bereits über die Sammlerelemente positionierbar ist bzw. positioniert wird. Insbesondere kann eine flache Bauweise des Wärmeübertragers bei verbesserter Wärmeübertragung erreicht werden.
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Dabei kann das Deckelement eine planare Hauptoberfläche aufweisen, die in einen thermischen Kontakt mit dem zumindest einen Rohr bringbar ist oder steht. Die planare Hauptoberfläche kann zur Wärmeübertragung zwischen dem zumindest einen Rohr und dem Deckelement dienen. Eine Haupterstreckungsebene des Deckelements bzw. der planaren Oberfläche kann innerhalb von Fertigungstoleranzen parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung oder Haupterstreckungsebene des zumindest einen Rohres sein. Auch kann das Deckelement eine weitere planare Hauptoberfläche aufweisen, die eine Außenoberfläche bzw. Außenseite des Wärmeübertragers repräsentiert. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass nahezu eine gesamte Außenoberfläche des Wärmeübertragers bzw. des Deckelements zur Kühlung verwendet werden kann. Aufgrund des thermischen Kontakts zwischen dem Deckelement und dem zumindest einen Rohr kann eine möglichst große und homogene Kühlfläche erzielt werden. Beispielsweise kann dies ohne eine Unebenheit oder großflächige Unterbrechung der Kühlfläche erreicht werden. Über ein weiteres Deckelement ist eine beidseitige thermische Anbindung des Wärmeübertrager an ein zu kühlendes Element bzw. beidseitige Kühlung desselben möglich.
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Günstig ist es auch, wenn das zumindest eine Rohr als ein Flachrohr mit zumindest einer planaren Oberfläche ausgeformt ist, die in einen thermischen Kontakt mit dem Deckelement bringbar ist oder steht. Insbesondere kann dabei die planare Oberfläche durch eine Längenabmessung und eine Breitenabmessung des zumindest einen Rohres aufgespannt sein. Insbesondere kann dabei auch die Breitenabmessung des zumindest einen Rohres größer als eine Höhenabmessung des zumindest einen Rohres sein, Das zumindest eine Rohr kann hierbei ein rechteckiges Querschnittsprofil aufweisen, das abgerundet oder eckig sein kann. Die planare Oberfläche des zumindest einen Rohres kann in Kontakt mit einer planaren Hauptoberfläche des Deckelements gebracht werden oder stehen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Abmessung, genau gesagt eine Höhenabmessung, des Wärmeübertragers aufgrund der Verwendung zumindest eines Flachrohrs verringert werden kann. Ferner kann die thermische Anbindung des zumindest einen Rohres an das Deckelement verbessert werden.
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Auch kann der Wärmeübertrager eine Mehrzahl von Rohren aufweisen. Insbesondere können dabei das erste Sammlerelement und das zweite Sammlerelement ausgebildet sein, um die Mehrzahl von Rohren so aufzunehmen, dass die Mehrzahl von Rohren parallel zueinander angeordnet sind. Hierbei können eine Anzahl von Rohren sowie eine Längenabmessung der Mehrzahl von Rohren bereits bei der Konzeption variabel gemäß jeweiliger Anforderungen gewählt und das Deckelement konstruktiv daran angepasst werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine hohe Flexibilität durch Variation von Anzahl und Länge der Rohre erreicht werden kann. Somit kann der Wärmeübertrager konstruktiv flexibel an geschätzte Anforderungen des Einbauortes im Fahrzeug angepasst werden.
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Hierbei können entlang einer Seite des ersten Sammlerelements eine Mehrzahl von Aussparungen zur Aufnahme erster Enden einer Mehrzahl von Rohren angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können entlang einer Seite des zweiten Sammlerelements eine Mehrzahl von Aussparungen zur Aufnahme der zweiten Enden der Mehrzahl von Rohren angeordnet sein. Eine Anzahl von Aussparungen in einem einzelnen der Sammlerelemente entspricht hierbei der Anzahl von Rohren. Insbesondere kann die Mehrzahl von Aussparungen entlang einer Langseite eines einzelnen der Sammlerelemente angeordnet sein. Somit kann ein Seitenwandelement, in dem die Mehrzahl von Aussparungen angeordnet sind, beispielsweise ein kammförmiges oder zinnenförmiges Profil aufweisen. Das Profil ist dabei durch die Mehrzahl von Aussparungen gebildet. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine vereinfachte und verbesserte Positionierung und Ausrichtung der Rohre erreicht werden kann.
