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Technisches Gebiet
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Wärmeübertrager mit einem Gehäuse, mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass, wobei das Gehäuse über den Fluideinlass und den Fluidauslass mit einem Fluidkreislauf in Fluidkommunikation steht, mit einem Strömungsleitelement im Inneren des Gehäuses, wobei das Gehäuse aus einem Gehäuseoberteil und einem wannenartigen Gehäuseunterteil gebildet ist, wobei das Gehäuseunterteil einen Bodenbereich und eine umlaufende Seitenwandung aufweist.
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Stand der Technik
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In Elektrofahrzeugen werden Energiespeicher eingesetzt, um einen Elektromotor zu betreiben. Als Energiespeicher kommen dabei oft Akkumulatoren auf Lithium-Ionen Basis oder Nickel-Metallhybrid-Akkumulatoren zum Einsatz. Alternativ dazu finden auch Hochleistungskondensatoren, sogenannte Super-Caps Einsatz.
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Bei alle genannten Energiespeichern kommt es während des Betriebs, insbesondere beim schnellen Laden und Entladen der Energiespeicher, zu einer starken Wärmeentwicklung.
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Temperaturen von ca. 50°C und mehr können jedoch die Energiespeicher beschädigen und ihre Lebensdauer maßgeblich reduzieren. Ebenso schädigen zu niedrige Temperaturen die Energiespeicher nachhaltig.
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Um die Leistungsfähigkeit der Energiespeicher zu erhalten, müssen diese daher aktiv temperiert werden. Hierbei überwiegen die Anteile der Kühlung deutlich. Die Kühlung kann beispielsweise durch das Einbringen von fluiddurchströmten Wärmeübertragern erfolgen. Bei den Wärmeübertragern handelt es sich nach Lösungen im Stand der Technik oft um fluiddurchströmte Elemente, die zwischen zwei flächigen Deckplatten ein oder mehrere Fluidkanäle aufweisen, welche von einem Fluid durchströmbar sind.
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Vorteilhafterweise werden dabei alle Zellen der Energiespeicher auf einem gleichmäßigen Temperaturniveau gehalten. Ebenso sollten starke Temperaturgradienten innerhalb der Zellen vermieden werden.
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Die Platten der Wärmeübertrager können im Falle der Kühlung von einem kalten Fluid durchströmt werden, zum Zwecke der Aufheizung können sie jedoch auch von einem warmen Fluid durchströmt werden.
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Um eine möglichst hohe Energieeffizienz zu erreichen, ist insbesondere in Elektrofahrzeugen eine möglichst gewichtsoptimierte Bauweise vorteilhaft.
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Im Stand der Technik sind Lösungen beschrieben, die Wärmeübertrager verwenden, die aus metallischen Materialien gefertigt sind. Eine solche Lösung offenbart beispielsweise das Gebrauchsmuster
DE 20 2012 102 349 U1 .
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Zum Erzeugen einer fluiddurchströmten Kühlkörpers ist es etwa bekannt, ein geprägtes Metallblech mit einem ebenen Metallblech zu verbinden, so dass das Fluid durch den von den beiden Metallblechen gebildeten Hohlraum strömen kann. Dabei werden die Metallbleche zum Zwecke der elektrischen Isolierung nach ihrer Verbindung mit einer Kunststofffolie beklebt. Die Metallbleche sind dabei oft aus Leichtbaumetallen, wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ausgeführt.
