DE112009004795B4 - Verwirbelungselement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Verwirbelungselement (21) für eine Kühlvorrichtung (41), aufweisend: einen Kühlkörper (24) mit eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten und jeweils durch einen Zwischenraum (25) voneinander beabstandeten Lammellenabschnitten (22) und einen die Lamellenabschnitte tragenden Basisabschnitt (23), wobei eine Vielzahl von Bolzen (26) in einer Richtung von einem oberen Ende der Lamellenabschnitte zum Basisabschnitt (23) hin kraftschlüssig in den Zwischenraum eingesetzt ist, wobei jeder Lamellenabschnitt durch Einfügen der Bolzen (26) in die Zwischenräume plastisch von der dem Basisabschnitt (23) abgewandten Seite hin zu dem dem Basisabschnitt (23) zugewandten Ende der Bolzen (26) verformt ist, wobei die Lamellenabschnitte, gesehen von der Richtung, in der die Bolzen (26) eingesetzt sind, wellenartig geformt sind, und wobei die Bolzen (26) zwischen den Lamellenabschnitten und beabstandet vom Basisabschnitt (23) fixiert sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verwirbelungselement, der beispielsweise in einer Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Leistungswandlers verwendet werden soll, und ein Verfahren zur Herstellung des Verwirbelungselements.
  • Ein Leistungswandler, der zum Einbau in einem Hybrid-Elektroauto, einem Elektroauto usw. bestimmt ist, ist herkömmlicherweise so eingerichtet, dass er eine Halbleitervorrichtung und eine elektrische Komponente zum Umwandeln von Leistung aufweist. Da unter anderem die Halbleitervorrichtung im Betrieb eine große Menge an Wärme erzeugt, ist der Wandler mit einer Kühlvorrichtung versehen, um Wärmeableitungseigenschaften zu gewährleisten. Im vorliegenden Fall ist die Kühlvorrichtung so aufgebaut, dass sie Wärme ableitende Lamellen in einem Kühlgehäuse aufweist und bewirkt, dass ein Kühlmittel (ein Kühlmedium) in dem Kühlgehäuse strömt, um die Wärme, die unter anderem in der Halbleitervorrichtung erzeugt wird, über die Wärme ableitenden Lamellen in das Kühlmittel abzuleiten. Diese Art von Wärme ableitenden Lamellen ist beispielsweise in der JP 2007-110025 A offenbart, wo eine Vielzahl von Wärme ableitenden Lamellen parallel zu einer Wärme ableitenden Grundplatte ausgebildet ist.
  • Im vorliegenden Fall hat der Erfinder als Technik zur Verbesserung einer Kühlleistung der oben genannten Wärme abstrahlenden Lamellen (des Kühlkörpers) einen neuartigen „Kühlkörper und ein Verfahren zur Herstellung des Kühlkörpers” vorgeschlagen und bereits zum Patent angemeldet (z. B. JP 2009-147107 A oder das zugehörige Familienmitglied US 2010/0276134 A1 ). Dieser Kühlkörper ist beziehungsweise diese Kühlrippen sind einstückig und besteht aus einer Vielzahl von Lamellenabschnitten, die in Reihen angeordnet sind, und einem Basisabschnitt, der die Lamellenabschnitte trägt. Die Form jedes Lamellenabschnitts in der Kühlmittel-Strömungsrichtung ist so konstruiert, dass ein Stammabschnitt, der sich an den Basisabschnitt anschließt, gerade ist, und ein Randabschnitt wellig oder zackig ist. Um diesen Kühlkörper herzustellen, werden zuerst die Lamellenabschnitte und der Basisabschnitt durch Extrudieren in Form von Kammzähnen und in gerader Form einstückig ausgebildet. Dann werden die Randabschnitte der durch Extrusion in gerader Form ausgebildeten Lamellenabschnitte mittels eines Werkzeugs (mittels Bolzen) senkrecht zur Extrusionsrichtung gebogen. Diese Biegearbeit wird durch Einführen des Werkzeugs (der Bolzen) in Zwischenräume oder Lücken zwischen den Lamellenabschnitten durchgeführt. Durch dieses Biegen werden die Randabschnitte der Lamellenabschnitte entlang der Kühlmittel-Strömungsrichtung zackig.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Wenn im Kühlkörper beziehungsweise der Kühlrippe der oben genannten Anmeldung die Größe der Zwischenräume zwischen den einzelnen Lamellenabschnitten nicht ganz gleichmäßig ist, können jedoch die folgenden Nachteile entstehen. Wenn die Randabschnitte der Lamellenabschnitte von dem Werkzeug (den Bolzen) gebogen werden sollen, kann es sein, dass die Seitenflächen des in die Zwischenräume eingeführten Werkzeugs (der Bolzen beziehungsweise den Stiften) auf einer Seite auf die Lamellenabschnitte schlagen. Daher wird das Werkzeug (werden die Bolzen) mit Biegespannung beaufschlagt und können brechen. Nachdem die Lamellenabschnitte gebogen wurden, kann es außerdem passieren, dass das Werkzeug (die Bolzen) an den Lamellenabschnitten haftet und sich nur schwer daraus hervorziehen lässt. Falls das Werkzeug (die Bolzen) mit Gewalt herausgezogen wird, wird das Werkzeug (die Bolzen) mit Biegespannung und Zugspannung beaufschlagt und kann brechen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Situation durchgeführt und hat die Aufgabe, ein Verwirbelungselement zu schaffen, das in der Lage ist, einen turbulenten Kühlmittelstrom zu bewirken, um eine Kühlleistung zu verbessern, ohne dass die Haltbarkeit des Werkzeugs berücksichtigt werden müsste, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Verwirbelungselements zu schaffen.
    • (1) Um die genannte Aufgabe zu lösen, schafft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verwirbelungselement für eine Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, mit eifern Kühlkörper beziehungsweise einer Kühlrippe, der eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten und jeweils durch einen Zwischenraum voneinander beabstandeten Lamellenabschnitten und einen die Lamellenabschnitte tragenden Basisabschnitt aufweist, wobei eine Vielzahl von Bolzen beziehungsweise Stiften, die jeweils breiter sind als ein Zwischenraum zwischen den Lamellenabschnitten, die in parallelen, geraden Formen ausgebildet wurden, in Richtung von einem oberen Ende der Lamellenabschnitte zum Basisabschnitt kraftschlüssig in den Zwischenraum eingesetzt ist, wodurch die Lamellenabschnitte durch Einfügen der Bolzen in die Zwischenräume plastisch von der dem Basisabschnitt abgewandten Seite hin zu dem dem Basisabschnitt zugewandten der Bolzen verformt und zu Wellen umgeformt sind und die Bolzen zwischen den Lamellenabschnitten an Stellen, die vom Basisabschnitt beabstandet sind, fixiert sind.
  • Gemäß der oben genannten Ausgestaltung (1) sind die Bolzen zum plastischen Umformen der Lamellenabschnitte zu Wellen kraftschlüssig in den Zwischenraum zwischen den Lamellenabschnitten eingesetzt und dort belassen. Somit besteht keine Notwendigkeit, diese Bolzen aus dem Zwischenraum herauszuziehen. Dieses Verwirbelungselement wird in direkten oder indirekten Kontakt mit einem Wärme erzeugenden Element gebracht, und das Kühlmittel wird zugeführt, damit es im Zwischenraum strömt. Somit wird die Wärme, die in dem Wärme erzeugenden Element erzeugt wird, über die Lamellenabschnitte in das Kühlmittel abgeleitet. Ferner sind in dem Zwischenraum zwischen benachbarten Lamellenabschnitten, die in die Wellenform gebracht sind, ein verengter Bereich und ein erweiterter Bereich vorgesehen. Somit wird das Kühlmittel, das durch diesen Zwischenraum strömt, aufgewirbelt. Außerdem sind die Bolzen in einem Bereich am oberen Ende des Zwischenraums angeordnet, so dass das Kühlmittel, das durch den Zwischenraum strömt, auch aufgewirbelt wird, wenn es über die Bolzen in dem Bereich am oberen Ende des Zwischenraums strömt.
    • (2) Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, sind in der oben genannten Ausgestaltung (1) injwewils benachbarten Zwischenräumen zwischen den Lamellenabschnitten jeweils mehrere Bolzen beabstandet zueinander in Längsrichtung angeordnet, und die Bolzen sind in benachbarten Zwischenräumen versetzt zueinander bzw. mit Lücken in einem abwechselnden Muster angeordnet.
  • Gemäß der oben genannten Ausgestaltung (2) sind zusätzlich zur oben genannten Ausgestaltung (1) die verengten Bereiche und die erweiterten Bereiche in Längsrichtung abwechselnd in jedem der Zwischenräume zwischen benachbarten Lamellenabschnitten angeordnet, an denen jeweils eine Vielzahl von Wellenformen ausgebildet ist, die mit Abständen bzw. Lücken in Längsrichtung angeordnet sind. Somit wird das Kühlmittel, das durch die Zwischenräume strömt, wiederholt aufgewirbelt. Im oberen Endbereich jedes Zwischenraums sind die Bolzen in Längsrichtung der einzelnen Zwischenräume mit Abständen angeordnet. Das Kühlmittel, das durch die Zwischenräume strömt, wird daher wiederholt aufgewirbelt, wenn es über die Bolzen in den oberen Endbereichen der Zwischenräume strömt.
    • (3) Um die genannte Aufgabe zu lösen, weist in der oben genannten Ausgestaltung (1) oder (2) jeder Bolzen vorzugsweise an seinem dem Basisabschnitt zugewandten Ende eine konische Form auf.
  • Gemäß der oben genannten Ausgestaltung (3) kann zusätzlich zu der oben genannten Ausgestaltung (1) oder (2) jeder Bolzen aufgrund der konischen Formen der Bolzen ohne Probleme kraftschlüssig in die Zwischenräume zwischen den Lamellenabschnitten eingesetzt werden.
    • (4) Um die genannte Aufgabe zu lösen, ist in der oben genannten Ausgestaltung (1) oder (2) jeder Bolzen vorzugsweise als Gewindebolzen ausgebildet und weist zumindest an seinem dem Basisabschnitt zugewandten Ende eine konische Form auf, wobei jeder Gewindebolzen in die Zwischenräume eingeschraubt ist.
  • Gemäß der oben genannten Ausgestaltung (4) sind die Gewindebolzen zusätzlich zur Vorgehensweise der oben genannten Ausgestaltung (1) oder (2) nicht nur einfach kraftschlüssig in die Zwischenräume zwischen Lamellenabschnitten eingesetzt, sondern zwischen die Lamellenabschnitte geschraubt, um die Gewindebolzen kraftschlüssig in die Zwischenräume einzusetzen, wodurch die Lamellenabschnitte gebogen und plastisch in Wellenform gebracht sind. Solange von einem Schraubenzieher ein geringes Drehmoment an die Gewindebolzen angelegt wird, werden eine Schub- und eine Keilkraft, die aus der konischen Form resultiert, an die Gewindebolzen angelegt.
    • (5) Um die genannte Aufgabe zu lösen, schafft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Verwirbelungselements für eine Kühlvorrichtung, aufweisend die folgenden Schritte: Extrudieren eines Kühlkörpers derart, dass die Lamellenabschnitte in parallelen, geraden Formen, die jeweils durch einen Zwischenraum voneinander beabstandet sind, ausgebildet werden; und Bereitstellen einer Vielzahl von Bolzen, die jeweils breiter sind als die Breite des Zwischenraums, und kraftschlüssiges Einfügen der Bolzen in den Zwischenraum von den dem Basisteil abgewandten Ende der Lamellenabschnitte her in Richtung zum Basisabschnitt derart, dass die Lamellenabschnitte in dem Abschnitt in dem die Bolzen eingefügt sind, durch plastische Umformung wellenförmig ausgebildet werden, wobei die Bolzen zwischen den Lamellenabschnitten und beabstandet vom Basisabschnitt fixiert werden.
  • Gemäß der oben genannten Ausgestaltung (5) werden die Bolzen zum plastischen Umformen der Lamellenabschnitte zu Wellen kraftschlüssig in die Zwischenräume zwischen den Lamellenabschnitten eingesetzt und dort belassen. Somit besteht keine Notwendigkeit, diese Bolzen aus dem Zwischenraum herauszuziehen. Dieses Verwirbelungselement wird in direkten oder indirekten Kontakt mit einem Wärme erzeugenden Element gebracht, und das Kühlmittel wird zugeführt, damit es im Zwischenraum strömt. Somit wird die Wärme, die im Wärme erzeugenden Element erzeugt wird, durch die Lamellenabschnitte in das Kühlmittel abgeleitet. Ferner sind im Zwischenraum zwischen benachbarten Lamellenabschnitten, die in Wellenformen gebracht wurden, ein verengter Bereich und ein erweiterter Bereich vorgesehen. Somit wird das Kühlmittel, das durch einen solchen Zwischenraum strömt, aufgewirbelt. Außerdem werden die Bolzen in einem oberen Endbereich des Zwischenraums angeordnet, so dass das Kühlmittel, das durch den Zwischenraum strömt, auch aufgewirbelt wird, wenn es über die Bolzen im oberen Endbereich des Zwischenraums strömt.
    • (6) Um die genannte Aufgabe zu lösen, wird in der oben genannten Ausgestaltung (5) in jeweils benachbarten Zwischenräumen zwischen den Lamellenabschnitten jeweils mehrere Bolzen beabstandet zueinander in Längsrichtung angeordnet, und die Bolzen, die in benachbarten Zwischenräumen angeordnet werden, werden versetzt zueinander in einem abwechselnden Muster angeordnet.
  • Gemäß der oben genannten Ausgestaltung (6) werden zusätzlich zur Vorgehensweise der obigen Ausgestaltung (5) die verengten Bereiche und die erweiterten Bereiche in Längsrichtung abwechselnd in den einzelnen Zwischenräumen zwischen benachbarten Lamellenabschnitten angeordnet, an denen jeweils eine Vielzahl von Wellenformen ausgebildet sind, die in Längsrichtung mit Abständen angeordnet sind. Somit wird das Kühlmittel, das durch die Zwischenräume strömt, wiederholt aufgewirbelt. Im oberen Endbereich jedes Zwischenraums werden die Bolzen in Längsrichtung jedes Zwischenraums mit Abständen angeordnet. Das Kühlmittel, das durch den Zwischenraum strömt, wird daher wiederholt aufgewirbelt, wenn es über die Bolzen in den oberen Endbereichen der Zwischenräume strömt.
    • (7) Um die genannte Aufgabe zu lösen, ist in der oben genannten Ausgestaltung (5) oder (6) jeder Bolzen vorzugsweise als Gewindebolzen augebildet und weist zumindest an seinem dem Basisabschnitt zugewandten Ende eine konische Form auf, und die derart ausgestalteten Gewindebolzen werden in die Zwischenräume zwischen benachbarte Lamellenabschnitte geschraubt.
  • Gemäß der oben genannten Ausgestaltung (7) werden zusätzlich zur Vorgehensweise der oben genannten Ausgestaltung (5) oder (6) und anders als in dem Fall, wo Bolzen einfach kraftschlüssig in Zwischenräume zwischen Lamellenabschnitten eingesetzt werden, die Gewindebolzen zwischen die Lamellenabschnitte geschraubt, um die Gewindebolzen kraftschlüssig in die Zwischenräume einzusetzen, wodurch die Lamellenabschnitte gebogen und plastisch zu Wellen umgeformt werden. Solange von einem Schraubenzieher ein geringes Drehmoment an die Gewindebolzen angelegt wird, werden eine Schubkraft und eine Keilkraft, die ein Ergebnis der konischen Form ist, an die Gewindebolzen angelegt.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung (1) besteht keine Notwendigkeit, während der Herstellung die Haltbarkeit des Werkzeugs zu berücksichtigen, und daher können Steifigkeit und Festigkeit in der Struktur dadurch verbessert werden, dass die Bolzen zwischen den Lamellenabschnitten belassen werden. Ferner wird bewirkt, dass das Kühlmittel durch den Zwischenraum zwischen den Lamellenabschnitten strömt, so dass das Kühlmittel veranlasst wird, einen turbulenten Strom zu bilden, wodurch eine Wärmemenge, die von den einzelnen Lamellenabschnitten in das Kühlmittel abgeleitet werden kann, erhöht wird. Somit kann die Kühlleistung erhöht werden.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung (2) wird zusätzlich zu den Vorteilen der genannten Ausgestaltung (1) der turbulente Strom des Kühlmittels, das durch die Zwischenräume strömt, wiederholt aufgewirbelt, und somit kann eine noch stärkere Turbulenz des Storms hervorgerufen werden. Dadurch kann die Kühlleistung noch mehr verbessert werden.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung (3) können zusätzlich zu den Vorteilen der genannten Ausgestaltung (1) oder (2) die Bolzen auf einfache Weise kraftschlüssig in die Zwischenräume zwischen den Lamellenabschnitten eingesetzt werden.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung (4) besteht zusätzlich zu den Vorteilen der genannten Ausgestaltung (1) oder (2) zudem keine Notwendigkeit, eine größere axiale Kraft als nötig an die Gewindebolzen anzulegen, um die Gewindebolzen kraftschlüssig in den Zwischenraum/die Zwischenräume zwischen den Lamellenabschnitten einzusetzen. Daher kann verhindert werden, dass die Gewindebolzen aus dem Zwischenraum/den Zwischenräumen zwischen den Lamellenabschnitten herausfallen.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung (5) besteht keine Notwendigkeit, während der Herstellung die Haltbarkeit des Werkzeugs zu berücksichtigen, und daher können Steifigkeit und Festigkeit in der Struktur durch die Bolzen, die zwischen den Lamellenabschnitten belassen werden, verbessert werden. Ferner wird bewirkt, dass das Kühlmittel durch den Zwischenraum zwischen den Lamellenabschnitten strömt, so dass das Kühlmittel veranlasst wird, einen turbulenten Strom zu bilden, wodurch die Warmemenge, die von den einzelnen Lamellenabschnitten in das Kühlmittel abgeleitet werden kann, erhöht wird. Somit kann die Kühlleistung erhöht werden.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung (6) wird zusätzlich zu den Vorteilen der genannten Ausgestaltung (5) der turbulente Strom des Kühlmittels, das durch die Zwischenräume strömt, wiederholt aufgewirbelt, und somit kann eine noch stärkere Turbulenz des Stroms hervorgerufen werden. Dadurch kann die Kühlleistung noch weiter verbessert werden.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung können die Bolzen zudem auf einfache Weise kraftschlüssig in die Zwischenräume zwischen den Lamellenabschnitten eingesetzt werden.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung (7) besteht zusätzlich zu den Vorteilen der genannten Ausführungsform (5) oder (6) zudem keine Notwendigkeit, eine größere axiale Kraft als nötig an die Gewindebolzen anzulegen, um die Gewindebolzen kraftschlüssig in den Zwischenraum/die Zwischenräume zwischen den Lamellenabschnitten einzusetzen. Daher kann verhindert werden, dass die Gewindebolzen aus dem Zwischenraum/den Zwischenräumen zwischen den Lamellenabschnitten herausfallen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine Draufsicht auf ein Verwirbelungselement einer ersten Ausführungsform;
  • 2 ist eine Schnittansicht des Verwirbelungselements der ersten Ausführungsform entlang einer Linie 2-2 in 1;
  • 3 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen in 1 mit einer elliptischen Punkt/Strich-Linie umschriebenen Teil des Verwirbelungselements der ersten Ausführungsform darstellt;
  • 4 ist eine Schnittansicht des Verwirbelungselements der ersten Ausführungsform entlang einer Linie 4-4 in 3;
  • 5 ist ein Ablaufschema, das ein Verfahren zum Herstellen des Verwirbelungselements der ersten Ausführungsform darstellt;
  • 6 ist eine perspektivische Darstellung eines Verfahrens zum Extrudieren eines Kühlkörpers der ersten Ausführungsform;
  • 7 ist eine perspektivische Darstellung des Kühlkörpers der ersten Ausführungsform unmittelbar nach der Extrusion;
  • 8 ist eine Vorderansicht, die einen Vorgang des kraftschlüssigen Einsetzens von Bolzen in Zwischenräume zwischen Lamellenabschnitten der ersten Ausführungsform, die zu geraden Formen extrudiert wurden, zeigt;
  • 9 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Struktur einer Kühlvorrichtung der ersten Ausführungsform;
  • 10 ist eine Schnittdarstellung der gesamten Kühlvorrichtung der ersten Ausführungsform entlang einer Linie 10-10 in 9;
  • 11 ist eine Schnittdarstellung eines Teils der Kühlvorrichtung der ersten Ausführungsform entlang einer Linie 11-11 in 10;
  • 12 ist eine Schnittdarstellung eines Teils der Kühlvorrichtung der ersten Ausführungsform entlang einer Linie 12-12 in 11;
  • 13 ist eine vergrößerte Draufsicht entsprechend 3, die einen Teil eines Verwirbelungselements einer zweiten Ausführungsform zeigt;
  • 14 ist eine Schnittdarstellung des Verwirbelungselements der zweiten Ausführungsform entlang einer Linie 14-14 in 13; und
  • 15 ist eine Vorderansicht eines Bolzens einer anderen Ausführungsform.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • <Erste Ausführungsform>
  • Es folgt eine ausführliche Beschreibung einer bevorzugten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Verwirbelungselement und ein Verfahren zu dessen Hersteller umfasst.
  • 1 ist eine Draufsicht auf ein in dieser Anmeldung auch als Wärmetauscher bezeichnetes Verwirbelungselement 21 dieser Ausführungsform. 2 ist eine Schnittdarstellung des Verwirbelungselements 21 entlang einer Linie 2-2 in 1. 3 ist eine vergrößerte Draufsicht auf nur einen Teil des Verwirbelungselements 21, der von einer elliptischen Punkt/Strich-Linie S1 in 1 umschrieben ist. 4 ist eine Schnittdarstellung des Verwirbelungselements 21 entlang einer Linie 4-4 in 3.
  • Wie in 1 bis 4 dargestellt, weist dieses Verwirbelungselement 21 einen Kühlkörper 24 auf, der aus Aluminium gefertigt ist und der aus einer Vielzahl von Lamellenabschnitten 22 und einem die Lamellenabschnitte 22 tragenden Basisabschnitt 23 besteht. In diesem Verwirbelungselement 21 sind die Lamellenabschnitte 22 in geraden, parallelen Formen ausgebildet, und eine Vielzahl von Bolzen 26, die jeweils breiter sind als Zwischenräume 25, die jeweils zwischen den Lamellenabschnitten 22 ausgebildet sind, sind in Richtung von einem oberen Ende (einem distalen Ende) jedes Lamellenabschnitts 22 zum Basisabschnitt 23 kraftschlüssig in die Zwischenräume 25 eingesetzt. Somit sind die Lamellenabschnitte 22 plastisch zu Zacken oder Wellen umgeformt, so dass die Bolzen 26 zwischen den Lamellenabschnitten 22 und an Stellen, die vom Basisabschnitt 23 beabstandet sind, fixiert sind. Wie in 2 und 4 dargestellt, ist jeder Bolzen nur zwischen oberen Endabschnitten der Lamellenabschnitte 22 kraftschlüssig eingesetzt. Somit sind Teile benachbarter Lamellenabschnitte 22, in die die Bolzen 26 kraftschlüssig eingesetzt sind, in Richtung auf den Basisabschnitt 24 annähernd V-förmig plastisch umgeformt.
  • Wie in 1 bis 4 dargestellt, sind die Zwischenräume 25 zwischen den Lamellenabschnitten 22 in Vielzahl vorgesehen. In den einzelnen Zwischenräumen 25 sind die Bolzen 26 in Längsrichtung der einzelnen Zwischenräume 25 mit gleichmäßigen Abständen angeordnet. Die Bolzen 26 in benachbarten Zwischenräumen 25 sind versetzt zueinander bzw. mit Lücken in einem abwechselnden Muster angeordnet. Da die Bolzen 26 in Bezug auf den Kühlkörper 24 regelmäßig angeordnet sind, sind die Lamellenabschnitte 22 regelmäßig gezackt ausgebildet.
  • Jeder Bolzen 26 ist aus Aluminium gefertigt und so konstruiert, dass er in der Draufsicht eine fast rechteckige Form aufweist sowie Seitenflächen, die konisch verlaufen, wie in 2 und 4 dargestellt. Wegen der konischen Seitenflächen kann somit jeder Bolzen 26 ohne Probleme kraftschlüssig in die Zwischenräume zwischen benachbarten Lamellenabschnitten 22 eingesetzt werden. Dies kann das kraftschlüssige Einsetzen der einzelnen Bolzen 26 in die Zwischenräume 25 zwischen benachbarten Lamellenabschnitten 22 erleichtern.
  • Nun wird ein Verfahren zum Herstellen des oben genannten Verwirbelungselements 21 erläutert. 5 ist ein Ablaufschema, das dieses Herstellungsverfahren darstellt. 6 ist eine perspektivische Darstellung eines Verfahrens zum Extrudieren des Kühlkörpers 24. 7 ist eine perspektivische Darstellung des Kühlkörpers 24 unmittelbar nach der Extrusion. 8 ist eine Vorderansicht, die ein Verfahren zum kraftschlüssigen Einsetzen der Bolzen 26 in die Zwischenräume 25 zwischen den Lamellenabschnitten 22 zeigt, die durch Extrusion in geraden Formen ausgebildet wurden.
  • Um dieses Verwirbelungselement bzw. diesen Wärmetauscher 21 herzustellen, wird zuerst ein „Kühlkörper-Extrusionsschritt” (1) in 5 durchgeführt. Genauer wird in diesem Schritt der Kühlkörper 24 durch Extrusion erzeugt, um die Lamellenabschnitte 22 in parallelen, geraden Formen auszubilden. Dieser Schritt wird beispielsweise anhand eines Formwerkzeugs 32 einer Extrusionsmaschine 31 durchgeführt, wie in 6 dargestellt, um die geraden Lamellenabschnitte 22 und den Basisabschnitt 23 durch eine kammförmige Bohrung 33 hindurch einstückig zu extrudieren. Mit diesem Schritt wird der Kühlkörper 24 erhalten, der in 7 dargestellt ist und in dem die Lamellenabschnitte 22 in parallelen, geraden Formen auf dem flachen Basisabschnitt 23 ausgebildet sind.
  • Dann wird als zweites ein „Schritt zum formschlüssigen Einsetzen und Fixieren eines Bolzens” (2) in 5 durchgeführt. Genauer werden in diesem Schritt, wie in 8 dargestellt, die Bolzen 26, die breiter sind als die Zwischenräume 25, in Richtung vom oberen Ende der einzelnen Lamellenabschnitte 22 zum Basisabschnitt 23 kraftschlüssig in die Zwischenräume 25 zwischen den in geraden Formen extrudierten Lamellenabschnitten 22 eingesetzt. Dadurch werden die Lamellenabschnitte 22 plastisch zu den Zacken bzw. Wellen umgeformt, die in 1 und 3 dargestellt sind. Gleichzeitig werden die Bolzen 26 zwischen den Lamellenabschnitten 22 und an Stellen, die vom Basisabschnitt 23 beabstandet sind, fixiert, wie in 2 und 4 dargestellt. Mit diesem Schritt wird, wie in 1 und 2 dargestellt, das Verwirbelungselement 24 erhalten, dessen Lamellenabschnitte 22 von den Bolzen 26 in Wellenform gebracht wurden.
  • Gemäß dem Verwirbelungselement 21 und dem Verfahren zu dessen Herstellung in der oben erläuterten Ausführungsform werden die Bolzen 26 zum plastischen Umformen der Lamellenabschnitte 22 zu Zacken bzw. Wellen kraftschlüssig in die Zwischenräume 25 zwischen den Lamellenabschnitten 22 eingesetzt und dort belassen. Es besteht keine Notwendigkeit, die Bolzen 26 aus den Zwischenräumen 25 herauszuziehen. Somit besteht, im Gegensatz zum herkömmlichen Beispiel, keine Gefahr, dass das Werkzeug (der Bolzen) bricht, wenn das Werkzeug (der Bolzen) in die Zwischenräume zwischen den Lamellenabschnitten eingeführt wird und auf eine Seite der Lamellenabschnitte schlägt, oder wenn das Werkzeug (die Bolzen) mit Gewalt herausgezogen wird. Daher ist es nicht nötig, die Haltbarkeit des Werkzeugs (des Bolzens) während der Herstellung zu berücksichtigen. Die Bolzen 26, die in den Zwischenräumen 25 zwischen den Lamellenabschnitten 22 belassen werden, können auch die Steifigkeit und Festigkeit in der Struktur des Verwirbelungselements 21 verbessern.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Verwirbelungselements 21 dieser Ausführungsform können die Bolzen 26 gleichzeitig kraftschlüssig in die Zwischenräume 25 zwischen den Lamellenabschnitten 22 des durch Extrusion hergestellten Kühlkörpers 24 eingesetzt werden. Beispielsweise können die Bolzen 26 auf solche Weise gleichzeitig und kraftschlüssig eingesetzt werden, dass zunächst nur führende Endabschnitte der Bolzen 26 in die Zwischenräume 25 des Kühlkörpers 24 eingeführt werden und dann die Bolzen 26 gemeinsam von oben her durch eine Presse oder dergleichen nach unten gepresst werden. Somit kann das Verfahren im Vergleich zu dem Fall, dass die Bolzen 26 einzeln kraftschlüssig eingesetzt werden, vereinfacht werden.
  • Nun wird eine Kühlvorrichtung beschrieben, die das oben genannte Verwirbelungselement 21 aufweist. 9 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Kühlvorrichtung 41 dieser Ausführungsform. 10 ist eine Schnittansicht der gesamten Kühlvorrichtung 41 entlang einer Linie 10-10 in 9. 11 ist eine Schnittansicht eines Teils der Kühlvorrichtung 41 entlang einer Linie 11-11 in 10. 12 ist eine Schnittansicht eines Teils der Kühlvorrichtung 41 entlang einer Linie 12-12 in 11.
  • Wie in 10 dargestellt, ist die Kühlvorrichtung 41 dieser Ausführungsform dafür ausgelegt, ein Halbleiterelement 42 mit hoher Wärmeerzeugung zu kühlen, das für eine Leistungswandlung verwendet wird und das in einem Hybrid-Elektroauto, einem Elektroauto usw. eingebaut ist. Diese Kühlvorrichtung 41 weist auf: ein Kühlgehäuse 43 mit der Form eines am Boden geschlossenen, flachen Kastens, der in der Draufsicht rechteckig ist, das Verwirbelungselement 21, der so ausgerichtet ist, dass sein Basisabschnitt 23 unten ist, und der im Kühlgehäuse 43 untergebracht ist, eine Abdeckung 44, die eine obere Öffnung 43a des Kühlgehäuses 43, das das Verwirbelungselement 21 enthält, abdeckt, und einen Wärmeverteiler 45, der an einer Oberseite der Abdeckung 44 befestigt ist. Das eine große Wärmemenge erzeugende Halbleiterelement 42 ist an einer Oberseite des Wärmeverteilers 45 befestigt. Wie in 9 und 10 dargestellt, weist das Kühlgehäuse 43 einen Flansch 43b auf, der von einem Umfangsrand an der oberen Seite ausgeht. Die Abdeckung 44 ist durch Hartlöten bzw. „Brazing” an einer Oberseite dieses Flansches 43b und einer Oberseite (einer Seite, auf der der Bolzen 26 erscheint) des Verwirbelungselements 21 befestigt. In diesem Befestigungszustand sind die Zwischenräume 25 zwischen den Lamellenabschnitten 22 durch die Abdeckung 44 geschlossen, wodurch Strömungswege für Kühlwasser, das als Kühlmittel dient, geschaffen werden. Ferner sind in einer Bodenwand des Kühlgehäuses 43, ein Einlass 43c zum Einführen von Kühlwasser und ein Auslass 43 zum Abführen des Kühlwassers ausgebildet.
  • Gemäß der oben genannten Kühlvorrichtung strömt das Kühlwasser, wenn es durch den Einlass 43c in das Kühlgehäuse 43 geliefert wird, durch die Zwischenräume 25 zwischen den Lamellenabschnitten 22 und wird dann durch den Auslass 43d nach außen abgeführt. Dabei wird die Wärme, die im Halbleiter 43 erzeugt wird, über den Wärmeverteiler 45, die Abdeckung 44 und die Lamellenabschnitte 22 in das Kühlwasser abgegeben, das durch die Zwischenräume 25 strömt. Durch diese Wärmeableitung wird das Halbleiterelement 42 gekühlt.
  • Da die Kühlvorrichtung 41 das oben genannte Verwirbelungselement 21 verwendet, weist jeder der Lamellenabschnitte 22 eine Vielzahl von Zackenformen bzw. Wellenformen auf, die in Längsrichtung der Lamellenabschnitte in vorgegebenen Abschnitten angeordnet sind, wie in 12 dargestellt. In jedem der Zwischenräume 25 zwischen den Lamellenabschnitten 22 sind daher verengte Bereiche 25a und erweiterte Bereiche 25b in Längsrichtung abwechselnd angeordnet. Somit wird das Kühlwasser, das durch die einzelnen Zwischenräume 25 strömt, in den erweiterten Bereichen 25b wiederholt aufgewirbelt, wie von dicken Pfeilen in 12 angezeigt. Ferner können die turbulenten Ströme auch in den verengten Bereichen 25a auftreten. Infolgedessen kann die Wärmemenge, die von den einzelnen Lamellenabschnitten 22 in das Kühlwasser abgeleitet werden kann, durch den turbulenten Strom des Kühlwassers vergrößert werden. Dies kann die Kühlleistung des Verwirbelungselements 21 verstärken.
  • Wie in 11 dargestellt, sind außerdem in den oberen Endbereichen der genannten Zwischenräume 25 die Bolzen 26 in Längsrichtung der einzelnen Zwischenräume 25 mit vorgegebenen Abständen angeordnet. Somit wird das Kühlwasser, das durch die einzelnen Zwischenräume 25 strömt, im oberen Endbereich jedes Zwischenraums 25 wiederholt aufgewirbelt, wenn das Kühlwasser über die Bolzen 26 strömt, wie von dicken Pfeilen in 11 angezeigt. Dadurch können turbulente Ströme des Kühlwassers in den einzelnen Zwischenräumen 25 hervorgerufen werden. Die Wärmemenge, die von den einzelnen Lamellenabschnitten 22 in das Kühlwasser abgeleitet werden kann, kann weiter erhöht werden. Daher kann die Kühlleistung des Verwirbelungselements 21 weiter verbessert werden.
  • In der Kühlvorrichtung 41, die das Verwirbelungselement 21 dieser Ausführungsform verwendet, können die Zackenformen bzw. Wellenformen der Lamellenabschnitte 22 den Vorteil bieten, dass sie turbulente Kühlwasserströme hervorrufen. Die Bolzen 26 können ebenfalls den Vorteil bieten, dass sie eine noch größere Turbulent der Kühlwasserströme bewirken. Diese beiden Arten von Turbulenzen auslösenden Wirkungen wirken synergistisch, um die Kühlleistung des Verwirbelungselements 21 und der Kühlvorrichtung 41 zu verbessern.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • Eine zweite Ausführungsform eines Verwirbelungselements und eines Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung erläutert.
  • In der folgenden Erläuterung erhalten Teile, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich oder gleich sind, die gleichen Bezugszeichen, und sie werden nicht ausführlich erklärt. Die folgende Erläuterung konzentriert sich daher auf Unterschiede zur ersten Ausführungsform.
  • 13 ist eine vergrößerte Draufsicht, entsprechend 3, auf einen Teil des Verwirbelungselements dieser Ausführungsform. 14 ist eine Schnittansicht des Verwirbelungselements entlang einer Linie 14-14 in 13. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Ausgestaltung der Vielzahl von Bolzen. Genauer wird in dieser Ausführungsform eine Vielzahl von konischen Gewindebolzen 27 als Bolzen verwendet. An der Spitze jedes konischen Gewindebolzens 27 ist eine Kreuznut 27a ausgebildet, wie in 13 dargestellt. Jeder konische Gewindebolzen 27 hat eine konische äußere Form wie in 14 dargestellt. Diese konischen Gewindebolzen 27 werden kraftschlüssig in Zwischenräume 25 zwischen benachbarten Lamellenabschnitten 22 geschraubt. Andere Ausgestaltungen dieser Ausführungsform sind im Wesentlichen die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
  • Gemäß dem Verwirbelungselement dieser Ausführungsform werden die konischen Gewindebolzen, anders als in dem Fall, wo die Bolzen einfach kraftschlüssig in die Zwischenräume 25 zwischen den Lamellenabschnitten 22 eingesetzt werden, zwischen die Lamellenabschnitte 22 geschraubt und somit kraftschlüssig in die Zwischenräume 25 eingesetzt. Dadurch werden die benachbarten Lamellenabschnitte 22 gebogen und plastisch zu Zacken bzw. Wellen umgeformt. Solange unter Verwendung eines Schraubenziehers ein geringes Drehmoment an die Gewindebolzen 27 angelegt wird, werden hierbei die Schubkraft und die Keilkraft, die aus den konischen Formen resultieren, an die konischen Gewindebolzen 27 angelegt. Daher ist es nicht nötig, eine größere axiale Kraft als notwendig an die konischen Gewindebolzen 27 anzulegen, um die konischen Gewindebolzen 27 kraftschlüssig in die Zwischenräume 25 zwischen den Lamellenabschnitten 22 einzusetzen. Nach dem kraftschlüssigen Einsetzen greifen Gewindegänge der konischen Gewindebolzen 27 an den Lamellenabschnitten 22 an. Dadurch wird verhindert, dass die konischen Gewindebolzen 27 später zwischen den Lamellenabschnitten 22 herausfallen.
  • Die anderen Vorgehensweisen und Vorteile des Verwirbelungselements dieser Ausführungsform und des Verfahrens zu dessen Herstellung, und die Vorgehensweisen und Vorteile der Kühlvorrichtung, die das Verwirbelungselement dieser Ausführungsform verwendet, sind denen der ersten Ausführungsform grundsätzlich gleich.
  • In den oben genannten Ausführungsformen werden die Bolzen 26 oder die konischen Gewindebolzen 27, die jeweils die konische äußere Form aufweisen, verwendet. Alternativ dazu kann auch ein Bolzen 28 oder eine Gewindebolzen, bei dem nur ein führender Endabschnitt 28a einer Seitenfläche konisch ist, wie in 15 in Vorderansicht dargestellt, verwendet werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung kann in einer Kühlvorrichtung verwendet werden, um einen Leistungswandler, der in einem Hybrid-Elektroauto, einem Elektroauto usw. eingebaut werden soll, zu kühlen.
  • Bezugszeichenliste
    • 21
    Verwirbelungselement
    22
    Lamellenabschnitt
    23
    Basisabschnitt
    24
    Kühlkörper
    25
    Zwischenraum
    25a
    Verengter Bereich
    25b
    Erweiterter Bereich
    26
    Bolzen
    27
    Konischer Gewindebolzen (Bolzen)
    28
    Bolzen
    28a
    Führender Endabschnitt
    41
    Kühlvorrichtung
    42
    Halbleiterelement
    43
    Kühlgehäuse
    43a
    Öffnung
    43b
    Flansch
    43c
    Einlass
    44
    Abdeckung
    45
    Wärmeverteiler

Claims (7)

  1. Verwirbelungselement (21) für eine Kühlvorrichtung (41), aufweisend: einen Kühlkörper (24) mit eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten und jeweils durch einen Zwischenraum (25) voneinander beabstandeten Lammellenabschnitten (22) und einen die Lamellenabschnitte tragenden Basisabschnitt (23), wobei eine Vielzahl von Bolzen (26) in einer Richtung von einem oberen Ende der Lamellenabschnitte zum Basisabschnitt (23) hin kraftschlüssig in den Zwischenraum eingesetzt ist, wobei jeder Lamellenabschnitt durch Einfügen der Bolzen (26) in die Zwischenräume plastisch von der dem Basisabschnitt (23) abgewandten Seite hin zu dem dem Basisabschnitt (23) zugewandten Ende der Bolzen (26) verformt ist, wobei die Lamellenabschnitte, gesehen von der Richtung, in der die Bolzen (26) eingesetzt sind, wellenartig geformt sind, und wobei die Bolzen (26) zwischen den Lamellenabschnitten und beabstandet vom Basisabschnitt (23) fixiert sind.
  2. Verwirbelungselement (21) nach Anspruch 1, wobei in jeweils benachbarten Zwischenräumen (25) zwischen den Lamellenabschnitten jeweils mehrere Bolzen (26) beabstandet zueinander in Längsrichtung angeordnet sind, und die Bolzen (26) in benachbarten Zwischenräumen versetzt zueinander in einem abwechselnden Muster angeordnet sind.
  3. Verwirbelungselement (21) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder Bolzen (26) zumindest an seinem dem Basisabschnitt (23) zugewandten Ende eine konische Form aufweist.
  4. Verwirbelungselement (21) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder Bolzen (26) als Gewindebolzen (26) ausgebildet ist und zumindest an seinem dem Basisabschnitt (23) zugewandten Ende eine konische Form aufweist, und wobei die einzelnen Gewindebolzen (26) zwischen benachbarte Lamellenabschnitte eingeschraubt sind.
  5. Verfahren zum Herstellen eines Verwirbelungselement (21) für eine Kühlvorrichtung (41) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend die folgenden Schritte: Extrudieren des Kühlkörpers (24) derart, dass die Lamellenabschnitte in parallelen, geraden Formen, die jeweils durch einen Zwischenraum (25) voneinander beabstandet sind, ausgebildet werden; Bereitstellen einer Vielzahl von Bolzen (26), die jeweils breiter sind als die Breite des Zwischenraums (25); und kraftschlüssiges Einfügen der Bolzen (26) in den Zwischenraum (25) von den dem Basisteil abgewandten Ende der Lamellenabschnitte her in Richtung zum Basisabschnitt (23) derart, dass die Lamellenabschnitte in dem Abschnitt, in dem die Bolzen (26) eingefügt sind, durch plastische Umformung wellenförmig ausgebildet werden, wobei die Bolzen (26) zwischen den Lamellenabschnitten und beabstandet vom Basisabschnitt (23) fixiert werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei in jeweils benachbarten Zwischenräumen (25) zwischen den Lamellenabschnitten jeweils mehrere Bolzen (26) beabstandet zueinander in Längsrichtung angeordnet werden, und die Bolzen (26), die in benachbarten Zwischenräumen angeordnet werden, versetzt zueinander in einem abwechselnden Muster angeordnet werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei jeder Bolzen (26) als Gewindebolzen (26) ausgebildet ist und zumindest an seinem dem Basisabschnitt (23) zugewandten Ende eine konische Form aufweist, und die derart ausgestalteten Gewindebolzen (26) in die Zwischenräume zwischen benachbarte Lamellenabschnitte eingeschraubt werden.
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