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Ferner kann in dem Deckelement und/oder dem ersten Sammlerelement eine erste Fluidöffnung für eine Fluidzufuhr oder Fluidabfuhr des ersten Fluidsammelbereichs angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann in dem Deckelement und/oder dem zweiten Sammlerelement eine zweite Fluidöffnung für eine Fluidzufuhr oder Fluidabfuhr des zweiten Fluidsammelbereichs angeordnet sein. Beispielsweise kann die erste Fluidöffnung eine Fluidzufuhr in den ersten Fluidsammelbereich ermöglichen und kann die zweite Fluidöffnung eine Fluidabfuhr aus dem zweiten Fluidsammelbereich ermöglichen. Auch kann die erste Fluidöffnung und/oder die zweite Fluidöffnung in dem Deckelement oder dem jeweiligen Sammlerelement angeordnet sein. Alternativ kann die erste Fluidöffnung und/oder die zweite Fluidöffnung teilweise durch das Deckelement oder teilweise durch das jeweilige Sammlerelement gebildet sein. Auch können mehrere erste Fluidöffnungen und/oder mehrere zweite Fluidöffnungen vorgesehen sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Fluidöffnungen flexibel an dem Wärmeübertrager positioniert werden können, auf eine Größenreduzierung bewirken sowie eine Anpassung an konstruktive Gegebenheiten am Einbauort im Fahrzeug erleichtern kann.
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Zudem kann der Wärmeübertrager ein in der ersten Fluidöffnung aufnehmbares oder aufgenommenes erstes Anschlusselement für eine Fluidzufuhr oder Fluidabfuhr des ersten Fluidsammelbereichs und zusätzlich oder alternativ elf in der zweiten Fluidöffnung aufnehmbares oder aufgenommenes zweites Anschlusselement für eine Fluidzufuhr oder Fluidabfuhr des zweiten Fluidsammelbereichs aufweisen. Bei den Anschlusselementen kann es sich um Anschlussstutzen, Anschlussrohre, Anschlussschläuche oder dergleichen handeln. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Anschlusselemente auch an einer Schmalseite des Wärmeübertragers angeordnet sein können und beispielsweise seitlich über die Wärmetauscherfläche herausgezogen werden können, womit zumindest eine Abmessung des Wärmeübertrager reduziert werden kann.
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Insbesondere kann das erste Sammlerelement eine Mehrzahl von ersten Verbindungselementen zur Verbindung mit dem Deckelement aufweisen. Auch kann das zweite Sammlerelement eine Mehrzahl von zweiten Verbindungselementen zur Verbindung mit dem Deckelement aufweisen. Bei den Verbindungselementen kann es sich beispielsweise um Vorsprünge, Stege, Stifte, Nasen, Höcker oder dergleichen handeln. Die Verbindungselemente können einstückig mit den Sammlerelementen gebildet sein. Eine Aussparung in einem Sammlerelement kann beispielsweise zwischen zwei Verbindungselementen angeordnet sein. Insbesondere kann es sich bei den Verbindungselementen um Biegeteile, umgebogene Vorsprünge oder dergleichen handeln. Die Sammlerelemente können über die Verbindungselemente beispielsweise mittels eines Fügeverfahrens mit dem Deckelement verbunden sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Verbindung der Sammlerelemente mit dem Deckelement vereinfacht wird.
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Dabei kann das Deckelement eine Mehrzahl von ersten Verbindungsabschnitten zur Verbindung mit dem ersten Sammlerelement aufweisen. Auch kann das Deckelement eine Mehrzahl von zweiten Verbindungsabschnitten zur Verbindung mit dem zweiten Sammlerelement aufweisen. Dabei können die ersten Verbindungsabschnitte in einer Linie angeordnet sein und zusätzlich oder alternativ können die zweiten Verbindungsabschnitte in einer Linie angeordnet sein. Bei den Verbindungsabschnitten kann es sich beispielsweise um Öffnungen, Schlitze, Ausnehmungen oder dergleichen handeln. Beispielsweise können auch Verbindungselemente der Sammlerelemente mit den Verbindungsabschnitten zusammenwirken, um eine Verbindung der Sammlerelemente mit dem Deckelement zu bewirken. Beispielsweise können Verbindungselemente in Gestalt von Vorsprüngen in die Verbindungsabschnitte in Gestalt von Schlitzen eingreifen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Verbindung der Sammlerelemente mit dem Deckelement vereinfacht wird.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1, 2, 3 und 7 einen Wärmeübertrager gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
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4 ein Deckelement eines Wärmeübertragers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 und 6 ein Sammlerelement eines Wärmeübertragers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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8 einen Teilabschnitt eines Wärmeübertragers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
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1 zeigt einen Wärmeübertrager 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Wärmeübertrager 100 ist in 1 in einer Explosionsdarstellung dargestellt. Gezeigt sind Flachrohre 105, ein erstes Sammlerelement 110, eine Aussparung 112 in dem ersten Sammlerelement, ein erstes Verbindungselement 114, ein Trennelement 115 für das erste Sammlerelement, ein zweites Sammlerelement 120, Aussparungen 122 in dem zweiten Sammlerelement, zweite Verbindungselemente 124, Trennelemente 125 für das zweite Sammlerelement, ein Deckelement 130, erste Verbindungsabschnitte 131, zweite Verbindungsabschnitte 132, eine erste Fluidöffnung 133, eine zweite Fluidöffnung 134, ein erster Anschlussstutzen 140, ein erster Dichtungsring 145, ein zweiter Anschlussstutzen 150 sowie ein zweiter Dichtungsring 155.
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In 1 sind beispielhaft zehn Flachrohre 105 parallel nebeneinander angeordnet gezeigt. Die Flachrohre 105 weisen ein rechteckiges Querschnittsprofil auf. Die Flachrohre 105 weisen beispielhaft gleiche Abmessungen auf. Eine Breitenabmessung der Flachrohre 105 beträgt ein Vielfaches einer Höhenabmessung der Flachrohre 105. Eine seitliche Beabstandung eines einzelnen Flachrohrs 105 zu einem benachbarten Flachrohr 105 entspricht beispielhaft der Höhenabmessung eines Flachrohrs 105. Die Flachrohre 105 sind ausgebildet, um in die Aussparungen 112, 122 der Sammlerelemente 110, 120 eingebracht zu werden, insbesondere flach eingelegt zu werden.
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Das erste Sammlerelement 110 und das zweite Sammlerelement 120 weisen beispielhaft einen identischen Aufbau auf. Jedes der Sammlerelemente 110, 120 weist zehn Aussparungen 112, 122 zur Aufnahme der zehn Flachrohre 105 und elf Verbindungselemente 114, 124 zur Verbindung mit dem Deckelement 130 auf. Es ist anzumerken, dass in 1 lediglich aufgrund der Darstellung von dem ersten Sammlerelement 110 nur eine Aussparung 112 und ein Verbindungselement 114 sichtbar sind. Bei den Sammlerelementen 110, 120 kann es sich um lotplattierte Blechteile handeln. Jedes der Sammlerelemente 110, 120 weist eine Grundplatte auf, die länglich und mit einer rechteckigen Grundfläche ausgeformt ist. Entlang einer ersten Langseite der Grundplatte jedes der Sammlerelemente 110, 120 ist eine durchgehende Seitenwand angeordnet.