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Nachteilig an den Lösungen nach dem Stand der Technik ist insbesondere, dass die Wärmeübertrager vollständig aus einem metallischen Material, bspw. Aluminium, bestehen. Diese sind im Vergleich zu Ausführungen aus Kunststoff oder aus einer Mischung aus Aluminium und Kunststoff deutlich schwerer. Auch sind aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des Metalls eine mehr oder weniger aufwändige Isolation, sowie ein Potentialausgleich der Wärmeübertrager notwendig. Zusätzlich ist die Herstellung von Wärmeübertragern aus Aluminium energie- und kostenintensiv. Weiterhin sind durch den Einsatz von Löt-Hilfsstoffen wie beispielsweise Flussmitteln oft Nachbearbeitungsschritte notwendig.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wärmeübertrager bereitzustellen, der eine gewichtsoptimierte Gestaltung aufweist und dessen Herstellung weniger energie- und kostenintensiv ist. Darüber hinaus soll der Wärmeübertrager ohne eine zusätzliche thermische oder elektrische Isolierung ausgeführt sein.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Gehäuse, mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass, wobei das Gehäuse über den Fluideinlass und den Fluidauslass mit einem Fluidkreislauf in Fluidkommunikation steht, mit einem Strömungsleitelement im Inneren des Gehäuses, wobei das Gehäuse aus einem Gehäuseoberteil und einem wannenartigen Gehäuseunterteil gebildet ist, wobei das Gehäuseunterteil einen Bodenbereich und eine umlaufende Seitenwandung aufweist, wobei das Gehäuseunterteil eine Tragstruktur und eine Ummantelung aufweist, wobei die Tragstruktur zumindest teilweise von der Ummantelung umfasst ist und aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, und die Ummantelung aus einem Kunststoff gebildet ist, wobei das Gehäuseoberteil aus einem Kunststoff gebildet ist und das Gehäuseunterteil mit dem Gehäuseoberteil über einen Kunststoff-Kunststoff-Kontakt verbunden ist.
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Ein Wärmeübertrager aus einer Kombination von einem metallischen Werkstoff und einem Kunststoff zeichnet sich durch ein besonders geringes Gewicht, im Vergleich zu einem Wärmeübertrager, der vollständig aus Metall gefertigt ist, aus. Zusätzlich wird durch das Gehäuseoberteil aus Kunststoff eine elektrische Isolation erreicht und außerdem eine zusätzliche thermische Isolation. Durch einen metallischen Werkstoff der Tragstruktur ist zudem eine hohe Formstabilität des Gehäuses gewährleistet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass im Inneren des Gehäuses ein Strömungsleitelement angeordnet ist.
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Ein Strömungsleitelement im Inneren des Gehäuses ist besonders vorteilhaft, da über ein solches Element die Strömung im Inneren des Wärmeübertragers gezielt beeinflusst werden kann. Dies kann beispielsweise zu einer stärkeren Durchmischung des Fluids führen, was in einer homogeneren Temperaturverteilung resultiert.
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Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Tragstruktur eine Öffnung aufweist, in oder durch welche die Ummantelung die Tragstruktur zumindest teilweise ein- oder hintergreift.
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Durch eine oder mehrere Öffnungen in der metallischen Tragstruktur, kann die Ummantelung die Tragstruktur zumindest teilweise hintergreifen. Auf diese Weise kann die Verbindung zwischen der Tragstruktur und der Ummantelung verstärkt werden, da zusätzlich zu den Adhäsionskräften zwischen dem Kunststoff der Ummantelung, welcher beispielsweise an die Tragstruktur angespritzt wird, auch ein Formschluss entsteht, der die Tragstruktur in der Ummantelung fixiert.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das Strömungsleitelement durch eine Erhebung gebildet ist, welche aus der Tragstruktur ausgeformt ist.
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Das Strömungsleitelement oder die Strömungsleitelemente können in einfacher Weise hergestellt werden, indem sie beispielsweise in die Tragstruktur eingeprägt werden. Durch ein Prägeverfahren werden Teilbereiche der Tragstruktur aus der Hauptebene der Tragstruktur herausgedrückt und stehen somit erhaben über der Hauptebene der Tragstruktur. Das Ausformen eines Strömungsleitelementes aus der Tragstruktur selbst ist besonders günstig, da kein Zusätzliches Material benötigt wird. Außerdem ist das Ausformen von Erhebungen aus ebenen Materialien durch beispielsweise Prägen eine bekannte kostengünstige Technologie, die sich auch für die Massenfertigung eignet.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Strömungsleitelement im Bereich einer Öffnung in der Tragstruktur angeordnet ist.
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Vorteilhaft hieran ist insbesondere, dass durch die Öffnung ein Teil des Kunststoffes der Ummantelung beim Anspritzen an die Tragstruktur durch die Öffnung übertritt und die Tragstruktur somit zumindest teilweise hintergreift. Gleichzeitig füllt der Kunststoff den, durch das Ausformen des Strömungsleitelementes entstandenen Hohlraum aus und sorgt so für eine höhere Stabilität der Tragstruktur.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist das Strömungsleitelement die Öffnung an seiner Spitze, also dem am weitest entfernten Punkt von der Hauptebene der Tragstruktur auf. Das ist insbesondere vorteilhaft, da so der Kunststoff, welcher beim Anspritzen durch die Öffnung dringt, den höchsten Punkt der Tragstruktur bildet und damit das Gehäuseoberteil, welches das Gehäuseunterteil abschließt direkt mit dem Kunststoff an der Spitze des Strömungsleitelementes in Berührung kommt. Auf diese Weise kann ein Kunststoff-Kunststoff Kontakt zwischen dem Gehäuseunterteil und dem Gehäuseoberteil erzeugt werden.
