DE102020205385A1 - Plate-like fluid container - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen plattenartigen Fluidbehälter zum Führen eines Fluids, insbesondere zum Temperieren einer Speichereinrichtung für elektrische Energie oder zum Temperieren einer elektronischen Steuer- oder Regeleinrichtung, bevorzugt in einem Kraftfahrzeug, sowie eine Batterietemperieranordnung, welche einen derartigen plattenartigen Fluidbehälter umfasst. Der erfindungsgemäße plattenartige Fluidbehälter kann beispielsweise zum Kühlen und/oder Erwärmen von Batterien oder der Leistungselektronik in einem Elektrofahrzeug eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der plattenartige Fluidbehälter aus verschiedenen Elementen zusammengesetzt ist, die miteinander verbunden sind. Der Verbund bzw. die Verbindung mindestens eines aneinandergrenzenden Paares von Elementen bestehend aus unterschiedlichen Materialien zeichnet sich durch eine äußerst hohe Schälfestigkeit aus.The present invention relates to a plate-like fluid container for guiding a fluid, in particular for controlling the temperature of a storage device for electrical energy or for controlling the temperature of an electronic control or regulating device, preferably in a motor vehicle, as well as a battery temperature control arrangement which comprises such a plate-like fluid container. The plate-like fluid container according to the invention can be used, for example, for cooling and / or heating batteries or power electronics in an electric vehicle. According to the invention it is provided that the plate-like fluid container is composed of different elements that are connected to one another. The composite or the connection of at least one adjacent pair of elements consisting of different materials is characterized by an extremely high peel strength.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen plattenartigen Fluidbehälter zum Führen eines Fluids, insbesondere zum Temperieren einer Speichereinrichtung für elektrische Energie oder zum Temperieren einer elektronischen Steuer- oder Regeleinrichtung, bevorzugt in einem Kraftfahrzeug, sowie eine Batterietemperieranordnung, welche einen derartigen plattenartigen Fluidbehälter umfasst. Der erfindungsgemäße plattenartige Fluidbehälter kann beispielsweise zum Kühlen und/oder Erwärmen von Batterien oder der Leistungselektronik in einem Elektrofahrzeug eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der plattenartige Fluidbehälter aus verschiedenen Elementen zusammengesetzt ist, die miteinander verbunden sind. Der Verbund bzw. die Verbindung mindestens eines aneinandergrenzenden Paares von Elementen bestehend aus unterschiedlichen Materialien zeichnet sich durch eine äußerst hohe Schälfestigkeit aus.The present invention relates to a plate-like fluid container for guiding a fluid, in particular for controlling the temperature of a storage device for electrical energy or for controlling the temperature of an electronic control or regulating device, preferably in a motor vehicle, as well as a battery temperature control arrangement which comprises such a plate-like fluid container. The plate-like fluid container according to the invention can be used, for example, for cooling and / or heating batteries or power electronics in an electric vehicle. According to the invention it is provided that the plate-like fluid container is composed of different elements that are connected to one another. The composite or the connection of at least one adjacent pair of elements consisting of different materials is characterized by an extremely high peel strength.
Im Stand der Technik sind Temperierplatten bekannt, welche auf einer Bodenplatte, in einem Rahmen oder in einer Wanne für Batterien oder Batteriepacks angeordnet sind und die Batterien oder Batteriepacks flächig, beispielsweise von unten her und/oder seitlich in Abhängigkeit vom Betriebszustand kühlen und/oder erwärmen. Die bekannten Temperierplatten weisen eine batterienahe und eine batterieferne Platte mit in mindestens eine dieser Platten eingeprägten Kanalstrukturen zum Leiten einer Kühlflüssigkeit auf.In the prior art, temperature control plates are known which are arranged on a base plate, in a frame or in a tub for batteries or battery packs and cool and / or heat the batteries or battery packs flat, for example from below and / or laterally depending on the operating state . The known temperature control plates have a plate close to the battery and a plate remote from the battery, with channel structures embossed in at least one of these plates for conducting a cooling liquid.
Im Stand der Technik bestehen die mindestens zwei Platten, d.h. die batterienahe und die batterieferne Platte, meist aus demselben Material. Insbesondere bestehen beide Platten häufig aus Aluminium und sind dabei meist mittels Lötverfahren miteinander verbunden.In the prior art, the at least two plates, i.e. the plate close to the battery and the plate remote from the battery, usually made of the same material. In particular, both plates are often made of aluminum and are usually connected to one another by means of soldering processes.
Darüberhinaus sind aus dem Stand der Technik auch solche Temperierplatten bekannt, bei denen eine Aluminiumplatte mit einer thermoplastischen Platte kombiniert ist. Hierbei wird der thermoplastische Werkstoff insbesondere zur Ausbildung der die kanalartigen Vertiefungen enthaltenden Platte eingesetzt, da mittels Spritzguss mehr Freiheitsgrade in der Formgebung zur Verfügung stehen als mit den üblichen Umformverfahren für Aluminiumbleche. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Temperierplatten sind hierbei beispielsweise durch Fügen dieser beiden Platten aufgebaut, wobei die jeweiligen Elemente der Temperierplatten, also beispielsweise die Platten, aber auch Anschlusselemente, Verteiler, Strömungsleitelemente etc. aus unterschiedlichen Materialien - beispielsweise einerseits aus Thermoplasten, andererseits aus Metallen - gefertigt sind. Die einzelnen Bestandteile dieser Temperierplatten werden dabei durch aus dem Stand der Technik bekannte Fügeverfahren, wie beispielsweise Verkleben oder mechanische Fügeverfahren gefügt. Ein Umbördeln des Randes der Aluminiumplatte um den Rand der Kunststoffplatte erfordert zumindest ein zusätzliches zwischen die beiden Platten eingefügtes Abdichtelement, so dass die Herstellkosten und der Herstellaufwand sehr groß werden, mitunter nicht wettbewerbsfähig sind.In addition, such temperature control plates are known from the prior art in which an aluminum plate is combined with a thermoplastic plate. Here, the thermoplastic material is used in particular to form the plate containing the channel-like depressions, since more degrees of freedom are available in the shaping by means of injection molding than with the usual forming processes for aluminum sheets. These temperature control plates known from the prior art are constructed here, for example, by joining these two plates, whereby the respective elements of the temperature control plates, for example the plates, but also connection elements, distributors, flow guide elements, etc. are made of different materials - for example thermoplastics on the one hand, and thermoplastics on the other Metals - are manufactured. The individual components of these temperature control plates are joined by joining methods known from the prior art, such as gluing or mechanical joining methods. Beading the edge of the aluminum plate around the edge of the plastic plate requires at least one additional sealing element inserted between the two plates, so that the manufacturing costs and the manufacturing effort are very high, sometimes not competitive.
Klebeverbindungen sind aufgrund der in einer Temperierplatte herrschenden Drücke und Temperaturen nicht dauerstabil, insbesondere besteht ein großes Risiko, dass der Innendruck der Temperierplatte zu einer Zerstörung der Klebeverbindung in Form eines Abschälens der thermoplastischen Platte von der Aluminiumplatte führt. Zudem sind die genannten Fügeverfahren, insbesondere was die Anforderungen an die Genauigkeit betrifft, äußerst komplex durchzuführen.Adhesive connections are not permanently stable due to the pressures and temperatures prevailing in a temperature control plate, in particular there is a high risk that the internal pressure of the temperature control plate will destroy the adhesive connection in the form of peeling of the thermoplastic plate from the aluminum plate. In addition, the joining processes mentioned are extremely complex to carry out, particularly with regard to the accuracy requirements.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Fluidtemperierplatte, beispielsweise eine Batterietemperierplatte zur Verfügung zu stellen, die die zuvor genannten Nachteile nicht aufweist. Der Verbund zwischen den einzelnen Elementen eines derartigen Fluidtemperierplatten-Systems soll dabei mechanisch äußerst beanspruchbar ausgebildet sein und auch über eine lange Betriebsdauer über eine zuverlässige Dichtigkeit verfügen. Die Fluidtemperierplatten sollen auf einfache Art und Weise herstellbar sein und darüberhinaus mit geringem Aufwand installiert werden können.The object of the present invention is therefore to provide a fluid temperature control plate, for example a battery temperature control plate, which does not have the aforementioned disadvantages. The bond between the individual elements of such a fluid temperature control plate system should be designed to be mechanically extremely stressable and should also have a reliable tightness over a long service life. The fluid temperature control plates should be able to be produced in a simple manner and, moreover, can be installed with little effort.
Diese Aufgabe wird bezüglich eines plattenartigen Fluidbehälters mit den Merkmalen der Schutzansprüche 1 und 3 sowie bezüglich einer Batterietemperieranordnung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 24 gelöst. Die jeweiligen abhängigen Schutzansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.This object is achieved with regard to a plate-like fluid container with the features of
Gemäß einer ersten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen plattenartigen Fluidbehälter zum Führen eines Fluids, umfassend die nachfolgenden Elemente:
- mindestens zwei miteinander verbundene Platten, wobei in mindestens eine Platte mindestens eine kanalartige Vertiefung zum Führen des Fluids eingeformt ist, und diese mindestens eine Platte außerhalb der kanalartigen Vertiefungen mit der jeweiligen anderen Platte in Verbindungsbereichen derart verbunden ist, dass die mindestens eine kanalartige Vertiefung der mindestens einen Platte zusammen mit der jeweiligen anderen Platte jeweils mindestens einen Fluidkanal bildet und
- mindestens ein Anschlusselement und/oder mindestens ein Verteilerkanalbauteil, das bzw. die mit mindestens einer der mindestens zwei Platten verbunden ist bzw. sind.
- at least two interconnected plates, wherein at least one channel-like recess for guiding the fluid is formed in at least one plate, and this at least one plate outside the channel-like recesses is connected to the other plate in connection areas in such a way that the at least one channel-like recess of the at least each plate forms at least one fluid channel together with the respective other plate and
- at least one connection element and / or at least one distribution channel component, which is or are connected to at least one of the at least two plates.
Dabei ist zumindest ein Paar der miteinander verbundenen Elemente, also Platten untereinander, Anschlusselement mit mindestens einer der Platten und/oder Verteilerkanalbauteil mit einer der Platten strukturadhäsiv miteinander verbunden und eines der Elemente des Paares ist aus einem Metall oder einer Metalllegierung und das andere der Elemente des Paares ist aus einer thermoplastischen Formmasse gebildet.At least one pair of the interconnected elements, i.e. plates with one another, connection element with at least one of the plates and / or manifold component with one of the plates, is structurally adhesively connected to one another and one of the elements of the pair is made of a metal or a metal alloy and the other of the elements of the The pair is formed from a thermoplastic molding compound.
Die strukturadhäsive Verbindung der Elemente des Paares miteinander verbundener Elemente weist erfindungsgemäße eine derartige Qualität auf, dass eine Prüfung des Verbundes mittels Schälzug nicht zu einem Versagen des Verbundes führt. Dies bedeutet, dass bei einem Schälzug oberhalb einer Belastungsgrenze ein Versagen der thermoplastischen Formmasse in der Nachbarschaft der Materialgrenze zwischen strukturadhäsiv miteinander verbundenem Metall oder Metalllegierung einerseits und thermoplastischer Formmasse andererseits eintritt.The structurally adhesive connection of the elements of the pair of interconnected elements is of such a quality according to the invention that a test of the assembly by means of peeling tension does not lead to a failure of the assembly. This means that with a peel tension above a load limit, failure of the thermoplastic molding compound occurs in the vicinity of the material boundary between structurally adhesively bonded metal or metal alloy on the one hand and thermoplastic molding compound on the other.
Dies soll insbesondere für Testbedingungen, d.h. bei Raumtemperatur (20°C), gelten. Aber auch bei extremen Einsatztemperaturen, wie beispielsweise bei Inbetriebnahme einer Traktionsbatterie nach einem längeren Stillstand bei hohen Außentemperaturen (40°C) tritt dieses Verhalten bei einem Schälzug ein.This is particularly intended for test conditions, i.e. at room temperature (20 ° C) apply. But even at extreme operating temperatures, such as when a traction battery is put into operation after a long period of standstill at high outside temperatures (40 ° C), this behavior occurs with a peeling pull.
Unter einer „strukturadhäsiven Verbindung“ soll hier eine Verbindung verstanden werden, bei der die Oberfläche eines verbundenen Elements vor der Verbindung auf der zur Verbindung zu verwendenden Oberfläche bzw. in der zugehörigen Grenzflächenschicht eine Strukturierung aufweist, wobei bei der Herstellung der Verbindung Oberflächenmaterial des anderen verbundenen Elements in diese strukturierte Oberfläche eindringt und dort mit dieser strukturierten Oberflächenschicht dauerhaft verbunden wird. Hierzu wird vorzugsweise das eindringende Oberflächenmaterial vor Herstellung der Verbindung erweicht und erstarrt nach dem Eindringen. Es handelt sich also um eine mechanische, nicht um eine chemische Verbindung.A “structurally adhesive connection” is to be understood here as a connection in which the surface of a connected element has a structuring on the surface to be used for connection or in the associated interface layer prior to the connection, with surface material of the other connected during the production of the connection Element penetrates into this structured surface and there is permanently connected to this structured surface layer. For this purpose, the penetrating surface material is preferably softened before the connection is established and solidifies after penetration. So it is a mechanical, not a chemical compound.
Der Begriff „Vertiefung“ bedeutet in Bezug auf eine kanalartige Vertiefung in einer Metallplatte eine Auslenkung gegenüber der unverformten Platte, er umfasst also auch erhöhte Bereiche. In Bezug auf eine Platte aus einer thermoplastischen Formmasse wird hier gleichlautend mit dem Begriff in Bezug auf eine Metallplatte von einer „eingeformten kanalartiger Vertiefung“ gesprochen, selbst wenn die kanalartige Vertiefung urgeformt ist, beispielsweise mittels Spritzguss. Der Begriff „Vertiefung“ ist in Bezug auf eine kanalartige Vertiefung bei einer Platte aus einer thermoplastischen Formmasse als eine Eintiefung gegenüber der auf der Betrachterseite gegebenen Oberfläche zu verstehen.In relation to a channel-like depression in a metal plate, the term “depression” means a deflection relative to the undeformed plate, so it also includes raised areas. With regard to a plate made from a thermoplastic molding compound, the term “molded-in channel-like depression” is used here with reference to a metal plate, even if the channel-like depression is originally formed, for example by means of injection molding. In relation to a channel-like depression in a plate made of a thermoplastic molding compound, the term “depression” is to be understood as a depression opposite the surface given on the observer's side.
Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass der plattenartige Fluidbehälter mindestens zwei Platten aufweist, wovon eine als Grundplatte ausgebildet ist und mindestens eine unmittelbar auf einer Seite der Grundplatte angeordnete Platte als Kanalplatte ausgebildet ist, wobei in die mindestens eine Kanalplatte jeweils mindestens eine kanalartige Vertiefung zum Führen des Fluids eingeformt ist, und die mindestens eine Kanalplatte außerhalb der kanalartigen Vertiefungen mit der Grundplatte in Verbindungsbereichen derart verbunden ist, dass die mindestens eine kanalartige Vertiefung der mindestens einen Kanalplatte zusammen mit der Grundplatte jeweils mindestens einen Fluidkanal bildet, sowie
mindestens ein Anschlusselement und/oder mindestens ein Verteilerkanalbauteil vorhanden ist, das bzw. die mit der der Kanalplatte abgewandten Seite der Grundplatte und/oder mit der der Grundplatte abgewandten Seite der Kanalplatte verbunden sind,
wobei zumindest ein Paar der miteinander verbundenen Elemente strukturadhäsiv miteinander verbunden und eines der Elemente dieses Paares miteinander verbundener Elemente aus einem Metall oder einer Metalllegierung und das andere der Elemente des Paares aus einer thermoplastischen Formmasse gebildet ist.A preferred variant provides that the plate-like fluid container has at least two plates, one of which is designed as a base plate and at least one plate arranged directly on one side of the base plate is designed as a channel plate, with at least one channel-like recess for guiding into the at least one channel plate of the fluid is formed, and the at least one channel plate outside the channel-like depressions is connected to the base plate in connection areas such that the at least one channel-like depression of the at least one channel plate together with the base plate each form at least one fluid channel, and
at least one connection element and / or at least one distribution channel component is present which is / are connected to the side of the base plate facing away from the channel plate and / or to the side of the channel plate facing away from the base plate,
wherein at least one pair of the interconnected elements is structurally adhesively connected to one another and one of the elements of this pair of interconnected elements is formed from a metal or a metal alloy and the other of the elements of the pair is formed from a thermoplastic molding compound.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen plattenartigen Fluidbehälter zum Führen eines Fluids, umfassend mindestens zwei miteinander verbundene Platten, wobei in mindestens eine Platte mindestens eine kanalartige Vertiefung zum Führen des Fluids eingeformt ist, und diese mindestens eine Platte außerhalb der kanalartigen Vertiefungen mit der jeweiligen anderen Platte in Verbindungsbereichen derart verbunden ist, dass die mindestens eine kanalartige Vertiefung der mindestens einen Platte zusammen mit der jeweiligen anderen Platte jeweils mindestens einen Fluidkanal bildet, sowie mindestens ein einstückig mit einer der Platten ausgebildetes Anschlusselement.According to an alternative embodiment, the present invention relates to a plate-like fluid container for guiding a fluid, comprising at least two interconnected plates, wherein at least one channel-like recess for guiding the fluid is formed in at least one plate, and this at least one plate outside the channel-like recesses with the respective other plate is connected in connection areas in such a way that the at least one channel-like recess of the at least one plate together with the respective other plate forms at least one fluid channel, as well as at least one connection element formed in one piece with one of the plates.