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Entlang einer zweiten Langseite der Grundplatte jedes der Sammlerelemente 110, 120 sind die Aussparungen 112, 122 und die Verbindungselemente 114, 124 angeordnet. Insbesondere sind die Aussparungen 112, 122 und die Verbindungselemente 114, 124 entlang der zweiten Langseite der Grundplatte jedes der Sammlerelemente 110, 120 abwechselnd angeordnet. Dabei bilden die Aussparungen 112, 122 und die Verbindungselemente 114, 124 ein zinnenförmiges Profil der zweiten Langseite aus. So ist an beiden Enden der zweiten Langseite der Grundplatte jedes der Sammlerelemente 110, 120 ein Verbindungselement 114, 124 angeordnet. Jede der Aussparungen 112, 122 erstreckt sich entlang einer größeren Strecke entlang der zweiten Langseite als jedes der Verbindungselemente 114, 124. Jede der Aussparungen 112, 122 ist anders ausgedrückt durch einen Abstand zwischen zwei benachbarten Verbindungselementen 114, 124 gebildet. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Verbindungselementen 114,124 entspricht der Breitenabmessung eines der Flachrohre 105. Somit können die Flachrohre 105 mit einem ersten Ende in die Aussparungen 114 des ersten Sammlerelements 110 und mit einem zweiten Ende in die Aussparungen 124 des zweiten Sammlerelements 120 eingebracht bzw. eingelegt werden. Insbesondere erstrecken sich dabei die ersten Enden und die zweiten Enden der Flachrohre 105 nicht bis zu den jeweiligen durchgehenden Seitenwänden der Sammlerelemente 110, 120. In 1 sind das erste Sammlerelement 110 und das zweite Sammlerelement 120 spiegelbildlich zueinander angeordnet. Hierbei liegen die zweiten Langseiten der Sammlerelemente 110, 120 einander gegenüber.
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Beiden Schmalseiten der Grundplatte jedes der Sammlerelemente 110, 120 sind ohne Seitenwand ausgebildet. Somit weist jedes der Sammlerelemente 110, 120 einen U-förmiges Querschnittsprofil auf. Jede der beiden Schmalseiten der Grundplatte jedes der Sammlerelemente 110, 120 ist ausgebildet, um ein Trennelement 114, 125 aufzunehmen. Anders ausgedrückt ist jedes der Trennelemente 114, 124 ausgebildet, um an einer der beiden Schmalseiten der Grundplatte eines der Sammlerelemente 110, 120 beispielsweise mittels einer stoffschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung angebracht zu werden. Somit können die Trennelement 114, 124 als Trennwände fungieren. Es kann beispielsweise auch ein so genannter U-Flow mittels der Trennelemente 114, 124 erzielt werden.
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Das Deckelement 130 kann als ein lotplattiertes Deckblech ausgeformt sein. Das Deckelement 130 ist hierbei plattenförmig mit einer rechteckigen Grundfläche ausgebildet. Somit weist das Deckelement 130 eine erste und eine zweite Hauptoberfläche auf. In der Darstellung von 1 ist lediglich die erste Hauptoberfläche sichtbar. Das Deckelement 130 weist die ersten Verbindungsabschnitte 131, die zweiten Verbindungsabschnitte 132, die erste Fluidöffnung 133 und die zweite Fluidöffnung 134 auf. Bei den ersten Verbindungsabschnitten 131 und den zweiten Verbindungsabschnitten 132 handelt es sich schlitzförmige Durchgangsöffnungen von der ersten Hauptoberfläche zu der zweiten Hauptoberfläche des Deckelements 130. Bei der ersten Fluidöffnung 133 und der zweiten Fluidöffnung 134 handelt es sich um runde Durchgangsöffnungen von der ersten Hauptoberfläche zu der zweiten Hauptoberfläche des Deckelements 130.
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Die ersten Verbindungsabschnitte 131 sind entlang einer Linie angeordnet, die von einer ersten Seitenkante des Deckelements 130 beabstandet ist und beispielhaft parallel zu derselben verläuft. Die ersten Verbindungsabschnitte 131 sind in einem ersten Randbereich der Grundfläche des Deckelements 130 angeordnet. Die ersten Verbindungsabschnitte 131 sind ausgebildet, um die ersten Verbindungselemente 114 des ersten Sammlerelementes 110 aufzunehmen. Die zweiten Verbindungsabschnitte 132 sind entlang einer Linie angeordnet, die von einer der ersten Seitenkante gegenüberliegenden, zweitens Seitenkante des Deckelements 130 beabstandet ist und beispielhaft parallel zu derselben verläuft. Die zweiten Verbindungsabschnitte 132 sind in einem dem ersten Randbereich gegenüberliegenden, zweiten Randbereich der Grundfläche des Deckelements 130 angeordnet. Die zweiten Verbindungsabschnitte 132 sind ausgebildet, um die zweiten Verbindungselemente 124 des zweiten Sammlerelementes 120 aufzunehmen.
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Die erste Fluidöffnung 133 ist in dem ersten Randbereich der Grundfläche des Deckelements 130 zwischen der ersten Seitenkante und den ersten Verbindungsabschnitten 131 angeordnet. Die zweite Fluidöffnung 134 ist in dem zweiten Randbereich der Grundfläche des Deckelements 130 zwischen der zweiten Seitenkante und den zweiten Verbindungsabschnitten 132 angeordnet.
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Der erste Anschlussstutzen 140 ist ausgebildet, um mit der ersten Fluidöffnung 133 verbunden zu werden, wobei der erste Dichtungsring 145 zwischen der ersten Fluidöffnung 133 und dem ersten Anschlussstutzen 140 eingelegt wird. Der zweite Anschlussstutzen 150 ist ausgebildet, um mit der zweiten Fluidöffnung 134 verbunden zu werden, wobei der zweite Dichtungsring 155 zwischen der zweiten Fluidöffnung 134 und dem zweiten Anschlussstutzen 150 eingelegt wird. Die Anschlussstutzen 140, 150 können als Rohrelemente mit rundem Querschnittsprofil ausgebildet sein.
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Sind die Elemente des Wärmeübertragers 100 zusammengefügt, sind ein erster Fluidsammelbereich und ein zweiter Fluidsammelbereich gebildet. Der erste Fluidsammelbereich ist um die ersten Enden der Flachrohre 105 herum angeordnet. Der erste Fluidsammelbereich ist durch das erste Sammlerelement 110, die Trennelemente 115 und das Deckelement 130 gebildet. Der erste Fluidsammelbereich ist bis auf die erste Fluidöffnung 133 vollständig abgeschlossen, wenn der Wärmeübertrager 100 montiert bzw. zusammengefügt ist. Der zweite Fluidsammelbereich ist um die zweiten Enden der Flachrohre 105 herum angeordnet. Der zweite Fluidsammelbereich ist durch das zweite Sammlerelement 120, die Trennelemente 125 und das Deckelement 130 gebildet. Der zweite Fluidsammelbereich ist bis auf die zweite Fluidöffnung 134 vollständig abgeschlossen, wenn der Wärmeübertrager 100 montiert bzw. zusammengefügt ist. Somit kann beispielsweise im Betrieb des Wärmeübertragers 100 ein Fluid über die erste Fluidöffnung 133 in den ersten Fluidsammelbereich, über die Flachrohre 105 in den zweiten Fluidsammelbereich und zu der zweiten Fluidöffnung 134 strömen. Dabei stehen im zusammengefügten Zustand des Wärmeübertragers 100 die Flachrohre 105 beispielsweise in physischem und thermischem Kontakt mit dem Deckelement 130.
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2 zeigt einen Wärmeübertrager 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 2 ist der Wärmeübertrager aus 1 in einem zusammengefügten bzw. zusammengebauten Zustand dargestellt.
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3 zeigt einen Wärmeübertrager 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Genau gesagt zeigt 3 den Wärmeübertrager aus 2 in dem zusammengebauten Zustand, wobei zu Veranschaulichungszwecken ein Teil des Deckelements 130 weggenommen ist. In dem weggenommenen Bereich ist eine Anordnung der eckigen Flachrohre 105 mit ihren zweiten Enden in den Aussparungen zwischen den Verbindungselementen 124 des zweiten Sammlerelements 120 erkennbar.
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4 zeigt ein Deckelement 130 eines Wärmeübertragers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Deckelement 130 handelt es sich um das Deckelement des Wärmeübertragers aus einer der 1 bis 3. In 4 sind insbesondere die ersten Verbindungsabschnitte 131 und die zweiten Verbindungsabschnitte 132 zu erwähnen, welche als Durchgangsöffnungen bzw. Aussparungen in dem beispielsweise lotplattierten Deckelement 130 zur Positionierung und Fixierung der Sammlerelemente vorgesehen sind. Dabei können die Verbindungsabschnitte 131, 132 als eine Vorlochung für die Positionierung und Fixierung der Sammlerelemente beispielsweise durch ein einfaches Stanzwerkzeug mit variablem Anschlag gebildet sein.
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5 zeigt ein Sammlerelement 110 eines Wärmeübertragers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sammlerelement 110 handelt es sich beispielsweise um das erste Sammlerelement des Wärmeübertragers aus einer der 1 bis 3. Genau gesagt zeigt 5 das Sammlerelement 110 in einem Zustand während einer Fertigung desselben. Das Sammlerelement 110 ist in 5 in einem ausgeschnittenen oder ausgestanzten Zustand gezeigt. Bei dem Sammlerelement 110 kann es sich somit um einen einfachen Platinenzuschnitt als Basis handeln. Hier ist z. B. ein einfaches Stanzwerkzeug mit festem Anschlag und Teilung möglich.
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6 zeigt ein Sammlerelement 110 eines Wärmeübertragers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Sammlerelement 110 handelt es sich beispielsweise um das erste Sammlerelement des Wärmeübertragers aus einer der 1 bis 3. Genau gesagt zeigt 6 das Sammlerelement aus 5 in einem weiteren Zustand während der Fertigung. Das Sammlerelement 110 ist in 6 in einem Zustand nach einem Biegevorgang zum Umbiegen der Verbindungselemente 114 sowie der durchgehenden Seitenwand gezeigt. Die abwechselnd angeordneten Verbindungselemente 114 und Aussparungen 112 bilden beispielsweise einen Kamm zur Positionierung und Aufnahme der Flachrohre.
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7 zeigt einen Wärmeübertrager 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Wärmeübertrager 100 handelt es sich um den Wärmeübertrager aus einer der 1 bis 3. In 7 ist der Wärmeübertrager 100 aus einer anderen Perspektive gezeigt.
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8 zeigt einen Teilabschnitt eines Wärmeübertragers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Wärmeübertrager kann der Wärmeübertrager aus einer der 1, 2, 3 oder 7 sein. 8 kann einen Teilabschnitt des Wärmeübertragers bezüglich der 1, 2, 3 oder 7 von unten zeigen. Genau gesagt ist ein Eckbereich des Wärmeübertragers dargestellt, wobei das erste Sammlerelement 110 sowie zwei in demselben aufgenommene Flachrohre 105 in dem Eckbereich des Wärmeübertragers dargestellt sind.
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Unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 werden im Folgenden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zusammenfassend erläutert. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird eine alternative Bauweise eines Wärmeübertragers 100 bzw. einer Kühlplatte für Kühl- oder Kältemittel ermöglicht. Die vorliegende Erfindung stellt beispielsweise eine alternative Bauweise zu den beiden bisher entwickelten Modular-Tube-Kühlplatten dar und wurde auf eine einfache, leichte und kostengünstige konstruktive Auslegung optimiert. Der Wärmeübertrager 100 in Modular-Tube-Bauweise bietet durch die Verwendung von einzelnen extrudierten Flachrohren 105 einen hohen Grad an Modularisierung. Breite und Länge der gewünschten Kühlfläche können mit relativ geringem Aufwand durch Varianz der Rohranzahl und -länge umgesetzt werden. Hierbei werden sowohl die Kühlfläche als auch die Fluidsammelbereiche mit dem Deckblech bzw. Deckelement 130 zur Kühlungsseite hin gebildet, wodurch eine durchgängige Kühlfläche entsteht und somit die Fluidsammelbereiche problemlos ebenfalls zur Kühlung eingesetzt werden können.