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Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung, kann es vorgesehen sein, dass das Strömungsleitelement durch eine noppenartige Ausgestaltung der Ummantelung, welche die Öffnung in der Tragstruktur durchdringt, und/oder durch an das Gehäuseoberteil und/oder an die Tragstruktur angebrachte Kunststoffelemente, ausgebildet ist.
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Für den Fall, dass kein Strömungsleitelement durch Ausformen aus dem Material der Tragstruktur erzeugt wird, können Strömungsleitelemente durch den Anteil der Ummantelung gebildet werden, der durch Öffnungen in der Tragstruktur dringt. Die Formgebung der Strömungsleitelemente ist dabei weitestgehend frei wählbar. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da so eine gezielte Beeinflussung der Fluidströmung ermöglicht wird und gleichzeitig das Gesamtgewicht des Wärmeübertragers gering bleibt.
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Im Inneren des Gehäuses am Gehäuseober- oder unterteil angeordnete Strömungsleitelemente aus Kunststoff sind besonders vorteilhaft, da durch sie die Fluidströmung im Inneren des Gehäuses beeinflusst werden kann. Die Strömungsleitelemente können dabei entweder an das Gehäuseoberteil oder das Gehäuseunterteil angespritzt sein. Auf diese Weise erzeugte Strömungsleitelemente sind hinsichtlich ihres Gewichtes optimal und können in einer Vielzahl von Formen ausgeführt sein.
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Durch eine Mehrzahl von Strömungsleitelementen, welche in einem regelmäßigen oder unregelmäßigen Muster angeordnet sein können, kann innerhalb des Gehäuses ein vorteilhaftes Fluidströmungsbild erzeugt werden. Insbesondere kann die Strömung des Fluids so beeinflusst werden, dass insgesamt eine gleichmäßige Durchströmung des Gehäuses gewährleistet ist.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Tragstruktur im Bereich der Seitenwandung zumindest teilweise von der Ummantelung hintergriffen ist.
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Die Ummantelung hintergreift die Tragstruktur vorteilhafterweise an mehrere Stellen, damit ein haltbarer Formschluss erzeugt wird. Zusätzlich zu den evtl. in der Tragstruktur vorhandenen Öffnungen ist es daher besonders vorteilhaft, wenn die Ummantelung die Tragstruktur auch im Bereich der Seitenwandungen hintergreift. Zusätzlich bildet die Ummantelung an der Stelle, an der sie die Tragstruktur an den Seitenwandungen hintergreift, eine weitere Verbindungsstelle, an welcher die Tragstruktur mit dem Gehäuseoberteil mit einem Kunststoff-Kunststoff Kontakt verbunden werden kann.
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Mit hintergreifen ist hierbei gemeint, dass der Kunststoff der Ummantelung von dem Bereich seitlich an den Seitenwandungen bis über den oberen Bereich der Seitenwandungen geführt ist und somit der Kunststoff der Ummantelung den höchsten Punkt des Gehäuseunterteils ausbildet.
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In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung kann es außerdem vorgesehen sein, dass im montierten Zustand die Ummantelung mit dem Gehäuseoberteil im Bereich der Öffnung des Strömungsleitelementes und/oder im Bereich der Seitenwandung verbunden ist.
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Insbesondere an diesen beschriebenen Bereichen kann vorteilhafterweise ein Kunststoff-Kunststoff Kontakt zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil vorherrschen. Dies führt dazu, dass beide Teile besonders einfach miteinander verbunden werden können. Idealerweise ist der Kunststoff-Kunststoff Kontakt zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil vollständig umlaufend ausgeführt, um Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil in einem Arbeitsgang fluiddicht miteinander verbinden zu können.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Tragstruktur und die Ummantelung formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
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Eine formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung ist vorteilhaft, um eine möglichst große Lebensdauer des Wärmeübertragers erreichen zu können. Dabei ist es beispielsweise vorstellbar, dass die Ummantelung als gesondertes Teil bereits gefertigt ist und die Tragstruktur in diese Ummantelung eingedrückt wird. Die Herstellung der Ummantelung erfolgt dabei beispielsweise durch Spritzgießen. Die vorherrschende Verbindungsform in diesem Fall ist der Formschluss, der durch das eingreifen und/oder das hintergreifen der Ummantelung in oder um die Tragstruktur entsteht.
