DE102020105385A1

DE102020105385A1 - Flachrohr zur Durchleitung eines Kühlfluids, Befestigungsvorrichtung zum Befestigen einer Batterie sowie Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020105385A1
Application number: DE102020105385.1A
Authority: DE
Inventors: Jan-Christoph Albrecht; Jakob Hennig; Carsten Wachsmuth
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2021-09-02

Abstract

Flachrohr zur Durchleitung eines Kühlfluids, umfassend eine Rohrwand, welche einen Innenraum des Flachrohres begrenzt; wobei die Rohrwand einen ersten Flachbereich und einen zweiten Flachbereich aufweist, wobei der zweite Flachbereich gegenüber dem ersten Flachbereich angeordnet ist; einen Steg, welcher den ersten Flachbereich mit dem zweiten Flachbereich verbindet; wobei sich der eine Steg entlang einer Rohrachse erstreckt und zwei nebeneinander angeordnete Fluidräume definiert; und ein erster Stegabschnitt des Stegs und der erste Flachbereich einen ersten Winkel zueinander ausbilden, der kleiner als 90° ist, so dass sich beim Einwirken einer Kraftkomponente in einer Richtung senkrecht zum ersten Flachbereich der Steg verformt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flachrohr zur Durchleitung eines Kühlfluids, wobei das Flachrohr eine Rohrwand umfasst, welche einen Innenraum des Flachrohres begrenzt, wobei die Rohrwand einen ersten Flachbereich und einen zweiten Flachbereich aufweist, wobei der zweite Flachbereich gegenüber dem ersten Flachbereich angeordnet ist und einen Steg, welcher den ersten Flachbereich mit dem zweiten Flachbereich verbindet. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen einer Batterie und ein Fahrzeug.
Flachrohre oder Flachrohranordnungen, wie beispielsweise Batterie-Flachrohranordnungen zur Kühlung einer Batterie eines Fahrzeuges, zum Beispiel eines Elektrofahrzeuges, sind in der Fahrzeugtechnik seit langem bekannt. Dabei dient ein Flachrohr, welches von einem Fluid durchströmt wird, als Vorrichtung zum Wärmetransport bzw. zur Kühlung, insbesondere zur Kühlung einer Batterie oder eines anderen erwärmten Elements. Dabei wird das ggf. unter Druck stehende Fluid bzw. Kühlfluid durch einen beispielsweise mäanderförmigen beziehungsweise serpentinenartig ausgebildeten Kanal innerhalb des Flachrohres geleitet, wobei das Fluid beim Durchfluss eine Wärmemenge aufnimmt und abtransportiert. Hierzu ist das Flachrohr nahe oder im Kontakt mit dem erwärmten Element angeordnet.
Die Kanalstruktur innerhalb des Flachrohres wird im Innenraum des Flachrohres durch eine Rohrwand und durch eine Vielzahl von Stegen gebildet. Die Stege verbinden gegenüberliegende Flachbereiche der Rohrwand miteinander. Die Stege bzw. Rippen erstrecken sich entlang einer Längsachse des Flachrohrs und definieren einzelne Kanalabschnitte bzw. Fluidräume. Aufgrund des hohen Drucks des Kühlfluids ist eine Vielzahl von Stegen nötig, auf welche sich der Innendruck innerhalb der Fluidräume verteilen kann. Dadurch wird auch eine Struktur des Flachrohrs gewährleistet, die eine hohe Stabilität, Festigkeit und Steifigkeit aufweist.
Es gibt Flachrohre, die eine Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteten Stegen aufweisen, welche sich senkrecht von einem Flachbereich der Rohrwand des Flachrohres aus zu einem gegenüberliegenden Flachbereich der Rohrwand erstrecken. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in DE 101 50 213 A1 beschrieben.
Daneben gibt es Flachrohranordnungen, welche Fluidräume mit einer röhrenartigen Form aufweisen, wodurch sich der Innendruck des Fluids gleichmäßig auf die entsprechende Kanalwandungen verteilt. Eine solche Anordnung ist in DE 10 2005 052 683 A1 beschrieben.
Solche Flachrohre sind zwar druckfest gegenüber hohen Innendrücken des Fluids, weisen aber oft eine hohe Eigensteifigkeit auf und sind daher nur schwer verformbar. Wenn das Flachrohr in nahe dem erwärmten Bauteil, beispielsweise der Batterie, angeordnet ist kann bei einem Crashtest, wie beispielsweise einem Pollerfall-Test, oder bei einem Unfall die Gefahr bestehen, dass sich das Flachrohr wenig oder gar nicht plastisch verformt. Dadurch werden externe Kräfte direkt auf das steife Flachrohr ganz oder teilweise in die Batterie oder das erwärmte Bauteil eingeleitet.
Zur Vermeidung eines Hineindrückens eines Flachrohres in eine Batterie während eines Unfalls ist oft in vielen Fahrzeugen eine massive Bodenplatte und ein Luftraum oberhalb der massiven Bodenplatte vorgesehen, wobei das Flachrohr und die Batterie durch den Luftraum von der Bodenplatte beabstandet angeordnet sind. Die massive Bodenplatte verformt sich im Falle eines Unfalls in den Luftraum hinein und mindert oder verhindert somit die Wirkung externer Kräfte auf andere Fahrzeugelemente. Diese Anordnung erfordert jedoch zusätzlichen Platz und Gewicht, da eine entsprechend schwere Bodenplatte und ein leerer Luftraum vorgesehen werden müssen.
Es besteht also die Aufgabe ein Flachrohr sowie eine Flachrohr-Batterieanordnung zu schaffen, die eine Reduzierung von Platz und Gewicht erlauben und gleichzeitig bei einem Unfall einer Beschädigung der Batterie vorbeugen.
Die Aufgabe wird durch das Flachrohr, die Befestigungsvorrichtung und das Fahrzeug wie in den unabhängigen Ansprüchen definiert gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Diese vorliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein besonders gestaltetes Flachrohr zur Kühlung einer beabstandet angeordneten Batterie vorgesehen ist. Das Flachrohr umfasst eine Rohrwand, welche einen Innenraum des Flachrohres begrenzt. Die Rohrwand weist einen ersten Flachbereich und einen zweiten Flachbereich auf, wobei der zweite Flachbereich gegenüber dem ersten Flachbereich angeordnet ist. Das Flachrohr umfasst ferner einen Steg, welcher den ersten Flachbereich mit dem zweiten Flachbereich verbindet, wobei sich der Steg entlang einer Rohrachse erstreckt und zwei nebeneinander angeordnete Fluidräume definiert. Ein erster Stegabschnitt des Stegs und der erste Flachbereich bilden einen ersten Winkel zueinander aus, der kleiner als 90° ist, so dass sich beim Einwirken einer Kraftkomponente in einer Richtung senkrecht zum ersten Flachbereich der Steg verformt. Mit Stegabschnitt ist insbesondere ein Stegbereich des Stegs gemeint. Mit anderen Worten bildet zumindest ein Stegabschnitt des Stegs einen ersten, nicht-rechtwinkligen Winkel zu dem ersten Flachbereich aus. Insbesondere kann auch der gesamte Steg den ersten, nicht-rechtwinkligen Winkel zu dem ersten Flachbereich ausbilden. Der Steg kann also mehrere Stegabschnitte aufweisen, von denen einer (der erste) einen Winkel von unter 90° mit dem Flachbereich bildet. Zwischen diesem ersten Stegbereich und dem Flachbereich kann aber ein Übergangsstegbereich ausgebildet sein, der einen rechten Winkel mit dem Flachbereich bildet. Der erste Stegbereich muss also nicht unbedingt direkt an den Flachbereich anschließen.
Das Flachrohr ist als eine kraft- bzw. energieabsorbierende Struktur ausgebildet. Hierzu ist das Flachrohr insbesondere dazu ausgelegt, sich im Falle einer Krafteinwirkung, zum Beispiel bei einem Unfall, zu verformen und dabei Energie aufzunehmen. Das Flachrohr selbst dient so ggf. als zusätzliche oder auch als raumsparende als Knautschzone, welche eine Batterieanordnung vor Schäden schützt.
Durch die Anordnung eines ersten Stegabschnitts eines Stegs, welcher zu einem Flachbereich der Rohrwand einen Winkel aufweist bzw. ausbildet bzw. einschließt, wird im Falle eines Unfalls beziehungsweise einer Einwirkung einer Kraftkomponente auf das Flachrohr eine Deformation beziehungsweise Verformung beziehungsweise ein Einknicken des Stegs begünstigt. Die schräge Anordnung des ersten Stegabschnitts und/oder des Stegs erlaubt beispielsweise eine Verformung des Flachrohres in eine Richtung senkrecht zu der auftreffenden Kraftkomponente. Hierdurch werden beispielsweise die sich gegenüberliegenden Flachbereiche der Rohrwand verschoben und ihr Abstand zueinander verringert, sodass es zu einer Faltung des Flachrohres kommt. Hierdurch kann das Flachrohr als ein verformbares Unfallschutzelement und/oder Kraftabsorptionselement genutzt werden. Daher kann das Flachrohr beispielsweise eine reduzierte Steifigkeit aufweisen.
Unter dem Begriff „Krafteinwirkung“ sollen externe Kräfte und/oder mehrere Kraft- oder mechanische Belastungskomponenten verstanden werden, welche eine Verformung des Flachrohres hervorrufen können. Unter dem Begriff „Verformung“ werden sowohl plastische als auch elastische Verformungen verstanden. Der Begriff „Steifigkeit“ beschreibt den Widerstand eines Körpers gegen eine Verformung durch eine Kraft oder ein Moment.
Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Flachrohres, durch die sich zusätzliche Effekte ergeben.
Eine erste Ausführungsform sieht vor, dass der Steg einen zweiten Stegabschnitt aufweist, der mit dem zweiten Flachbereich einen zweiten Winkel ausbildet, der kleiner als 90° ist. Ein Steg, welcher neben dem ersten Stegabschnitt einen zweiten Stegabschnitt aufweist, wobei der zweite Stegabschnitt mit dem zweiten Flachbereich einen zweiten Winkel ausbildet, kann beispielsweise eine Faltung des Flachrohres erleichtern. Dadurch kann das Flachrohr insbesondere eine weiter verringerte Steifigkeit aufweist. Der Steg kann derart gestaltet sein, dass im Falle einer Kraftbeaufschlagung der Steg derart verformt wird, dass der Abstand zwischen dem ersten Flachbereich der Rohrwand und dem zweiten Flachbereich der Rohrwand verringert wird, wobei gleichzeitig auch der Abstand zwischen dem ersten Stegabschnitt und dem zweiten Stegabschnitt verringert wird.
Bevorzugt ist der erste Winkel und/oder der zweite Winkel kleiner als 70°, weiter bevorzugt kleiner als 60°, mehr bevorzugt kleiner als 50°. Die Größe des ersten Winkels und/oder des zweiten Winkels hat zum einen einen Einfluss auf die Länge des jeweiligen Stegabschnitts und somit auf die Länge des Stegs. Damit beeinflusst die Länge des Steges auch die Größe der Oberfläche, welche dem Innendruck der Fluidkammer ausgesetzt ist. Mit anderen Worten führt ein kleiner erster Winkel und/oder ein kleiner zweiter Winkel zu einer verhältnismäßig größeren Oberfläche des Stegabschnitts und somit des Stegs. Zum anderen beeinflussen der erste und der zweite Winkel auch die Knicksteifigkeit der Stege und damit die Verformbarkeit und das Energie- bzw. Kraftabsorptionsvermögen des Flachrohres im Falle einer einer entsprechenden Beanspruchung.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Rohrwand ferner einen ersten äußeren Rohrwandabschnitt umfasst, welcher sich parallel zu dem ersten Stegabschnitt erstreckt. Die Rohrwand des Flachrohres kann beispielsweise auch einen zweiten äußeren Rohrwandabschnitt umfassen, welcher sich parallel zum ersten äußeren Rohrwandabschnitt erstreckt. Mit anderen Worten ist die Rohrwand des Flachrohres so gestaltet, dass das Flachrohr entlang eines Querschnitts ein Parallelogramm-förmiges beziehungsweise parallelogrammartiges Profil aufweist. Eine solche Anordnung erlaubt eine vergleichsweise weitere Verringerung der Steifigkeit des Flachrohres.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Steg oder der Stegabschnitt eine Krümmung und/oder eine Einkerbung und/oder eine Falzkante ausbildet. Durch die Anordnung von einer oder mehrerer Krümmungen und/oder Einkerbungen und/oder Falzkanten innerhalb des Stegabschnitts und/oder des Stegs wird beispielsweise eine spätere Faltung des Flachrohres erleichtert. Daneben lässt sich insbesondere durch die Anordnung von einer oder mehrerer Krümmungen und/oder Einkerbungen und/oder Falzkanten die Steifigkeit des Flachrohres weiter verringern. Optional lassen sich durch die Anordnung von einer oder mehrerer Krümmungen und/oder Einkerbungen und/oder Falzkanten eine oder mehrere Faltungsbereiche in den Stegabschnitt und/oder den Steg einbringen. Ferner kann der Steg und/oder der Stegabschnitt zumindest ein V-förmiges Profil und/oder ein C-förmiges Profil und/oder ein Zickzack-förmiges Profil und/oder ein wellenförmiges Profil aufweisen. Daneben kann das Flachrohr zumindest eine erste Spiegelsymmetrie in einem Profilquerschnitt entlang einer Breite des Flachrohres aufweisen. Eine spiegelsymmetrische Anordnung des Stegs hat Auswirkungen auf die Verteilung des Innendrucks auf den Steg bzw. die Stegabschnitte.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Flachrohr zumindest einen zweiten Steg aufweist, wobei der zweite Steg den ersten Flachbereich mit dem zweiten Flachbereich verbindet, wobei sich der zweite Steg entlang einer Rohrachse erstreckt und zumindest einen weiteren Fluidraum definiert und wobei der zweite Steg eine von dem ersten Steg abweichende Erstreckungsrichtung und/oder Stegwanddicke und/oder Stegwandmaterial aufweist. Die Anordnung eines zweiten Stegs, welcher eine von dem ersten Steg abweichende Erstreckungsrichtung und/oder eine abweichende Stegwanddicke und/oder ein abweichendes Stegbandmaterial aufweist, erlaubt es beispielsweise eine kompaktere Faltung des Flachrohrs im Falle einer Krafteinwirkung zu realisieren. Dadurch kann insbesondere eine zusätzliche Verringerung der Steifigkeit des Faltrohres erreicht werden. Zudem kann hierdurch beispielsweise auch eine Materialeinsparung und somit eine Gewichtsreduktion des Flachrohres erzielt werden. Der Begriff „weiterer Fluidraum“ bezieht sich auf einen von Kühlfluid durchströmten Kanalabschnitt, welcher zumindest abschnittsweise durch den zweiten Steg definiert beziehungsweise geformt wird.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Flachrohr eine Vielzahl weiterer Stege umfasst, wobei zumindest ein Steg der Vielzahl weiterer Stege parallel zum Steg verläuft und/oder parallel zum zweiten Steg verläuft. Durch die Anordnung weiterer Stege, welche parallel zum ersten und/oder zum zweiten Steg verlaufen lässt sich eine vergleichsweise zuverlässigere und/oder gleichmäßigere Faltung bzw. Deformation des Flachrohres realisieren.
Die Erfindung umfasst ferner eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen einer Batterie, wobei die Befestigungsvorrichtung zumindest ein erfindungsgemäßes Flachrohr umfasst, wobei das Flachrohr eine erste Steifigkeit aufweist. Daneben umfasst die Befestigungsvorrichtung ferner zumindest eine Plattform, an welcher das Flachrohr angeordnet ist, wobei die zumindest eine Plattform eine zweite Steifigkeit aufweist, die größer ist als die erste Steifigkeit, so dass sich beim Einwirken einer Kraftkomponente in einer Richtung senkrecht zum ersten Flachbereich das Flachrohr verformt. Mit anderen Worten wird bei einem Unfall insbesondere das Flachrohr verformt, wobei es Kräfte absorbiert und dadurch eine Krafteinwirkung auf die Plattform vermindert oder vollständig verhindert.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der Befestigungsvorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Flachrohrs beschrieben worden sind.
Eine Ausführungsform der Befestigungsvorrichtung umfasst zumindest eine Batterie, die an der Befestigungsvorrichtung angeordnet ist, wobei die Batterie eine dritte Steifigkeit aufweist, und wobei die dritte Steifigkeit größer als die erste Steifigkeit ist. Eine Batterie mit einer größeren Steifigkeit als die Steifigkeit eines beabstandeten Flachrohres kann bei einem Unfall dem sich verschiebenden und/oder sich deformierenden Flachrohr derart standhalten, dass die strukturelle Integrität der Batterie aufrechterhalten wird. Mit anderen Worten kann eine Beschädigung der Batterie durch das Flachrohr mit der verhältnismäßig geringeren Steifigkeit verhindert oder verringert werden.
Die Erfindung umfasst ferner ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Flachrohr und/oder mit der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung. Durch diese Anordnung lässt sich beispielsweise ein Fahrzeug realisieren, welches eine vergleichsweise leichtere Bodenplatte bzw. einen Unterfahrschutz aufweist und/oder welches einen über dem Unterfahrschutz verringerten Luftraum aufweist. Mit anderen Worten weist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug beispielsweise ein verringertes Gewicht und ein kompaktere bzw. platzsparendere Anordnung einer Befestigungsvorrichtung auf.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des Fahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Flachrohrs und/oder der Befestigungsvorrichtung beschrieben worden sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun im Folgenden beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Hierzu zeigen:

1A eine schematische Darstellung einer Anordnung einer lediglich teilweise dargestellten Befestigungsvorrichtung nach Stand der Technik und ein Flachrohr nach Stand der Technik innerhalb eines Fahrzeugs;
1B eine schematische Darstellung wie in 1A, nach einem Unfall oder einem Pollerfall- Test;
1C eine schematische Querschnittsansicht des in den 1A und 1B dargestellten Flachrohres nach Stand der Technik;
2 eine schematische Darstellung einer Anordnung einer erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung und eines erfindungsgemäßen Flachrohrs innerhalb eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
3 eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Flachrohres mit parallelen Stegen;
4 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Flachrohres mit Stegen umfassend mehrere Stegabschnitte;
5 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Flachrohrs mit einem zweiten Steg, der eine abweichende Erstreckungsrichtung und/oder eine Stegwanddicke und/oder ein Stegwandmaterial aufweist;
6 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Flachrohrs mit einem parallelogrammförmigen Querschnitt;
7 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Flachrohrs mit C- förmigen Stegen unterschiedlicher Wanddicke.
8A eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines wellenförmigen Stegs;
8B eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines zickzackförmigen Stegs;
8C eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Stegs mit einer Einkerbung bzw. Nut.

In 1A ist schematisch eine Befestigungsvorrichtung 1 gemäß Stand der Technik umfassend eine Plattform 2 zum Befestigen einer Batterie 3 und ein Flachrohr 5 gezeigt. An der Plattform 2 sind die Batterie 3 als auch das Flachrohr 5 befestigt. Eine Fahrzeugbodenplatte bzw. ein Unterfahrschutz 4 ist zu der Plattform 2 durch einen Luftraum der Höhe h₁ beabstandet angeordnet. Die Höhe h₁ des Luftraums ist im Wesentlichen abhängig von der Stabilität der Bodenplatte.
In 1B ist schematisch die Befestigungsvorrichtung 1 aus 1A in einer Unfallsituation bzw. bei einem Pollerfall-Test bzw. Crashtest gezeigt. Bei einem Pollerfall-Test wird das Fahrzeug mit einem Poller 6 zur Kollision gebracht, um eine realistische Unfallsituation zu erzeugen. In der in 1B dargestellten Situation verformt der Poller 6 den Unterfahrschutz 4 in z-Richtung, wobei der Unterfahrschutz 4 in den Luftraum der Höhe h₁ hinein verformt wird. Der Unterfahrschutz 4 und der mit ihr angrenzende Luftraum sind ausgelegt, eine Deformation durch einen vorbestimmten maximalen Kraftwert, beziehungsweise einer Krafteinwirkung, zu gewährleisten. In Abhängigkeit des vorbestimmten maximalen Kraftwertes wird ein Unterfahrschutz 4 dimensioniert. Gemäß Stand der Technik muss auch die Höhe h₁ des Luftraumes ausreichend groß dimensioniert sein, um ein Eindrücken des sich deformierenden Unterfahrschutzes 4 bei einem Unfall in das Flachrohr 5 zu vermeiden. Beim Einwirken einer Kraft, welche größer ist als der vorbestimmte maximale Kraftwert besteht bei einem Unfall die Gefahr, dass sich der Unterfahrschutz 4 in das Flachrohr 5 eindrückt (nicht gezeigt). Dieses Eindrücken kann wiederrum zu einem Eindrücken des Flachrohres 5 in die Plattform 2 und/oder die Batterie 3 führen.
In 1C ist schematisch ein Querschnitts längs einer Breite des Flachrohrs 5 gemäß Stand der Technik gezeigt, wie es auch in der Befestigungsvorrichtung 1 aus 1A und 1B gezeigt ist. Das Flachrohr 5 dient zur Durchleitung eines Kühlfluids (nicht gezeigt) und umfasst eine Rohrwand 56 die den Innenraum des Flachrohres 5 begrenzt. Die Rohrwand 56 weist einen ersten Flachbereich 56a und einen zweiten Flachbereich 56b auf. Die beiden Flachbereiche sind zueinander gegenüberliegend angeordnet. Das Flachrohr 5 beinhaltet ferner mehrere Stege 57, welche den ersten Flachbereich 56a und den zweiten Flachbereich 56b verbinden. Die Stege sind senkrecht (in z-Richtung) auf den Flachbereichen angeordnet und erstrecken sich längs des Flachohres. Dabei definieren sie Wandlungen nebeneinander angeordneter Fluidräume 58. Die Fluidräume 58 sind hier als parallel zueinander angeordnete Kanalabschnitte eines beispielsweise serpentinenartig verlaufenden Kanals des Flachrohres dargestellt. Ein Flachrohr kann einen oder auch mehrere parallel zueinander verlaufende Kanäle beinhalten, wobei das Flachrohr im Gleichstrom- oder Gegenstromprinzip von dem Fluid durchströmt werden kann. Die Enden eines Fluidraumes 58 sind entweder mit einem parallel angeordneten Fluidraum und/oder einem Flachrohreinlass und/oder einem Flachrohrauslass verbunden (nicht gezeigt). Im Falle eines Unfalls bzw. eines Crashtests trifft eine Kraft bzw. eine Kraftkomponente in z-Richtung senkrecht auf den ersten Flachbereich 56a. Durch die senkrechte Anordnung der Stege 57 überträgt sich eine Kraft und/oder eine senkrechte Kraftkomponente durch das Flachrohr 5 vom ersten Flachbereich 56a zum zweiten Flachbereich 56b hindurch. Dies führt regelmäßig zu Schäden an der benachbart angeordneten Plattform 2 und/oder der Batterie 3. Die senkrechte Anordnung der Stege 57 auf dem ersten Flachbereich 56a und dem zweiten Flachbereich 56b erschwert oder verhindert im Falle einer Krafteinwirkung eine Deformation und/oder Faltung des Flachrohres in eine von der z-Richtung unterschiedliche Richtung.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen al der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 10 umfassend die Plattform 2 zum Befestigen der Batterie 3 und ein Flachrohr 100 in einer Unfallsituation oder einem Pollerfall-Test gezeigt. An der Plattform 2 sind sowohl die Batterie 3 als auch das Flachrohr 100 befestigt. Der Unterfahrschutz 4 ist zu der Plattform 2 durch einen Luftraum der Höhe h₂ beabstandet angeordnet, wobei die Höhe h₂ geringer ist als die Höhe h₁ des Luftraums aus 1A und 1B. Wie in 2 gezeigt führt die Kollision des Fahrzeuges mit dem Poller 6 zu einer Deformation des Unterfahrschutzes 4. Darüber hinaus wird auch das erfindungsgemäße Flachrohr 100 bei der Kollision verformt und/oder gefaltet. Dabei erlaubt das erfindungsgemäße Flachrohr eine Befestigungsvorrichtung 10 derart auszugestalten, dass sie eine verminderte Höhe h₂ des Luftraumes aufweist. Dies erlaubt eine kompaktere Bauweise eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges und erlaubt gleichzeitig das Flachrohres 100 als eine kraftabsorbierende Mechanik zu nutzen, welche sich bei einem Unfall verformt und/oder faltet. Mit anderen Worten wird das Flachrohr 100 als ein verformbares Unfallschutzelement und/oder Kraftabsorptionselement genutzt.
Vorzugsweise weist das Flachrohr 100 eine im Vergleich zur Plattform 2 niedrigere Steifigkeit auf. Mit anderen Worten kann eine erste Steifigkeit des Flachrohrs 100 niedriger beziehungsweise geringer sein als eine zweite Steifigkeit der Plattform 2. Durch seine niedrigere Steifigkeit lässt sich das Flachrohr 100 beim Einwirken einer Kraft bzw. Kraftkomponente in einer Richtung senkrecht zum ersten Flachbereich leichter verformen als die Plattform 2. Weiter bevorzugt kann das Flachrohr 100 auch eine im Vergleich zur Batterie 3 niedrigere Steifigkeit aufweisen. Mit anderen Worten kann, weiter vorzugsweise, eine erste Steifigkeit des Flachrohrs 100 niedriger sein als eine dritte Steifigkeit der Batterie 3. Die Plattform 2 kann auch beispielsweise eine höhere Festigkeit aufweisen als das Flachrohr 100. Unter Festigkeit versteht man eine Größe, welche die die ertragbare Höhe einer Beanspruchung eines Werkstoffs beziehungsweise des aus dem Werkstoff geformten Körpers beschreibt. Weiter bevorzugt kann auch die Batterie 3 eine höhere Festigkeit aufweisen als das Flachrohr 100.
3 stellt eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Flachrohres 100 mit mehreren schrägen beziehungsweisen schiefen Stegen 107 dar. Ein schräger Steg 107 erstreckt sich von dem ersten Flachbereich 106a zu dem gegenüberliegenden (zweiten) Flachbereich 106b. Ein Steg 107 kann einen oder mehrere Stegabschnitte aufweisen. Der in 3 gezeigte Steg umfasst einen ersten Stegabschnitt 107a, wobei der erste Stegabschnitt 107a einen ersten Winkel α mit dem ersten Flachbereich 106a ausbildet bzw. einschließt. Bevorzugt können beispielsweise mehrere Stege parallel zueinander beabstandet angeordnet werden. Durch das Bereitstellen des ersten Stegabschnitts 107a des Stegs 107, welcher zu dem Flachbereich 106a der Rohrwand 106 und/oder dem zweiten Flachbereich 106b der Rohrwand einen ersten Winkel α aufweist, kann im Falle einer in z-Richtung einwirkenden Kraftkomponente, also einer Kraftkomponente die senkrecht auf den ersten Flachbereich 106a einwirkt, eine Deformation beziehungsweise ein Wegknicken des Stegabschnittes 107a und/oder des Stegs 107 erleichtert beziehungsweise ermöglicht werden.
Der Steg 107 kann mehrere Stegabschnitte aufweisen, von denen einer (der erste Stegabschnitt 107a) einen Winkel von unter 90° mit dem Flachbereich bildet. Zwischen diesem ersten Stegabschnitt 107a und den Flachbereichen 106a, 106b können jeweils auch Übergangsstegbereich (nichtdargestellt) ausgebildet sein, die einen rechten Winkel oder einen anderen Winkel mit dem jeweiligen Flachbereich 106a, 106b bilden. Der erste Stegbereich 107a muss also nicht unbedingt direkt an den Flachbereich 106a, 106b anschließen.
Der Winkel α weist bevorzugt eine Größe zwischen 20° und 80° auf, weiter bevorzugt eine Größe zwischen 30° und 70° auf, mehr bevorzugt eine Größe zwischen 40° und 60° auf, am meisten bevorzugt eine Größe von 43° bis 48° auf. Insbesondere ermöglicht die schräge beziehungsweise winklige Anordnung des ersten Stegabschnitts 107a und/oder des Stegs 107 im Bezug auf den ersten Flachbereich 106a und/oder den zweiten Flachbereich 106b eine Verformung beziehungsweise Faltung des Flachrohres 100 in eine Richtung unterschiedlich zur z-Richtung. Hierdurch können beispielsweise bei einer Krafteinwirkung die sich gegenüberliegenden Flachbereiche der Rohrwand 106 verschoben und ihr Abstand zueinander verringert werden. Vorzugsweise weist das Flachrohr 100 durch diese Anordnung eine weiter reduzierte Steifigkeit auf. Daneben wird durch die schräge Anordnung der Stege 107 die Oberfläche der Stege 107 im Vergleich zu gewöhnlichen, senkrecht auf den Flachbereichen angeordneten Stegen, vergrößert. Dadurch wird auch eine günstigere Verteilung des Innendrucks, welche durch das unter Druck stehende Fluid hervorgerufen wird, auf eine größere Oberfläche erreicht.
4 stellt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Flachrohres 100 mit mehreren Stegen dar. Der Steg 107 weist hier einen zweiten Stegabschnitt 107b auf, der mit dem zweiten Flachbereich 106b, der mit dem zweiten Flachbereich (106b) einen zweiten Winkel β ausbildet. Der Winkel β weist bevorzugt eine Größe zwischen 20° und 80° auf, weiter bevorzugt eine Größe zwischen 30° und 70° auf, mehr bevorzugt eine Größe zwischen 40° und 60° auf, am meisten bevorzugt eine Größe von 43° bis 48° auf. Der zweite Stegabschnitt 107b kann beispielsweise mit dem ersten Stegabschnitt 107a kraft -und/oder formschlüssig verbunden sein. Die einander angrenzenden Stegabschnitte bilden insbesondere einen Knickbereich bzw. eine Knicklinie bzw. eines Falzbereichs bzw. eine Falzkante 105 aus. Der Steg 107 kann eine oder mehrere Falzkanten 105 aufweisen. Das Einbringen von Falzkanten in den Steg verringert beispielsweise weiter die Steifigkeit des Flachrohrs 100 und erleichtert die Faltung des Flachrohres im Falle einer Krafteinwirkung auf den ersten Flachbereich 106a. Der erste Winkel α kann vom zweiten Winkel β eine unterschiedliche Größe oder eine identische Größe aufweisen. Der in 4 dargestellte Steg 107 umfassend einen ersten Stegabschnitt 107a und einen zweiten Stegabschnitt 107b weist eine vergleichsweise größere Oberfläche auf. Hierdurch wird eine verbesserte Druckverteilung erreicht.
In 5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Flachrohrs 100 mit einem zweiten Steg 104 gezeigt, wobei der zweite Steg 104 einen ersten Stegabschnitt 104a aufweist, wobei der erste Stegabschnitt 104a des zweiten Stegs 104 einen dritten Winkel γ mit dem ersten Flachbereich 106a ausbildet. Der dritte Winkel γ weist bevorzugt eine Größe zwischen 20° und 80° auf, weiter bevorzugt eine Größe zwischen 30° und 70° auf, mehr bevorzugt eine Größe zwischen 40° und 60° auf, am meisten bevorzugt eine Größe von 43° bis 48° auf. Der dritte Winkel γ kann beispielsweise eine identische Größe wie der erste Winkel α aufweisen. Alternativ kann der dritte Winkel γ beispielsweise eine unterschiedliche Größe als der erste Winkel α aufweisen, sodass der erste Stegabschnitt 104a des zweiten Stegs 104 eine andere Erstreckungsrichtung als der erste Stegabschnitt 107a des Stegs 107 aufweisen kann. Das Flachrohr 100 kann beispielsweise ferner eine Vielzahl weiterer Stege umfassen, wobei zumindest ein Steg der Vielzahl weiterer Stege parallel zum ersten Steg 107 verläuft und/oder parallel zum zweiten Steg 104 verläuft.
Durch die in 5 gezeigte Anordnung der Stege kann im Fall einer Krafteinwirkung auf den ersten Flachbereich 106a beispielsweise die Einknickung beziehungsweise Faltung bestimmter Stege, wie beispielsweise des Stegs 107, begünstigt werden, wobei gleichzeitig andere Stege, wie beispielsweise der zweite Steg 104, weniger zu einer Einknickung neigen, dafür aber eine Verschiebung der zueinander parallel angeordneten Flachbereiche 106a, 106b bewirken können. Hierdurch lassen sich komplizierte Faltungen des Flachrohres 100 ermöglichen. Dadurch können am Flachrohr 100 unterschiedliche Verformungsbereiche 101, 102 definiert werden, welche unterschiedliche Verformungseigenschaften und/oder Verformungsverhalten bei Kraftbeaufschlagung zueinander aufweisen. In 5 ist ein Flachrohr 100 umfassend einen ersten Verformungsbereich 101 und einen zweiten Verformungsbereich 102 gezeigt. Der erste Verformungsbereich ist ein Bereich, in welchem zumindest Steg 107 angeordnet ist. Der zweite Verformungsbereich 102 ist ein Bereich, in welchem zumindest der zweite Steg 104 angeordnet ist. Der erste Verformungsbereich 101 kann zu dem zweiten Verformungsbereich 102 eine unterschiedliche Verformungseigenschaft und/oder ein unterschiedliches Verformungsverhalten aufweisen. So kann der erste Verformungsbereich beispielsweise eine höhere Steifigkeit aufweisen als der zweite Verformungsbereich 102.
Ferner kann der zweite Steg 104 beispielsweise aus einem anderen Material als der Steg 107 geformt sein und/oder eine unterschiedliche Wanddicke, beispielsweise eine verringerte Wanddicke, aufweisen. Die Verwendung unterschiedlicher Materialien und/oder Wanddicken kann dazu beitragen die unterschiedlichen Verformungsbereiche 101, 102 zu definieren. Ferner kann beispielsweise auch ein Stegabschnitt 107a eines Stegs 107 unterschiedliche Wanddicken entlang seiner Verlaufsrichtung aufweisen. Mit anderen Worten, ein Stegabschnitt 107a kann ein sich verjüngendes Profil entlang seiner Verlaufsrichtung aufweisen. Beispielsweise können der erste Stegabschnitt 107a ein sich verjüngendes Profil entlang einer ersten Verlaufsrichtung und/oder der zweite Stegabschnitt 107b ein sich verjüngendes Profil entlang einer zweiten Verlaufsrichtung aufweisen. Die Nutzung sich verjüngender Profile, beziehungsweise abnehmender Wanddicken entlang einer Verlaufsrichtung eines Stegabschnittes, ermöglicht eine genauere geometrische Definition der Falzkante 105.
6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Flachrohrs 100 mit einem parallelogrammförmigen Querschnitt. Das in 6 gezeigte Flachrohr 100 umfasst neben dem ersten Flachbereich 106a und dem zweiten Flachbereich 106b einen ersten äußeren Rohrwandabschnitt 106c und einen zweiten äußeren Rohrwandabschnitt 106d. Der erste äußere Rohrwandabschnitt 106c ist gegenüber dem zweiten äußeren Rohrwandabschnitt 106d angeordnet. Der erste äußere Rohrwandabschnitt 106c und der zweite äußere Rohrwandabschnitt 106d verbinden den ersten Flachbereich 106a mit dem zweiten Flachbereich 106b. Der erste äußere Rohrwand Abschnitt 106c erstreckt sich parallel zu dem Steg 107. Mit anderen Worten bildet der erste äußere Rohrwand Abschnitt 106c mit dem ersten Flachbereich 106a den ersten Winkel α aus. Das parallelogrammartig bzw. parallelogrammförmige Flachrohr 100 erlaubt eine zusätzliche Reduzierung der Steifigkeit des Flachrohres.
In 7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Flachrohrs mit C-förmigen Stegen unterschiedlicher Wanddicke gezeigt. Das Flachrohr 100 umfasst hier mindestens einen Steg 107, welcher eine Krümmung beziehungsweise eine Krümmung 103 aufweist, sodass der Steg 107 ein C-förmiges Querschnittsprofil ausbildet. Mit anderen Worten weist der Steg 107 bzw. der erste Stegabschnitt 107a und/oder der zweite Stegabschnitt 107b ein konkaves Querschnittsprofil auf. Das Flachrohr 100 kann dadurch zumindest eine erste Spiegelsymmetrie in einem Profilquerschnitt entlang einer Breite des Flachrohres aufweisen. Mit anderen Worten gibt es eine Spiegelachse in einer x-z-Ebene, welche die Geometrie des Flachrohres spiegelt. Eine symmetrische Anordnung kann beispielsweise besonders günstig für die Verteilung des Innendrucks des Fluids auf die unterschiedlichen Wandflächen sein.
In den 8A, 8B, 8C sind 3 verschiedene Ausführungsformen von Stegen schematisch gezeigt. Dabei zeigt 9A zwei Stege welche parallel zueinander verlaufen und jeweils drei Krümmungen 103 aufweisen. Insbesondere zeigt 9A zwei Stege 107, welche jeweils drei Stegabschnitte 107a, 107b, 107c umfassen. Jeder der drei Stegabschnitte 107a, 107b, 107c weist eine Krümmung 103 auf. Hierdurch weist der Steg 107 ein wellenförmiges Profil bzw. Querschnittsprofil auf.
8B zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines zickzackförmigen Stegs. Der zickzackförmige Steg 107 weist hierbei zumindest einen ersten V-förmigen Stegabschnitt 107a und einen zweiten V-förmigen Stegabschnitt 107b auf, welche drei Falzkanten 105 definieren.
8C zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Stegs mit einer Nut beziehungsweise Einkerbung 109. Dabei kann die Einkerbung 109 beispielsweise in der Mitte eines Stegs 107 angeordnet sein. Die Einkerbung kann sich dabei entlang der gesamten Länge des Stegs erstrecken oder abschnittsweise eingebracht sein. Im Falle eines Einwirkens einer Kraft bzw. Kraftkomponente in z- Richtung kann sich der Steg verbiegen und/oder an der Einkerbung 109 zerbrechen, so dass die Einkerbung 109 eine Faltung und/oder einen Bruch des Stegs begünstigt. Daher umfasst der in 8C gezeigte Steg 107 zumindest eine Sollbruchstelle an der Einkerbung 109.
Bei allen Ausführungsbeispielen können die im Zusammenhang mit der 3 beschriebenen Übergangsstegbereiche zwischen den ersten bzw. zweiten Stegbereichen 107a, 107b und den Flachbereichen ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Befestigungsvorrichtung nach Stand der Technik
2: Plattform
3: Batterie
4: Unterfahrschutz
5: Flachrohr nach Stand der Technik
6: Poller
56: Rohrwand eines Flachrohres nach Stand der Technik
56a: erster Flachbereich einer Rohrwand eines Flachrohres nach Stand der Technik
56b: zweiter Flachbereich einer Rohrwand eines Flachrohres nach Stand der Technik
57: Steg eines Flachrohres nach Stand der Technik
58: Fluidraum
10: Befestigungsvorrichtung
100: Flachrohr
101: erster Verformungsbereich des Flachrohrs 100
102: zweiter Verformungsbereich des Flachrohrs 100
103: Krümmung
104: zweiter Steg
105: Falzkante
106: Rohrwand
106a: erster Flachbereich
106b: zweiter Flachbereich
106c: erster äußerer Rohrwandabschnitt
106d: zweiter äußerer Rohrwandabschnitt
107: Steg bzw. erster Steg
107a: erster Stegabschnitt
107b: zweiter Stegabschnitt
107c: dritter Stegabschnitt
109: Einkerbung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10150213 A1 [0004]
DE 102005052683 A1 [0005]

Claims

Flachrohr (100) zur Durchleitung eines Kühlfluids, umfassend: eine Rohrwand (106), welche einen Innenraum des Flachrohres (100) begrenzt; wobei die Rohrwand (106) einen ersten Flachbereich (106a) und einen zweiten Flachbereich (106b) aufweist, wobei der zweite Flachbereich (106b) gegenüber dem ersten Flachbereich (106a) angeordnet ist; einen Steg (107), welcher den ersten Flachbereich (106a) mit dem zweiten Flachbereich (106b) verbindet; wobei sich der Steg (107) entlang einer Rohrachse erstreckt und zwei nebeneinander angeordnete Fluidräume (58) definiert; und ein erster Stegabschnitt (107a) des Stegs (107) und der erste Flachbereich (106a) einen ersten Winkel (α) zueinander ausbilden, der kleiner als 90° ist, so dass sich beim Einwirken einer Kraftkomponente in einer Richtung senkrecht zum ersten Flachbereich (106a) der Steg (107) verformt.
Flachrohr (100) nach Anspruch 1, wobei der Steg (107) einen zweiten Stegabschnitt (107b) aufweist, der mit dem zweiten Flachbereich (106b) einen zweiten Winkel (β) ausbildet, der kleiner als 90° ist.
Flachrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei bevorzugt der erste Winkel (α) und/oder der zweite Winkel (β) kleiner als 70° ist, bevorzugt kleiner als 60° ist, mehr bevorzugt kleiner als 50° ist.
Flachrohr (400) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rohrwand (106) ferner umfasst: einen ersten äußeren Rohrwandabschnitt (106c), welcher sich parallel zu dem ersten Stegabschnitt (107a) erstreckt.
Flachrohr (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Steg (107) oder der Stegabschnitt (107a) eine Krümmung (103) und/oder eine Einkerbung (109) und/oder eine Falzkante (105) ausbildet; und/oder wobei der Steg oder Stegabschnitt (107a) zumindest ein V-förmiges Profil und/oder C-förmiges Profil und/oder ein Zickzack-förmiges Profil und/oder ein wellenförmiges Profil aufweist; und/oder wobei das Flachrohr zumindest eine erste Spiegelsymmetrie in einem Profilquerschnitt entlang einer Breite des Flachrohres aufweist.
Flachrohr nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Flachrohr zumindest einen zweiten Steg (104) aufweist, wobei der zweite Steg (104) den ersten Flachbereich (106a) mit dem zweiten Flachbereich (106b) verbindet; wobei sich der zweite Steg (104) entlang einer Rohrachse erstreckt und zumindest einen weiteren Fluidraum (58) definiert; und wobei der zweite Steg (104) eine von dem ersten Steg (107) abweichende Erstreckungsrichtung und/oder eine Stegwanddicke und/oder ein Stegwandmaterial aufweist.
Flachrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Flachrohr eine Vielzahl weiterer Stege umfasst, wobei zumindest ein Steg der Vielzahl weiterer Stege parallel zum Steg (107) verläuft und/oder parallel zum zweiten Steg (104) verläuft.
Befestigungsvorrichtung (10) zum Befestigen einer Batterie (3), wobei die Befestigungsvorrichtung umfasst: zumindest ein Flachrohr (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Flachrohr (100) eine erste Steifigkeit aufweist; zumindest eine Plattform (2), an welcher das Flachrohr angeordnet ist; wobei die zumindest eine Plattform (2) eine zweite Steifigkeit aufweist, die größer ist als die erste Steifigkeit; so dass sich beim Einwirken einer Kraftkomponente in einer Richtung senkrecht zum ersten Flachbereich (106a) das Flachrohr verformt.
Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 8, ferner umfassend: zumindest eine Batterie (3), die an der Befestigungsvorrichtung angeordnet ist, wobei die Batterie (3) eine dritte Steifigkeit aufweist, und wobei die dritte Steifigkeit größer als die erste Steifigkeit ist.
Fahrzeug umfassend ein Flachrohr (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder eine Befestigungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 9.