DE102021002528A1 - Component for tempering at least one component of a motor vehicle and method for producing such a component - Google Patents

Component for tempering at least one component of a motor vehicle and method for producing such a component Download PDF

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Arnd Bressel
Marcus Rieth
Bernd Schietinger
Jens Hüger
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (10) zum Temperieren wenigstens einer Komponente eines Kraftfahrzeugs, mit einem Trägerelement (12), mit einem additiv auf das Trägerelement (12) aufgebrachten und wenigstens eine Ausnehmung (18) aufweisenden Zwischenelement (16), und mit einem Leitungselement (14), welches wenigstens einen Aufnahmebereich (15) zum Aufnehmen eines Temperierfluids zum Temperieren der Komponente aufweist, zumindest teilweise in der Ausnehmung (18) angeordnet ist und unter Vermittlung des Zwischenelements (16), über welches Wärme zwischen dem Leitungselement (14) und dem Trägerelement (12) austauschbar ist, an dem Trägerelement (12) gehalten ist.The invention relates to a component (10) for controlling the temperature of at least one component of a motor vehicle, with a carrier element (12), with an intermediate element (16) applied additively to the carrier element (12) and having at least one recess (18), and with a line element (14), which has at least one receiving area (15) for receiving a tempering fluid for tempering the component, is at least partially arranged in the recess (18) and is mediated by the intermediate element (16), via which heat is exchanged between the line element (14) and the carrier element (12) is exchangeable, is held on the carrier element (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil zum Temperieren wenigstens einer Komponente eines Kraftfahrzeugs. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils.The invention relates to a component for controlling the temperature of at least one component of a motor vehicle. The invention also relates to a method for producing such a component.

Der DE 10 2018 210 397 A1 ist ein Verfahren zur additiven Herstellung einer Struktur als bekannt zu entnehmen.Of the DE 10 2018 210 397 A1 a method for the additive manufacturing of a structure can be seen as known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bauteil und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils zu schaffen, so dass sich ein besonders vorteilhafter Wärmetransport und somit eine besonders vorteilhafte Temperierung wenigstens einer Komponente, insbesondere einer Komponente eines Kraftfahrzeugs, durch das Bauteil realisieren lassen.The object of the present invention is to create a component and a method for producing such a component, so that a particularly advantageous heat transport and thus a particularly advantageous temperature control of at least one component, in particular a component of a motor vehicle, can be realized by the component.

Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a component having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 6 . Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil zum Temperieren, das heißt zum Kühlen und/oder Erwärmen, wenigstens einer Komponente eines vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das einfach auch als Fahrzeug bezeichnete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Komponente und das Bauteil aufweist, mittels welchen die Komponente temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt werden kann. Beispielsweise handelt es sich bei der Komponente um einen elektrischen Energiespeicher zum, insbesondere elektrochemischen, Speichern von elektrischer Energie. Insbesondere kann es sich bei der Komponente um eine Batterie, vorzugsweise um eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) handeln. Das Bauteil ist somit ein Bauteil zum Wärmetransport. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass zwischen dem Bauteil und der Komponente Wärme ausgetauscht werden kann. Beispielsweise kann Wärme von der Komponente an das Bauteil übergehen, wodurch die Komponente gekühlt wird. Ferner kann beispielsweise Wärme von dem Bauteil an die Komponente übergehen, wodurch die Komponente erwärmt wird.A first aspect of the invention relates to a component for temperature control, that is to say for cooling and/or heating, at least one component of a motor vehicle which is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car. This means that the motor vehicle, which is also simply referred to as a vehicle, has the component and the component in its fully manufactured state, by means of which the component can be temperature-controlled, ie cooled and/or heated. For example, the component is an electrical energy store for storing electrical energy, in particular electrochemically. In particular, the component can be a battery, preferably a high-voltage battery (HV battery). The component is thus a component for heat transport. This means in particular that heat can be exchanged between the part and the component. For example, heat can transfer from the component to the part, thereby cooling the component. Furthermore, for example, heat can be transferred from the component to the component, as a result of which the component is heated.

Das Bauteil weist ein Trägerelement auf, welches auch als Grundmaterial bezeichnet wird oder aus einem Grundmaterial gebildet ist. Des Weiteren weist das Bauteil ein Zwischenelement auf, welches auch als Teilbereich bezeichnet wird oder einen Teilbereich des Bauteils ist. Das Zwischenelement ist additiv auf das Trägerelement aufgebracht und dadurch mit dem Trägerelement verbunden beziehungsweise an dem Trägerelement gehalten. Hierunter ist zu verstehen, dass das Zwischenelement durch ein generatives Fertigungsverfahren, das heißt durch additive Fertigung hergestellt und auf das Trägerelement aufgebracht und mit dem Trägerelement verbunden ist. Das Zwischenelement (Teilbereich) weist wenigstens eine Ausnehmung auf. Des Weiteren umfasst das Bauteil ein insbesondere separat von dem Trägerelement und separat von dem Zwischenelement hergestelltes beziehungsweise ausgebildetes Leitungselement, welches wenigstens einen Aufnahmebereich zum zumindest vorübergehenden Aufnehmen eines beispielsweise flüssigen oder gasförmigen Temperierfluids aufweist. Das Temperierfluid wird auch als Temperiermedium oder Medium bezeichnet. Beispielsweise sind das Trägerelement und das Leitungselement klassisch gefertigt, das heißt durch ein klassisches oder herkömmliches, von einem generativen Fertigungsverfahren unterschiedliches Herstellungsverfahren hergestellt.The component has a carrier element, which is also referred to as the base material or is formed from a base material. Furthermore, the component has an intermediate element, which is also referred to as a partial area or is a partial area of the component. The intermediate element is applied additively to the carrier element and is thereby connected to the carrier element or held on the carrier element. This means that the intermediate element is produced by a generative manufacturing process, ie by additive manufacturing, and is applied to the carrier element and connected to the carrier element. The intermediate element (partial area) has at least one recess. Furthermore, the component comprises a line element which is manufactured or formed separately from the carrier element and separately from the intermediate element and which has at least one receiving area for at least temporarily receiving a liquid or gaseous temperature control fluid, for example. The temperature control fluid is also referred to as a temperature control medium or medium. For example, the carrier element and the line element are manufactured in a classic manner, that is to say they are produced by a classic or conventional manufacturing method that differs from an additive manufacturing method.

Das Leitungselement ist zumindest teilweise in der Ausnehmung angeordnet, so dass das Zwischenelement das auch als Körper bezeichnete Leitungselement insbesondere in Umfangsrichtung des Leitungselements zumindest teilweise umlaufend umgibt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt erstreckt sich das Zwischenelement in Umfangsrichtung des Leitungselements zumindest teilweise um das Leitungselement herum. Über das Zwischenelement kann Wärme zwischen dem Leitungselement und dem Trägerelement ausgetauscht werden. Mit anderen Worten ist das Zwischenelement eine Wärmeübertragungsstruktur oder das Zwischenelement (Teilbereich) dient als Wärmeübertragungsstruktur zwischen dem Trägerelement (Grundmaterial) und dem Körper (Leitungselement), so dass über das Zwischenelement Wärme zwischen dem Trägerelement und dem Leitungselement ausgetauscht werden kann. Dabei ist das Leitungselement unter Vermittlung des Zwischenelements, das heißt mittels des Zwischenelements an dem Trägerelement gehalten. Beispielsweise kann zwischen dem in dem Aufnahmebereich zumindest vorübergehend aufgenommenes Temperierfluid und dem Leitungselement Wärme ausgetauscht werden, so dass über das Leitungselement Wärme zwischen dem Temperierfluid und dem Zwischenelement ausgetauscht werden kann. Insbesondere kann über das Leitungselement und das Zwischenelement Wärme zwischen dem Temperierfluid und dem Trägerelement ausgetauscht werden, so dass beispielsweise insgesamt über das Leitungselement, das Zwischenelement und das Trägerelement Wärme zwischen dem Temperierfluid und der Komponente ausgetauscht werden kann. Hierdurch kann die Komponente mittels des Temperierfluids vorteilhaft temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt werden. Ferner ist erkennbar, dass mittels des Körpers (Leitungselement) ein Wärmetransport beziehungsweise der zuvor genannte Wärmetransport mithin ein oder der Wärmeaustausch zwischen dem Temperierfluid und der Komponente ermöglicht wird.The line element is at least partially arranged in the recess, so that the intermediate element at least partially surrounds the line element, also referred to as the body, in particular in the circumferential direction of the line element. To put it another way, the intermediate element extends at least partially around the line element in the circumferential direction of the line element. Heat can be exchanged between the line element and the carrier element via the intermediate element. In other words, the intermediate element is a heat transfer structure or the intermediate element (partial area) serves as a heat transfer structure between the carrier element (base material) and the body (conduction element), so that heat can be exchanged between the carrier element and the conduit element via the intermediate element. In this case, the line element is held on the carrier element through the intermediary of the intermediate element, that is to say by means of the intermediate element. For example, heat can be exchanged between the temperature control fluid at least temporarily accommodated in the receiving area and the line element, so that heat can be exchanged between the temperature control fluid and the intermediate element via the line element. In particular, heat can be exchanged between the temperature control fluid and the carrier element via the line element and the intermediate element, so that heat can be exchanged between the temperature control fluid and the component, for example, overall via the line element, the intermediate element and the carrier element. As a result, the temperature of the component can be advantageously controlled, that is to say cooled and/or heated, by means of the temperature control fluid. Furthermore, it can be seen that the body (line element) enables heat transport or the previously mentioned heat transport or heat exchange between the tempering fluid and the component.

Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Zum Wärmetransport, insbesondere zur Kühlung, von Batteriesystemen insbesondere von Kraftfahrzeugen, sind großflächige Kühlplatten aus Aluminiumwerkstoffen im Einsatz. Die Herstellung dieser Systeme ist aufgrund der großen Bauteilfläche mit klassischen Verfahren verzugskritisch. Insbesondere können aktuelle Systeme nicht oder nur sehr aufwendig reparaturfähig sein, was insbesondere im Falle von Undichtigkeit nachteilhaft sein kann.The invention is based in particular on the following findings and considerations: Large-area cooling plates made of aluminum materials are used for heat transport, in particular for cooling, of battery systems, in particular of motor vehicles. Due to the large component area, the production of these systems using classic methods is critical in terms of distortion. In particular, current systems may not be repairable or only repairable with great effort, which can be disadvantageous in particular in the case of leaks.

Die Erfindung löst die oben genannten Probleme und dabei insbesondere das Problem der Reparaturfähigkeit, so dass ein vorteilhafter Nachhaltigkeitsbeitrag geleistet werden kann. Dieser wird realisiert durch die Anbindung des beispielsweise als Kühlkanal ausgebildeten oder dem beispielsweise als Kühlkanal ausgebildeten Aufnahmebereich aufweisenden Leitungselements über das additiv auf das beispielsweise konventionell gefertigte und insbesondere als Grundplatte ausgebildete Trägerelement aufgebrachte Zwischenelement, welches eine additiv gefertigte Struktur ist. Die additive Struktur (Zwischenelement) ermöglicht einen besonders vorteilhaften Wärmeübergang beziehungsweise Wärmeaustausch insbesondere zwischen dem Temperierfluid und der Komponente. Beispielsweise wird der konventionell gefertigte Kühlkanal beziehungsweise das konventionell gefertigte Leitungselement mittels eines bevorzugt gut wärmeleitfähigen Klebstoffs, welcher als Wärmeleitpaste ausgebildet ist oder fungieren kann, an die additiv gefertigte Struktur angebunden und insbesondere in die additiv gefertigte Struktur eingebunden, da der Klebstoff in der Ausnehmung zwischen dem teilweise in der Ausnehmung aufgenommenen Leitungselement und der additiv gefertigten Struktur (Zwischenelement) angeordnet ist. Durch die Erfindung können die bei direkt 3D-gedruckten Kühlungsbauteilen vorhandenen Probleme mit Restgehalten an Pulver, Restschmutz, etc. vermieden werden, ohne die Vorteile einer der thermischen Belastung spezifisch angepassten Kühlstruktur zu verlieren. Durch gezielte Konturierung der beispielsweise gedruckten beziehungsweise durch 3D-Drucken hergestellten Struktur (Zwischenelement) können Bereiche mit hoher thermischer Last gezielt verstärkt an den Kühlkanal (Leitungselement) angebunden werden, ohne eine komplexe Strömungsführung einführen zu müssen.The invention solves the problems mentioned above and in particular the problem of repairability, so that an advantageous contribution to sustainability can be made. This is realized by connecting the line element designed as a cooling channel, for example, or having the receiving area designed as a cooling channel, for example, via the intermediate element that is additively applied to the carrier element that is, for example, conventionally manufactured and in particular designed as a base plate, which is an additively manufactured structure. The additive structure (intermediate element) enables a particularly advantageous heat transfer or heat exchange, in particular between the tempering fluid and the component. For example, the conventionally manufactured cooling channel or the conventionally manufactured line element is connected to the additively manufactured structure and in particular integrated into the additively manufactured structure by means of a preferably good thermally conductive adhesive, which is designed or can function as thermally conductive paste, since the adhesive is in the recess between the partially accommodated in the recess line element and the additively manufactured structure (intermediate element) is arranged. The invention makes it possible to avoid the problems associated with directly 3D-printed cooling components with residual powder, residual dirt, etc., without losing the advantages of a cooling structure that is specifically adapted to the thermal load. Through targeted contouring of the structure (intermediate element) that is printed or produced by 3D printing, for example, areas with high thermal load can be specifically connected to the cooling channel (line element) without having to introduce a complex flow guide.

Heutige Batterien sind aufgrund gelöteter, nicht austauschbarer Bauteile nicht oder nur unter extremen Kosten reparaturfähig, sobald beispielsweise eine Kühlungsmatrix mechanisch oder durch Korrosion beschädigt wird. Vollständig 3D-gefertigte Kühlungssysteme sind technisch verfügbar, aber aufgrund des hohen Druckvolumens sehr kostenaufwendig. Zusätzlich ist die vollständige Entfernung von Pulverresten, die in den Kühlkreislauf gelangen und dort abrasive Schäden verursachen könnten, nur unzureichend oder nur sehr aufwendig prozesssicher darstellbar. Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden. Insbesondere können durch die Erfindung zumindest die folgenden Vorteile realisiert werden:

