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Die Erfindung betrifft einen Ausgleichsbehälter für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Ausgleichsbehälter für Kraftfahrzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Der jeweilige Ausgleichsbehälter kann in einem jeweiligen, von einer jeweiligen Flüssigkeit durchströmbaren Flüssigkeitskreislauf des jeweiligen Kraftfahrzeugs angeordnet und dazu genutzt werden, Volumen- und/oder Mengenänderungen der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskreislauf zu kompensieren. Hierzu umfasst der Ausgleichsbehälter wenigstens ein Behältnis, welches innenseitig einen Aufnahmeraum zum zumindest vorübergehenden Aufnehmen der Flüssigkeit begrenzt.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2011 009 687 A1 eine Getränkekiste, welche zumindest teilweise eine sechseckig beulende Struktur aufweist. Außerdem ist der
WO 2015/170088 A1 beziehungsweise der
EP 3 140 193 B1 ein Flugzeugtreibstofftank als bekannt zu entnehmen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ausgleichsbehälter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders gewichtsgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Steifigkeit des Ausgleichsbehälters realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Ausgleichsbehälter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Ausgleichsbehälter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders gewichtsgünstige Weise eine besonders hohe Steifigkeit des Ausgleichsbehälters realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Aufnahmeraum wenigstens eine bionische, nach Art einer Schale eines Ammoniten ausgebildete Struktur angeordnet ist, welche wenigstens einen spiralförmig verlaufenden ersten Wandungsbereich und sich von dem ersten Wandungsbereich weg erstreckende zweite Wandungsbereiche aufweist. Ammonite werden auch als Nautilusse oder Nautilus-Schnecken bezeichnet und sind eine ausgestorbene Teilgruppe der Kopffüßler, wobei sich ein jeweiliger Ammonit durch seine charakteristische, zumindest annähern nach Art einer logarithmischen Spirale aufgebaute Schale auszeichnet. Die Erfindung nutzt nun diesen, aus der Tierwelt bekannten Aufbau der Schale eines Ammoniten und überträgt diesen Aufbau auf den Ausgleichsbehälter beziehungsweise die in dem Ausgleichsbehälter angeordnete Struktur. Durch die Verwendung der bionischen Struktur ist es möglich, die Wanddicken und somit das Gewicht des Ausgleichsbehälters besonders gering halten zu können, wobei gleichzeitig eine hinreichend hohe Steifigkeit des Ausgleichsbehälters realisiert werden kann.
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Der Erfindung liegen dabei die folgenden Erkenntnisse zugrunde: In der Entwicklung von modernen, insbesondere als Elektrofahrzeuge und dabei beispielsweise als batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) ausgebildeten Fahrzeugen besteht der Wunsch, das Gewicht des jeweiligen Fahrzeugs möglichst gering zu halten. Herkömmlicherweise wurden Komponenten für Fahrzeuge nach den Anforderungen von Verbrennungsmotoren entwickelt. Diese herkömmlichen, bisherigen Komponenten sind hinsichtlich Drücke, Temperaturen und Gewichte für Elektrofahrzeuge, insbesondere für batterieelektrische Fahrzeuge, überdimensioniert. Beispielsweise beträgt die Wanddicke eines herkömmlichen Ausgleichsbehälters drei bis vier Millimeter, und herkömmliche Ausgleichsbehälter weisen eine sehr technisch geprägte Form beziehungsweise Struktur auf. Wanddickenreduzierungen werden üblicherweise durch konventionelle Versteifungsgeometrien realisiert. Im Gegensatz dazu verfolgt die Erfindung einen bionischen Ansatz, um das Gewicht des erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälters im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen zu reduzieren und dabei gleichzeitig eine besonders hohe beziehungsweise hinreichende Steifigkeit zu realisieren. Der erfindungsgemäße bionische Ansatz liegt insbesondere in der genauen Analyse, Auswahl und Anwendung natürlicher Vorbilder.