Dabei ist mindestens eine Platte aus Metall oder einer Metalllegierung und die mindestens eine andere Platte aus einer thermoplastischen Formmasse gebildet und die Platten sind strukturadhäsiv miteinander verbunden. Wie in der ersten Ausführungsform tritt bei einem Schälzug oberhalb einer Belastungsgrenze ein Versagen der thermoplastischen Formmasse in der Nachbarschaft der Materialgrenze zwischen fluiddicht miteinander verbundenem Metall oder Metalllegierung einerseits und thermoplastischer Formmasse andererseits ein.
Eine bevorzugte Variante der zweiten Ausführungsform umfasst dabei
eine als Grundplatte ausgebildete Platte,
mindestens eine unmittelbar auf einer Seite der Grundplatte angeordnete als Kanalplatte ausgebildete Platte, wobei in die mindestens eine Kanalplatte jeweils mindestens eine kanalartige Vertiefung zum Führen des Fluids eingeformt ist, und die mindestens eine Kanalplatte außerhalb der kanalartigen Vertiefungen mit der Grundplatte in Verbindungsbereichen derart verbunden ist, dass die mindestens eine kanalartige Vertiefung der mindestens einen Kanalplatte zusammen mit der Grundplatte jeweils mindestens einen Fluidkanal bildet,
sowie mindestens ein einstückig mit der Grundplatte und/oder der mindestens einen Kanalplatte ausgebildetes Anschlusselement,
wobei die mindestens eine Kanalplatte mit der Grundplatte strukturadhäsiv miteinander verbunden und eines der Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der mindestens einen Kanalplatte und Grundplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung und das jeweilige andere der Elemente aus einer thermoplastischen Formmasse gebildet ist.In this case, at least one plate is made of metal or a metal alloy and the at least one other plate is made of a thermoplastic molding compound and the plates are structurally adhesively connected to one another. As in the first embodiment, with a peel tension above a load limit, failure of the thermoplastic molding compound occurs in the vicinity of the material boundary between fluid-tightly connected metal or metal alloy on the one hand and thermoplastic molding compound on the other.
A preferred variant of the second embodiment includes
a plate designed as a base plate,
at least one plate designed as a channel plate arranged directly on one side of the base plate, at least one channel-like recess for guiding the fluid being formed in each of the at least one channel plate, and the at least one channel plate outside the channel-like recesses being connected to the base plate in connection areas in such a way, that the at least one channel-like recess of the at least one channel plate together with the base plate each forms at least one fluid channel,
as well as at least one connection element formed in one piece with the base plate and / or the at least one channel plate,
wherein the at least one channel plate is structurally adhesively connected to the base plate and one of the elements selected from the group consisting of the at least one channel plate and base plate is formed from a metal or a metal alloy and the respective other of the elements is formed from a thermoplastic molding compound.
Wie bereits bei der ersten Ausführungsform weist die Verbindung mindestens einer Kanalplatte mit der Grundplatte erfindungsgemäß eine derartige Qualität auf, dass eine Prüfung der Verbindung mittels Schälzug nicht zu einem Versagen der Verbindung führt. Dies bedeutet, dass bei einem Schälzug oberhalb einer Belastungsgrenze ein Versagen der thermoplastischen Formmasse in der Nachbarschaft der Materialgrenze zwischen strukturadhäsiv miteinander verbundenem Metall oder Metalllegierung einerseits und thermoplastischer Formmasse andererseits eintritt. Wie vorgenannt gilt dies insbesondere bei Raumtemperatur.As in the first embodiment, the connection of at least one channel plate to the base plate according to the invention has such a quality that a test of the connection by means of peeling tension does not lead to a failure of the connection. This means that with a peel tension above a load limit, failure of the thermoplastic molding compound occurs in the vicinity of the material boundary between structurally adhesively bonded metal or metal alloy on the one hand and thermoplastic molding compound on the other. As mentioned above, this applies in particular at room temperature.
Die vorliegende Erfindung stellt somit gemäß jeder der zuvor genannten Ausführungsformen einen plattenartigen Fluidbehälter bereit, der durch ein Fügeverfahren aus zumindest einem Paar unterschiedlicher Materialien (Metall bzw. Metalllegierung und thermoplastische Formmasse) gebildet ist. Die erfindungsgemäße Verbindung weist dabei eine derart hohe Schälfestigkeit auf, dass bei einem Versuch, die beiden gefügten und verbundenen Elemente des jeweiligen Paares der Elemente mechanisch mittels Krafteinwirkung voneinander zu schälen, kein Versagen der Verbindung erfolgt. Erfolgt ein Krafteintrag über eine Belastungsgrenze der jeweiligen Materialien hinaus, ergibt sich ein Materialversagen, z.B. in Form eines Bruchs bzw. Risses im Thermoplast, jedoch nicht am Ort der Verbindung der Materialien. Die Verbindung weist somit eine höhere Reißfestigkeit auf, verglichen mit der Reißfestigkeit des thermoplastischen Materials. Bei einer Prüfung der Verbindung mittels Schälzugs tritt somit oberhalb einer Belastungsgrenze ein Versagen der thermoplastischen Formmasse in der Nachbarschaft der Materialgrenze zwischen strukturadhäsiv miteinander verbundenem Metall oder Metalllegierung einerseits und thermoplastischer Formmasse andererseits ein.According to each of the aforementioned embodiments, the present invention thus provides a plate-like fluid container which is formed from at least one pair of different materials (metal or metal alloy and thermoplastic molding compound) by a joining process. The connection according to the invention has such a high peel strength that in an attempt to mechanically peel the two joined and connected elements of the respective pair of elements from one another by means of the action of force, the connection does not fail. If a force is applied beyond a load limit of the respective materials, a material failure results, e.g. in the form of a break or crack in the thermoplastic, but not at the point of connection of the materials. The connection thus has a higher tear strength compared to the tear strength of the thermoplastic material. When the connection is tested by means of a peel tension, the thermoplastic molding compound fails above a load limit in the vicinity of the material boundary between structurally adhesively bonded metal or metal alloy on the one hand and thermoplastic molding compound on the other.
Die Verbindung kann insbesondere dadurch hergestellt werden, dass das metallische Element des Paares zumindest in den Verbindungsbereichen, in denen die strukturadhäsive Verbindung mit dem aus der thermoplastischen Formmasse gebildeten Element des Paares erfolgt, abschnittsweise oder vollflächig aufgeraut ist, insbesondere mittels eines chemischen und/oder mechanischen Aufrauverfahrens, insbesondere durch chemisches Ätzen, kristallographisches Ätzen und/oder im Falle einer Metalllegierung durch Ablegieren.The connection can in particular be established in that the metallic element of the pair is roughened in sections or over the entire surface, in particular by means of a chemical and / or mechanical, at least in the connection areas in which the structurally adhesive connection with the element of the pair formed from the thermoplastic molding compound takes place Roughening process, in particular by chemical etching, crystallographic etching and / or in the case of a metal alloy by alloying.
Zur Herstellung der Verbindung erfolgt also in einem ersten Schritt eine Strukturierung der Metalloberfläche, bei der diese aufgeraut wird. Anschließend erfolgt die Verbindung mit der thermoplastischen Komponente, wobei das thermoplastische Material im plastifiziertem Zustand (beispielsweise durch Erwärmen auf Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur bzw. Schmelztemperatur) zumindest teilweise in die beim Aufrauen erzeugten Kavitäten bzw. Vertiefungen und/oder Hinterschnitte in der Metalloberfläche eindringt und nach Erkalten einen dauerhaften und mechanischen Verbund zwischen Metall und Thermoplast ermöglicht. Die mechanische Stabilität dieser Art der Verbindung geht über einen rein adhäsiven ebenso wie über einen rein formschlüssigen Verbund weit hinaus. Insbesondere ist im Bereich der Verbindung kein Kleber vorhanden, der leicht abgeschält werden kann.To establish the connection, the metal surface is structured in a first step, during which it is roughened. This is followed by the connection with the thermoplastic component, the thermoplastic material in the plasticized state (for example by heating to temperatures above the glass transition temperature or melting temperature) at least partially penetrating the cavities or depressions and / or undercuts in the metal surface created during roughening and afterwards Cooling enables a permanent and mechanical bond between metal and thermoplastic. The mechanical stability of this type of connection goes far beyond a purely adhesive as well as a purely form-fitting connection. In particular, there is no adhesive that can be easily peeled off in the area of the connection.
