DE102022113328A1

DE102022113328A1 - Verfahren zum Herstellen einer Temperiervorrichtung sowie Rohrleitung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102022113328A1
Application number: DE102022113328.1A
Authority: DE
Inventors: Manuel Weigang; Peter Rothe
Original assignee: SCHERDEL MARIENBERG GmbH
Current assignee: SCHERDEL MARIENBERG GmbH
Priority date: 2022-05-25
Filing date: 2022-05-25
Publication date: 2023-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Temperiervorrichtung, welche eine Rohrleitung zur Durchleitung eines Temperiermediums und einen Grundkörper aus einem gut wärmeleitenden Grundkörpermaterial umfasst, wobei die Rohrleitung zumindest abschnittsweise in eine Druckgussform eingelegt wird und Grundkörpermaterial mittels Druckguss in die Druckgussform eingebracht wird und die Rohrleitung zumindest teilweise umfließt und wobei vor dem ggf. notwendigem Biegen der Rohrleitung und dem Druckguss des Grundkörpermaterials eine Stützstruktur in die Rohrleitung integriert wird. Aufgabe der Erfindung ist es, das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Integration einer Rohrleitung in ein mittels Metall-Druckguss gebildeten Grundkörper zu verbessern. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass vor, bei oder nach dem Einlegen der Rohrleitung (3) in die Druckgussform die Stützstruktur (4) zumindest entlang eines in der Druckgussform angeordneten Abschnitts der Rohrleitung (3) integriert wird und diese Stützstruktur (4) entlang der Rohrleitung (3) für das Temperiermedium durchfließbare Kanäle (5) bildet und in einem zur Durchflussrichtung der Rohrleitung (3) senkrecht liegenden Querschnitt sich gegenüberliegende Abschnitte (3c, 3d) der Innenwand der Rohrleitung (3) beim Einbringen des Druckgusses über die Stützstruktur (4) gegeneinander abstützen und dass die Stützstruktur (4) nach dem Erstarren des Grundkörpermaterials und der Entnahme aus der Druckgussform beim Betrieb der Temperiervorrichtung (1) in der Rohrleitung (3) verbleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Temperiervorrichtung, welche eine Rohrleitung zur Durchleitung eines Temperiermediums und einen Grundkörper aus einem gut wärmeleitenden Grundkörpermaterial umfasst, wobei die Rohrleitung zumindest abschnittsweise in eine Druckgussform eingelegt wird und Grundkörpermaterial mittels Druckguss in die Druckgussform eingebracht wird und die Rohrleitung zumindest teilweise umfließt und wobei vor dem Druckguss des Grundkörpermaterials eine Stützstruktur in die Rohrleitung integriert wird.
Die Herstellung von Grundkörpern von Bauteilen mittels Metall-Druckguss und insbesondere von Grundkörper von Leistungselektronikbauteilen mittels Aluminium-Druckguss ist im Stand der Technik weitläufig bekannt. Zur Kühlung derartiger Bauteile müssen die Grundkörper an Kühlkreisläufe angekoppelt werden. Üblicherweise wird hierzu als Temperiervorrichtung eine Rohrleitung, die das Kühlmittel des Kühlkreislaufes führt, nach dem Druckgießen des Grundkörpers auf diesen aufgeklebt. Dies erfordert aber einen dem Druckgießen nachgelagerten Klebeprozess, was die Herstellung des Bauteils mit Temperiervorrichtung aufwändig macht. Weiterhin weist die zwischen Bauteil und Rohrleitung liegende Klebeschicht meist nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, was das Abführen der Wärme vom Bauteil erschwert.
Um eine bessere thermische Ankopplung der Rohrleitung an das Bauteil zu erreichen, ist es weiterhin bekannt, die Rohrleitung bereits beim Druckgießen des Grundkörpers mit in die Druckgussform einzulegen. Durch die beim Metall-Druckguss herrschenden hohen Temperaturen und hohen Drücke in der Druckgussform ist die Rohrleitung allerdings einer hohen Beanspruchung ausgesetzt. Insbesondere sind beim Aluminium-Druckguss die Belastungen auf in der Druckgussform eingelegten Aluminiumrohrleitungen derart hoch, dass diese aufgrund der hohen Temperaturen und Drücke verformt werden, was mit einer erheblichen Querschnittsverengung der Rohrleitung bis hin zur Unbrauchbarkeit verbunden sein kann. Eine Erhöhung der Wandstärke der Aluminiumrohrleitungen ist meist aus Kosten und Gewichtsgründen nicht umsetzbar. Auch das Einsetzen von Rohrleitungen aus temperatur- und druckbeständigeren Materialien führt nicht immer zur Lösung. Beispielsweise können Edelstahlrohre beim Aluminium-Druckguss zwar standhalten. Allerdings ist wiederum die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl deutlich niedriger als von Aluminium, was das Abführen der Wärme im Bauteil im späteren Einsatz erschwert. Gleichzeitig entstehen durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Aluminium und Edelstahl im Gussteil unerwünschte Hohlräume bzw. Spannungen während des Erstarrungsvorganges. Auch sprechen die Kosten- und Gewichtsnachteile oft gegen den Einsatz von Edelstahl.
Zur Stabilisierung von Rohrleitungen beim Metall-Druckguss ist es bekannt, die in die Druckgussform eingelegte Rohrleitung vor dem Druckgießen mit einem Salzkern oder einem Sandkern vollständig auszufüllen. Dieser Salzkern bzw. Sandkern dient der mechanischen Stabilisierung der Rohrleitung beim Druckgießen. Nach dem Druckgießen muss der Salzkern bzw. der Sandkern allerdings wieder entfernt werden, damit die Rohrleitung von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Dies erfordert wiederum einen dem Druckgießen nachgelagerten Verfahrensschritt. Weiterhin kann auch gerade bei komplex ausgeformten Rohrleitungen nicht immer eine restlose Entfernung des Salzkerns bzw. des Sandkerns erreicht werden. In der Folge können sich die Restbestände beim späteren Betrieb im Kühlmittelkreislauf verteilen und sich negativ auf diesen auswirken.