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Die konsequente Verringerung des Bauteilgewichts ist ein Zusammenspiel aus Wanddickenreduzierung und einer Versteifung nach bionischem Vorbild. Analyseergebnisse und das Verständnis des Gesamtsystems sowohl in der Technik und Natur haben dazu geführt, dass das Vorbild der Nautilus-Schnecke besonders vorteilhaft auf den Ausgleichsbehälter übertragbar und für diesen verwendbar ist. Durch die Erfindung ist eine Gewichtsersparnis von bis zu 30 Prozent bei gleicher Funktionalität durch Wanddickenreduzierung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen möglich. Außerdem kann der erfindungsgemäße Ausgleichsbehälter mit einem nur sehr geringen Materialeinsatz und somit gewichts- und kostengünstig hergestellt werden. Die Struktur ist oder fungiert als eine Versteifungsstruktur, mittels welcher das Behältnis an sich gewichtsgünstig ausgesteift beziehungsweise verstärkt werden kann. Dadurch können besonders vorteilhafte, insbesondere mechanische, Eigenschaften des Ausgleichsbehälters gewährleistet werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Draufsicht eines Ausgleichsbehälters, wobei 1 der Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dient;
- 2 eine schematische, perspektivische und geschnittene Draufsicht des Ausgleichsbehälters gemäß 1;
- 3 eine schematische und perspektivische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälters gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 4 eine schematische, perspektivische und geschnittene Draufsicht des Ausgleichsbehälters gemäß 3;
- 5 eine schematische Unteransicht eines Behältnisses des Ausgleichsbehälters gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
- 6 eine schematische Draufsicht des Behältnisses gemäß 5.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 und 2 zeigen jeweils in einer schematischen und perspektivischen Draufsicht einen Ausgleichsbehälter 10 für einen von einer Flüssigkeit durchströmbaren Flüssigkeitskreislauf eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens. Der Ausgleichsbehälter 10 ist dabei beispielsweise in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs in dem von der Flüssigkeit durchströmbaren Flüssigkeitskreislauf angeordnet. Bei der Flüssigkeit handelt es sich beispielsweise um eine Bremsflüssigkeit, um eine Kühlflüssigkeit, um eine Schmierflüssigkeit oder um ein Kältemittel. Insbesondere kann die Flüssigkeit ein Öl und/oder Wasser aufweisen.
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Der Ausgleichsbehälter 10 weist zwei separat voneinander ausgebildete und, insbesondere reversibel lösbar, miteinander verbundene Behältnisse 12 und 14 auf, welche jeweils einen auch als Aufnahmebereich bezeichneten Aufnahmeraum 16 zum zumindest vorübergehenden Aufnehmen der Flüssigkeit begrenzen. In vollständig hergestelltem Zustand des Ausgleichsbehälters 10 sind die Behältnisse 12 und 14, insbesondere reversibel lösbar, miteinander verbunden, sodass die Aufnahmeräume 16 fluidisch miteinander verbunden sind und einen Gesamtaufnahmeraum des Ausgleichsbehälters 10 insgesamt bilden. Somit begrenzen die Behältnisse 12 und 14 jeweils teilweise den Gesamtaufnahmeraum. In dem Gesamtaufnahmeraum kann die Flüssigkeit zumindest vorübergehend aufgenommen und somit zwischengespeichert werden. Hierdurch können beispielsweise Volumen- und/oder Massenschwankungen der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskreislauf kompensiert werden.
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Aus 2 ist insbesondere am Beispiel des Behältnisses 14 erkennbar, dass der Ausgleichsbehälter 10 eine zumindest in dem Aufnahmeraum 16 des Behältnisses 14 angeordnete und beispielsweise einstückig mit dem Behältnis 14 ausgebildete Struktur 18 aufweist, welche beispielsweise eine Versteifungsstruktur ist. Mittels der Struktur 18 ist das Behältnis 14 ausgesteift, das heißt verstärkt. Die Struktur 18 weist dabei zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufende und beispielsweise einstückig miteinander ausgebildete Wandungen 20 auf. Alternativ oder zusätzlich kann das Behältnis 12 eine beispielsweise der Struktur 18 entsprechende Struktur aufweisen.
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3 und 4 zeigen nun eine erste Ausführungsform eines Ausgleichsbehälters 22, dessen Gewicht besonders gering gehalten werden kann, wobei gleichzeitig eine besonders vorteilhafte und hinreichend hohe Steifigkeit des Ausgleichsbehälters 22 realisiert werden kann. Falls nichts anderes angegeben ist, können die vorigen und folgenden Ausführungen zum Ausgleichsbehälter 10 ohne weiteres auch auf den Ausgleichsbehälter 22 übertragen werden. Im Gegensatz zum Behältnis 14 des Ausgleichsbehälters 10 weist das Behältnis 14 des Ausgleichsbehälters 22 in seinem Aufnahmeraum 16 eine bionische, nach Art einer Schale eines Ammoniten ausgebildeten und als Versteifungsstruktur fungierende Struktur 24 auf, welche wenigstens einen zumindest im Wesentlichen spiralförmig verlaufenden ersten Wandungsbereich 26 und sich von dem ersten Wandungsbereich 26 weg erstreckende zweite Wandungsbereiche 28 aufweist. Beispielsweise ist der erste Wandungsbereich 26 einstückig mit den zweiten Wandungsbereichen 28 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich sind die Wandungsbereiche 28 und/oder der Wandungsbereich 26 einstückig mit dem Behälter 14 an sich ausgebildet. Die vorigen und folgenden Ausführungen zum Behältnis 14 können ohne weiteres auch auf das Behältnis 12 und dessen Aufnahmeraum 16 übertragen werden und umgekehrt. Aus 4 ist besonders gut erkennbar, dass die zweiten Wandungsbereiche 28 zumindest im Wesentlichen bogenförmig, insbesondere schrauben- oder spiralförmig, ausgebildet sind.
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Ferner ist es denkbar, dass der jeweilige Wandungsbereich 28 stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, mit dem Wandungsbereich 26 verbunden ist. Dabei ist beispielsweise der jeweilige Wandungsbereich 28 in einem jeweiligen, in 4 beispielsweise mit K bezeichneten Knotenpunkt an den Wandungsbereich 26 angebunden. Wie beispielsweise anhand eines in einem Bereich B angeordneten Knotenpunkts K veranschaulicht ist, ist es denkbar, dass der beispielsweise als eine Rippe ausgebildete Wandungsbereich 28 an dem Knotenpunkt K verdickt ist und somit gegenüber einem sich an den Knotenpunkt K anschließenden weiteren Teilbereich der jeweiligen Rippe eine größere Wanddicke aufweist. Hierdurch kann beispielsweise der Wandungsbereich 28 besonders vorteilhaft mit dem Wandungsbereich 26 verschweißt werden.
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Somit ist es denkbar, dass der jeweilige Wandungsbereich 26 und/oder 28 eine variierende Wanddicke aufweist. Dies bedeutet beispielsweise, dass der jeweilige Wandungsbereich 26 beziehungsweise 28 wenigstens einen ersten Teilbereich mit einer ersten Wanddicke und wenigstens einen zweiten Teilbereich mit einer von der ersten Wanddicke unterschiedlichen zweiten Wanddicke aufweist, wobei die Teilbereiche einstückig miteinander ausgebildet sein können.
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Das Behältnis 14 und somit beispielsweise die Struktur 24 sind beispielsweise durch Spritzgießen, insbesondere durch Kunststoff-Spritzgießen, hergestellt. Hierzu wird beispielsweise eine aus einem Kunststoff gebildete und somit auch als KunststoffSchmelze bezeichnete Schmelze in eine Form eingespritzt, insbesondere mit einem Druck von zumindest im Wesentlichen 280 Bar. Somit können das Behältnis 14 und/oder die Struktur 24 aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polypropylen (PP), gebildet sein.
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Es wurde gefunden, dass Verzüge des Behältnisses 14 nach seiner Entformung besonders gering gehalten werden können, sodass der Ausgleichsbehälter 22 zeit- und kostengünstig gefertigt werden kann. Insgesamt kann ein sehr gutes Füllverhalten trotz sehr geringer Wanddicke des Behältnisses 14 und/oder der Struktur 24 gewährleistet werden. Es wurde ferner gefunden, dass Spannungen bei gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich reduzierter Wanddicke großflächiger verteilt, aber nicht höher als bei herkömmlichen Lösungen sind, wobei die Spannungen homogener auf den Ausgleichsbehälter 22 im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen verteilt werden. Insbesondere kann das Gewicht des Ausgleichsbehälters 22 gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich reduziert werden.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn das Behältnis 12 beziehungsweise 14 beispielsweise auf seiner Außenfläche beziehungsweise Außenseite mit Sicken versehen und somit versickt ausgebildet ist. Insbesondere ist eine geschickte Verteilung der Wanddicken und als Innenrippen ausgebildeten Wandungsbereiche 28 denkbar. Unkritische Bereiche können weiter verdünnt werden, wobei kritische Bereiche verdickt werden können.
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5 zeigt in einer schematischen Unteransicht das Behältnis 14 gemäß einer zweiten Ausführungsform. 6 zeigt das Behältnis 14 gemäß 5 in einer schematischen Draufsicht. Besonders gut aus 5 und 6 erkennbar ist die nach Art einer Schale eines Ammoniten und somit bionisch ausgebildeten und als Versteifungsstruktur fungierende Struktur 24, deren Verwendung es ermöglicht, die Wanddicken und somit das Gewicht des Behältnisses 14 besonders gering halten zu können, wobei gleichzeitig eine hinreichend hohe Steifigkeit des Behältnisses 14 und somit des Ausgleichsbehälters 22 realisiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ausgleichsbehälter
- 12
- Behältnis
- 14
- Behältnis
- 16
- Aufnahmeraum
- 18
- Struktur
- 20
- Wandung
- 22
- Ausgleichsbehälter
- 24
- Struktur
- 26
- Wandungsbereich
- 28
- Wandungsbereich
- B
- Bereich
- K
- Knotenpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011009687 A1 [0003]
- WO 2015/170088 A1 [0003]
- EP 3140193 B1 [0003]
