DE102018205279A1

DE102018205279A1 - Kaltleitermodul

Info

Publication number: DE102018205279A1
Application number: DE102018205279.4A
Authority: DE
Inventors: Konrad DUBIL; Michael Kohl; Falk Viehrig
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2019-10-10
Also published as: US20190311823A1; CN110366281B; CN110366281A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kaltleitermodul (2) mit zumindest zwei Kaltleiterelementen (7), die durch Trennabschnitte (24) zueinander beabstandet sind, und mit zwei zueinander beabstandeten elektrischen Leitungen (11) zur elektrischen Versorgung der Kaltleiterelemente (7). Eine erhöhte Effizienz und Betriebssicherheit des Kaltleitermoduls (2) werden mit einem elektrisch isolierenden Aufnahmekörper (9) erreicht, in dem die Kaltleiterelemente (7) aufgenommen sind, und der die Kaltleiterelemente (7) in einer Umfangsrichtung (8) umschließt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kaltleitermoduls (2) sowie eine Temperiereinrichtung (1) mit wenigstens einem solchen Kaltleitermodul (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kaltleitermodul für eine Temperiereinrichtung, die zumindest zwei Kaltleiterelemente aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kaltleitermoduls sowie eine Temperiereinrichtung mit zumindest einem derartigen Kaltleitermodul.
Temperiereinrichtungen kommen zum Temperieren eines Fluids oder eines Gegenstands zum Einsatz. Zur Erzeugung von Wärme und somit zum Heizen in der Temperiereinrichtung ist es bekannt, Kaltleiterelemente einzusetzen, welche einen mit steigender Temperatur steigenden elektrischen Widerstand aufweisen. Derartige Kaltleiterelemente, auch PTC-Elemente genannt, sind insbesondere aufgrund ihrer selbstregulierenden Eigenschaft vorteilhaft. Solche Kaltleiterelemente werden gewöhnlich in Kaltleitermodulen zusammengefasst, wobei im jeweiligen Modul gewöhnlich eine Reihe von Kaltleiterelementen vorgesehen ist, an die im Betrieb eine elektrische Spannung angelegt wird, um innerhalb des jeweiligen Kaltleiterelements Wärme zu erzeugen. Die im jeweiligen Kaltleiterelement erzeugte Wärme wird gewöhnlich über voneinander abgewandte Seiten des jeweiligen Kaltleitermoduls abgeführt und zwecks Heizens in der Temperiereinrichtung eingesetzt. Hierzu kommen in der Regel Wärmeleitplatten zum Einsatz, welche mit den voneinander abgewandten Seiten der Kaltleiterelemente, das heißt beispielsweise mit einer Oberseite und einer davon abgewandten Unterseite des jeweiligen Kaltleiterelements, in wärmeaustauschendem Kontakt stehen und die erzeugte Wärme somit abführen und der Temperiereinrichtung zur Verfügung stellen.
Insbesondere aufgrund des elektrischen Betriebs ist bei solchen Kaltleitermodulen eine Reihe von Sicherheitsfaktoren zu beachten. Hierzu gehört der elektrische Schutz nach außen, der eine elektrische Isolierung des Kaltleitermoduls erfordert. Auch der Schutz vor Flüssigkeiten, insbesondere vor dem Eindringen von Flüssigkeiten in das Innere des Kaltleitermoduls, ist zu verhindern. Diese Anforderungen werden gewöhnlich dadurch gelöst, dass das Kaltleitermodul mit weiteren Bestandteilen versehen wird, welche jeweils eine entsprechende Anforderung zumindest teilweise erfüllen, wobei diese Bestandteile aneinander angebracht bzw. befestigt, insbesondere verklebt oder verpresst. werden. Beispielsweise werden elektrische Leitungen und die Kaltleiterelemente in der Regel verklebt. Zudem werden die Wärmeleitplatten an den elektrischen Leitungen angebracht, insbesondere verklebt. Auch in einer zugehörigen Temperiereinrichtung wird das jeweilige Kaltleitermodul gewöhnlich mit weiteren Bestandteilen der Temperiereinrichtung verklebt, zu denen beispielsweise Rahmenteile, Rippenstrukturen und dergleichen gehören.
Dies führt zu einem reduzierten Transport der von den Kaltleiterelementen erzeugten Wärme zu den benötigten Orten in der Temperiereinrichtung, welcher die Effizienz des Kaltleitermoduls negativ beeinträchtigt. Zudem birgt das Anbringen verschiedener Bestandteile aneinander die Gefahr, dass diese keine gleichmäßige oder flächige Anlage bilden, so dass der Wärmetransport auch zwischen diesen Bestandteil reduziert wird. Insbesondere können sich zwischen diesen Bestandteilen Lufteinschlüsse und Unebenheiten bilden, wobei die Lufteinschlüsse neben einer schlechten Wärmeleitfähigkeit Raum für elektrische Kurzschlüsse sowie das Eindringen von Flüssigkeiten bieten.
