DE112013003579T5

DE112013003579T5 - Kompakter Aluminium-Wärmetauscher mit geschweissten Röhren für Leistungselektronik undzur Batteriekühlung

Info

Publication number: DE112013003579T5
Application number: DE201311003579
Authority: DE
Inventors: Sampath Desikan; Xu House; Steven Meijers
Original assignee: Granges AB
Current assignee: Granges AB
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-04-30
Also published as: CN103575140A; WO2014014407A2; US20160223264A9; US20150198372A1; WO2014014407A3

Abstract

Ein kompakter Aluminium-Wärmetauscher ist hergestellt durch geschweißte flache Röhren mit inneren und/oder äußeren Lamellen zum Kühlen von Leistungselektronik-Vorrichtungen und/oder Batteriezellen. Der Lamelleneinsatz ist vorfabriziert und manuell oder automatisiert in die flachen Röhren eingesetzt, um die Strömungsverwirbelung und somit die Wärmeabfuhr zu unterstützen. Die Lamellen des Lamelleneinsatzes haben eine wellenartige oder wellenförmige Form und sind durch Musterung oder Wellenformung hergestellt. Die flachen Röhren sind aus einem Bahnmaterial gebogen und entlang ihrer Länge an ihrer schmaleren Seite geschweißt, wodurch die mechanische Festigkeit der Röhren verbessert wird. Die Röhren sind aus einer Kernlegierung hergestellt, welche 0,3 bis 1,8 Gewichtsprozent Mn; 0,25–1,2 Gewichtsprozent Cu; ≥ 0,02 Gewichtsprozent Mg; ≥ 0,01 Gewichtsprozent Si; ≥ 0,05 Gewichtsprozent Fe; ≤ 0,25 Gewichtsprozent Cr; Rest-Aluminium und unvermeidbare Fremdstoffe bis zu 0,05 Gewichtsprozent umfasst. Der Lamelleneinsatz ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, welche 0–3 Gewichtsprozent Mn, 0–1,5 Gewichtsprozent Fe, 0–1,5 Gewichtsprozent Cu, 0–1,5 Gewichtsprozent Mg, 0–1,0 Gewichtsprozent Si, 0–4 Gewichtsprozent Zn, 0–1 Gewichtsprozent Ni und jeweils 0–0,3 Gewichtsprozent Zr, Ti, Cr V umfasst. Der kompakte, leichte Wärmetauscher ist insbesondere geeignet zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug und/oder Elektrofahrzeug.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher oder einen Kühler, welcher zum Wärmemanagement (engl.: thermal management) von elektronischen Komponenten oder Batteriezellen, welche Wärme erzeugen, geeignet ist. Die Erfindung ist insbesondere geeignet als Wärmetauscher für einen Elektroantrieb in einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oder Elektrofahrzeug (EV), wobei sie jedoch ebenso in weiteren technischen Bereichen zum Kühlen von verschiedenen elektrischen Komponenten geeignet ist.
HINTERGRUND UND BESCHREIBUNG ZUM STAND DER TECHNIK
Um eine Zuverlässigkeit von Leistungselektronik-Vorrichtungen in Hybrid-Elektrofahrzeugen sicherzustellen, muss Wärme, welche von einer Leistungselektronik-Anordnung erzeugt wird, abgeführt werden. Das Substrat von Leistungselektronik-Vorrichtungen umfasst typischerweise drei Schichten, nämlich eine geätzte Metallspur, welche elektrische Verbindungen einer Schaltung ausbildet, eine Zwischenschicht, das heißt eine Platte aus einem elektrisch isolierenden Material aus Keramik, und eine Metallplatte, ein sogenannter Wärmeverteiler, welcher mit der Anordnung verbunden ist, um die Wärmeverteilung zu unterstützen und mechanischen Halt bereitzustellen. Eine Alternative besteht in einer extrudierten Wärmesenke mit externen Lamellen zur Luftkühlung, welche als eine Wärmesenke dient, an welcher der Wärmeverteiler angebracht ist, um die Wärme wirksamer abzuführen. In der Automobil-Leistungselektronik können Wärmesenken flüssigkeitsgekühlt sein und derart entworfen sein, dass sie entweder Mehrfachanschluss-Aluminium-Extrusionen oder Kühlplatten, welche herausgearbeitete Mikrokanäle umfassen, verwenden. Wärmesenken, welche ein Teil der Wärmetauscher ausmachen, können ebenso aus Aluminiumblöcken mit einer eingebetteten Kupferröhre hergestellt sein. Beim Herstellen von Bauteilkühlern für HEV/EV, bei welchen es erforderlich ist, dass große Wärmemengen abgeführt werden, wurden bislang lediglich extrudierte oder gefaltete Röhren verwendet.
Die in Zusammenhang mit der maschinellen Bearbeitung von genauen Mikrokanälen aus einem flachen Aluminium-Werkstück-Plattenmaterial verbundenen Kosten steigen mit der Größe und Komplexität der erforderlichen Strömungspfade wesentlich an. Wärmetauscher oder Bauteilkühler für Automobilfahrzeuge umfassen normalerweise Kühlröhren, welche entweder extrudiert sind oder durch Falten eines lotplattierten Streifens (engl.: braze clad strip) zu beispielsweise einer B-Form und einem nachfolgenden Löten dessen zu leckdichten Röhren, wenn der Wärmetauscher zusammengebaut wird, erstellt sind. Sie können ebenso durch Löten eines Feldes aus gestanzten Metallplatten hergestellt werden, wodurch beim Löten ein integrierter Satz aus Kühlröhren/-kanälen, einem Kopfelement und Rückführröhren bereitgestellt wird, der sogenannte Nadelhülsen-Platten-Design (engl.: drawn cup plate design).
Die US 7,571,759 offenbart einen Wärmetauscher, welcher die Röhren verwendet, welche aus pressgeformten Aluminiumplatten zu einem Stapelkühler ausgebildet sind, bei welchem mehrere Kühlröhren auf eine solche Art und Weise angeordnet und gestapelt sind, dass die elektronischen Bauteile abwechselnd mit den Kühlröhren zwischengefügt werden. Die formgepressten Platten werden mit einer Zwischenplatte gelötet, wodurch das Risiko besteht, dass bei hohen Innendrücken eine Leckage entsteht. Die elektronischen Bauteile werden für gewöhnlich über eine Keramikplatte und Wärmeleitpaste mit den Kühlröhren in Kontakt gebracht, wobei dies ein teurer Ablauf ist und ein unflexibles Design darstellt, welcher anfällig ist für Korrosion.
Extrudierte Röhren, welche eine Wärmesenke ausbilden, erfordern typischerweise eine Zn-Beschichtung, damit die extrudierten Röhren adäquat gegen Korrosion geschützt sind. Während des Lötens diffundiert Zn in das extrudierte Röhrenmaterial und stellt der resultierende Zn-Konzentrationsgradient einen Korrosionsschutz bereit. Jedoch verursacht dieses Verfahren des Korrosionsschutzes von Röhren ebenso eine ungewünschte Zn-Aussonderung in Schichten. Somit, obwohl dieser Ansatz die Röhre schützen kann, beschleunigt er unausweichlich ebenso die Schichten-Korrosion (engl.: fillet corrosion). Im Gegensatz hierzu, da weitere Mechanismen, wie beispielsweise Braunband, Cu-Konzentrationsprofil, Ti-Bänder, usw., dazu verwendet werden, um einen Korrosionsschutz in gewalzten Aluminium-Lotblech-Materialien zu entwickeln, leiden sie nicht an der zuvor genannten Schicht-Korrosion im Zusammenhang mit Wärmetauschern, welche unter Verwendung von extrudierten Mehrfachanschluss-Röhren hergestellt sind.
Was die flüssigkeitsgekühlten Wärmetauscher eines flachen Designs betrifft, welche zwei Leitungen zur Aufnahme und Ausgabe von Kühlflüssigkeit umfassen und welche durch mehrere Kühlröhren verbunden sind, können jene wie in 3 der US 7,571,759 gezeigt verwendet werden. Diese extrudierten Kühlröhren, welche die Wärmesenke ausbilden, haben aufgrund der Anforderungen beim Extrudieren relativ dicke Innenlamellen und sind daher ziemlich schwer (es wird mehr Material erfordert).
Extrudierte Röhren können nicht mit sehr dünnen Wänden erstellt werden, woraus folgt, dass das Gewicht und die Kosten des Wärmetauschers ansteigen. Die Kühlröhren sind vorzugsweise flach erstellt, da ein solcher Entwurf es ermöglicht, dass die zu kühlenden Bauteile direkt an der Röhrenfläche ohne einen zwischenliegenden Wärmeverteiler eingerichtet werden, oder dass das Element, falls notwendig, sogar zwischen zwei Röhren von seinen beiden Seiten gekühlt wird, wodurch der Entwurf des Wärmetauschers kompakter erstellt wird, wie in 1 der US 7,571,759 dargestellt.
Es liegen ebenso Beschränkungen hinsichtlich der Designfreiheit vor, um dazu in der Lage zu sein, extrudierte Mehrfachanschluss-Röhren herzustellen, da Anforderungen bestehen, wie beispielsweise die minimale Stegdicke hinsichtlich der Höhe.
Die Patentanmeldung US 2008/0185130 offenbart extrudierte Kühlröhren für einen Wärmetauscher eines Fahrzeugs. Die Röhren sind mit mehreren Innenrippen oder Lamellen bereitgestellt, welche einstückig zusammen mit den Röhren extrudiert sind und die Wärmeabfuhr verbessern. Dieses Design gestattet keine Minimierung des Materialverbrauchs und keine Herstellung eines Wärmetauschers mit dünneren Zwischenwänden und reduziertem Gewicht.
Die weiter bevorzugten dünneren und leichteren flachen Röhren können wie in 6 der US 7,571,759 hergestellt werden, indem Außen- und Zwischenplatten separat hergestellt werden, welche dann mit zwischenliegenden Lamellen miteinander verbunden werden.
Aufgrund von Materialumformungs-Anforderungen erfordern die Kühlröhren vom Nadelhülsen-Design gemäß dem Stand der Technik US 7,571,759 , 6, vollständig nachgiebige lotplattierte Materialien, welche wiederum hinsichtlich einer Kernerosion anfällig sind.
Ein solches Nadelhülsen-Design für Röhren zeichnet sich ebenso aus durch eine reduzierte Steifigkeit der letztendlichen Röhre, da ein nachgiebigeres Metall und/oder eine Legierung zum Biegen verwendet wird, während die letztendliche Röhre eine gute Flachheit beibehalten sollte, um den besten Kontakt für das angebrachte Bauteil bereitzustellen. Die Nadelhülsen-Röhre, welche dem Fluiddruck ausgesetzt ist, kann entlang der gebogenen Kanten undicht sein. Daher gibt es eine Notwendigkeit nach einer Röhre, welche diese Nachteile nicht hat und welche eine hohe Wirksamkeit bzgl. der Wärmeübertragung bereitstellt. Der Lamelleneinsatz, welcher für die Röhre vom Nadelhülsen-Design verwendet wird, stellt keine optimale Kühlmittelströmung bereit.
Hinsichtlich der kompakteren Einrichtung von gekühlten Elementen und des Kühlens auf beiden Seiten ist die Flachheit der Kühlröhren in Längs- und Querrichtung, oder das Nichtbiegen und das Verdrehen über die gesamte Länge von der Kühlröhre ein wesentliches Merkmal. Dies ist durch bekannte Röhren vom Nadelhülsen-Typ mit dünnen Außenplatten, welche einem hohen inneren Flüssigkeitsdruck widerstehen sollen, welcher die Außenseite der Röhrenhülle verformen wird, schwierig zu erzielen. Daher kann die beste Flachheit, welche zur wirksamen Wärmeüberführung erforderlich ist, nicht durch diesen bekannten Typ von Nadelhülsen-Flachröhren erzielt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher mit minimalem Gewicht und einer erhöhten Wärmeübertragungskapazität bereitzustellen, welcher die Temperatur von elektronischen Bauteilen, welche im Wärmetauscher integriert sind, wirksam regulieren kann. Eine weitere Aufgabe liegt in der Verwendung von einem weiteren Typ von flachen Kühlröhren als Wärmesenke, beispielsweise geschweißte Röhren mit einem optimierten Innenlamellen-Design gemäß der Erfindung, wobei die Röhren eine höhere Steifigkeit über die Länge der Kühlröhren hinweg bereitstellen, wodurch eine erhöhte Wärmeübertragungseffizienz und ein kompakteres und leichteres Wärmetauscher-Design als auch langlebige Eigenschaften hinsichtlich der Korrosion aufgrund der Verwendung des weiteren Materials resultieren.
Der Wärmetauscher zur thermischen Regelung von wärmeerzeugenden oder wärmeabstrahlenden Bauteilen umfasst: zwei Leitungen zum Leiten eines Kühlfluides in den Wärmetauscher herein und aus diesem heraus, mehrere flache Kühlröhren, welche zwei Enden, welche an den Leitungen eingerichtet sind, zwei Seiten in einer Längsrichtung und zwei Bauteil-Halteflächen zwischen den zwei Seiten umfassen; wobei die flachen Röhren zwischen den Leitungen im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, so dass ihre Halteflächen im Wesentlichen parallel sind und einander zugewandt sind, wobei die Röhren an jedem Ende an der angrenzenden Leitung angebracht sind, um zu ermöglichen, dass ein Kühlmittel durch die Röhren strömt, wobei die flachen Kühlröhren aus einem Bahnmaterial durch Schweißen ausgebildet sind, um eine Schweißverbindung auszubilden. Das Schweißen kann ein hochfrequentes Schweißverfahren sein oder kann ein jegliches weiteres geeignetes Schweißverfahren sein.
Hinsichtlich des Halbleitermoduls, welches mit der besten Wärmeübertragung bzw. Wärmeabstrahlung einzurichten ist, sollte die Oberfläche von der Röhre so flach wie möglich sein. Die Verwendung von geschweißten Röhren mit Lamelleneinsatz stellt einen steiferen Aufbau als bei gefalteten Röhren bereit, und kann gleichzeitig kostengünstiger sein und ein geringeres Gewicht haben als bei extrudierten Röhren.
Zudem kann als zuvor beschriebenes Halbleitermodul ein Leistungstransistor, ein Leistungs-FET, ein IGBT, usw. als das elektronische Bauteil verwendet werden.
Das zuvor beschriebene Kühlmittel kann Wasser, ein natürliches Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser, oder ein nicht auf Wasser basierendes Kühlmittel sein, wie beispielsweise HFC134a.
Eine Kernerosion (Flüssigkeitsfilm-Migration, LFM) verschlechtert die Widerstandsfähigkeit der gelöteten Wärmetauscher gegen Korrosion. Diese Probleme hinsichtlich einer Notwendigkeit zum Verringern des Gewichts des Wärmetauschers, zum Erlangen eines kompakten Entwurfs, und zum Erhöhen der Wirksamkeit der Wärmeüberführung, können gelöst werden durch Verwenden des Entwurfs einer geschweißten Röhre, welcher in weiteren Mischungen, beispielsweise H14, H24, hergestellt sein kann, und nicht die schwerwiegende lokalisierte Verformung gleich der Nadelhülsen-Röhren hat.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Flächenrauigkeit des Wärmeverteilers durch Kaltwalzen auf einen Wert im Bereich von Ra = 0,02–1,14 Mikrometer hinsichtlich der Verbesserung der Wärmeübertragung geändert werden.
Die hochfrequent geschweißten Aluminiumröhren stellen Kühlmittel-Strömungspfade zum Zwecke der thermischen Regelung von einer Automobil-Leistungselektronik und Batterien bereit. In Kombination mit Lamelleneinsätzen stellen die flachen Röhren dieser Erfindung eine wesentliche Zunahme des Wärmeübertragungsbereichs bereit, wodurch überlegende Wärmeübertragungs-Eigenschaften resultieren, und zwar verglichen mit weiteren Entwürfen mit Röhren basierend auf Extrusionen oder gefalteten oder gestanzten Platten. Die flachen Röhren für den Wärmetauscher gemäß der Erfindung sind aus einem Bahnmaterial hergestellt, welches gebogen wird und dann zu der röhrenförmigen Hülsenform durch das hochfrequente Schweißen oder einen weiteren geeigneten Typ des Verschweißens verbunden wird. Hiernach kann die Röhre weiter auf die gewünschte flache Röhrenform gepresst werden. Das Material der flachen Röhren umfasst vorzugsweise Aluminium und dessen Legierungen, wobei die Kernlegierung der hochfrequent geschweißten Röhre 0,3 bis 1,8 Gewichtsprozent Mn; 0,25–1,2 Gewichtsprozent Cu; ≥ 0,02 Gewichtsprozent Mg; ≥ 0,01 Gewichtsprozent Si; ≥ 0,05 Gewichtsprozent Fe; ≤ 0,25 Gewichtsprozent Cr; Rest-Aluminium und unvermeidbare Fremdstoffe bis zu 0,05 Gewichtsprozent umfasst.
Die Kernlegierung-Mischung umfasst H14/O/H24, und vorzugsweise H14/H24. Diese Materialmischungen, in Kombination mit dem zuvor genannten Chemie-Fenster, stellen die beste Kombination hinsichtlich Festigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und des erforderlichen Grades hinsichtlich der Verformbarkeit bereit, um die Flachheit der geschweißten Röhren zu erzielen.
Eine flache Kühlröhre zur Verwendung in einem kompakten Wärmetauscher wird aus einem Bahnmaterial gebogen, um eine Hülse auszubilden, wird entlang der angrenzenden Kanten geschweißt, um ein röhrenförmiges Bauteil auszubilden, und wird gepresst, um die flache Kühlröhre auszubilden, welche an der Seite mit kleinerer Abmessung eine Schweißverbindung hat.
Die Verschweißung oder die Schweißnaht befindet sich für gewöhnlich an der Seite der flachen Röhre und erhöht somit die Steifigkeit der flachen Röhre und die Widerstandsfähigkeit gegen ein Biegemoment. Hierdurch wird ein verbesserter Kontakt zwischen dem Bauteil und der Röhre bereitgestellt, und wird somit die Wärmeübertragung unterstützt. Die Wärmetauscher-Bauteile werden durch Verlöten zusammengebaut. Das Löten kann ein flussmittelfreies Lötverfahren oder jegliche weitere herkömmliche Lötverfahren sein.
Ein Lamelleneinsatz wird durch Prägen, Walzen, Wellenformen und/oder Stanzen aus einem Bahnmaterial, und dann durch Schneiden in Stücke mit geeigneter Abmessung ausgebildet. Ferner ist der Lamelleneinsatz derart entworfen, dass er entlang des Kanals wellenförmige Lamellen hat, um die thermische Eigenschaft zu verbessern, indem die Verwirbelung der Kühlmittelströmung und der innere Flächenbereich erhöht werden. Die Steifigkeit der Röhre wird ebenso verbessert, während die inneren Lamellen als Rippen wirken. Die Lamellen können entlang ihrer Seiten eine gewellte oder wellenförmige Form oder eine jegliche weitere ungleichförmige Fläche haben, welche mit dem Kühlmittelfluid in Kontakt steht.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers umfasst die Schritte: Biegen eines Bahnmaterials, um eine Hülse auszubilden, Verschweißen der Hülse, um ein röhrenförmiges Bauteil auszubilden, Pressen des röhrenförmigen Bauteils, um eine flache Röhre zu erlangen; Herstellen von zwei Leitungen mit Öffnungen an ihren Seiten zur Aufnahme von Enden der Röhren; Einsetzen der flachen Kühlröhren in die Öffnungen zur Ausbildung des Wärmetauschers, gekennzeichnet durch ein Zusammenbauen der Bauteile durch Löten, welches ein flussmittelfreies Löten umfasst.
Die Verwendung des Wärmetauschers, welcher geschweißte Aluminiumröhren mit einem Lamelleneinsatz umfasst, erlaubt eine Skalierbarkeit, da unterschiedliche, hochfrequent geschweißte Aluminiumröhren in Abhängigkeit von der Wärmebelastung oder des Platzbedarfs der Leistungselektronik-Vorrichtungen dimensioniert sein können. Die Verwendung des Wärmetauschers gemäß der Erfindung zur thermischen Regelung von einem jeglichen wärmeabstrahlenden Bauteil ist in einem Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug geeignet.
Die thermische Eigenschaft des Wärmetauschers kann ferner durch die Verwendung von zusätzlichen Außenlamellen, welche die Röhren trennen (siehe 2, 3), verbessert werden. Diese Lamellen werden auf zumindest einigen der röhrentragenden flachen Flächen gelötet.
Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung stellt ein reduziertes Gewicht bereit und ermöglicht es, einen langlebigen Entwurf im Hinblick auf Korrosion anzunehmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt einen Wärmetauscher oder ein Kühlmodul gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung, welcher ebenso mit zusätzlichen Außenlamellen zum Kühlen von Batteriezellen und Seitenplatten zum Erhöhen der Steifigkeit des Tauschers bestückt ist.
3 zeigt den Wärmetauscher in Teilschnittansicht zur Darstellung der Einrichtung der flachen Röhren in die Leitungen.
4A–E zeigen fünf unterschiedliche Lamelleneinsätze, welche durch unterschiedliche Verfahren hergestellt sind und die unterschiedlichen Einsatzformen bereitstellen.
5 zeigt die flache Wärmetauscherröhre nach einem Kalibrieren mit einem teilweise entnommenen Röhrenmaterial, sowie mit dem Lamelleneinsatz zusammengebaut. Die Querschnitte A, B stellen die Vielfältigkeit von erzielbaren Konfigurationen dar.
6 zeigt eine gelötete flache Röhre gemäß dem Stand der Technik mit eingesetzten Lamellen, wobei die Kühlbauteile auf der röhrentragenden Fläche angeordnet sind.
7 zeigt einen experimentellen Aufbau eines Equipments beim Testen der thermischen Eigenschaft von der Röhre gemäß der Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein sogenanntes Wärmesenke-Modul oder ein Wärmetauscher 20, wie in 2 und 3 dargestellt, wird hergestellt, indem mehrere flache Röhren 3 zusammengebaut werden, welche aus einer Metallbahn 11 durch Biegen der Bahn zu einer röhrenförmigen Form, um eine Hülse auszubilden, hergestellt sind, indem die angrenzenden Bahnkanten durch ein hochfrequentes Schweißen oder ein jegliches weiteres geeignetes Schweißverfahren verbunden werden, wodurch eine Schweißverbindung 12 ausgebildet wird, wobei die ausgebildete Hülse gepresst wird, um eine flache Kühlröhre 3 auszubilden. Diese flachen geschweißten Kühlröhren 3 sind insbesondere geeignet und erstellt zur Verwendung bei dem Wärmetauscher 20 gemäß der Erfindung. Der Wärmetauscher 20 gemäß der Erfindung ist insbesondere geeignet zur thermischen Regelung von jeglichen wärmeabstrahlenden Bauteilen 5, 6, welche in einem Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug verwendet werden.
Die Schweißverbindung 12 befindet sich vorzugsweise an der Seite 14, 14' mit kleinerem Ausmaß von der flachen Kühlröhre 3, um Risiken im Hinblick auf eine Leckage zu minimieren. Das röhrenförmige Bauteil wird gepresst, um der flachen Röhrenform eines etwas größeren Ausmaßes hinsichtlich eines vorfabrizierten Lamelleneinsatzes 8 zu entsprechen. Der vorfabrizierte Lamelleneinsatz 8 wird in die flache Kühlröhre 3 in ihrer Längsrichtung automatisch oder manuell eingesetzt, um die Wärmeabfuhr zu unterstützen. Die Röhre 3 wird dann durch Walzen auf das letztendliche Ausmaß gleich der Höhe der eingesetzten Lamellen 8 kalibriert, so dass die Lamellen rasch in der Röhre 3 fixiert werden. Diese vorgeformten flachen Röhren werden mit ihren Enden 3a, 3b über Löcher in den Seiten der Verbindungsleitungen 1, 2 an den Leitungen 1, 2 angebracht und verlötet, um insgesamt den Wärmetauscher 20 auszubilden. Die flache Röhre 3, welche den vorfabrizierten Lamelleneinsatz 8 umfasst, unterstützt die Wärmeübertragung oder die Wärmeabfuhreffizienz.
Der Lamelleneinsatz 8 ist entweder gestanzt oder durch Walzen eines dünnen Lamellen-Bahnmaterials zwischen zwei Walzen, welche das gewünschte Muster auf ihren Oberflächen haben, um somit dieses Muster auf eine bekannte Art und Weise in die Lamellenbahn einzuprägen, hergestellt.
Die geprägte oder gewellte Lamellenbahn von verschiedenartigen Formen, wie in 4A–E dargestellt, welche die Kühlmittelströmung-Verwirbelung und somit die thermische Effizienz der Röhren unterstützen, wird dann in Stücke geeigneter Größe geschnitten, wodurch der Lamelleneinsatz 8 ausgebildet wird.
Der Einsatz 8 wird durch Prägen, Walzen, Wellenformen oder Stanzen aus einem Bahnmaterial ausgebildet, und wird dann in die Stücke mit geeigneter Abmessung geschnitten. Der vorfabrizierte Lamelleneinsatz 8 hat vorzugsweise Lamellen mit einer ungleichförmigen Form entlang ihrer Länge, eine wellenartige oder wellenförmige Form entlang ihrer Länge. Weitere Formen mit ungleichförmigen Seitenlamellenflächen können ebenso verwendet werden. Die Lamellen im Lamelleneinsatz 8 können eine versetzte Geometrie haben, welche entlang der Länge der Röhre versetzt ist, um entlang der Lamellen oder der Strömungskanallänge in Relation zueinander verlagert zu sein. Der Lamelleneinsatz 8 kann eine Hartlotlegierungs-Umhüllung an wenigstens einer Seite oder an beiden Seiten, an der Oberseite 10 der Lamellen und an der Unterseite 9 des Lamelleneinsatzes 8 umfassen. Die Hartlotlegierung umfasst einen Mg-Anteil von 0,05–0,7 Gewichtsprozent Mg. Die Dicke des Materials des eingesetzten Lamelleneinsatzes 8 kann zwischen 0,04 und 0,8 mm schwanken, und beträgt vorzugsweise 0,5 bis 0,7 mm.
Der Lamelleneinsatz 8 wird durch direkten Schalenguss, Stranggießen, Doppelwalzen-Gießen oder Bandgießen (engl.: belt casting) von einer Aluminiumlegierung hergestellt, welche 0–3 Gewichtsprozent Mn, 0–1,5 Gewichtsprozent Fe, 0–1,5 Gewichtsprozent Cu, 0–1,5 Gewichtsprozent Mg, 0–1,0 Gewichtsprozent Si, 0–4 Gewichtsprozent Zn, 0–1 Gewichtsprozent Ni und jeweils 0–0,3 Gewichtsprozent Zr, Ti, Cr V umfasst. Der Lamelleneinsatz 8 wird dann einem Wellenformen, Stanzen oder Prägen des Materials unterworfen, um somit mehrere Lamellen auszubilden, und es wird das Material, welches die mehreren Lamellen umfasst, in Stücke einer geeigneten Größe geschnitten.
Die Außenabmessungen des Einsatzes 8 entsprechen den Innenabmessungen der flachen Kühlröhre 3. Die verschiedenen Formen der Lamelleneinsätze, welche die Kanäle für eine Kühlmittelflüssigkeit innerhalb der Röhren ausbilden, erlauben ein Variieren der Kühler-Strömungsverwirbelung und der thermischen Effizienz des Wärmetauschers in Abhängigkeit von den Anforderungen der Kühl-Bauteile. Dieser Entwurf stellt eine sehr flexible Möglichkeit der Herstellung bereit. Wenigstens eine flache Kühlröhre 3 umfasst einen eingesetzten inneren Lamelleneinsatz 8, welcher wie zuvor beschrieben vorfabriziert ist, wobei vorzugsweise alle hiervon die Wärmeabfuhr verbessern. Die Höhe der Kühlröhre 3 kann in Abhängigkeit der Abmessungen des Wärmetauschers und der erforderlichen Wärmeabfuhr variieren, wobei die Röhre 3 hier in einem Bereich von etwa 1,2 bis 15 mm hergestellt ist. Die frequenzgeschweißten flachen Kühlröhren 3 können auf wenigstens einer Seite, welche als Haltefläche 13 bezeichnet wird, oder auf beiden Seiten, und zwar innerhalb und/oder außerhalb der Röhre 3, eine Lötverkleidung umfassen.
Die Bauteile 5, 6 können direkt an den Röhren-Halteflächen 13 angebracht werden, wie in 2 und 3 dargestellt, wodurch der Wärmeverteiler oder weitere zwischengesetzte Elemente eingespart werden, wodurch Gewicht eingespart wird und die Wärmeabfuhr erhöht wird, wobei das Bauteil 5 eine Batteriezelle ist, und das Bauteil 6 ein zu kühlendes Leistungselektronik-Bauteil ist. Die durch den Wärmetauscher 20 zu kühlenden wärmeabstrahlenden Bauteile 5, 6 können durch Klebemittel, Wärmeleitpaste, mechanisch und/oder durch Löten an wenigstens einer der Halteflächen 13 von der flachen Röhre 3 angebracht werden. Wenigstens einige der flachen Kühlröhren 3 können durch eine Reihe von gelöteten Außenlamellen 4 getrennt werden, um mechanische Eigenschaften des Wärmetauschers zu verbessern und gleichzeitig die Wirksamkeit der Wärmeabfuhr zu erhöhen.
Der Wärmetauscher 20 umfasst wenigstens eine der zusätzlichen Außenlamellen 4, 7 und wenigstens eine Versteifungsplatte 15 zum Verbessern der Steifigkeit des Wärmetauschers 20 und gleichzeitig zum Erhöhen der Wärmeabfuhr.
Alternativ können die Bauteile mechanisch auf eine bekannte Art und Weise fixiert werden oder lediglich zwischen zwei benachbarten flachen Röhren 3 eingespannt werden. Falls gewünscht, können die Bauteile durch ein Verfahren eines lötmittelfreien Lötens an den Röhren angelötet werden.
Am häufigsten betreffen die Bauteile Leistungselektronik-Bauteile, welche in Hybrid-Elektrofahrzeugen oder Elektrofahrzeugen verwendet werden. Das Bauteil 5, 6 kann eine Batteriezelle oder eine jegliche elektronische Schaltung oder dergleichen umfassen. Falls erforderlich, kann das Bauteil 5, 6 auf einer Zwischenplatte eingerichtet werden, welche dann an der Oberfläche 13 der flachen Röhre 3 eingerichtet wird. Die Bauteil-Haltefläche 13 von wenigstens einer der flachen Kühlröhren 3 hat vorzugsweise eine Rauigkeit Ra von 0,02 bis 1,14 Mikrometer, um einen besseren Kontakt zwischen den Bauteilen 5, 6 und der Oberfläche 13 von der Kühlröhre 3 bereitzustellen.
Um die Wärmeabfuhr zu verbessern und eine Verwirbelung der Kühlmittelströmung zu erhöhen, können innere Lamelleneinsätze 8 in die flachen Röhren 3 eingesetzt werden.
Ferner können äußere zusätzliche Lamellen 4 zwischen den Röhren 3 bereitgestellt werden, wie in 2 gezeigt. Es können zusätzliche Seitenplatten 15, welche gemäß bekannter Verfahren aus einem Bahnmaterial hergestellt sind, hinzugefügt werden, um eine Einheit der flachen Röhren 3 zu verstärken, und die äußeren zusätzlichen Lamellen 7 können zwischen der äußersten flachen Röhre 3 und der Platte 15 hinzugefügt werden, um die Wärmeabfuhr zu verbessern. Die Lamellen 7 und Platten 15 können, falls gewünscht, gelötet werden.
Durch das Verfahren der Herstellung der Lamellen oder des Lamelleneinsatzes 8 wird es ermöglicht, dass sehr dünne Lamellen erzielt werden, wodurch Material und Gewicht des Kühlers oder Wärmetauschers 20 eingespart werden. Die Lamellen können durch direktes Schalengießen (DC), Stranggießen (CC), Doppelwalzen-Gießen (TRC) oder Bandgießen hergestellt werden, wobei vorzugsweise eine Aluminiumlegierung verwendet wird, welche 0–3 Gewichtsprozent Mn; 0–1,5 Gewichtsprozent Fe; 0–1,5 Gewichtsprozent Cu; 0–1,5 Gewichtsprozent Mg; 0–1,0 Gewichtsprozent Si; 0–4 Gewichtsprozent Zn; 0–1 Gewichtsprozent Ni und jeweils 0–0,3 Gewichtsprozent Zr, Ti, Cr V umfasst.
Das Verfahren zum Herstellen von flachen Röhren 3 gemäß der Erfindung erfordert kein Verlöten der inneren oder internen Lamellen an der Innenfläche der Röhren, wobei dies, falls notwendig, ermöglicht ist. Die Außenfläche 13 der Röhren kann durch Aufwalzen mit einer Aluminium-Verkleidung bereitgestellt werden. Hierdurch werden ein zusätzlicher Zusammenbau der Außenlamellen 4 zwischen jeder zweiten Röhre 3 bei dem Aufbau des Wärmetauschers 20, und dann ein Verlöten des Wärmetauschers 20 in einem CAB-Ofen ermöglicht, um eine durchgängige Kühlfluidschaltung auszubilden, wodurch die Wirkung der Kühlung oder der Wärmeüberführung unterstützt wird.
Die Leistungselektronik-Einheiten oder Bauteile 5, 6 können auf einem Keramikträger mit metallisierten Flächen angebracht werden, um Elektronikbauteil-Substrate auszubilden, und die Substrate können zwischen den Röhren des Wärmetauschers eingesetzt werden und durch Löten oder Auftragen von Paste an den Röhrenflächen angebracht werden. Alternativ und bevorzugt können die Elektronik-Einheiten 5, 6 direkt an den flachen Röhren 3 der Erfindung aufgrund ihrer verbesserten Flachheit durch Wärmeleitpaste oder mittels bekannter herkömmlicher Mittel fixiert werden. Da die flachen Röhren 3 gemäß der Erfindung nicht an ihren Kanten gebogen sind (wie beispielsweise bei der Nadelhülsen-Ausführung von 1 gemäß dem Stand der Technik), ist das für die Röhren verwendete Material steifer, und stellt eine Schweißnaht 12 eine zusätzliche Versteifung und Widerstandsfähigkeit gegen ein Verbiegen bereit, wodurch es ermöglicht wird, dass die Bauteile 5, 6 direkt an der Röhrenfläche eingerichtet werden, wodurch benötigtes Material und Herstellungskosten reduziert werden.
Der Einsatz 8 kann manuell oder automatisiert in die hochfrequent geschweißten Röhren 3 eingesetzt werden. Der Satz von Lamellen 8 kann durch Walzen hergestellt werden, wobei ein Lamellen-Bahnmaterial zwischen zwei Walzen mit gemusterten Oberflächen durchgeführt wird, welche das Material im Verlaufe der Einwirkung prägen oder wellen. Das Material wird dann zu Lamelleneinsätzen 8 der geeigneten Größe geschnitten.
Die bevorzugte Lamelleneinsatz-Geometrie kann wie folgt beschrieben werden:

4·arc-tan(30°)·A < Wellenlänge (L) < 4·arc-tan(10°)·A (~vorzugsweise 4·arc-tan(15°)·A),
0,2 < Röhrendicke < 0,45 mm (~vorzugsweise: 0,4 mm)
2 < Röhrenhöhe < 4,8 mm (~vorzugsweise 3,8 mm)

1,8 < Lamellenhöhe (Fh) < 4,4 mm (~vorzugsweise 3 mm)
1,2 < Lamellen-Zwischenraum (Fp) < 2 mm (~vorzugsweise 1,6 mm)
0,08 < Lamellendicke < 0,1·Fp (~vorzugsweise 0,18 mm)
0,2·Fp < Wellenamplitude (A) < 0,4·Fp (~vorzugsweise 0,36 Fp)
2·tan(10°)·A < Wellenlänge (L) < 2·tan(30°)·A (~vorzugsweise 2·tan(15°)·A)
Allgemein gesprochen, wird bei einer Produktion mit niedriger Stückzahl am häufigsten ein manueller Einsatz vorgenommen. Im Falle einer automatischen Einsetzung des Lamelleneinsatzes 8 werden die geschweißten flachen Röhren 3, welche ein leicht größeres Innenausmaß als der Lamelleneinsatz 8 haben, unter Verwendung einer Säge oder eines Online-Schnittes auf die erforderliche Länge geschnitten. Nach dem Schweißen wird dadurch, dass die Röhre 3 ein etwas größeres Ausmaß hat, der Einsatz des Lamelleneinsatzes 8 erleichtert. Der Lamelleneinsatz 8 von den Lamellenrollen wird auf die erforderliche Länge geschnitten. Es können, falls erforderlich, der Produktion ein automatischer Nassfluss-Betrieb und ein Trocknen der Lamelleneinsätze 8 vor dem Einsetzen hinzugefügt werden. Die Lamelleneinsätze 8 werden unter Verwendung eines automatisierten Ablaufes und nach dem Einsetzen der Lamellen in die Röhren eingesetzt, wobei die Röhre schließlich kalibriert wird, um einen guten Kontakt zwischen der Röhren-Innenwand und der Lamelleneinsatz-Außenfläche 9, 10 sicherzustellen. Die eingesetzten Lamellen 8 können eine unterschiedliche Form, Dicke und Geometrie haben, beispielsweise ein versetzter oder wellenartiger Typ und ein Lamellentyp.
Die eingesetzten Lamellen 8 haben vorzugsweise eine wellenförmige Form (wie in 4A dargestellt), während ebenso weitere Formen möglich sind (4B–E), so dass der Weg des Kühlfluides wirbelförmig ist und eine bessere Kühlleistung erlangt wird. Es können für die inneren Lamellen und die Röhren unterschiedliche Legierungen verwendet werden, wodurch ebenso ein größerer Freiheitsgrad bereitgestellt wird, beispielsweise in Bezug auf einen langlebigen Entwurf hinsichtlich Korrosion.
5 stellt den Querschnitt der Röhre gemäß der Erfindung in Version „A” und Version „B” dar, welche unterschiedliche Produktspezifikationen mit unterschiedlicher Größe darstellen. Version „B” wird bei einer größeren Röhre mit einer Höhe > 10 mm angewendet, während Version „A” halbkreisförmige Kanten hat, welche für eine kleinere Röhre geeignet ist und einem höheren Innendruck widerstehen kann. Ein Anwenden von Version „A” bei großen Röhren würde eine Materialverschwendung darstellen, wobei die Länge der Seitenkanten langgestreckt ist, und umgekehrt. Es ist sehr schwierig, die Röhrenbahn zu falten, wenn die kleine Röhre als Version „B” hergestellt wird.
Ein Röhrenmaterial 11 von weniger als 0,1 mm ist unzureichend, um die Belastung aufzunehmen, positioniert als ein Teil von einem Leistungselektronik-Bauteil. Wenn das Ausmaß oberhalb von 1,5 mm ist, wird es zunehmend schwierig, die Flachheit der Flächen der Röhren 3 beizubehalten.
Es ist eine minimale Materialdicke von ungefähr 0,04 mm erforderlich, um eine minimale Festigkeit von der Röhren 3 zu erzielen. Jenseits von 0,8 mm steigt die Tendenz eines Bruches der Lamellen an.
Es wurden eine Computermodellierung und eine Computerberechnung zur Optimierung des Entwurfs der flachen Röhren verwendet. Die Wärmeeingabe Q von der Wärmeeinheit wurde anhand eines Kühlkreislaufes berechnet, das heißt durch:
Q = C_pm(T₁ – T₂)/60 R_t = ΔT/Q
Benennungen:

C:

spezifische Wärme des Kühlmittels, kJ/kg-K

m:

Volumenstrom des Kühlmittels, l/m

P₁:

statischer Druck am Einlass der Kühlröhre, bar

P₂:

statischer Druck am Auslass der Kühlröhre, bar

Q:

Wärmeabfuhrrate durch Kühlung, w

R_t:

Wärmewiderstand, K/W

T₁:

Temperatur am Einlass der Kühlröhre, K

T₂:

Temperatur am Auslass der Kühlröhre, K

T₃, T₄:

Temperatur auf der Röhrenfläche (Schnittstelle zwischen Wärmequelle und Wärmesenke), K

Es wurden drei unterschiedliche Strömungsraten (1 L/min; 1,5 L/min; 2 L/min) des Kühlmittelfluides (50% Glykol gemischt mit Wasser) verwendet, und es wurde der Temperatur- und Druckabfall aufgezeichnet.

Die anfängliche Kühlmitteltemperatur wurde auf 20°C eingestellt, und die abgegebene elektrische Leistung betrug 500 W.

Produkt	Druckabfall	Wärmewiderstand	Gewicht der Röhre/Platte	Gewicht der Lamellen
Wärmetauscher/Kühler gemäß dem Stand der Technik	868	0,13	16	10
Wärmetauscher/Kühler gemäß der Erfindung	555	0,09	9,4	5,1

Tabelle 1

Das Berechnungsergebnis zeigt an, dass der Wärmetauscher gemäß der Erfindung einen geringeren Druckabfall und eine bessere Wärmeleitfähigkeit hat, wobei gleichzeitig das Gewicht geringer ist.
THERMISCHER TEST
Es wurde eine flache Röhre mit einem Lamelleneinsatz, wie in 6 dargestellt (bekannt als Stand der Technik), bei dem Equipment, wie in 7 dargestellt, getestet und mit der Modellberechnung wie in Tabelle 1 verglichen.
Die thermischen Tests wurden durchgeführt, wobei die erhöhte Wärmeeffizienz des Wärmetauschers gemäß der Erfindung, verglichen mit den Wärmetauschern aus dem Stand der Technik vom Nadelbüchsen-Typ (gebogen oder zusammen verlötet, wie in 1 gezeigt – Stand der Technik), dargestellt wird. Die Tests wurden auf einem Modul, welches die flache, geschweißte Röhre 19 gemäß der Erfindung hat, auf dem wie in 7 dargestellten Equipment durchgeführt. Das Kühlmittelfluid wird durch eine Pumpe 16 in dem Kreislauf zirkuliert, und dessen Temperatur wird durch einen Thermostat 15 gesteuert. Die Temperatur und der Druck des Fluides wurden durch Sensoren 17 vor und nach dem Durchlaufen der getesteten flachen Röhre 19 gesteuert, wobei ein wärmeabstrahlendes Bauteil 6 mit einer Batterie 18 verbunden ist. Das Equipment umfasst einen elektrisch erwärmten Aluminiumblock mit elektrischen Leitungen im Inneren und eine thermische Kopplung zur Temperaturaufnahme an der Unterseite, welche auf einer flachen Röhrenfläche gelötet ist (siehe 6). Die Flächen der Röhre wurden vor dem Einbau der Wärmequelle mit Wärmeleitpaste bestrichen, um den Kontakt zwischen der Röhre und der Fläche von der Wärmequelle zu verbessern.
Um die Wärmeabstrahlung an die Umgebungsluft zu reduzieren, wurde eine thermische Isolierplatte auf der Oberseite von dem Aluminiumblock angeordnet.
Der Test wurde bei einem Wärmetauscher wiederholt, bei welchem die geschweißten Röhren gemäß der Erfindung (5) durch die gefalteten Röhren oder Nadelhülsen-Röhren gemäß der Ausführung von 1 (Stand der Technik) ausgetauscht wurden, und wobei die vorherigen Berechnungsergebnisse bestätigt wurden.
Das Ergebnis in Tabelle 1 zeigt an, dass der Wärmetauscher gemäß der Erfindung einen niedrigeren Druckabfall hat und eine bessere Wärmeleitfähigkeit hat, wobei gleichzeitig das Gewicht geringer ist.
Dem Fachmann können innerhalb des Umfangs der Erfindung viele weitere Modifikationen einfallen. Es ist zu verstehen, dass jeglicher Inhalt der Beschreibung in allgemeiner Hinsicht zu interpretieren ist, und dass die Zeichnung lediglich zu darstellhaften Zwecken und nicht zum Beschränken des Umfangs der Erfindung dient.

Claims

Wärmetauscher (20) zur thermischen Regelung von wärmeabstrahlenden Bauteilen (5, 6), umfassend: zwei Leitungen (1, 2) zum Leiten eines Fluides in den Wärmetauscher (20) und aus diesem heraus; eine Mehrzahl von flachen Röhren (3), welche zwei Enden (3a, 3b), welche an den Leitungen (1, 2) eingerichtet sind, zwei Seiten (14, 14') in einer Längsrichtung, und zwei Bauteil-Halteflächen (13, 13') zwischen den zwei Seiten (14, 14') umfassen; wobei die Röhren (3) einander im Wesentlichen parallel zwischen den Leitungen (1, 2) ausgerichtet sind, so dass ihre Halteflächen (13, 13') einander im Wesentlichen parallel zugewandt sind, wobei die Röhren (3) an jedem Ende (3A, 3B) an der angrenzenden Leitung (1, 2) angebracht sind, um eine Kühlmittelströmung durch die Röhren (3) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen Röhren (3) aus einem Bahnmaterial (11) durch Schweißen ausgebildet sind, um eine Schweißverbindung (12) auszubilden.
Wärmetauscher (20) nach Anspruch 1, bei welchem die Schweißverbindung (12) an der Seite (14, 14') von der flachen Röhre (3) angeordnet ist.
Wärmetauscher (20) nach Anspruch 1, bei welchem die Röhren-Halteflächen (13, 13') zum direkten Anbringen des Bauteils (5, 6) hieran ausgebildet sind.
Wärmetauscher (20) nach Anspruch 3, bei welchem das zu kühlende wärmeabstrahlende Bauteil (5, 6) durch ein Klebemittel, eine Wärmeleitpaste, mechanisch oder durch Löten an wenigstens einer Röhren-Haltefläche (13, 13') angebracht ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Bauteil-Haltefläche von wenigstens einer der Röhren eine Rauigkeit Ra zwischen 0,02 und 1,14 Mikrometer hat.
Wärmetauscher (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem wenigstens eines der Bauteile (5, 6) ein Leistungselektronik-Bauteil umfasst.
Wärmetauscher (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem wenigstens eines der Bauteile (5) eine Batteriezelle umfasst.
Wärmetauscher (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in wenigstens einer Röhre (3) ein vorfabrizierter innerer Lamelleneinsatz (8) eingesetzt ist.
Wärmetauscher (20) nach Anspruch 8, bei welchem der wenigstens eine vorfabrizierte innere Lamelleneinsatz (8) manuell oder automatisiert in die flache Röhre (3) entlang ihrer Längsrichtung eingesetzt ist, um die Wärmeabfuhr zu unterstützen.
Wärmetauscher (20) nach Anspruch 8, bei welchem der Lamelleneinsatz (8) durch Stanzen, Wellenformung oder Prägen hergestellt ist.
Wärmetauscher (20) nach Anspruch 8, bei welchem der eingesetzte vorfabrizierte Lamelleneinsatz (8) Lamellen umfasst, welche entlang ihrer Länge eine Wellenform haben.
Wärmetauscher (20) nach Anspruch 8, bei welchem die eingesetzten Lamellen eine versetzte Geometrie haben, welche entlang der Länge von der Röhre versetzt ist.
Wärmetauscher (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem wenigstens einige der Kühlröhren (3) durch eine Reihe von gelöteten Außenlamellen (4) getrennt sind.
Wärmetauscher (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kernlegierung von der Bahn (11) der hochfrequent geschweißten Röhre (3) umfasst: 0,3–1,8 Gewichtsprozent Mn; 0,25–1,2 Gewichtsprozent Cu; ≥ 0,02 Gewichtsprozent Mg; ≥ 0,01 Gewichtsprozent Si; ≥ 0,05 Gewichtsprozent Fe; ≤ 0,25 Gewichtsprozent Cr; Rest-Aluminium und unvermeidbare Fremdstoffe bis zu 0,05 Gewichtsprozent.
Wärmetauscher (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kernlegierung der Mischung von der Röhren-Materialbahn (11) H14/O/H24 umfasst.
Wärmetauscher (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Wanddicke der flachen Kühlröhre (3) gleich 0,1–1,5 mm, vorzugsweise 0,8–1,5 mm beträgt.
Wärmetauscher (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem die Höhe der Kühlröhre (3) gleich 1,2–15 mm beträgt.
Wärmetauscher (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem die frequenzgeschweißten flachen Kühlröhren (3) auf wenigstens einer Seite eine Lotplattierung umfassen.
Wärmetauscher (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem der Lamelleneinsatz auf wenigstens einer Seite (9, 10) eine Hartlotlegierungs-Verkleidung umfasst.
Wärmetauscher (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem die Hartlotlegierung einen Mg-Anteil von 0,05–0,7 Gewichtsprozent Mg umfasst.
Wärmetauscher (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 20, bei welchem die Materialdicke des eingesetzten Lamelleneinsatzes (8) gleich 0,04–0,8 mm, vorzugsweise 0,5 bis 0,7 mm beträgt.
Flache Röhre (3) zur Verwendung in einem kompakten Wärmetauscher (20) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhre (3) aus einem Bahnmaterial (11) gebogen ist, um eine Hülse auszubilden, entlang der angrenzenden Kanten geschweißt ist, um ein röhrenförmiges Bauteil auszubilden, und gepresst ist, um eine flache Kühlröhre (3) auszubilden.
Flache Röhre (3) nach Anspruch 22, wobei die Röhre (3) an der Seite (14, 14') mit kleinerer Abmessung eine Schweißverbindung (12) hat.
Flache Röhre (3) nach Anspruch 22, wobei die flache Röhre (3) einen vorfabrizierten Lamelleneinsatz (8) umfasst, um die Effizienz der Wärmeüberführung zu unterstützen.
Flache Röhre (3) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhre (3) mit dem eingesetzten Lamelleneinsatz (8) durch Walzen zwischen zwei Walzen kalibriert ist, so dass der Lamelleneinsatz (8) innerhalb der flachen Röhre (3) fixiert ist.
Lamelleneinsatz (8) nach Anspruch 8, wobei der Einsatz (8) durch Prägen, Walzen, Wellenformung oder Stanzen aus einem Bahnmaterial ausgebildet ist und dann in Stücke mit geeigneter Abmessung geschnitten ist.
Lamelleneinsatz (8) nach Anspruch 8, wobei der Einsatz (8) Lamellen umfasst, welche entlang ihrer Länge eine ungleichförmige Form haben.
Lamelleneinsatz (8) nach Anspruch 8, wobei der Einsatz (8) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, welche 0–3 Gewichtsprozent Mn, 0–1,5 Gewichtsprozent Fe, 0–1,5 Gewichtsprozent Cu, 0–1,5 Gewichtsprozent Mg, 0–1,0 Gewichtsprozent Si, 0–4 Gewichtsprozent Zn, 0–1 Gewichtsprozent Ni, und jeweils 0–0,3 Gewichtsprozent Zr, Ti, Cr V umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, umfassend die Schritte: Biegen eines Bahnmaterials (11), um eine Hülse auszubilden, Schweißen der Hülse, um ein röhrenförmiges Bauteil auszubilden, Pressen des röhrenförmigen Bauteils, um eine flache Röhre (3) zu erlangen; Herstellen von zwei Leitungen mit Öffnungen an ihren Seiten zur Aufnahme von Enden (3a, 3b) der Röhren (3); Einsetzen der Röhren (3) in die Öffnungen, um den Wärmetauscher auszubilden, gekennzeichnet durch ein Zusammenbauen der Bauteile durch Löten.
Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers (20) nach Anspruch 29, wobei die Bauteile durch ein flussmittelfreies Löten zusammengebaut werden.
Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers (20) nach Anspruch 29 oder 30, gekennzeichnet durch ein Einrichten von den zusätzlichen Außenlamellen (4, 7) und/oder den Versteifungsplatten (15).
Verfahren zum Herstellen eines Lamelleneinsatzes (8) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch: ein direktes Schalengießen, Stranggießen, Doppelwalzen-Gießen und/oder Bandgießen von einer Aluminiumlegierung, welche 0–3 Gewichtsprozent Mn, 0–1,5 Gewichtsprozent Fe, 0–1,5 Gewichtsprozent Cu, 0–1,5 Gewichtsprozent Mg, 0–1,0 Gewichtsprozent Si, 0–4 Gewichtsprozent Zn, 0–1 Gewichtsprozent Ni und jeweils 0–0,3 Gewichtsprozent Zr, Ti, Cr V umfasst; Wellenformen, Stanzen und/oder Prägen des Materials, um eine Mehrzahl von Lamellen auszubilden; Schneiden des Materials, welches die Mehrzahl von Lamellen umfasst, in Stücke mit geeigneter Größe.
Verwendung der flachen Kühlröhren (3) nach einem der Ansprüche 22 bis 25 im Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 21.
Verwendung des Wärmetauschers (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 21 zur thermischen Regelung von einem jeglichen wärmeabstrahlenden Bauteil (5, 6) in einem Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug.