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Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem sowie ein Verfahren, mit deren Hilfe eine Fluidleitung in einem Kraftfahrzeug dreidimensional gestaltet werden kann.
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Aus
EP 1 950 065 A1 ist ein Klimakreislauf für eine Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem die einzelnen Funktionseinheiten des Kältekreislaufs, wie Kompressor, Kondensator, Expansionsorgan, Verdampfer, über definierte Schnittstellen miteinander verbunden sind, so dass die Funktionseinheiten leicht durch andere Funktionseinheiten mit einer anderen Leistung bei unveränderten Schnittstellen ausgetauscht werden können, um den Kältekreislauf an unterschiedliche Anforderungen verschiedener Kraftfahrzeugtypen anpassen zu können.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis Sekundärsysteme eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise einen Kältekreislauf, an unterschiedliche Anforderungen verschiedener Kraftfahrzeugtypen schnell und kostengünstig anpassen zu können.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine schnelle und kostengünstige Anpassung von Sekundärsystemen eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Kältekreislaufs, an unterschiedliche Anforderungen verschiedener Kraftfahrzeugtypen ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Baukastensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Baukastensystem zur dreidimensionalen Gestaltung einer Fluidleitung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einer Kälteleitung einer Kälteanlage des Kraftfahrzeugs, vorgesehen mit mindestens einem im Wesentlichen gerade verlaufenden Rohrstück, mindestens einem im Wesentlichen gebogen verlaufenden Krümmer, mindestens einem Verbindungsstück zum Verbinden des Rohrstücks mit einem weiteren Rohrstück, zum Verbinden des Krümmers mit einem weiteren Krümmer und zum Verbinden des Rohrstücks mit dem Krümmer, wobei das Rohrstück und/oder der Krümmer und/oder das Verbindungsstück von Hand verbiegbar und durch Energieeintrag härtbar ausgestaltet ist.
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Mit Hilfe des Baukastensystems kann eine erst noch herzustellende Fluidleitung als Musterleitung modelliert werden. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass bei einer Entwicklung eines neuen Kraftfahrzeugs bei der Anordnung der jeweiligen Baueinheiten des Kraftfahrzeugs in einem Platznutzungskonzept („Packaging“) bereits ein Modellkraftfahrzeug vorliegt, an dem die zu einem erst sehr späten Entwicklungszeitung anzuordnenden Fluidleitungen positioniert werden können. Mit Hilfe der Rohrstücke und der Krümmer des Baukastensystems kann die spätere Fluidleitung aus mehreren Einzelstücken zusammengesetzt werden. Mit Hilfe der Verbindungsstücke können die mehreren eher kurzen Einzelteile der Fluidleitung miteinander verbunden werden. Durch ein Verbiegen der Rohrstücke und/oder der Krümmer kann die dreidimensionale Formgestaltung der Fluidleitung auch bei einem geometrisch sehr komplexen Leitungsverlauf an die geometrischen Besonderheiten des noch vorhandenen Bauraums angepasst werden. Eine Computersimulation des sich im Entwicklungsstadium häufig noch stark ändernden vorhandenen Bauraums kann dadurch eingespart werden.
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Hierbei ist es insbesondere nicht erforderlich den noch vorhandenen Bauraum zu vermessen. Stattdessen ist es möglich mit Hilfe der zusammengesetzten und geeignet gebogenen Einzelteile der Fluidleitung aus dem Baukastensystem die Fluidleitung ohne besonderen Messaufwand zu modellieren. Wenn eine geeignete Formgestaltung für die Fluidleitung in dem Modellkraftfahrzeug gefunden ist, kann diese dreidimensionale Gestaltung der Fluidleitung fixiert werden, indem die Einzelteile der als Musterleitung vorliegenden Fluidleitung durch den Energieeintrag, beispielsweise durch IR- und/oder UV-Strahlung, gehärtet werden. Im gehärteten Zustand ist diese Musterleitung soweit biegefest, dass sich die Musterleitung unter ihrem Eigengewicht und den bei der nachfolgenden Handhabung auftretenden Kräften nicht Wesentlich verbiegt. Dadurch kann die gehärtete Musterleitung leicht von dem Modellkraftfahrzeug demontiert und als Urmuster für die Gestaltung der Fluidleitung des zukünftigen Serienkraftfahrzeugs verwendet werden. Beispielsweise kann die gehärtete Musterleitung, vorzugsweise durch berührungslose optische Abtastverfahren, vermessen und deren dreidimensionale Formgebung in ein CAD-System importiert werden. Auf der Basis dieser CAD-Daten kann die weitere Konstruktion und Entwicklung der Fluidleitung erfolgen, beispielsweise um eine Fertigung der Fluidleitung zu planen und gegebenenfalls eine Negativform für die Fertigung der Fluidleitung durch Kunststoffspritzguss zu fertigen. Durch die mit Hilfe der Einzelteile des Baukastensystems individuell zusammensetzbare und in die geeignete Formgebung verbiegbare Fluidleitung kann nach einem Härten der Fluidleitung die gehärtete Fluidleitung ohne besonderen vorherigen Simulations- und Messaufwand als Urform für die Gestaltung der Fluidleitung in dem Serienkraftfahrzeug verwendet werden, so dass eine schnelle und kostengünstige Anpassung von Sekundärsystemen eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Kältekreislaufs, an unterschiedliche Anforderungen verschiedener Kraftfahrzeugtypen ermöglicht ist.