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Alternativ kann die Ummantelung auch direkt an die Tragstruktur angesprizt werden. In diesem Fall tritt neben der formschlüssigen Verbindung auch eine stoffschlüssige Verbindung auf.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn der der Wärmeübertrager den Fluideinlass und den Fluidauslass am Gehäuseoberteil oder am Gehäuseunterteil aufweist.
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Zur Anbindung an einen Fluidkreislauf weist der Wärmeübertrager vorteilhafterweise eine Fluideinlass und einen Fluidauslass auf. Je nach verfügbarem Bauraum, kann eine Anordnung des Fluideinlasses und des Fluidauslasses entweder auf dem Gehäuseoberteil oder dem Gehäuseunterteil vorteilhaft sein.
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Darüber hinaus ist es zu bevorzugen, wenn der Wärmeübertrager den Fluideinlass am Gehäuseoberteil aufweist und den Fluidauslass am Gehäuseunterteil aufweist oder, oder dass der Wärmeübertrager den Fluidauslass am Gehäuseoberteil aufweist und den Fluideinlass am Gehäuseunterteil aufweist.
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Wenn der Wärmeübertrager beispielsweise in einer Reihenschaltung mit einem oder mehreren weiteren Wärmeübertragern verwendet wird, kann es vorteilhaft sein, wenn der Fluideinlass oder der Fluidauslass auf dem Gehäuseoberteil angeordnet sind, und der jeweils andere Fluidein- bzw. Auslass auf dem Gehäuseunterteil des Wärmeübertragers.
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Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Innenvolumen des Gehäuses in zumindest eine erste Kammer und eine zweite Kammer aufgeteilt ist, die an zumindest einer Stelle miteinander in Fluidkommunikation stehen.
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Über eine solche Aufteilung des Innenvolumens des Wärmeübertragers kann eine Durchströmung des Wärmeübertragers erreicht werden, bei der das Fluid insgesamt im Wesentlichen einmal in seiner Hauptströmungsrichtung um etwa 180° umgelenkt wird. Das Fluid durchströmt dabei den Wärmeübertrager länger als bei einer einfachen Durchströmung, bei der das Fluid an einem Ende des Wärmeübertragers einströmt und am gegenüberliegenden Ende wieder ausströmt, wodurch insgesamt ein größerer Wärmeübergang stattfinden kann. Zusätzlich kann darüber eine homogenere Temperaturerteilung im Wärmeübertrager erreicht werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es außerdem vorgesehen sein, dass das Gehäuseunterteil eine U-förmige Grundform aufweist, welche durch zwei Schenkel und einen Verbindungsbereich gebildet ist, wobei der Fluideinlass und der Fluidauslass jeweils an einem der, von dem Verbindungsbereich abgewandten, Endbereiche der Schenkel angeordnet sind.
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Durch eine solche Gestaltung des Wärmeübertragers wird erreicht, dass das Fluid den Wärmeübertrager in einer vorgegebenen Richtung durchströmt. Das Fluid strömt dabei durch den Fluideinlass in den Wärmeübertrager ein und strömt entlang einem der Schenkel hin zum Verbindungsbereich, der die Schenkel in einem ihrer Endbereiche miteinander verbindet. Von dort strömt das Fluid in den zweiten Schenkel und strömt im Wesentlichen um 180° umgelenkt im Gegenstrom zu dem ersten Schenkel, hin zum Fluidauslass.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht des Gehäuseunterteils, mit einer metallischen Tragstruktur mit einem Bodenbereich und Seitenwandungen, die von einer Ummantelung teilweise umfasst und hintergriffen sind,
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2 eine perspektivische Ansicht der metallischen Tragstruktur gemäß 1,
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3 eine perspektivische Ansicht der Ummantelung gemäß 1,
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4 einen Schnitt durch das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil, wobei das Gehäuseunterteil zusätzliche Strömungsleitelemente aufweist,
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5 eine perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers mit einem Gehäuse aus einem Geäuseunterteil gemäß den 1 bis 4 und einem Gehäuseoberteil, wobei der Wärmeübertrager eine U-förmige Grundform aufweist, die durch zwei Schenkel und einen, die beiden Schenkel verbindenden Verbindungsbereich gebildet ist, und
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6 eine weitere perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers gemäß 5.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht des Gehäuseunterteils 1. Das Gehäuseunterteil 1 ist im Wesentlichen durch eine Tragstruktur 3 gebildet, welcher von einer Ummantelung 2 teilweise umfasst ist. Die Tragstruktur 3 besteht dabei aus einem metallischen Werkstoff und ist im Wesentlichen durch eine ebene Fläche gebildet, welche seitlich umlaufend aufgestellte Seitenwandungen 6 aufweist.
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In der Bodenfläche 7 der Tragstruktur 3 sind Strömungsleitelemente 4, welche in 1 durch noppenartige Ausformungen dargestellt sind, angeordnet. Diese Strömungsleitelemente 4 können etwa durch einen Prägevorgang aus dem Grundmaterial der Tragstruktur 3 erzeugt werden. Die Strömungsleitelemente 4 können dabei sowohl in regelmäßigen als auch in unregelmäßigen Mustern in die Tragstruktur 3 eingebracht werden. Die in 1 gezeigten Strömungsleitelemente 4 weisen an ihrer von der Tragstruktur 3 abgewandten Spitze eine Öffnung 5 auf.
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Durch die vollständig umlaufenden Seitenwandungen 6 entsteht eine wannenartige Struktur der Tragstruktur 3. Eine solche Struktur der Tragstruktur 3 kann etwa durch einen Tiefziehvorgang erzeugt werden. Vorteilhafterweise ist die Tragstruktur 3 aus einem gut wärmeleitenden Material, wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung erzeugt.
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In der Darstellung der 1 ist die Tragstruktur 3 mit einer Ummantelung 2, welche vorteilhafterweise aus einem Kunststoff besteht, zumindest teilweise hintergriffen. Bei der Ummantelung 2 handelt es sich um einen angespritzten Kunststoff, welcher von außen um die Tragstruktur 3 gespritzt wurde.
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Dabei füllt der Kunststoff der Ummantelung 2 die Strömungsleitelemente 4, welche aus dem Grundmaterial der Tragstruktur 3 ausgeformt wurden, vollständig aus. Der Kunststoff der Ummantelung 2 tritt dabei beim Anspritzen auch durch die Öffnungen 5 der Strömungsleitelemente 4 nach oben durch die Tragstruktur 3 hindurch und hintergreift somit die Strömungsleitelemente 4 zumindest teilweise. Die Seitenwandungen 6 der Tragstruktur 3 sind ebenso von dem Kunststoff der Ummantelung 2 hintergriffen. Der genaue Aufbau dieser Kunststoffummantelung wird in der 3 erläutert.
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Die Tragstruktur 3 ist somit mit der Ummantelung 2 durch eine formschlüssige Verbindung, welche sowohl an den Öffnungen 5 der Strömungsleitelemente 4 entsteht, als auch an den oberen Endbereichen der Seitenwandungen 6, verbunden.
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In einer alternativen Ausführung könnte das Gehäuseunterteil auch eine Tragstruktur aufweisen, welcher anstelle der ausgeformten Strömungsleitelemente lediglich eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist. Diese Öffnungen können dann durch das Anspritzen der Ummantelung ebenfalls ausgefüllt werden und zumindest teilweise von dem Kunststoff der Ummantelung überdeckt werden, so dass ein Formschluss zwischen der Ummantelung und der Tragstruktur entsteht. Alternativ könnte auch eine Ausformung von Strömungsleitelementen nur durch die Kunststoffmasse der Ummantelung vorgesehen sein. Ein rein aus dem Kunststoff gebildetes Strömungsleitelement könnte in seiner Formgebung sehr frei gestaltet werden.
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Das Gehäuseunterteil 1 ist so gestaltet, dass jeweils die von der Bodenfläche abgewandten Seiten der Tragstruktur 3 vollständig von der Ummantelung 2 hintergriffen sind. Auf diese Weise ist der Kunststoff der Ummantelung 2 das Element, das die Tragstruktur 3 nach oben hin abschließt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da im Späteren ein Gehäuseoberteil auf das Gehäuseunterteil 1 aufgesetzt wird. Das Gehäuseoberteil besteht dabei vorzugsweise aus einem Kunststoff.