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Die Fluidsammelbereiche bzw. Sammelvolumen werden hierbei durch die z. B. U-förmigen Sammlerelemente 110, 120 gebildet, welche über eine Art Kamm verfügen, der zur Abdichtung und Positionierung der einzelnen Flachrohre 105 dient. Diese Sammlerelemente 110, 120 werden über die Verbindungsabschnitte 131, 132 im Deckelement 130 wiederum mit diesem gefügt, sodass zwischen den Deckelement 130 und den Sammlerelementen 110, 120 die Fluidsammelbereiche entstehen. Für die seitliche Abtrennung werden einzelne, flache Trennbleche bzw. Trennelemente 115, 125 verwendet, die über geeignete Maßnahmen beispielsweise mit dem Deckelement 130 und den Sammlerelementen 110 bzw. 120 verbunden und positioniert werden. Die Trennelemente 115, 125 dienen sowohl zur seitlichen Begrenzung und Abdichtung des Sammlervolumens nach außen hin, als auch zur Bildung eines U-Flows zur Aufteilung des Volumens in einem Sammlerelement.
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Die einzelnen Bleche bzw. Elemente können aus Gewichts- und Fertigungsgründen beispielsweise aus lotplattiertem Aluminium hergestellt sein, wodurch ein Fügen des Wärmetauschers 100 mittels Löten wirtschaftlich möglich ist. Die beschriebene Bauweise bietet durch die modulare Auslegung viele Freiheitsgrade in der Gestaltung. Eine Art und Gestaltung der Positionierung der einzelnen Bleche bzw. Elemente ist auf vielerlei Weisen denkbar. Hierbei sind beispielsweise auch PokaYoke-Sicherungen oder dergleichen mit Elementen des Wärmeübertragers 100 kombinierbar. Darüber hinaus können die einzelnen Elemente bzw. Blechbauteile über ein alternatives Fertigungskonzept hergestellt werden, wie zum Beispiel Extrusion, Gussverfahren etc., oder es können auch andere Werkstoffe, beispielsweise Kunststoffe, zum Einsatz kommen. Auch das verwendete Fügeverfahren kann entsprechend der verwendeten Werkstoffe variieren, z. B. Schweißen, Kleben, etc. Zudem ist es denkbar, die beschriebenen Trennelemente 115, 125 im Deckelement 130 bzw. dem jeweiligen Sammlerelement 110 bzw. 120 zu integrieren und beispielsweise durch Umformen auszubilden. Als weiterer Punkt wäre die Verwendung von anderen Rohrgeometrien, wie beispielsweise abgerundeten Rohren, etc. denkbar. Das Deckelemente 130 kann beispielsweise gelasert oder mit Hilfswerkzeugen gestanzt werden, womit eine kostengünstige Lösung für alle möglichen Stückzahlen geboten werden kann.
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Zusammenfassend gesagt ergibt sich eine vorteilhafte Reduktion des Konstruktions-, Fertigungs- und Montageaufwand durch eine Reduktion der Einzelteile und Integration von mehreren Funktionen in ein Bauteil. Daraus resultieren ein geringeres Gewicht und eine kompaktere Bauweise durch Verwendung der Sammlerelemente als zusätzliche Wärmetauscherfläche. Zusätzlich zu einer einfachen, günstigen Bauweise und unaufwändigen konstruktiven Auslegung kann somit auch eine Wärmeübertragung verbessert werden.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Wärmeübertrager
- 105
- Flachrohr
- 110
- erstes Sammlerelement
- 112
- Aussparung
- 114
- erstes Verbindungselement
- 115
- Trennelement
- 120
- zweites Sammlerelement
- 122
- Aussparung
- 124
- zweites Verbindungselement
- 125
- Trennelement
- 130
- Deckelement
- 131
- erster Verbindungsabschnitt
- 132
- zweiter Verbindungsabschnitt
- 133
- erste Fluidöffnung
- 134
- zweite Fluidöffnung
- 140
- erster Anschlussstutzen
- 145
- erster Dichtungsring
- 150
- zweiter Anschlussstutzen
- 155
- zweiter Dichtungsring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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