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Mit Hilfe des Baukastensystems kann die Fluidleitung ohne Messaufwand kollisionsfrei geplant werden. Zudem kann ein Routingentwurf der Fluidleitung anschaulich am Modellkraftfahrzeug dargestellt werden und mögliche Problembereiche schnell identifiziert werden. Hierbei wird zudem die Erkenntnis ausgenutzt, dass bei einer Anpassung der Sekundärsysteme an unterschiedliche Kraftfahrzeugtypen unterschiedliche Leistungsniveaus der Sekundärsysteme vorliegen, wobei die unterschiedlichen Leistungsniveaus wiederum Auswirkungen auf den Bauraum der jeweiligen Funktionseinheiten der betrachteten Sekundärsystems haben. Da die Fluidleitung schnell und kostengünstig an eine sich über die unterschiedlichen Kraftfahrzeugtype verschiedene Anschlussgeometrie und Anschlusslage angepasst werden kann, ist es nicht erforderlich definierte Schnittstellen vorzusehen, die bezüglich des Bauraums für das Worst-case-Scenario ausgelegt werden müssten. Stattdessen kann bei kleiner bauenden Funktionseinheiten entsprechend mehr Bauraum freigegeben werden, der beispielsweise eine bessere passive Kühlung und einen geringeren Energieaufwand für eine aktive Kühlung ermöglicht.
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Das Rohrstück und/oder der Krümmer und/oder das Verbindungsstück ist beispielsweise auf Basis eines durch Infrarot-Strahlung (IR-Strahlung) härtbares Venylpolymer oder auf Basis eines durch Ultraviolett-Strahlung (UV-Strahlung) härtbares Acrylat, beispielsweise PMMA, hergestellt. Das Verbindungstück kann insbesondere zur Verbindung von mehr als zwei Einzelteilen des Baukastensystems, das heißt des Rohrstücks und/oder des Krümmers, ausgestaltet sein. Das Verbindungsstück kann dadurch beispielsweise als Verzweigung genutzt werden. Das Rohrstück, der Krümmer und/oder das Verbindungsstück weisen insbesondere gleiche aufeinander abgestimmte Verbindungsgeometrien auf, wobei es möglich ist, dass jeweils ein männliches und ein weibliches Ende ausgebildet sind. Die mit Hilfe des Baukastensystems gestaltete Fluidleitung ist insbesondere eine Kälteleitung einer Kälteanlage des Kraftfahrzeugs, beispielsweise zur Kühlung einer zum rein elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Traktionsbatterie.
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Insbesondere ist ein minimaler Biegeradius für das Rohrstück und/oder für den Krümmer und/oder für das Verbindungsstück durch eine dreidimensionale Außenkonturierung begrenzt, wobei die Außenkonturierung insbesondere zueinander in Längsrichtung beabstandete, radial abstehende Erhebungen aufweist, wobei die Erhebungen bei Erreichung des minimalen Biegeradius aneinander anschlagen. Durch die Begrenzung des Biegeradius auf ein konstruktiv vorgegebenes Minimum kann vermieden werden, dass strömungsungünstige Biegungen im Strömungsweg des Fluids der Fluidleitung auftreten. Der Druckverlust der Fluidleitung kann dadurch gering gehalten werden.