Diese Nachteile werden mit zunehmenden Betriebsspannungen der Kaltleitermodule vergrößert, weil mehr und/oder größere Bestandteile zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen zum Einsatz kommen. Dies trifft beispielsweise auf Kaltleitermodule zu, welche in elektrisch oder zumindest teilelektrisch betriebenen Kraftahrzeugen zum Einsatz kommen, in denen das jeweilige Kaltleitermodul mit zunehmend hohen elektrischen Spannungen, insbesondere mit der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs, betrieben wird, die einige 100 V, beispielsweise 800 V, betragen kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für ein Kaltleitermodul mit zumindest zwei Kaltleiterelementen und für ein Verfahren zum Herstellen des Kaltleitermoduls sowie für eine Temperiereinrichtung mit einem derartigen Kaltleitermodul verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Sicherheit und/oder eine verbesserte Effizienz auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, Kaltleiterelemente eines Kaltleitermoduls in einem elektrisch isolierenden, aber zugleich gut wärmeleitenden, Aufnahmekörper aufzunehmen, der die Kaltleiterelemente in einer Umfangsrichtung umschließt. Die Aufnahme der Kaltleiterelemente in dem Aufnahmekörper führt insbesondere zu einer Verhinderung oder zumindest Reduzierung von Lufteinschlüssen innerhalb des Kaltleitermoduls, so dass die Wärmeübertragung innerhalb des Kaltleitermoduls und somit von den Kaltleiterelementen an Außenflächen des Kaltleitermoduls verbessert und folglich die Effizienz des Kaltleitermoduls vergrößert wird. Zudem wird hierdurch neben einer verbesserten elektrischen Isolierung auch eine Verhinderung oder zumindest Reduzierung des Eindringens von Flüssigkeiten in das Kaltleitermodul erreicht, so dass mit der verbesserten Effizienz auch die Betriebssicherheit des Kaltleitermoduls, und zwar ebenfalls mit dem Aufnahmekörper, verbessert wird. Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist das Kaltleitermodul zumindest zwei Kaltleiterelemente auf, welche durch Trennabschnitte zueinander beabstandet, insbesondere entlang einer Reihe, angeordnet sind. Das Kaltleitermodul weist zudem zumindest zwei zueinander beabstandete elektrische Leitungen zur elektrischen Versorgung der Kaltleiterelemente auf, welche mit den Kaltleiterelementen in elektrischem Kontakt stehen. Die Kaltleiterelemente sind in dem elektrisch isolierenden Aufnahmekörper aufgenommen, der die Kaltleiterelemente in einer Umfangsrichtung geschlossen umgibt bzw. umschließt. Der Aufnahmekörper ist also ein die Kaltleiterelemente in Umfangsrichtung geschlossen umhüllender Körper, der dementsprechend auch als elektrisch isolierender Hüllkörper bezeichnet werden kann.
Die elektrisch isolierende Eigenschaft des Aufnahmekörpers ist zweckmäßig derart ausgestaltet, dass dieser einen spezifischen elektrischen Widerstand von zumindest 10⁸ Ω·cm aufweist. Somit ist eine elektrische Isolierung der Kaltleiterelemente durch den Aufnahmekörper auch bei hohen Betriebsspannungen des Kaltleitermoduls, beispielsweise bei Spannungen von zumindest 60 V, insbesondere bei bis zu 800 V und mehr, gewährleistet oder zumindest verbessert
Der Aufnahmekörper ist bevorzugt massiv ausgebildet, das heißt nicht als Hohlkörper. Dies führt zu einer verbesserten elektrischen Isolierung sowie einer verbesserten Wärmeübertragung mit Hilfe des Aufnahmekörpers. Zudem werden somit Lufteinschlüsse in dem Kaltleitermodul, insbesondere zwischen dem Aufnahmekörper und dem Kaltleiterelement, zumindest reduziert.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der Aufnahmekörper an wenigstens einer Umfangsseite des jeweiligen Kaltleiterelements, besonders bevorzugt an zumindest zwei Umfangsseiten des jeweiligen Kaltleiterelements vorzugsweise flächig anliegt, wobei Umfangsseiten des jeweiligen Kaltleiterelements die in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Außenflächen des Kaltleiterelements sind. Hierdurch besteht an besagten Umfangsseiten ein vorzugsweise flächiger Kontakt zwischen dem Aufnahmekörper und den Kaltleiterelementen, der die Wärmeübertragung zwischen den Kaltleiterelementen und dem Aufnahmekörper verbessert und Lufteinschlüsse zwischen dem Aufnahmekörper und den Kaltleiterelementen zumindest reduziert. Folglich werden sowohl die Effizienz gesteigert, als auch die Betriebssicherheit erhöht. Denkbar sind dabei Ausführungsformen, bei denen der Aufnahmekörper an zwei gegenüberliegenden Umfangsseiten des jeweiligen Kaltleiterelements anliegt. Die Auflage des Aufnahmekörpers an der jeweiligen Umfangsseite ist bevorzugt flächig. Dabei kann der Aufnahmekörper an zumindest einer der Umfangsseiten unmittelbar anliegen.
Der elektrische Kontakt zwischen der jeweiligen Leitung und den Kaltleiterelementen ist vorzugsweise durch eine Anlage der jeweiligen Leitung am jeweiligen Kaltleiterelement realisiert. Die Anlage ist vorteilhaft flächig und/oder luftfrei. Besonders bevorzugt ist die Anlage unmittelbar, das heißt, dass die jeweilige Leitung unmittelbar am jeweiligen Kaltleiterelement anliegt. Die Anlage der jeweiligen Leitung an den Kaltleiterelementen, führt einerseits dazu, dass der elektrische Strom zwischen den Leitungen und den Kaltleiterelementen verbessert fließt. Zudem liegt hierdurch eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen den Kaltleiterelementen und den Leitungen vor. Darüber hinaus führt die, insbesondere unmittelbare, Anlage der jeweiligen Leitung an den Kaltleiterelementen dazu, dass Lufteinschlüsse zwischen den Kaltleiterelementen und den Leitungen verhindert oder zumindest reduziert werden.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen an wenigstens einer Umfangsseite des jeweiligen Kaltleiterelements die jeweilige Leitung mit einem zugehörigen Leitungsabschnitt anliegt, wobei die Leitungen sowie die Leitungsabschnitte der unterschiedlichen Leitungen weiterhin zueinander beabstandet sind.
Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen der Aufnahmekörper wenigstens eine der elektrischen Leitungen in Umfangsrichtung umgibt, insbesondere umschließt. Das heißt, dass der Aufnahmekörper nicht nur die Kaltleiterelemente, sondern auch zumindest eine der elektrischen Leitungen in Umfangsrichtung, bevorzugt geschlossen, umgibt. Besonders bevorzugt liegt der Aufnahmekörper dabei an zumindest einer der Seiten der jeweiligen Leitung, die nicht am Kaltleiterelement anliegen, insbesondere zumindest an der von den Kaltleiterelementen abgewandten Seite der jeweiligen Leitung, an, wobei eine unmittelbare Anlage bevorzugt ist. Hierdurch kann einerseits eine zusätzliche Fixierung der jeweiligen elektrischen Leitung im Kaltleitermodul und/oder an den Kaltleiterelementen entfallen. Darüber hinaus erfolgt mit Hilfe des Aufnahmekörpers gleichzeitig eine elektrische Isolierung der elektrischen Leitungen, wobei dies vorzugsweise ohne Lufteinschlüsse erfolgt, das heißt, dass der Aufnahmekörper unmittelbar an der jeweiligen elektrischen Leitung anliegt. Sind beide Leitungen von dem Aufnahmekörper umgeben, insbesondere umschlossen, wird auch eine Wechselwirkung zwischen den beiden Leitungen außerhalb der Kaltleiterelemente, das heißt insbesondere Kurzschlüsse und dergleichen, verhindert oder zumindest reduziert, so dass die Betriebssicherheit weiter verbessert wird und/oder das Kaltleitermodul mit einer höheren Spannung betrieben werden kann.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen ist zumindest einer der Trennabschnitte zwischen zwei benachbarten Kaltleiterelementen wenigstens teilweise, besonders bevorzugt gänzlich, vom Aufnahmekörper ausgefüllt. Der Aufnahmekörper kann also, in der Art einer Matrix, Aufnahmen für das jeweilige Kaltleiterelement aufweisen, wobei die Aufnahmen zueinander beabstandet sind. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn der Aufnahmekörper in den Trennabschnitten an zumindest einer der den Trennabschnitt begrenzenden Stirnseiten wenigstens eines Kaltleiterelemente, bevorzugt beider Kaltleiterelemente, anliegt, wobei die Stirnseite eine Außenfläche des Kaltleiterelements ist. Die Anlage ist vorteilhaft flächig. Besonders bevorzugt liegt der Aufnahmekörper unmittelbar an zumindest einer der Stirnseiten, bevorzugt beiden Stirnseiten, an. Somit wird auch zwischen den zueinander beabstandeten Kaltleiterelementen eine elektrische Isolierung geschaffen, die zudem Lufteinschlüsse verhindert oder zumindest reduziert, wobei dies wiederum mit dem gleichen Aufnahmekörper erfolgt. Gleichzeitig wird auch eine formschlüssige Fixierung der Kaltleiterelemente erreicht.
Durch die, insbesondere unmittelbare, Anlage des Aufnahmekörpers am Kaltleiterelement bzw. der jeweiligen Leitung wird eine Wärmeübertragung innerhalb des Kaltleitermoduls verbessert, so dass die Effizienz des Kaltleitermoduls gesteigert wird.
Der Aufnahmekörper weist zweckmäßig eine für die Übertragung von in den Kaltleiterelementen im Betrieb entstehender Wärme ausreichende Wärmeleitfähigkeit auf. Bevorzugt weist der Aufnahmekörper eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 5 W/mK, besonders bevorzugt von zumindest 20 W/mK, beispielsweise zwischen 20 W/mK und 300 W/m K, auf.
Der Aufnahmekörper kann prinzipiell auf eine beliebige Weise hergestellt sein, sofern er elektrisch isolierend ist und die Kaltleiterelemente in Umfangsrichtung umschließt.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Kaltleiterelemente in den Aufnahmekörper eingebettet sind. Die Kaltleiterelemente sind also im montierten Zustand des Kaltleitermoduls fest im Aufnahmekörper integriert, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig darin fixiert. Dies ermöglicht einerseits, Lufteinschlüsse weiter zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, und andererseits, die Wärmeübertragung innerhalb des Kaltleitermoduls zu erhöhen.
Vorstellbar ist es, den Aufnahmekörper einstückig und materialeinheitlich bzw., monolithisch herzustellen. Somit ist es möglich, eine genauere Anpassung des Aufnahmekörpers an die Kaltleiterelemente und/oder an die Leitungen vorzunehmen. Zudem ist hierdurch die Gefahr von Lufteinschlüssen weiter reduziert und die Wärmeübertragung weiter verbessert.