In der DE 10 2017 201 583 A1 wird ebenfalls vorgeschlagen, die Rohrleitung vor dem Druckgießen vollständig zu befüllen. Allerdings wird der Füllstoff hier so ausgewählt, dass dieser vor dem Druckgießen zunächst im festen Zustand in der Rohrleitung vorliegt. Mit der beim Druckgießen einhergehenden Temperaturzunahme wird der Füllstoff dann verflüssigt und während der Erstarrungsphase des Druckgussmaterials aus der Rohrleitung gedrückt. Dieses Verfahren erfordert allerdings ein auf den Temperaturverlauf beim Druckgießen des jeweiligen Bauteils sehr genau abgestimmten Füllstoff, damit die mechanische Stützung der Rohrleitung zu Beginn des Druckguss gewährleistet und gleichzeitig ein Herausdrücken des Füllstoffes am Ende des Druckgießens möglich ist. Abhängig vom konkreten Bauteil muss hier der Füllstoff auf den konkreten Temperaturverlauf abgestimmt werden, was insbesondere bei einer Formänderung des Bauteils aufwändig ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Integration einer Rohrleitung in ein mittels Metall-Druckguss gebildeten Grundkörper dahingehend zu verbessern, dass ein dem Druckgießen nachgelagerter Verfahrensschritt zum Entfernen eines in der Rohrleitung angeordneten Füllstoffs entfällt. Weiterhin soll ein aufwändiges Abstimmen des Schmelz- und Erstarrungsverhaltens des Füllstoffs auf das Temperaturregime beim Druckgießen des Bauteils vermieden werden. Insbesondere soll das Verfahren die Integration von Aluminium-Rohrleitungen in mittels Druckguss gebildeten Bauteilen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Stützstruktur vor, bei oder nach dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform zumindest entlang eines in der Druckgussform angeordneten Abschnitts der Rohrleitung in der Rohrleitung aufgebaut wird, wobei die Stützstruktur entlang der Rohrleitung für das Temperiermedium durchfließbare Kanäle bildet. In einem zur Durchflussrichtung der Rohrleitung senkrecht liegenden Querschnitt stützen sich gegenüberliegende Abschnitte der Innenwand der Rohrleitung beim Einbringen des Druckgusses über die Stützstruktur gegeneinander ab. Nach dem Erstarren des Grundkörpermaterials und der Entnahme aus der Druckgussform verbleibt die Stützstruktur beim Betrieb der Temperiervorrichtung in der Rohrleitung.
Durch die eingebaute Stützstruktur wird die Rohrleitung während des Druckgusses des Grundkörpermaterials von innen gestützt, sodass die Rohrleitung aufgrund der beim Druckguss in der Druckgussform herrschenden hohen Temperaturen und Drücke nicht so stark verformt wird und der vom Temperiermittel durchfließbare Querschnitt im Wesentlichen erhalten bleibt.
Durch die in der Stützstruktur vorgesehenen für das Temperiermedium durchfließbaren Kanäle ist das Verbleiben der Stützstruktur in der Rohrleitung beim Betrieb der Temperiervorrichtung unproblematisch, da die Rohrleitung weiterhin von dem Temperiermedium durchströmbar ist. Weiterhin entfällt durch das Verbleiben der Stützstruktur in der Rohrleitung ein nachgelagerter Prozessschritt zum Entfernen der Stützstruktur. Auch der Nachteil verbleibender Salz- oder Sandreste in der Rohrleitung ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behoben. Da ein Aufschmelzen der Stützstruktur und deren Herausdrücken während der Erstarrungsphase des Druckgusses beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht vorgesehen ist, entfällt auch ein aufwändiges Abstimmen der thermischen Eigenschaften des Füllstoffes auf den konkreten Temperaturverlauf bei Druckgießen eines konkreten Grundkörpers eines Bauteils.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es weiterhin möglich, die Stützstruktur gezielt in vorbestimmten Abschnitten der in der Druckgussform angeordneten Rohrleitung anzuordnen. Derartige Abschnitte können beispielsweise vorab in Simulationsrechnungen zum Druckgussprozesses bestimmt werden, sodass die Stützstruktur nur in den Bereichen der Rohrleitung angeordnet wird, in den beim Druckguss die höchsten Belastungen an der Rohrleitung erwartet werden. Dies verringert den notwendigen Materialeinsatz für die Stützstruktur, was wiederum Potential für Kosten- und Gewichtseinsparungen bietet.
Weiterhin ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Vorteil, dass die Rohrleitung bereits während des Druckgusses mit einem Temperiermittel durchströmbar bleibt. Dies ermöglicht bereits beim Druckguss eine Kühlung der Rohrleitung, was mit einer schnelleren Abkühlung und damit Erstarrung des an der Rohrleitung einfließenden Grundkörpermaterials verbunden ist. Zum einen ist damit der Druckgussprozess besser steuerbar. Zum anderen ist damit die thermische Belastung sowie die Druckbelastung der Rohrleitung weiter reduzierbar.
Auch im späteren Betrieb der Temperiervorrichtung ist das Verbleiben der Stützstruktur in der Rohrleitung vorteilhaft. Das Temperiermittel umströmt beim Durchfließen der Rohrleitung auch die Stützstruktur. Da die Stützstruktur nach dem Druckguss in weiten Teilen mechanisch an der Innenwand der Rohrleitung anliegt oder mit dieser verbunden ist, wird im späteren Einsatz der Temperiervorrichtung von dem Grundkörper aufgenommene Wärme teilweise an die Stützstruktur in der Rohrleitung übertragen. Ein Teil der vom Grundkörper aufgenommenen Wärme wird von dem Temperiermittel, welches an der Innenwand der Rohrleitung entlangströmt, aufgenommen und abgeführt. Ein weiterer Teil der Wärme wird an die in Teilen an der Innenwand der Rohrleitung anliegende Stützstruktur übertragen und in der Stützstruktur verteilt, wo sie von dem Temperiermittel, welches die Stützstruktur umströmt, aufgenommen und abgeführt wird. Die Stützstruktur führt damit neben der eigentlichen Stützfunktion zu einer verbesserten Wärmeabfuhr im späteren Betrieb der Temperiervorrichtung.
In einer Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Stützstruktur in einem Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung der Rohrleitung radial zur Symmetrieachse der Rohrleitung angeordnete Streben aufweist und dass je ein Ende dieser Streben an der Innenwand der Rohrleitung befestigt ist. Die anderen Enden der Streben sind zueinander gewandt und voneinander beabstandet. Vor, bei oder nach dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform wird ein Stab- oder Rohrelement zwischen die zueinander gewandten Enden der Streben eingeschoben. Danach liegen die zueinander gewandten Enden der Streben auf einer Außenfläche des Stab- oder Rohrelementes auf. Zumindest ein Teil der für das Temperiermedium durchfließbaren Kanäle wird jeweils von benachbarten Streben gebildet. Die Stützstruktur wird damit von den Streben und dem Stab- oder Rohrelement gebildet, wobei die Stützfunktion sichergestellt wird, indem die mit der Innenwand verbundenen Streben mit ihren der Innenwand abgewandten Enden auf dem Stab- oder Rohrelement aufliegen. Im Falle des Rohrelements wird vorteilhafterweise von diesem zumindest ein weiterer Teil der für das Temperiermedium durchfließbaren Kanäle gebildet. Dabei werden im späteren Betrieb der Temperiervorrichtung sowohl die zwischen den Streben gebildeten Kanäle als auch der vom Rohrelement gebildete Kanal von demselben Temperiermedium durchflossen.
In einer alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass die Stützstruktur in einem Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung der Rohrleitung radial zur Symmetrieachse der Rohrleitung angeordnete Streben aufweist und die Streben jeweils mit einem Ende zueinander weisen und an diesen Enden miteinander verbunden sind. Diese Stützstruktur wird vor, bei oder nach dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform in die Rohrleitung eingeschoben, wobei jeweils die den verbundenen Enden dieser Streben gegenüberliegenden Enden lose an der Innenwand der Rohrleitung anliegen. Zumindest ein Teil der für das Temperiermedium durchfließbaren Kanäle wird jeweils von benachbarten Streben gebildet.
In einer weiteren alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass die Stützstruktur in einem Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung der Rohrleitung radial zur Symmetrieachse der Rohrleitung angeordnete Streben aufweist und dass je ein Ende dieser Streben an der Innenwand der Rohrleitung befestigt ist und die anderen Enden der Streben zueinander gewandt und fest miteinander verbunden sind. Hier ist die gesamte Stützstruktur fest in der Rohrleitung integriert.
Es wird vorgeschlagen, dass die miteinander fest verbundenen Enden der Streben über ein entlang der Rohrleitung angeordnetes Kanalelement miteinander verbunden sind. Zum einen wird durch ein derartiges Kanalelement eine verbesserte Kraftverteilung der über die Streben in die Stützstruktur eingeleiteten Kräfte erreicht. Zum anderen wird durch das Kanalelement auch ein für das Temperiermittel durchfließbarer Kanal gebildet. Auch hier werden im späteren Betrieb der Temperiervorrichtung sowohl die zwischen den Streben gebildeten Kanäle als auch der vom Rohrelement gebildete Kanal von demselben Temperiermedium durchflossen.
Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass im Falle des Einbauens der Stützstruktur in die Rohrleitung vor dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform die Rohrleitung mit der zumindest abschnittsweise in der Rohrleitung angeordneten Stützstruktur gebogen wird. Somit können auch gekrümmte Rohrleitungen mit Stützstruktur in die Druckgussform eingelegt und eingegossen werden. Im Bereich einer Rohrkrümmung angeordnete Stützstruktur ist bereits beim Krümmen der Rohrleitung vorteilhaft, da diese beim Krümmungsprozess bereits von der Stützstruktur von innen gestützt werden kann, was den Biegeprozess weniger fehleranfällig macht und kleinere Biegeradien ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird beim Druckguss des Grundkörpermaterials ein Kühlmittel durch die Rohrleitung mit Stützstruktur geführt. Damit ist der Druckgussprozess beeinflussbar, insbesondere kann das Erstarren und/oder Abkühlen des Grundkörpermaterials beschleunigt bzw. zielgerichtet beeinflusst werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Stützstruktur entlang des gesamten in der Druckgussform angeordneten Abschnitts der Rohrleitung aufgebaut wird. Dies ermöglicht eine vollständige innere Abstützung der Rohrleitung während des Druckgusses.
Es wird vorgeschlagen, dass beim Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform zumindest ein Abschnitt eines Rohrendes der Rohrleitung aus der Druckgussform herausgeführt ist und dieser Abschnitt der Rohrleitung vor, bei oder nach dem Einlegen in die Druckgussform oder nach der Entnahme aus der Druckgussform in seiner Außenkontur ausgeformt wird. Vorteilhafterweise verbleiben die aus der Druckgussform herausgeführten Rohrenden ohne Stützstruktur, was die Ausformung dieser erleichtert.
