DE102021109617A1

DE102021109617A1 - Kühlvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102021109617A1
Application number: DE102021109617.0A
Authority: DE
Inventors: Joachim Froeschl; Patrick Dumm
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-04-16
Filing date: 2021-04-16
Publication date: 2022-10-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (1) mit einer metallischen Grundplatte (2); einer Deckplatte (3) aus Kunststoff; einer stoffschlüssig mit der Deckplatte (3) verbundenen Steganordnung (4) über welche die Grundplatte (2) und die Deckplatte (3) voneinander beabstandet und miteinander verbunden sind; und einem von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal (7), der durch die Steganordnung (4), die Grundplatte (2) und die Deckplatte (3) gebildet ist. In die Deckplatte (3) ist ein elektrisches Leiterelement (16, 17, 18, 19) eingebettet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kühlvorrichtung (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kühlvorrichtung. Elektrische Bauelemente und/oder Baugruppen, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, erfordern für einen besonders effizienten Wirkungsgrad sowie aus Sicherheitsgründen oftmals eine Kühlung. Kommt es, beispielsweise aus Packaging-Gründen, dazu, dass auf eine von einem Kühlfluid durchströmte bzw. durchströmbare Kühlvorrichtung eine Verkabelung montiert werden muss, so sind Kabelhalter, isolierte Kabel etc. erforderlich, was zu einer besonders bauraumgreifenden Anordnung führt.
Die EP 2 701 190 A2 offenbart einen Kühlkörper, bei dem zwischen einer Grundplatte und einer Deckplatte eine Fluidpassage ausgebildet ist und die Platten miteinander induktionsverlötet sind. In der Fluidpassage ist ein Turbulator angeordnet. Weiter ist aus der WO 2018/091290 A1 eine Leiterplattenanordnung bekannt, bei der ein elektrisches Bauteil in eine Kunststoffschicht eingebettet ist. Weiter umfasst diese herkömmliche Leiterplattenanordnung einen Kühlkörper, der einen Kühlkanal aufweist und mit einem elektrischen Bauteil stoffschlüssig verbunden ist, um dieses zu kühlen. Die Kunststoffschicht ist zwischen der Oberfläche der Leiterplatte und der Oberfläche des Kühlkörpers verpresst und ausgehärtet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine besonders effiziente Kühlvorrichtung - insbesondere für ein Kraftfahrzeug - bereitzustellen, die besonders bauraumeffizient ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist dazu ausgebildet, ein elektrisches Bauelement, etwa eine Baugruppe, zu kühlen. Mit anderen Worten wird im Betrieb der Kühlvorrichtung bzw. im Betrieb des elektrischen Bauelements mittels der Kühlvorrichtung Abwärme von dem Bauelement abtransportiert, wodurch zum einen ein besonders effizienter Wirkungsgrad des Bauelements gewährleistet ist und zum anderen sichergestellt ist, dass das Bauelement vor einem Überhitzen geschützt ist. Insbesondere ist die Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Beispielsweise kann die Kühlvorrichtung mit einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs korrespondieren, sodass mittels der Kühlvorrichtung das Steuergerät des Kraftfahrzeugs gekühlt werden kann. Das bedeutet, dass es sich bei dem zu kühlenden Bauelement um das Steuergerät handeln kann. Ferner ist es denkbar, dass die Kühlvorrichtung zum Temperieren, das heißt Heizen und/oder Kühlen, des Bauelements oder eines anderen Bauelements eingerichtet ist, zum Beispiel zum Heizen und/oder Kühlen eines elektrischen Akkumulators, insbesondere Traktionsakkumulators, des Kraftfahrzeugs. Das bedeutet, dass es sich bei dem zu temperierenden Bauelement um den elektrischen Akkumulator handeln kann, wobei die Kühlvorrichtung mit dem Akkumulator korrespondiert.
Die Kühlvorrichtung weist eine metallische Grundplatte auf, das heißt, ein Material der Grundplatte weist Metall und/oder einen metallischen Werkstoff auf. Die metallische Grundplatte weist eine Kontaktfläche auf, die mit dem zu kühlenden Bauelement korrespondiert. Insbesondere ist die Kontaktfläche dazu ausgebildet, in direkten Kontakt mit dem Bauelement gebracht zu werden, sodass ein besonders effizienter Wärmeübergang von dem Bauelement in das Material der Grundplatte erfolgt. Insoweit bildet die metallische Grundplatte der Kühlvorrichtung eine Wärmesenke für das zu kühlende Bauelement.
Die Kühlvorrichtung weist des Weiteren eine Deckplatte aus Kunststoff auf. Indem die Grundplatte aus Metall bzw. metallischem Werkstoff gebildet ist und die Deckplatte aus Kunststoff gebildet ist, sind die Grundplatte und die Deckplatte elektrisch voneinander isoliert. Denn bei dem Material der Deckplatte, das heißt bei dem Kunststoff, handelt es sich um einen elektrisch isolierenden - also nicht elektrisch leitenden - Kunststoff.
Die Kühlvorrichtung weist ferner eine Steganordnung auf. Die Steganordnung ist aus einer Vielzahl von Einzelstegen bzw. Stegelementen gebildet. Dabei ist die Steganordnung stoffschlüssig mit der Deckplatte verbunden. Über eine Stärke bzw. Dicke der Steganordnung bzw. der Stege sind die Grundplatte und die Deckplatte voneinander beabstandet und miteinander verbunden. Das bedeutet, dass die Steganordnung einerseits stoffschlüssig mit der Deckplatte und andererseits kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit der Grundplatte verbunden ist.
Indem die Steganordnung zwischen der Deckplatte und der Grundplatte angeordnet ist, ist zwischen der Deckplatte und der Grundplatte ein von einem flüssigen und/oder gasförmigen Kühlfluid durchströmbarer Kühlkanal gebildet. Das bedeutet, dass der von dem Kühlfluid durchströmbare Kühlkanal durch die Steganordnung, die Grundplatte und die Deckplatte gebildet ist. Mit anderen Worten weist der Kühlkanal einen jeweiligen Anteil der Steganordnung, der Grundplatte und der Deckplatte auf. Eine Kanalinnenwand des Kühlkanals ist somit durch entsprechende Wandanteile der Grundplatte, der Deckplatte und der Steganordnung gebildet. Mit wieder anderen Worten ist ein erster Teil der Kanalinnenwand durch die Grundplatte gebildet, ein zweiter Teil der Kanalinnenwand durch die Deckplatte und ein dritter Teil der Kanalinnenwand durch die Steganordnung. Diese drei Teile bilden miteinander die gesamte Kanalinnenwand, das heißt eine gesamte Innenumfangskontur des Kühlkanals.
In die Deckplatte, insbesondere in das Material der Deckplatte bzw. in den Kunststoff, ist bei der Kühlvorrichtung wenigstens ein elektrisches Leiterelement, etwa ein Kabel, ein Flachleiter, ein Leiterstreifen etc., eingebettet. Ferner kann vorgesehen sein, dass in die Deckplatte bzw. in den Kunststoff der Deckplatte eine Vielzahl solcher elektrischer Leiterelemente eingebettet ist. Indem das jeweilige elektrische Leiterelement in die Deckplatte eingebettet ist, ist das elektrische Leiterelement zumindest insoweit von dem Kunststoff bzw. dem Material der Deckplatte eingefasst, als das elektrische Leiterelement sich durch die Deckplatte hindurcherstreckt.
Hierdurch weist die Kühlvorrichtung eine Multifunktionalität auf. Zum einen dient die Kühlvorrichtung bestimmungsgemäß zum Kühlen des mit der Grundplatte korrespondierenden elektrischen Bauelements. Ferner fungiert die Kühlvorrichtung als Kühlvorrichtung für das elektrische Leiterelement, das in die Deckplatte eingebettet ist. Überdies fungiert die Deckplatte als Tragstruktur für das elektrische Leiterelement bzw. für die elektrischen Leiterelemente. Indem das jeweilige elektrische Leiterelement mittels der Deckplatte in Position stabil gehalten wird, ist es somit beispielsweise ermöglicht, das elektrische Leiterelement mit besonders wenig elektrisch leitendem Material auszubilden, was zu einem Massevorteil der Kühlvorrichtung und infolgedessen eines mit der Kühlvorrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs führt. Dadurch ist das Kraftfahrzeug besonders kraftstoff- bzw. energieeffizient und/oder emissionsarm betreibbar.
Im Automobilbau ist es heutzutage Stand der Technik, zur Datenübertragung ausgebildete Leiterelemente, beispielsweise Datenbusleitungen, mit einem Querschnitt von 0,35 mm² (Quadratmillimeter) bis 0,25 mm² auszubilden, um den herkömmlichen elektrischen Leiterelementen eine ausreichende Eigenstabilität zu geben, sodass die Datenbusleitungen bei Montage- und/oder Betriebsbelastungen nicht in unerwünschter Weise brechen. Mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist es nun ermöglicht, für die Datenbusleitungen, durch welche relativ wenig elektrischer Strom hindurchgeleitet wird, einen Materialquerschnitt von 0,14 mm² bis 0,07 mm² zu wählen. Denn indem diese Datenbusleitungen in die Deckplatte eingebettet sind, ist durch das Material der Deckplatte bzw. durch deren Material gewährleistet, dass die besonders materialsparend bzw. besonders dünn ausgebildeten Datenbusleitungen nicht in unerwünschter Weise brechen.
Des Weiteren kann das jeweilige elektrische Leiterelement, das mittels der Kühlvorrichtung im Betrieb gekühlt wird, kleiner dimensioniert und folglich mit weniger Materialeinsatz ausgebildet werden, da durch die Kühlvorrichtung eine Maximalbetriebstemperatur des elektrischen Leiterelements und infolgedessen der ohmsche Widerstand des Leiters begrenzt werden. Folglich sind eine elektrische Verlustleistung als auch ein Spannungsverlust, beispielsweise bei einer Gleichspannungsübertragung begrenzt. Eine Kompensation solcher Verluste durch erhöhte Querschnitte - das heißt erhöhtem Materialeinsatz - muss damit nicht erfolgen, wodurch eine Material-/Rohstoffeinsparung ermöglicht ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Kühlvorrichtung ist vorgesehen, dass der Kühlkanal innenseitig eine Riblet-Struktur aufweist. Als Riblet-Struktur wird eine Oberflächengeometrie bezeichnet, die speziell dazu ausgebildet ist, einen besonders niedrigen Reibwiderstand zwischen der entsprechenden Oberfläche und einem die Oberfläche direkt überströmenden Fluid zu schaffen. Die Riblet-Struktur weist hierzu längliche, dreiecksprismatische Erhebungen auf, deren jeweilige Längsachse parallel zur Strömungsrichtung angeordnet ist. Eine solche Riblet-Struktur wurde auf Schuppen schnell schwimmender Haie gefunden, weswegen der strömungswiderstandsreduzierende Effekt als „Shark-Skin-Effekt“ bezeichnet werden kann. Eine Größe bzw. Außenabmessungen der die Riblet-Struktur bildenden prismatischen Erhebungen ist/sind dabei in Abhängigkeit der geometrischen und strömungstechnischen Anforderungen der Kühlvorrichtung ausgebildet.
An wenigstens einem Teil der Kanalinnenwand des Kühlkanals ist diese Riblet-Struktur ausgebildet. Insbesondere ist an der gesamten Kanalinnenwand die Riblet-Struktur ausgebildet. Das bedeutet, die Riblet-Struktur ist an der Grundplatte und/oder an der Deckplatte und/oder an der Steganordnung ausgebildet, wobei die Riblet-Struktur jedenfalls einer Innenseite des Kühlkanals zugewandt ist. Insoweit ist die Riblet-Struktur im Betrieb der Kühlvorrichtung - wenn der Kühlkanal mit dem Kühlfluid durchströmt wird - dem Kühlfluid zugewandt, sodass beim Strömen des Kühlfluids dieses die Riblet-Struktur unmittelbar überstreicht. Es ergibt sich in vorteilhafter Weise ein besonders hoher Kühlfluid-Volumenstrom und weiter eine besonders große Innenoberfläche aufgrund der Riblet-Struktur. Hierdurch ist ein besonders effizienter Wärmeabtransport bzw. eine besonders effiziente Kühlleistung der Kühlvorrichtung ermöglicht. Ferner führt ein aufgrund der Riblet-Struktur besonders niedriger Fluidwiderstand dazu, dass eine Pumpleistung zum Antreiben des Kühlfluids in vorteilhafter Weise besonders gering ist, wodurch eine Effizienz des Gesamtsystems, zum Beispiel des Kraftfahrzeugs, gesteigert ist.
In weiterer Ausgestaltung der Kühlvorrichtung sind die Steganordnung und die Deckplatte einstückig miteinander ausgebildet. Das bedeutet, dass die Steganordnung integraler Bestandteil der Deckplatte ist. Demnach handelt es sich bei den Stegen bzw. Einzelstegen der Steganordnung um einen jeweiligen Kunststoffsteg, welcher zum Beispiel durch Fräsen der Deckplatte und/oder durch entsprechendes Urformen (etwa Gießen, Spritzen etc.) der Deckplatte ausgebildet wird. So weist die Kühlvorrichtung in vorteilhafter Weise besonders wenige Einzelbauteile auf. Des Weiteren ist eine besonders zuverlässige Dichtwirkung zwischen der Deckplatte und der Steganordnung ermöglicht.
In alternativer Ausgestaltung der Kühlvorrichtung sind die Steganordnung und die Grundplatte einstückig miteinander ausgebildet. Das bedeutet, dass die Steganordnung integraler Bestandteil der Grundplatte ist. In diesem Fall weist die Steganordnung Metallstege auf, wobei der jeweilige Metallsteg beispielsweise durch Fräsen der Grundplatte und/oder durch entsprechendes Urformen (Gießen, Spritzen etc.) der Grundplatte ausgebildet wird. Demnach ist die Kühlvorrichtung besonders einfach bzw. bauteilarm ausgebildet und zwischen der Steganordnung und der Grundplatte herrscht eine besonders zuverlässige Dichtwirkung.
Ferner kann bei der Kühlvorrichtung vorgesehen sein, dass ein erster Teil der Steganordnung und die Deckplatte einstückig miteinander ausgebildet sind, wobei ein zweiter Teil der Steganordnung und die Grundplatte einstückig miteinander ausgebildet sind. Dabei ist die gesamte Steganordnung durch den ersten Teil der Steganordnung und durch den zweiten Teil der Steganordnung gemeinsam gebildet.
Insbesondere wenn die Steganordnung und die Grundplatte nicht stoffschlüssig, sondern kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind bzw. aneinander angrenzen, ist - einer weiteren Ausgestaltung zufolge - zwischen der Steganordnung und der Grundplatte ein von einem Stoffschluss unterschiedliches Dichtungselement angeordnet. Doch selbst wenn zwischen der Steganordnung und der Grundplatte ein Stoffschluss vorgesehen ist, ist mittels des Dichtungselements als redundantes Dichtungselement, etwa nach einer Beschädigung oder nach einem Verschleiß des Stoffschlusses, ein unerwünschtes Durchtreten von Fluid, insbesondere Kühlfluid, aus dem Kühlkanal heraus wirksam verhindert. Insgesamt wird durch das Dichtungselement eine besonders zuverlässige Dichtwirkung zwischen der Steganordnung und der Grundplatte geschaffen. In analoger Weise kann alternativ oder zusätzlich zu dem Dichtungselement zwischen der Steganordnung und der Grundplatte ein ähnliches oder gleich ausgebildetes Dichtungselement zwischen der Steganordnung und der Deckplatte vorgesehen sein.
In weiterer Ausgestaltung der Kühlvorrichtung ist das elektrische Leiterelement zumindest anteilig stoffschlüssig in einem Material der Deckplatte eingebettet. Hierdurch ist das elektrische Leiterelement bzw. sind die elektrischen Leiterelemente besonders zuverlässig in Position gehalten. Generell gilt für die Kühlvorrichtung, dass das jeweilige elektrische Leiterelement keine separat von der Deckplatte ausgebildete Isolierung aufweisen muss. Somit ist durch das Material der Deckplatte, das heißt durch den Kunststoff der Deckplatte, ein Isolierungselement des jeweiligen Leiterelements oder für das jeweilige Leiterelement gebildet. Dadurch ergibt sich eine vorteilhaft besonders geringe Masse der Kühlvorrichtung. Dieser Vorteil setzt sich für das mit der Kühlvorrichtung ausgerüstete Kraftfahrzeug fort, welches dann aufgrund der geringeren Masse noch effizienter betreibbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Kühlvorrichtung sind ein erstes elektrisches Leiterelement und ein zweites elektrisches Leiterelement jeweils als ein Flachleiter oder Leiterstreifen ausgebildet und übereinander parallel in die Deckplatte eingebettet. In Draufsicht auf die Kühlvorrichtung (zum Beispiel entlang einer vertikalen Y-Achse) sind also das erste und das zweite elektrische Leiterelement, das heißt die beiden Flachleiter bzw. Leiterstreifen, entlang einer gemeinsamen Hoch- oder Vertikalachse (Y-Achse), einander überdeckend angeordnet. Dies führt zu einer besonders vorteilhaften elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), da so eine Antennenfunktion der Leiterelemente in erwünschter Weise effizient gedämpft wird.
Wie bereits dargelegt, ist das Material der Deckplatte bzw. der Kunststoff der Deckplatte elektrisch isolierend. Sind bei der Kühlvorrichtung mehr als ein elektrisches Leiterelement in die Deckplatte eingebettet, ist vorgesehen, dass die elektrischen Leiterelemente voneinander beabstandet sind, sodass sich die elektrischen Leiterelemente einander nicht berühren. Insbesondere sind die elektrischen Leiterelemente über das Material der Deckplatte voneinander beabstandet, sodass die elektrischen Leiterelemente mittels des Materials der Deckplatte elektrisch voneinander isoliert sind.
In einer Weiterbildung der Kühlvorrichtung ist das jeweilige elektrische Leiterelement starr ausgebildet, sodass durch das elektrische Leiterelement ein mechanisches Stabilitätselement der Deckplatte oder für die Deckplatte gebildet ist. Indem das jeweilige elektrische Leiterelement als Stabilitätselement der Deckplatte bzw. für die Deckplatte fungiert, kann die Deckplatte besonders materialsparend ausgebildet werden. Um die stabilitätserhöhende oder stabilitätsverleihende Eigenschaft des jeweiligen elektrischen Leiterelements weiter zu verstärken, kann das elektrische Leiterelement selbst eine Sicke etc. aufweisen.
Die Deckplatte ist besonders leicht und dabei besonders stabil, wenn - wie in einer weiteren Ausgestaltung der Kühlvorrichtung vorgesehen - die Deckplatte als ein Kunststoffschaumkörper ausgebildet ist. Hierdurch ist der Massevorteil der Kühlvorrichtung - und infolgedessen des die Kühlvorrichtung aufweisenden Kraftfahrzeugs - nochmals verstärkt. Ein biologisches Vorbild für eine solche, besonders masseeffizient und stabile Struktur ist der menschliche Knochenaufbau.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Kühlvorrichtung. Werden im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens genannt, gelten diese als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung und umgekehrt.
Zum Herstellen der Kühlvorrichtung werden die metallische Grundplatte, die Deckplatte aus dem elektrisch nichtleitenden Kunststoff und die Steganordnung hergestellt. Die Steganordnung und die Deckplatte werden beim/zum Herstellen der Kühlvorrichtung stoffschlüssig miteinander verbunden. Insbesondere werden die Steganordnung und die Deckplatte miteinander einstückig hergestellt. Des Weiteren werden die Grundplatte und die Deckplatte über die Steganordnung voneinander beabstandet und aneinander kraft-, form- und/oder stoffschlüssig befestigt, wodurch aus der Steganordnung, der Grundplatte und der Deckplatte der Kühlkanal ausgebildet wird. Beim Herstellen der Kühlvorrichtung wird somit der Kühlkanal zwischen der Grundplatte und der Deckplatte angeordnet. Des Weiteren wird beim Herstellen der Kühlvorrichtung in die Deckplatte das wenigstens eine elektrische Leiterelement eingebettet. Beispielsweise wird eine mit dem elektrischen Leiterelement korrespondierende Materialausnehmung an/in der Deckplatte ausgebildet und das elektrische Leiterelement in diese Materialausnehmung eingelegt, insbesondere eingeklebt.
Bei einem Herstellen der Kühlvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Grundplatte, die Deckplatte und die Steganordnung zunächst separat voneinander bereitgestellt und danach zu der Kühlvorrichtung angeordnet werden. Hierzu werden zumindest die Deckplatte und die Steganordnung stoffschlüssig miteinander verbunden. Ferner werden die Steganordnung und die Grundplatte kraft-, form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das elektrische Leiterelement beim Herstellen der Deckplatte in dieselbe eingebettet wird, indem das elektrische Leiterelement beim Urformen der Deckplatte mit dem zunächst pastösen Material bzw. Kunststoff der Deckplatte umgeben wird. Zum Beispiel kann der zunächst pastöse Kunststoff an das jeweilige elektrische Leiterelement angespritzt werden, insbesondere, bis das jeweilige elektrische Leiterelement mit dem Kunststoff umspritzt ist, wobei/wodurch die Deckplatte hergestellt wird und gleichzeitig das elektrische Leiterelement oder die elektrischen Leiterelemente in das Material / den Kunststoff der Deckplatte eingebettet wird oder werden. Hierzu kann das elektrische Leiterelement in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt werden, mittels dessen die Deckplatte hergestellt bzw. urgeformt wird. Ferner kann ein schichtweiser Aufbau der Deckplatte vorgesehen sein, wobei das jeweilige Leiterelement in das Material der Deckplatte bzw. in den Kunststoff einlaminiert wird. Darüber hinaus ist ein gemeinsames Extrusionsverfahren denkbar, bei welchem die Deckplatte und das jeweilige Leiterelement miteinander coextrudiert werden.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein 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.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische und entlang einer Schnittebene I-I geschnittene Ansicht einer Kühlvorrichtung; und
2 eine schematische und entlang einer Schnittebene II-II geschnittene Ansicht der Kühlvorrichtung.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden eine Kühlvorrichtung 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen der Kühlvorrichtung 1 gemeinsam miteinander beschrieben. Hierzu zeigt 1 in schematischer und entlang einer Schnittebene I-I (siehe 2) geschnittener Ansicht die Kühlvorrichtung 1, die eine metallische Grundplatte 2 und eine Deckplatte 3 aus elektrisch isolierendem Kunststoff aufweist. Des Weiteren weist die Kühlvorrichtung 1 eine Steganordnung 4 auf, die aus einer Vielzahl von Stegen 5 bzw. Einzelstegen 5 gebildet ist. Die Kühlvorrichtung 1 weist des Weiteren Außenwandelemente 6 auf, an welchen die Kühlvorrichtung 1 endet und welche nicht zur Steganordnung 4 zählen.
Die Deckplatte 3 und die Steganordnung 4 sind stoffschlüssig miteinander verbunden, vorliegend einstückig miteinander ausgebildet. Das bedeutet, dass die Steganordnung 4 ein integraler Bestandteil der Deckplatte 3 ist. Nicht dargestellt - aber dennoch möglich - ist die Möglichkeit, dass die Steganordnung 4 und die Grundplatte 2 einstückig miteinander ausgebildet sind.
Über eine Höhe der Stege 5 bzw. der Steganordnung 4 sind die Grundplatte 2 und die Deckplatte 3 voneinander beabstandet. Des Weiteren sind die Grundplatte 2 und die Deckplatte 3 über die Steganordnung 4 bzw. mittels der Steganordnung 4 aneinander befestigt, wobei die metallische Grundplatte 2 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit der Steganordnung 4 verbunden ist. Beim Herstellen der Kühlvorrichtung 1 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Steganordnung 4 und/oder die Deckplatte 3 direkt an der metallischen Grundplatte 2 urgeformt werden/wird, beispielsweise an die Grundplatte 2 angespritzt werden/wird. Ferner ist es denkbar, dass die Grundplatte 2 und die Deckplatte 3 separat voneinander bereitgestellt werden, um hiernach die Deckplatte 3 und/oder die Steganordnung 4 an die Grundplatte 2 anzukleben, anzuschweißen etc.
Wie des Weiteren aus 1 ersichtlich ist, wird beim Herstellen der Kühlvorrichtung 1 zwischen der Grundplatte 2 und der Deckplatte 3 ein von einem Kühlfluid (nicht dargestellt) durchströmbarer Kühlkanal 7 ausgebildet. Dieser weist im vorliegenden Beispiel eine Vielzahl von Kanalelementen 8 auf, die fluidisch miteinander verbunden sein können oder fluidisch voneinander abgedichtet sein können. Für den Fall, dass die Kanalelemente 8 fluidisch voneinander abgedichtet sind, weist die Kühlvorrichtung 1 je Kanalelement 8 zwei Durchströmöffnungen auf, die als Einströmöffnung und als Ausströmöffnung fungieren. Vorliegend kommunizieren die Kanalelemente 8 fluidisch miteinander, sodass die Kühlvorrichtung 1 eine erste Durchströmöffnung 9 und eine zweite Durchströmöffnung 10 aufweist, wovon eine als Einströmöffnung für das Kühlfluid und die entsprechende andere als Ausströmöffnung für das Kühlfluid fungiert.
Es ist weiter in 1 zu erkennen, dass der Kühlkanal 7 bzw. das jeweilige Kanalelement 8 durch die Steganordnung 4, die Grundplatte 2 und die Deckplatte 3 gebildet ist. Eine Außenoberfläche 11 der Deckplatte 3 und eine Außenoberfläche 12 der Grundplatte 2 sind einander zugewandt und über die Steganordnung 4 bzw. über die Stege 5 voneinander beabstandet. Dabei ist eine Außenoberfläche 13 der Steganordnung 4 senkrecht zu den Außenoberflächen 11, 12. Hierdurch ist das jeweilige Kanalelement 8 und infolgedessen der Kühlkanal 7 durch die Außenoberflächen 11, 12, 13 begrenzt bzw. definiert. Insoweit ist eine Kanalinnenwand 14 des jeweiligen Kanalelements 8 bzw. des Kühlkanals 7 durch zumindest einen jeweiligen Teil der Außenoberflächen 11, 12, 13 gebildet.
Der Kühlkanal 7 bzw. das jeweilige Kanalelement 8 weist innenseitig eine Riblet-Struktur auf. Das bedeutet, dass die Kanalinnenwand 14 zumindest bereichsweise mit der Riblet-Struktur versehen ist. Insoweit weisen/weist die Außenoberfläche 11 der Deckplatte 3 und/oder die Außenoberfläche 12 der Grundplatte 2 und/oder die Außenoberfläche 13 der Steganordnung 4 die Riblet-Struktur auf. Die entsprechende Außenoberfläche 11, 12, 13 weist also längliche dreiecksprismatische Erhebungen auf, deren jeweilige Längsachse parallel zu einer Strömungsrichtung 15 angeordnet ist. Im Betrieb der Kühlvorrichtung 1 wird der Kühlkanal 7 entlang der Strömungsrichtung 15 von dem Kühlfluid durchströmt. Die mit der Riblet-Struktur versehene Außenoberfläche 11, 12, 13 bietet indes einen strömungstechnisch besonders günstigen Strömungswiderstand für das die entsprechende Außenoberfläche 11, 12, 13 direkt überströmende Fluid, insbesondere für das Kühlfluid der Kühlvorrichtung 1.
In das Material bzw. in den Kunststoff der Deckplatte 3 sind mehrere elektrische Leiterelemente 16 eingebettet, insbesondere stoffschlüssig eingebettet. Hierbei ist beim Herstellen der Kühlvorrichtung 1 insbesondere vorgesehen, dass das jeweilige elektrische Leiterelement 16 ohne separat ausgebildete elektrische Isolierung, das heißt beispielsweise ohne Isolierungsmantel, bereitgestellt wird. Stattdessen wird das jeweilige elektrische Leiterelement 16 als nicht ummantelte Seele, beispielsweise als bloßer Draht etc., bereitgestellt. In 1 ist in diesem Zusammenhang zu erkennen, dass die blanken elektrischen Leiterelemente 16 über das Material bzw. über den Kunststoff der Deckplatte 3 voneinander elektrisch isoliert sind.
Beim Herstellen der Kühlvorrichtung 1 wird das jeweilige elektrische Leiterelement 16 in die Deckplatte 3 eingebettet, indem die Deckplatte 3 um die elektrischen Leiterelemente 16 herum urgeformt wird. Zum Beispiel ist vorgesehen, dass das jeweilige elektrische Leiterelement 16 in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt wird, mittels dessen das zunächst pastöse Material der Deckplatte 3 in Form gehalten/gebracht wird. Dabei wird zwischen den Leiterelementen 16 und dem Material der Deckplatte 3 ein direkter bzw. unmittelbarer Kontakt hergestellt, sodass beim Aushärten des zunächst pastösen Kunststoffs, das heißt beim Urformen der Deckplatte 3, ein erwünschter Stoffschluss zwischen den Leiterelementen 16 und dem Material der Deckplatte 3 hergestellt wird.
Aus Gründen einer besonders vorteilhaften elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ist bei der Kühlvorrichtung 1 ferner vorgesehen, dass die elektrischen Leiterelemente 16 zueinander parallel angeordnet in die Deckplatte 3 eingebettet sind. Bei dem jeweiligen elektrischen Leiterelement 16 kann es sich zum Beispiel um einen jeweiligen Flachleiter 17, 18 handeln. Des Weiteren kann das jeweilige elektrische Leiterelement 16 als eine jeweilige Kabelseele 19 ausgebildet sein. Weitere Ausgestaltungen von elektrischen Leiterelementen 16 bzw. von entsprechenden Querschnittsfiguren des jeweiligen elektrischen Leiterelements 16 sind denkbar. Durch ein erstes der elektrischen Leiterelemente 16 ist ein erster Flachleiter 17 gebildet und durch ein zweites der elektrischen Leiterelemente 16 ist ein zweiter Flachleiter 18 gebildet. Der jeweilige Flachleiter 17, 18 zeichnet sich dadurch aus, dass er viel breiter als dick/stark ist. Das bedeutet, dass der jeweilige Flachleiter 17, 18 zwei zueinander parallel angeordnete Breitseiten und zwei zueinander parallel angeordnete Schmalseiten aufweist. Dabei sind die Schmalseiten senkrecht zu den Breitseiten angeordnet. Beispielsweise weist der jeweilige Flachleiter 17, 18 eine rechteckige Querschnittsfigur auf.
Um nun eine besonders vorteilhafte elektromagnetische Verträglichkeit der Kühlvorrichtung 1 bzw. der in die Deckplatte 3 eingebetteten Leiterelemente 16 zu erreichen, sind die Flachleiter 17, 18 entlang einer gemeinsamen Achse, vorliegend entlang der Y-Achse, übereinander bzw. einander überdeckend angeordnet. Des Weiteren sind die Flachleiter 17, 18 parallel zueinander angeordnet. Hierdurch ergibt sich in erwünschter Weise eine besonders hohe Dämpfung einer Sendeantennenleistung der Flachleiter 17, 18. Gleichermaßen ist in erwünschter Weise die Sendeantennenleistung der als Kabelseele 19 ausgebildeten elektrischen Leiterelemente 16 gewährleistet, da diese - wie bereits dargelegt - parallel zueinander angeordnet in die Deckplatte 3 eingebettet sind. Um die besonders vorteilhafte elektromagnetische Verträglichkeit der Kühlvorrichtung 1 bzw. der elektrischen Leiterelemente 16 noch weiter zu verstärken, kann vorgesehen sein, dass ein Mantelwellenfilter (nicht dargestellt), durch welchen hindurch die elektrischen Leiterelemente 16 angeordnet sind, in das Material der Deckplatte 3 eingebettet ist.
Die Deckplatte 3 bildet also zum einen einen elektrischen Isolator zwischen den einzelnen elektrischen Leiterelementen 16 und zum anderen ein Tragelement für die elektrischen Leiterelemente 16. Das bedeutet, dass die elektrischen Leiterelemente 16 aufgrund der Deckplatte 3 gegen mechanische Belastungen, insbesondere gegen Biegung, geschützt sind. Es kann vorgesehen sein, dass die Deckplatte 3 als ein Kunststoffschaumkörper ausgebildet ist, welcher zum einen besonders leicht und zum anderen besonders stabil bzw. starr ausgebildet ist. Um die Starrheit bzw. Stabilität der Deckplatte 3 noch weiter zu verstärken, kann vorgesehen sein, dass das jeweilige elektrische Leiterelement 16 als ein mechanisches Stabilitätselement der Deckplatte 3 bzw. für die Deckplatte 3 ausgebildet ist. Zum Beispiel weist das jeweilige elektrische Leiterelement 16, insbesondere die Flachleiter 17, 18, eine Sicke auf, sodass der entsprechende Querschnitt des Flachleiters 17, 18 ein besonders vorteilhaftes Flächenträgheitsmoment aufweist. Im Falle der Kabelseele 19 kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass es sich um eine Hohlseele handelt, wodurch das Flächenträgheitsmoment ebenfalls besonders vorteilhaft einer Biegung entgegensteht. In diesem Zusammenhang ist also vorgesehen, dass die elektrischen Leiterelemente 16 jeweils besonders starr ausgebildet bzw. ausgewählt werden.
Insbesondere sind die elektrischen Leiterelemente 16 dazu ausgebildet, mit einem korrespondierenden Leiterelement elektrisch kontaktiert zu werden. Hierzu kann das jeweilige elektrische Leiterelement 16 ein jeweiliges elektrisches Kontaktierungselement aufweisen, welches beispielsweise als eine Buchse, ein Stecker, ein Schraubelement, ein Klemmelement etc., ausgebildet ist. Bei der Kühlvorrichtung 1 ist dann insbesondere vorgesehen, dass das jeweilige Kontaktierungselement (nicht dargestellt) mit in das Material der Deckplatte 3 eingebettet ist.
Insgesamt ist die Kühlvorrichtung 1 besonders bauraumeffizient, wodurch der Packaging-Problematik im Automobilbau im besonderen Maße Rechnung getragen ist. Des Weiteren ist die Kühlvorrichtung 1 besonders effizient, da ein besonders hoher Kühlfluid-Volumenstrom aufgrund der Riblet-Struktur und infolgedessen ein besonders hoher Wärmeabtransport von einem zu kühlenden Bauelement (nicht dargestellt) und/oder von den elektrischen Leiterelementen 16 ermöglicht ist. Denn mittels der Kühlvorrichtung 1 ist das Bauelement kühlbar, wobei eine zweite Außenoberfläche 20 der Grundplatte 2 mit dem zu kühlenden Bauelement, beispielsweise einem Steuergerät, einem elektrischen Akkumulator (Traktionsakkumulator), einer elektrischen Maschine, einer Verbrennungskraftmaschine etc., korrespondiert. Beispielsweise korrespondieren eine Außenumfangskontur des zu kühlenden elektrischen Bauelements und eine Geometrie bzw. Gestalt der zweiten Außenoberfläche 20 der Grundplatte 2 miteinander. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die zweite Außenoberfläche 20 der Grundplatte 2 und das zu kühlende elektrische Bauelement formschlüssig ineinandergreifen, sodass ein besonders effizienter Wärmeübergang von dem Bauelement und über die zweite Außenoberfläche 20 in die Grundplatte 2 hinein und von dort aus in das Kühlfluid erfolgen kann. Der Bauraumvorteil der Kühlvorrichtung 1 wird nochmals verstärkt, da die Kühlvorrichtung 1, insbesondere die Deckplatte 3, als Tragelement bzw. Halteelement für die elektrischen Leiterelemente 16 fungiert. Es sind somit zumindest im Bereich der Kühlvorrichtung 1 separate Kabelhalter, separate Isolierungselemente etc. für das entsprechende Leiterelement 16 obsolet.
2 zeigt in schematischer und entlang einer Schnittebene II-II (siehe 1) geschnittener Ansicht die Kühlvorrichtung 1. Besonders gut sind in 2 die Stege 5 bzw. die Steganordnung 4 sowie die Strömungsrichtung 15 zu erkennen, entlang derer im Betrieb der Kühlvorrichtung 1 das Kühlfluid durch den Kühlkanal 7 hindurchgetrieben wird bzw. hindurchströmt. Obwohl in den Figuren die elektrischen Leiterelemente 16 größtenteils parallel zu der Strömungsrichtung 15 angeordnet sind, ist es durchaus möglich, dass die elektrischen Leiterelemente 16 schräg oder senkrecht zur Strömungsrichtung 15 angeordnet sind. Aus 2 geht des Weiteren hervor, dass die beiden Durchströmöffnungen 9, 10 einander gegenüberliegend in einem jeweiligen Außenwandelement 6 ausgebildet sind. Hierbei ist es denkbar, dass - je nach Gestaltung der Steganordnung 4 - die Durchströmöffnungen 9, 10 an einem gemeinsamen Außenwandelement 6 ausgebildet sind, beispielsweise auf einer gemeinsamen Seite der Kühlvorrichtung 1 bzw. der Deckplatte 3. Ferner ist die Anzahl der Stege 5 nicht auf vier begrenzt; je nach Anforderungsprofil der Kühlvorrichtung 1 kann die Steganordnung 4 mehr oder weniger als vier Stege 5 aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Kühlvorrichtung
2: Grundplatte
3: Deckplatte
4: Steganordnung
5: Steg
6: Außenwandelement
7: Kühlkanal
8: Kanalelement
9: Durchströmöffnung
10: Durchströmöffnung
11: Außenoberfläche der Deckplatte
12: Außenoberfläche der Grundplatte
13: Außenoberfläche der Steganordnung
14: Kanalinnenwand
15: Strömungsrichtung
16: elektrisches Leiterelement
17: Flachleiter
18: Flachleiter
19: Kabelseele
20: Außenoberfläche der Grundplatte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2701190 A2 [0002]
WO 2018/091290 A1 [0002]

Claims

Kühlvorrichtung (1) mit - einer metallischen Grundplatte (2); - einer Deckplatte (3) aus Kunststoff; - einer stoffschlüssig mit der Deckplatte (3) verbundenen Steganordnung (4) über welche die Grundplatte (2) und die Deckplatte (3) voneinander beabstandet und miteinander verbunden sind; - einem von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal (7), der durch die Steganordnung (4), die Grundplatte (2) und die Deckplatte (3) gebildet ist; wobei in die Deckplatte (3) ein elektrisches Leiterelement (16, 17, 18, 19) eingebettet ist.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (7) innenseitig eine Riblet-Struktur aufweist.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steganordnung (4) und die Deckplatte (3) einstückig miteinander ausgebildet sind.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steganordnung (4) und die Grundplatte (2) einstückig miteinander ausgebildet sind.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Leiterelement (16, 17, 18, 19) stoffschlüssig die Deckplatte (3) eingebettet ist.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes elektrisches Leiterelement (16) und ein zweites elektrisches Leiterelement (16) jeweils als ein Flachleiter (17, 18) ausgebildet und übereinander parallel in die Deckplatte (3) eingebettet sind.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige elektrische Leiterelement (16, 17, 18, 19) starr ist, wodurch ein mechanisches Stabilitätselement der Deckplatte (3) gebildet ist.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (3) als ein Kunststoffschaumkörper ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Kühlvorrichtung (1), wobei - die metallische Grundplatte (2), die Deckplatte (3) aus Kunststoff und die Steganordnung (4) hergestellt werden; - die Steganordnung (4) und die Deckplatte (3) stoffschlüssig miteinander verbunden werden; - die Grundplatte (2) und die Deckplatte (3) über die Steganordnung (4) voneinander beabstandet und aneinander befestigt werden, wodurch aus der Steganordnung (4), der Grundplatte (2) und der Deckplatte (3) der Kühlkanal (7) ausgebildet wird; - in die Deckplatte (3) das elektrische Leiterelement (16, 17, 18, 19) eingebettet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Leiterelement (16, 17, 18, 19) beim Herstellen der Deckplatte (3) in dieselbe eingebettet wird, indem das elektrische Leiterelement (16, 17, 18, 19) beim Urformen der Deckplatte (3) mit dem zunächst pastösen Material der Deckplatte (3) umgeben wird.