Denkbar sind Ausführungsformen, bei denen der Aufnahmekörper mehrteilig ausgebildet ist, wobei die Teile des Aufnahmekörpers im montierten Zustand des Kaltleitermoduls aneinander fixiert sind. Dies ermöglicht eine flexiblere Montage des Kaltleitermoduls.
Zu denken ist an Ausführungsformen, bei denen der Aufnahmekörper zwei Halbschalen aufweist, welche in Umfangsrichtung aufeinanderfolgen und sich entlang der Kaltleiterelemente erstrecken. Dies ermöglicht eine vereinfachte Montage des Kaltleitermoduls. Es können beispielsweise die Kaltleiterelemente in einer der Halbschalen angeordnet und mit der anderen Halbschale verschlossen werden derart, dass die Halbschalen die Kaltleiterelemente in Umfangsrichtung umschlie-ßen. Vorstellbar ist es auch, zumindest eine der Leitungen vor dem Verschließen in einer der Halbschalen anzuordnen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Aufnahmekörper die Außenfläche des Kaltleitermoduls bildet, mit dem vom Kaltleitermodul separate Teile, beispielsweise einer zugehörigen Temperiereinrichtung, Wärme austauschen bzw. mit der ein das Kaltleitermodul umströmendes Fluid Wärme austauscht. Zweckmäßig ist es dabei, wenn der Aufnahmekörper die Kaltleiterelemente und die Leitungen fixiert.
Vorstellbar sind auch Ausführungsformen, bei denen das Kaltleitermodul einen Rohrkörper aufweist, der die Außenfläche des Kaltleitermoduls bildet. Der Rohrkörper ist beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt und liegt vorzugsweise unmittelbar und flächig am Aufnahmekörper an. Das heißt, dass der Rohrkörper den Aufnahmekörper in Umfangsrichtung umschließt und am Aufnahmekörper anliegt. Mit dem Rohrkörper wird eine mechanische Stabilität des Kaltleitermoduls verbessert. Zudem ist es hierdurch möglich, den Aufnahmekörper zu schützen.
Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen der Aufnahmekörper durch ein Sinterverfahren hergestellt ist. Der Aufnahmekörper ist vorteilhaft aus einem keramischen Pulver, wobei auch keramische Körner umfasst sind, gesintert, insbesondere eine Keramik. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des Aufnahmekörpers bzw. des Kaltleitermoduls. Zudem sind somit passgenaue Ausbildungen des Aufnahmekörpers möglich.
Die Herstellung des Aufnahmekörpers durch das Sinterverfahren kann die Herstellung mehrerer Teile des Aufnahmekörpers, beispielsweise der Halbschalen, oder die Herstellung des einstückigen und monolithischen Aufnahmekörpers umfassen.
Für die letztgenannte Variante erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kaltleiterelemente in ein Werkzeug angeordnet und das Werkzeug anschließend mit dem keramischen Pulver befüllt und dieses zum Herstellen des Aufnahmekörpers gesintert wird.
Bevorzugt wird das Werkzeug nach dem Anordnen der Kaltleiterelemente darin mit dem keramischen Pulver ausgefüllt, derart, dass nach dem Sintern des keramischen Pulvers zum Herstellen des Aufnahmekörpers keine oder zumindest reduzierte Lufteinschlüsse vorhanden sind.
Vorstellbar ist es dabei, vor dem Sintern des keramischen Pulvers, vorzugsweise auch vor dem Befüllen des Werkzeugs mit dem keramischen Pulver, zumindest eine der Leitungen, vorzugsweise beide Leitungen, in das Werkzeug angeordnet wird/werden. Somit werden neben der kompakten Bauweise des Kaltleitermoduls auch Lufteinschlüsse zwischen dem Aufnahmekörper und der wenigstens einen Leitung vermieden oder zumindest reduziert.
Es versteht sich, dass neben dem Kaltleitermodul auch eine Temperiereinrichtung mit dem Kaltleitermodul zum Umfang dieser Erfindung gehört. Das Kaltleitermodul kommt dabei zum Heizen eines Gegenstands oder eines Fluids, beispielsweise von Luft, zum Einsatz.
Vorstellbar ist es, in einem Strömungsraum der Temperiereinrichtung mehrere zueinander beabstandete Kaltleitermodule vorzusehen, welche im Betrieb von einem Fluid umströmt werden und das Fluid somit heizen. Im Strömungsraum kann zwischen benachbarten Kaltleitermodulen jeweils wenigstens eine Rippenstruktur angeordnet sein, welche für das Fluid durchströmbar ist und somit eine Wärmeübertragung zwischen dem Kaltleitermodul und dem Fluid verbessert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine isometrische Innenansicht einer Temperiereinrichtung mit zumindest einem Kaltleitermodul,
2 einen Schnitt durch das Kaltleitermodul der Temperiereinrichtung,
3 einen Schnitt durch das Kaltleitermodul bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
4 eine isometrische, teilweise transparente Ansicht des Kaltleitermoduls bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
5 eine isometrische Explosionsdarstellung des Kaltleitermoduls bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
6 eine isometrische Explosionsdarstellung des Kaltleitermoduls bei einem anderen Ausführungsbeispiel.

Eine Temperiereinrichtung 1, wie sie in 1 dargestellt ist, weist zumindest ein Kaltleitermodul 2 auf, wobei das gezeigte Beispiel mehrere Kaltleitermodule 2 aufweist, die zueinander beabstandet angeordnet sind. Die Kaltleitermodule 2 sind in einem Strömungsraum 3 der Temperiereinrichtung 1 angeordnet, durch den ein Fluid entlang eines Strömungspfads 4 strömt und somit die Kaltleitermodule 2 umströmt. Zwischen den Kaltleitermodulen 2 sind Rippenstrukturen 5 angeordnet, die stirnseitig an den Kaltleitermodulen 2 anliegen und somit eine wärmeübertragende Fläche innerhalb der Temperiereinrichtung 1 vergrößern. Die Temperiereinrichtung 1 kann beispielsweise in einem im Übrigen nicht gezeigten Kraftfahrzeug 6 zum Einsatz kommen. Mit dem jeweiligen Kaltleitermodul 2 wird Wärme erzeugt, welche an das Fluid abgegeben wird und dieses somit heizt.
2 zeigt einen Schnitt durch eines der Kaltleitermodule 2 in der Temperiereinrichtung 1, wobei die Rippenstruktur 5 auf lediglich einer Seite des Kaltleitermoduls 2 dargestellt ist. Das Kaltleitermodul 2 weist mehrere Kaltleiterelemente 7, auch PTC-Elemente 7 genannt, auf, welche durch Trennabschnitte 24 (siehe 4 bis 6) zueinander beabstandet sind, wobei der in 2 gezeigte Schnitt durch eines der Kaltleiterelemente 7 führt, derart, dass ein einziges der Kaltleiterelemente 7 zu sehen ist. Das jeweilige Kaltleiterelement 7 weist einen positiven Temperaturkoeffizienten auf, das heißt einen mit steigender Temperatur steigenden elektrischen Widerstand. Das Kaltleiterelement 7 ist im gezeigten Beispiel quaderförmig ausgebildet und weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Das Kaltleiterelement 7 ist in einer Umfangsrichtung 8, welche im gezeigten Beispiel um eine Längserstreckung 14 des Kaltleitermoduls 2 verläuft, von einem Aufnahmekörper 9 geschlossen umgeben und somit umschlossen. Das Kaltleiterelement 7 weist in Umfangsrichtung 8 aufeinanderfolgende Umfangsseiten 10 auf, wobei durch die längliche, quaderförmige Ausbildung des Kaltleiterelements 7 jeweils zwei große Umfangsseiten 10' und zwei kleine Umfangsseiten 10" gegenüberliegend angeordnet sind. Die jeweilige Umfangsseite 10 bildet dabei eine Außenfläche des Kaltleiterelements 7. Zu erkennen ist, dass der Aufnahmekörper 9 an zumindest zwei der Umfangsseiten 10, im gezeigten Beispiel an den großen Umfangsseiten 10', unmittelbar und flächig anliegt. An den anderen Umfangsseiten 10, das heißt vorliegend an den kleinen Umfangsseiten 10", liegt jeweils eine elektrische Leitung 11, beispielsweise eine Elektrode 12, unmittelbar flächig an. Die Leitungen 11 sind zueinander beabstandet und dienen der elektrischen Versorgung der Kaltleiterelemente 7. Dementsprechend fließt ein elektrischer Strom zwischen den Leitungen 11 über die Kaltleiterelemente 7, welche, bedingt durch ihren positiven Temperaturkoeffizienten, reguliert Wärme erzeugen, welche in der Temperiereinrichtung 1 zum Heizen des Fluids zum Einsatz kommt. Die elektrischen Leitungen 11 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf und fluchten im Wesentlichen mit den großen Umfangsseiten 10' des Kaltleiterelements 7. Dabei werden die Leitungen 11 auch vom Aufnahmekörper 9 in Umfangsrichtung 8 geschlossen umgeben und somit umschlossen. Dabei liegt der Aufnahmekörper 9 mit Ausnahme der Kontaktflächen zwischen der jeweiligen Leitung 11 und dem Kaltleiterelement 7 in Umfangsrichtung 8 unmittelbar und flächig an den Leitungen 11 anliegt. 2 ist insbesondere zu entnehmen, dass das Kaltleitermodul 2 somit frei von Lufteinschlüssen und Unebenheiten ist. Der Aufnahmekörper 9 ist ferner elektrisch isolierend, weist insbesondere einen spezifischen elektrischen Widerstand von zumindest 10⁸ Ω·cm auf, so dass er die elektrischen Leitungen 11 in Umfangsrichtung 8 gänzlich elektrisch isoliert. Der Aufnahmekörper 9 weist zudem eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 5 W/mK, besonders bevorzugt von zumindest 20 W/mK, insbesondere zwischen 20 und 300 W/mK, auf. Somit ist es mit dem Aufnahmekörper 9 zudem möglich, die in dem Kaltleiterelement 7 erzeugte Wärme effektiv nach außen abzuführen und der Temperiereinrichtung 1 zur Verfügung zu stellen, insbesondere an die Rippenstrukturen 5 zu übertragen. Dies erfolgt dabei einerseits über die großen Umfangsseiten 10' unmittelbar und andererseits über die kleinen Umfangsseiten 10" über die Leitungen 11. Die Wärmeübertragung auf das Fluid erfolgt im gezeigten Beispiel über einen den Aufnahmekörper 9 in Umfangsrichtung 8 geschlossen umgebenden und somit umschließenden, flächig und unmittelbar am Aufnahmekörper 9 anliegenden Rohrkörper 13. Der Rohrkörper 13 ist beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt und weist neben einer vorteilhaften Wärmeleitfähigkeit eine stabilisierende Eigenschaft auf, welche zu einer Stabilisierung des Aufnahmekörpers 9, in dem die Kaltleiterelemente 7 aufgenommen sind, führ und diese zudem mechanisch schützt. In dem in 2 gezeigten Beispiel sind die Rippenstrukturen 5 dabei, beispielsweise über eine Klebeschicht 15, an den Rohrkörper 13 angebracht.
Beim in 2 gezeigten Beispiel ist der Aufnahmekörper 9 einstückig und monolithisch, insbesondere als ein Keramikkörper 16, hergestellt. Die Kaltleiterelemente 7 sowie die Leitungen 11 sind also in dem Aufnahmekörper 9 eingebettet. Hierzu ist es vorstellbar, die Kaltleiterelemente 7 und die Leitungen 10 in ein weiter nicht gezeigtes Werkzeug anzuordnen und dieses mit einem (nicht gezeigten) keramischen Pulver oder keramischen Körnern zu befüllen, wobei das Pulver anschließend zum Herstellen des Aufnahmekörpers 9 gesintert wird.
In 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel des Kaltleitermoduls 2 gezeigt, in der die gleiche Ansicht wie in 2 zu sehen ist, wobei die Rippenstruktur 5 und die Klebeschichten 15 nicht dargestellt sind. Es ist also ausschließlich das Kaltleitermodul 2 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Beispiel dadurch, dass der Aufnahmekörper 9 mehrteilig, im gezeigten Beispiel zweiteilig, ausgebildet ist. Der Aufnahmekörper 9 umfasst also zwei Halbschalen 17, 18. Die Halbschalen 17, 18 folgen in Umfangsrichtung 8 aufeinander und erstrecken sich entlang der zueinander beabstandeten Kaltleiterelemente 7, im gezeigten Beispiel also entlang der Längserstreckung 14. Die Halbschalen 17, 18 sind im gezeigten Beispiel im Wesentlichen identisch ausgebildet und begrenzen gemeinsam einen Innenraum 19 für das jeweilige Kaltleiterelement 7, in dem das zugehörige Kaltleiterelement 7 sowie die beiden Leitungen 11 aufgenommen sind. Die Halbschalen 17, 18 weisen jeweils einen U-förmigen Querschnitt mit einer Grundseite 20 und davon abstehenden Schenkeln 21 auf, wobei die Schenkel 21 aneinander anliegen. Vorstellbar ist es, das jeweilige Kaltleiterelement 7 an zumindest einer der Halbschalen 17, 18 zu fixieren. Im gezeigten Beispiel ist hierzu eine Klebstofflage 22 zwischen der jeweiligen Grundseite 20 und dem Kaltleiterelement 7, vorliegend der großen Umfangsseite 10' des Kaltleiterelements 7, vorgesehen. Das jeweilige Kaltleiterelement 7 kann zum Montieren des Kaltleitermoduls 2 zwischen den Schenkeln 21 einer der Halbschalen 17, 18, beispielsweise der ersten Halbschale 17, angeordnet werden und die erste Halbschale 17 anschließend mit Hilfe der zweiten Halbschale 18 verschlossen werden, um den Aufnahmekörper 9 zu bilden, der die Kaltleiterelemente 7 aufnimmt und in Umfangsrichtung 8 umschließt. Zuvor wird zwischen dem jeweiligen Schenkel 21 der ersten Halbschale 17 und der zugewandten Umfangsseite 10 des Kaltleiterelements 7, vorliegend der kleinen Umfangsseite 10', die Leitung 11 angeordnet, wobei die Leitungen 11 sowie das Kaltleiterelement 7 und die Halbschalen 17, 18 derart dimensioniert sind, dass die Kaltleiterelemente 7 und die Leitungen 11 den jeweiligen Innenraum 19 gänzlich ausfüllen, so dass zumindest im Bereich der Kaltleiterelemente 7 keine Lufteinschlüsse im Innenraum 19 vorhanden sind. Mit den beiden Klebstofflagen 22 sind auch die Halbschalen 17, 18 aneinander befestigt, wobei es auch vorstellbar ist, zwischen den aufeinanderliegenden Schenkeln 21 eine, nicht gezeigte, Klebstofflage vorzusehen. Beim in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zudem kein Rohrkörper 13 vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die nicht gezeigten Rippenstrukturen 5 also unmittelbar am Aufnahmekörper 9 angebracht. Die Halbschalen 17, 18 können jeweils beliebig hergestellt sein, sofern sie elektrisch isolierend sind. Bevorzugt ist die jeweilige Halbschale 17, 18 aus Keramik hergestellt, insbesondere eine Keramikschale 23, welche durch das Sintern eines keramischen Pulvers hergestellt sein kann.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des Kaltleitermoduls 2 ist in 4 zu sehen. Das in 4 gezeigte Kaltleitermodul 2 entspricht im Wesentlichen dem in 2 gezeigten Kaltleitermodul 2, wobei zum besseren Verständnis der Rohrkörper 13 transparent und der Aufnahmekörper 9 lediglich teilweise gezeigt sind. Dabei ist es bevorzugt, wenn der Aufnahmekörper 9 auch die Trennabschnitte 24 ausfüllt und an den den zugehörigen Trennabschnitt 24 begrenzenden Stirnseiten 25 der Kaltleiterelemente 7 unmittelbar und flächig anliegt. Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten zudem dadurch, dass der Aufnahmekörper 9 keinen quaderförmigen, sondern einen ovalen Querschnitt aufweist. Entsprechendes gilt für den Rohrkörper 13. Zudem unterscheiden sich die Kaltleiterelemente 7 beim in 4 gezeigten Beispiel von dem in 2 gezeigten Beispiel dadurch, dass die Umfangsseiten 10, an denen die Leiter 11 anliegen, vorliegend also die kleinen Umfangsseiten 10", nicht eben, sondern konkav, insbesondere komplementär zu einer Außenkontur der Leitung 11,ausgebildet sind. Zudem sind die Leitungen 11 bzw. Elektroden 12 stangenförmig mit einem runden Querschnitt ausgebildet, derart, dass sie an die zugehörige Umfangsseite 10 des jeweiligen Kaltleiterelements 7, vorliegend also der kleinen Umfangsseite 10", unmittelbar und flächig anliegen.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kaltleitermoduls 2. Dieses entspricht in der Ausbildung und der Form der Kaltleiterelemente 7 und der Leitungen 11 dem Ausführungsbeispiel der 4. Der Aufnahmekörper 9 ist aber nicht einstückig und materialeinheitlich ausgebildet, sondern weist zwei Halbschalen 17, 18 mit einem U-förmigen Querschnitt auf. Die jeweilige Halbschale weist dabei eine Grundseite 20 und davon abstehende Schenkel 21 auf, wobei vom jeweiligen Schenkel 21 eine Schulter 26 absteht. Während eine der Schultern 26 am äußeren Rand des zugehörigen Schenkels 21 angeordnet ist, ist die andere Schulter 26 am inneren Rand des zugehörigen Schenkels 21 angeordnet. Hierdurch ist zwischen der innenseitig angeordneten Schulter 26 und dem zugehörigen Schenkel 21 eine Außenstufe 27 ausgebildet, während zwischen der außenseitig angeordneten Schulter 26 und dem zugehörigen Schenkel 21 eine Innenstufe 28 ausgebildet ist. Die Außenstufe 27 und die Innenstufe 28 erstrecken sich entlang der Längserstreckung 14, wobei im montierten Zustand des Kaltleitermoduls 2 die innen liegende Schulter 26 der einen Halbschale 17, 18 an der Innenstufe 28 der anderen Halbschale 17, 18 anliegt, während die außen liegende Schulter 26 der jeweiligen Halbschale 17, 18 an der Außenstufe 27 der anderen Halbschale 17, 18 anliegt. Somit liegt die jeweilige Leitung 11 an der innenliegenden Schulter 26 einer der Halbschalen 17, 18 an. In diesem Beispiel ist der Aufnahmekörper 9 nicht in den Trennabschnitten 24 zwischen den Kaltleiterelementen 7 angeordnet. Vorstellbar wäre jedoch auch ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Aufnahmekörper 9 wenigstens einen der Trennabschnitte 24 ausfüllt und an den den Trennabschnitt 24 begrenzenden Stirnseiten 25 unmittelbar und flächig anliegt. Hierzu weist eine der Halbschalen 17, 18, insbesondere die erste Halbschale 17, nicht gezeigte Vorsprünge auf, wobei der jeweilige Vorsprung einen der Trennabschnitte 24 ausfüllt. Vorstellbar sind auch Ausführungsformen, bei denen zumindest einer der Trennabschnitte 24 von Vorsprüngen beider Halbschalen 17, 18 zumindest teilweise ausgefüllt wird. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel kann zudem, wie gestrichelt angedeutet, ein Rohrkörper 13 vorgesehen sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kaltleitermoduls 2 ist in 6 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Ausbildung der Halbschalen 17, 18 sowie der Leitungen 11, insbesondere der Elektroden 12. Die Halbschalen 17, 18 weisen jeweils einen U-förmigen Querschnitt mit einer Grundseite 20 und zwei davon abstehenden Schenkeln 21 auf, wobei einer der Schenkel 21 im Querschnitt nach innen versetzt angeordnet ist und nachfolgend auch als Innenschenkel 21' bezeichnet wird, während der andere Schenkel 21 außen bzw. randseitig der Grundseite 20 von dieser absteht und nachfolgend als Außenschenkel 21" bezeichnet wird. Innenschenkel 21' und Außenschenkel 21" stehen unterschiedlich weit von der Grundseite 20 ab, weisen also unterschiedliche Höhen auf. Im gezeigten Beispiel ist der Innenschenkel 21' kürzer als der Außenschenkel 21". Am Außenschenkel 21" ist stirnseitig ein innen liegender Absatz 29 ausgebildet. Die Grundseite 20 weist am vom langen Schenkel 21" abgewandten Ende einen außen liegenden Absatz 30 auf. Im montierten Zustand des Kaltleitermoduls 2 liegt der außen liegende Absatz 30 der jeweiligen Halbschale 17, 18 am innen liegenden Absatz 29 der anderen Halbschale 17, 18 an. Somit wird das jeweilige Kaltleiterelement 7 in Umfangsrichtung 8 von den Schenkeln 21 und den Grundseiten 20 der Halbschalen 17, 18 umschlossen.
