WO2019121985A1 - Plattenartiger fluidbehälter und verfahren zur herstellung eines plattenartigen fluidbehälters - Google Patents

Plattenartiger fluidbehälter und verfahren zur herstellung eines plattenartigen fluidbehälters Download PDF

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fluid
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Robert Blersch
Günther Unseld
Georg Egloff
Kurt Höhe
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Reinz-Dichtungs-Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a plate-like fluid container and a method for its production.
  • the layers are usually soldered or welded together.
  • the heat input into the layers produced there can lead to a loss of the mechanical strength of the layer material.
  • a change in the shape of the individual layers or the plate may result from the heat input, for example, bending, so that no planar bearing surface is more ge ben, which is necessary for the tempering.
  • the se methods require very high processing times.
  • the layers can be connected by means of rollbonding.
  • the Tox points lie outside the fluid-carrying area and are used only for the correct positioning of the positions to each other. After soldering the two layers together, the tox points no longer function.
  • the tox points are arranged so that they are spaced by soldered areas of the areas acted upon by internal pressure, their resistance to internal pressures is very limited.
  • the plate-like fluid container should still be able to withstand the prevailing internal pressures in Be as well as much higher for testing purposes customary internal pressures. It is a further object of the present invention to provide a method for producing such a plate-like fluid container.
  • the plate-like fluid container according to the invention has a first layer and a second layer, which together form the plate of the plate-like Fluidbenzol age and therefore are arranged one above the other. Furthermore, the fluid container has an inlet and an outlet, between which a channel for guiding a fluid, for example a coolant or heat transfer medium, extends. To form this channel, the first layer has one or more channel-like depressions which extend between the inlet and the outlet and serve to guide the fluid.
  • a fluid for example a coolant or heat transfer medium
  • the first layer furthermore has regions which are not designed to guide the fluid between the first layer and the second layer. In other words, these touch areas are not part of the channel.
  • the first and the second layer are in these areas on each other, for example, they are pressed together. However, they can be arranged immediately adjacent to the channel-like depressions and limit these, for example, or be surrounded by a channel in the manner of a sel. These areas may take any shape, such as round, oval, elongated or square.
  • the first layer now has at least one first Fügever depression and the second layer at least a second joining recess on which a joining point between the first layer and the second layer is formed by positive engagement of the two joining recesses.
  • the direction of the joining recesses may be the same as the direction of the channel-like depression or this opposite. If a plurality of joint points are provided, then they can be recessed in the same or in different directions, that is to say still each view of the first and the two layers can be recognized as elevations or recesses in the layer plane of the first and / or second layer.
  • the first joining recess and the second joining recess can be formed separately from each other or step in a common manufacturing.
  • the first joining recess and the second joining recess can be formed directly together, for example during press-fitting or clinching, and at the same time form a fixed connection point between the first layer and the second layer.
  • the joining recess which forms a Auskra movement
  • This also forms a positive connection, in particular a perpendicular to the layer plane of the first layer and / or the second layer acting positive connection.
  • the Fügevertie tests can be made separately from each other and only then the joining point can be made by telescoping the joining recesses.
  • telescoping is a stop of the two joining recesses, which causes a positive connection, which acts in the direction parallel to the plane of the first and / or second layer without further action only on one side, namely in the insertion direction.
  • the telescoping a positive engagement in both directions perpendicular to the plane of the first and / or second layer.
  • the steps of forming the sheet metal layers and the connection of the sheet metal layers with each other can thus be carried out separately or simultaneously in a be performed in a step.
  • the first layer and the second layer are connected to one another in a form-fitting manner at the joining points, in particular in a form-fitting manner with respect to the perpendicular to the layer plane.
  • the first layer and the second layer may be outside of each of the kanalar term depressions, ie in particular in the contact region of the first and two ter position, at least one further recess and / or projection aufwei sen.
  • One, several or all of the first joining recesses and the two ten joining recesses can be arranged in these further recesses or projections. It when the further recess and / or projection is formed so that the first and second layer at least closed around the joining recesses circumferentially form a contact line is particularly advantageous.
  • the joint points are arranged in the form of islands within half of the otherwise channel-shaped depressions otherwise formed as channels.
  • the direction of the joint recesses corresponds preferably before the direction of the channel-like depressions, thus has from the second layer to the first layer.
  • a fluid tightness between the layers is not required for the connection between the joining recesses at the joining points. Rather, it is sufficient at the outer edge of the first and, if appropriate, the second layer and optionally also in separation areas under different flow areas, for example in the central axis of the first and the second layer of a plate-shaped fluid container with a U-shaped to ordered channels, a fluid-tight connection of the first and second layer, for example by soldering or welding or gluing.
  • the fluid flowing in the channel then flows within the areas defined by these fluid-tight connections between the first and second layer, mainly in the channel from the inlet to the outlet.
  • the first layer and the second layer are therefore also firmly bonded, for example by soldering, welding (eg laser welding). . . friction welding, friction-stir welding) or gluing, ver together.
  • soldering eg laser welding
  • arc welding e.g laser welding
  • gluing e.g., gluing
  • such a connection takes place along the outer edge of the first layer and at least in sections along the outer edge of the second layer in order to produce a fluid-tightness of the container according to the invention to the outside.
  • such a connection can also be provided in those areas in which a guidance of the fluid is required.
  • the first ply and the second ply may be welded together with release of a fluid passage on the opposite side of the ply for passage of the fluid from one side thereof Centerline weld to the other side as far away as possible from the inlet and the outlet. Furthermore, it is possible to provide additional cohesive connections in one of the aforementioned at least one further recess and / or cantilever.
  • the first and the second layer may consist of the same material or of different materials.
  • metals and here preferably aluminum alloys of the groups / series 3xxx and 5xxx, are suitable as materials.
  • Combinations of different aluminum alloys for example the combination of a first layer of a first aluminum alloy with a second layer of another aluminum alloy, but also the plating of an aluminum layer with another aluminum alloy for adaptation, for example the weldability, are possible.
  • the described joining points can be arranged at different locations of the first and the second layer.
  • an uneven distribution of the joining points over the layer surface of the first layer and the second layer is also possible.
  • the joining points can be arranged closer to, d. H. with a smaller mutual distance than in a un indirectly adjacent to a cohesive connection area.
  • the bottom of the first layer and the second layer in a joint point has a minimum material thickness in order to ensure a fluid tightness perpendicular to the plate-shaped fluid container.
  • the minimum residual material thickness of the sheet metal layers of the first layer and the second layer one, more or all intermeshing joint recesses is advantageously between 28% and 50%, preferably between 30% and 46% of the output sheet thicknesses, ie the sum of the gangsblechParkn from the bottom of a joint point both layers. None of the interconnected layers may have openings in the region of the joining point due to their layer thickness.
  • the minimum residual material thickness of the two th layer one, more or all intermeshing joining recesses sideways of the bottom at the neck of the joint point advantageously between 50% and 78%, preferably between 55% and 70% of the starting sheet thickness of the second layer.
  • the recess formed by the joining recesses of the first and the second layer of the joint point has a clear width of 2 mm to 7 mm, preferably 3 mm to 5 mm.
  • the ratio of the clear width of the formed by the joining recesses of the first and the second layer depression of the joint point and the largest diameter of the joint point parallel to the adjacent and provided outside the joining point layer plane of the first layer and / or the second layer advantageously 0.55 to 0.8, before preferably 0.6 to 0.75, the stability and compressive strength of the joint point is guaranteed.
  • the ratio between the dif ference between the innermost and outermost diameter of the undercut, at non-circular joining points the sum of the two-sided Radial extensions of the undercut, and the clear width of the recesses formed by the joining of the first and the second layer recess of the joint point is 0.03 to 0.15, advantageously 0.045 to 0.11.
  • adjacent joint points have a maximum distance from each other, advantageously between 20- and 40-fold, in particular between 25- and 35-fold, particularly preferably be between 27 and 33 times the starting sheet thickness of a layer, in particular in the case of layers of different thickness, the mean value of the starting sheet thickness of both layers.
  • the present invention also relates to a method for producing a plate-like fluid container according to the invention, wherein one or more channel-like depressions are formed in the first layer. Then, if necessary, at the same time and / or together, a first joining recess in the first layer and a second joining recess in the second layer, for example by embossing introduced. If these are simultaneously and jointly formed and also connected to one another at the same time, as is the case, for example, during clinching, the first layer is positively connected to the second layer in only one step.
  • the first Fügever recess and the second joining recess can be formed separately from each other in the first layer and the second layer and then ver together a related party.
  • the first Fügevertie tests are mutually correspondingly designed so that they can be pushed into one another at an angle to the perpendicular to the layer plane of the first and the second layer and thereby the second Fügevertie examination engages in the first joining recess and one of the walls in vertical direction on the layer plane engages behind.
  • the first layer with the second layer can be cohesively verbun the.
  • the combination of a positive Ver bond at a variety of locations and a material connection of the first and second layer to be sealed particularly significant Liche reduction in process time compared to a purely stoffschlüs-based compound by welding, gluing or soldering achieved since on the one hand, all joining recesses of a layer for the positive connection can be introduced simultaneously with a single tool and on the other a connection between the two layers in a variety of connec tion points can be made simultaneously.
  • layers of any shape and size miteinan can be connected by the inventive method.
  • the positive connection of the layers increases the mechanical strength of the fluid container and facilitates the hand ling both the individual layers and the finished plate when making cohesive connections.
  • the order of the aforementioned method steps may vary.
  • the edge referred to as the outer circumference of the layer refers to the final outer peripheral edge of the respective layer after completion of the manufacturing process.
  • the method according to the invention can additionally Lich to the first layer and the second layer of the plate-like fluid container having one or more channel-like depressions, wherein the one or more channel-like depressions of the second layer, in particular in Be rich the first layer can be arranged.
  • the method according to the invention may comprise a further step of forming the one or more channel-like depressions into the second layer.
  • the at least one first and the at least one second joining recess may have an undercut.
  • the undercut can be formed symmetrically or asymmetrically with respect to at least one axis of a plane. If the layers are to be brought into positive engagement with one another by means of telescoping, it is advantageous if the undercut is designed such that a loosening of the undercut is possible before the cohesive joining of the layers.
  • the shaping of the at least one first and the at least one second joining recess can be carried out in this embodiment of the invention, preferably as reshaping, in particular by means of a guided in an oblique to a layer plane of the first and second layer forming direction Umformstkovs.
  • first joining recesses are formed in the first layer and a multiplicity of second joint recesses corresponding to the first joint recesses are formed in the second layer. This increases the stability of the fluid container.
  • At least one of the plurality of first joint recesses and at least one of the plurality of second joint recesses may be formed in a first shape direction so that the at least one second joint groove corresponds to the plurality of second joint indentations corresponding to the at least one joint recess of the plurality of first joint recesses, and the remainder of the plurality of first joining recesses and the remainder of the plurality of second joining recesses are formed in a second shape direction different from the first forming direction, so that the remainder of the plurality of second joining recesses correspond to the remainder of the plurality of first joining recesses.
  • the first joining indentations and the second joint recesses corresponding to the first joint indentations can also be formed in a single molding direction with respect to the layer plane of the first or second layer.
  • procedural fluid-tight closing between the first and the second layer and within the outer periphery of the first layer for closing a direct fluid connection between the inlet and the Outlet include. This increases in the case of the fluid container as a tempering the heat or cooling capacity of the fluid container, since a direct overflow of the fluid from the inlet to the outlet is prevented.
  • the fluid-tight closing can be carried out in particular after the positive connection of the first and second layer and a cohesive joining together of the first and the second layer for closing a direct fluid connection between the inlet and the outlet includes sen.
  • the cohesive bonding of the first and second layers along the outer circumference and the fluid-tight closure can take place within one process step.
  • the material-coherent bonding of the layers can also take place before the clinching. If the form-fit is achieved by means of telescoping, the cohesive bonding will take place only after reaching the positive connection.
  • a sealing lip or a sealing bead for closing a direct connection between the inlet and the outlet, in particular before the cohesive joining together of the first and second layer along the outer circumference, for fluid-tight sealing. Subsequently, the first and second layers can be pressed against one another and thereby the sealing lip or sealing bead is pressed against the first or second layer.
  • the first and second layers may in particular comprise or consist of a metal, in particular aluminum, and the cohesive joining together of the first and the second metallic layer along the outer circumference and within the outer circumference of the first layer may take place by means of soldering, laser welding, friction welding or gluing ,
  • the present invention also includes a plate-like fluid container made by the above-described method.
  • the plate-like fluid container can be used as Temperierplatte, in particular for a electrochemical cal system z. B. as a battery cooler plate, especially for vehicles from being formed.
  • plate-shaped fluid containers according to the invention and methods according to the invention will be described in more detail with reference to figures.
  • various essential to the invention or advantageous further education elements within each case of a concrete example ge called, with individual of these elements as such for further development of the invention - also removed from the context of the respective example and other features of each example - can be used.
  • the same or similar reference numerals are used in the figures for the same or similar elements, and their explanation therefore omitted part.
  • FIG. 1 shows a battery module with tempering plate according to the invention
  • FIG. 2 shows a plate-shaped fluid container according to the invention in FIG.
  • Figure 3 shows a detail of the cross section of another embodiment example of a plate-shaped Fluidbenzol invention
  • Figure 4 shows a detail of the cross section of another embodiment example of a plate-shaped Fluidbenzol invention
  • FIG. 5 shows flowcharts of three embodiments of an inventions
  • FIG. 6 shows a fourth exemplary embodiment of a form-locking connection according to the invention of two modes II
  • Figure 7 shows a fifth embodiment of an inventive
  • FIG. 9 shows a plate-like fluid container in a plan view, which has been produced by a method according to the invention, FIG.
  • FIG. 10 shows a section through the plate-like fluid container from FIG. 6 in the transverse direction of the fluid container
  • Figure 11 shows a detail of the cross section of another embodiment example of a plate-shaped Fluidbenzol invention.
  • Figure 1 shows an assembly of a battery module 200 with eleven Zellenzel len 201 and a plate-like fluid container according to the invention 40.
  • the fluid container 40 is arranged on the underside of the battery module over the entire surface to ensure good heat transfer between battery module 200 and fluid container 40.
  • the fluid reservoir projects over the battery module.
  • an inlet 49a, an inlet port 110 and the outlet 49b, an outlet port 111 are arranged in the supernatant at the second layer 2 as an inlet 49a, an inlet port 110 and the outlet 49b.
  • Figure 2A shows a plate-like fluid container 40 according to the present invention in the plan view of a lower layer 1 made of aluminum.
  • the lower layer 1 has in many touch areas 48 joining points 3, in which the upper layer 2 is connected to the underlying first layer 1.
  • the joining points are essentially round and arranged in a regular grid at intervals d of 28 mm.
  • the two layers 1, 2 are connected substantially along their outer edge by means of a continuous weld 43.
  • the inlet 49a in the fluid container 40 is located on the upper layer 2 and is therefore just like the outlet 49b indicated only by dashed lines.
  • the tempering fluid thus flows from right to left in the half shown above and from left to right in the half of the fluid container shown below.
  • the two halves are except for a relatively narrow pas sage area by means of a Berzier Schemees 48 and extending therein Weld 44 fluid-tight separated from each other.
  • a Berzier Schemees 48 Between the channel-like recesses 46 in the lower layer 1 is a plurality of circular Be rrockungs Schemeen 48 formed to the upper layer 2 back, on the one hand form the joining points 3 described below and on the other hand ensure a targeted flow distribution in the fluid container 40.
  • FIG. 2 shows in the further subfigures 2B and 2C a cross section through the fluid container 40 in various sections.
  • FIG. 2C corresponds to the section marked "A" in FIG. 2B.
  • the lower layer 1 has regularly arranged recesses 46, which serve as fluid channels 45. Outside these fluid channels, in the areas between tween the fluid channels in which the upper layer 2 and the lower layer 1 un indirectly to each other and form contact areas 48, Fü are ge points 3 arranged.
  • both the first layer 1 and the second layer 2 have a joining recess 13 or 23, which are joined together.
  • the layers 1 and 2 are joined together at the joining point 3 by means of clinching, whereby the layer 2 undercuts the layer 1 in the joining point 3 and forms a positive connection perpendicular to the layer plane and in the direction of the layer plane of the first layer 1 and the second layer 2. If the joining point rotationally symmetrical about a normal to the La gene level of the first layer 1 and / or the second layer 2 is formed, so he testifies the joint point and an all-round positive engagement in the layer plane. The latter also applies to oval joining points and slot-shaped joining points when a constant undercut is present all around.
  • the layer thicknesses di of the first layer 1 and d 2 of the second layer 2 in their unpressed areas are identical in the example of Figure 2 with 1.0 mm.
  • the punch diameter d s of the punch for producing the joint point 3, which corresponds to the clear width of the recess of the joint point is 4.6 mm approximately 2/3 of the knob diameter d K , ie the Automat malmes sers or largest diameter of the joint point, the 7 1 mm.
  • the residual soil thickness d R in the middle of the joining point is 0.78 mm less as half of the sum of the two layer thickness di and d 2 .
  • the depth of the undercut d H in the average of the left and right sides is 0.25 mm, so a quarter of a Germanyndi bridge.
  • D H denotes twice the value of d H , which corresponds to the difference between the innermost and outermost diameter of the undercut R 2 denotes the residual material thickness of the second layer laterally of the bottom at the neck of the joint point, which is 74% of d 2 here.
  • FIG. 3 shows a detailed view of a joining point comparable to that in FIG. 2C.
  • the second, upper layer 2 is thicker than the first, lower layer 1.
  • the thickness of the first layer di is 1 mm as in the previous example, whereas the thickness of the second layer d 2 is 1.5 mm.
  • the punch diameter d s is as in the previous embodiment 4.6 mm, while the knob diameter d K due to the larger sum of Kundi bridges with 7.2 mm slightly larger than in the previousskysbei game.
  • the residual soil thickness d R is 1.1 mm more than in the preceding embodiment, which in turn is due to the greater sum of La Gendicken, even relatively it is 44% slightly more than in the embodiment of Figure 2C, where they only 39% the sum of the layer thicknesses.
  • the undercuts d H are averaged 0.18 mm, significantly lower than in the previous embodiment. D H is therefore 0.36 mm.
  • FIG. 2C is based on a technical drawing and thus represents an ideal form of a joining point 3 of the through-joints illustrated here
  • the representation of FIG. 3 is based on a measurement of a real joining point 3 of two layers 1, 2.
  • Figure 4 shows another embodiment of a joint point 3 he inventive fluid container 40. While in the two vorangegange NEN embodiments of the joint point 3 is in each case designed so that it comes to a supernatant on the second layer 2 opposite surface of the first layer 1, takes place the deformation here now so that a part of the formed material over the first layer 1 facing away from the surface of the second layer. Compared with the preceding embodiment examples, the undercut falls with 6.4% of the sum of the layer thicknesses di the first layer 1 and d 2 of the second layer 2 significantly lower than in the embodiment of Figure 2C, where it is 12.5% and also less than in the embodiment of Figure 3, where it is 7.2%.
  • FIG. 5 shows in subfigures 5A and 5B two exemplary embodiments of the method according to the invention for producing the fluid container according to the invention by means of clinching.
  • step S4.1 channel-like depressions for the formation of fluid channels are embossed. Subsequently, the shaped sheet of the first layer and the green sheet of the second layer are superimposed in a step S4.2.
  • step S4.3 the joining recesses with a multiplicity of forming punches and associated dies, in particular simultaneously or in groups one behind the other, are embossed into the superimposed layers, thus producing the interlocking joining points 3. Now the two layers are connected.
  • a cohesive, fluid-tight connection of the two layers along the outer edge of the first layer can be made, for example by welding or soldering.
  • FIG. 5B shows a method which is carried out in the same way as the method from FIG. 5A. In contrast, however, steps S4.3 and S4.4. reversed in their order.
  • FIG. 5C shows a flow chart of a further embodiment of a method according to the invention.
  • the inventive method is suitable for producing a plate-like fluid container having two superimposed layers and an inlet and an outlet, wherein a ers te position has a channel-like depression, so that a fluid between the first and a second layer along a channel from the inlet to Outlet is feasible.
  • first the channel-like recess is formed in the first layer, in particular shaped (step S1).
  • a multiplicity of first joining recesses in the first layer are formed in at least one region outside the one or more channel-like recesses of the first layer (step S1.2), for example with a multiplicity of reshaping dies and associated dies, simultaneously or in groups one behind the other.
  • a plurality of second joining recesses are formed in the second layer (step S2.1). The first and second joining recesses are thereby formed so that they can interlock positively.
  • the first and the second layer are connected to each other in a form-fitting manner by interlocking the first and second joining recesses until the first and second joining recesses engage one another in a form-fitting manner (step S3.1).
  • step S3.1 This allows a fast and stable connec tion over a large area of the surface of the first and second layer.
  • the connection of the plates can be solved again at any time.
  • the positively interconnected layers are connected by means of laser welding along an outer periphery of the first layer materially connected to each other (step S3.2).
  • the layers are fixed to one another inseparably and the fluid container sealed fluid-tight to the outside, so that the fluid can not flow out between the layers Shen.
  • the form-fitting connections ensure that the non-cohesively interconnected areas are held together in a dimensionally stable manner even at elevated fluid pressure.
  • a region between the inlet of the fluid container and the outlet can be closed fluid-tight by means of laser welding in order to prevent a short circuit between the inlet and the outlet, ie a direct fluid connection between the inlet and the outlet (step S3.3).
  • FIG. 6 shows a fourth exemplary embodiment of a form-fitting connection according to the invention of two model layers which serve to illustrate the layer connection without depicting channel-like depressions
  • FIG. 6A being a plan view
  • FIG. 6B a sectional view along a section AA through the model layers
  • FIG. 6C a further sectional view a section BB represents.
  • an upper layer 2 and a lower layer 1 are joined together by means of joining recesses 13, 23, wherein the lower layer 1 has joining recesses 13 and the upper layer 2 has recesses 23.
  • three joining recesses are arranged in two rows in a transverse direction of the ply cutouts 1 and 2.
  • the joining recesses form undercuts which are asymmetrical with respect to a longitudinal center axis L of the joining recesses, which corresponds to the Q direction of the ply cutouts 1 and 2.
  • the joining recesses 13, 23 thus form an undercut only on one side of the longitudinal central axis L of the joining recesses. It can also be seen from the section B-B that the joining recesses 13, 23 are formed symmetrically with respect to a transverse center axis Q. of the joining points 3.
  • Figure 7 shows a fifth embodiment of a form-fitting connection according to the invention two model layers
  • Figure 7A is a plan view
  • Figure 7B is a sectional view along a section CC through the model layers
  • Figure 7C is a further sectional view along a section DD.
  • the layers 1 and 2 are positively connected by means of only two mutually parallel joining points 3 with each joining point 3 transversely to the longitudinal direction of the ply sections 1 and 2 and at least over half the width of the ply sections 1 and 2 extend.
  • FIG. 8 shows a third exemplary embodiment of a form-fitting connection according to the invention of two model layers, FIG. 8A being a plan view, FIG. 8B being a sectional view along a section E-E through the model layers and FIG. 8C being a further sectional view along a section F-F.
  • the embodiment of Figure 8 each three in two spaced rows transverse to the longitudinal direction of the Lagenaus sections 1 and 2 arranged joining points 3a and 3b, wherein the joint recesses 3a and 3b differ in an orientation of the shape direction.
  • the joining recesses 13b and 23b of the first and second ply 1, 2 are upwardly formed, ie through the ply 1, while the joint pits 13a and 23a of the first and second ply 1 are formed , 2 down, so are formed through the layer 2 therethrough.
  • Figure 9 shows a plate-like fluid container 40 in a plan view, which has been produced by a method according to the invention.
  • Figure 10 shows a section through a portion of the plate-like fluid container 40 of Figure 9 in a transverse direction of the fluid container 40 along the section G-G.
  • the fluid container 40 has an upper layer 42, in which Fügevertiefun gene 472 are formed.
  • the fluid container 40 has a lower layer 41 into which channel-like recesses 46 and also joint recesses 471 are formed.
  • the lower layer 41 represents here the first layer, the upper layer 42 the second layer.
  • the channel-like depressions 46 form fluid channels for guiding a fluid from an inlet 49a to an outlet 49b.
  • the channel-like depressions 46 extend predominantly in the longitudinal direction of the fluid container 40. Outside the channel-like depressions 46, the upper layer 42 and the lower layer 41 have contact regions 48, within which the joining recesses 472 and 471 are arranged in the longitudinal direction of the fluid container 40.
  • the fluid container 40 has a plurality of transversely of the upper or lower layer 42, 41 alternating longitudinal fluid channels 45 and Bermmungsbe rich 48.
  • the joining recesses 471, 472 of the individual layers and the joined Fügevertie tests 47 of both layers are similar to that formed in Figure 6 and have the same shape direction. Furthermore, the longitudinal direction corresponds to the joining recesses 47 arranged in the contact regions 48 of the longitudinal direction of the contact regions 48.
  • the cross-section of the joining recesses 47 is asymmetrical to the longitudinal central axis of the joining recesses 47, as in FIG.
  • the upper layer 42 and the lower layer 41 along its Au OH Congresss 43 are welded together so that the fluid container 40 is fluid tightly closed to the outside. Further, along a longitudinal center axis of the fluid container, one side on the outer circumference 43 subsequent depending but not to the opposite side of the outer circumference 43 sougän gige weld 44 is arranged, which separates an inlet channel region of an outlet channel region of the fluid container 40. On one side of the weld seam and adjacent to the outer periphery 43 of the inlet 49a is arranged, while on an inlet 49a facing away from the side of the weld 44, an outlet 49b is arranged.
  • joining recesses 52 In a direction transverse to the inlet 49a and outlet 49b there are further, approximately square contact areas 50 in which the upper layer 42 and the lower layer 41 lie on each other and in which there are joining recesses 521, 522 of the layers, which are for the plate-shaped fluid container 40th together form joining recesses 52.
  • the joining recesses 52 have approximately half the length of the joining recesses 47 and serve to connect the Ver Ver 41 and 42 at a near the inlet 49 a and 49 b gelege edge of the fluid container 40th
  • FIG. 11 shows a detailed view of a joining point 3 comparable to that in FIG. 2C.
  • the joint recesses 13, 23 of the joint point 3 in white direct projections 17, 27 of the first layer 1 and second layer 2 are arranged.
  • about such interlocking projections 17, 27 of both layers 1, 2 can be the orientation of the joint points relative to the channel-like Vertie tests 46 perpendicular to the main extension plane of the plate-like Fluidbe container 40 set.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen plattenartigen Fluidbehalter (40) sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Im Stand der Technik bekannte plattenartige Fluidbehalter (40) bestehen beispielsweise aus einer oberen (2) und einer unteren Lage (1) sowie sich zwischen den Lagen erstreckenden Fluidkanälen. Im Randbereich und zwischen den Fluidkanälen sind die Lagen meist miteinander verlötet oder verschweißt. Werden die Lagen jedoch in vielen Bereichen verlötet oder verschweißt, kann der dabei erzeugte Wärmeeintrag in die Lagen zu einem Verlust der mechanischen Festigkeit des Lagenmaterials führen. Auch kann sich durch den Wärmeeintrag eine Änderung der Form der einzelnen Lagen oder der Platte ergeben, beispielsweise ein Verbiegen, so dass keine plane Auflagefläche mehr gegeben ist, die für die Temperierwirkung notwendig ist. Außerdem erfordern diese Verfahren sehr hohe Prozesszeiten.

Description

Plattenartiger Fluidbehälter und Verfahren zur Herstellung eines plattenarti gen Fluidbehälters
Die vorliegende Erfindung betrifft einen plattenartigen Fluidbehälter sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Im Stand der Technik bekannte plattenartige Fluidbehälter bestehen bei spielsweise aus einer oberen und einer unteren Lage sowie sich zwischen den Lagen erstreckenden Fluidkanälen. Im Randbereich und zwischen den Fluid- kanälen sind die Lagen meist miteinander verlötet oder verschweißt. Werden die Lagen jedoch in vielen Bereichen verlötet oder verschweißt, kann der da bei erzeugte Wärmeeintrag in die Lagen zu einem Verlust der mechanischen Festigkeit des Lagenmaterials führen. Auch kann sich durch den Wärmeein trag eine Änderung der Form der einzelnen Lagen oder der Platte ergeben, beispielsweise ein Verbiegen, so dass keine plane Auflagefläche mehr gege ben ist, die für die Temperierwirkung notwendig ist. Außerdem erfordern die se Verfahren sehr hohe Prozesszeiten. Weiterhin können die Lagen mittels Rollbonding verbunden werden. Mittels dieses Verfahrens lassen sich jedoch nur Lagen gleicher Form und Größe und mit begrenzter Komplexität der Plattengeometrie miteinander verbinden. Es ist jedoch wünschenswert plattenartige Fluidbehälter in verschiedenen For men und ohne Komplexitätsbeschränkung herzustellen. Insbesondere bei Temperierplatten wäre dies vorteilhaft, da eine Wärme- oder Kühlleistung über die Form oder Komplexität der Temperierplatte flexibel an den Bedarf anpassbar sein sollte.
In der DE 11 2012 001 293 T5 werden Batteriezellenkühler beschrieben, die ein Paar komplementärer Lagen aufweisen. Zwischen diesem Paar komple mentärer Lagen ist zwischen einem Einlaß und einem Auslaß ein Fluidkanal ausgebildet, längs dessen ein Kühlfluid vom Einlaß zum Auslaß des Kühlers geführt wird. In dem Kanal bzw. den Kanal unterbrechend sind Vertiefungen angeordnet, an denen die beiden Lagen des Batteriezellenkühlers sich anei nander abstützen. Statt weitgehend runder Vertiefungen ist es auch möglich, Rippen vorzusehen. Die Lagen werden für die Montage zuerst mechanisch miteinander verbunden, beispielsweise entlang ihrer Mittelachse durch Toxen. Anschließend können die beiden Lagen miteinander verlötet werden, um die Fluiddichtigkeit der Fluidkanäle herzustellen. Die Toxpunkte liegen außerhalb des fluidführenden Bereichs und dienen ausschließlich der korrek ten Positionierung der Lagen zueinander. Nach dem Verlöten der beiden La gen miteinander kommt den Toxpunkten keine Funktion mehr zu. Die Toxpunkte sind dabei so angeordnet, dass sie durch verlötete Bereiche von den mit Innendruck beaufschlagten Bereichen beabstandet sind, ihr Wider stand gegenüber Innendrücken ist sehr begrenzt.
Grundsätzlich ist daher das Verbinden zweier Lagen eines Batteriekühlers mit tels Toxens bereits beschrieben. Dennoch erfolgt bei diesem Stand der Tech nik die wesentliche, langfristige und druckbeständige Verbindung der beiden Lagen des Batteriezellenkühlers durch Hartlöten, beispielsweise von Alumini um, um eine Abdichtung der Flüssigkeitskühlkanäle und der Rohrverbindun gen des Einlaßes und des Auslaßes zu erzielen. Hierzu wird beispielsweise mit Hartlötmittel plattiertes Aluminiumblech verwendet. Das hier verwendete Verbindungsverfahren ist aufwändig und erfordert spezielle Materialien, ins- besondere die Lotbeschichtung.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen plattenartigen Fluid behälter zur Verfügung zu stellen, der einfach und im Wesentlichen unter Verwendung von Stanz- und Prägeprozessen hergestellt werden kann und bei dem die Zahl der stoffschlüssigen Verbindungen bzw. deren Flächenanteil gering ist. Die plattenartigen Fluidbehälter sollen dabei dennoch den im Be trieb vorherrschenden Innendrücken sowie noch deutlich höheren für Prüf zwecke üblichen Innendrücken standhalten. Weiterhin ist es Aufgabe der vor liegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen plattenar tigen Fluidbehälters zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die plattenartigen Fluidbehälter nach Anspruch 1 sowie Anspruch 29 und das Verfahren nach Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Fluidbehälter und des erfindungs gemäßen Verfahrens werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gege ben.
Der erfindungsgemäße plattenartige Fluidbehälter weist eine erste Lage und eine zweite Lage auf, die gemeinsam die Platte des plattenartigen Fluidbehäl ters bilden und daher übereinanderliegend angeordnet sind. Weiterhin weist der Fluidbehälter einen Einlaß und einen Auslaß auf, zwischen denen sich ein Kanal zur Führung eines Fluids, beispielsweise eines Kühlmittels oder Wär memittels, erstreckt. Zur Ausbildung dieses Kanals weist die erste Lage eine oder mehrere kanalartige Vertiefungen auf, die sich zwischen dem Einlaß und dem Auslaß erstrecken und der Führung des Fluids dienen.
Außerhalb dieser kanalartigen Vertiefungen weist die erste Lage weiterhin Bereiche auf, die nicht zur Führung des Fluids zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind diese Berührbereiche nicht Teil des Kanals. Die erste und die zweite Lage liegen in diesen Bereichen aufeinander auf, beispielsweise sind sie aufeinanderge presst. Sie können jedoch unmittelbar neben den kanalartigen Vertiefungen angeordnet sein und diese beispielsweise begrenzen oder in der Art einer In sel von einem Kanal umgeben sein. Diese Bereiche können eine beliebige Form annehmen, beispielsweise rund, oval, langgestreckt oder viereckig sein. In diesen Bereichen weist nun die erste Lage mindestens eine erste Fügever tiefung und die zweite Lage mindestens eine zweite Fügevertiefung auf, an denen durch formschlüssiges Ineinandergreifen der beiden Fügevertiefungen ein Fügepunkt zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage ausgebildet wird. Die Richtung der Fügevertiefungen kann dabei dieselbe sein wie die Richtung der kanalartigen Vertiefung oder auch dieser entgegengesetzt. Sind mehrere Fügepunkte vorgesehen, so können diese in gleiche oder in verschie dene Richtungen vertieft sein, d.h. je noch Aufsicht auf die erste und die zwei te Lage als Erhebungen aus oder Vertiefungen in der Lagenebene der ersten und/oder zweiten Lage zu erkennen sein.
Die erste Fügevertiefung und die zweite Fügevertiefung können getrennt von einander ausgebildet werden oder auch in einem gemeinsamen Herstellungs schritt. So können die erste Fügevertiefung und die zweite Fügevertiefung beispielsweise beim Druckfügen oder Durchsetzfügen unmittelbar gemeinsam ausgebildet werden und zugleich auch einen festen Verbindungspunkt zwi schen der ersten Lage und der zweiten Lage ausbilden.
Andererseits ist es auch möglich, in der ersten Lage und in der zweiten Lage Fügevertiefungen so auszubilden, dass die Fügevertiefung, die eine Auskra gung bildet, in die zweite Fügevertiefung eingeschoben werden kann. Auch hierdurch wird eine formschlüssige Verbindung, insbesondere eine senkrecht zur Lagenebene der ersten Lage und/oder der zweiten Lage wirkende form schlüssige Verbindung ausgebildet. In letzterem Falle können die Fügevertie fungen getrennt voneinander hergestellt und erst anschließend der Füge punkt durch Ineinanderschieben der Fügevertiefungen hergestellt werden. Beim Ineinanderschieben erfolgt ein Anschlag der beiden Fügevertiefungen, der einen Formschluss bewirkt, der in Richtung parallel zur Lagenebene der ersten und/oder zweiten Lage ohne weitere Maßnahmen nur einseitig wirkt, nämlich in Einschubrichtung. Gleichzeitig tritt durch das Ineinanderschieben ein Formschluss in beide Richtungen senkrecht zur Lagenebene der ersten und/oder zweiten Lage ein.
Die Schritte des Formens der Blechlagen und der Verbindung der Blechlagen miteinander können also getrennt voneinander oder auch gleichzeitig in ei- nem Schritt durchgeführt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Fluidbehälter sind also erste Lage und zweite Lage an den Fügepunkten formschlüssig, insbesondere formschlüssig in Bezug auf die Senkrechte auf die Lagenebene, miteinander verbunden. Beispielswei se entsteht beim Durchsetzfügen oder Druckfügen ein Formschluß in jegliche Richtung.
Die erste Lage und die zweite Lage können dabei außerhalb jeder der kanalar tigen Vertiefungen, also insbesondere im Berührbereich von erster und zwei ter Lage, mindestens eine weitere Vertiefung und/oder Auskragung aufwei sen. Eine, mehrere oder sämtliche der ersten Fügevertiefungen und der zwei ten Fügevertiefungen können dabei in diesen weiteren Vertiefungen oder Auskragungen angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die weitere Vertiefung und/oder Auskragung so ausgebildet ist, dass die erste und zweite Lage dabei zumindest geschlossen um die Fügevertiefungen umlaufend eine Kontaktlinie bilden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Fügepunkte in Form von Inseln inner halb der ansonsten als Kanäle ausgebildeten kanalartigen Vertiefungen ange ordnet sind. In diesem Falle entspricht die Richtung der Fügevertiefungen vor zugsweise der Richtung der kanalartigen Vertiefungen, weist also von der zweiten Lage zur ersten Lage. Eine Fluiddichtigkeit zwischen den Lagen ist für die Verbindung zwischen den Fügevertiefungen an den Fügepunkten nicht erforderlich. Vielmehr genügt es, am Außenrand der ersten und gegebenen falls der zweiten Lage und gegebenenfalls auch in Trennbereichen unter schiedlicher Strömungsbereiche, beispielsweise in der Mittelachse der ersten und der zweiten Lage eines plattenförmigen Fluidbehälters mit U-förmig an geordneten Kanälen, eine fluiddichte Verbindung von erster und zweiter Lage, beispielsweise durch Löten oder Schweißen oder Kleben, herzustellen. Das in dem Kanal fließende Fluid strömt dann innerhalb der durch diese fluiddichten Verbindungen definierten Flächen zwischen erster und zweiter Lage, haupt sächlich in dem Kanal vom Einlaß zum Auslaß.
Zusätzlich zu den Fügepunkten sind die erste Lage und die zweite Lage also auch stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten, Schweißen (z.B. Laserschwei- ßen, Reib-Schweißen, Reib-Rühr-Schweißen) oder Kleben, miteinander ver bunden. Vorteilhafterweise erfolgt eine derartige Verbindung längs der Au ßenkante der ersten Lage und zumindest abschnittsweise entlang der Außen kante der zweiten Lage, um eine Fluiddichtigkeit des erfindungsgemäßen Be hälters nach außen herzustellen. Weiterhin kann eine derartige Verbindung auch in denjenigen Bereichen vorgesehen sein, in denen eine Führung des Fluides erforderlich ist. So kann beispielsweise längs einer Mittellinie ausge hend von dem Lagenrand, der dem Einlaß und dem Auslaß benachbart ist, die erste Lage und die zweite Lage miteinander verschweißt sein unter Freilas sung eines Fluiddurchgangs an der gegenüberliegenden Seite der Lagen zum Durchtritt des Fluids von einer Seite dieser Mittellinienverschweißung auf die andere Seite in möglichst großer Entfernung von dem Einlaß und dem Auslaß. Weiterhin ist es möglich, zusätzliche stoffschlüssige Verbindungen auch in einer der vorgenannten mindestens einen weiteren Vertiefung und/oder Aus kragung vorzusehen.
Die erste und die zweite Lage können aus demselben Material oder aus ver schiedenen Materialien bestehen. Es kommen als Materialien insbesondere Metalle, und hier vorzugsweise Aluminiumlegierungen der Gruppen/Serien 3xxx und 5xxx, in Frage. Auch Kombinationen unterschiedlicher Aluminiumle gierungen, beispielsweise die Kombination einer ersten Lage aus einer ersten Aluminiumlegierung mit einer zweiten Lage aus einer anderen Aluminiumle gierung, aber auch die Plattierung einer Aluminiumlage mit einer anderen Aluminiumlegierung zur Anpassung, beispielsweise der Schweißfähigkeit, sind möglich.
Die beschriebenen Fügepunkte können an verschiedenen Stellen der ersten und der zweiten Lage angeordnet sein. So ist auch eine ungleichmäßige Ver teilung der Fügepunkte über die Lagenfläche der ersten Lage und der zweiten Lage möglich. Beispielsweise können in Bereichen mit größerem Abstand zu stoffschlüssigen Verbindungen der beiden Lagen die Fügepunkte dichter an geordnet sein, d. h. mit geringerem gegenseitigem Abstand als in einem un mittelbar zu einer stoffschlüssigen Verbindung benachbarten Bereich.
Die Fügepunkte weisen, insbesondere wenn sie mittels Durchsetzfügens her gestellt sind, vorteilhafterweise eine oder mehrere der folgenden Ausgestal- tungen auf:
Der Boden der ersten Lage und der zweiten Lage in einem Fügepunkt weist eine minimale Materialstärke auf, um eine Fluiddichtigkeit senkrecht zum plattenförmigen Fluidbehälter zu gewährleisten. Die minimale Restmaterial stärke der Blechlagen der ersten Lage und der zweiten Lage einer, mehrerer oder aller ineinandergreifender Fügevertiefungen beträgt am Boden eines Fügepunktes vorteilhafterweise zwischen 28% und 50%, vorzugsweise zwi schen 30% und 46% der Ausgangsblechstärken, also der Summe der Aus gangsblechstärken beider Lagen. Keine der miteinander verbundenen Lagen darf dabei im Bereich des Fügepunktes durch ihre Lagendicke reichende Öff nungen aufweisen. Ebenso beträgt die minimale Restmaterialstärke der zwei ten Lage einer, mehrerer oder aller ineinandergreifenden Fügevertiefungen seitlich des Bodens am Hals des Fügepunktes vorteilhafterweise zwischen 50 % und 78 %, vorzugsweise zwischen 55 % und 70 % der Ausgangsblechstärke der zweiten Lage. Vorteilhafterweise weist für einen, mehrere oder alle Füge punkte die durch die Fügevertiefungen der ersten und der zweiten Lage aus gebildete Vertiefung des Fügepunktes eine lichte Weite von 2 mm bis 7 mm, vorzugsweise 3 mm bis 5 mm, auf. Sofern vorteilhafterweise für einen, meh rere oder alle Fügepunkte das Verhältnis aus der lichten Weite der durch die Fügevertiefungen der ersten und der zweiten Lage ausgebildeten Vertiefung des Fügepunktes und dem größten Durchmesser des Fügepunktes parallel zur benachbart und außerhalb des Fügepunktes vorgesehenen Lagenebene der ersten Lage und/oder der zweiten Lage vorteilhafterweise 0,55 bis 0,8, vor zugsweise 0,6 bis 0,75 beträgt, ist auch die Stabilität und Druckfestigkeit des Fügepunktes gewährleistet. Dies gilt auch, wenn vorteilhafterweise in Aufsicht senkrecht zur Hauptlagenebene der ersten Lage und/oder der zweiten Lage für einen, mehrere oder alle Fügepunkte das Verhältnis zwischen der Diffe renz zwischen dem innersten und äußersten Durchmesser des Hinterschnitts, bei nicht kreisrunden Fügepunkten die Summe der beidseitigen radialen Erstreckungen des Hinterschnitts, und der lichten Weite der durch die Füge vertiefungen der ersten und der zweiten Lage ausgebildeten Vertiefung des Fügepunktes 0,03 bis 0,15, vorteilhafterweise 0,045 bis 0,11 beträgt.
Zur Verbesserung der Stabilität des Fluidbehälters gegen Druckkräfte aus sei nem Inneren auf seine beiden Oberflächen weisen benachbarte Fügepunkte einen maximalen Abstand voneinander auf, der vorteilhafterweise zwischen dem 20- und 40-fachen, insbesondere zwischen dem 25- und 35-fachen, be sonders bevorzugt zwischen dem 27- und 33-fachen der Ausgangsblechdicke einer Lage, insbesondere bei unterschiedlich dicken Lagen dem Mittelwert der Ausgangsblechdicke beider Lagen liegt.
Wird der Formschluss durch Anschlag ineinander geschobener Fügevertiefun gen der ersten und zweiten Lage erreicht, so sind die vorgenannten Abstände von den jeweiligen Anschlagsstellen aus gemessen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen plattenartigen Fluidbehälters, wobei in der ersten Lage ein oder mehrere kanalartige Vertiefungen ausgebildet werden. Anschließend werden, ggf. zeitgleich und/oder gemeinsam, eine erste Fügevertiefung in die erste Lage und eine zweite Fügevertiefung in die zweite Lage, beispielsweise durch Prägen, eingebracht. Werden diese zeitgleich und gemeinsam geformt und auch zugleich miteinander verbunden, wie das beispielsweise beim Durchsetzfügen der Fall ist, wird in nur einem Schritt die erste Lage mit der zweiten Lage formschlüssig verbunden. Alternativ können die erste Fügever tiefung und die zweite Fügevertiefung getrennt voneinander in der ersten Lage und der zweiten Lage ausgebildet und anschließend miteinander ver bunden werden. In einer Ausführungsform sind daher die ersten Fügevertie fungen zueinander korrespondierend so ausgestaltet, dass sie unter einem Winkel zur Senkrechten auf die Lagenebene der ersten und der zweiten Lage ineinander geschoben werden können und hierdurch die zweite Fügevertie fung in die erste Fügevertiefung eingreift und eine der Wände in senkrechter Richtung auf die Lagenebene hintergreift.
Anschließend kann die erste Lage mit der zweiten Lage stoffschlüssig verbun den werden.
Bei diesem Verfahren wird durch die Kombination einer formschlüssigen Ver bindung an einer Vielzahl von Stellen und einer stoffschlüssigen Verbindung der ersten und zweiten Lage an besonders abzudichtenden Stellen eine erheb liche Reduzierung der Prozesszeit gegenüber einer ausschließlich stoffschlüs sigen Verbindung durch Schweißen, Kleben oder Löten erreicht, da zum einen sämtliche Fügevertiefungen einer Lage für die formschlüssige Verbindung gleichzeitig mit einem einzigen Werkzeug eingebracht werden können und zum anderen eine Verbindung beider Lagen in einer Vielzahl von Verbin dungspunkten gleichzeitig hergestellt werden kann. Weiterhin können durch das erfindungsgemäße Verfahren Lagen beliebiger Form und Größe miteinan der verbunden werden. Zusätzlich erhöht die formschlüssige Verbindung der Lagen die mechanische Festigkeit des Fluidbehälters und erleichtert das Hand ling sowohl der einzelnen Lagen als auch der fertigen Platte beim Herstellen stoffschlüssiger Verbindungen.
Die Reihenfolge der vorgenannten Verfahrensschritte kann variieren. Zudem ist es möglich, das Verfahren mit Zuschnitten durchzuführen, die bereits die endgültigen Außenumfangsränder der Lagen aufweisen. Es ist jedoch auch möglich einen Teil der vorgenannten Verfahrensschritte an einem Bandmate rial auszuführen und die endgültigen Außenumfangsränder erst zwischen den vorgenannten Verfahrensschritten oder am Ende der vorgenannten Verfah rensschritte zuzuschneiden. Der als Außenumfang der Lage bezeichnete Rand bezieht sich dabei auf den endgültigen Außenumfangsrand der betreffenden Lage nach Beendigung des Herstellungsprozesses.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zusätz lich zu der ersten Lage auch die zweite Lage des plattenartigen Fluidbehälters eine oder mehrere kanalartige Vertiefungen aufweisen, wobei die eine oder mehreren kanalartigen Vertiefungen der zweiten Lage insbesondere im Be reich der ersten Lage angeordnet sein können. In diesem Fall kann das erfin dungsgemäße Verfahren einen weiteren Schritt zum Einformen der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen in die zweite Lage umfassen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kön nen die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Fügevertiefung eine Hinterschneidung aufweisen. Dabei kann die Hinterschneidung symmet risch oder asymmetrisch bezüglich mindestens einer Achse einer Ebene aus gebildet sein. Sollen die Lagen mittels Ineinanderschiebens miteinander in Formschluss gebracht werden, ist dabei vorteilhaft, wenn die Hinterschneidung so ausgeführt ist, dass vor dem stoffschlüssigen Verbinden der Lagen ein Lösen des Hinterschnitts möglich ist. Das Formen der mindestens einen ersten und der mindestens einen zweiten Fügevertiefung kann bei dieser Ausgestaltung der Erfindung, vorzugsweise als Umformen, insbesondere mittels eines in einer schräg zu einer Lagenebene der ersten und zweiten Lage verlaufenden Umformrichtung geführten Um formstempels erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in die erste Lage eine Vielzahl von ersten Fügevertiefungen und in die zweite Lage eine Vielzahl von zu den ersten Füge vertiefungen korrespondierenden zweiten Fügevertiefungen eingeformt wird. Dies erhöht die Stabilität des Fluidbehälters.
Weiterhin kann mindestens eine der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen und mindestens eine der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen in einer ersten Formrichtung geformt werden, sodass die mindestens eine zweite Fügevertie fung der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen zu der mindestens einen Fü gevertiefung der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen korrespondiert, und die Übrigen der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen und die Übrigen der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen in einer zweiten von der ersten Umformrich tung verschiedenen Formrichtung geformt werden, sodass die Übrigen der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen zu den Übrigen der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen korrespondieren.
Die ersten Fügevertiefungen und die zu den ersten Fügevertiefungen korres pondierenden zweiten Fügevertiefungen können auch in einer einzigen Form richtung bezüglich der Lagenebene der ersten oder zweiten Lage geformt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere oder sämtliche erste Fügevertie fungen gleichzeitig geformt werden und/oder wenn mehrere oder sämtliche zweite Fügevertiefungen gleichzeitig geformt werden. Hierdurch kann die Dauer des Herstellungsprozesses erheblich verkürzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens kann das Verfahren ein fluiddichtes Verschließen zwischen der ersten und der zweiten Lage und innerhalb des Außenumfangs der ersten Lage zum Verschließen einer direkten Fluidverbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß umfassen. Dies erhöht im Falle des Fluidbehälters als Temperierplatte die Wärme- oder Kühlleistung des Fluidbehälters, da ein direktes Über strömen des Fluids vom Einlaß zum Auslaß verhindert wird.
Das fluiddichte Verschließen kann insbesondere nach dem formschlüssigen Verbinden der ersten und zweiten Lage erfolgen und ein stoffschlüssiges Miteinanderverbinden der ersten und der zweiten Lage zum Verschließen einer direkten Fluidverbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß umfas sen. In diesem Fall können das stoffschlüssige miteinander Verbinden der ers ten und zweiten Lage entlang des Außenumfangs sowie das fluiddichte Ver schließen innerhalb eines Prozessschritts erfolgen.
Wird der Formschluss mittels Durchsetzfügens erreicht, so kann das stoff schlüssige Verbinden der Lagen auch vor dem Durchsetzfügen erfolgen. Wird der Formschluss mittels Ineinanderschiebens erreicht, wird das stoffschlüssige Verbinden erst nach Erreichen des Formschlusses erfolgen.
Weiterhin ist es denkbar, insbesondere vor dem stoffschlüssigen Miteinanderverbinden der ersten und zweiten Lage entlang des Außenum fangs, zum fluiddichten Verschließen eine Dichtlippe oder eine Dichtsicke zum Verschließen einer direkten Verbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß anzuordnen. Anschließend können die erste und zweite Lage aneinander ge presst werden und dadurch die Dichtlippe oder Dichtsicke gegen die erste bzw. zweite Lage gedrückt werden.
Die erste und zweite Lage können insbesondere ein Metall, insbesondere Aluminium aufweisen oder daraus bestehen, und das stoffschlüssige mitei nander Verbinden der ersten und der zweiten metallischen Lage entlang des Außenumfangs und innerhalb des Außenumfangs der ersten Lage kann mittels Lötens, Laserschweißens, Reibschweißens oder Klebens erfolgen.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch einen plattenartigen Fluidbehälter, der mittels des vorbeschriebenen Verfahrens hergestellt ist. Der plattenartige Fluidbehälter kann als Temperierplatte, insbesondere für ein elektrochemi sches System z. B. als Batteriekühlerplatte, insbesondere für Fahrzeuge, aus gebildet sein. Im Folgenden werden erfindungsgemäße plattenförmige Fluidbehälter und erfindungsgemäße Verfahren anhand von Figuren detaillierter beschrieben. Dabei werden verschiedene erfindungswesentliche oder auch vorteilhafte weiterbildende Elemente im Rahmen jeweils eines konkreten Beispiels ge nannt, wobei auch einzelne dieser Elemente als solche zur Weiterbildung der Erfindung - auch herausgelöst aus dem Kontext des jeweiligen Beispiels und weiterer Merkmale des jeweiligen Beispiels - verwendet werden können. Weiterhin werden in den Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, und deren Erläuterung daher teil weise weggelassen.
Es zeigen
Figur 1 ein Batteriemodul mit erfindungsgemäßer Temperierplatte;
Figur 2 einen erfindungsgemäßen plattenförmigen Fluidbehälter in
Aufsicht, im Querschnitt und einen Ausschnitt des Querschnitts;
Figur 3 einen Ausschnitt des Querschnitts eines weiteren Ausführungs beispiels eines erfindungsgemäßen plattenförmigen Fluidbehäl ters;
Figur 4 einen Ausschnitt des Querschnitts eines weiteren Ausführungs beispiels eines erfindungsgemäßen plattenförmigen Fluidbehäl ters;
Figur 5 Ablaufdiagramme dreier Ausführungsbeispiele eines erfin
dungsgemäßen Verfahrens,
Figur 6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen form schlüssigen Verbindung zweier Mode II lagen,
Figur 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
formschlüssigen Verbindung zweier Modelllagen,
Figur 8 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen formschlüssigen Verbindung zweier Modelllagen,
Figur 9 einen plattenartigen Fluidbehälter in einer Draufsicht, welcher mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist,
Figur 10 einen Schnitt durch den plattenartigen Fluidbehälter aus Figur 6 in Querrichtung des Fluidbehälters, Und
Figur 11 einen Ausschnitt des Querschnitts eines weiteren Ausführungs beispiels eines erfindungsgemäßen plattenförmigen Fluidbehäl ters.
Figur 1 zeigt eine Baugruppe aus einem Batteriemodul 200 mit elf Batteriezel len 201 und einem erfindungsgemäßen plattenartigen Fluidbehälter 40. Der Fluidbehälter 40 ist dabei auf der Unterseite des Batteriemoduls vollflächig angeordnet, um einen guten Wärmeübertrag zwischen Batteriemodul 200 und Fluidbehälter 40 zu gewährleisten. Der Fluidbehälter ragt über das Batte riemodul über. Im Überstand sind an der zweiten Lage 2 als Einlaß 49a ein Einlaßstutzen 110 und als Auslaß 49b ein Auslaßstutzen 111 angeordnet.
Figur 2A zeigt einen plattenartigen Fluidbehälter 40 gemäß der vorliegenden Erfindung in der Aufsicht auf eine untere Lage 1 aus Aluminium.
Die untere Lage 1 weist in vielen Berührbereichen 48 Fügepunkte 3 auf, in denen die obere Lage 2 mit der darunter liegenden ersten Lage 1 verbunden ist. Die Fügepunkte sind im vorliegenden Beispiel im Wesentlichen rund und in einem regelmäßigen Raster mit Abständen d von 28 mm angeordnet. Zur fluiddichten Verbindung sind die beiden Lagen 1, 2 im Wesentlichen entlang ihres Außenrandes mittels einer durchgängigen Schweißnaht 43 verbunden. Der Einlass 49a in den Fluidbehälter 40 befindet sich auf der oberen Lage 2 und ist deshalb ebenso wie der Auslass 49b nur mit gestrichelten Linien ange deutet. Das Temperierfluid strömt somit in der oben dargestellten Hälfte von rechts nach links und in der unten dargestellten Hälfte des Fluidbehälters von links nach rechts. Die beiden Hälften sind bis auf einen relativ schmalen Pas sagebereich mittels eines Berührbereiches 48 und einer darin verlaufenden Schweißnaht 44 fluiddicht voneinander getrennt. Zwischen den kanalartigen Vertiefungen 46 in der unteren Lage 1 ist eine Vielzahl von kreisförmigen Be rührungsbereichen 48 zur oberen Lage 2 hin ausgebildet, die einerseits die nachfolgend beschriebenen Fügepunkte 3 ausbilden und andererseits für eine gezielte Strömungsverteilung im Fluidbehälter 40 sorgen.
Figur 2 zeigt in den weiteren Teilfiguren 2B und 2C einen Querschnitt durch den Fluidbehälter 40 in verschiedenen Ausschnitten. Figur 2C entspricht dabei dem mit "A" gekennzeichneten Ausschnitt in Figur 2B.
Die untere Lage 1 weist regelmäßig angeordnete Vertiefungen 46 auf, die als Fluidkanäle 45 dienen. Außerhalb dieser Fluidkanäle, in den Bereichen zwi schen den Fluidkanälen, in denen die obere Lage 2 und die untere Lage 1 un mittelbar aufeinander liegen und Berührungsbereiche 48 ausbilden, sind Fü gepunkte 3 angeordnet.
Die Ausgestaltung der Fügepunkte ist in Figur 2C für einen Fügepunkt bei spielhaft dargestellt. Im Fügepunkt 3 weist sowohl die erste Lage 1 als auch die zweite Lage 2 eine Fügevertiefung 13 bzw. 23 auf, die ineinandergefügt sind. Im vorliegenden Beispiel sind die Lagen 1 und 2 im Fügepunkt 3 mittels Durchsetzfügens miteinander verbunden, wodurch die Lage 2 im Fügepunkt 3 die Lage 1 hinterschneidet und einen Formschluß senkrecht zur Lagenebene und in Richtung der Lagenebene der ersten Lage 1 und der zweiten Lage 2 ausbildet. Ist der Fügepunkt rotationssymmetrisch um eine Normale zur La genebene der ersten Lage 1 und/oder der zweiten Lage 2 ausgebildet, so er zeugt der Fügepunkt auch einen allseitigen Formschluß in der Lagenebene. Letzteres gilt auch bei ovalen Fügepunkten und langlochförmigen Fügepunk ten, wenn umlaufend ein gleichbleibender Hinterschnitt vorhanden ist.
Die Lagendicken di der ersten Lage 1 und d2 der zweiten Lage 2 in ihren unverpressten Bereichen sind im Beispiel der Figur 2 mit 1,0 mm identisch.
Der Stempeldurchmesser ds des Stempels zur Herstellung des Fügepunktes 3, die der lichten Weite der Vertiefung des Fügepunktes entspricht, beträgt mit 4,6 mm ungefähr 2/3 des Knopfdurchmessers dK, also des Gesamtdurchmes sers oder größten Durchmessers des Fügepunktes, der 7,1 mm beträgt. Die Restbodendicke dR in der Mitte des Fügepunktes beträgt mit 0,78 mm weniger als die Hälfte der Summe der beiden Lagendicken di und d2. Die Dauerhalt barkeit der Verbindung der beiden Lagen 1, 2, insbesondere auch gegenüber hohen und sich mitunter ändernden Innendrücken hängt insbesondere von den Hinterschnitten auf beiden Seiten des gezeigten Schnittes ab. Jeder Hinterschnitt läuft zumindest abschnittsweise um den Fügepunkt um oder umgibt ihn vollständig. Dabei kann sich seine Tiefe jedoch im Verlauf ändern. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Tiefe des Hinterschnitts dH im Durch schnitt der linken und rechten Seite 0,25 mm, also ein Viertel einer Lagendi cke. DH bezeichnet den doppelten Wert von dH, dieser entspricht der Differenz zwischen dem innersten und äußersten Durchmesser des Hinterschnitts R2 bezeichnet die Restmaterialstärke der zweiten Lage seitlich des Bodens am Hals des Fügepunktes, die hier 74% von d2 beträgt.
Alternativ ist es möglich die Fügevertiefungen lediglich ineinander einzu stemmen und so die erste Lage 1 und die zweite Lage 2 zu verbinden.
Figur 3 zeigt eine Detailansicht eines Fügepunktes vergleichbar dem in Figur 2C. Hier ist jedoch die zweite, obere Lage 2 dicker als die erste, untere Lage 1. Die Dicke der ersten Lage di beträgt wie im vorhergehenden Beispiel 1 mm, wohingegen die Dicke der zweiten Lage d2 1,5 mm beträgt. Der Stempel durchmesser ds beträgt wie im vorangehenden Ausführungsbeispiel 4,6 mm, während der Knopfdurchmesser dK infolge der größeren Summe der Lagendi cken mit 7,2 mm etwas größer ausfällt als im vorangehenden Ausführungsbei spiel. Die Restbodendicke dR beträgt mit 1,1 mm absolut mehr als im voran gehenden Ausführungsbeispiel, was wiederum der größeren Summe der La gendicken geschuldet ist, auch relativ beträgt sie mit 44% etwas mehr als im Ausführungsbeispiel der Figur 2C, wo sie nur 39% der Summe der Lagendicken beträgt. Die Hinterschnitte dH sind mit gemittelt 0,18 mm deutlich geringer als im vorhergehenden Ausführungsbeispiel. DH beträgt also 0,36 mm.
Während die Darstellung der Figur 2C auf einer technischen Zeichnung basiert und somit eine Idealform eines Fügepunktes 3 der hier dargestellten Durch- setzfügeverbindungen darstellt, beruht die Darstellung der Figur 3 auf einer Vermessung eines realen Fügepunktes 3 zweier Lagen 1, 2. Beim Vergleich der beiden Figuren wird besonders deutlich, dass im realen Teil an den Außenrän dern des Fügepunktes in der unteren, ersten Lage, sich ein umlaufender Kra- gen ausbildet, der überschüssiges Material aufnimmt.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fügepunktes 3 eines er findungsgemäßen Fluidbehälters 40. Während in den beiden vorangegange nen Ausführungsbeispielen der Fügepunkt 3 jeweils so ausgeführt ist, dass es zu einem Überstand auf der der zweiten Lage 2 abgewandten Oberfläche der ersten Lage 1 kommt, erfolgt die Umformung hier nun so, dass ein Teil des umgeformten Materials über die der ersten Lage 1 abgewandte Oberfläche der zweiten Lage übersteht. Verglichen mit den vorangehenden Ausführungs beispielen fällt dabei der Hinterschnitt mit 6,4% der Summe der Lagendicken di der ersten Lage 1 und d2 der zweiten Lage 2 deutlich geringer aus als im Ausführungsbeispiel der Figur 2C, wo er 12,5% beträgt und auch geringer als im Ausführungsbeispiel der Figur 3, wo er 7,2% beträgt.
Figur 5 zeigt in den Teilfiguren 5A und 5B zwei Ausführungsbeispiele erfin dungsgemäßer Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fluidbehäl termittels Durchsetzfügens.
In Figur 5A werden in einem Schritt S4.1 kanalartige Vertiefungen zur Ausbil dung von Fluidkanälen eingeprägt. Anschließend werden das geformte Blech der ersten Lage und das Rohblech der zweiten Lage in einem Schritt S4.2 auf- einandergelegt.
Anschließend werden in Schritt S4.3 in die aufeinanderliegenden Lagen die Fügevertiefungen mit einer Vielzahl an Umformstempeln und zugehörigen Matrizen, insbesondere gleichzeitig oder in Gruppen hintereinander, einge prägt und damit die formschlüssigen Fügepunkte 3 erzeugt. Nunmehr sind die beiden Lagen miteinander verbunden.
Abschließend kann eine stoffschlüssige, fluiddichte Verbindung der beiden Lagen längs des Außenrandes der ersten Lage erfolgen, beispielsweise durch Schweißverfahren oder Lötverfahren.
In Figur 5B wird ein Verfahren dargestellt, das so wie das Verfahren aus Figur 5A durchgeführt wird. Im Unterschied dazu sind jedoch die Schritte S4.3 und S4.4. in ihrer Reihenfolge vertauscht. Figur 5C zeigt ein Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Herstellen eines plattenartigen Fluidbehälters, der zwei übereinander liegende Lagen sowie einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, wobei eine ers te Lage eine kanalartige Vertiefung aufweist, sodass ein Fluid zwischen der ersten und einer zweiten Lage entlang eines Kanals vom Einlaß zum Auslaß führbar ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfah rens wird zunächst die kanalartige Vertiefung in der ersten Lage geformt, ins besondere geprägt (Schritt Sl.l).
Anschließend wird eine Vielzahl von ersten Fügevertiefungen in der ersten Lage in mindestens einem Bereich außerhalb der einen oder mehreren kanal artigen Vertiefungen der ersten Lage geformt (Schritt S1.2), beispielsweise mit einer Vielzahl von Umformstempeln und zugehörigen Matrizen, gleichzeitig oder in Gruppen hintereinander. Auf gleiche oder ähnliche Weise wird eine Vielzahl von zweiten Fügevertiefungen in der zweiten Lage geformt (Schritt S2.1). Die ersten und zweiten Fügevertiefungen werden dabei so geformt, dass sie formschlüssig ineinander greifen können.
Anschließend werden die erste und die zweite Lage durch Ineinanderschieben der ersten und der zweiten Fügevertiefungen bis die ersten und die zweiten Fügevertiefungen formschlüssig ineinander greifen miteinander formschlüssig verbunden (Schritt S3.1). Dies ermöglicht eine schnelle und stabile Verbin dung über einen großen Bereich der Fläche der ersten und zweiten Lage. In diesem Stadium kann die Verbindung der Platten jedoch jederzeit wieder ge löst werden.
Anschließend werden die formschlüssig miteinander verbundenen Lagen mit tels Laserschweißens entlang eines Außenumfangs der ersten Lage stoff schlüssig miteinander verbunden (Schritt S3.2). Auf diese Weise werden die Lagen zueinander unlösbar befestigt und der Fluidbehälter nach außen hin fluiddicht abgedichtet, so dass das Fluid nicht zwischen den Lagen herausflie ßen kann. Gleichzeitig sorgen die formschlüssigen Verbindungen dafür, dass auch die nicht stoffschlüssig miteinander verbundenen Bereiche auch bei er höhtem Fluiddruck formstabil zusammengehalten werden. Zusätzlich kann ein Bereich zwischen dem Einlaß des Fluidbehälters und dem Auslaß mittels Laserschweißens fluiddicht verschlossen werden, um einen Kurzschluss zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, also eine direkte Fluidver bindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß zu verhindern (Schritt S3.3).
Figur 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen form schlüssigen Verbindung zweier Modelllagen, die ohne Darstellung kanalartiger Vertiefungen lediglich der Illustration der Lagenverbindung dienen, wobei Figur 6A eine Draufsicht, Figur 6B eine Schnittansicht entlang eines Schnittes A-A durch die Modelllagen und Figur 6C eine weitere Schnittansicht entlang eines Schnittes B-B darstellt. In Figur 6 sind eine obere Lage 2 und eine untere Lage 1 mithilfe von Fügevertiefungen 13, 23 miteinander verbunden, wobei die untere Lage 1 Fügevertiefungen 13 und die obere Lage 2 Fügevertiefungen 23 aufweist. Dabei sind jeweils drei Fügevertiefungen in zwei Reihen in einer Querrichtung der Lagenausschnitte 1 und 2 angeordnet. In dem Schnitt A-A, welcher in einer Längsrichtung der Lagenausschnitte 1 und 2 durch jeweils eine Fügevertiefung 3 jeder Reihe verläuft, ist erkennbar, dass die Fügevertie fungen 3 jeder Reihe in einer identischen Formrichtung geformt sind. Weiter hin ist ersichtlich, dass die Fügevertiefungen Hinterschneidungen bilden, die in Bezug auf eine Längsmittelachse L der Fügevertiefungen, welche der Q.uer- richtung der Lagenausschnitte 1 und 2 entspricht, asymmetrisch ausgebildet ist. Die Fügevertiefungen 13, 23 bilden somit lediglich auf einer Seite der Längsmittelachse L der Fügevertiefungen eine Hinterschneidung aus. Aus dem Schnitt B-B ist ferner ersichtlich, dass die Fügevertiefungen 13, 23 bezüglich einer Quermittelachse Q. der Fügepunkte 3 symmetrisch ausgebildet sind.
Figur 7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen form schlüssigen Verbindung zweier Modelllagen, wobei Figur 7A eine Draufsicht, Figur 7B eine Schnittansicht entlang eines Schnittes C-C durch die Modelllagen und Figur 7C eine weitere Schnittansicht entlang eines Schnittes D-D darstellt. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Figur 6 sind die Lagen 1 und 2 mit hilfe von lediglich zwei parallel zueinander angeordneten Fügepunkten 3 mit einander formschlüssig verbunden, wobei sich jeder Fügepunkt 3 quer zur Längsrichtung der Lagenausschnitte 1 und 2 und zumindest über die Hälfte der Breite der Lagenausschnitte 1 und 2 erstrecken. Wie aus b) ersichtlich ist, weisen die Fügevertiefungen 13, 23 wie in Figur 6 einen zur Längsmittelachse L der Fügepunkte 3 asymmetrischen Querschnitt auf, während ein Längs schnitt der Fügepunkte 3 bezüglich der Quermittelachse Q durch die Füge punkte 3 symmetrisch ist.
Figur 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen form schlüssigen Verbindung zweier Modelllagen, wobei Figur 8A eine Draufsicht, Figur 8B eine Schnittansicht entlang eines Schnittes E-E durch die Modelllagen und Figur 8C eine weitere Schnittansicht entlang eines Schnittes F-F darstellt. Im Unterschied zur Figur 6 weist das Ausführungsbeispiel der Figur 8 jeweils drei in zwei beabstandeten Reihen quer zur Längsrichtung der Lagenaus schnitte 1 und 2 angeordnete Fügepunkte 3a und 3b auf, wobei sich die Füge vertiefungen 3a und 3b in einer Orientierung der Formrichtung unterscheiden. Wie im Längsschnitt E-E durch die Lagenausschnitte 1 und 2 ersichtlich ist, sind die Fügevertiefungen 13b und 23b der ersten und zweiten Lage 1, 2 nach oben, also durch die Lage 1 hindurch geformt, während die Fügevertiefungen 13a und 23a der ersten und zweiten Lage 1, 2 nach unten, also durch die Lage 2 hindurch geformt sind.
Figur 9 zeigt einen plattenartigen Fluidbehälter 40 in einer Draufsicht, welcher mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist. Figur 10 zeigt einen Schnitt durch einen Bereich des plattenartigen Fluidbehälters 40 aus Figur 9 in einer Querrichtung des Fluidbehälters 40 entlang des Schnittes G-G. Der Fluidbehälter 40 weist eine obere Lage 42 auf, in welcher Fügevertiefun gen 472 geformt sind. Weiterhin weist der Fluidbehälter 40 eine untere Lage 41 auf, in welche kanalartige Vertiefungen 46 und ebenfalls Fügevertiefungen 471 geformt sind. Die untere Lage 41 stellt hier die erste Lage dar, die obere Lage 42 die zweite Lage.
Die kanalartigen Vertiefungen 46 bilden Fluidkanäle zum Führen eines Fluids von einem Einlaß 49a zu einem Auslaß 49b. Die kanalartigen Vertiefungen 46 verlaufen überwiegend in Längsrichtung des Fluidbehälters 40. Außerhalb der kanalartigen Vertiefungen 46 weisen die obere Lage 42 und die untere Lage 41 Berührungsbereiche 48 auf, innerhalb derer die Fügevertiefungen 472 und 471 in Längsrichtung des Fluidbehälters 40 angeordnet sind. Der Fluidbehälter 40 weist eine Vielzahl von sich in Querrichtung der oberen oder unteren Lage 42, 41 abwechselnden längs verlaufenden Fluidkanälen 45 und Berührungsbe reichen 48 auf.
Die Fügevertiefungen 471, 472 der Einzellagen und die gefügten Fügevertie fungen 47 beider Lagen sind ähnlich wie in Figur 6 ausgebildet und weisen dieselbe Formrichtung auf. Weiterhin entspricht die Längsrichtung der in den Berührungsbereichen 48 angeordneten Fügevertiefungen 47 der Längsrich tung der Berührungsbereiche 48. Der Querschnitt der Fügevertiefungen 47 ist wie in Figur 6 asymmetrisch zur Längsmittelachse der Fügevertiefungen 47 ausgebildet.
Weiterhin sind die obere Lage 42 und die untere Lage 41 entlang ihres Au ßenumfangs 43 miteinander verschweißt, so dass der Fluidbehälter 40 fluid dicht nach außen geschlossen ist. Ferner ist entlang einer Längsmittelachse des Fluidbehälters eine einseitig an den Außenumfang 43 anschließende je doch nicht bis zur gegenüberliegenden Seite des Außenumfangs 43 durchgän gige Schweißnaht 44 angeordnet, welche einen Einlaßkanalbereich von einem Auslaßkanalbereich des Fluidbehälters 40 trennt. Auf einer Seite der Schweiß naht und benachbart zum Außenumfang 43 ist der Einlaß 49a angeordnet, während auf einer dem Einlaß 49a abgewandten Seite der Schweißnaht 44 ein Auslaß 49b angeordnet ist.
In einer Richtung quer zum Einlaß 49a und Auslaß 49b befinden sich weitere, etwa quadratische Berührungsbereiche 50, in denen die obere Lage 42 und die untere Lage 41 aufeinander liegen und in denen sich Fügevertiefungen 521, 522 der Lagen befinden, die für den plattenförmigen Fluidbehälter 40 zusammen Fügevertiefungen 52 ausbilden. Die Fügevertiefungen 52 weisen etwa die Hälfte der Länge der Fügevertiefungen 47 auf und dienen der Ver bindung der Lagen 41 und 42 an einem nahe dem Einlaß 49a und 49b gelege nen Rand des Fluidbehälters 40.
Auf einer dem Einlaß 49a und dem Auslaß 49b gegenüberliegenden Seite des Fluidbehälters 40 und in einem sich in Querrichtung des Fluidbehälters 40 erstreckenden Übergangsbereich zwischen der Schweißnaht 44 und dem Au ßenumfang 43 sind ebenfalls weitere Berührungsbereiche 50 mit sich darin befindlichen Fügevertiefungen 52 angeordnet. In dem Übergangsbereich än- dert das Fluid seine Strömungsrichtung vom Einlaßkanalbereich zum Auslaß kanalbereich um im Mittel 180°. Dieser Richtungswechsel wird durch die klei neren, eher quadratisch ausgebildeten Berührungsbereiche unterstützt und gleichzeitig eine stabile Verbindung der Lagen 1 und 2 in einem dem Einlaß 49a und dem Auslaß 49b gegenüberliegenden Randbereich gewährleistet.
Figur 11 zeigt eine Detailansicht eines Fügepunktes 3 vergleichbar dem in Fi gur 2C. Allerdings sind die Fügevertiefungen 13, 23 des Fügepunktes 3 in wei teren Auskragungen 17, 27 der ersten Lage 1 und zweiten Lage 2 angeordnet. Über derartige ineinander greifende Auskragungen 17, 27 beider Lagen 1, 2 lässt sich die Orientierung der Fügepunkte relativ zu den kanalartigen Vertie fungen 46 senkrecht zur Haupterstreckungsebene des plattenartigen Fluidbe hälters 40 einstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Plattenartiger Fluidbehälter (40) mit einer ersten Lage (1, 41) und einer zweiten Lage (2, 42), die übereinander liegend angeordnet sind, sowie einem Einlaß (49a) und einem Auslaß (49b), wobei zumindest die erste Lage (1, 41) eine oder mehrere kanalartige Vertiefungen (46) aufweist, in denen ein Fluid zwischen der ersten (1, 41) und der zweiten Lage (2, 42) entlang mindestens eines Kanals (45) vom Einlass (49a) zum Aus lass (49b) führbar ist, und Bereiche außerhalb der kanalartigen Vertie fungen (46), die nicht zur Führung des Fluides zwischen der ersten La ge und der zweiten Lage ausgebildet sind,
wobei die erste Lage mindestens eine erste Fügevertiefung (13, 471, 521) in mindestens einem der Bereiche außerhalb der kanalartigen Vertiefungen (46) aufweist und die zweite Lage mindestens eine zwei te Fügevertiefung (23, 471, 521) in mindestens einem der Bereiche au ßerhalb der kanalartigen Vertiefungen (46) aufweist, wobei jeweils ei ne der mindestens einen ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) und eine der mindestens einen zweiten Fügevertiefungen (23, 471, 522) zum formschlüssigen Ineinandergreifen unter Ausbildung eines Füge punktes (3) zueinander korrespondierend ausgebildet sind, und wobei die erste (1, 41) und die zweite Lage (1, 42) entlang eines Au ßenumfangs der ersten Lage (1, 41) stoffschlüssig und fluiddicht mitei nander verbunden sind.
2. Fluidbehälter (40) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die erste Lage (1, 41) und die zweite Lage (2, 42) mindestens eine weitere Vertiefung und/oder Auskragung (17, 27) aufweisen, die außerhalb jeder der kanalartigen Vertiefungen (46) an geordnet ist, und eine, mehrere oder sämtliche der ersten Fügevertie fungen (13, 471, 521) und der zweiten Fügevertiefungen (23, 471, 522) in diesen weiteren Vertiefungen oder Auskragungen (17, 27) angeord net sind.
3. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die erste Fügevertiefung (13, 471, 521) und die zweite Fügevertiefung (23, 471, 522) eines Fügepunktes (3) gemeinsam ausgebildet sind.
4. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung eines Fügepunktes (3) inei- nandergreifende erste und zweite Fügevertiefungen (13, 471, 521, 23, 471, 522) durch Druckfügen oder Durchsetzfügen ausgebildet sind.
5. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass für einen, mehrere oder alle Fügepunkte (3) die erste (1, 41) und die zweite Lage (2, 42) so miteinander ver bunden sind, dass an dem Fügepunkt (3) kein Fluiddurchgang von der der zweiten Lage (2, 42) abgewandten Oberfläche der ersten Lage zur der ersten Lage (1, 41) abgewandten Oberfläche der zweiten Lage möglich ist.
6. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die minimale Restmaterialstärke (dR) der Blechlagen der ersten Lage und/oder der zweiten Lage (1, 41, 2, 42) ei ner, mehrerer oder aller ineinandergreifenden Fügevertiefungen (13, 471, 521, 23, 471, 522) am Boden eines Fügepunktes (3) zwischen 28% und 50%, vorzugsweise zwischen 30% und 46% der Summe der Aus gangsblechstärken der ersten Lage (1, 41) und der zweiten Lage (2, 42) beträgt.
7. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die minimale Restmaterialstärke (R2) der zweiten Lage (2, 42) einer, mehrerer oder aller ineinandergreifenden Fügevertiefungen (13, 471, 521, 23, 471, 522) seitlich des Bodens am Hals des Fügepunktes zwischen 50 % und 78 %, vorzugsweise zwischen 55 % und 70 % der Ausgangsblechstärke (d2) beträgt.
8. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass für einen, mehrere oder alle Fügepunkte (3) die durch die Fügevertiefungen (13, 471, 521, 23, 471, 522) der ers ten und der zweiten Lage (1, 41, 2, 42) ausgebildete Vertiefung des Fü gepunktes (3) eine lichte Weite (ds) von 2 mm bis 7 mm, vorzugsweise 3 mm bis 5 mm, aufweist.
9. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass für ein, mehrere oder alle Fügepunkte (3) das Verhältnis aus der lichten Weite (ds) der durch die Fügevertiefun gen der ersten und der zweiten Lage (1, 41, 2, 42) ausgebildeten Ver tiefung des Fügepunktes (3) und dem größten Durchmesser (dK) des Fügepunktes (3) parallel zur benachbart und außerhalb des Fügepunk tes (3) vorgesehenen Lagenebene der ersten Lage (1, 41) und/oder der zweiten Lage (2, 42) 0,55 bis 0,8, vorzugsweise 0,6 bis 0,75 beträgt.
10. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass in Aufsicht senkrecht zur Hauptlagenebe ne der ersten Lage (1, 41) und/oder der zweiten Lage (2, 42) für einen, mehrere oder alle Fügepunkte (3) das Verhältnis zwischen der Diffe renz zwischen dem innersten und äußersten Durchmesser des
Hinterschnitts (DH) und der lichten Weite (ds) der durch die Fügevertie fungen (13, 471, 521, 23, 471, 522) der ersten und der zweiten Lage (1, 41, 2, 42) ausgebildeten Vertiefung des Fügepunktes 0,03 bis 0,15, vor teilhafterweise 0,045 bis 0,11 beträgt.
11. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Lage (1, 41, 2, 42) an mindestens einem der Fügepunkte (3) miteinander verbunden sind durch Formschluß durch Ineinanderschieben mindestens einer der in- einandergreifenden Fügevertiefungen (13, 471, 521, 23, 471, 522).
12. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass benachbarte Fügepunkte (3) einen maxi malen Abstand (d) voneinander aufweisen, der zwischen dem 20- und 40-fachen, insbesondere zwischen dem 25- und 35-fachen, besonders bevorzugt zwischen dem 27- und 33-fachen der Ausgangsblechdicke (di, d2) einer Lage (1, 41, 2, 42), bei unterschiedlich dicken Lagen dem Mittelwert der Ausgangsblechdicke beider Lagen, liegt.
13. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die erste Lage (1, 41) und/oder die zweite Lage (2, 42) aus Metall besteht oder dieses enthält.
14. Fluidbehälter (40) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die erste Lage und/oder die zweite Lage (1, 41, 2, 42) aus Metallblech besteht oder dieses enthält, wobei das Metall blech Stahl oder Aluminium, insbesondere Aluminiumlegierungen der Gruppen/Serien 3xxx und 5xxx, ist.
15. Fluidbehälter (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Fügevertiefungen (13, 471, 521, 23, 471, 522) eine runde Außenform (Dimple), eine ovale Außenform, eine längliche Außenform (Rippe) oder eine sonstige be liebige Außenform aufweist.
16. Fluidbehälter (40) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die erste (1, 41) und zweite Lage (1, 42) außerhalb der kanalartigen Vertiefungen (46) und/oder außerhalb eines, mehre rer oder aller Fügepunkte (3) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
17. Verfahren zum Herstellen eines plattenartigen Fluidbehälters (40), der zwei übereinander liegende Lagen (1, 2, 41, 42) sowie einen Einlass (49a) und einen Auslass (49b) aufweist, wobei zumindest eine erste Lage (1, 41) eine oder mehrere kanalartige Vertiefungen (46) aufweist, sodass ein Fluid zwischen der ersten (1, 41) und einer zweiten Lage (2, 42) entlang mindestens eines Kanals (45) vom Einlass (49a) zum Aus lass (49b) führbar ist, und Bereiche außerhalb der kanalartigen Vertie fungen, die nicht zur Führung des Fluides zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage ausgebildet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Formen der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen (46) in der ersten Lage (1, 41),
Formen , von mindestens einer ersten Fügevertiefung (13, 471, 521) in der ersten Lage (1, 41) in mindestens einem Bereich außerhalb der ei nen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen (46) und mindestens ei ner zweiten Fügevertiefung (23, 471, 522) in der zweiten Lage (1, 42), wobei die mindestens eine erste (13, 471, 521) und die mindestens ei ne zweite Fügevertiefung (23, 471, 522) zum formschlüssigen ineinan der Greifen zueinander korrespondieren, formschlüssiges Miteinanderverbinden der ersten und zweiten Lage (1, 2, 41, 42) durch Ineinanderfügen der mindestens einen ersten (13,
471, 521) und der mindestens einen zweiten Fügevertiefung (23, 471, 522) so dass die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Fügevertiefung formschlüssig ineinander greifen, und stoffschlüssiges, vorteilhafterweise fluiddichtes, Miteinanderverbinden der ersten (1, 41) und zweiten Lage (1, 42) entlang eines Außenum fangs der ersten Lage (1, 41) und gegebenenfalls zusätzlich in mindes tens einem der Bereiche außerhalb der kanalartigen Vertiefungen (46) und/oder einem, mehreren oder allen Fügepunkten (3).
18. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn
zeichnet, dass an einem, mehreren oder allen Fügepunkten (3) die ers te (1, 41) und die zweite Lage (2, 42) so miteinander verbunden wer den, dass an dem Fügepunkt (3) kein Fluiddurchgang von der der zwei ten Lage (2, 42) abgewandten Oberfläche der ersten Lage zur der ers ten Lage (1, 41) abgewandten Oberfläche der zweiten Lage möglich ist.
19. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass das formschlüssige Miteinanderverbinden der ersten und zweiten Lage (1, 41, 2, 42) mittels Druckfügens oder Durchsetzfügens, der mindestens einen ersten und der mindestens ei nen zweiten Fügevertiefung erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch Formen der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen (46) in der ersten Lage (1, 41),
Formen von mindestens einer ersten Fügevertiefung (13, 471, 521) in der ersten Lage (1, 41) in mindestens einem Bereich außerhalb der ei nen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen (46) und mindestens ei ner zweiten Fügevertiefung (23, 471, 522) in der zweiten Lage (1, 42), wobei die mindestens eine erste (13, 471, 521) und die mindestens ei ne zweite Fügevertiefung (23, 471, 522) zum formschlüssigen Ineinan dergreifen zueinander korrespondieren, formschlüssiges Miteinanderverbinden der ersten und zweiten Lage (1, 2, 41, 42) durch Ineinanderschieben der mindestens einen ersten (13, 471, 521) und der mindestens einen zweiten Fügevertiefung (23, 471, 522) bis die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Fü gevertiefung (13, 471, 521, 23, 471, 522) senkrecht zur Hauptlagen ebene der ersten Lage (1, 41) und der zweiten Lage (2, 42) formschlüs sig ineinander greifen, und stoffschlüssiges Miteinanderverbinden der so formschlüssig miteinan der verbundenen ersten (1, 41) und zweiten Lage (1, 42) entlang eines Außenumfangs der ersten Lage (1, 41) und gegebenenfalls zusätzlich in mindestens einem der Bereiche außerhalb der kanalartigen Vertiefun gen (46) und/oder einem, mehreren oder allen Fügepunkten (3).
21. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Formen der mindestens einen ersten und/oder der mindestens einen zweiten Fügevertiefung (13, 471, 521, 23, 471, 522) mittels eines in einer schräg zu einer Lagenebene der ersten und zwei ten Lage (1, 2, 41, 42) verlaufenden Umformrichtung geführten Um formstempels erfolgt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeich net, dass die mindestens eine erste (13, 471, 521) und die mindestens eine zweite Fügevertiefung (23, 471, 522) eine Hinterschneidung auf weisen.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeich net, dass in der ersten Lage (1, 41) eine Vielzahl von ersten Fügevertie fungen (13, 471, 521) und in der zweiten Lage (2, 42) eine Vielzahl von zu den ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) korrespondierenden zweiten Fügevertiefungen (23, 471, 522) geformt werden.
24. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn
zeichnet, dass mindestens eine der Vielzahl der ersten Fügevertiefun gen (13, 471, 521) und mindestens eine der Vielzahl der zweiten Füge vertiefungen (23, 471, 522) in einer ersten Formrichtung geformt wer den, sodass die mindestens eine zweite Fügevertiefung (23, 471, 522) der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen (23, 471, 522) zu der min destens einen Fügevertiefung (13, 471, 521) der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) korrespondiert, und die Übrigen der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) und die Übrigen der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen (23, 471, 522) in einer zwei ten von der ersten Formrichtung verschiedenen Formrichtung geformt werden, sodass die Übrigen der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen (23, 471, 522) zu den Übrigen der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) korrespondieren.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) und die zu den ersten Fügevertiefun gen (13, 471, 521) korrespondierenden zweiten Fügevertiefungen (23, 471, 522) in einer einzigen Formrichtung bezüglich einer Lagenebene der ersten (1, 41) oder zweiten Lage (2, 42) geformt werden.
26. Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder alle der ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) gleichzeitig geformt werden und/oder dass mehrere oder alle der zweiten Fügevertiefungen (23, 471, 522) gleichzeitig ge formt werden.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, weiterhin umfassend: fluiddichtes Verschließen zwischen der ersten (1, 41) und der zweiten Lage (2, 42) und innerhalb des Außenumfangs (43) der ersten Lage (1, 41) zum Verschließen einer direkten Fluidverbindung, insbesondere eines Bypass um die kanalartigen Vertiefungen, zwischen dem Einlass (49a) und dem Auslass (49b).
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeich net, dass die erste (1, 41) und zweite Lage (2, 42) ein Metall aufweisen oder daraus bestehen und das stoffschlüssige Miteinanderverbinden der ersten (1, 41) und der zweiten Lage (2, 42) entlang des Außenum fangs (43) und gegebenenfalls innerhalb des Außenumfangs (43) der ersten Lage (1, 41) mittels Lötens oder Laserschweißens, erfolgt.
29. Plattenartiger Fluidbehälter (40), dadurch gekennzeichnet, dass der plattenartige Fluidbehälter (40) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 17 bis 28 hergestellt ist.
30. Plattenartiger Fluidbehälter (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und 29, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenartige Fluidbehälter (40) als Temperierplatte, insbesondere für ein elektrochemisches Sys tem, ausgebildet ist.
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