DE102018208473B4

DE102018208473B4 - Wärmetauscher sowie Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers

Info

Publication number: DE102018208473B4
Application number: DE102018208473.4A
Authority: DE
Inventors: Jirí Bílek; Petr Chovanec; Ján Gregus-Kollár; David Ricica; Jiri Chrástek
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: WO2019231209A1; KR20190135917A; CN112088284A; DE102018208473A1

Abstract

Wärmetauscher insbesondere zur Kühlung einer Batterie, umfassend:einen extrudierten Kühlkörper (10), der mehrere, längliche Kühlkanäle (11) definiert, wobei die Kühlkanäle (11) an einem ihrer Längsenden (15) offen sind;einen mit dem Kühlkörper (10) verbundenen Verteiler (20) miteiner Verteilerbasis (21),einem mit der Verteilerbasis (21) verbundenen Verteilerkörper (50) mit einem Stutzen (52) zum Anschluss einer Kühlleitung, undeiner Dichtung (30) mit einer quer zur Längserstreckung der Kühlkanäle (11) länglichen Durchgangsöffnung (31);wobei die Kühlkanäle (11) an ihrem offenen Längsende (15) aufgeweitet sind, wodurch der Außenumfang des Kühlkörpers (10) in dichtendem Kontakt mit der Innenumfangsfläche (34) der länglichen Durchgangsöffnung (31) der Dichtung (30) steht und der Verteiler (20) an dem Kühlkörper (10) befestigt ist, undwobei die Kühlkanäle (11) durch zahlreiche Stege (12) voneinander getrennt sind, undwobei die Kühlkanäle (11) in einer Höhen-Richtung stärker aufgeweitet sind als in einer Breiten-Richtung, so dass die Stege (12) nicht beschädigt werden, undwobei die Verteilerbasis (21) eine umlaufende Nut (24) zur Befestigung des Wärmetauschers oder Verteilers in einem Gehäuse aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Wärmetauscher zum Kühlen einer Batterie sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers.
HINTERGRUND
Bisher werden Wärmetauscher zum Kühlen einer Batterie aus einem extrudierten Kühlkörper, der mehrere, längliche Kühlkanäle definiert, hergestellt. Zum Anschluss des Wärmetauschers an den Kältemittel- bzw. Kühlmittelkreis (eine Kühlleitung) ist jeweils an den Längsenden der Kühlkanäle bzw. des Kühlkörpers ein sogenannter Einlasskopf bzw. Auslasskopf (Verteiler) vorgesehen, der einen Stutzen zum Anschluss an die Kühlleitung aufweist.
Der Verteiler setzt sich aus einer Verteilerbasis und einem Verteilerkörper zusammen, wobei zwischen dem Verteilerkörper und der Verteilerbasis eine Dichtung vorgesehen ist. Der Verteilerkörper wird derart an der Verteilerbasis befestigt, dass die Dichtung zwischen einander zugewandten Oberflächen des Verteilerkörpers und der Verteilerbasis eingeklemmt wird.
Üblicherweise wird die Verteilerbasis mit dem jeweiligen Längsende des Kühlkörpers verlötet (engl: auch als „brazing“ bezeichnet), d. h. stoffschlüssig verbunden. Da es sich dabei um ein thermisches Verfahren handelt, verformen sich der Kühlkörper und damit die länglichen Kühlkanäle beim Verbinden der Verteilerbasis mit dem Kühlkörper. Insbesondere geht damit eine Expansion einher, die sich über die Lötverbindung auf die Verteilerbasis überträgt. Die durch die thermische Belastung verursachte Expansion ist jedoch nicht homogen, wodurch fehlerhafte Wärmetauscher und Ausschuss produziert werden. Ferner kann diese Inhomogenität im Betrieb dazu führen, dass aufgrund von Temperaturschwankungen unterschiedliche Spannungen auftreten, die zum Versagen der Verbindung führen.
Darüber hinaus müssen Wärmetauscher zum Kühlen einer Batterie elektrisch isoliert werden. Hierfür werden sie zum Beispiel vollflächig mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen. Wird die Verteilerbasis mit dem Kühlkörper verlötet, wird die Beschichtung erst nach dem Verlöten vorgenommen und wird zumindest auch auf die Verteilerbasis aufgebracht. Dies führt zu erhöhten Produktionskosten.
Die WO 2016/ 207 177 A1 betrifft einen Wärmetauscher mit Kühlkanälen, die an ihren Enden aufgeweitet sind, und einer Dichtung, die eine Durchgangsöffnung quer zur Längsrichtung der Kühlkanäle aufweist. Ähnliche Kühlkanäle sind aus der DE 10 2016 125 859 A1 und der DE 10 2008 059 952 B4 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der obigen Ausführungen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Wärmetauscher sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers zu schaffen, so dass die Gefahr eines Versagens aufgrund thermischer Belastungen reduziert wird und eine günstigere Herstellung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen in Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen in Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung, sowie den Zeichnungen.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Offenbarung liegt darin, die Verteilerbasis form- und/oder kraftschlüssig mit dem jeweiligen Längsende des Kühlkörpers zu verbinden und dadurch auf eine stoffschlüssige Verbindungstechnik (z.B. Löten), die meist einen thermischen Eintrag zur Folge hat, verzichten zu können. Insbesondere wird dies dadurch erreicht, dass der Kühlkörper bzw. die Kühlkanäle nach dem Aufsetzen der Verteilerbasis samt einer Dichtung auf die Längsenden der Kühlkanäle aufgeweitet werden und dadurch mit einem Innenumfang einer Durchgangsöffnung der Dichtung in dichtenden Kontakt kommen und dadurch auch eine Befestigung des Verteilers am Kühlkörper erfolgt. Die Befestigung über eine Dichtung hat ferner den Vorteil, dass eventuell unterschiedliche Längenänderungen aufgrund thermischer Belastung über die Flexibilität der Dichtung kompensiert werden können, ohne die Dichtigkeit negativ zu beeinflussen. Die Aufweitung führt ferner zu einer strukturellen Festigkeitserhöhung der Kühlkanäle, wodurch eine Verformung der Kühlkanäle durch den erforderlichen Dichtungsdruck verhindert werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Wärmetauscher, insbesondere zur Kühlung einer Batterie, vorgeschlagen, der einen extrudierten Kühlkörper mit mehreren, länglichen Kühlkanälen aufweist. Der Kühlkörper kann zum Beispiel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise ohne Zinkbeschichtung, gebildet sein. Die Wandstärke der Kühlkanäle kann zwischen 0,3 und 0,5 mm, zum Beispiel bei 0,4 mm liegen.
Die Kühlkanäle sind an einem, bevorzugt beiden, ihrer Längsenden offen. An einem, bevorzugt aber beiden, Enden kann ein Verteiler vorgesehen sein, der mit dem Kühlkörper verbunden ist.
Der Kühlkörper weist eine Verteilerbasis, einen mit der Verteilerbasis verbundenen Verteilerkörper mit einem Stutzen zum Anschluss einer Kühlleitung (Kühlmittel- oder Kältemittelkreis) und eine Dichtung mit einer bzw. einem quer zur Längserstreckung der Kühlkanäle länglichen Durchgangsöffnung bzw. Durchgangskanal auf.
Der Durchgangskanal kann sich beispielsweise durch eine entsprechende Durchgangsöffnung in der Verteilerbasis von einer Seite der Verteilerbasis zu einer gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten Seite der Verteilerbasis erstrecken. Durch Ausbildung des Durchgangskanals in der Dichtung erstreckt sich die Dichtung eine gewisse Strecke über den Kühlkörper in Längsrichtung der Kühlkanäle, wodurch eine zuverlässige Dichtung in der Längsrichtung erzielt wird.
Entsprechend erstreckt sich der Kühlkörper mit seinem die offenen Längsenden der Kühlkanäle aufweisenden Ende über eine gewisse Strecke durch die Durchgangsöffnung der Dichtung. An diesem Längsende sind die Kühlkanäle aufgeweitet. Mit anderen Worten sind die Kühlkanäle an ihrem offenen Längsende umgeformt, sodass sie eine Querschnittsvergrößerung relativ zum verbleibenden Teil aufweisen. Dabei muss die Aufweitung nicht gleichförmig erfolgen, sondern es kann eine größere Aufweitung in Höhenrichtung (senkrecht zur reihenförmigen Anordnung der Kühlkanäle) als in Breitenrichtung (parallel zur reihenförmigen Anordnung der Kühlkanäle) vorgesehen sein. Gemäß einem Aspekt erfolgt die Aufweitung zu einem größeren Teil in Höhen- als in Breiten-Richtung. Dabei kann die Aufweitung in Höhen- und Breiten-Richtung in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 0,4 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,2 mm liegen. Ferner ist darauf zu achten, dass die die einzelnen Kühlkanäle definierenden Trennwände intakt bleiben.