In 5 weist die jeweilige Leitung 11, 12 einen sich entlang der Kaltleiterelemente 7, vorliegend also entlang der Längserstreckung 14, erstreckenden Leistenkörper 31 auf, wobei der Leistenkörper 31 der jeweiligen Leitung 11 einen quaderförmigen Querschnitt aufweist und zwischen dem Außenschenkel 21" einer der Halbschalen 17, 18 und dem Innenschenkel 21' der anderen Halbschale 17, 18 angeordnet ist und flächig an diesen anliegt. Der jeweilige Leiter 11 weist zudem für das jeweilige Kaltleiterelement 7 einen Leitungsabschnitt 32 auf, der den angrenzenden Innenschenkel 21' überspannt und an einer der Umfangsseiten 10 des jeweiligen Kaltleiterelements 7 flächig und unmittelbar anliegt. Im gezeigten Beispiel liegen die Leitungsabschnitte 32 jeweils an einer der großen Umfangsseiten 10' des zugehörigen Kaltleiterelements 7 an. Zudem ist im gezeigten Beispiel vorgesehen, dass die Leitungsabschnitte 32 der jeweiligen Leitung 11 an der gleichen Umfangsseite 10 des jeweiligen Kaltleiterelements 7 anliegen. Im gezeigten Beispiel ist also zwischen der Grundseite 20 der jeweiligen Halbschale 17, 18 und der zugewandten Umfangsseite 10, vorliegend also der zugewandten großen Umfangsseite 10', ein Leitungsabschnitt 32 einer der Leitungen 11 angeordnet. Zudem ist zwischen dem jeweiligen Außenschenkel 21' und der zugewandten Umfangsseite 10, vorliegend also der kleinen Umfangsseite 10", des jeweiligen Kaltleiterelements 7 einer der Leistenkörper 31 angeordnet. Demgegenüber liegt die jeweilige Halbschale 17, 18 mit dem Innenschenkel 21' unmittelbar an der zugewandten Umfangsseite 10, vorliegend also der kleinen Umfangsseite 10", des jeweiligen Kaltleiterelements 7 unmittelbar und flächig an. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein nicht gezeigter Rohrkörper 13 vorgesehen sein, der den Aufnahmekörper 9 in Umfangsrichtung 8 umschließt und daran anliegt.

Claims

Kaltleitermodul (2) für eine Temperiereinrichtung (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (6), - mit zumindest zwei Kaltleiterelementen (7), die durch Trennabschnitte (24) zueinander beabstandet sind, - mit zumindest zwei zueinander beabstandeten elektrischen Leitungen (11) zur elektrischen Versorgung der Kaltleiterelemente (7), die mit den Kaltleiterelementen (7) in elektrischem Kontakt stehen, - mit einem elektrisch isolierenden Aufnahmekörper (9), in dem die Kaltleiterelemente (7) aufgenommen sind und welcher die Kaltleiterelemente (7) in einer Umfangsrichtung (8) umschließt.
Kaltleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (9) an zumindest zwei Umfangsseiten (10) des jeweiligen Kaltleiterelements (7) anliegt.
Kaltleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (9) zumindest eine der elektrischen Leitungen (11) in Umfangsrichtung (8) umgibt, insbesondere auf der von den Kaltleiterelementen (7) abgewandten Seiten der Leitung (11) anliegt.
Kaltleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, - dass an wenigstens einer Umfangsseite (10) des jeweiligen Kaltleiterelements (7) die jeweilige Leitung (11) mit einem abstehenden Leitungsabschnitt (32) anliegt, - dass der Aufnahmekörper (9) auf der von den Umfangsseiten (10) abgewandten Seite an den Leitungsabschnitten (32) anliegt.
Kaltleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (9) wenigstens einen der Trennabschnitte (24) ausfüllt.
Kaltleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (9) eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 5 W/mK, insbesondere zumindest 20 W/mK, aufweist.
Kaltleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (9) durch ein Sinterverfahren hergestellt, insbesondere aus einem keramischen Pulver gesintert, ist.
Kaltleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltleiterelemente (7) im Aufnahmekörper (9) eingebettet sind.
Kaltleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (9) einstückig und materialeinheitlich herstellt ist.
Kaltleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (9) zwei Halbschalen (17, 18) aufweist, die in Umfangsrichtung (8) aufeinander folgen und sich entlang der Kaltleiterelemente (7) erstrecken.
Kaltleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltleitermodul (2) einen Rohrkörper (13) aufweist, der den Aufnahmekörper (9) in Umfangsrichtung (8) umschließt.
Verfahren zum Herstellen eines Kaltleitermoduls (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Aufnahmekörper (9) durch das Sintern eines keramischen Pulvers herstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, - dass die Kaltleiterelemente (7) in ein Werkzeug angeordnet werden, - dass das Werkzeug mit dem keramischen Pulver gefüllt wird, - dass das keramische Pulver zum Herstellen des Aufnahmekörpers (9) gesintert wird.
Temperiereinrichtung (1) zum Temperieren eines Fluids, mit einem im Betrieb vom Fluid durchströmten Strömungsraum (3) und mit wenigstens einem Kaltleitermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das mit dem durch den Strömungsraum (3) strömenden Fluid in wärmeaustauschendem Kontakt steht.
Temperiereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, - dass im Strömungsraum (3) eine durchströmbare Rippenstruktur (5) angeordnet ist, - dass die Rippenstruktur (5) stirnseitig mit wenigstens einem der Kaltleitermodule (2) in wärmeaustauschendem Kontakt steht.