In einer alternativen Ausführung wird vorgeschlagen, dass vor dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform an zumindest einem Rohrende der Rohrleitung ein Rohrstutzen aufgesetzt wird. Ein Abschnitt dieses Rohrstutzens wird nach dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform von der Druckgussform umschlossen. Ein weiterer Abschnitt dieses Rohrstutzens ist aus der Druckgussform herausgeführt, sodass beim Druckguss zumindest ein Teilabschnitt des in der Druckgussform angeordneten Abschnitts des Rohrstutzens von dem Grundkörpermaterial umflossen wird und der aus der Druckgussform herausgeführte Abschnitt des Rohrstutzens nicht umgossen wird.
Es wird vorgeschlagen, dass im Bereich des in der Druckgussform liegenden Abschnitts des Rohrstutzens ein Spaltmaß zwischen einer Außenkontur des zumindest einen Rohrendes und einer Innenkontur des aufsitzenden Rohrstutzens derart dimensioniert ist, dass im Bereich des in der Druckgussform angeordneten Teilabschnitts des Rohrstutzens Grundkörpermaterial beim Druckguss zwischen Rohrstutzen und Rohrende einfließt. Nachdem das Grundkörpermaterial beim Druckguss zwischen Rohrstutzen und Rohrende eingeflossen ist, wird dieses zwischen Rohrstutzen und Rohrende erstarren und eine (stoffschlüssige) Verbindung zwischen Rohrstutzen und Rohrende bilden. Somit kann auf eine Lötverbindung zwischen Rohrstutzen und Rohrende vor dem Einlegen in die Druckgussform verzichtet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der aus der Druckgussform herausgeführte Abschnitt des Rohrstutzens vor, bei oder nach dem Einlegen in die Druckgussform oder nach der Entnahme aus der Druckgussform in seiner Außenkontur ausgeformt.
Angeformte Rohrenden bzw. die angeformte Rohraufsätze an den Rohrenden können zur sicheren Anbindung der Rohrleitung an einen Temperiermittelkreislauf genutzt werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden verschiedene Ausführungen von Rohrleitungen mit Stützstrukturen vorgeschlagen, wobei die diesbezüglichen Merkmale in den Ansprüchen 10 bis 17 aufgeführt sind.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine Temperiervorrichtung mit Grundkörper und Rohrleitung
2a eine teils geschnittene Darstellung der Rohrleitung mit der im Rohrinneren angeordneten Stützstruktur gemäß 1
2b eine weitere teils geschnittene Darstellung der Rohrleitung mit der im Rohrinneren angeordneten Stützstruktur gemäß 1
2c einen zur Durchflussrichtung der Rohrleitung senkrecht liegenden Querschnitt durch die Rohrleitung mit Stützstruktur gemäß 2a entlang Schnitt AA'
2d eine Schnittdarstellung der 1 entlang Schnitt BB'
3a eine teils geschnittene Darstellung der Rohrleitung mit einer weiteren Ausführung der im Rohrinneren angeordneten Stützstruktur
3b einen zur Durchflussrichtung der Rohrleitung senkrecht liegenden Querschnitt durch die Rohrleitung mit Stützstruktur gemäß 3a entlang Schnitt AA` gemäß 1
3c eine Schnittdarstellung der 1 entlang Schnitt BB` mit der Stützstruktur gemäß 3a
3d eine Schnittdarstellung der 1 entlang Schnitt CC` mit der Stützstruktur gemäß 3a
4a eine teils geschnittene Darstellung der Rohrleitung mit einer weiteren Ausführung der im Rohrinneren angeordneten Stützstruktur
4b einen zur Durchflussrichtung der Rohrleitung senkrecht liegenden Querschnitt durch die Rohrleitung mit Stützstruktur gemäß 4a entlang Schnitt AA` gemäß 1
4c eine Schnittdarstellung der 1 entlang Schnitt BB` mit der Stützstruktur gemäß 4a
4d eine Schnittdarstellung der 1 entlang Schnitt CC` mit der Stützstruktur gemäß Fig. aa
5a eine teils geschnittene Darstellung der Rohrleitung mit einer weiteren Ausführung der im Rohrinneren angeordneten Stützstruktur
5b einen zur Durchflussrichtung der Rohrleitung senkrecht liegenden Querschnitt durch die Rohrleitung mit Stützstruktur gemäß 4a entlang Schnitt AA` gemäß 1
5c eine Schnittdarstellung der 1 entlang Schnitt BB` mit der Stützstruktur gemäß 5a
5d eine Schnittdarstellung der 1 entlang Schnitt CC` mit der Stützstruktur gemäß 5a

1 zeigt eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Temperiervorrichtung 1, wobei diese Temperiervorrichtung 1 einen Grundkörper 2 und eine in dem Grundkörper 2 eingebettete Rohrleitung 3 aufweist. Das Grundkörpermaterial besteht aus einem gut wärmeleitenden Metall vorzugsweise Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung oder auch Magnesium.
Zur Herstellung der Temperiervorrichtung 1 wird zunächst eine Stützstruktur 4 (2a) in der Rohrleitung 3 integriert. Die Stützstruktur 4 weist Streben 4a, 4b (2c) auf, die in einem zur Durchflussrichtung der Rohrleitung 3 senkrecht liegenden Querschnitt gegenüberliegende Abschnitte 3c, 3d (2c) der Innenwand der Rohrleitung 3 gegeneinander abstützt. Weiterhin sind zwischen den Streben 4a, 4b entlang der Rohrleitung 3 für ein Temperiermedium durchfließbare Kanäle 5 (2c) ausgebildet.
Je nach Anwendungsfall kann die Rohrleitung mit der zumindest abschnittsweise integrierten Stützstruktur gebogen werden, sodass beispielsweise wie in 1 gezeigt die Rohrenden 3a, 3b in dieselbe Richtung weisen.
Nach dem Biegen der Rohrleitung 3 wird diese zumindest abschnittsweise in die Druckgussform eingelegt. Die Druckgussform ist allerdings nicht dargestellt. Eine Innenkontur der Druckgussform ist kongruent zur Außenkontur des späteren Grundkörpers 2 des Bauteils ausgestaltet. Üblicherweise ist die Druckgussform mehrteilig ausgeführt, sodass diese zum Entnehmen des Grundkörpers aus der Druckgussform am Ende des Verfahrens wieder geöffnet werden kann. Zur Herstellung der dargestellten Ausführung der Temperiervorrichtung 1 wird die Rohrleitung 3 so in die Druckgussform eingelegt, dass Rohrenden 3a, 3b der Rohrleitung 3 aus der Druckgussform herausragen.
Nach dem Einlegen der Rohrleitung 3 in die Druckgussform und einer ggf. Abdichtung der Druckgussform wird Grundkörpermaterial mittels Druckguss in die Druckgussform eingebracht. Dabei wird die Rohrleitung 3 zumindest teilweise von dem Grundkörpermaterial umflossen. Über die Stützstruktur 4 stützen die sich gegenüberliegende Abschnitte 3c, 3d der Innenwand der Rohrleitung 3 beim Einbringen des Druckgusses gegeneinander ab, sodass ein Zusammendrücken der Rohrleitung 3 aufgrund der beim Druckguss herrschenden Temperaturen und Druckverhältnisse verhindert wird. Nach dem Einleiten des Grundkörpermaterials erstarrt dieses in der Druckgussform, wobei dabei die Innenkontur der Druckgussform nachgebildet wird. In einer optionalen Ausführung wird beim Druckgießen des Grundkörpermaterials in die Druckgussform und/oder beim Erstarren des Grundkörpermaterials ein Kühlmedium durch die Rohrleitung 3 mit Stützstruktur 4 geführt.
Nach dem Erstarren und einer ggf. weiteren Abkühlung des Grundkörpermaterials wird die Temperiervorrichtung 1 aus der Druckgussform entnommen und liegt dann wie in 1 dargestellt vor. Die Stützstruktur 4 verbleibt nach der Entnahme der Temperiervorrichtung 1 aus der Druckgussform und beim späteren Betrieb der Temperiervorrichtung 1 in der Rohrleitung 3. Ein Durchfließen der Rohrleitung 3 mit Temperiermedium ist durch die entlang der Rohrleitung 3 in der Stützstruktur 4 vorgesehenen Kanäle 5 sichergestellt.
Die Rohrenden 3a, 3b sind zur späteren Anbindung an einen Kühlmittelkreislauf vorgesehen, wobei die Rohrenden 3a, 3b für eine dichte Anbindung an den Kühlmittelkreislauf Ausformungen aufweisen. Diese können vor dem Einlegen des Rohres in die Druckgussform oder nach dem Einlegen der Rohrleitung 3 in die Druckgussform oder auch nach der Entnahme der Temperiervorrichtung 1 aus der Druckgussform ausgebildet werden. Zum Integrieren der Stützstruktur werden verschiedene Vorgehensweisen vorgeschlagen.
2a und 2b zeigen die Rohrleitung 3 mit der im Rohrinneren angeordneten Stützstruktur 4 gemäß 1, wobei allerdings die Rohrleitung 3 jeweils nur teilweise dargestellt ist und damit die Sicht auf die Stützstruktur 4 freigegeben ist. Bei der dargestellten Ausführung liegt die Stützstruktur 4 entlang des gesamten in der Druckgussform angeordneten Abschnitts der Rohrleitung 3. Dies ist allerdings nicht zwingend. Je nach Anwendungsfall kann auch ein abschnittsweises Einführen der Stützstruktur 4 entlang des in der Druckgussform angeordneten Abschnitts der Rohrleitung ausreichend sein.
Weiterhin ist das Verfahren nicht (wie dargestellt) auf gekrümmte Rohrleitungen 3 beschränkt. Ebenso können auch geradlinige Rohrleitungen 3 in die Druckgussform eingelegt werden. Da hier ein Biegen der Rohrleitung 3 nicht notwendig ist, kann die Stützstruktur dann auch bei oder nach dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform in die Rohrleitung eingeführt werden.
2c zeigt einen zur Durchflussrichtung der Rohrleitung 3 senkrecht liegenden Querschnitt durch die Rohrleitung 3 mit Stützstruktur 4 gemäß 2a entlang Schnitt AA`. In der dargestellten Ausführung sind die Streben 4a bezogen auf den in Durchflussrichtung der Rohrleitung 3 senkrecht liegenden Querschnitt radial zur Symmetrieachse der Rohrleitung 3 angeordnet. Die Längsachsen 6 der Streben 4a schneiden sich in der Symmetrieachse 7 der Rohrleitung 3. Diese Stützstruktur 4 wird in die Rohrleitung 3 eingeschoben. Der Innenwand der Rohrleitung zugewandte Enden der Streben 4a liegen dann lose an der Innenwand der Rohrleitung 3 an. Der Innenwand der Rohrleitung 3 abgewandte Enden der Streben 4a sind zueinander gewandt und fest miteinander verbunden. In der dargestellten Ausführung sind die zueinander gewandten Enden der Streben 4a über ein entlang der Rohrleitung 3 angeordnetes Kanalelement 4d miteinander verbunden. Im gezeigten Querschnitt ist das Kanalelement als ringförmiger Abschnitt der Stützstruktur 4 erkennbar. Neben den zwischen den Streben 4a gebildeten Kanälen 5 wird auch vom Kanalelement 4d ein für das Temperiermittel durchfließbarer Kanal 5a gebildet. Die Verbindung zueinander gewandten Enden der Streben 4a über ein Kanalelement ist allerdings nicht zwingend.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführung der Stützstruktur 4 mit sechs Streben 4a beschränkt. Beispielsweise kann die Stützstruktur 4 auch mehr oder weniger Streben 4a aufweisen. Ebenso kann auch das Verhältnis aus Durchmesser des ringförmigen Abschnitts der Stützstruktur 4 und Durchmesser des Rohrquerschnitts kleiner oder größer sein, als bei der dargestellten Ausführung. Es ist auch nicht zwingend, dass die der Innenwand der Rohrleitung 3 abgewandten Enden der Streben 4a über einen ringförmigen Abschnitt der Stützstruktur 4 miteinander verbunden sind. Ebenso können die Streben 4a auch durchgängig ausgeführt sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stützstruktur 4 ist in den 3a bis 3c gezeigt. Ähnlich zur Ausführung gemäß der 2a bis 2d weist die Stützstruktur 4 im Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung der Rohrleitung 3 radial zur Symmetrieachse der Rohrleitung 3 angeordnete Streben 4a auf, wobei diese Stützstruktur 4 vor, bei oder nach dem Einlegen der Rohrleitung 3 in die Druckgussform in die Rohrleitung 3 eingeschoben wird. Je ein Ende dieser Streben 4a liegt dann lose an der Innenwand der Rohrleitung 3 an. Die anderen Enden der Streben 4a sind zueinander gewandt und miteinander verbunden. Auch hier wird zumindest ein Teil der für das Temperiermedium durchfließbaren Kanäle 5 jeweils von benachbarten Streben 4a gebildet.
Weiterhin sind den der Innenwand der Rohrleitung 3 zugewandten Enden der Streben 4a Stützflächen 4b ausgebildet, die an der Innenwand der Rohrleitung 3 anliegen. Derartige Stützflächen 4b können die Einleitung der beim Druckguss auf die Rohrleitung 3 wirkenden Kräfte in die Streben 4a der Stützstruktur 4 verbessern. Weiterhin sind die Stützflächen 4b auch im späteren Betrieb hinsichtlich der Wärmeübertragung vorteilhaft, da aus dem Grundkörper 2 aufgenommene Wärmeenergie schneller auch an die Stützstruktur 4 übertragen und durch die durch die Stützstruktur 4 vergrößerte Oberfläche in der Rohrleitung 3effektiver an das in der Rohrleitung fließende Temperiermittel übertragen wird.
3d zeigt eine Schnittdarstellung der 1 entlang Schnitt CC` mit der Stützstruktur 4 gemäß 3a. Gezeigt ist eines der Rohrenden 3a, 3b, welche jeweils von einem aus der Druckgussform herausgeführten Rohrendabschnitt der Rohrleitung 3 gebildet werden. Diese Rohrenden sind nach dem Druckguss nicht von Grundkörpermaterial umhüllt. Die Ausformungen der Rohrenden können vor, bei oder nach dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform oder nach der Entnahme aus der Druckgussform nach dem Druckguss gebildet werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stützstruktur 4 ist in den 4a bis 4c gezeigt. Auch hier weist die Stützstruktur 4 in einem Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung der Rohrleitung 3 radial zur Symmetrieachse der Rohrleitung 3 angeordnete Streben 4a auf. Allerdings sind die Streben 4a jeweils mit einem Ende an der Innenwand der Rohrleitung 3 befestigt. Eine derartige Rohrleitung 3 mit innen befestigten Streben 4a kann beispielsweise im Strangpressverfahren gebildet werden. Die anderen Enden der Streben 4a sind zueinander gewandt und zueinander beabstandet. Vor, bei oder nach dem Einlegen der Rohrleitung 3 mit den Streben 4a in die Druckgussform wird dann ein Rohrelement 4c zwischen die zueinander gewandten Enden der Streben 4a eingeschoben. Die zueinander gewandten Enden der Streben 4a liegen dann auf einer Außenfläche des Rohrelementes 3 auf. Für das Temperiermedium werden durchfließbaren Kanäle 5 zwischen den benachbarten Streben 4a und ein Kanal 5a von dem Rohrelement gebildet. In einer nicht dargestellten Ausführung kann anstelle des Rohrelements allerdings auch ein Stabelement eingeschoben werden. Unter Gesichtspunkten der Stabilität kann dies vorteilhaft sein. Optional wird die Rohrleitung 3 mit Stützstruktur 4 und dem eingeschobenen Stab- oder Rohrelement vor dem Einlegen in die Druckgussform gebogen.
4d zeigt eine Schnittdarstellung der 1 entlang Schnitt CC` mit der Stützstruktur gemäß 4a. Gezeigt ist eines der Rohrenden 3a, 3b. Auf diesem Rohrende 3a, 3b wird vor dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform ein Rohrstutzen 8 aufgesetzt. Ein Abschnitt dieses Rohrstutzens 8 ist nach dem Einlegen der Rohrleitung 3 in die Druckgussform von der Druckgussform umschlossen. Ein weiterer Abschnitt dieses Rohrstutzens 8 ist aus der Druckgussform herausgeführt. Beim Druckguss wird dann zumindest ein Teilabschnitt des in der Druckgussform angeordneten Abschnitts des Rohrstutzens 8 von dem Grundkörpermaterial umflossen. Zur Ausbildung des dargestellten Rohrendes 3a, 3b überragt das Rohrelement 4b beim Einlegen der Rohrleitung 3 in die Druckgussform das Rohrende der Rohrleitung 3 in Richtung Umgebung der Druckgussform. Die Ausformung des aus der Druckgussform herausgeführten Abschnitts des Rohrstutzens 8 kann vor, bei oder nach dem Einlegen in die Druckgussform oder nach der Entnahme aus der Druckgussform in seiner Außenkontur ausgeformt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stützstruktur ist in den 5a bis 5c gezeigt. Auch hier weist die Stützstruktur 4 in einem Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung der Rohrleitung 3 radial zur Symmetrieachse der Rohrleitung 3 angeordnete Streben 4a auf, die jeweils mit einem Ende an der Innenwand der Rohrleitung 3 befestigt sind. Die anderen Enden der Streben 4a sind zueinander gewandt. Abweichend zur Ausführung gemäß 4a bis 4c sind die zueinander gewandten Enden der Streben 4a nicht beabstandet, sondern fest miteinander verbunden. In der dargestellten Ausführung sind die zueinander gewandten Enden der Streben 4a über ein entlang der Rohrleitung 3 angeordnetes Kanalelement miteinander verbunden. Die für das Temperiermedium durchfließbaren Kanäle 5 werden dabei von jeweils benachbarten Streben 4a gebildet. Das Kanalelement 4d bildet einen für das Temperiermittel durchfließbaren Kanal 5a. Das Kanalelement 4d ist allerdings nicht zwingend erforderlich. Die zueinander gewandten Enden der Streben 4a können beispielsweise auch direkt aufeinanderstoßend miteinander verbunden sein. Zum Umgießen wird die in 5a bis 5c gezeigte Rohrleitung mit der fest integrierten Stützstruktur 4 vor dem Druckguss in die Druckgussform eingelegt. Optional wird die Rohrleitung 3 mit Stützstruktur 4 vor dem Einlegen in Druckgussform gebogen. Die Rohrleitung 3 mit Stützelement 4 kann beispielsweise im Strangpressverfahren gebildet werden.
5d zeigt eine Schnittdarstellung der 1 entlang Schnitt CC` mit der Stützstruktur gemäß 5a. Gezeigt ist wieder eines der Rohrenden 3a, 3b. Wie bei der Ausführung gemäß 4d wird vor dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform auf dem Rohrende 3a, 3b ein Rohrstutzen aufgesetzt, wobei ein Abschnitt dieses Rohrstutzens nach dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform von der Druckgussform umschlossen wird.
Die Erfindung ist nicht auf Rohrleitungen 3 mit rundem Querschnitt beschränkt. Beispielsweise kann die Rohrleitung 3 auch einen ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweisen.
Aufgrund der Kanäle 5 kann vorteilhafterweise bereits beim Druckguss ein Kühlmittel durch die Rohrleitung geführt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen der Stützstruktur beschränkt. Beispielsweise können anstelle der im Querschnitt zur Durchflussrichtung der Rohrleitung sichtbaren sechs Streben auch mehr oder weniger Streben vorgesehen sein.
Vorzugsweise sind das Rohrende und der Rohrstutzen so ausgeführt, dass im Bereich des in der Druckgussform liegenden Abschnitts des Rohrstutzens ein Spaltmaß zwischen einer Außenkontur des zumindest einen Rohrendes und einer Innenkontur des aufsitzenden Rohrstutzens derart dimensioniert ist, dass im Bereich des in der Druckgussform angeordneten Teilabschnitts des Rohrstutzens Grundkörpermaterial beim Druckguss zwischen Rohrstutzen und Rohrende einfließt.
Bezugszeichenliste

1: Temperiervorrichtung
2: Grundkörper
3: Rohrleitung
3a: Rohrende
3b: Rohrende
3c: Innenwandabschnitte der Rohrleitung 3
3d: Innenwandabschnitte der Rohrleitung 3
4: Stützstruktur
4a: Strebe
5: Kanal
6: Längsachse
7: Längsachse
8: Rohrstutzen
9: Spalt zwischen Rohrende und Rohstutzen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017201583 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Temperiervorrichtung (1), welche eine Rohrleitung (3) zur Durchleitung eines Temperiermediums und einen Grundkörper (2) aus einem gut wärmeleitenden Grundkörpermaterial umfasst, wobei die Rohrleitung (3) zumindest abschnittsweise in eine Druckgussform eingelegt wird und Grundkörpermaterial mittels Druckguss in die Druckgussform eingebracht wird und die Rohrleitung (3) zumindest teilweise umfließt und wobei vor dem Druckguss des Grundkörpermaterials eine Stützstruktur (4) in die Rohrleitung (3) integriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) vor, bei oder nach dem Einlegen der Rohrleitung (3) in die Druckgussform zumindest entlang eines in der Druckgussform angeordneten Abschnitts der Rohrleitung (3) in der Rohrleitung (3) aufgebaut wird und diese Stützstruktur (4) entlang der Rohrleitung (3) für das Temperiermedium durchfließbare Kanäle (5) bildet und in einem zur Durchflussrichtung der Rohrleitung (3) senkrecht liegenden Querschnitt sich gegenüberliegende Abschnitte (3c, 3d) der Innenwand der Rohrleitung (3) beim Einbringen des Druckgusses über die Stützstruktur (4) gegeneinander abstützen und dass die Stützstruktur (4) nach dem Erstarren des Grundkörpermaterials und der Entnahme aus der Druckgussform beim Betrieb der Temperiervorrichtung (1) in der Rohrleitung (3) verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) in einem Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung der Rohrleitung (3) radial zur Symmetrieachse der Rohrleitung (3) angeordnete Streben (4a) aufweist und dass je ein Ende dieser Streben (4a) an der Innenwand der Rohrleitung (3) befestigt ist und die anderen Enden der Streben zueinander gewandt und zueinander beabstandet sind und dass vor, bei oder nach dem Einlegen der Rohrleitung (3) in die Druckgussform ein Stab- oder Rohrelement zwischen die zueinander gewandten Enden der Streben eingeschoben wird und die zueinander gewandten Enden der Streben auf einer Außenfläche des Stab- oder Rohrelementes aufliegen und dass zumindest ein Teil der für das Temperiermedium durchfließbaren Kanäle (5) jeweils von benachbarten Streben (4a) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des zwischen den zueinander gewandten Enden der Streben eingeschobenen Rohrelementes zumindest ein weiterer Teil der für das Temperiermedium durchfließbaren Kanäle (5) von diesem Rohrelement gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) in einem Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung der Rohrleitung (3) radial zur Symmetrieachse der Rohrleitung (3) angeordnete Streben (4a) aufweist und diese Stützstruktur (4) vor, bei oder nach dem Einlegen der Rohrleitung (3) in die Druckgussform in die Rohrleitung (3) eingeschoben wird und dass je ein Ende dieser Streben lose an der Innenwand der Rohrleitung (3) anliegt und die anderen Enden der Streben zueinander gewandt und miteinander verbunden sind und dass zumindest ein Teil der für das Temperiermedium durchfließbaren Kanäle (5) jeweils von benachbarten Streben (4a) gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) entlang des gesamten in der Druckgussform angeordneten Abschnitts der Rohrleitung (3) aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) in einem Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung der Rohrleitung (3) radial zur Symmetrieachse der Rohrleitung (3) angeordnete Streben (4a) aufweist und dass je ein Ende dieser Streben (4a) an der Innenwand der Rohrleitung (3) befestigt ist und die anderen Enden der Streben zueinander gewandt und fest miteinander verbunden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander gewandten Enden der Streben (4a) über ein entlang der Rohrleitung (3) angeordnetes Kanalelement miteinander verbunden sind.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Aufbauens der Stützstruktur (4) in der Rohrleitung (3) vor dem Einlegen der Rohrleitung (3) in die Druckgussform oder im Falle der mit der Rohrleitung (3) fest verbundenen Stützstruktur (4) die Rohrleitung (3) mit der Stützstruktur (4) gebogen wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Druckguss des Grundkörpermaterials ein Kühlmittel durch die Rohrleitung (3) mit Stützstruktur (4) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform zumindest ein Abschnitt eines Rohrendes der Rohrleitung aus der Druckgussform herausgeführt ist und dass dieser Abschnitt der Rohrleitung vor, bei oder nach dem Einlegen in die Druckgussform oder nach der Entnahme aus der Druckgussform in seiner Außenkontur ausgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform an zumindest einem Rohrende der Rohrleitung ein Rohrstutzen aufgesetzt wird und ein Abschnitt dieses Rohrstutzens nach dem Einlegen der Rohrleitung in die Druckgussform von der Druckgussform umschlossen wird und ein weiterer Abschnitt dieses Rohrstutzens aus der Druckgussform herausgeführt ist und beim Druckguss zumindest ein Teilabschnitt des in der Druckgussform angeordneten Abschnitts des Rohrstutzens von dem Grundkörpermaterial umflossen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des in der Druckgussform liegenden Abschnitts des Rohrstutzens ein Spaltmaß zwischen einer Außenkontur des zumindest einen Rohrendes und einer Innenkontur des aufsitzenden Rohrstutzens derart dimensioniert ist, dass im Bereich des in der Druckgussform angeordneten Teilabschnitts des Rohrstutzens Grundkörpermaterial beim Druckguss zwischen Rohrstutzen und Rohrende einfließt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Druckgussform herausgeführte Abschnitt des Rohrstutzens vor, bei oder nach dem Einlegen in die Druckgussform oder nach der Entnahme aus der Druckgussform in seiner Außenkontur ausgeformt wird.
Rohrleitung (3) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (3) eine Stützstruktur (4) mit Streben (4a) aufweist und diese Streben in einem zur Durchflussrichtung der Rohrleitung (3) senkrecht liegenden Querschnitt gegenüberliegende Abschnitte (3c, 3d) der Innenwand der Rohrleitung (3) gegeneinander abstützt und dass die Stützstruktur (4) zwischen den Streben (4a) entlang der Rohrleitung für ein Temperiermedium durchfließbare Kanäle (5) ausbildet.
Rohrleitung (3) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf den in Durchflussrichtung der Rohrleitung (3) senkrecht liegenden Querschnitt die Streben (4a) radial zur Symmetrieachse der Rohrleitung (3) angeordnet sind.
Rohrleitung (3) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwand der Rohrleitung zugewandte Enden der Streben (4a) lose an der Innenwand der Rohrleitung (3) anliegen und dass die anderen Enden der Streben (4a) zueinander gewandt und fest miteinander verbunden sind.
Rohrleitung (3) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander gewandten Enden der Streben (4a) über ein entlang der Rohrleitung (3) angeordnetes Kanalelement miteinander verbunden sind.
Rohrleitung (3) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwand der Rohrleitung zugewandte Enden der Streben (4a) fest mit der Innenwand der Rohrleitung (3) verbunden sind
Rohrleitung (3) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Enden der Streben (4a) zueinander gewandt und fest miteinander verbunden sind.
Rohrleitung (3) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Enden der Streben (4a) zueinander gewandt und an einer Außenseite eines zwischen den zueinander gewandten Enden der Streben (4) und zumindest abschnittsweise entlang der Rohrleitung (3) angeordneten Stab- oder Rohrelementes aufliegen.
Rohrleitung (3) nach einem der Ansprüche 16, dadurch gekennzeichnet, dass die der Innenwand der Rohrleitung (3) zugewandte Enden der Streben (4a) Stützflächen aufweisen und diese Stützflächen an der Innenwand der Rohrleitung (3) anliegen.