Durch die Aufweitung steht der Außenumfang des Kühlkörpers im Bereich der Längsenden der Kühlkanäle in dichtendem Kontakt mit dem Innenumfang der länglichen Durchgangsöffnung bzw. dem Durchgangskanal der Dichtung und der Verteiler bzw. die Verteilerbasis ist an dem Kühlkörper befestigt. Ferner trägt die Aufweitung zur strukturellen Festigkeit der die Kühlkanäle begrenzenden Wände bei, die erforderlich ist, um dem nötigen Dichtungsdruck standzuhalten.
Die Befestigung zwischen dem Verteiler und dem Kühlkörper erfolgt somit bevorzugt kraft- und/oder formschlüssig (nicht aber stoffschlüssig wie beispielsweise durch Löten). Dabei wirkt der Kraft- und/oder Formschluss in Längsrichtung der Kühlkanäle.
Die Dichtung kann an einem Ende der Durchgangsöffnung bzw. des Durchgangskanals einen die Durchgangsöffnung bzw. den Durchgangskanal umgebenden Kragen aufweisen, der zwischen einer Oberfläche der Verteilerbasis und einer der Oberfläche der Verteilerbasis zugewandten Oberfläche des Verteilerkörpers dichtend eingeklemmt ist.
Darüber hinaus kann an dem anderen Ende der Durchgangsöffnung bzw. des Durchgangskanals ein die Durchgangsöffnung bzw. den Durchgangskanal umgebender weiterer Kragen vorgesehen sein, der dazu dient, die Dichtung bei der Montage in der Verteilerbasis festzulegen. Insbesondere wird die Dichtung mit dem Durchgangskanal durch die Durchgangsöffnung in die Verteilerbasis eingeführt und der weitere Kragen hintergreift die Durchgangsöffnung in der Verteilerbasis.
In einer Ausführungsform ist die Dichtung mit dem Kragen oder den Krägen einstöckig bzw. integral ausgebildet.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Verteilerkörper an der Verteilerbasis kraft- und/oder formschlüssig befestigt. Dabei wirkt der Kraft- und/oder Formschluss in Längsrichtung der Kühlkanäle. Beispielsweise ist der Verteilerkörper mit der Verteilerbasis vercrimpt.
Die Durchgangsöffnung bzw. der Durchgangskanal der Dichtung erstreckt sich in einem Aspekt von einer Seite der Verteilerbasis zur einer entgegengesetzten Seite der Verteilerbasis.
Die Verteilerbasis und/oder der Verteilerkörper des Verteilers sind gemäß einer Ausgestaltung aus elektrisch nicht leitendem bzw. isolierendem Material, insbesondere Kunststoff. Beispielsweise kommt hierfür glasfaserverstärktes Polypropylen (zum Beispiel PP-GF 40) in Frage.
In einer Ausgestaltung weisen die Kühlkanäle an ihren offenen Längsenden jeweils einen ersten Abschnitt mit einer ersten Aufweitung und einen zweiten Abschnitt näher zu den offenen Längsenden als der erste Abschnitt mit einer zweiten, größeren Aufweitung relativ zu der ersten Aufweitung auf. Dadurch erfolgt die Umformung in zwei Schritten, wodurch die Struktur der Kühlkanäle, insbesondere der die Kühlkanäle begrenzenden Wände nicht beeinträchtigt wird. Die Umformung im zweiten Abschnitt dient ferner der präzisen Einstellung der Kompression der Dichtung (Dichtungsdruck).
Wie es bereits eingangs erwähnt wurde, ist der Kühlkörper gemäß einem Aspekt im Wesentlichen vollständig mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen. Unter „im Wesentlichen“ ist diesbezüglich zu verstehen, dass zumindest alle Oberflächen des Kühlkörpers, die außerhalb der Verteilerbasis und/oder der Dichtung liegen, mit der Beschichtung versehen sind. Bei der Beschichtung kann es sich beispielsweise um Polyamid (z.B. PA 12) handeln. Bevorzugterweise wird die Beschichtung direkt auf den Kühlkörper aufgesprüht. Die Beschichtungsdicke kann in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 0,4 mm, zum Beispiel bei 0,25 mm liegen und hängt von der zu erreichenden Durchschlagsspannung ab.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers, insbesondere eines Wärmetauschers wie er oben beschrieben wurde. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: Extrudieren eines Kühlkörpers, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, sodass der Kühlkörper mehrere, längliche Kühlkanäle definiert, die an einem, bevorzugt beiden ihrer Längsenden offen sind. An einem oder beiden Längsenden kann ein Verteiler vorgesehen werden. Hierfür wird eine Verteilerbasis, die eine Dichtung mit einer quer zur Längserstreckung der Kühlkanäle länglichen Durchgangsöffnung bzw. einem länglichen Durchgangskanal aufweist, auf das Ende des Kühlkörpers mit den offenen Längsenden der Kühlkanäle angeordnet. Dabei erstreckt sich der Kühlkörper durch die Durchgangsöffnung bzw. den Durchgangskanal der Dichtung. Im Anschluss werden die Kühlkanäle an ihrem offenen Längsende aufgeweitet bzw. umgeformt und dadurch der Außenumfang des Kühlkörpers in dichtenden Kontakt mit dem Innenumfang der länglichen Durchgangsöffnung bzw. dem Durchgangskanal der Dichtung gebracht und der Verteiler bzw. die Verteilerbasis an dem Kühlkörper befestigt.
Gemäß einer Ausführungsform wird vor dem Aufbringen der Verteilerbasis auf den Kühlkörper die Dichtung in eine längliche Durchgangsöffnung der Verteilerbasis eingesetzt. Wie es oben erläutert wurde, kann die Dichtung dabei einen weiteren Kragen umfassen, der die Durchgangsöffnung in der Verteilerbasis hintergreift, um die Dichtung in der Verteilerbasis zu fixieren. Ein anderer die Durchgangsöffnung umgebender Kragen der Dichtung kommt dabei mit einer Oberfläche der Verteilerbasis in Kontakt, die nach dem Aufbringen der Verteilerbasis auf den Kühlkörper von dem Kühlkörper weg weist.
Im Anschluss wird ein Verteilerkörper an der Verteilerbasis befestigt, insbesondere vercrimpt, so dass der Kragen der Dichtung zwischen der Oberfläche der Verteilerbasis und einer gegenüberliegenden Oberfläche des Verteilerkörpers dichtend eingeklemmt wird.
Das Aufweiten kann mittels einer Dornvorrichtung erfolgen, die in die offenen Längsenden der Kühlkanäle eingeführt wird, um die Kanäle an den Längsenden umzuformen.
Das Aufweiten erfolgt bevorzugt in mehreren, zum Beispiel zwei Schritten. Das heißt die Kühlkanäle werden an ihren offenen Längsenden jeweils in einem ersten Abschnitt mit einer ersten Aufweitung umgeformt und in einem zweiten Abschnitt näher zu den offenen Längsenden als der erste Abschnitt mit einer zweiten, größeren Aufweitung relativ zu der ersten Aufweitung umgeformt.
Figurenliste
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausgestaltung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, in denen:

1 einen Kühlkörper mit Beschichtung zeigt;
2 eine Verteilerbasis und eine Dichtung in Explosionsdarstellung zeigt;
3 eine Querschnittsansicht der Dichtung aus 2 zeigt;
4 den Kühlkörper aus 1 und die Verteilerbasis mit eingesetzter Dichtung aus 2 in einer Explosionsdarstellung zeigt;
5 ausgehend von 4 den in die Durchgangsöffnung der Dichtung eingesetzten Kühlkörper mit bereits aufgeweiteten Kühlkanälen zeigt;
6 den Prozess des Aufweitens der Kühlkanäle zeigt, wobei die Verteilerbasis mit der Dichtung nicht dargestellt ist und wobei 6a eine zu den Kühlkanälen ausgerichtete Dornvorrichtung und 6b eine in die Kühlkanäle eingeführte Dornvorrichtung zeigen;
7 die aufgeweiteten Kühlkanäle in einer Draufsicht (7a) und in einer Seitenansicht (7b) darstellt, wobei die Verteilerbasis mit der Dichtung nicht dargestellt ist;
8 den Verteilerkörper sowie den Kühlkörper mit aufgesetzter Verteilerbasis und aufgeweiteten Kühlkanälen aus 5 in Explosionsdarstellung zeigt; und
9 ausgehend von 8 den an der Verteilerbasis durch Vercrimpen befestigten Verteilerkörper zeigt.

BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt einen Kühlkörper 10, der beispielsweise aus Aluminium extrudiert wird. Der Kühlkörper 10 weist mehrere, längliche Kühlkanäle 11 auf, die parallel zueinander in einer Reihe quer zur Längserstreckung angeordnet sind. Die einzelnen Kühlkanäle sind durch Trennwände bzw. Stege 12 voneinander getrennt. Die Kühlkanäle können im Ausgangszustand (vor dem Aufweiten bzw. Umformen) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die jeweils äußeren Kühlkanäle 11 weisen in der Darstellung eine außenliegende Wand 13 auf, die im Querschnitt gekrümmt ausgebildet ist.
Ferner ist der Kühlkörper 10 bevorzugt mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 14 versehen. Diese wird üblicherweise durch Aufsprühen eines Kunststoffs (zum Beispiel Polyamid) direkt auf den extrudierten Kühlkörper aufgebracht. In der dargestellten Ausführungsform bedeckt die Beschichtung 14 den Kühlkörper 10 vollständig bis zu den jeweiligen Längsenden 15, an denen die Kühlkanäle 11 jeweils eine Öffnung 16 aufweisen. Es ist aber ebenso denkbar, dass die Beschichtung in einem Abstand zum jeweiligen Längsende 15 endet. In diesem Fall sollte sich die Beschichtung jedoch bis in die Verteilerbasis 21 (siehe unten) erstrecken.
2 zeigt in einer Explosionsdarstellung eine Verteilerbasis 21 des Verteilers 20 (siehe 9). Die Verteilerbasis 21 weist eine längliche bzw. ovale Durchgangsöffnung 22 auf. Auf einer Vorderseite (der im montierten Zustand dem Kühlkörper 10 abgewandten Seite) sind jeweils Crimpstege 23 vorgesehen. Die Crimpstege 23 sind um die Durchgangsöffnung 22 angeordnet und dienen, wie später erläutert, der Befestigung des Verteilerköpers 50.
Darüber hinaus ist die Durchgangsöffnung 22 von einer Oberfläche 25 umgeben, die, wie im Folgenden beschrieben, eine Auflagefläche für den Kragen 32 der Dichtung 30 bildet.
Ferner weist die Verteilerbasis 21 eine umlaufende Nut 24 auf, die beispielsweise der Befestigung des Wärmetauschers bzw. Verteilers in einem Gehäuse, zum Beispiel einem Batteriegehäuse dienen kann.
Des Weiteren ist 2 eine Dichtung 30 zu entnehmen, die in 3 im Querschnitt dargestellt ist. Diese weist eine längliche, ovale Durchgangsöffnung bzw. einen Durchgangskanal 31 auf. Die Durchgangsöffnung 31 ist dabei in einer Richtung quer zur Längserstreckung der Kühlkanäle 11 länglich ausgestaltet und weist des Weiteren eine Erstreckung in der Längserstreckung der Kühlkanäle 11 auf. Die Dichtung kann beispielsweise aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) gebildet sein.
An den jeweils entgegengesetzten Enden des Durchgangskanals 31 ist ein Kragen (bzw. Flansch) 32 bzw. weiterer Kragen (bzw. Flansch) 33 vorgesehen.
Während der Montage wird die Dichtung 30 in die Verteilerbasis 21 eingeführt (siehe Pfeile in 2). Dabei wird der weitere Flansch 33 sowie der Durchgangskanal 31 durch die Durchgangsöffnung 22 der Verteilerbasis 21 gedrückt. Dadurch hintergreift der weitere Kragen 33 die Durchgangsöffnung 22 und fixiert die Dichtung 30 in der Verteilerbasis 21. Ferner kommt dabei die der Verteilerbasis 21 zugewandte Fläche des Kragens 32 in Kontakt mit der Oberfläche 25 der Verteilerbasis 21.
Dieser Zustand ist in 4 dargestellt. In einem nächsten Produktionsschritt wird das Längsende 15 der Kühlkanäle 11 bzw. des Kühlkörpers 10 durch die Durchgangsöffnung 31 in die Verteilerbasis 21 und die Dichtung 30 eingeführt (siehe Pfeile in 4).
Nach dem Einbringen des Kühlkörpers 10 in die Verteilerbasis 21 bzw. die Dichtung 30 werden die Kühlkanäle 11 im Bereich ihrer Längsenden 15 umgeformt und dadurch aufgeweitet, wie es in 5 dargestellt ist. Dadurch wird die Außenumfangsfläche 17 des Kühlkörpers 10 gegen die Innenumfangsfläche 34 der Durchgangsöffnung 31 der Dichtung 30 gepresst. Folglich wird die Schnittstelle zwischen dem Kühlkörper 10 und der Verteilerbasis 21 abgedichtet und die Verteilerbasis 21 in Längsrichtung der Kühlkanäle 11 zumindest kraftschlüssig an dem Kühlkörper 10 befestigt. Des Weiteren wird durch die Umformung die strukturelle Festigkeit der Kühlkanäle 11 im Bereich der Längsenden erhöht, wodurch die Kühlkanäle 11 dem Dichtungsdruck durch die Dichtung 30 standhalten können.
Der Prozess der Umformung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 6 und 7 näher erläutert, wobei zur besseren Darstellung die Verteilerbasis 21 und die Dichtung 30 weggelassen wurden.
Insbesondere wird zur Umformung eine in 6a gezeigte Dornvorrichtung 100 (Stempel) mit mehreren Dornen 101 genutzt. Insbesondere entspricht die Anzahl der Dornen 101 der Anzahl der Kühlkanäle 11. Die Dornen 101 sind dabei in ihrer Außenkontur so gestaltet, dass die gewünschte Umformung beim Einpressen der Dornen 101 in die Kühlkanäle 11 erreicht wird. Dies ist in 6b gezeigt.
Hierfür verjüngen sich die Dornen 101 zu ihrem Ende hin (sie laufen „spitz“ zu), um ein leichteres Einführen in die Kühlkanäle 11 zu ermöglichen. Ferner weisen die Dornen 101 ausgehend von ihrer Spitze (ihrem Vorderende) einen ersten Abschnitt mit einer ersten Querschnittsfläche bzw. einem ersten Außendurchmesser bzw. einer ersten Dimension in Höhen- und Breiten-Richtung sowie einen an diesen ersten Abschnitt anschließenden von der Spitze abgewandten zweiten Abschnitt mit einer zweiten Querschnittsfläche bzw. einem zweiten Außendurchmesser bzw. einer zweiten Dimension in Höhen- und Breiten-Richtung auf.
Dadurch werden die Kühlkanäle 11 beim Einführen der Dornen 101 allmählich aufgeweitet bzw. umgeformt und dadurch wird eine Beschädigung der die Kühlkanäle 11 begrenzenden Wände, insbesondere der Stege 12, vermieden.
Dementsprechend weisen die Kühlkanäle 11 an ihrem Längsende 15 eine Aufweitung auf, die in einen ersten Abschnitt 18 und einen zweiten Abschnitt 19 unterteilt werden kann. Dabei liegt der zweite Abschnitt 19 näher zum Längsende 15 als der erste Abschnitt 18. Des Weiteren ist die Aufweitung im zweiten Abschnitt 19 größer als im ersten Abschnitt 18. Mit anderen Worten ist eine erste Querschnittsfläche bzw. ein erster Außendurchmesser bzw. eine erste Dimension in Höhen- und Breiten-Richtung in diesem ersten Abschnitt kleiner als die Querschnittsfläche bzw. ein zweiter Außendurchmesser bzw. eine zweite Dimension in Höhen- und Breiten-Richtung in dem zweiten Abschnitt 19.
Bevorzugterweise erfolgt dabei die Umformung eher in Höhen- als in Breiten-Richtung, um die Stege 12 nicht zu beschädigen. Beispielsweise kann eine Umformung in Höhenrichtung von etwa 0,2 mm und in Breiten-Richtung von 0,1 mm gewählt werden.
Im Anschluss wird, wie in 8 dargestellt (siehe Pfeile), der Verteilerkörper 50 auf die Verteilerbasis 21 aufgesetzt.
Der Verteilerkörper 50 weist eine Dichtfläche 51 auf, die beim Aufsetzen des Verteilerkörpers 50 auf die Verteilerbasis 21 mit dem Kragen 32 der Dichtung 30 in Kontakt kommt. Ferner weist der Verteilerkörper 50 einen Stutzen 52 auf, der einen Anschluss des Wärmetauschers an eine Kühlleitung (nicht gezeigt) bzw. einen Kältemittel- bzw. Kühlmittelkreis ermöglicht. Insbesondere dient der Verteiler 20 damit dazu, einlassseitig und/oder auslassseitig den Kühlmittel- bzw. Kältemittelstrom in die Kühlkanäle 11 des Kühlkörpers 10 einzuleiten bzw. aus diesen auszuleiten.
Nach dem Aufsetzen des Verteilerkörpers 50 auf die Verteilerbasis 21 werden die Crimpstege 23 vercrimpt, wie dies in 9 dargestellt ist. Dazu kann der Verteilerkörper 50 mehrere Vorsprünge 53 aufweisen, die jeweils in einem Abstand zueinander angeordnet sind und eine gekrümmte Oberfläche, insbesondere eine teilkreisförmige Oberfläche, aufweisen können. Nach dem Vercrimpen ergibt sich dadurch eine wellenförmige Gestalt der Crimpstege 23, die zwischen den Vorsprüngen 53 einen umlaufenden Rand 54 des Verteilerkörpers 50 hintergreifen.
Durch das Vercrimpen wird die Dichtfläche 51 gegen den Kragen 32 der Dichtung 30 gedrückt, wodurch die Dichtung zwischen der Oberfläche 25 und der Dichtfläche 51 eingeklemmt und die Schnittstelle zwischen der Verteilerbasis 21 und dem Verteilerkörper 50 abgedichtet wird.
Die Verteilerbasis 21 und der Verteilerkörper 50 können aus einem elektrisch nicht leitenden bzw. isolierenden Material, zum Beispiel glasfaserverstärktem Polypropylen, gebildet sein. Dadurch ist eine zusätzliche Beschichtung des Verteilers 20 nicht nötig, wodurch Produktionskosten eingespart werden können.
Darüber hinaus erfolgt die Befestigung des Verteilers 20 an dem Kühlkörper über die Dichtung 30. Durch die Flexibilität der Dichtung ist daher eine gewisse Kompensation von Längenänderungen aufgrund thermischer Belastungen möglich und ein Versagen an der Schnittstelle zwischen Kühlkörper 10 und Verteiler 20 kann zuverlässig vermieden werden.
Es versteht sich, dass die obige Ausführungsform lediglich eine Möglichkeit darstellt, den Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung umzusetzen. So sind beispielsweise andere Verbindungsarten der Verteilerbasis 21 mit dem Verteilerkörper 50 ebenso denkbar wie eine andere Gestaltung der Dichtung, die zum Beispiel auch 2-teilig ausgestaltet sein kann, um einerseits die Schnittstelle zwischen der Verteilerbasis 21 und Verteilerkörper 50 und andererseits die Schnittstelle zwischen dem Kühlkörper 10 und der Verteilerbasis 21 abzudichten. Darüber hinaus wäre es auch möglich, die Verteilerbasis 21 in einem 2-Komponenten-Spritzguss herzustellen, d. h. die Dichtung 30 und die Verteilerbasis 21 einstückig herzustellen.
Bezugszeichenliste

10: Kühlkörper
11: Kühlkanal
12: Trennwand bzw. Steg
13: außenliegende Wand
14: Beschichtung
15: Längsende
16: Öffnung
17: Außenumfangsfläche
20: Verteiler
21: Verteilerbasis
22: Durchgangsöffnung
23: Crimpsteg
24: Nut
25: Oberfläche
30: Dichtung
31: Durchgangsöffnung bzw. Durchgangskanal
32: Kragen
33: weiterer Kragen
34: Innenumfangsfläche
50: Verteilerkörper
51: Dichtfläche
52: Stutzen
53: Vorsprung
54: Rand

Claims

Wärmetauscher insbesondere zur Kühlung einer Batterie, umfassend: einen extrudierten Kühlkörper (10), der mehrere, längliche Kühlkanäle (11) definiert, wobei die Kühlkanäle (11) an einem ihrer Längsenden (15) offen sind; einen mit dem Kühlkörper (10) verbundenen Verteiler (20) mit einer Verteilerbasis (21), einem mit der Verteilerbasis (21) verbundenen Verteilerkörper (50) mit einem Stutzen (52) zum Anschluss einer Kühlleitung, und einer Dichtung (30) mit einer quer zur Längserstreckung der Kühlkanäle (11) länglichen Durchgangsöffnung (31); wobei die Kühlkanäle (11) an ihrem offenen Längsende (15) aufgeweitet sind, wodurch der Außenumfang des Kühlkörpers (10) in dichtendem Kontakt mit der Innenumfangsfläche (34) der länglichen Durchgangsöffnung (31) der Dichtung (30) steht und der Verteiler (20) an dem Kühlkörper (10) befestigt ist, und wobei die Kühlkanäle (11) durch zahlreiche Stege (12) voneinander getrennt sind, und wobei die Kühlkanäle (11) in einer Höhen-Richtung stärker aufgeweitet sind als in einer Breiten-Richtung, so dass die Stege (12) nicht beschädigt werden, und wobei die Verteilerbasis (21) eine umlaufende Nut (24) zur Befestigung des Wärmetauschers oder Verteilers in einem Gehäuse aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Befestigung zwischen dem Verteiler (20) und dem Kühlkörper (10) kraft- und/oder formschlüssig erfolgt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dichtung (30) einen die Durchgangsöffnung (31) umgebenden Kragen (32) aufweist, der zwischen der Verteilerbasis (21) und dem Verteilerkörper (50) dichtend eingeklemmt ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verteilerkörper (50) an der Verteilerbasis (21) kraft- und/oder formschlüssig befestigt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 4, wobei der Verteilerkörper (50) mit der Verteilerbasis (21) vercrimpt ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die Durchgangsöffnung (31) der Dichtung (30) von einer Seite der Verteilerbasis (21) zu einer entgegengesetzten Seite der Verteilerbasis (21) erstreckt.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verteilerbasis (21) und/oder der Verteilerkörper (50) des Verteilers (20) aus elektrisch nicht leitendem Material, insbesondere Kunststoff sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühlkanäle (11) an ihren offenen Längsenden (15) jeweils einen ersten Abschnitt (18) mit einer ersten Aufweitung und einen zweiten Abschnitt (19) näher zu den offenen Längsenden (15) als der erste Abschnitt (18) mit einer zweiten, größeren Aufweitung relativ zu der ersten Aufweitung aufweisen.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (10) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (10) vollständig mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung (14) versehen ist.
Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers, insbesondere eines Wärmetauschers nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Extrudieren eines Kühlkörpers (10), sodass der Kühlkörper (10) mehrere, längliche Kühlkanäle (11) definiert, die an einem ihrer Längsenden (15) offen sind; Aufbringen einer Verteilerbasis (21) eines Verteilers (20), die eine Dichtung (30) mit einer quer zur Längserstreckung der Kühlkanäle (11) länglichen Durchgangsöffnung (31) aufweist, auf das Ende des Kühlkörpers (10), welches die offenen Längsenden (15) der Kühlkanäle (11) aufweist, so dass sich der Kühlkörper (10) durch die Durchgangsöffnung (31) der Dichtung (30) erstreckt; Aufweiten der Kühlkanäle (11) an ihrem offenen Längsende (15) und dadurch In-dichtenden-Kontakt-Bringen der Außenumfangsfläche (17) des Kühlkörpers (10) mit der Innenumfangsfläche (34) der länglichen Durchgangsöffnung (31) der Dichtung (30) und Befestigen des Verteilers (20) an dem Kühlkörper (10), wobei die Kühlkanäle (11) durch zahlreiche Stege (12) voneinander getrennt sind, und wobei die Kühlkanäle (11) in einer Höhen-Richtung stärker aufgeweitet werden als in einer Breiten-Richtung, so dass die Stege (12) nicht beschädigt werden, und wobei die Verteilerbasis (21) eine umlaufende Nut (24) zur Befestigung des Wärmetauschers bzw. Verteilers in einem Gehäuse aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend den Schritt: Einsetzen der Dichtung (30) in eine längliche Durchgangsöffnung (22) der Verteilerbasis (21) vor dem Aufbringen der Verteilerbasis (21) auf den Kühlkörper (10), so dass ein die Durchgangsöffnung (31) umgebender Kragen (32) der Dichtung (30) mit einer Oberfläche (25) der Verteilerbasis (21) in Kontakt kommt, die nach dem Aufbringen der Verteilerbasis (21) von dem Kühlkörper (10) weg weist.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend den Schritt: Befestigen, insbesondere Vercrimpen, eines Verteilerkörpers (50) an der Verteilerbasis (21) nach dem Aufweiten der Kühlkanäle (11), so dass der Kragen (32) der Dichtung (30) zwischen der Oberfläche (25) der Verteilerbasis (21) und einer gegenüberliegenden Dichtfläche (51) des Verteilerkörpers (50) dichtend eingeklemmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, wobei zum Aufweiten eine Dornvorrichtung (100) in die offenen Längsenden (15) der Kühlkanäle (11) eingeführt wird, um die Kühlkanäle (11) an den Längsenden (15) umzuformen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11-14, wobei die Kühlkanäle (11) an ihren offenen Längsenden (15) jeweils in einem ersten Abschnitt (18) mit einer ersten Aufweitung umgeformt und in einem zweiten Abschnitt (19) näher zu den offenen Längsenden (15) als der erste Abschnitt (18) mit einer zweiten, größeren Aufweitung relativ zu der ersten Aufweitung umgeformt werden.