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Vorzugsweise weist das Rohrstück und/oder der Krümmer geometrisch ausgebildete Sollschnittstellen zum Zerteilen des Rohrstücks beziehungsweise des Krümmers mit Hilfe einer Messerschneide auf, wobei die Sollschnittstellen insbesondere durch ein Verjüngung des Außendurchmessers und/oder eine Verjüngung einer Wandstärke ausgebildet sind. Das Rohrstück und/oder der Krümmer kann dadurch beispielsweise mit Hilfe eines Messers oder einer Schere gekürzt werden, um kürzere Strecken der Fluidleitung durch die entsprechenden Einzelteile des Baukastensystems ausbilden zu können. Dadurch ist es möglich die Anzahl der Einzelteile des Baukastensystems gering zu halten, da kürzere Teilstrecken der späteren Fluidleitung leicht durch ein Zerteilen der für größere Teilstrecken dimensionierten Einzelteile gewonnen werden können.
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Besonders bevorzugt sind das Rohrstück und/oder der Krümmer und/oder das Verbindungsstück durch einen Energieeintrag stoffschlüssig miteinander verbindbar. Ein Auseinanderfallen der Fluidleitung in gehärteten Zustand bei einer nachfolgenden Handhabung kann dadurch vermieden werden. Der zum Härten der provisorisch ausgeformten Fluidleitung vorgesehene Energieeintrag kann dadurch insbesondere genutzt werden, um die aus dem Baukastensystem für die Ausgestaltung der Fluidleitung genutzten Einzelteile miteinander zu verkleben und/oder miteinander zu verschweißen.
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Insbesondere ist der Energieeintrag zum Härten und/oder zum Verbinden durch Hitzeeinbringung und/oder Bestrahlung, insbesondere mit UV-Strahlung und/oder IR-Strahlung, bereitstellbar. Der Energieeintrag kann dadurch auch bei einer verwinkelten und schwer zugänglichen Geometrie der Fluidleitung leicht an alle Stellen der Fluidleitung in ausreichender Menge eingebracht werden. Die Fluidleitung kann dadurch über ihren ganzen Verlauf gehärtet werden, ohne dass an einzelnen Stellen eine zu hohe lokale Temperatur auftritt.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur dreidimensionalen Gestaltung einer Fluidleitung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere unter Verwendung eines Baukastensystems, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, bei dem mindestens ein im Wesentlichen gerade verlaufendes Rohrstück und mindestens ein im Wesentlichen gebogen verlaufender Krümmer in einem Modellkraftfahrzeug positioniert werden, das Rohrstück und/oder der Krümmer in einen gewünschten dreidimensionalen Verlauf der Fluidleitung gebogen und miteinander verbunden werden, nachfolgend das Rohrstück und/oder der Krümmer zur Ausbildung einer biegefesten Musterleitung gehärtet wird, nachfolgend die Musterleitung vermessen wird und nachfolgend auf Grundlage der vermessenen Musterleitung eine Gestaltungsvorlage zur Herstellung der Fluidleitung erstellt wird. Durch die mit Hilfe der Einzelteile des Baukastensystems individuell zusammensetzbare und in die geeignete Formgebung verbiegbare Fluidleitung kann nach einem Härten der Fluidleitung die gehärtete Fluidleitung ohne besonderen vorherigen Simulations- und Messaufwand als Urform für die Gestaltung der Fluidleitung in dem Serienkraftfahrzeug verwendet werden, so dass eine schnelle und kostengünstige Anpassung von Sekundärsystemen eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Kältekreislaufs, an unterschiedliche Anforderungen verschiedener Kraftfahrzeugtypen ermöglicht ist.
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Die Gestaltungsvorlage kann auf Basis der in ein CAD-System importierten Messdaten der vermessenen Musterleitung erstellt werden. Die Gestaltungsvorlage kann beispielsweise in der Form einer Fertigungszeichnung zur Fertigung der Fluidleitung und/oder in der Form einer Fertigungszeichnung zur Fertigung einer Negativform der Fluidleitung, mit dessen Hilfe die Fluidleitung im industriellen Maßstab gefertigt werden soll, vorliegen. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der mit Hilfe des vorstehend beschrieben aus- und weitergebildeten Verfahrens erhältlichen Gestaltungsvorlage zum Zwecke der Herstellung der Fluidleitung und/oder einer Negativform zur Herstellung der Fluidleitung.