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Durch die Ausbildung des Gehäuseunterteils 1, wie in 1 beschrieben, ist es möglich, eine reine Kunststoff-Kunststoff Verbindung zwischen dem Gehäuseunterteil 1 und dem Gehäuseoberteil herzustellen. Das Gehäuseunterteil 1 und das Gehäuseoberteil lassen sich aufgrund des Kontakts mit gleichen Materialien besonders leicht miteinander verbinden. Hier können beispielsweise Schweißverfahren angewendet werden, um zwei Kunststoffe miteinander fluiddicht zu verbinden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da die Verfahren kostengünstig und im Rahmen einer Massenproduktion anwendbar sind. Weiterhin muss kein metallischer Werkstoff gefügt werden oder nachbearbeitet werden.
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Die 2 zeigt die bereits in 1 dargestellte Tragstruktur 3 in einer Einzelansicht. Zu erkennen ist im Wesentlichen die Mehrzahl der Strömungsleitelemente 4, welche durch einen Prägevorgang aus der Tragstruktur 3 ausgeformt sind. Die Strömungsleitelemente 4 weisen an ihrem obersten Punkt eine Öffnung 5 auf. Ebenso sind die Seitenwandungen 6 zu erkennen, welche die Tragstruktur 3 zu einem wannenartigen Element machen.
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Die 3 zeigt die Ummantelung 2, welche bereits in 1 gezeigt wurde in einer Einzelansicht. Besonders gut zu erkennen ist, dass die Ummantelung 2 im Wesentlichen der Außenkontur der Tragstruktur 3 nachgeformt ist. Dementsprechend weist die Ummantelung 2 ebenso Seitenwandungen 10 auf, welche an den Neigungswinkel und die Höhe der Seitenwandungen 6 der Tragstruktur 3 angepasst sind. Am oberen Endbereich der Seitenwandungen 10 weist die Ummantelung 2 eine umlaufende Lippe 11 auf, welche jeweils die oberen Bereiche der Seitenwandungen 6 der Tragstruktur 3 hintergreift. Durch die umlaufende Lippe 11 wird ein Formschluss der Ummantelung 2 mit der Tragstruktur 3 erzeugt. Außerdem wird auf diese Weise sichergestellt, dass der höchste Punkt des Gehäuseunterteils 1 durch den Kunststoff der Ummantelung 2 gebildet ist.
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Weiterhin ist zu erkennen, dass in der Ummantelung 2 Noppen 8 ausgebildet sind, welche im endmontierten Zustand im Inneren der Strömungsleitelemente 4 der Tragstruktur 3 liegen. Besonders gut zu erkennen ist in der 3 der tellerartige Überstand 9 am Ende der Noppen 8. Dieser tellerartige Überstand 9 hintergreift die Strömungsleitelemente 4 der Tragstruktur 3 und stellt somit einen weiteren Formschluss zwischen der Ummantelung 2 und der Tragstruktur 3 dar. Außerdem wird durch den tellerartigen Überstand 9 weiterhin erreicht, dass zwischen dem Gehäuseunterteil 1 und dem Gehäuseoberteil auch hier eine Kunststoff-Kunststoff Verbindung erzeugt wird.
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Die Ummantelung 2 dient zum einen einer elektrischen Isolation der Tragstruktur 3 und weiterhin auch der Abdichtung des Gehäuses.
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Die Tragstruktur 3 und die Ummantelung 2 sind somit sowohl durch formschlüssige Hintergreifung als auch durch die natürliche Adhäsion zwischen dem Kunststoff und der Tragstruktur 3 miteinander verbunden. Aufgrund des hohen Kunststoffanteils des Gehäuseunterteils 1 ist die gezeigte Ausführung wesentlich leichter als etwa eine Ausführung, die vollständig aus metallischen Materialien gefertigt ist.
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Die 4 zeigt einen Schnitt durch einen Teilbereich des Wärmeübertragers 27. Dem Gehäuseunterteil 28 ist nun ein Gehäuseoberteil 29 gegenübergestellt.
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Gut zu erkennen ist, dass die jeweils dem Gehäuseoberteil 29 zugewandten Bereiche des Gehäuseunterteils 28 jeweils aus dem Kunststoff der Ummantelung 21 bestehen. Auf diese Weise wird der bereits vorher beschriebene Kunststoff-Kunststoff Kontakt zwischen dem Gehäuseunterteil 28 und dem Gehäuseoberteil 29 erzeugt.
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Wie auch in den vorangegangenen 1 bis 3 ist auch in 4 eine Tragstruktur 22 von einer Ummantelung 21 umfasst. Die Tragstruktur 22 weist Strömungsleitelemente 23 auf, die ähnlich der 1 bis 3 durch eine Prägeverfahren ausgeformt wurden. Die Strömungsleitelemente 23 sind vollständig von dem Kunststoff der Ummantelung 21 ausgefüllt. An den Öffnungen der Strömungsleitelemente 23 hintergreift der Kunststoff die Tragstruktur 22. An den Randbereichen der Tragstruktur 22 hintergreift die Ummantelung 21 mit einer Lippe 25 die Tragstruktur 22.
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Zusätzlich zu den 1 bis 3 ist nun in 4 noch eine alternative Ausgestaltung von Strömungsleitelementen dargestellt. Das Strömungsleitelement 26 ist durch eine zusätzliche Öffnung, welche in der Tragstruktur 22 angebracht ist, erzeugt. Das Strömungsleitelement 26 besteht vollständig aus dem Kunststoff, welcher auch die Ummantelung 21 bildet.
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Erzeugt wird das Strömungsleitelement 26 durch Kunststoff, welcher während des Anspritzvorgangs durch die Öffnung in die Tragstruktur 22 dringt. Die Formgebung des Strömungsleitelementes 26 kann dabei entweder ohne spezifische Vorgaben erfolgen oder aber durch das Vorsehen eines Formteiles, welches während des Anspritzvorgangs an der Innenseite der Tragstruktur 22 angeordnet ist, wodurch der durch die Öffnung strömende Kunststoff dort in eine spezielle Form gebracht wird.
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Die 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers 30, welcher aus einem Gehäuseunterteil 31 und einem Gehäuseoberteil 32, wie sie bereits in den 1 bis 4 beschrieben wurden, gebildet ist. Das Gehäuseunterteil 31 weist an seiner Außenseite einen Fluideinlass 33 und einen Fluidauslass 34 auf. Dabei ist das Gehäuseunterteil 31 in einer U-förmigen Grundform ausgebildet. Die U-förmige Grundform ist im Wesentlichen durch zwei parallel zueinander verlaufende Schenkel 36, 37 gebildet und einen Verbindungsbereich 38, welcher den Schenkel 36 mit dem Schenkel 37 verbindet. Die beiden Schenkel 36, 37 sind über den größten Teil ihrer Erstreckung durch den Spalt 35 voneinander getrennt.
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Das Gehäuseoberteil 32 ist im Wesentlichen der Grundform des Gehäuseunterteils 31 nachgebildet. Das Gehäuseoberteil 32 besteht aus Kunststoff. Mit dem Gehäuseoberteil 32 kann das Gehäuseunterteil 31 passgenau fluiddicht abgeschlossen werden kann.
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Alternativ zu der in 5 gezeigten Ausführung können der Fluideinlass 33 sowie der Fluidauslass 34 auch an der Gehäuseoberseite 32 angeordnet sein. Außerdem ist es vorsehbar, den Fluideinlass am Gehäuseunterteil 31 und den Fluidauslass am Gehäuseoberteil anzuordnen. Ebenso ist eine Umkehrung dieser Anordnung vorsehbar.
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In der gezeigten Ausführung der 5 sind sowohl der Fluideinlass 33, als auch der Fluidauslass 34 an einem der Endbereiche der Schenkel 36, 37 angeordnet. Am anderen Ende der Schenkel 36, 37 ist der Verbindungsbereich 38 des Gehäuseunterteils 31 angeordnet. Der Wärmeübertrager 30 wird demnach durch den Fluideinlass 33 mit einem Fluid befüllt, welches sich dann entlang des Schenkels 36 durch den Wärmeübertrager 30 ausbreitet. Am Verbindungsbereich 38 strömt das Fluid vom Schenkel 36 in den Schenkel 37 über und wird dabei im Wesentlichen um 180° in seiner Hauptströmungsrichtung umgelenkt. Anschließend strömt das Fluid durch den Schenkel 37 zurück in Richtung des Fluidauslasses 34. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass innerhalb des Wärmeübertragers 30 eine gerichtete Fluidströmung entsteht und alle Bereiche des Wärmeübertragers 30 vom Fluid umströmt werden.
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Im Inneren des Wärmeübertragers 30 entstehen durch die zwei Schenkel 36, 37 praktisch zwei Kammern, die über den Verbindungsbereich 38 miteinander in Fluidkommunikation stehen. Der Verbindungsbereich 38 erlaubt dabei den Fluidübertritt zwischen den beiden Kammern.
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Alternativ zu der in 5 gezeigten Ausführung, welche einen Spalt 35 zur Trennung der Schenkel 36, 37 aufweist, ist es ebenso vorsehbar, das Gehäuseunterteil 31 als rechteckige Grundform auszuführen und im Inneren des Wärmeübertragers eine Trennwand anzuordnen, welche das Innenvolumen des Wärmeübertragers im Wesentlichen in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt. Die Trennwand ist dabei so gestaltet, dass die erste Kammer und die zweite Kammer zumindest an einer Stelle miteinander in Fluidkommunikation stehen. Das Gehäuseoberteil 32 ist dabei ebenfalls durch eine im Wesentlichen rechteckige Grundform gebildet. Der in 5 gezeigte Spalt ist dabei optional und kann auch entfallen.
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Vorteilhaft an der in 5 gezeigten Darstellung ist, dass zwischen dem Schenkel 36 und dem Schenkel 37 eine thermische Isolation aufgrund des Spaltes 35 vorgesehen ist. Davon ausgehend, dass das Temperaturniveau des Fluids in den Schenkeln 36, 37 voneinander abweicht, ist somit verhindert, dass ein Temperaturausgleich zwischen dem Fluid im Schenkel 36 und dem Schenkel 37 stattfindet.
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Die 6 zeigt eine Ansicht eines Wärmeübertragers 30 gemäß der 5. Zu erkennen ist in Ergänzung zur 5 nun wie die Strömungsleitelemente 39 im Gehäuseunterteil 31 angeordnet sind. Wie schon in den 1 bis 4 gezeigt und erläutert, ist eine Vielzahl von Strömungsleitelementen 39 auf der Tragstruktur des Gehäuseunterteils 31 angeordnet. Die Strömungsleitelemente 39 dienen zum einen der Steuerung der Fluidströmung im Inneren des Wärmeübertragers 30 und gleichzeitig wird durch die Strömungsleitelemente eine möglichst turbulente Strömung innerhalb des Wärmeübertragers 30 erzeugt, um ein möglichst gleichmäßiges Temperaturniveau innerhalb des Wärmeübertragers 30 sicherzustellen.
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Der Wärmeübertrager 30 in den 5 und 6 ist jeweils nach einem U-Durchströmungsprinzip durchströmt. In alternativen Ausführungsformen ist es ebenso vorsehbar, einen Wärmeübertrager mit einem Gehäuseunterteil bzw. einem Gehäuseoberteil, wie in den Figuren beschrieben zu erzeugen, welcher durch eine I-Durchströmung durchströmt wird. Dazu wäre die Anordnung des Fluideinlasses und des Fluidauslasses entsprechend zu wählen.
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Grundsätzlich ist der Aufbau eines Gehäuseunterteils 1, 31, wie in den 1 bis 6 gezeigt, in jeder Grundform möglich. Die in den 1 bis 6 gezeigte, im Wesentlichen rechteckige, Grundform des Gehäuseunterteils 1, 31 bzw. des Gehäuseoberteils 32 ist hier lediglich beispielhaft und stellt keine Beschränkung dar. Ebenso sind die gezeigten Fluideinlässe 33 bzw. Fluidauslässe 34 lediglich als beispielhafte Darstellung eines Fluidzugangs bzw. Fluidabgangs zu verstehen. Neben den gezeigten rohrartigen Stutzen sind beispielsweise auch abgewinkelte Rohrleitungen oder einfache Öffnungen, welche über Zu- und Ableitungen kontaktiert werden, vorsehbar. Auch die Formgebung und Anordnung der Strömungsleitelemente 4, 23, 26, 39 ist lediglich beispielhaft und besitzt keine beschränkende Wirkung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012102349 U1 [0009]
