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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Temperiereinrichtungen zum Temperieren eines Fluids.
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Temperiereinrichtungen zum Temperieren eines Fluids kommen in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz. Derartige Temperiereinrichtungen kommen beispielsweise zum Heizen von Luft oder einer Flüssigkeit, insbesondere von Kühlmittel, zum Einsatz. Bekannt ist beispielsweise der Einsatz solcher Temperiereinrichtungen in einem Kraftfahrzeug, um im Kraftfahrzeug ein Fluid, wie beispielsweise Luft oder Kühlmittel zu temperieren, insbesondere zu heizen.
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Die Temperiereinrichtungen haben bei den unterschiedlichen Anwendungen jeweils verschiedene Vorgaben zu erfüllen. Dies gilt insbesondere beim Einsatz der Temperiereinrichtungen in verschiedenen Fahrzeugen. Zu diesen Vorgaben gehören eine von der Temperiereinrichtung insgesamt zu erbringende Temperierleistung sowie ein in der Temperiereinrichtung zulässiger Druckabfall in dem durch die Temperiereinrichtung temperierten Fluid. Ist die Temperiereinrichtung beispielsweise als eine Heizeinrichtung ausgestaltet, mit der das Fluid geheizt wird, sind die Gesamtheizleistung der Heizeinrichtung und der Druckabfall im Fluid innerhalb der Heizeinrichtung üblicherweise vorgegeben. Abhängig von diesen Vorgaben erfolgt in der Regel eine individuelle Konstruktion für die jeweilige Temperiereinrichtung, um die Vorgaben hinsichtlich der Gesamt-Temperierleistung und des Druckabfalls zu erfüllen. Das heißt, dass für die jeweilige Temperiereinrichtung eine eigens angepasste Konstruktion durchgeführt wird, um diese Vorgaben zu erfüllen.
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Diese individuelle Konstruktion führt insgesamt zu einem erhöhten Aufwand und/oder erhöhten Kosten bei der Planung und Konstruktion der Temperiereinrichtungen. Zudem führen die Verwendung angepasster und individueller Bestandteile der Temperiereinrichtungen bei der jeweiligen Temperiereinrichtung, insbesondere zum Erfüllen der Vorgaben, wiederum zu einem erhöhten Aufwand und erhöhten Kosten.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für ein Verfahren zum Herstellen unterschiedlicher Temperiereinrichtungen eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte Konstruktion unterschiedlicher Temperiereinrichtungen und/oder reduzierte Kosten auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zum Herstellen von Temperiereinrichtungen, welche unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen haben, eine gemeinsame Bauweise vorzugeben, für diese Bauweise ein Baukastensystem bereitzustellen und für die Bauweise und das bereitgestellte Baukastensystem Abhängigkeiten zwischen der im Baukastensystem bereitgestellten Bestandteile und der zu erfüllenden Anforderungen vorab zu bestimmen. Anschließend werden unterschiedliche Temperiereinrichtungen mit Hilfe der Vorabbestimmung durch einfaches Entnehmen der benötigten Bestanteile aus dem Baukastensystem hergestellt. Die Vorabbestimmung, die die Vorgabe der gemeinsamen Bauweise sowie das Bereitstellen des Baukastensystems voraussetzt, erlaubt es, unterschiedliche zu erfüllende Anforderungen der Temperiereinrichtung durch eine einfache Skalierung, das heißt insbesondere durch eine Entnahme unterschiedlicher Anzahl verschiedener Bestandteile aus dem Baukastensystem, zu realisieren. Somit wird das Herstellen dieser unterschiedlicher Temperiereinrichtungen, das heißt Temperiereinrichtungen, welche unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen haben, erheblich vereinfacht, da eine individuelle Konstruktion dieser unterschiedlichen Temperiereinrichtungen entfällt oder zumindest erheblich reduziert wird. Dies führt unmittelbar auch zu einem reduzierten Gesamtaufwand und folglich zu reduzierten Kosten bei der Herstellung der Temperiereinrichtungen. Das Bereitstellen des Baukastensystems führt ferner zu einer weiteren Vereinfachung der Herstellung der Temperiereinrichtungen und/oder einer weiteren Reduzierung der Herstellungskosten.
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Dem Erfindungsgedanken entsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen verschiedener Temperiereinrichtungen, wobei die jeweilige Temperiereinrichtung dem Temperieren eines Fluids dient, und wobei die Temperiereinrichtungen jeweils eine vorgegebene Gesamt-Temperierleistung sowie einen vorgegebenen Druckabfall im zu temperierenden Fluid als Vorgaben zu erfüllen haben. Dabei wird zunächst die vorgegebene Bauweise aller Temperiereinrichtungen derart bestimmt, dass die Temperiereinrichtungen jeweils ein Gehäuse aufweisen, in dem ein Kanalsystem für das Fluid ausgebildet ist, durch das ein Strömungspfad des zu temperierenden Fluids führt. Im Gehäuse sind dabei zumindest zwei Temperierstäbe angeordnet. Der jeweilige Temperierstab weist wenigstens ein elektrisch betriebenes Temperierelement und einen das zumindest eine Temperierelement umhüllende Außenhülle auf. Die Temperierstäbe sind in einer Abstandsrichtung zueinander beabstandet und parallel angeordnet, wobei die Außenhüllen von in Abstandsrichtung aufeinanderfolgenden Temperierstäben jeweils einen den Strömungspfad begrenzenden Kanal des Kanalsystems bilden. Das heißt, dass die Kanäle, welche durch die Außenhüllen gebildet sind, parallel verlaufen. Für diese gemeinsame Bauweise der Temperiereinrichtungen wird dann ein modulares Baukastensystem bereitgestellt. Das modulare Baukastensystem enthält Temperierstäbe sowie Gehäuse. Die Temperierstäbe weisen dabei jeweils eine Außenhülle auf, wobei die Außenhüllen aller Temperierstäbe die gleichen Dimensionen und die gleichen Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Dies führt dazu, dass die Außenhüllen für das zu temperierende Fluid jeweils einen gleichen Strömungswiderstand bilden und/oder vergleichbare Druckabfälle zur Folge haben. Es werden dabei Temperierstäbe mit einer unterschiedlichen Anzahl von Temperierelementen bereitgestellt. Das heißt, dass während alle Temperierstäbe eine Außenhülle mit den gleichen Dimensionen und den gleichen Oberflächenbeschaffenheiten aufweisen, sie jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Temperierelementen aufweisen können. Dabei weisen die Temperierelemente aller Temperierstäbe die gleiche Temperierleistung auf. Das heißt, dass das jeweilige Temperierelement im Betrieb die gleiche Temperierleistung erbringt. Dies führt dazu, dass die zu erbringende Gesamt-Temperierleistung der jeweiligen Temperiereinrichtung in einfacher Weise mit der Anzahl der Temperierelemente in Verbindung steht. Bereitgestellt werden zudem Gehäuse, wobei das jeweilige Gehäuse einen Einlass zum Einlassen des Fluids in das Gehäuse und einen Auslass zum Auslassen des Fluids aus dem Gehäuse aufweist. Nach der Vorgabe der Bauweise und dem Bereitstellen des modularen Baukastensystems erfolgt das Vorabbestimmen der Abhängigkeiten des Druckabfalls und der Gesamt-Temperierleistung von diesen Bestandteilen des Baukastensystems. Bei der Vorabbestimmung wird einerseits eine Druckfunktion und andererseits eine Leistungsfunktion bestimmt. Die Druckfunktion bildet den Druckabfall im Fluid innerhalb des Kanalsystems als Funktion der Anzahl der von den Temperierstäben gebildeten Kanälen ab. Die Leistungsfunktion bildet die Gesamt-Temperierleistung in Abhängigkeit von der Anzahl der Temperierelemente ab. Mit der Vorgabe der Bauweise der Temperiereinrichtungen, dem Bereitstellen des modularen Baukastensystems und der vorab bestimmten Abhängigkeiten der Druckfunktion und der Leistungsfunktion werden dann verschiedene Temperiereinrichtungen hergestellt, wobei unterschiedliche Temperiereinrichtungen jeweils zugehörige Gesamt-Temperierleistungen und Druckabfälle zu erfüllen haben. Das heißt, dass für die jeweilige Temperiereinrichtung eine Gesamt-Temperierleistung und ein Druckabfall im Fluid innerhalb des Kanalsystems vorgegeben ist. Bei der Herstellung der jeweiligen Temperiereinrichtung wird aus der Leistungsfunktion für die vorgegebene Gesamt-Temperierleistung die zugehörige Anzahl an Temperierelementen bestimmt bzw. abgelesen. Zudem wird aus der Druckfunktion für den vorgegebenen Druckabfall die zugehörige Anzahl der Temperierstäbe bestimmt bzw. abgelesen und die somit bestimmte Anzahl von Temperierstäben aus dem Baukastensystem entnommen. Das heißt, dass im Ergebnis der vorgegebene Druckabfall in Abhängigkeit von der Anzahl der Temperierstäbe gebracht wird, so dass bei einer Vorgabe des Druckabfalls durch einfache Bestimmung bzw. einfaches Ablesen der zugehörigen Anzahl der Temperierstäbe die Vorgabe hinsichtlich des Druckabfalls erfüllt wird. Die jeweils vorgegebene Gesamt-Temperierleistung skaliert wie erläutert mit der Anzahl der Temperierelemente. Während also der vorgegebene Druckabfall mit der Anzahl der Temperierstäbe skaliert, skaliert die vorgegebene Gesamt-Temperierleistung mit der Anzahl der Temperierelemente. Dementsprechend wird bei der Anzahl der bestimmten Temperierstäbe eine Auswahl aus dem Baukastensystem derart vorgenommen, dass diese insgesamt die bestimmte Gesamtanzahl der Temperierelemente aufweisen. Das heißt, dass die Temperierstäbe aus dem Baukastensystem derart entnommen werden, dass die Summe der Anzahl ihrer Temperierelemente der bestimmten Anzahl der Temperierelemente entspricht. Auch wird ein passendes Gehäuse aus dem Baukastensystem entnommen und die entnommenen Temperierstäbe auf die vorgegebene Bauweise in das Gehäuse eingesetzt, also derart, dass die Temperierstäbe in der Abstandsrichtung zueinander beabstandet sind und parallel verlaufen und derart, dass die Außenhüllen von in Abstandsrichtung aufeinanderfolgenden Temperierstäben jeweils einen den Strömungspfad begrenzenden Kanal des Kanalsystems bilden. Für unterschiedliche Druckabfälle wird also lediglich die Anzahl der Temperierstäbe verändert. Für verschiedene Gesamt-Temperierleistungen wird dann die Anzahl der Temperierelemente auf diese Anzahl der Temperierstäbe verteilt. Es erfolgt also eine einfache Erfüllung der Vorgaben hinsichtlich Gesamt-Temperierleistung und Druckabfall durch eine entsprechende Zuweisung an eine Anzahl von Temperierstäben und Temperierelementen. Somit können Temperiereinrichtungen, welche unterschiedliche Gesamt-Temperierleistungen zu erfüllen und/oder unterschiedliche Druckabfälle zulassen dürfen, aus dem gleichen Baukastensystem durch eine Bestimmung der unterschiedlichen zu entnehmenden Anzahl der Temperierstäbe hergestellt. Dies reduziert, wie vorstehend beschrieben, den Gesamtaufwand zum Herstellen dieser Temperiereinrichtungen, da für die jeweilige Temperiereinrichtung nicht eine gesonderte Konstruktion und Planung vorgenommen werden muss. Insgesamt führt dies neben dem reduzierten Aufwand auch zu reduzierten Gesamt-Herstellungskosten.
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Bei der Herstellung der Temperiereinrichtungen kann von der Gesamt-Temperierleistung und somit der Anzahl der Temperierelemente ausgegangen und anschließend die passende Anzahl der Temperierstäbe bestimmt werden kann. Auch eine umgekehrte Vorgehensweise, bei der zunächst die Anzahl der Temperierstäbe und anschließend die passende Anzahl der Temperierelemente bestimmt werden, ist vorstellbar.
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Das modulare Baukastensystem enthält neben den Temperierstäben auch die Gehäuse. Das heißt, dass die Temperierstäbe einen modularen Bestandteil des Baukastensystems und die Gehäuse einen anderen modularen Bestandteil des Baukastensystems bilden. Das heißt, dass sämtliche Temperierstäbe des Baukastensystems in allen Gehäusen des Baukastensystems eingesetzt werden können. Hierzu weisen sämtliche Gehäuse und alle Temperierstäbe zweckmäßig entsprechende, miteinander zusammenwirkende Schnittstellen auf, die durchgehend gleich ausgebildet sind.
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Das modulare Baukastensystem enthält zweckmäßig Gehäuse mit verschiedenen Innenvolumen, so dass sie eine unterschiedliche Anzahl von Temperierstäben aufnehmen können. Bei der Entnahme des Gehäuses aus dem modularen Baukastensystem zur Herstellung der jeweiligen Temperiereinrichtung wird dabei ein für die bestimmte Anzahl der Temperierstäbe passendes Innenvolumen aus dem Baukastensystem entnommen.
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Bevorzugt ist es dabei, wenn die Gehäuse mit den verschiedenen Innenvolumen sich lediglich hinsichtlich Ihrer Erstreckung in Abstandsrichtung unterscheiden. Dies reduziert den Einfluss der unterschiedlichen Gehäuse auf die Druckfunktion, so dass die verschiedenen Temperiereinrichtungen einfacher und präziser hergestellt werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist prinzipiell für Temperiereinrichtungen in unterschiedlichsten Anwendungen geeignet. Das Verfahren wird insbesondere zur Herstellung von Temperiereinrichtungen für Fahrzeuge eingesetzt. Die jeweilige Temperiereinrichtung kann dabei insbesondere als eine Heizeinrichtung ausgebildet sein, die mit den Temperierelementen, die dann als Heizelemente ausgebildet sind, das Fluid heizt. Bei dem Fluid kann es sich um Luft oder eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Kühlmittel und dergleichen, handeln.
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Die elektrisch betriebenen Temperierelemente können prinzipiell jeweils beliebig ausgestaltet sein, sofern sie die gleiche Temperierleistung aufweisen. Bei den Temperierelementen handelt es sich insbesondere um PTC-Elemente, Peltierelemente und dergleichen.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Vorgabe der Bauweise der Temperiereinrichtung derart ist, dass die Außenhüllen der in Abstandsrichtung äußeren Temperierstäbe jeweils zusammen mit dem Gehäuse einen den Strömungspfad begrenzenden Kanal des Kanalsystems bilden. Dies führt insbesondere dazu, dass die Gesamtzahl der quer zur Abstandsrichtung verlaufenden Kanäle der Anzahl der Temperierstäbe abzüglich Eins entspricht, so dass die Vorabbestimmung der Druckfunktion und der Leistungsfunktion und/oder die Herstellung der Temperiereinrichtungen vereinfacht wird. Zudem führt dies zu einer genaueren und zuverlässigeren Erfüllung der zulässigen Druckabfälle der jeweiligen Temperiereinrichtung.
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Als vorteilhaft erweist es sich, wenn bei der Herstellung der Temperiereinrichtungen die Abstandsrichtung als quer zum Strömungspfad zwischen den von den Temperierstäben gebildeten Kanälen gewählt wird. Das heißt, dass der Strömungspfad entlang der Kanäle verläuft. Dies führt einerseits zu vorteilhaften Strömungswiderständen, insbesondere reduzierten Strömungswiderständen, innerhalb der Temperiereinrichtungen. Andererseits erfolgt somit ein einfacherer Zusammenhang zwischen der Anzahl der Temperierstäbe und dem Druckabfall, das heißt, insbesondere zu einer vereinfachten Vorabbestimmung der Druckfunktion.
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Der Druckabfall innerhalb der Temperiereinrichtung hängt auch von dem jeweiligen Fluid ab. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren vorsehen, für unterschiedliche Fluide jeweils eine zugehörige Druckfunktion vorab zu bestimmen und bei der Herstellung der Temperiereinrichtungen zu berücksichtigen.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die vorgegebene Bauweise der Temperiereinrichtungen eine äquidistante Anordnung der Temperierstäbe zueinander vorsieht. Das heißt, dass die Temperierstäbe bei der Herstellung der Temperiereinrichtungen jeweils äquidistant zueinander angeordnet werden. Die äquidistante Anordnung der Temperierstäbe zueinander führt insbesondere dazu, dass die mit den Temperierstäben gebildeten Kanäle jeweils vergleichbare, insbesondere die gleichen, Strömungsquerschnitte aufweisen. In der Folge besteht ein vereinfachter Zusammenhang zwischen der Anzahl der Temperierstäbe und dem Druckabfall, also eine vereinfachte Abbildung der Druckfunktion erfolgt. Daraus folgt eine genauere und zuverlässigere Erfüllung der zulässigen Druckabfälle und/oder Gesamt-Temperierleistungen der jeweiligen Tem periereinrichtung.
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Bevorzugt ist es, wenn die Temperierstäbe in den Temperiereinrichtungen äquidistant angeordnet sind und die Abstandsrichtung quer zum Strömungspfad des Fluids, also der Strömungspfad parallel durch die Kanäle, führt. Daraus resultiert für das jeweilige zu temperierende Fluid für den Druckabfall in sehr guter Näherung eine reziproke Proportionalität zum Quadrat der Anzahl der Kanäle, so dass der Druckabfall in einfache Weise mit der Anzahl der Kanäle beschrieben werden kann. Mit anderen Worten, die Druckfunktion ist eine Funktion, die reziprok proportional zur Anzahl der Kanäle im Quadrat ist. Auf diese Weise wird also die Vorabbestimmung der Druckfunktion erheblich vereinfacht und eine zuverlässige und genaue Zuordnung des jeweils vorgegebenen Druckabfalls an die Anzahl der Kanäle und folglich an die Anzahl der Temperierstäbe realisiert. Dies führt zu einer erheblichen Vereinfachung der Herstellung der verschiedenen T em periereinrichtungen.
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Eine weitere Vereinfachung der Herstellung der Temperiereinrichtungen wird dadurch erreicht, dass die Druckfunktion und die Leistungsfunktion in einem Kennlinienfeld hinterlegt werden. Im Kennlinienfeld sind für unterschiedliche Druckverluste die jeweils entsprechende Anzahl der Temperierstäbe und für unterschiedliche Temperierleistungen für jeweils unterschiedliche Anzahlen von Temperierstäben eine den unterschiedlichen Temperierleistungen entsprechende Anzahl der Temperierelemente abgebildet und hinterlegt. Das Kennlinienfeld enthält also für unterschiedliche vorgegebene Gesamt-Temperierleistungen und verschiedene Druckverluste jeweils eine passende Anzahl von Temperierstäben und eine Anzahl von Temperierelementen pro Temperierstab. Somit kann bei Vorgabe einer Gesamt-Temperierleistung und eines Druckverlustes für die jeweilige Gesamt-Temperierleistung eine unterschiedliche Anzahl von Temperierstäben bestimmt bzw. abgelesen werden und aus dieser Anzahl der Temperierstäbe diejenige gewählt werden, mit der der vorgegeben Druckabfall erfüllt wird.
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Besonders vereinfacht wird die Herstellung der Temperiereinrichtungen dadurch, dass bei der Herstellung der jeweiligen Temperiereinrichtung aus dem Kennlinienfeld für den vorgegebenen Druckabfall und die vorgegebene Gesamt-Temperierleistung die entsprechende Anzahl der Temperierstäbe und die entsprechende Anzahl der Temperierelemente entnommen werden und die Temperiereinrichtung hergestellt wird.
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Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen bei der Herstellung der jeweiligen Temperiereinrichtung aus dem Baukastensystem Temperierstäbe entnommen werden, welche jeweils die gleiche Anzahl von Temperierelementen aufweisen. Das heißt, dass die Gesamt-Temperierleistung mit der Anzahl der Temperierstäbe skaliert, insbesondere im Wesentlichen linear zusammenhängt. Somit wird also auch eine einfache Abhängigkeit der Gesamt-Temperierleistung von der Anzahl der Temperierstäbe erreicht, so dass auch die Leistungsfunktion eine Abhängigkeit von der Anzahl der Temperierstäbe zeigt. Folglich wird auch somit eine Vereinfachung der Herstellung der Temperiereinrichtungen erreicht.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen im Baukastensystem Temperierstäbe bereitgestellt werden, deren Außenhüllen die gleiche Wärmeleitfähigkeit aufweisen. In der Folge ist der Wärmeübertrag zwischen den Temperierelementen und dem Fluid im jeweiligen Kanal für alle Temperierstäbe gleich oder zumindest vergleichbar. Somit ist eine vereinfachte und/oder genauere Erfüllung der vorgegebenen Gesamt-Temperierleistung möglich.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen sind im Baukastensystem die Außenhüllen aller Temperierstäbe identisch. Das heißt insbesondere, dass die Außenhüllen jeweils Gleichteile sind. Dies führt neben einer vereinfachten Herstellung auch zu einer Kostenreduzierung der Herstellung der Temperiereinrichtungen.
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Bevorzugt ist es, wenn im Baukastensystem alle Temperierelemente identisch sind. Auch dies führt zu einer vereinfachten Herstellung der Temperiereinrichtungen und/oder zu reduzierten Herstellungskosten.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine stark vereinfachte Ansicht von verschiedenen Temperiereinrichtungen mit jeweils einem Gehäuse und T em perierstäben,
- 2 verschiedene Gehäuse als Module eines Baukastensystems,
- 3 verschiedene Temperierstäbe als Module des Baukastensystems,
- 4 die Temperierstäbe des Baukastensystems bei unterschiedlichen Varianten,
- 5 und 6 jeweils ein Diagramm,
- 7 ein Kennlinienfeld.
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Ein Verfahren zum Herstellen von Temperiereinrichtungen 1, wie sie beispielsweise in 1 dargestellt sind, wird nachfolgend erläutert. Mit der jeweiligen Temperiereinrichtung 1 erfolgt das Temperieren eines Fluids, beispielsweise von Luft oder einer Flüssigkeit, beispielsweise eines Kühlmittels. Die jeweilige Temperiereinrichtung 1 kann beispielsweise als eine Heizeinrichtung 2 zum Heizen des Fluids ausgebildet sein. Die gezeigten Temperiereinrichtungen 1 sind unterschiedlich, weisen aber die gleiche Bauweise auf. Die Temperiereinrichtungen 1 weisen jeweils ein Gehäuse 3 mit einem Innenvolumen 4 auf, durch welches das zu temperierende Fluid im Betrieb strömt. Das jeweilige Gehäuse 3 weist zum Einlassen des Fluids in das Innenvolumen 4 einen Einlass 5 und zum Auslassen des Fluids aus dem Innenvolumen 4 einen Auslass 6 auf. Im Innenvolumen 4 des jeweiligen Gehäuses 3 sind zumindest zwei Temperierstäbe 7 angeordnet, mit denen das Fluid temperiert, insbesondere geheizt, wird. Die Temperierstäbe 7 der jeweiligen Temperiereinrichtung 1 sind in einer Abstandsrichtung 8 zueinander beabstandet und parallel angeordnet, wobei die Temperierstäbe 7 der gezeigten Temperiereinrichtungen 1 in Abstandsrichtung 8 äquidistant zueinander angeordnet sind. Durch die beabstandete Anordnung der Temperierstäbe 7 in Abstandsrichtung 8 ist zwischen den in Abstandsrichtung 8 aufeinanderfolgenden Temperierstäben 7 jeweils ein Kanal 9 eines Kanalsystems 10 gebildet. In dem gezeigten Beispiel bilden zudem die in Abstandsrichtung 8 äußeren Temperierstäbe 7 jeweils mit dem Gehäuse 3 einen weiteren Kanal 9 des Kanalsystems 10. Dementsprechend ist die Anzahl der Kanäle 9 um Eins größer als die Anzahl der Temperierstäbe 7. Zudem weisen die in Abstandsrichtung 8 äußeren Temperierstäbe 7 zum Gehäuse 3 in Abstandsrichtung 8 jeweils den gleichen Abstand auf, wie die Temperierstäbe 7 zueinander. Das zu temperierende Fluid strömt dabei entlang der Kanäle 9 durch das Kanalsystem 10, so dass ein Strömungspfad 11 des Fluids durch die Kanäle führt. Der Strömungspfad 11 verläuft hierbei entlang der Kanäle 9 und somit quer zur Abstandsrichtung 8 der Temperierstäbe 7. Die Temperierstäbe 7 sind also in Abstandsrichtung 8 zueinander beabstandet. Dabei erstrecken sich die Temperierstäbe 7 in einer quer zur Längsrichtung 8 verlaufenden Längsrichtung 16. Die Kanäle 9 verlaufen jeweils in Längsrichtung 16 und sind somit zueinander parallel.
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Im gezeigten Beispiel weisen Temperierstäbe 7 jeweils eine äußere Außenhülle 12 auf, wobei die jeweilige Außenhülle 12 zumindest ein Temperierelement 13 (vergleiche 3 und 4) des Temperierstabs 7 umschließt. Die Außenhüllen 12 der Temperierstäbe 7 bilden also besagte Kanäle 9 zwischeneinander und die beiden in Abstandsrichtung 8 äußeren Temperierstäbe 7 mit ihren Außenhüllen 12 zudem jeweils einen Kanal 9 mit dem Gehäuse 3. Dabei sind die Außenhüllen 12 aller Temperierstäbe 7 gleich dimensioniert und weisen zudem die gleichen Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere hinsichtlich eines Strömungswiderstandes das Fluid, auf. Die Temperierstäbe 7 sind ferner in dem zugehörigen Gehäuse 3 zueinander fluchtend angeordnet, derart, dass sie in Längsrichtung 16 keinen Versatz zueinander aufweisen. Somit sind sämtliche Kanäle 9 gleich ausgebildet, weisen insbesondere die gleiche Erstreckung auf.
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Im gezeigten Beispiel unterscheiden sich die Temperiereinrichtungen 1 durch ihre Anzahl an Temperierstäben 7 und die Dimensionen der Gehäuse 3 bzw. die Größe des jeweiligen Innenvolumens 4. Das heißt, dass sich die Gehäuse nur in ihrer Erstreckung in Abstandsrichtung 8 unterscheiden.
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Die verschiedenen Temperiereinrichtungen 1 in erfüllen jeweils zugehörige und vorgegebene Anforderungen hinsichtlich der von der Temperiereinrichtung 1 erbrachten Temperierleistung, die nachfolgend als Gesamt-Temperierleistung bezeichnet wird, sowie des Druckabfalls im Fluid in der Temperiereinrichtung 1, insbesondere zwischen dem Einlass 5 und dem Auslass 6.
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Zum Herstellen der jeweiligen Temperiereinrichtung 1 wird ein modulares Baukastensystem 14 bereitgestellt, das in den 2 bis 4 vereinfacht dargestellt ist.
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Entsprechend 2 umfasst das Baukastensystem 14 Gehäuse 3, welche gleich ausgebildet sind und sich lediglich durch ihre Erstreckung in Abstandsrichtung 8 und somit durch ihre Innenvolumen 4 voneinander unterscheiden. Dabei sind von dem jeweiligen Gehäuse 3 mit gleichem Innenvolumen 4 bzw. mit gleicher Erstreckung in Abstandsrichtung 8 mehrere bereitgestellt. Die Gehäuse 3 des Baukastensystems 14 weisen also in Längsrichtung 16 jeweils die gleiche Größe auf. Insbesondere weist das Innenvolumen 4 der Gehäuse 2 in Längsrichtung 16 die gleiche Erstreckung auf. Die Gehäuse 3 mit dem gleichen Innenvolumen 4 bzw. gleicher Erstreckung in Abstandsrichtung 8 sind jeweils für eine vorgegebene Anzahl von Temperierstäben 7 vorgesehen. Analog zu den in 1 gezeigten Temperiereinrichtungen 1 sind in 2 die obersten Gehäuse 3 für zwei Temperierstäbe 7, die nach unten darauf folgenden Gehäuse 3 für drei Temperierstäbe 7, die darauf folgenden Gehäuse 3 für vier Temperierstäbe 7 und die darauf folgenden Gehäuse 3 für fünf Temperierstäbe 7 vorgesehen usw.
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Das Baukastensystem 14 umfasst ferner Temperierstäbe 7, wie sie in den 3 und 4 gezeigt sind.
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In 3 ist eine Seitenansicht der Temperierstäbe 7 zu sehen. Wie vorstehend erläutert, weist der jeweilige Temperierstab 7 eine Außenhülle 12 auf, wobei die Außenhüllen 12 aller Temperierstäbe 7 die gleichen Dimensionen aufweisen. Zudem weisen die Außenhüllen 12 aller Temperierstäbe 7 die gleiche Oberflächenbeschaffenheit und die gleiche Wärmeleitfähigkeit auf. Insbesondere sind die Außenhüllen 12 aller Temperierstäbe 7 identisch ausgebildet. Wie 4 entnommen werden kann, können die Temperierstäbe 7 aber eine unterschiedliche Anzahl von Temperierelementen 13 aufweisen, wobei 4 einen Schnitt durch den jeweiligen gezeigten Temperierstab 7 in Längsrichtung 16 zeigt. Das heißt, dass die Temperierstäbe 7 trotz gleicher Dimensionierung und gleicher Außenhülle 12 eine unterschiedliche Anzahl von Temperierelementen 13 aufweisen können. Beim in 4 gezeigten Beispiel sind rein beispielshaft Temperierstäbe 7 mit einer Anzahl von acht Temperierelementen 13, neun Temperierelementen 13, zehn Temperierelementen 13, elf Temperierelementen 13 sowie zwölf Temperierelementen 13 vorgesehen. Von dem jeweiligen Temperierstab 7 mit der unterschiedlichen Anzahl von Temperierelementen 13 sind dabei im Baukastensystem 14 jeweils mehrere vorgesehen. Die Temperierelemente 13 aller Temperierstäbe 7 weisen dabei jeweils die Temperierleistung auf, erbringen also im Betrieb die gleiche Temperierleistung.
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Wie 4 entnommen werden kann, sind die Temperierelemente 13 in Längsrichtung 16 zueinander beabstandet angeordnet. Zu erkennen ist ferner, dass der jeweilige Temperierstab 7 zwei elektrische Anschlüsse 17 zur elektrischen Versorgung der Temperierelemente 13 aufweist. Ist die Temperiereinrichtung 1 als eine Heizeinrichtung 2 ausgebildet, kann es sich bei dem jeweiligen Temperierelement 13 um ein PTC-Element handeln. Es sind also Temperierstäbe 7 vorgesehen, die jeweils die gleiche Außenhülle 12 aufweisen und jeweils zumindest ein Temperierelement 13 aufweisen, das von der Außenhülle 12 umschlossen ist. Es können hierbei Temperierstäbe 7 mit einer unterschiedlichen Anzahl von Temperierelementen 13 vorgesehen sein, wobei die Temperierelemente 13 aller Temperierstäbe 7 die gleiche Temperierleistung aufweisen. Mit anderen Worten, die Temperierstäbe 7 sind mit Ausnahme der Anzahl der Temperierelemente 13 identisch ausgebildet. Jedes der Temperierelemente 7 aus dem Baukastensystem 14 kann dabei in jedem der Gehäuse 3 aus dem Baukastensystem 14 eingesetzt werden.
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Ist die Bauweise der Temperiereinrichtungen 1, wie in 1 gezeigt, vorgegeben und ist das Baukastensystem 14 mit entsprechenden Gehäusen 3 und Temperierstäben 7 bereitgestellt, lässt sich für den vorgegebenen Druckabfall ein Zusammenhang mit der Anzahl der Kanäle 9 und somit der Anzahl der Temperierstäbe 7, die stets um Eins weniger ist als die Anzahl der Kanäle 9, herstellen. Hierbei ist nachfolgend der Einfachheit halber angenommen, dass alle Temperiereinrichtungen 1 das gleiche Fluid temperieren. Analoge Zusammenhänge lassen sich auch für andere Fluide herstellen.
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Dieser Zusammenhang ist als eine Druckfunktion 18 in 5 wiedergegeben. 5 zeigt hierbei ein Diagramm, dessen Ordinatenachse der Druckdifferenz „dp“ und dessen Abszissenachse der Anzahl der Temperierstäbe 7 bzw. der Kanäle 9 entspricht. Zu erkennen ist hierbei, dass zwischen der Druckdifferenz dp und der Anzahl der Kanäle 9 und somit der Anzahl der Temperierstäbe 7 eine reziproke Proportionalität vorliegt, derart, dass der Druckabfall dp zum Quadrat der Anzahl der Kanäle 9 bzw. der Temperierstäbe 7 reziprok proportional ist. dp ist also proportional zu Eins durch die Anzahl der Kanäle 9 bzw. der Temperierstäbe 7 im Quadrat. Diese Abhängigkeit ergibt sich bei Annahme einer gleichen Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch alle Kanäle 9, die durch die gleiche Ausgestaltung aller Kanäle 9 zumindest in sehr guter Näherung gegeben ist.
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Vorab bestimmt wird ferner ein Zusammenhang der Gesamt-Temperierleistung und der Anzahl der Temperierelemente 13. Auch hier ist nachfolgend der Einfachheit halber angenommen, dass alle Temperiereinrichtungen 1 das gleiche Fluid temperieren. Analoge Zusammenhänge lassen sich auch für andere Fluide herstellen.
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Dieser Zusammenhang zwischen der Anzahl der Temperierelemente 13 und der Gesamt-Temperierleistung ist in 6 als eine Leistungsfunktion 19 wiedergegeben, wobei 6 ein Diagramm zeigt, auf dessen Ordinatenachse die Gesamtleistung „P“ und auf dessen Abszissenachse die Anzahl der Temperierelemente 13 aufgetragen sind. Zu erkennen ist ein linearer Zusammenhang zwischen der Gesamt-Temperierleistung P und der Anzahl der Temperierelemente 13, die insbesondere mit der gleichen Temperierleistung aller Temperierelemente 13 einhergeht.
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Aus der gezeigten Druckfunktion 18 kann nun für einen vorgegebenen Druckabfall die passende Anzahl an Temperierstäben 7 bestimmt, insbesondere abgelesen, werden. Für die vorgegebene Gesamt-Temperierleistung P kann aus der Leistungsfunktion 19 die passende Anzahl an Temperierelementen 13 bestimmt, insbesondere abgelesen werden. Die somit bestimmte Anzahl an Temperierstäben 7 wird dabei aus dem Baukastensystem 14 entnommen, wobei die Temperierstäbe 7 derart entnommen werden, dass die Summe der Anzahl ihrer Temperierelemente 13 der aus der Leistungsfunktion 19 bestimmten Anzahl für Temperierelemente 13 entspricht. Somit kann für Temperiereinrichtungen 1 mit verschiedenen Vorgaben hinsichtlich des Druckabfalls dp und der Gesamt-Temperierleistung P auf einfache Weise durch die Bestimmung der Anzahl der Temperierstäbe aus der Druckfunktion 18 und der Anzahl der Temperierelemente 13 aus der Leistungsfunktion 19, das heißt lediglich durch die Variation der Anzahl der Temperierstäbe 7 und der Anzahl der Temperierelemente 13, eine passende Konstruktion gewählt und die jeweilige Temperiereinrichtung 1 somit kostengünstig und einfach hergestellt werden. Bei der Auswahl des Gehäuses 3 wird dabei zweckmäßig dasjenige Gehäuse 3 gewählt, das für die bestimmte Anzahl der Temperierstäbe 7 geeignet ist.
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Wie in 7 gezeigt, können die Druckfunktion 18 und die Leistungsfunktion 19 in einem Kennlinienfeld 20, hinterlegt werden. Zu sehen ist in 7 ein das Kennlinienfeld 20 illustrierendes Diagramm, wobei die Abszissenachse des Diagramms der Gesamt-Temperierleistung P und die Ordinatenachse der Druckdifferenz dp entspricht. Im Diagramm des Kennlinienfelds 20 ist für beispielhafte Druckabfälle dp jeweils eine zugehörige Anzahl an Temperierstäben 7 angegeben. Für den jeweiligen Druckabfall dp und der zugehörigen Anzahl an Temperierstäben 7 sind ferner unterschiedliche Varianten von Anzahl an Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7 angegeben, wobei die Anzahl an Temperierelementen 13 entlang einer zugehörigen, parallel zur Abszissenachse verlaufenden Linie 21-28 durch Markierungen oder Punkte wiedergegeben sind.
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In 7 ist also für den dort höchsten Druckabfall dp die oberste Linie 21 wiedergegeben, die einer zugehörigen Anzahl von Temperierstäben 7, beispielsweise zwei Temperierstäben 7, entspricht. Entlang der zugehörigen Linie 21 sind verschiedene Markierungen zu erkennen, wobei die jeweilige Markierung für eine Anzahl von Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7 steht. Die Anzahl der Temperierelemente 13 pro Temperierstab 7 nimmt hierbei entlang der Abszissenachse zu. Für das genannte Beispiel des größten Druckabfalls dp mit zwei Temperierstäben 7 steigt die Gesamt-Temperierleistung P mit der Anzahl von Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7. Mit abnehmendem Druckabfall dp und somit zunehmender Anzahl von Temperierstäben 7 ergibt sich bei gleicher Anzahl von Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7 eine erhöhte Temperierleistung P. Mit anderen Worten: Das Diagramm in 7 gibt ein Kennlinienfeld 20 wieder, bei dem für verschiedene Linien 21 bis 28, die jeweils einer vorgegebenen Anzahl von Temperierstäben 7 entsprechen, der jeweils zugehörige Druckabfall dp und bei Annahme einer gleichen Anzahl von Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7 die zugehörigen Gesamt-Temperierleistungen P wiedergegeben sind. Bei der in 7 obersten Linie 21 wird, wie erwähnt, beispielsweise von einer Anzahl von zwei Temperierstäben 7 ausgegangen, wobei entlang dieser Linie verschiedene Punkte die Anzahl von Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7 wiedergegeben. Demnach bleibt der Druckabfall dp wegen der gleichbleibenden Anzahl der Temperierstäbe 7 für die erste Linie 21 konstant, wohingegen die Gesamt-Temperierleistung P mit zunehmender Anzahl von Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7 zunimmt. Bei der ersten Linie 21 ist beispielsweise mit der Markierung ganz links eine Anzahl von zwei Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7 und mit der Markierung ganz rechts eine Anzahl von zwölf Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7 angenommen. In 7 sind dabei rein beispielhaft acht solche Linien und somit Druckabfälle dp wiedergegeben. Die zweite Linie 22 gibt die Anzahl von drei Temperierstäben 7 für den zugehörigen Druckabfall dp bei zwei bis zwölf Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7 wieder. Dies setzt sich bis zur untersten Linie 28 fort, in der der Druckabfall dp für eine Anzahl von neun Temperierstäben 7 wiedergegeben ist, wobei wiederum entlang der Linie 28 mit der linken Markierung die zugehörige Gesamt-Temperierleistung P für zwei Temperierelemente 13 pro Temperierstab 7 und rechts die zugehörige Gesamt-Temperierleistung P für zwölf Temperierelemente 13 pro Temperierstab 7 wiedergegeben ist.
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In 7 und somit im Kennlinienfeld 20 ergibt sich somit ein umschlossenes Feld 29, das dem Betriebsfeld 29 der Temperiereinrichtungen 1 entspricht, die mit einem Baukastensystem 14 hergestellt werden können.
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Mit dem Kennlinienfeld 20 ist es nun möglich, bei einer vorgegebenen Gesamt-Temperierleistung P die jeweils zugehörige Anzahl von Temperierelementen 13 abzulesen. Wie 7 mit einer gestrichelten, entlang der Ordinatenachse verlaufenden Linien angedeutet, kommen für die jeweilige Gesamt-Temperierleistung P eine unterschiedliche Anzahl von Linien 21 bis 28 und somit eine unterschiedliche Anzahl von Temperierstäben 7 und folglich zugehörige Druckabfälle dp in Frage. Hierbei wird, wie mit der entlang der Abszissenachse gestrichelt gezeigten Linie angedeutet, diejenige Anzahl an Temperierstäben 7 gewählt, welche dem vorgegebenen Druckabfall dp entspricht. Umgekehrt kann bei einem vorgegebenen Druckabfall dp die zugehörige Linie 21 bis 28 gewählt werden, wobei die jeweilige Linie 21 bis 28 einer Anzahl von Temperierstäben 7 entspricht. Mit steigender Anzahl von Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7 kann dann die zugehörige vorgegebene Gesamt-Temperierleistung P gewählt werden. Es ergibt sich also für das jeweilige Paar von vorgegebenem Druckabfall dp und vorgegebener Gesamt-Temperierleistung P eine zugehörige Anzahl von Temperierstäben 7 mit einer Anzahl von Temperierelementen 13 pro Temperierstab 7. Diese Anzahl an Temperierstäben 7 mit jeweils der Anzahl der Temperierelemente 13 wird nun aus dem Baukastensystem 14 entnommen und in das passende Gehäuse 3 eingesetzt, derart, dass die Temperierstäbe in Abstandsrichtung 8 äquidistant angeordnet sind, in Längsrichtung 16 keinen Versatz aufweisen und die in Abstandsrichtung 8 äußeren Temperierstäbe 7 zum Gehäuse 3 in Abstandsrichtung 8 den gleichen Abstand aufweisen wie die in Abstandsrichtung 8 aufeinanderfolgenden Temperierstäbe 7.