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Insbesondere erfolgt das Vermessen der Musterleitung mit Hilfe eines optischen Abtastverfahrens, insbesondere mit Hilfe eines 3D-Scanners. Dadurch kann die Formgestaltung der Musterleitung leicht mit einer hohen Präzision in ein CAD-System importiert werden.
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Vorzugsweise sind das Rohrstück und der Krümmer hohl ausgeführt, wobei nach dem Biegen der Fluidleitung in den gewünschten dreidimensionalen Verlauf die Fluidleitung mit einem härtbaren Fluid, insbesondere Harz, Schaum, Kunststoff, ausgefüllt wird und das Fluid gehärtet wird. Durch das gehärtete Fluid kann die Musterleitung bereits von innen her versteift werden, um die aktuelle Formgebung fixieren zu können.
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Besonders bevorzugt wird das Vermessen der Musterleitung auf Grundlage einer Vermessung des gehärteten Fluids durchgeführt. Dadurch erfolgt die Vermessung der Fluidleitung durch ein Vermessen des Hohlraums der Fluidleitung. Dies ermöglicht es bei der Modelleitung an der Außenseite geometrische Objekte, beispielsweise Abstandshalter, vorzusehen, die zwar für die Formgebung und/oder die Positionierung der Musterleitung gebraucht werden aber in der für das Serienfahrzeug vorgesehenen Fluidleitung nicht vorgesehen sind. Es kann mit Hilfe der Außenseite des ausgehärteten Fluids die Innenwand der Fluidleitung vermessen werden, ohne dass es erforderlich ist die Außenwand der Modelleitung zu vermessen.
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Insbesondere wird eine mit Hilfe der Gestaltungsvorlage definierte Fluidleitung hergestellt. Durch die Gestaltungsvorlage kann leicht die dreidimensionale Gestaltung der Fluidleitung für das Serienkraftfahrzeug definiert werden, so dass die Herstellung der Fluidleitung entsprechend schnell und kostengünstig erfolgen kann. Beispielsweise kann die Gestaltungsvorlage zur Fertigung einer Negativform zur Fertigung der Fluidleitung durch Kunststoffspritzguss verwendet werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
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1: eine schematische perspektivische Ansicht eines Baukastensystems.
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Das in 1 dargestellte Baukastensystem 10 weist einen Aufnahmebehälter 12 auf, in dem gerade Rohrstücke 14, gebogene Krümmer 16 und Verbindungsstücke 18 aufgenommen werden können.
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In Längsrichtung des Rohrstücks 14 und des Krümmers 16 wechseln sich radial abstehende Erhebungen 20 und nach radial innen ausgebildete Verjüngungen 22 ab. Die Verjüngungen 22 können Sollschnittstellen ausbilden, an denen das Rohrstück 14 und/oder der Krümmer 16 mit Hilfe eines beispielsweise als Schere ausgestalteten Werkzeugs 24 zerteilt werden kann, um das Rohrstück 14 beziehungsweise den Krümmer 16 entsprechend zu kürzen. Das Werkzeug 24 kann ebenfalls Teil des Baukastensystems 10 sein und in dem Aufnahmebehälter 12 aufgenommen werden. Wenn der Biegeradius des Krümmers 16 verringert wird, ist es möglich, dass schließlich die Erhebungen 20 aneinander anschlagen, wodurch eine Unterschreitung eines vorgegebenen minimalen Biegeradius verhindert werden kann. Das Verbindungstück 18 kann insbesondere zur Verbindung von mehr als zwei Einzelteilen 14, 16 des Baukastensystems ausgestaltet sein. Das Verbindungsstück 18 kann dadurch beispielsweise als Verzweigung genutzt werden.
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Die insbesondere mehreren Rohrstücke 14 und Krümmer 16 sind gegebenenfalls mit Hilfe der Verbindungsstücke 18 untereinander kombinierbar, um eine im Wesentlichen beliebig geformte Fluidleitung auszubilden. Hierzu können die Rohrstücke 14 und/oder die Krümmer 16 geeignet verbogen werden und nachfolgend durch einen Energieeintrag, insbesondere durch IR- und/oder UV-Strahlung, gehärtet und fixiert werden. Im gehärteten Zustand kann die Fluidleitung vermessen und in ein CAD-System importiert werden, um mit dieser Fluidleitung als Urmuster entsprechende Fluidleitungen für das Serienkraftfahrzeug herstellen zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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