  • - reparaturfähiges Bauteil zum Wärmetransport, insbesondere für Batteriesysteme
  • - hoher Nachhaltigkeitsbeitrag bei batterieelektrischen Fahrzeugen
  • - Reduzierung von Aufwand für Reparaturen, Wartungen und Austauscharbeiten
  • - Optimierung der Wärmeabfuhr bei Verringerung der Komplexität der Kühlstruktur
  • - höhere Korrosionsbeständigkeit des Bauteils und Verringerung der Korrosionsgefahr im Kühlkreislauf, da im Gegensatz zu konventionellen gelöteten Bauteilen kein Flussmittel zum Einsatz kommt.
Due to soldered, non-replaceable components, today's batteries cannot be repaired or can only be repaired at extreme cost, for example as soon as a cooling matrix is damaged mechanically or by corrosion. Fully 3D manufactured cooling systems are technically available, but very expensive due to the high print volume. In addition, the complete removal of powder residues that get into the cooling circuit and could cause abrasive damage there is only insufficiently or only very laboriously process-reliable. The problems and disadvantages mentioned above can now be avoided by the invention. In particular, at least the following advantages can be realized by the invention:
  • - Repairable component for heat transport, especially for battery systems
  • - High sustainability contribution for battery electric vehicles
  • - Reduction of expenses for repairs, maintenance and replacement work
  • - Optimization of heat dissipation while reducing the complexity of the cooling structure
  • - Higher corrosion resistance of the component and reduction of the risk of corrosion in the cooling circuit, since no flux is used in contrast to conventional soldered components.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Bauteils. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.The invention also includes a method for producing a component according to the invention. Advantages and advantageous configurations of the component according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the method according to the invention and vice versa.

Vorzugsweise befindet sich zwischen dem Zwischenelement (Teilbereich) und dem Körper (Leitungselement) ein Zwischenstoff, welcher Klebeeigenschaften und/oder gute Wärmeleitungseigenschaften aufweist.
Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Körper als ein Hohlbauteil ausgebildet ist, wobei der Wärmetransport mittels des durch den Körper beziehungsweise durch den Aufnahmebereich durchgeführten Mediums erfolgt. Hierbei ist beispielsweise der Aufnahmebereich als ein von dem Temperierfluid durchströmbarer Kanal ausgebildet.There is preferably an intermediate substance between the intermediate element (partial area) and the body (conduction element) which has adhesive properties and/or good thermal conductivity properties.
Furthermore, it has proven to be advantageous if the body is designed as a hollow component, with the heat being transported by means of the medium passed through the body or through the receiving area. In this case, for example, the receiving area is designed as a channel through which the tempering fluid can flow.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das wärmetransportierende Medium (Temperierfluid) in dem Aufnahmebereich angeordnet, so dass der Körper (Leitungselement) das wärmetransportierende Medium beinhaltet. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass der Körper (Leitungselement) als eine Heat Pipe ausgestaltet ist.In a further embodiment of the invention, the heat-transporting medium (tempering fluid) is arranged in the receiving area, so that the body (line element) contains the heat-transporting medium. It is particularly conceivable that the body (line element) is designed as a heat pipe.

Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein Querschnitt des Körpers rund, verrundet, quadratisch, rechteckig oder vieleckig ausgeführt ist.It has also been shown to be advantageous if a cross section of the body is round, rounded, square, rectangular or polygonal.

Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, dass das Trägerelement und/oder das Zwischenelement und/oder das Leitungselement aus einem Werkstoff gebildet ist, wobei es sich bei dem Werkstoff um einen metallischen Werkstoff, insbesondere um einen Aluminium- und/oder Kupfer- und/oder Titan- und/oder Nickel- und/oder Eisenbasiswerkstoff handeln kann.It has also been shown to be advantageous that the carrier element and/or the intermediate element and/or the line element is formed from a material, the material being a metallic material, in particular an aluminum and/or copper and/or or titanium and/or nickel and/or iron-based material.

Das Verfahren umfasst beispielsweise einen ersten Schritt, bei welchem das Grundmaterial, das heißt das Trägerelement, insbesondere das hergestellte Trägerelement, bereitgestellt wird. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird das Zwischenelement durch additive Fertigung auf das Trägerelement (Grundmaterial) aufgebracht und bei dem dritten Schritt des Verfahrens wird ein Zwischenstoff an oder auf dem Zwischenelement aufgebraucht, wobei der Zwischenstoff Klebeeigenschaften und/oder eine hohe Wärmeleitungseigenschaft aufweist. Bei dem vierten Schritt des Verfahrens wird der Körper eingebracht und dabei insbesondere zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, somit zumindest zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, in der Ausnehmung und somit in dem Zwischenelement angeordnet, wobei das Leitungselement zumindest teilweise, insbesondere direkt, von dem Zwischenstoff kontaktiert wird. Bei dem fünften Schritt des Verfahrens erfolgt eine optionale Herstellung einer zumindest abschnittsweise form- und/oder stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Teilbereich (Zwischenelement), dem Zwischenstoff und dem Körper (Leitungselement), beispielsweise durch einen Klebeprozess.The method includes, for example, a first step in which the base material, that is to say the carrier element, in particular the carrier element produced, is provided. In a second step of the method, the intermediate element is applied to the carrier element (base material) by additive manufacturing, and in the third step of the method, an intermediate material is applied to or on the intermediate element, the intermediate material having adhesive properties and/or a high thermal conductivity property. In the fourth step of the method, the body is introduced and in particular arranged at least partially, in particular at least predominantly, thus at least more than half or completely, in the recess and thus in the intermediate element, with the line element at least partially, in particular directly is contacted by the intermediate. In the fifth step of the method, there is an optional production of an at least partially positive and/or material connection between the partial area (intermediate element), the intermediate material and the body (conduction element), for example by an adhesive process.

Bei dem Verfahren kann der Teilbereich vor dem Einbringen des Körpers eine konturierte Form aufweisen, was eine zumindest im Wesentlichen passgenaue Einbringung des Körpers in den Teilbereich, das heißt in die Ausnehmung ermöglicht.In the method, the partial area can have a contoured shape before the body is introduced, which enables the body to be inserted at least essentially with a precise fit into the partial area, ie into the recess.

Ferner ist es bei dem Verfahren denkbar, dass der Teilbereich so ausgestaltet ist oder wird, dass der Körper über den Zwischenstoff unmittelbaren Kontakt zum Grundmaterial aufweist.Furthermore, it is conceivable in the method that the partial area is or will be designed in such a way that the body has direct contact with the base material via the intermediate substance.

Ferner ist es denkbar, dass der Teilbereich in seiner Ausdehnung variabel, das heißt variabel ausgedehnt sein kann, um in besonders temperaturbelasteten Bereichen eine hohe Wärmeübertragungsleistung gewährleisten zu können.It is also conceivable that the partial area can be variable in its extent, that is to say can be expanded in a variable manner, in order to be able to ensure a high heat transfer capacity in areas that are particularly subject to high temperatures.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils zum Wärmetransport;
  • 2 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Bauteils;
  • 3 eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des Bauteils;
  • 4 eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des Bauteils;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen des Bauteils, insbesondere gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 6 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Verbunds des Bauteils;
  • 7 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Verbunds; und
  • 8 eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des Verbunds.
The drawing shows in:
  • 1 a schematic sectional view of a first embodiment of a component according to the invention for heat transport;
  • 2 a schematic sectional view of a second embodiment of the component;
  • 3 a schematic sectional view of a third embodiment of the component;
  • 4 a schematic sectional view of a fourth embodiment of the component;
  • 5 a schematic representation of a method for producing the component, in particular according to the first embodiment;
  • 6 a schematic sectional view of a first embodiment of a composite of the component;
  • 7 a schematic sectional view of a second embodiment of the composite; and
  • 8th a schematic sectional view of a third embodiment of the composite.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine erste Ausführungsform eines Bauteils 10 zum Temperieren wenigstens einer Komponente eines vorzugsweise als Elektrofahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das Bauteil 10 für einen Wärmetransport genutzt wird, um mittels des Wärmetransports die Komponente zu temperieren, das heißt zu kühlen und/oder zu erwärmen. Das Bauteil 10 umfasst ein Trägerelement 12, welches auch als Grundmaterial bezeichnet wird oder aus einem Grundmaterial gebildet ist. Ferner umfasst das Bauteil 10 ein auch als Körper bezeichnetes Leitungselement 14 zum Wärmetransport. Vorzugsweise sind das Leitungselement 14 und das Trägerelement 12 separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Elemente. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Trägerelement 12 (Grundmaterial) und das Leitungselement 14 (Körper) klassisch gefertigt, das heißt durch ein von einem generativen Fertigungsverfahren unterschiedliches, herkömmliches Fertigungsverfahren hergestellt sind. 1 shows in a schematic sectional view a first embodiment of a component 10 for tempering at least one component of a motor vehicle, preferably designed as an electric vehicle. This means that the component 10 is used for heat transport in order to temper the component by means of the heat transport, ie to cool and/or heat it. The component 10 includes a carrier element 12, which is also referred to as a base material or is formed from a base material. Furthermore, the component 10 includes a line element 14, also referred to as a body, for transporting heat. The line element 14 and the carrier element 12 are preferably elements which are formed separately from one another and are connected to one another. Provision is preferably made here for the carrier element 12 (base material) and the line element 14 (body) to be produced in a conventional manner, ie to be produced by a conventional production method which is different from an additive manufacturing method.

Das Leitungselement 14 weist einen auch als Aufnahmeraum bezeichneten Aufnahmebereich 15 auf, in welchem ein beispielsweise gasförmiges oder aber vorzugsweise flüssiges Temperierfluid zum Temperieren der Komponente zumindest vorübergehend aufnehmbar ist. Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist der Aufnahmebereich 15 als ein Kanal ausgebildet, welcher von dem Temperierfluid durchströmbar ist.The line element 14 has a receiving area 15, also referred to as a receiving space, in which a gaseous, for example or preferably liquid tempering fluid for tempering the component can be accommodated at least temporarily. At the in 1 First embodiment shown, the receiving area 15 is formed as a channel through which the tempering fluid can flow.

Das Bauteil 10 weist des Weiteren ein Zwischenelement 16 auf, welches additiv, das heißt durch additive Fertigung auf das Trägerelement 12 aufgebracht ist. Dies bedeutet, dass das Zwischenelement 16 mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt und dadurch auf das Trägerelement 12 aufgebracht und mit dem Trägerelement 12 verbunden ist, so dass das Zwischenelement 16 an dem Trägerelement 12 gehalten ist. Das Trägerelement 16 wird auch als Teilbereich bezeichnet, welcher additiv gefertigt ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist das Zwischenelement 16 eine additiv gefertigte Struktur, über welche das Leitungselement 14 an das Trägerelement 12 angebunden ist.The component 10 also has an intermediate element 16 which is applied to the carrier element 12 additively, ie by additive manufacturing. This means that the intermediate element 16 is produced by means of an additive manufacturing process and is thereby applied to the carrier element 12 and connected to the carrier element 12 so that the intermediate element 16 is held on the carrier element 12 . The carrier element 16 is also referred to as a partial area which is additively manufactured. In other words, the intermediate element 16 is an additively manufactured structure, via which the line element 14 is connected to the carrier element 12 .

Das Zwischenelement 16 weist eine Ausnehmung 18 auf, in welcher das Leitungselement 14 (Körper) zumindest teilweise aufgenommen ist. Somit umgibt das Zwischenelement 16 das Leitungselement 14 in Umfangsrichtung des Leitungselements 14 zumindest teilweise. Das Leitungselement 14 ist unter Vermittlung des Zwischenelements 16, das heißt über das Zwischenelement 16 an dem Trägerelement 12 gehalten, so dass über das Zwischenelement 16 Wärme zwischen dem Leitungselement 14 und dem Trägerelement 12 ausgetauscht werden kann. Über das Leitungselement 14 kann Wärme zwischen den zumindest vorübergehend in den Aufnahmebereich 15 aufgenommenem Temperierfluid und dem Zwischenelement 16 ausgetauscht werden, so dass insgesamt über das Leitungselement 14 und das Zwischenelement 16 Wärme zwischen dem Temperierfluid und dem Trägerelement 12 ausgetauscht werden kann. Somit kann beispielsweise über das Leitungselement 14, das Zwischenelement 16 und das Trägerelement 12 Wärme zwischen dem Temperierfluid und der Komponente ausgetauscht werden, so dass die Komponente mittels des Temperierfluids temperiert, das heißt erwärmt und/oder gekühlt werden kann.The intermediate element 16 has a recess 18 in which the line element 14 (body) is at least partially accommodated. The intermediate element 16 thus at least partially surrounds the line element 14 in the circumferential direction of the line element 14 . The line element 14 is held on the carrier element 12 through the intermediary of the intermediate element 16 , ie via the intermediate element 16 , so that heat can be exchanged between the line element 14 and the carrier element 12 via the intermediate element 16 . Heat can be exchanged via line element 14 between the temperature control fluid accommodated at least temporarily in receiving area 15 and intermediate element 16 , so that overall heat can be exchanged between the temperature control fluid and carrier element 12 via line element 14 and intermediate element 16 . Thus, heat can be exchanged between the tempering fluid and the component via the line element 14, the intermediate element 16 and the carrier element 12, so that the component can be tempered, ie heated and/or cooled, by means of the tempering fluid.

Bei der ersten Ausführungsform ist in der Ausnehmung 18 zwischen dem Leitungselement 14 und dem Zwischenelement 16 ein Zwischenstoff 20 angeordnet, mittels welchem das Leitungselement 14 mit dem Zwischenelement 16 verbunden, das heißt an dem Zwischenelement 16 gehalten ist. Dabei kann über den Zwischenstoff 20 Wärme besonders gut zwischen dem Leitungselement 14 und dem Zwischenelement 16 ausgetauscht werden. Beispielsweise fungiert der Zwischenstoff 20 als eine Wärmeleitpaste oder als ein Wärmeübertragungselement. Ferner ist beispielsweise das Leitungselement 14 mittels des Zwischenstoffs 20 mit dem Zwischenelement 16 verklebt und dadurch an dem Zwischenelement 16 gehalten. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist es denkbar, dass das Leitungselement 14 mittels des Zwischenstoffs 20 stoffschlüssig mit dem Zwischenelement 16 verbunden ist. Beispielsweise ist der Zwischenstoff 20 ein Klebstoff.In the first embodiment, an intermediate material 20 is arranged in the recess 18 between the line element 14 and the intermediate element 16 , by means of which the line element 14 is connected to the intermediate element 16 , ie is held on the intermediate element 16 . Heat can be exchanged particularly well between the line element 14 and the intermediate element 16 via the intermediate substance 20 . For example, the precursor 20 functions as a thermal paste or as a heat transfer element. Furthermore, for example, the line element 14 is glued to the intermediate element 16 by means of the intermediate material 20 and is thereby held on the intermediate element 16 . Expressed again in other words, it is conceivable for the line element 14 to be cohesively connected to the intermediate element 16 by means of the intermediate material 20 . For example, the precursor 20 is an adhesive.

Bei der ersten Ausführungsform weist das Leitungselement 14 außenumfangsseitig und innenumfangsseitig eine kreisrunde Form, das heißt einen kreisrunden Querschnitt auf, wobei auch die Ausnehmung 18 eine kreisbogenförmige Innenkontur aufweist, in welche das Leitungselement 14 zumindest teilweise angeordnet oder aufgenommen ist.In the first embodiment, the line element 14 has a circular shape on the outside and inside circumference, i.e. a circular cross section, with the recess 18 also having an arc-shaped inner contour, in which the line element 14 is at least partially arranged or accommodated.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Bauteils 10. Bei der zweiten Ausführungsform weist das Leitungselement 14 sowohl außenumfangsseitig als auch innenumfangsseitig einen rechteckigen, insbesondere einen viereckigen oder vieleckigen, Querschnitt auf, so dass der Aufnahmebereich 15 einen rechteckigen beziehungsweise vieleckigen, von dem Temperierfluid durchströmbaren Querschnitt oder Strömungsquerschnitt aufweist. 2 shows a second embodiment of the component 10. In the second embodiment, the line element 14 has a rectangular, in particular a square or polygonal, cross section on both the outer circumference and the inner circumference, so that the receiving area 15 has a rectangular or polygonal cross section through which the temperature control fluid can flow or a flow cross section having.

3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Bauteils 10. Die zweite Ausführungsform und die dritte Ausführungsform unterscheiden sich insbesondere dadurch voneinander, dass bei der dritten Ausführungsform ein Wandungsbereich W des Zwischenelements 16 zwischen dem Leitungselement 14 und dem Zwischenstoff 20 angeordnet ist, so dass bei der dritten Ausführungsform der Zwischenstoff 20 das Trägerelement 12 nicht direkt berührt. Bei der zweiten Ausführungsform ist der Zwischenstoff 20 zu dem Trägerelement 12 hin nicht durch das Zwischenelement 16 überdeckt, so dass der Zwischenstoff 20 des Trägerelements 12 einerseits und andererseits das Leitungselement 14 direkt berührt. 3 shows a third embodiment of the component 10. The second embodiment and the third embodiment differ from one another in particular in that in the third embodiment a wall region W of the intermediate element 16 is arranged between the line element 14 and the intermediate substance 20, so that in the third embodiment the Intermediate fabric 20 does not touch the support member 12 directly. In the second embodiment, the intermediate material 20 towards the carrier element 12 is not covered by the intermediate element 16, so that the intermediate material 20 of the carrier element 12 touches the line element 14 directly on the one hand and on the other hand.

4 zeigt eine vierte Ausführungsform des Bauteils 10. 4 shows a fourth embodiment of the component 10.

In 5 ist schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils 10, insbesondere gemäß der ersten Ausführungsform gezeigt. Beispielsweise wird zunächst das hergestellte Trägerelement 12 bereitgestellt, woraufhin das Zwischenelement 16 additiv gefertigt und dadurch auf das Trägerelement 12 aufgebracht und mit dem Trägerelement 12 verbunden wird, so dass das insbesondere hergestellte Zwischenelement 16 an dem Trägerelement 12 gehalten ist. Außerdem wird die Ausnehmung 18 des Zwischenelements 16, insbesondere additiv, hergestellt. Daraufhin wird der Zwischenstoff 20 in der Ausnehmung 18 angeordnet, insbesondere in die Ausnehmung 18 eingebracht. Daraufhin wird das Leitungselement 14 zumindest teilweise in der Ausnehmung 18 angeordnet, insbesondere in die Ausnehmung 18 hineinbewegt oder eingesetzt, wobei das Leitungselement 14 unter Vermittlung des Zwischenstoffs 20 an das Zwischenelement 16 angebunden, das heißt mit dem Zwischenelement 16 verbunden wird, so dass das Leitungselement 14 mittels des Zwischenstoffs 20 an dem Zwischenelement 16 und über das Zwischenelement 16 an dem Trägerelement 12 gehalten ist. Insbesondere wird bei dem Verfahren, beispielsweise bevor oder nachdem das hergestellte Trägerelement 12 bereitgestellt wird, das insbesondere hergestellte Leitungselement 14 bereitgestellt, so dass vorzugsweise das Trägerelement 12 und das Leitungselement 14 als separat voneinander hergestellte und zunächst noch nicht miteinander verbundene Elemente bereitgestellt werden, die nach ihrer Herstellung über das Zwischenelement 16 und vorliegend auch über den Zwischenstoff 20 miteinander verbunden, das heißt aneinander gehalten werden.In 5 is shown schematically a method for manufacturing a component 10, in particular according to the first embodiment. For example, first the carrier element 12 produced is provided, after which the intermediate element 16 is additively manufactured and thereby applied to the carrier element 12 and connected to the carrier element 12 so that the intermediate element 16 produced in particular is held on the carrier element 12 . In addition, the recess 18 of the intermediate element 16 is produced, in particular additively. The intermediate substance 20 is then arranged in the recess 18 , in particular introduced into the recess 18 . Then the line element 14 is at least partially in the recess 18, in particular moved or inserted into the recess 18, with the line element 14 being connected to the intermediate element 16 through the intermediary of the intermediate substance 20, i.e. being connected to the intermediate element 16, so that the line element 14 is attached to the intermediate element 16 by means of the intermediate substance 20 and is held on the carrier element 12 via the intermediate element 16 . In particular, in the method, for example before or after the manufactured support element 12 is provided, the particularly manufactured line element 14 is provided, so that preferably the carrier element 12 and the line element 14 are provided as elements that are manufactured separately from one another and are not yet connected to one another connected to one another during their production via the intermediate element 16 and in the present case also via the intermediate substance 20, that is to say are held together.

6 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine erste Ausführungsform eines Verbunds 22 des Bauteils 10. Die erste Ausführungsform des Verbunds 22 wird beispielsweise für die zweite Ausführungsform des Bauteils 10 verwendet. Aus 6 ist erkennbar, dass der Verbund 22 das Trägerelement 12 und das additiv gefertigte und dadurch additiv auf das Trägerelement 12 aufgebrachte und mit dem Trägerelement 12 verbundene Zwischenelement 16 umfasst. 6 shows a first embodiment of a composite 22 of the component 10 in a schematic sectional view. The first embodiment of the composite 22 is used for the second embodiment of the component 10, for example. Out of 6 it can be seen that the composite 22 comprises the carrier element 12 and the additively manufactured intermediate element 16 and thereby applied additively to the carrier element 12 and connected to the carrier element 12 .

7 zeigt eine zweite Ausführungsform des Verbunds 22. Die zweite Ausführungsform des Verbunds 22 wird beispielsweise für die dritte Ausführungsform des Bauteils 10 verwendet. 7 shows a second embodiment of the composite 22. The second embodiment of the composite 22 is used for the third embodiment of the component 10, for example.

Schließlich zeigt 8 in einer schematischen Schnittansicht eine dritte Ausführungsform des Verbunds 22, wobei die dritte Ausführungsform des Verbunds 22 beispielsweise für die vierte Ausführungsform des Bauteils 10 verwendet wird.Finally shows 8th in a schematic sectional view a third embodiment of the composite 22, the third embodiment of the composite 22 being used for example for the fourth embodiment of the component 10.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Bauteilcomponent
1212
Trägerelementcarrier element
1414
Leitungselementline element
1515
Aufnahmebereichrecording area
1616
Zwischenelementintermediate element
1818
Ausnehmungrecess
2020
Zwischenstoffintermediate
2222
Verbundcompound
WW
Wandungsbereichwall area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102018210397 A1 [0002]DE 102018210397 A1 [0002]

Claims (6)

Bauteil (10) zum Temperieren wenigstens einer Komponente eines Kraftfahrzeugs, mit einem Trägerelement (12), mit einem additiv auf das Trägerelement (12) aufgebrachten und wenigstens eine Ausnehmung (18) aufweisenden Zwischenelement (16), und mit einem Leitungselement (14), welches wenigstens einen Aufnahmebereich (15) zum Aufnehmen eines Temperierfluids zum Temperieren der Komponente aufweist, zumindest teilweise in der Ausnehmung (18) angeordnet ist und unter Vermittlung des Zwischenelements (16), über welches Wärme zwischen dem Leitungselement (14) und dem Trägerelement (12) austauschbar ist, an dem Trägerelement (12) gehalten ist.Component (10) for temperature control of at least one component of a motor vehicle, with a carrier element (12), with an intermediate element (16) applied additively to the carrier element (12) and having at least one recess (18), and with a line element (14), which has at least one receiving area (15) for receiving a tempering fluid for tempering the component, is arranged at least partially in the recess (18) and is mediated by the intermediate element (16) via which heat is transferred between the line element (14) and the carrier element (12 ) is interchangeable, is held on the carrier element (12). Bauteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung (18) zwischen dem Leitungselement (14) und dem Zwischenelement (16) ein Zwischenstoff (20) angeordnet ist.Component (10) after claim 1 , characterized in that an intermediate substance (20) is arranged in the recess (18) between the line element (14) and the intermediate element (16). Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (15) als ein von dem Temperierfluid durchströmbarer Kanal ausgebildet ist.Component (10) after claim 1 or 2 , characterized in that the receiving area (15) is designed as a channel through which the tempering fluid can flow. Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmebereich (15) das Temperierfluid aufgenommen ist.Component (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the tempering fluid is received in the receiving area (15). Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungselement (14) als eine Heatpipe ausgebildet ist.Component (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the line element (14) is designed as a heat pipe. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Method for producing a component (10) according to one of the preceding claims.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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