DE102019105984B3 - Sealing ring for connecting two fluid-carrying elements, cooling system with such a sealing ring for a traction battery of an electrically operated vehicle and method for producing such a cooling system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Dichtring (1) zur Verbindung von zwei fluidführenden Elementen, insbesondere zur Abdichtung zwischen einer Kühlplatte (5) und einem Umkehrsammler (7) einer Traktionsbatterie, wobei der Dichtring (1) einen, insbesondere kreisringförmigen, abgeflachten Metallring (2) aufweist, wobei der Dichtring (1) eine Vielzahl von mit dem Metallring (2) verbundenen und zwischen dem Metallring (2) und dem Mittelpunkt des Dichtrings (1) angeordneten Rippen (3) aufweist, wobei die Rippen (3) im Spritzgussverfahren aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoff, gefertigt sind. The invention relates to a sealing ring (1) for connecting two fluid-carrying elements, in particular for sealing between a cooling plate (5) and a reversing collector (7) of a traction battery, the sealing ring (1) having a, in particular annular, flattened metal ring (2) , wherein the sealing ring (1) has a plurality of ribs (3) connected to the metal ring (2) and arranged between the metal ring (2) and the center of the sealing ring (1), the ribs (3) being injection molded from a plastic material , in particular a thermoplastic and / or thermosetting plastic.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dichtring zur Verbindung von zwei fluidführenden Elementen, insbesondere zur Abdichtung zwischen einer Kühlplatte und einem Umkehrsammler einer Traktionsbatterie, wobei der Dichtring einen, insbesondere kreisringförmigen, abgeflachten Metallring aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kühlsystem mit einem solchen Dichtring für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kühlsystems.The present invention relates to a sealing ring for connecting two fluid-carrying elements, in particular for sealing between a cooling plate and a reversible collector of a traction battery, the sealing ring having a, in particular annular, flattened metal ring. Furthermore, the present invention relates to a cooling system with such a sealing ring for a traction battery of an electrically operated vehicle and a method for producing such a cooling system.
Traktionsbatterien für elektrisch betriebene Fahrzeuge entwickeln im Betrieb eine beträchtliche Hitze, weswegen Kühlsysteme in die Traktionsbatterien integriert werden, um diese zu kühlen. Da moderne Traktionsbatterien oftmals aus einer Vielzahl von Lagen aus Batteriezellen bestehen, werden in die Lagen. Kühlplatten integriert, die eine Vielzahl von länglich und parallel verlaufenden Kanälen aufweisen, durch die ein Kühlmittel geführt wird. An zwei gegenüberliegenden Stirnseiten der Kühlplatte münden die Kanäle typischerweise. Während eine Seite als Ein- bzw. Auslass fungiert, wird auf der anderen Seite in der Regel ein Umkehrsammler montiert, der jeweils zwei Kanäle verbindet, so dass das Fluid, welches in einem Kanal in Richtung des Umkehrsammlers strömt, in die entgegengesetzte Richtung umgeleitet wird.Traction batteries for electric vehicles develop considerable heat during operation, which is why cooling systems are integrated into the traction batteries in order to cool them. Since modern traction batteries often consist of a large number of layers of battery cells, the layers are. Integrated cooling plates, which have a plurality of elongated and parallel channels through which a coolant is passed. The ducts typically open on two opposite end faces of the cooling plate. While one side acts as an inlet or outlet, a reversing collector is usually mounted on the other side, connecting two channels each, so that the fluid flowing in one channel in the direction of the reversing collector is diverted in the opposite direction ,
Um eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Umkehrsammler und der Kühlplatte herzustellen, werden üblicherweise metallene Dichtringe eingesetzt, die zwischen den beiden Elementen verpresst werden.In order to establish a fluid-tight connection between the reversing collector and the cooling plate, metal sealing rings are usually used, which are pressed between the two elements.
Derartige Dichtungen sind beispielsweise aus den Entgegenhaltungen
Das Problem der bekannten Dichtringe besteht darin, sie vor dem Verpressen exakt zu positionieren, so dass eine optimale Dichtwirkung bei maximalem Strömungsquerschnitt gewährleistet ist.The problem of the known sealing rings is to position them exactly before pressing, so that an optimal sealing effect is guaranteed with a maximum flow cross-section.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dichtring zur Verfügung zu stellen, der eine exakte und sichere Positionierung ermöglicht, ein verbessertes Kühlsystem für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Kühlsystems bereitzustellen.Against this background, the object of the present invention is to provide a sealing ring which enables precise and secure positioning, an improved cooling system for a traction battery of an electrically operated vehicle and a method for producing such a cooling system.
Zu Lösung der Aufgabe wird ein Dichtring zur Verbindung von zwei fluidführenden Elementen, insbesondere zur Abdichtung zwischen einer Kühlplatte und einem Umkehrsammler einer Traktionsbatterie, vorgeschlagen, wobei der Dichtring einen, insbesondere kreisringförmigen, abgeflachten Metallring aufweist, wobei der Dichtring eine Vielzahl von mit dem Metallring verbundenen und zwischen dem Metallring und dem Mittelpunkt des Dichtrings angeordneten Rippen aufweist, wobei die Rippen im Spritzgussverfahren aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoff, gefertigt sind.To achieve the object, a sealing ring for connecting two fluid-carrying elements, in particular for sealing between a cooling plate and a reversing collector of a traction battery, is proposed, the sealing ring having a, in particular circular, flattened metal ring, the sealing ring being connected to a plurality of the metal ring and has ribs arranged between the metal ring and the center of the sealing ring, the ribs being injection molded from a plastic material, in particular a thermoplastic and / or thermosetting plastic.
Bei dem Metallring handelt es sich vorzugsweise um einen beidseitig flachen Kreisring aus Metall, wobei die Breite des Kreisrings im Vergleich zum Gesamtdurchmesser gering ist, beispielsweise 1mm bis 5mm. Die Rippen wiederum werden an den Metallring angespritzt und ragen vorzugsweise wenigstens einseitig deutlich über den Metallring hinaus.The metal ring is preferably a circular ring made of metal which is flat on both sides, the width of the circular ring being small compared to the overall diameter, for example 1 mm to 5 mm. The ribs in turn are injection molded onto the metal ring and preferably protrude significantly beyond the metal ring at least on one side.
Der erfindungsgemäße Dichtring hat den Vorteil, dass durch die Rippen eine automatische Zentrierung relativ zur Kühlmittelkanalöffnung erfolgt, wenn der Dichtring auf die Kühlmittelkanalöffnung aufgesetzt wird. Hierdurch wird die Montage des Dichtrings erheblich vereinfacht.The sealing ring according to the invention has the advantage that the ribs automatically center it relative to the coolant channel opening when the sealing ring is placed on the coolant channel opening. This considerably simplifies the assembly of the sealing ring.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dichtring drei, insbesondere symmetrisch bezüglich des Mittelpunkts des Dichtrings angeordnete, Rippen aufweist. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine sichere Zentrierung bei gleichzeitiger Wahrung eines maximalen Strömungsquerschnittes ermöglicht.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the sealing ring has three ribs, in particular arranged symmetrically with respect to the center point of the sealing ring. This advantageously enables reliable centering while at the same time maintaining a maximum flow cross section.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Haupterstreckungsebene des Metallrings jeweils zwei Rippen einen Winkel von 120° einschließen. Somit sind die Rippen insbesondere innerhalb eines Kreises gleichmäßig verteilt angeordnet. Hierdurch wird eine sichere und einfache Selbstzentrierung und/oder Selbstpositionierung ermöglicht.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that two ribs each enclose an angle of 120 ° in the main plane of extension of the metal ring. Thus, the ribs are arranged evenly distributed, especially within a circle. This enables safe and simple self-centering and / or self-positioning.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Kreisring aus dem Kunststoffmaterial an die Innenseite des Metallrings angespritzt ist, wobei die Rippen sich von dem Kreisring aus radial in Richtung des Mittelpunktes des Dichtrings erstrecken und sich insbesondere im Mittelpunkt des Dichtrings treffen. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Kreisrings gleich groß oder kleiner als der Durchmesser des Metallrings. Durch den Kreisring wird eine sichere und stabile Anbindung der Rippen an den Metallring gewährleistet.According to a further advantageous embodiment of the invention it is provided that a circular ring made of the plastic material is injection molded onto the inside of the metal ring, the ribs extending radially from the circular ring in the direction of the center of the sealing ring and meeting in particular in the center of the sealing ring. The diameter of the circular ring is preferably the same size or smaller than the diameter of the metal ring. The circular ring ensures a secure and stable connection of the ribs to the metal ring.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Metallring, der Kreisring und/oder die Rippen auf einer Seite des Dichtrings im Wesentlichen bündig abschließen, wobei der Kreisring und/oder die Rippen vorzugsweise 0,01mm bis 1mm überstehen, besonders bevorzugt 0,1mm, bis 0,5mm. Durch den leichten Überstand relativ zu dem Metallring wird es in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass auch der Ansatz des Kreisrings zu dem Formschluss und der Zentrierung beiträgt.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the metal ring, the circular ring and / or the ribs are essentially flush on one side of the sealing ring complete, the circular ring and / or the ribs preferably projecting from 0.01 mm to 1 mm, particularly preferably from 0.1 mm to 0.5 mm. The slight overhang relative to the metal ring advantageously makes it possible that the attachment of the circular ring also contributes to the positive locking and centering.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rippen an ihrem oberem, von der Haupterstreckungsebene des Metallrings beabstandeten, Ende und vorzugsweise an ihrem radial äußeren Ende wenigstens teilweise verjüngend vorgesehen sind. Vorzugsweise sind die Rippen an ihrem oberen Ende abgerundet. Alternativ sind die Rippen in ihrem oberen Bereich angeschrägt. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine Selbstzentrierung des Dichtrings bei der Montage weiter verbessert, da bei schiefen Ansetzen des Dichtrings dieser auf Grund der verjüngenden Form selbsttätig in einer zentrierten Lage rutscht. Eine fehlerhafte Montage wird hierdurch vermieden.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the ribs are at least partially tapered at their upper end, spaced from the main plane of extension of the metal ring, and preferably at their radially outer end. The ribs are preferably rounded at their upper end. Alternatively, the ribs are beveled in their upper area. This advantageously further improves self-centering of the sealing ring during assembly, since if the sealing ring is inclined, the sealing ring automatically slips in a centered position due to the tapering shape. This prevents incorrect installation.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kühlsystem für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit mindestens einer Lage von Batteriezellen zum Speichern elektrischer Energie, wobei das Kühlsystem wenigstens eine Kühlplatte aufweist, wobei die Kühlplatte eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen zum Leiten von Kühlmittel durch die Lage von Batteriezellen aufweist, wobei das Kühlsystem einen jeweils zwei Kühlmittelkanäle fluidtechnisch verbindenden Umkehrsammler zum Umleiten des Kühlmittels aufweist, wobei der Umkehrsammler an wenigstens einer Stirnseite der Kühlplatte angeordnet und mit dieser verbunden ist, wobei zwischen den Kühlmittelkanälen und dem Umkehrsammler erfindungsgemäße Dichtringe verpresst sind, wobei die Rippen der Dichtringe sich wenigstens teilweise in die Kühlmittelkanäle erstrecken und insbesondere an den Innenseiten der Kühlmittelkanäle anliegen.Another object of the present invention is a cooling system for a traction battery of an electrically operated vehicle with at least one layer of battery cells for storing electrical energy, the cooling system having at least one cooling plate, the cooling plate having a plurality of coolant channels for guiding coolant through the position of Battery cells, wherein the cooling system has a two-way coolant fluid-connecting reversing header for diverting the coolant, the reversing header being arranged on and connected to at least one end face of the cooling plate, wherein sealing rings according to the invention are pressed between the coolant channels and the reversing header, the ribs being pressed the sealing rings extend at least partially into the coolant channels and in particular bear against the inner sides of the coolant channels.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem ist in besonders vorteilhafter Weise einfach und sicher zu montieren und ist zuverlässig gegenüber dem Kühlmittel abgedichtet.The cooling system according to the invention is particularly simple and safe to install and is reliably sealed against the coolant.
Eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs weist vorzugsweise mehrere Module mit mehreren Batteriezellen auf. Die Module mögen neben- und übereinander angeordnet sein, wobei die übereinanderliegenden Modullagen durch Böden, Deckel und/oder Zwischenböden voneinander getrennt sein können. Besonders bevorzugt sind wenigstens einige dieser Böden, Deckel und/oder Zwischenböden erfindungsgemäß Kühlplatten.A traction battery of an electrically operated vehicle preferably has a number of modules with a number of battery cells. The modules may be arranged side by side and one above the other, the module layers lying one above the other being able to be separated from one another by bases, covers and / or intermediate bases. According to the invention, cooling plates are particularly preferred at least some of these trays, lids and / or intermediate trays.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der innere Durchmesser des Metallrings dem Innendurchmesser eines Kühlmittelkanals der Kühlplatte entspricht. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise gewährleistet, dass der Dichtring an der Kühlmittelkanalöffnung optimal anliegt und diese daher optimal abdichtet.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the inner diameter of the metal ring corresponds to the inner diameter of a coolant channel of the cooling plate. This ensures in a particularly advantageous manner that the sealing ring lies optimally against the coolant channel opening and therefore seals it optimally.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Außendurchmesser der Rippen, insbesondere in der Haupterstreckungsebene des Metallrings, im Wesentlichen dem Innendurchmesser eines Kühlmittelkanals der Kühlplatte entspricht und vorzugsweise 0,1 mm bis 2 mm größer ist als der Innendurchmesser des Kühlmittelkanals, besonders bevorzugt 0,1 mm bis 1 mm, insbesondere 0,1 mm bis 0,5 mm. Mit anderen Worten weisen die Rippen vorzugsweise bezogen auf den Innendurchmesser des Kühlmittelkanals ein Übermaß auf. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein guter Formschluss der Rippen mit dem Kühlmittelkanal ermöglicht. Der Dichtring wird durch die Rippen selbständig zentriert und wird, da die Rippen in der Kühlmittelkanalöffnung anliegen und der Dichtring somit verklemmt wird, eigenständig in der Montageposition gehalten.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the outside diameter of the ribs, in particular in the main extension plane of the metal ring, essentially corresponds to the inside diameter of a coolant channel of the cooling plate and is preferably 0.1 mm to 2 mm larger than the inside diameter of the coolant channel, particularly preferably 0.1 mm to 1 mm, in particular 0.1 mm to 0.5 mm. In other words, the ribs preferably have an oversize in relation to the inside diameter of the coolant channel. This advantageously enables a good form fit of the ribs with the coolant channel. The sealing ring is centered independently by the ribs and, because the ribs lie in the coolant channel opening and the sealing ring is thus jammed, is held independently in the assembly position.
Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Kühlsystems, wobei in einem ersten Schritt die Kühlplatte bereitgestellt wird, wobei in einem zweiten Schritt an der zur Verbindung mit dem Umkehrsammler vorgesehen Seite der Kühlplatte erfindungsgemäße Dichtringe derart formschlüssig an den Kühlmittelkanalöffnungen der Kühlplatte angeordnet werden, dass die Rippen in die Kühlmittelkanäle eingreifen und der Metallring bündig an den Rändern der Kühlmittelkanalöffnungen anliegt, wobei in einem dritten Schritt der Umkehrsammler mittels Befestigungsmitteln derart an der Kühlplatte befestigt wird, dass die Dichtringe verpresst werden und eine fluiddichte Verbindung zwischen Kühlplatte und Umkehrsammler hergestellt wird.Yet another object of the present invention is a method for producing a cooling system according to the invention, the cooling plate being provided in a first step, wherein in a second step on the side of the cooling plate provided for connection to the reversing collector, the sealing rings according to the invention are positively connected to the coolant channel openings in the Cooling plate are arranged so that the ribs engage in the coolant channels and the metal ring rests flush on the edges of the coolant channel openings, in a third step the reversing collector is fastened to the cooling plate by means of fasteners in such a way that the sealing rings are pressed and a fluid-tight connection between the cooling plate and Reverse collector is manufactured.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine besonders einfache Montage des Umkehrsammlers ermöglicht, wobei gleichzeitig die Dichtringe sicher und zuverlässig in der optimalen Position gehalten werden.The method according to the invention enables a particularly simple assembly of the reversible collector, while at the same time the sealing rings are held securely and reliably in the optimal position.
Nachfolgend sollen anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele weitere vorteilhafte Merkmale und Einzelheiten der Erfindung erläutert werden. Hierbei zeigen:
-
1a bis1d eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtrings in verschiedenen, schematischen Darstellungen. -
2 eine Ausführungsform einer Kühlplatte mit daran montierten, erfindungsgemäßen Dichtringen in einer schematischen Darstellung. -
3 eine Ausführungsform einer Kühlplatte mit daran montierten, erfindungsgemäßen Dichtringen in einer schematischen Schnittdarstellung. -
4 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit einer Kühlplatte, einem daran montierten Umkehrsammler sowie dazwischen angeordneten, erfindungsgemäßen Dichtringen in einer schematischen Darstellung. -
5 eine Detailansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit einer Kühlplatte, einem daran montierten Umkehrsammler sowie dazwischen angeordneten, erfindungsgemäßen Dichtringen in einer schematischen, partiellen Schnittdarstellung. -
6 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit einer Kühlplatte, einem daran montierten Umkehrsammler sowie dazwischen angeordneten, erfindungsgemäßen Dichtringen in einer schematischen Schnittdarstellung.
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1a to1d an embodiment of the sealing ring according to the invention in different, schematic representations. -
2 an embodiment of a cooling plate with sealing rings according to the invention mounted thereon in a schematic representation. -
3 an embodiment of a cooling plate with sealing rings according to the invention mounted thereon in a schematic sectional view. -
4 an embodiment of a cooling system according to the invention with a cooling plate, a reversing collector mounted thereon and sealing rings according to the invention arranged between them in a schematic representation. -
5 a detailed view of an embodiment of a cooling system according to the invention with a cooling plate, a reversing collector mounted thereon and sealing rings according to the invention arranged between them in a schematic, partial sectional view. -
6 an embodiment of a cooling system according to the invention with a cooling plate, a reversing collector mounted thereon and sealing rings according to the invention arranged therebetween in a schematic sectional view.
Soweit nicht explizit Unterschiede genannt werden, entsprechen die verschiedenen Ausführungsformen einander im Wesentlichen, so dass bezüglich jeder Figur grundsätzlich auf die Ausführungen bezüglich der übrigen Figuren verwiesen wird.Unless differences are explicitly mentioned, the various embodiments essentially correspond to one another, so that with regard to each figure, reference is generally made to the explanations regarding the other figures.
In
Hier handelt es sich dabei um drei einander im Mittelpunkt des Dichtrings
In
Um die Umleitung des Kühlmittels zu ermöglichen, wird an einem Ende ein Umkehrsammler
In
Somit werden bei der Montage zunächst die Dichtringe
In
In
In
In
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |