DE102019121651A1

DE102019121651A1 - Kühleinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zur Herstellung einer Kühleinrichtung

Info

Publication number: DE102019121651A1
Application number: DE102019121651.6A
Authority: DE
Inventors: Jan Aschwer; David Morton; Alexander Stemmler; Michael Englmeier
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2039-08-13
Also published as: DE102019121651B4

Abstract

Kühleinrichtung für ein Fluid eines Fluidkreislaufes in einem Kraftfahrzeug mit einer Gehäuseanordnung (4), die zumindest ein Kühlmittelrohr (6) und eine dieses Kühlmittelrohr (6) Helix förmig umgebende Fluidkanalanordnung (8) mit mindestens einem Zuführ- und mindestens einem Abführorgan (10, 12) aufweist, wobei die Gehäuseanordnung einstückig ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für ein Fluid eines Fluidkreislaufes in einem Kraftfahrzeug mit einer Gehäuseanordnung, die zumindest ein Kühlmittelrohr und eine dieses Kühlmittelrohr helixförmig umgebende Fluidkanalanordnung mit mindestens einem Zuführ- und mindestens einem Abführorgan aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kühleinrichtung.
Derartige Kühleinrichtungen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Sie dienen dazu ein Fluid in einem Fluidkreislauf dadurch zu kühlen, dass ein Kühlmittel die Wärme des zu kühlenden Fluids aufnimmt und abführt. Folglich kann auch der Begriff Wärmeübertragungseinrichtung Verwendung finden. Zum Einsatz kommen derartige Kühleinrichtungen beispielsweise in Motorkühlkreisläufen, Klimakreisläufen oder auch in Hydrauliksystemen, die beispielsweise zur Kühlung einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Eine gattungsgemäße Kühleinrichtung ist hierbei aus der internationalen Offenlegungsschrift WO 2005/078369 A1 bekannt. Hierbei ist ein Kühlmittelrohr vorgesehen, um das eine helixförmige Fluidkanalanordnung gewickelt ist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem Fluid zu gewährleisten. Die Umwicklung des Kühlmittelrohres durch die Fluidkanalanordnung erfordert einen sehr genauen und damit aufwendigen Wickelprozess. Zudem kann eine optimale Wärmeübertragung dadurch behindert werden, dass die Fluidkanalanordnung nicht gleichmäßig am Kühlmittelrohr anliegt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile auf einfache und kostengünstige Weise zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Gehäuseanordnung einstückig ausgeführt ist. Durch die einstückige Ausgestaltung ist die Kühleinrichtung einfacher und kostengünstiger herzustellen, wobei gleichzeitig eine optimale Wärmeübertragung vom Fluid zum Kühlmittel gewährleistet ist.
Um die Wärmeübertragung zwischen Fluid und Kühlmittel noch zu verbessern, kann das Kühlmittelrohr in Längsrichtung verlaufende Rippenorgane aufweisen.
Um den Montageaufwand weiter zu minimieren, kann die Gehäuseanordnung in vorteilhafter Weise Stutzen- und/oder Flanschmittel aufweisen, die jeweils endseitig am Kühlmittelrohr ausgeformt sind.
Dadurch, dass die Fluidkanalanordnung mehrere, mindestens zwei Fluidkanäle aufweist, die jeweils von dem Zuführorgan abzweigen beziehungsweise in das Abführorgan münden, ist es möglich, ein hohes Durchflussvolumen ohne erhebliche Strömungsverluste bei gleichzeitig optimaler Wärmeübertragung zu gewährleisten. Über die Steigung der Helixform kann auf einfache Weise die Länge der einzelnen Fluidkanäle und damit die Kühlfläche beeinflusst werden.
In vorteilhafter Weise sind dem Zuführ- beziehungsweise Abführorgan Befestigungsmittel für Kupplungsmittel zugeordnet, um die Kühleinrichtung schnell und einfach im Fluidkreislaufsystem montieren zu können.
Um die Kühleinrichtung flexibel einsetzen zu können, kann es vorteilhaft sein, dass die Gehäuseanordnung in mindestens einer Position angewinkelt ausgeführt ist. Hierdurch kann eine optimale Bauraumausnutzung gewährleistet werden. Ein maximaler Biegewinkel α sollte hierbei 45 Grad nicht überschreiten.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Kühlmittelrohr doppelwandig mit zwei in Längsrichtung verlaufenden Wandteilen ausgeführt sein, wobei die Fluidkanalanordnung im innen gelegenen Wandteil angeordnet ist. Hierdurch kann der Wärmeaustausch noch einmal verbessert werden.
Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kühleinrichtung gelöst, wobei die Kühleinrichtung mittels eines additiven Herstellungsverfahrens gefertigt wird.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung,
2 die Kühleinrichtung aus 1 als Drahtmodell zur Darstellung einer Fluidkanalanordnung,
3 eine perspektivische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, und
4 eine perspektivische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung 2, die eine Gehäuseanordnung 4 aufweist, die im Wesentlichen einstückig aus einem Kühlmittelrohr 6 und einer Fluidkanalanordnung 8, siehe hierzu insbesondere auch 2, aufgebaut ist. Wie deutlich in 2 dargestellt, umgibt die Fluidkanalanordnung 8 das Kühlmittelrohr 6 helixförmig, um auf diese Weise eine optimale Wärmeübertragung vom Fluid in der Fluidkanalanordnung 8 zum Kühlmittel im Kühlmittelrohr 6 zu gewährleisten. Hierbei weist die Fluidkanalanordnung 8 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Zuführorgan 10 zum Zuführen eines Fluids, in diesem Fall Hydrauliköl und ein Abführorgan 12 zum Abführen des Fluids in den Fluidkreislauf, in diesem Fall einem Hydraulikölkreislauf, auf. Das Kühlmittel fliest im vorliegenden Ausführungsbeispiel von links nach rechts der Kühlmitteleinrichtung 2. Das Hydrauliköl durchströmt die Kühleinrichtung 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel also im Gleichstrom. Es ist auch denkbar, dass das Hydrauliköl die Kühleinrichtung 2 in Gegenstrom durchströmt. Hierzu müsste dann lediglich die Richtung des Kühlmittels geändert werden, oder das Zuführorgan 10 mit dem Abführorgan 12 vertauscht werden.
Zur einfacheren Montierbarkeit sind an beiden Enden des Kühlmittelrohres 6 Stutzenmittel 14, 16 vorgesehen. Zudem ist am Ende des Stutzenmittels 14 auch noch ein Flanschmittel 18 zur lösbaren Befestigung an einem entsprechenden Flanschmittel eines nicht dargestellten Kühlmittelzulaufrohres vorgesehen. Des Weiteren sind im Bereich des Zuführorgans 10 und Abführorgans 12 Befestigungsmittel 20, 22 vorgesehen, um beispielsweise einen Zuführ- oder Abführschlauch für das zu kühlende Fluid zu befestigen.
2 zeigt nun die Kühleinrichtung 2 in Form eines Drahtmodelles, das insbesondere die Fluidkanalanordnung 8 darstellt. Die Fluidkanalanordnung 8 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus fünf Fluidkanälen 24, 26, 28, 30, 32 aufgebaut, die das Kühlmittelrohr 6 helixförmig umgeben. Durch die Anzahl der Fluidkanäle 24, 26, 28, 30, 32 wird eine hohe Durchflussrate des Fluidmittels bei gleichzeitiger hoher Wärmeübertragung gewährleistet. In gleicher Weise werden die fünf Fluidkanäle 24, 26, 28, 30, 32 im Abführorgan 12 zusammengeführt.
3 zeigt nun eine perspektivische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Kühleinrichtung 2. Diese Ausführungsform unterscheidet sich zum einen durch die Anordnung von in Längsrichtung verlaufenden Rippenorganen 34 innerhalb der Kühlmittelrohres 6 zur verbesserten Wärmeübertragung und durch eine alternative Ausführung der Fluidkanalanordnung 8. Hierbei sind über den bereits bekannten Fluidkanälen 24, 26, 28, 30, 32 noch weitere Fluidkanäle 36, 38, 40, 42 vorgesehen, um die Durchflussrate noch weiter zu erhöhen. Zudem wird hierdurch ein besonders kleines Packaging der Fluidkanalanordnung 8 gewährleistet, wodurch die Kühleinrichtung 2 in deren Abmessungen klein ausgeführt werden kann.
4 zeigt nun in einer perspektivisch geschnittenen Ansicht eine weitere Ausführungsform der Kühleinrichtung 2. Hierbei ist das Kühlmittelrohr 6 doppelwandig ausgeführt. Hierzu sind zwei Wandteile 44, 46 vorgesehen, wobei im innen gelegenen Wandteil 46 die Fluidkanalanordnung 8 angeordnet ist. Hierdurch kann die Fluidkanalanordnung 8 beidseitig von Kühlmittel umströmt werden, wodurch die Wärmeübertragung noch einmal verbessert werden kann.
5 zeigt nun in einer schematischen Ansicht eine angewinkelte Ausführung der Kühlmitteleinrichtung 2. Eine derartige Anwinklung der Kühlmitteleinrichtung 2 kann durch vorgegebene Bauraumbedingungen notwendig sein. Um bei der additiven Fertigung, auch 3D-Druck genannt, Stützstrukturen innerhalb des Kühlmittelrohres 6 zu vermeiden, sollten die zueinander angewinkelten Teile 48, 50 einen Winkel α einschließen, der zwischen 135 Grad und 180 Grad beträgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/078369 A1 [0002]

Claims

Kühleinrichtung für ein Fluid eines Fluidkreislaufes in einem Kraftfahrzeug mit einer Gehäuseanordnung (4), die zumindest ein Kühlmittelrohr (6) und eine dieses Kühlmittelrohr (6) Helix förmig umgebende Fluidkanalanordnung (8) mit mindestens einem Zuführ- und mindestens einem Abführorgan (10, 12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseanordnung (4) einstückig ausgeführt ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittelrohr (6) in Längsrichtung verlaufende Rippenorgane (34) aufweist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseanordnung (4) Stutzen- und/oder Flanschmittel (14, 16, 18) aufweist, die jeweils endseitig am Kühlmittelrohr 6 ausgeformt sind.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanalanordnung (8) mehrere, mindestens zwei Fluidkanäle (24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 40, 42) aufweist, die jeweils von dem Zuführorgan (10) abzweigen bzw. in das Abführorgan (12) münden.
Kühleinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zuführ- bzw. Abführorgan (10, 12) Befestigungsmittel (20, 22) für Kupplungsmittel zugeordnet sind.
Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseanordnung (4) an mindestens einer Position angewinkelt ausgeführt ist.
Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittelrohr (6) doppelwandig mit zwei in Längsrichtung verlaufenden Wandteilen (44, 46) ausgeführt ist, wobei die Fluidkanalanordnung (8) im innen gelegenen Wandteil (46) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (2) mittels eines additiven Herstellungsverfahrens gefertigt wird.