Besonders bevorzugt ist die im unteren Mikrometer-Bereich oder gar im Nanometer-Bereich aufgeraute Oberfläche, die Vertiefungen und/oder Hohlräume aufweist, die zumindest teilweise von der thermoplastischen Formmasse der jeweilig aus einer thermoplastischen Formmasse gebildeten Grundplatte bzw. Kanalplatte und/oder des mindestens einen Anschlusselements und/oder des Verteilerkanalbauteils gefüllt sind. Die Verbindung wird hier als strukturadhäsive Verbindung bezeichnet. Die Tiefe der Schicht, in der thermoplastische Formmasse in die aufgeraute Oberfläche der Metalloberfläche hineinragt beträgt 5 bis 50 µm, vorzugsweise 8 bis 25 µm.Particularly preferred is the surface roughened in the lower micrometer range or even in the nanometer range, which has depressions and / or cavities that are at least partially covered by the thermoplastic molding compound of the base plate or channel plate formed from a thermoplastic molding compound and / or of the at least one Connection element and / or the distribution channel component are filled. The connection is referred to here as a structural adhesive connection. The depth of the layer in which the thermoplastic molding compound protrudes into the roughened surface of the metal surface is 5 to 50 μm, preferably 8 to 25 μm.
Gemäß der zuvor dargestellten Ausführungsformen kann die Kanalplatte auf einer Seite der Grundplatte angeordnet sein, während mindestens ein Anschlusselement auf der anderen Seite der Grundplatte angeordnet ist. Ebenso ist es jedoch möglich, dass das Anschlusselement mit der Kanalplatte verbunden ist. Weiterhin sind auch Temperierelemente möglich, bei denen mindestens ein Anschlusselement abschnittsweise mit der Grundplatte und in anderen Abschnitten mit der Kanalplatte verbunden ist, dabei ist das Anschlusselement vorzugsweise zwischen Grund- und Kanalplatte angeordnet.According to the embodiments presented above, the channel plate can be arranged on one side of the base plate, while at least one connection element is arranged on the other side of the base plate. However, it is also possible that the connection element is connected to the duct plate. Furthermore, temperature control elements are also possible in which at least one connection element is connected to the base plate in sections and is connected to the channel plate in other sections, the connection element is preferably arranged between the base plate and the channel plate.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in der Grundplatte oder in der mindestens Kanalplatte mindestens ein Fluidkanaleinlass und/oder mindestens ein Fluidkanalauslass für den mindestens einen Fluidkanal angeordnet ist. Hierbei ist an dem mindestens einen Fluidkanaleinlass und/oder dem mindestens einen Fluidkanalauslass auf der der Kanalplatte abgewandten Seite der Grundplatte und/oder auf der der Grundplatte abgewandten Seite der Kanalplatte mindestens ein den mindestens einen Fluidkanaleinlass und/oder den mindestens einen Fluidkanalauslass einfassendes Anschlusselement angeordnet und jeweils das mindestens eine Anschlusselement mit der Grundplatte und/oder der Kanalplatte in einem Verbindungsbereich strukturadhäsiv verbunden und/oder einstückig mit der Grundplatte und/oder der Kanalplatte ausgebildet.A preferred embodiment provides that at least one fluid channel inlet and / or at least one fluid channel outlet for the at least one fluid channel is arranged in the base plate or in the at least one channel plate. Here, at least one connection element enclosing the at least one fluid channel inlet and / or the at least one fluid channel outlet is arranged at the at least one fluid channel inlet and / or the at least one fluid channel outlet on the side of the base plate facing away from the channel plate and / or on the side of the channel plate facing away from the base plate in each case the at least one connection element is structurally adhesively connected to the base plate and / or the channel plate in a connection area and / or is formed in one piece with the base plate and / or the channel plate.
Gemäß exemplarischer Ausführungsbeispiele sind
- a) das mindestens eine Anschlusselement aus einem thermoplastischen Kunststoff und die Grundplatte sowie die mindestens eine Kanalplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung,
- b) das mindestens eine Anschlusselement und die Grundplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung sowie die mindestens eine Kanalplatte aus einer thermoplastischen Formmasse,
- c) das mindestens eine Anschlusselement und die mindestens eine Kanalplatte aus einer thermoplastischen Formmasse sowie die Grundplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung,
- d) das mindestens eine Anschlusselement und die mindestens eine Kanalplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung sowie die Grundplatte aus einer thermoplastischen Formmasse,
- e) das mindestens eine Anschlusselement und die Kanalplatte einstückig und aus einer thermoplastischen Formmasse sowie die mindestens eine Grundplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung,
- f) das mindestens eine Anschlusselement und die Grundplatte einstückig und aus einer thermoplastischen Formmasse sowie die mindestens eine Kanalplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung,
- g) das mindestens eine Anschlusselement aus einem Metall oder einer Metalllegierung und die Grundplatte und die mindestens eine Kanalplatte aus einer thermoplastischen Formmasse, oder
- h) das mindestens eine Anschlusselement und die Grundplatte aus einer thermoplastischen Formmasse und die mindestens eine Kanalplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung,
- a) the at least one connection element made of a thermoplastic material and the base plate as well as the at least one channel plate made of a metal or a metal alloy,
- b) the at least one connection element and the base plate made of a metal or a metal alloy and the at least one channel plate made of a thermoplastic molding compound,
- c) the at least one connection element and the at least one channel plate made of a thermoplastic molding compound and the base plate made of a metal or a metal alloy,
- d) the at least one connection element and the at least one channel plate made of a metal or a metal alloy and the base plate made of a thermoplastic molding compound,
- e) the at least one connection element and the channel plate in one piece and made of a thermoplastic molding compound and the at least one base plate made of a metal or a metal alloy,
- f) the at least one connection element and the base plate in one piece and made of a thermoplastic molding compound and the at least one channel plate made of a metal or a metal alloy,
- g) the at least one connection element made of a metal or a metal alloy and the base plate and the at least one channel plate made of a thermoplastic molding compound, or
- h) the at least one connection element and the base plate made of a thermoplastic molding compound and the at least one channel plate made of a metal or a metal alloy,
Eine besonders bevorzugte Variante der ersten Ausführungsform sieht vor, dass in der Grundplatte oder der mindestens einen Kanalplatte mindestens ein Fluidkanaleinlass und/oder mindestens ein Fluidkanalauslass für den mindestens einen Fluidkanal angeordnet ist und
auf der der Kanalplatte abgewandten Seite der Grundplatte und/oder auf der der Grundplatte abgewandten Seite der Kanalplatte mindestens ein den mindestens einen Fluidkanaleinlass und/oder den mindestens einen Fluidkanalauslass einfassendes überwiegend materialeinheitliches Verteilerkanalbauteil, das einen Zuleitungskanal zur Zuleitung eines Fluids zum mindestens einen Fluidkanaleinlass und/oder einen Ableitungskanal zur Ableitung eines Fluids vom mindestens einen Fluidkanalauslass aufweist, angeordnet ist. Dabei ist mindestens ein Fluidkanaleinlass mit dem Zuleitungskanal des Verteilerkanalbauteils und/oder mindestens ein Fluidkanalauslass mit dem Ableitungskanal des Verteilerkanalbauteils hydraulisch verbunden. Weiterhin ist das Verteilerkanalbauteil außerhalb des Zuleitungskanals und/oder des Ableitungskanals mit der Grundplatte und/oder der Kanalplatte in einem Verbindungsbereich strukturadhäsiv verbunden. Hierbei ist bzw. sind mindestens eines der Elemente ausgewählt aus der Grundplatte, der mindestens einen Kanalplatte und dem mindestens einen Verteilerkanalbauteil aus einer thermoplastischen Formmasse und mindestens eine nicht aus einer thermoplastischen Formmasse gebildetes Element aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet.A particularly preferred variant of the first embodiment provides that at least one fluid channel inlet and / or at least one fluid channel outlet for the at least one fluid channel is arranged in the base plate or the at least one channel plate and
on the side of the base plate facing away from the channel plate and / or on the side of the channel plate facing away from the base plate, at least one distribution channel component, which surrounds the at least one fluid channel inlet and / or the at least one fluid channel outlet, is predominantly material and has a supply channel for supplying a fluid to the at least one fluid channel inlet and / or a discharge channel for discharging a fluid from the at least one fluid channel outlet is arranged. At least one fluid channel inlet is hydraulically connected to the feed channel of the distribution channel component and / or at least one fluid channel outlet is hydraulically connected to the discharge channel of the distribution channel component. Furthermore, the distribution channel component outside the supply channel and / or the discharge channel is structurally adhesively connected to the base plate and / or the channel plate in a connection area. Here, at least one of the elements is or are selected from the base plate, the at least one channel plate and the at least one distribution channel component made from a thermoplastic molding compound and at least one element not made from a thermoplastic molding compound made from a metal or a metal alloy.
Beispielhafte Ausführungsformen hiervon sehen ferner vor, dass
- a) das mindestens eine Verteilerkanalbauteil aus einem thermoplastischen Kunststoff und die Grundplatte sowie die mindestens eine Kanalplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung,
- b) das Verteilerkanalbauteil und die Grundplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung sowie die mindestens eine Kanalplatte aus einem thermoplastischen Kunststoff,
- c) das Verteilerkanalbauteil und die mindestens eine Kanalplatte aus einem thermoplastischen Kunststoff sowie die Grundplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung,
- d) das Verteilerkanalbauteil und die mindestens eine Kanalplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung sowie die Grundplatte aus einem thermoplastischen Kunststoff,
- e) das Verteilerkanalbauteil aus einem Metall oder einer Metalllegierung und die mindestens eine Kanalplatte sowie die Grundplatte aus einem thermoplastischen Kunststoff, oder
- f) das Verteilerkanalbauteil sowie die Grundplatte aus einem thermoplastischen Kunststoff und die mindestens eine Kanalplatte aus einem Metall oder einer Metalllegierung
- a) the at least one distribution channel component made of a thermoplastic material and the base plate and the at least one channel plate made of a metal or a metal alloy,
- b) the distribution channel component and the base plate made of a metal or a metal alloy and the at least one channel plate made of a thermoplastic material,
- c) the distribution channel component and the at least one channel plate made of a thermoplastic material and the base plate made of a metal or a metal alloy,
- d) the distribution channel component and the at least one channel plate made of a metal or a Metal alloy and the base plate made of a thermoplastic material,
- e) the distribution channel component made of a metal or a metal alloy and the at least one channel plate and the base plate made of a thermoplastic material, or
- f) the distribution channel component and the base plate made of a thermoplastic material and the at least one channel plate made of a metal or a metal alloy
Gemäß dieser Varianten der ersten Ausführungsform ist auf der der Kanalplatte abgewandten Seite der Grundplatte bzw. der der Grundplatte abgewandten Seite der Kanalplatte mindestens ein Verteilerkanalbauteil angeordnet, mittels dessen die zwischen Kanalplatte und Grundplatte ausgebildeten Strömungskanäle beispielsweise zentral versorgt werden können. Hierbei ist vorgesehen, dass die Fluidkanäle der Kanalplatte mit einem gemeinsamen Verteilerkanalbauteil verbunden sind, über das das Fluid den einzelnen Fluidkanälen direkt zuleitbar und/oder aus den einzelnen Fluidkanälen direkt ableitbar ist, wobei das Verteilerkanalbauteil eine zumindest bereichsweise ebene Seitenwand aufweist und derart angeordnet ist, dass die Seitenwand zumindest in ihren ebenen Bereichen parallel zur Grundplatte und/oder der Kanalplatte verläuft und mit der Grundplatte und der Kanalplatte überlappt.According to this variant of the first embodiment, at least one distribution channel component is arranged on the side of the base plate facing away from the channel plate or on the side of the channel plate facing away from the base plate, by means of which the flow channels formed between the channel plate and the base plate can be centrally supplied, for example. It is provided here that the fluid channels of the channel plate are connected to a common distribution channel component via which the fluid can be fed directly to the individual fluid channels and / or can be drawn off directly from the individual fluid channels, the distribution channel component having an at least regionally flat side wall and being arranged in such a way that that the side wall runs parallel to the base plate and / or the channel plate at least in its flat areas and overlaps with the base plate and the channel plate.
Unter „direkt zuleitbar“ und „direkt ableitbar“ ist hier insbesondere eine Parallelschaltung der Fluidkanäle über das Verteilerkanalbauteil zu verstehen. Das heißt, das Verteilerkanalbauteil verteilt das Fluid aus einem gemeinsamen Zuleitungskanal einzeln an jedes Fluidbehältersegment und/oder führt das Fluid einzeln aus jedem Fluidbehältersegment über einen gemeinsamen Ableitungskanal ab. Es ist aber auch möglich, ein Verteilerkanalbauteil zur Zuleitung und ein hiervon gesondertes Verteilerkanalbauteil zur Ableitung von Temperierfluid zu verwenden.“Directly feedable” and “directly derivable” are to be understood here in particular as a parallel connection of the fluid channels via the distribution channel component. That is, the distribution channel component distributes the fluid individually from a common feed channel to each fluid container segment and / or discharges the fluid individually from each fluid container segment via a common discharge channel. However, it is also possible to use a distribution channel component for the supply line and a distribution channel component separate therefrom for discharging temperature control fluid.
Unter dem Begriff „ebene Seitenwand“ sollen hier alle einen Fluidkanal des Verteilerkanalbauteils begrenzenden Wände und Wandstücke, also auch ein Boden oder ein Oberteil des Verteilerkanalbauteils usw. verstanden werden. Der Begriff „zumindest „bereichsweise ebene Seitenwand“ umfasst auch Wände, die in mehreren Ebenen zueinander im Wesentlichen parallel versetzte, für sich ebene Bereiche umfassen, zwischen denen zur Versetzung schräge oder gekrümmte Wandabschnitte verlaufen. Unter dem Begriff „bereichsweise ebene Seitenwand“ kann weiterhin eine Seitenwand verstanden werden, die einen oder mehrere, nicht zusammenhängende ebene Bereiche aufweist.The term “flat side wall” should be understood here to mean all walls and wall pieces delimiting a fluid channel of the distribution channel component, that is to say also a base or an upper part of the distribution channel component, etc. The term “at least“ partially flat side wall ”also includes walls which in several planes comprise essentially parallel offset areas, which are flat areas between which inclined or curved wall sections run for offset purposes. The term “partially flat side wall” can also be understood to mean a side wall which has one or more, non-contiguous flat areas.
Vorzugsweise sind der Fluidkanaleinlass und der Fluidkanalauslass unmittelbar, d.h. ohne ein gesondertes Verbindungselement mit dem Zuleitungskanal und dem Ableitungskanal verbunden. Dies ist insbesondere möglich, wenn das Verteilerkanalbauteil unmittelbar mit der Seitenwand auf der Grundplatte oder auf der Kanalplatte angeordnet und mit dieser strukturadhäsiv verbunden ist. Dabei ist jedem Fluidkanaleinlass ein Verteilerkanalauslass und jedem Fluidkanalauslass ein Verteilerkanaleinlass zugeordnet, wobei der Fluidkanaleinlass mit dem Verteilerkanalauslass und der Fluidkanalauslass mit dem Verteilerkanaleinlass zumindest bereichsweise fluchtet. Vorzugsweise ist jedem Fluidkanaleinlass genau ein Verteilerkanalauslass und/oder jedem Fluidkanalauslass genau ein Verteilerkanaleinlass zugeordnet. Ferner können jedem Verteilerkanalauslass auch mehrere Fluidkanaleinlässe und/oder jedem Verteilerkanaleinlass mehrere Fluidkanalauslässe zugeordnet sein. Die Fluidleitung erfolgt dabei also vorteilhafterweise über Öffnungen im Verteilerkanalbauteil und in der Grundplatte bzw. in der Kanalplatte. Sind Verteilerkanalbauteil und Grundplatte oder Kanalplatte strukturadhäsiv um die Öffnungen umlaufend miteinander verbunden, ist keine gesonderte Abdichtung erforderlich. Erfolgt die Verbindung um die Öffnungen herum nicht strukturadhäsiv oder nicht umlaufend strukturadhäsiv, ist ein zusätzliches Abdichtelement um die betreffende(n) Öffnung(en) erforderlich, beispielsweise ein O-Ring. Die strukturadhäsive Verbindung ermöglicht es also, zusätzliche Dichtelemente einzusparen.Preferably the fluid channel inlet and the fluid channel outlet are immediate, i. connected without a separate connecting element to the supply channel and the discharge channel. This is possible in particular if the distribution channel component is arranged directly with the side wall on the base plate or on the channel plate and is structurally adhesively connected to it. A distribution channel outlet is assigned to each fluid channel inlet and a distribution channel inlet is assigned to each fluid channel outlet, the fluid channel inlet being aligned with the distribution channel outlet and the fluid channel outlet at least partially aligned with the distribution channel inlet. Preferably, each fluid channel inlet is assigned exactly one distribution channel outlet and / or each fluid channel outlet is assigned exactly one distribution channel inlet. Furthermore, several fluid channel inlets and / or several fluid channel outlets can be assigned to each distribution channel outlet. The fluid line is therefore advantageously carried out via openings in the distribution channel component and in the base plate or in the channel plate. If the distribution channel component and the base plate or channel plate are connected to one another with structural adhesive around the openings, no separate seal is required. If the connection around the openings is not structurally adhesive or not structurally adhesive around the circumference, an additional sealing element is required around the relevant opening (s), for example an O-ring. The structural adhesive connection thus makes it possible to save on additional sealing elements.
In der vorliegenden Beschreibung werden unter dem Begriff „Verteilerkanaleinlass“ und unter dem Begriff „Verteilerkanalauslass“ die mit den Fluidkanälen in Verbindung stehenden Verteilerkanalein- und auslässe verstanden. Die mit der Fluidzu- und ableitung in Verbindung stehenden Elemente werden als Verteilerkanalzu- und ableitung bezeichnet. Die Verteilerkanalein- und auslässe ebenso wie die Verteilerkanalzu- und ableitungen sind vorzugsweise Bestandteile des Verteilerkanalbauteils.In the present description, the term “distributor channel inlet” and the term “distributor channel outlet” are understood to mean the distributor channel inlets and outlets connected to the fluid channels. The elements connected to the fluid supply and discharge line are referred to as distribution channel supply and discharge lines. The distribution channel inlets and outlets as well as the distribution channel inlet and outlet lines are preferably components of the distribution channel component.
Auch das Verteilerkanalbauteil kann aus mehreren Lagen aufgebaut sein. Dabei ist es bevorzugt, dass in der Grundplatte oder der mindestens Kanalplatte mindestens ein Fluidkanaleinlass und/oder mindestens ein Fluidkanalauslass für den mindestens einen Fluidkanal angeordnet ist,
auf der der Kanalplatte abgewandten Seite der Grundplatte und/oder auf der der Grundplatte abgewandten Seite der Kanalplatte ein den mindestens einen Fluidkanaleinlass und/oder mindestens einen Fluidkanalauslass einfassendes Verteilerkanalbauteil, das einen Zuleitungskanal zur Zuleitung eines Fluids zum mindestens einen Fluidkanaleinlass und/oder einen Ableitungskanal zur Ableitung eines Fluids vom mindestens einen Fluidkanalauslass aufweist, angeordnet ist, wobei mindestens ein Fluidkanaleinlass mit dem Zuleitungskanal des Verteilerkanalbauteils und/oder mindestens ein Fluidkanalauslass mit dem Ableitungskanal des Verteilerkanalbauteils verbunden ist,
wobei das Verteilerkanalbauteil mindestens zwei Lagen, nämlich eine erste Verteilerlage und eine zweite Verteilerlage umfasst,
wobei das Verteilerkanalbauteil außerhalb des Zuleitungskanals und/oder des Ableitungskanals mit der Grundplatte oder der mindestens einen Kanalplatte in einem Verbindungsbereich strukturadhäsiv verbunden ist, wobei
mindestens eines der Elemente ausgewählt aus der Grundplatte, der mindestens einen Kanalplatte, der ersten Verteilerlage und der zweiten Verteilerlage aus einer thermoplastischen Formmasse und mindestens ein anderes der Elemente ausgewählt aus der Grundplatte, der mindestens einen Kanalplatte, der ersten Verteilerlage und der zweiten Verteilerlage aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet ist bzw. sind.The distribution channel component can also be made up of several layers. It is preferred that at least one fluid channel inlet and / or at least one fluid channel outlet for the at least one fluid channel is arranged in the base plate or the at least one channel plate,
on the side of the base plate facing away from the channel plate and / or on the side of the channel plate facing away from the base plate, a distribution channel component enclosing the at least one fluid channel inlet and / or at least one fluid channel outlet, which has a supply channel for supplying a fluid to the at least one fluid channel inlet and / or a discharge channel Having discharge of a fluid from the at least one fluid channel outlet, is arranged, wherein at least one The fluid channel inlet is connected to the feed channel of the distribution channel component and / or at least one fluid channel outlet is connected to the discharge channel of the distribution channel component,
wherein the distribution channel component comprises at least two layers, namely a first distribution layer and a second distribution layer,
wherein the distribution channel component is structurally adhesively connected outside of the supply channel and / or the discharge channel to the base plate or the at least one channel plate in a connection area, wherein
at least one of the elements selected from the base plate, the at least one channel plate, the first distribution layer and the second distribution layer made of a thermoplastic molding compound and at least one other of the elements selected from the base plate, the at least one channel plate, the first distribution layer and the second distribution layer made of a Metal or a metal alloy is formed or are.
Vorteilhaft hierbei ist insbesondere, wenn eine der ersten und zweiten Verteilerlagen aus einem Metall oder einer Metalllegierung sowie die andere der ersten und zweiten Verteilerlagen aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet sind.It is particularly advantageous here if one of the first and second distributor layers is made from a metal or a metal alloy and the other of the first and second distributor layers is made from a thermoplastic material.
Bevorzugt umfasst der plattenartige Fluidbehälter eine Grundplatte und mehrere darauf angeordnete Kanalplatten, wobei das Verteilerkanalbauteil die Ver- und/oder Entsorgung für mehrere oder alle Kanalplatten übernimmt. Dieser segmentierte Aufbau des plattenartigen Fluidbehälters ermöglicht im Prinzip, einen Fluidbehälter unbeschränkter Größe durch Anordnen einer beliebigen Anzahl an Kanalplatten auf einer Grundplatte herzustellen. Die Beschränkung der Größe ergibt sich lediglich durch die maximale Größe der Grundplatte. Gleichzeitig verringert sich die Struktursteifigkeit des plattenartigen Fluidbehälters trotz segmentierter Bauweise durch die durchgängige Grundplatte nur insignifikant.The plate-like fluid container preferably comprises a base plate and several channel plates arranged thereon, the distribution channel component taking over the supply and / or disposal for several or all channel plates. This segmented structure of the plate-like fluid container makes it possible in principle to produce a fluid container of unlimited size by arranging any number of channel plates on a base plate. The size limitation is only due to the maximum size of the base plate. At the same time, the structural rigidity of the plate-like fluid container is reduced only insignificantly, despite the segmented design, due to the continuous base plate.
Beispielsweise kann der plattenartiger Fluidbehälter weitere Elemente umfassen, insbesondere Turbulizer und/oder Leitelemente, wobei diese weiteren Elemente strukturadhäsiv mit der Grundplatte und/oder der Kanalplatte verbunden sein können, wobei zumindest ein Paar der strukturadhäsiv miteinander verbundenen Elemente aus einem Metall oder einer Metalllegierung einerseits und aus einer thermoplastischen Formmasse andererseits gebildet sind. Hierdurch kann in den kanalartigen Vertiefungen Temperierfluid gezielt zu den Bereichen geleitet werden, die eine höhere Temperaturaustauschrate benötigen, ebenso kann Temperierfluid besonders schnell durch Bereiche geleitet werden, für deren Temperierung eine geringere Temperaturaustauschrate ausreicht.For example, the plate-like fluid container can comprise further elements, in particular turbulizers and / or guide elements, wherein these further elements can be structurally adhesively connected to the base plate and / or the channel plate, at least one pair of structurally adhesively interconnected elements made of a metal or a metal alloy on the one hand and are formed from a thermoplastic molding compound on the other hand. As a result, temperature control fluid can be directed specifically in the channel-like depressions to the areas that require a higher temperature exchange rate, and temperature control fluid can also be passed particularly quickly through areas for whose temperature control a lower temperature exchange rate is sufficient.
Bevorzugt sind die kanalartigen Vertiefungen überwiegend oder ausschließlich in der mindestens einen Kanalplatte ausgebildet, hierdurch lassen sich Umformschritte in der Grundplatte einsparen.The channel-like depressions are preferably formed predominantly or exclusively in the at least one channel plate, which means that deformation steps in the base plate can be saved.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass für ein Paar der strukturadhäsiv miteinander verbundenen Elemente, bei denen ein Element aus einem Metall oder einer Metalllegierung und das andere Element aus einer thermoplastischen Formmasse gebildet ist, gilt, dass das aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildete Element, zumindest in den Verbindungsbereichen, in denen die strukturadhäsive Verbindung mit dem aus einer thermoplastischen Formmasse gebildeten Element erfolgt, abschnittsweise oder vollflächig aufgeraut ist, insbesondere mittels eines chemischen und/oder mechanischen Aufrauverfahrens, insbesondere durch chemisches Ätzen, kristallographisches Ätzen und/oder im Falle einer Metalllegierung durch Ablegieren.According to a further advantageous embodiment it is provided that for a pair of structurally adhesively interconnected elements, in which one element is formed from a metal or a metal alloy and the other element is formed from a thermoplastic molding compound, the one formed from a metal or a metal alloy Element, at least in the connection areas in which the structurally adhesive connection with the element formed from a thermoplastic molding compound takes place, is partially or fully roughened, in particular by means of a chemical and / or mechanical roughening process, in particular by chemical etching, crystallographic etching and / or in the case a metal alloy by alloying.
Beispielsweise kann die metallische Grenzfläche der strukturadhäsiven Verbindung aufgeraut sein und Vertiefungen und/oder Hohlräume aufweisen, die zumindest teilweise von der thermoplastischen Formmasse gefüllt sind.For example, the metallic interface of the structurally adhesive connection can be roughened and have depressions and / or cavities which are at least partially filled by the thermoplastic molding compound.
Das Metall ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Edelstahl, Kupfer. Die Metalllegierung ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Legierungen des Kupfers oder des Aluminiums, insbesondere des Aluminiums der Serien 3xxx (Aluminium-Mangan-Legierungen), 5xxx (Aluminium-Magnesium-Legierungen) und 7xxx (Aluminium-Zink-Legierungen). Insbesondere kann das Metall als Blech ausgebildet sein.The metal is preferably selected from the group consisting of aluminum, stainless steel and copper. The metal alloy is preferably selected from the group consisting of alloys of copper or aluminum, in particular aluminum of the series 3xxx (aluminum-manganese alloys), 5xxx (aluminum-magnesium alloys) and 7xxx (aluminum-zinc alloys). In particular, the metal can be designed as sheet metal.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die thermoplastische Formmasse mindestens ein thermoplastisches Polymer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamiden, insbesondere aliphatischen und/oder teilaromatischen Polyamiden, wie z.B. PA6, PA66, PA12, PA1212, PA6I, PA 6T, PA6I/6T, aus Polyimiden, Polyamidimiden, Polyphthalamiden, Polyarylethersulfonen, Polyethersulfonen, Polypropylencarbonaten, Polyaryletherketonen, Polyphenylensulfiden, Polyetheretherketonen, Polycarbonaten, Polypropylen-Homopolymeren, Polyphenylenethern oder Polybutylenterephthalat sowie Mischungen oder Blends aus mindestens zwei der zuvor genannten thermoplastischen Polymere enthält oder hieraus besteht.In particular, it is advantageous if the thermoplastic molding compound has at least one thermoplastic polymer selected from the group consisting of polyamides, in particular aliphatic and / or partially aromatic polyamides, such as e.g. PA6, PA66, PA12, PA1212, PA6I, PA 6T, PA6I / 6T, made of polyimides, polyamide-imides, polyphthalamides, polyaryl ether sulfones, polyether sulfones, polypropylene carbonates, polyaryl ether ketones, polyphenylene sulfides, polyether ether ketones, polycarbonates, or blends of polypropylene homylene ethers, polycarbonates or blends of polypropylene homylene ethers, polycarbonates, polypropylene homylene ethers, or blends of polypropylene homylene ethers, polycarbonates, polypropylene homylene ethers, or blends of polypropylene homylene ethers, polycarbonates or blends of polypropylene homylene ethers contains or consists of at least two of the aforementioned thermoplastic polymers.
Zudem kann die thermoplastische Formmasse zusätzlich mindestens einen Füll- und/oder Verstärkungsstoff enthalten, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern; Carbonfasern; Aramidfasern; Mineralstoffen; insbesondere Schichtsilikaten; Graphit; Glashohlkugeln; Keramikpartikeln und/oder -fasern, insbesondere aus Aluminiumoxid und/oder Berylliumoxid zur Modifizierung der Wärmeleitfähigkeit.In addition, the thermoplastic molding compound can additionally contain at least one filler and / or reinforcing material, in particular selected from the group consisting of glass fibers; Carbon fibers; Aramid fibers; Minerals; in particular sheet silicates; Graphite; Hollow glass spheres; Ceramic particles and / or fibers, in particular made of aluminum oxide and / or beryllium oxide, for modifying the thermal conductivity.
Der plattenartige Fluidbehälter kann als eine Temperierplatte, in der ein Temperiermittel führbar ist, zum Temperieren einer Leistungselektronik eines Fahrzeugs oder eines elektrochemischen Systems, insbesondere einer Batterie oder eines Batteriepacks, insbesondere eines Fahrzeugs ausgebildet sein.The plate-like fluid container can be designed as a temperature control plate, in which a temperature control means can be guided, for temperature control of power electronics of a vehicle or of an electrochemical system, in particular a battery or a battery pack, in particular a vehicle.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Grundplatte auf einer der mindestens einen Kanalplatte gegenüberliegenden Seite eine Kontaktfläche, insbesondere eine ebene Kontaktfläche, aufweist, über die eine oder mehrere auf der den Kanalplatten gegenüberliegenden Seite der Grundplatte anordenbare Batterien oder ein auf der der Kanalplatte gegenüberliegenden Seite der Grundplatte anordenbares Batteriepack direkt kontaktierbar sind, insbesondere thermisch kontaktierbar sind.It is particularly advantageous if the base plate has a contact surface, in particular a flat contact surface, on a side opposite the at least one channel plate, via which one or more batteries that can be arranged on the side of the base plate opposite the channel plates or a battery on the side opposite the channel plate Battery pack that can be arranged on the base plate are directly contactable, in particular are thermally contactable.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Batterietemperieranordnung, welche einen vorbeschriebenen plattenartigen Fluidbehälter und eine oder mehrere Batterien oder ein Batteriepack umfasst, wobei die eine oder mehreren Batterien oder das Batteriepack vorzugsweise auf einer der Kanalplatte gegenüberliegenden Seite der Grundplatte angeordnet sind und über die Kontaktfläche der Grundplatte direkt oder indirekt kontaktiert, z.B. geklebt sind. Hier ist eine Klebeverbindung ausreichend, da an der betreffenden Kontaktfläche kein Fluiddruck anliegt.The present invention further comprises a battery temperature control arrangement, which comprises a plate-like fluid container as described above and one or more batteries or a battery pack, wherein the one or more batteries or the battery pack are preferably arranged on a side of the base plate opposite the channel plate and directly via the contact surface of the base plate or contacted indirectly, e.g. are glued. An adhesive connection is sufficient here, since no fluid pressure is applied to the relevant contact surface.
Im Folgenden werden Schritte eines Verfahrens zum Herstellen des vorstehend beschriebenen plattenartigen Fluidbehälters beschrieben, insbesondere also zum Ausbilden der strukturadhäsiven Verbindung von Elementen des plattenartigen Fluidbehälters.In the following, steps of a method for producing the plate-like fluid container described above are described, that is to say in particular for forming the structurally adhesive connection of elements of the plate-like fluid container.
Eine erste Variante eines solchen Verfahrens zur Herstellung des vorstehend beschriebenen plattenartigen Fluidbehälters umfasst wenigstens die folgenden Schritte zur Herstellung eines plattenartigen Fluidbehälters:
- - Ausschneiden der Grundplatte aus einer Metallplatte;
- - Strukturierung der zur Verbindung vorgesehenen Oberfläche der Metallplatte mittels eines chemischen und/oder mechanischen Aufrauverfahrens, insbesondere durch chemisches Ätzen, kristallographisches Ätzen und/oder im Falle einer Metalllegierung durch Ablegieren;
- - Formen der Kanalplatte aus einer thermoplastischen Formmasse wobei ggf. ein Anschlussbauteil einstückig mitgeformt wird;
- - Plastifizieren der zur Verbindung vorgesehenen Oberfläche bzw. Oberflächenabschnitte der Kanalplatte
- - Aufpressen der Kanalplatte auf die strukturierte Oberfläche der Metallplatte.
- - Cutting out the base plate from a metal plate;
- Structuring of the surface of the metal plate provided for connection by means of a chemical and / or mechanical roughening process, in particular by chemical etching, crystallographic etching and / or in the case of a metal alloy by alloying;
- - Shaping the channel plate from a thermoplastic molding compound, with a connection component possibly also being formed in one piece;
- - Plasticizing the surface or surface sections of the channel plate provided for connection
- - Pressing the channel plate onto the structured surface of the metal plate.
Dabei kann das Formen der Kanalplatte aus einer thermoplastischen Formmasse und das optionale Mitformen des Anschlussbauteils beispielsweise mittels Spritzgießens erfolgen.The channel plate can be molded from a thermoplastic molding compound and the connecting component optionally molded at the same time, for example by means of injection molding.
Eine zweite Variante eines solchen Verfahrens zur Herstellung des vorstehend beschriebenen plattenartigen Fluidbehälters umfasst z. B. wenigstens die folgenden Schritte zur Herstellung eines plattenartigen Fluidbehälters:
- - Ausschneiden der Kanalplatte aus einer Metallplatte;
- - Einformen der kanalartigen Vertiefungen in die Kanalplatte;
- - Strukturierung der zur Verbindung vorgesehenen Oberfläche der Metallplatte mittels eines chemischen und/oder mechanischen Aufrauverfahrens, insbesondere durch chemisches Ätzen, kristallographisches Ätzen und/oder im Falle einer Metalllegierung durch Ablegieren;
- - Formen der Grundplatte aus einer thermoplastischen Formmasse wobei ggf. ein Anschlussbauteil einstückig mitgeformt wird;
- - Plastifizieren der zur Verbindung vorgesehenen Oberfläche bzw. Oberflächenabschnitte der Grundplatte
- - Aufpressen der Grundplatte auf die strukturierte Oberfläche der Metallplatte.
- - Cutting out the channel plate from a metal plate;
- - Shaping the channel-like depressions in the channel plate;
- Structuring of the surface of the metal plate provided for connection by means of a chemical and / or mechanical roughening process, in particular by chemical etching, crystallographic etching and / or in the case of a metal alloy by alloying;
- - Shaping the base plate from a thermoplastic molding compound, with a connection component possibly also being formed in one piece;
- - Plasticizing the surface or surface sections of the base plate provided for connection
- - Pressing the base plate onto the structured surface of the metal plate.
Eine dritte Variante eines solchen Verfahrens zur Herstellung des vorstehend beschriebenen plattenartigen Fluidbehälters umfasst wenigstens die folgenden Schritte zur Herstellung eines plattenartigen Fluidbehälters:
- - Ausschneiden der Grundplatte aus einer Metallplatte;
- - Ausschneiden der Kanalplatte aus einer Metallplatte;
- - Einformen der kanalartigen Vertiefungen in die Kanalplatte;
- - Strukturierung der zur Verbindung vorgesehenen Oberfläche der Metallplatte mittels eines chemischen und/oder mechanischen Aufrauverfahrens, insbesondere durch chemisches Ätzen, kristallographisches Ätzen und/oder im Falle einer Metalllegierung durch Ablegieren;
- - Formen eines Anschlussbauteils, eines Verteilerkanalbauteils oder einer Verteilerlage aus einer thermoplastischen Formmasse;
- - Plastifizieren der aus thermoplastischer Formmasse gebildeten zur Verbindung vorgesehenen Oberfläche bzw. Oberflächenabschnitte
- - Aufpressen des aus thermoplastischer Formmasse gebildeten Elements auf die strukturierte Oberfläche der Metallplatte.
- - Cutting out the base plate from a metal plate;
- - Cutting out the channel plate from a metal plate;
- - Shaping the channel-like depressions in the channel plate;
- Structuring of the surface of the metal plate provided for connection by means of a chemical and / or mechanical roughening process, in particular by chemical etching, crystallographic etching and / or in the case of a metal alloy by alloying;
- - Molding of a connection component, a distribution channel component or a distribution layer from a thermoplastic molding compound;
- - Plasticizing the surface or surface sections formed from thermoplastic molding compound intended for connection
- - Pressing the element formed from thermoplastic molding compound onto the structured surface of the metal plate.
Vorteilhafterweise können die vorgenannte Verfahrensschritte durch den folgenden Schritt ergänzt werden:
- - Zumindest die Bereiche des jeweiligen aus einer thermoplastischen Formmasse gebildeten Elements, die beim Anpressen in Kontakt mit dem jeweiligen aus Metall oder einer Metalllegierung gebildeten Element treten, werden vor Herstellen des Kontakts auf Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur der thermoplastischen Formmasse erwärmt.
- - At least the areas of the respective element formed from a thermoplastic molding compound which come into contact with the respective element formed from metal or a metal alloy when pressed are heated to temperatures above the glass transition temperature of the thermoplastic molding compound before making contact.
Zudem können die erstgenannten drei Verfahrensschritte aller drei Varianten durch den folgenden Schritt ergänzt werden:
- - Erwärmen des aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildeten Elements auf eine ausreichende Temperatur, so dass beim Kontaktieren des jeweiligen aus einer thermoplastischen Formmasse gebildeten Elements mit dem jeweiligen aus Metall oder einer Metalllegierung gebildeten Element die Kontaktflächen des aus einer thermoplastischen Formmasse gebildeten Elements auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur der thermoplastischen Formmasse erwärmt werden.
- - Heating the element formed from a metal or a metal alloy to a sufficient temperature so that when the respective element formed from a thermoplastic molding compound comes into contact with the respective element formed from metal or a metal alloy, the contact surfaces of the element formed from a thermoplastic molding compound to a temperature be heated above the glass transition temperature of the thermoplastic molding composition.
Ebenso oder alternativ können die erstgenannten drei Verfahrensschritte aller drei Varianten durch den folgenden Schritt ergänzt werden:
- - Abkühlen der verbundenen Bauteile zur Verfestigung der Verbindung.
- - Cooling of the connected components to solidify the connection.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen plattenartigen Fluidbehälters zum Temperieren, insbesondere Kühlen einer Leistungselektronik, z.B. eines Fahrzeugs, oder zum Temperieren, insbesondere zum Kühlen oder Beheizen eines elektrochemischen Systems, insbesondere einer Batterie oder eines Batteriepacks, insbesondere eines Fahrzeugs.In addition, the present invention relates to the use of a plate-like fluid container according to the invention for temperature control, in particular cooling of power electronics, e.g. a vehicle, or for temperature control, in particular for cooling or heating an electrochemical system, in particular a battery or a battery pack, in particular a vehicle.
Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßer plattenartiger Fluidbehälter anhand von Figuren detaillierter beschrieben. Dabei werden verschiedene erfindungswesentliche oder auch vorteilhafte weiterbildende Elemente im Rahmen jeweils eines konkreten Beispiels genannt, wobei auch einzelne dieser Elemente als solche zur Weiterbildung der Erfindung - auch herausgelöst aus dem Kontext des jeweiligen Beispiels und weiterer Merkmale des jeweiligen Beispiels - verwendet werden können. Weiterhin werden in den Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, und deren Erläuterung daher teilweise weggelassen.In the following, a plate-like fluid container according to the invention is described in more detail with reference to figures. Various elements that are essential to the invention or also advantageous further development elements are named in the context of a specific example, and some of these elements can also be used as such for further development of the invention - also removed from the context of the respective example and further features of the respective example. Furthermore, the same or similar reference symbols are used in the figures for the same or similar elements, and their explanation is therefore partially omitted.
Es zeigen
-
1 bis 5 Schnittansichten eines erfindungsgemäßen plattenartigen Fluidbehälters gemäß einer ersten Ausführungsform, -
6 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen plattenartigen Fluidbehälters gemäß einer zweiten Ausführungsform, -
7 eine Unteransicht eines erfindungsgemäßen plattenartigen Fluidbehälters -
8 eine Draufsicht des plattenartigen Fluidbehälters aus7 , -
9 eine Schnittansicht des plattenartigen Fluidbehälters aus7 und8 , -
10 eine weitere Schnittansicht eines plattenartigen Fluidbehälters in einer Variante zu9 , -
11 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen plattenartigen Fluidbehälters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, -
12 eine Schnittansicht des plattenartigen Fluidbehälters aus11 , -
13 eine weitere Schnittansicht eines plattenartigen Fluidbehälters ähnlich12 , -
14 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Batterietemperieranordnung, -
15 eine Seitenansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Batterietemperieranordnung, -
16 eine Schnittansicht eines weiteren plattenartigen Fluidbehälters, und -
17 eine Schnittansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen plattenartigen Fluidbehälters nach einem Schälversuch.
-
1 to5 Sectional views of a plate-like fluid container according to the invention according to a first embodiment, -
6th a sectional view of a plate-like fluid container according to the invention according to a second embodiment, -
7th a bottom view of a plate-like fluid container according to the invention -
8th a plan view of the plate-like fluid container7th , -
9 FIG. 4 shows a sectional view of the plate-like fluid container7th and8th , -
10 a further sectional view of a plate-like fluid container in a variant9 , -
11 a top view of a plate-like fluid container according to the invention according to a further embodiment, -
12th FIG. 4 shows a sectional view of the plate-like fluid container11 , -
13 a further sectional view of a plate-like fluid container similar to12th , -
14th a side view of a battery temperature control arrangement according to the invention, -
15th a side view of an alternative battery temperature control arrangement according to the invention, -
16 a sectional view of another plate-like fluid container, and -
17th a sectional view of a portion of a plate-like fluid container according to the invention after a peeling test.
Jede Kanalplatte
Auch hier kann wie in den voranstehenden Beispielen einerseits die Grundplatte
Das Verteilerkanalbauteil
Mittig bezüglich der Längsrichtung des Verteilerkanalbauteils
In der zur Mitte des Fluidbehälters
Wie insbesondere aus
In der in
Die in
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