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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse umfassend mindestens einen Kanal zum Führen eines Kältemittels sowie ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden Gehäuses nach den unabhängigen Ansprüchen.
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Besonders im Bereich der Klimatisierung muss Kältemittel sowohl im heißen als auch im kalten Zustand zu den eigentlichen Wirkorten transportiert werden, beispielsweise mittels eines Kompressors zum Verdampfer und zum Kondensator oder auch zur Batterie. Bei diesem Transport ist eine gegenseitige Beeinflussung unterschiedlich temperierter Kanäle im Sinne eines hohen Wirkungsgrades einer Klimaanlage unerwünscht. In anderen Worten soll ein Erwärmen des kalten beziehungsweise ein Abkühlen des heißen Kältemittels vermieden werden. Die Gefahr dieses entsprechenden Wärmeaustausches ist insbesondere dann gegeben, wenn unterschiedlich temperierte Kreise, insbesondere in zentralen Regeleinheiten, wie zum Beispiel Ventileinheiten, dicht nebeneinander verlaufen. Hier kann ein Wärmeaustausch über das gemeinsame Gehäuse, das in der Regel aus gut wärmeleitenden Aluminium besteht, nur schwer unterbunden werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse derart zu verbessern, dass ein Wärmeeintrag seitens der darin befindlichen Kanäle in das umliegende Gehäuse reduziert wird.
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Gelöst wird die vorgenannte Aufgabe durch ein Gehäuse, das mindestens einen Kanal zum Führen eines Kältemittels umfasst, wobei der mindestens eine Kanal eine keramische Verkleidung aufweist. Unter einer keramischen Verkleidung ist zu verstehen, dass der Kanal zum Führen des Kältemittels von der keramischen Verkleidung umgeben ist. Die keramische Verkleidung dient der thermischen Isolation des kältemittelführenden Kanals. Im Vergleich zu zum Beispiel Aluminium ist der Wärmeleitwert je nach gewählter Keramik um mindestens einen Faktor 10 geringer. Es wird somit ein Wärmeübertrag des Kältemittels, der im Kanal geführt wird, in das Gehäuse und somit auch der Wirkungsgradverlust signifikant reduziert.
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Insbesondere weist das Gehäuse mindestens zwei Kanäle auf, wobei die Kanäle dazu dienen, unterschiedlich temperiertes Kältemittel zu führen. Bei den zwei Kanälen kann es sich insbesondere um ein Kanalsystem handeln, das vorteilhafterweise zwei Kanäle und ferner bevorzugt einen Verbindungskanal, in anderen Worten einen Verbindungssteg, aufweisen kann. Die mindestens zwei Kanäle können insbesondere in räumlicher Nähe zueinander angeordnet sein.
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Das Gehäuse ist insbesondere Teil einer Klimaanlage, insbesondere einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges. Ferner kann das Gehäuse Teil einer Ventileinheit sein.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse gegossen. Ferner bevorzugt besteht das Gehäuse gänzlich aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Dies trifft natürlich nicht auf die darin gebildeten Kanäle zu, die jeweils einen Hohlraum in dem Gehäuse bilden. Metalle oder Metalllegierungen weisen einen höheren Wärmeleitwert auf als die keramische Verkleidung, sodass der Wärmeübertrag vom im Kanal geführten Kältemittel in das Gehäuse reduziert wird.
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Weiter bevorzugt kann der mindestens eine Kanal gebogen ausgebildet sein. Der mindestens eine Kanal ist somit nicht geradlinig ausgebildet.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses mit mindestens einem Kanal zum Führen von Kältemittel. Insbesondere dient das Verfahren zum Herstellen eines oben beschriebenen Gehäuses.
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Das Verfahren umfasst insbesondere ein Abbilden des mindestens einen Kanals mit einem Abbildungsmedium und somit ein Herstellen eines Kanalpositivs. In anderen Worten wird der gewünschte mindestens eine Kanal, der in dem Gehäuse verlaufen soll, beziehungsweise das gewünschte Kanalsystem, mittels eines Abbildungsmediums dargestellt. Das Kanalpositiv bildet den mindestens einen gewünschten Kanal im Gehäuse ab. Insbesondere wird das Kanalpositiv gegossen. Es kann dabei eine entsprechende Gießform zum Einsatz kommen. Optional kann dabei ein Ausguss ergänzt werden. Bei dem Abbildungsmedium handelt es sich insbesondere um Sand oder Salz oder Wachs. Ferner kann es sich um einen Kunststoff handeln. Handelt es sich um Wachs, wird der mindestens eine Kanal als Wachsmodell abgebildet.
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Ferner umfasst das Verfahren ein Tauchen des Kanalpositivs in Keramik und somit ein Herstellen einer Keramikhülle, und zwar um das Kanalpositiv herum. Vorzugsweise wird das Kanalpositiv mehrfach in Keramik getaucht. Das Verfahren kann das Herstellen mehrerer Kanalpositive umfassen, wobei diese vor dem Tauchen formiert werden können, insbesondere zu einer sogenannten Gießtraube. In anderen Worten können die Kanalpositive mit Wachs zu der Gießtraube zusammengeklebt werden. Im Anschluss kann die Gießtraube als Ganzes getaucht werden.
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Das Verfahren umfasst das thermische Festigen der Keramikhülle durch Brennen. Vor dem Brennen und nach dem Tauchen des Kanalpositivs kann das Verfahren insbesondere ein Besanden der Keramikhülle umfassen, um die Keramikhülle zu stabilisieren. Ein Besanden der Keramikhülle hat ferner den Vorteil, dass die Keramikhülle zum im Anschluss entstehenden Gussteil des Gehäuses hin mechanisch verzahnt ist.
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Vorzugsweise kann das Verfahren ein Lösen des Kanalpositivs umfassen. Handelt es sich bei dem Abbildungsmedium um Wachs, kann das Wachs insbesondere beim Brennen ausgelöst werden. Vorzugsweise kann das Wachs im durch die erhöhte Temperatur beim Brennen flüssigen Zustand mittels des Ausgusses ablaufen.
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Das Verfahren umfasst ferner ein Einlegen der Keramikhülle in ein Gießwerkzeug, vorzugsweise in ein Aluminiumgießwerkzeug. Ferner umfasst das Verfahren ein Gießen des Gehäuses um die Keramikhülle herum. In anderen Worten wird die Keramikhülle umgossen und somit das eigentliche Gehäuse um die Keramikhülle herum gebildet. Die hohle Keramikhülle dient somit nicht als Außenform, sondern als Kern, da sie von außen umgossen wird und nicht von innen gefüllt wird. Die Keramikhülle, die im Gehäuse verbleibt, dient als keramische Verkleidung des mindestens einen Kanals. Handelt es sich bei dem Abbildungsmedium um Wachs, das während des thermischen Festigen ausgelöst wurde, wird der entsprechende Ausguss vor dem Einlegen der Keramikhülle in ein Gießwerkzeug und vor dem Gießen des Gehäuses verschlossen, damit keine Schmelze in einen Innenraum der Keramikhülle, sprich einen Kanal, dringen kann.
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Abschließend kann das Gussteil aus dem Gießwerkzeug entnommen werden und ein möglicher Verschluss entfernt werden. Insgesamt verbleibt die Keramikhülle im Gehäuse, das als Gussteil ausgebildet ist, und wird insbesondere nach dem Guss nicht entfernt, beispielsweise zerschlagen. Die Keramikhülle verbleibt im Gussteil als strömungsführende Struktur. Die Keramikhülle bildet die keramische Auskleidung des mindestens einen Kanals.
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Ferner kann das Verfahren das Öffnen von Schnittstellen beziehungsweise Anschlussstellen des mindestens einen Kanals, beispielsweise an andere Kanäle, Rohre, Ventile, Regelelemente etc. umfassen. Ferner können für diesen Zweck Kanalbereiche an den entsprechenden Schnittstellen beziehungsweise Anschlussstellen bearbeitet werden. Unter dem Begriff „Bearbeiten“ kann beispielsweise das Einfügen von Dichtabsätzen oder von Gewinden zu verstehen sein.
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Handelt es sich bei dem Abbildungsmedium um Sand oder Salz, wird dies nicht während des thermischen Festigens ausgelöst, sondern verbleibt bis nach dem Gießen des Gehäuses um die Keramikhülle herum in der Keramikhülle. Erst nachdem das Gehäuse gegossen ist, kann das Salz beziehungsweise der Sand durch ein Öffnen der Schnittstellen beziehungsweise Anschlussstellen gelöst werden, beispielsweise mechanisch oder mit Wasser. Unter dem Begriff „Lösen“ ist insbesondere ein Entfernen des Kanalpositivs aus der Keramikhülle zu verstehen.
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Die Verwendung von Wachs hat diverse Vorteile. Mittels Wachs lassen sich grundsätzlich sehr glatte Oberflächen und feinste Konturen abbilden. Diese spiegeln sich auch in der Keramikhülle wieder und wirken sich positiv auf das Strömungsverhalten des Kältemittelkreislaufes aus, da die in dem Gehäuse verbleibende Keramikhülle als strömungsführendes Element dient. Ferner sollte ein Kältemittelkreislauf frei von Partikeln sein. Dies kann insbesondere bei Wachs ausgeschlossen werden, da Rückstände nach dem Lösen nicht auftreten.
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Im Vergleich zum Stand der Technik können mittels des oben beschriebenen Verfahrens Gehäuse mit mindestens einem Kanal hergestellt werden, wobei der Kanal gebogen ausgebildet und somit nicht geradlinig ist. Im Stand der Technik werden Kanäle meistens gebohrt und sind entsprechend geradlinig, was nicht immer optimal ist. Mit dem vorliegenden Verfahren sind allerdings auch gekrümmte Formen möglich.
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Das Verbinden von zwei Kanälen muss im Stand der Technik durch eine dritte Querbohrung von außen erfolgen, was eine zusätzliche Abdichtung der Einstichstelle erfordert. In Folge verlaufender Bohrer kann ein 100 %iges Fluchten der Kanäle nicht sichergestellt werden. Ferner ist der Kreuzungsbereich von zwei gebohrten Kanälen stets scharfkantig und damit ungünstig für die Strömung. Auch gibt es das Risiko, dass trotz Reinigung Späne an der Schnittstelle der Kanäle verbleiben. Eine in Wachs abgebildete Kanalkreuzung kann beliebig ausgerundet werden, fluchtet und ist ganz sicher spanfrei.
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Es zeigen schematisch:
- 1 ein erfindungsgemäßes Gehäuse,
- 2 einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 bis 8 verschiedene Verfahrensstadien bei einem erfindungsgemäßen Verfahren mit Wachs als Abbildungsmedium, und
- 9 bis 12 verschiedene Verfahrensstadien bei einem erfindungsgemäßen Verfahren mit Sand oder Salz als Abbildungsmedium.
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1 stellt ein erfindungsgemäßes Gehäuse 10 dar, das zwei Kanäle 11 umfasst, die mittels eines Verbindungssteges 14 verbunden sind. Dabei weisen die Kanäle 11 inklusive des Verbindungssteges 14 eine keramische Verkleidung 13 auf, die die Kanäle in Richtung des Gehäuses 10 thermisch isoliert.
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In 2 ist ein Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 gezeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren 100 umfasst das Abbilden 101 des mindestens einen Kanals 11 mit einem Abbildungsmedium und somit das Herstellen eines Kanalpositivs 18, das in Keramik getaucht wird, wodurch eine Keramikhülle 19 hergestellt wird 102. Die Keramikhülle 19 kann besandet werden 103. Es folgt ein thermisches Festigen 104 der Keramikhülle 19 durch Brennen. Handelt es sich bei dem Abbildungsmedium um Wachs 16, kann dabei das Kanalpositiv 18 mittels des Ausgusses 15 ausgelöst werden 105. Bevor die Keramikhülle 19 in ein Gießwerkzeug eingelegt wird 107, muss der Ausguss 15 verschlossen werden 106. Es folgt das Gießen 108 des Gehäuses 10 um die Keramikhülle 19. Ist das Gehäuse fertig gegossen, kann ein Öffnen 109 von Schnittstellen 20 erfolgen. Handelt es sich bei dem Abbildungsmedium um Sand oder Salz 17, kann bei dem Öffnen 109 der Schnittstellen 20 das Kanalpositiv 18 ausgelöst werden 110.
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In den 3 bis 8 sind verschiedene Verfahrensstadien eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 mit Wachs 16 als Abbildungsmedium dargestellt.
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3 stellt ein in Wachs 16 abgebildetes Kanalpositiv 18 dar. Das gewünschte Kanalsystem umfassend zwei Kanäle 11 und einen Verbindungsteg 14 ist abgebildet. Das Kanalpositiv 18 umfasst hier einen Ausguss 15.
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In 4 ist das Kanalpositiv 18 gänzlich von der Keramikhülle 19 umhüllt gezeigt. Hierfür wird das Kanalpositiv 18 mehrfach in Keramik getaucht und besandet.
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In 5 wird gezeigt, wie die Keramikhülle 19 inklusive des Kanalpositivs 18 gebrannt wird. Dabei wird das Wachs 16 als Abbildungsmedium ausgelöst, damit es aus der Keramikhülle 19 entweichen kann.
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In 6 ist zu sehen, wie der Ausguss 15 mit einem Verschluss 15a verschlossen ist, nachdem das Wachs 16 gelöst wurde.
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In 7 ist die Keramikhülle 19 in ein Gießwerkzeug eingelegt, in das Schmelze 21 eingebracht wird, um das Gehäuse 10 zu gießen.
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In 8 ist zu sehen, wie Schnittstellen 20 geöffnet werden. Die Keramikhülle 19, die im Gehäuse 10 als Gussteil verbleibt, stellt somit die mechanische Verkleidung 13 der Kanäle 11 des Gehäuses 10 dar.
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In den 9 bis 12 sind verschiedene Verfahrensstadien eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 mit Sand oder Salz 17 als Abbildungsmedium gezeigt.
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9 zeigt das Kanalpositiv 18, das aus Sand oder Salz 17 ausgebildet ist und das zwei Kanäle 11 und einen Verbindungssteg 14 abbildet.
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Nach dem mehrfachen Eintauchen in Keramik und dem Besanden hat sich eine Keramikhülle 19 um das Kanalpositiv 18 gebildet, so wie dies in 10 zu sehen ist.
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Das Kanalpositiv 18 mit der Keramikhülle 19 wird in ein Gießwerkzeug eingelegt, in das Schmelze 21 eingebracht wird. Dies ist in 11 dargestellt. Auf diese Weise wird das Gehäuse 10 um die Keramikhülle 19 herum gebildet.
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In 12 ist zu sehen, wie nach dem Gießen des Gehäuses 10 Schnittstellen 20 geöffnet werden und somit das Salz oder der Sand 17 aus der Keramikhülle 19 gelöst werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 11
- Kanal
- 13
- keramische Verkleidung
- 14
- Verbindungssteg
- 15
- Ausguss
- 15a
- Verschluss
- 16
- Wachs
- 17
- Sand oder Salz
- 18
- Kanalpositiv
- 19
- Keramikhülle
- 20
- Schnittstelle
- 21
- Schmelze
- 100
- erfindungsgemäßes Verfahren
- 101
- Abbilden des mindestens einen Kanals mit einem Abbildungsmedium und somit ein Herstellen eines Kanalpositivs
- 102
- Tauchen des Kanalpositivs in Keramik und somit ein Herstellen einer Keramikhülle
- 103
- Besanden der Keramikhülle
- 104
- thermisches Festigen der Keramikhülle durch Brennen
- 105
- Lösen des Kanalpositivs
- 106
- Schließen eines Ausgusses
- 107
- Einlegen der Keramikhülle in ein Gießwerkzeug
- 108
- Gießen des Gehäuses um die Keramikhülle
- 109
- Öffnen von Schnittstellen
- 110
- Lösen des Kanalpositivs
