WO2023046530A1 - Kühlkörper - Google Patents

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WO2023046530A1
WO2023046530A1 PCT/EP2022/075368 EP2022075368W WO2023046530A1 WO 2023046530 A1 WO2023046530 A1 WO 2023046530A1 EP 2022075368 W EP2022075368 W EP 2022075368W WO 2023046530 A1 WO2023046530 A1 WO 2023046530A1
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WO
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connection section
profile
fluid
base profile
inlet
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/075368
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Schröter
Mike Jurikschka
Original Assignee
Fränkische Industrial Pipes GmbH & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/643—Cylindrical cells

Definitions

  • the invention relates to a device for tempering cylindrical components.
  • a device for tempering cylindrical components comprising an elongate basic profile, which has a first and a second main surface, which, viewed in a longitudinal direction, are located between the two longitudinal ends of the basic profile and , viewed in a transverse direction, extend between two side surfaces, the base profile defining in its interior a plurality of at least two fluid flow channels, each running from one longitudinal end of the base profile to the other longitudinal end of the base profile, the fluid flow channels in the transverse direction arranged in series and separated by ridges, the major faces each having an alternating succession of concave areas and straight ones Have areas, wherein a concave area of the first main surface, viewed in a thickness direction of the basic profile, which runs both orthogonally to the longitudinal direction and orthogonally to the transverse direction, is at least partially superimposed by a straight area of the second main surface, with a straight area essentially defines a plane that extends in the longitudinal direction and the transverse direction.
  • a straight area within the meaning of the present invention does not have to be perfectly straight in order to fulfill the inventive concept, but can also be slightly curved. It is therefore also possible for depressions and/or elevations to be arranged within a straight area, which can arise, for example, as a result of production technology or due to thermally induced material changes.
  • the device according to the invention represents a heat sink which has an elongate basic profile, which in turn is delimited by two main surfaces and by two side surfaces. Both the two main surfaces and the two side surfaces extend completely over the entire basic profile of the device, with the two main surfaces and the two side surfaces facing each other. Furthermore, the surface of the two main surfaces is significantly larger than the surface of the two side surfaces.
  • the two main surfaces comprise concave areas and straight areas in an alternating sequence, while the two side surfaces are formed essentially uniformly, in particular along their longitudinal extension direction, with the side surfaces being able to be formed either planar or convex, for example.
  • the side surfaces can with a radius of curvature between 1 mm and 2 mm, preferably with a radius of 1.5 mm, from one main surface to the other main surface.
  • the normal vectors of the side surfaces run parallel to the transverse direction of the basic profile.
  • the concave main surface areas are curved inward in relation to the elongated basic profile of the device according to the invention.
  • the straight portions of the major surfaces have normal vectors which are parallel to the thickness direction of the basic profile of the device.
  • the main surfaces and side surfaces define an interior of the base profile, which has a plurality of longitudinal fluid flow channels, two adjacent fluid flow channels being separated from one another by a web running in the longitudinal direction and parallel to the thickness direction of the base profile. Accordingly, each channel is defined in particular by a web, the first and the second main surface and either a side surface or a further web, whereby depending on the desired number of fluid flow channels, for example six fluid flow channels, a plurality of webs, five webs in the above example, are provided can.
  • the webs can in particular extend in a straight line from the first main surface to the opposite second main surface, in which case a cross section of a fluid flow channel can accordingly be of essentially rectangular design.
  • the basic profile can have a width of 50 mm to 100 mm, preferably 75 mm, in the transversal direction and a height of 2 mm to 6 mm in the thickness direction.
  • the height of the basic profile can vary due to the alternating sequence of concave and straight areas of the first main surface and the offset sequence of concave and straight areas of the second main surface. So a shortest distance between the two main surfaces to each other at a Point of the basic profile at which, viewed in the direction of thickness, two concave areas are arranged overlapping each other, amount to 3 mm and at a point at which, also viewed in the direction of thickness, a straight area of the first main surface is opposite a concave area of the second main surface, 4.5 mm.
  • the cooling of the cylindrical component is achieved by a cooling fluid, for example a water-glycol mixture, which flows through the fluid flow channels inside the device according to the invention.
  • a cooling fluid for example a water-glycol mixture
  • the dimensions of the device in particular the concave areas of the main surfaces, can be based on the dimensions of the component to be cooled, with this having a diameter of 30 mm to 60 mm and a length of 60 mm to 100 mm, in particular a diameter of 45.6 mm and a length of 79.6 mm, so that the corresponding dimensions of the concave areas of the main surfaces can be derived therefrom.
  • the device according to the invention is described herein as a cooling device, although the device could also be used for heating components. For this purpose, only a fluid with a higher temperature is to be used.
  • the device according to the invention essentially has a wave-like structure along the longitudinal extension direction, the wave troughs of which are formed by the concave areas and the wave crests by the straight areas. However, the crests are flattened by the straight areas of the main surfaces.
  • the straight areas of the two main surfaces are designed to be shorter in their longitudinal direction than the concave areas, whereby a concave area of the first or second main surface is only partially separated from a straight area of the opposite second or first main surface, viewed in the direction of thickness, is superimposed.
  • a concave area of a main surface can merge at its ends into a straight area of the same main surface, with an edge being formed in particular.
  • this edge can of course also have a radius or a chamfer in order to make it easier to remove the basic profile after thermoforming.
  • the basic profile designed according to the invention has the advantage that a contact surface of the device according to the invention with the cylindrical component to be cooled can be increased in that the concave areas with a constant radius of curvature are lengthened up to the transition into a respective straight area, which has an advantageous effect on the cooling properties of the device.
  • improved cooling of those components can be made possible by the described arrangement of the device according to the invention.
  • the component to be cooled can be efficiently secured in its position by this arrangement.
  • the superimposition of a concave area of the first main surface with a straight area of the second main surface can be embodied symmetrically.
  • a vertex (a center) of a concave portion of one main surface faces a longitudinal center of a straight portion of the other main surface as viewed in the thickness direction. Due to the symmetrical design, an optimized and uniform arrangement of the cylindrical components to be cooled can be achieved. In addition, the flow properties can be kept essentially constant over the length of the basic profile.
  • the basic profile of the device according to the invention can be made of plastic by extrusion.
  • plastics have a lower coefficient of thermal conductivity compared to metals
  • the use of plastics in the device according to the invention can be regarded as particularly advantageous.
  • the low weight of plastics can lead to a significant reduction in the overall weight of the device and accordingly also of a vehicle, for example an electric car, in which cylindrical battery cells to be cooled by the device according to the invention are accommodated.
  • the batteries in the electric car need to use less energy to drive the electric car, which can have a particularly positive effect on the maximum range of the electric car. Furthermore, costs can be reduced by using plastic, since this material is significantly cheaper to procure and process compared to metal. Furthermore, plastic has electrical insulating properties, which can prevent current from being passed on, for example in the event of a battery cell malfunction.
  • a desired cooling of the cylindrical components to be cooled can be ensured despite the low thermal conductivity coefficient of plastic, since the wall thickness of the main surfaces of the basic profile can be made sufficiently small that an efficient heat exchange between cooling fluid, which flows through the Fluid flow channels flows, and the cylindrical components can be achieved.
  • the wall thickness of Fluid flow channels can therefore have the smallest possible thickness, for example a wall thickness of 0.4 mm to 0.8 mm, preferably a wall thickness of 0.5 mm to 0.6 mm.
  • the material from which the basic profile is made can comprise polyketone and/or polyamide, in particular PA6. Both polyketones and polyamide advantageously have high chemical resistance and dimensional stability, which can have a positive effect on the longevity of the device according to the invention.
  • the material from which the base profile is made can include polyphenylether PPE.
  • connection section can be arranged on a respective longitudinal end of the base profile of the device according to the invention, which is set up to introduce fluid flowing into the connection section into the base profile or to drain fluid coming from the base profile out of the connection section. Consequently, up to two connection sections can be provided on a basic profile, with the connection sections being set up in particular to introduce the fluid into the respective fluid flow channels at one longitudinal end of the basic profile and to receive it from all of the fluid flow channels provided in the basic profile at the other longitudinal end of the basic profile .
  • a connection section can be non-detachably connected, in particular welded, to the respective longitudinal end of the basic profile in a fluid-tight manner, with the term “non-detachable” referring in particular to a connection which can possibly only be released by irreversible separation or destruction.
  • a fluid-tight connection between the base profile and the connection section can ensure that no fluid can escape in an undesired manner, as a result of which an unfavorable impairment of the cooling capacity of the device according to the invention can be avoided.
  • a connection section can have three openings, namely an inlet, an outlet and a branch opening, at which branch opening the connection section is fluidically connected to the basic profile.
  • fluid can first flow through the inlet into the connection section and then partially through the branch opening into the base profile and partially out of the outlet.
  • fluid can be drained off at the other longitudinal end of the basic profile via the branch opening into the connection section and through the outlet from the connection section.
  • the inlet and outlet of a connection section can be designed to match one another, so that an inlet of a first connection section can be connected in a fluid-tight manner to an outlet of a second connection section that is the same as the first connection section.
  • a groove can be provided on the inlet and/or the outlet, in which groove a seal, for example an O-ring, can be provided.
  • a connection between the first connection section and the second connection section to create a fluid passage can be particularly advantageous if a plurality of devices according to the invention are to be combined or arranged in series.
  • either a male or a female connector can be provided at the inlet and the outlet, wherein a stop can be provided on the male and/or on the female connector so that the male connector with the female connector can be connected in a predetermined position.
  • the stop can ensure that a flow of fluid via the branch opening of the connection section is not blocked by the insertion of the male connection piece (e.g. the outlet of the first connection section) into the female connection piece (e.g. the inlet of the second connection section) and thus into / out the fluid stream flowing between the inlet and outlet of a connection section can be fed/diverted.
  • an inflowing fluid or a fluid to be drained can flow through the branch opening, which in particular runs parallel to the longitudinal extension direction of the elongated basic profile.
  • the inlet and the outlet of a connection section of the device according to the invention can be set up to lock together so that an unintentional detachment of an inlet of a first connection section from an outlet of a second connection section that is the same as the first connection section can be prevented from one another.
  • at least one latching hook can be provided at the inlet and/or the outlet of a first connection section, which engages in at least one opposing counterpart, for example an undercut, at the outlet and/or the inlet of a second connection section and thus both the inlet and the inlet secures the outlet in their relative position.
  • the longitudinal ends of the basic profile viewed in the direction of thickness, are not arranged centrally, i.e.
  • a connecting section is at least has two locking positions. These latching positions can be formed, for example, by undercuts which are offset relative to one another and with which latching hooks can engage selectively.
  • at least one of the longitudinal ends of the basic profile can be widened, so that a flow cross section of the fluid flow channels is enlarged.
  • the connection section for connection to the intermediate piece can also be designed to be flared outwards. This avoidance of the reduction in the flow cross section at the connection point can have a particularly advantageous effect on the fluid dynamics in the corresponding area.
  • a cooling system comprising at least two devices according to the invention, each of the devices being connected to the longitudinal ends of the respective elongate basic profile with a connection section (as described in relation to the device according to the invention), in particular by welding is, wherein the outlet of the connection section of the first device is fluid-tightly connected to the inlet of the second device and/or the inlet of the connection section of the first device is connected to the outlet of the second device.
  • Cooling fluid can flow into the cooling system through an inlet of a first connection section, which is connected to a first longitudinal end of a first device, and enters the first connection section partly through its branch opening into the basic profile of the first device.
  • a large part of the cooling fluid flows through the first connection section, in particular in a straight line, and leaves the first connection section via its outlet.
  • the cooling fluid is then fed into the inlet of a second connection section of a second device, where it branches off again partially via its branch opening into the basic profile of the second device, flows via the outlet of the second connection section into the inlet of a third connection section of a third device, etc. up to a last connection section of a last device included in the cooling system in relation to the lined-up connection sections.
  • the fluid then flows through the fluid flow channels in the interior of a respective basic profile, as a result of which the temperature of the cylindrical components accommodated in the concave areas of the main surfaces can ultimately be achieved.
  • the fluid heated by the heat exchange with the components can enter the respective second longitudinal ends of the base profiles through the branch openings of the corresponding connection sections.
  • the cooling fluid flows from the outlet of the last connection section at the second longitudinal ends of the last base profile into the inlet of the penultimate connection section at the second longitudinal ends of the penultimate base profile, etc. Subsequently, the cooling fluid exits via the outlet of the Connection section at the second longitudinal ends of the first basic profile from the cooling system.
  • flow flow has the advantage that mixing of cool and heated fluid is avoided and, on the other hand, that only two connections have to be provided for the entire cooling system, namely a connection that connects to the inlet of the first connection section at the first longitudinal end of the first base profile and supplying cooling fluid, and an outlet connectable to the outlet of the connecting portion at the second longitudinal end of the first base profile and receiving cooling fluid.
  • the connection sections of the last device can be closed with covers or designed as end pieces.
  • the connections can be arranged on the same side of the cooling system or on opposite sides of the cooling system.
  • An intermediate piece can optionally be arranged between an outlet of the first device and an inlet of the second device, which extends the fluid channel formed by the outlet and the inlet in such a way that a distance between the basic profiles of the two devices can be increased.
  • the cooling system can easily be adapted to accommodate battery cells with a larger diameter between the elongate basic profiles of two adjacent devices without having to change the corresponding connection sections themselves.
  • the intermediate piece can be designed to be flexible.
  • the intermediate piece comprises a corrugated tube-like section which enables a fluidic inlet and a fluidic outlet of the intermediate piece to be displaceable relative to one another.
  • Tolerances in the components of the cooling system can be compensated for by an intermediate piece designed in this way. This in turn allows assembly of the Cooling system can be facilitated or unfavorable stresses or even damage to the cooling system can be reduced.
  • the flexible intermediate piece is set up to be variable in its longitudinal extent. That is, if necessary, the flexible interface can be lengthened or shortened in such a way that it can be adjusted to a predetermined distance between the two devices mentioned above.
  • the intermediate piece can also have a telescoping section. This telescoping section can coincide with the corrugated section or be separate therefrom.
  • the intermediate piece can have a male connection piece and/or sealing elements on one side and a female connection piece on the opposite side and can optionally be engaged with a latching hook attached to the inlet or the outlet become.
  • the basic profile of the first device can be arranged mirrored to a basic profile of the second device, i.e. a concave area of the basic profile of the first device is directly opposite a concave area of the basic profile of the second device or a straight area of the The basic profile of the first device is directly opposite a straight area of the basic profile of the second device.
  • the main surfaces of the elongate base profiles of the first and second devices can be arranged relative to one another in such a way that the concave areas of the base profile of the first and second devices, viewed in the thickness direction, face each other and with respect to a median plane between the two Basic profiles are arranged mirror-symmetrically.
  • the concave portions are without offset when viewed in the longitudinal direction of the two base profiles opposite to each other.
  • the plane of symmetry can run parallel to the main extension direction of the base profiles of the two devices and normal to the thickness direction of the base profiles of the first device and the second device.
  • This specific arrangement allows a cylindrical cavity to be defined, in particular by a concave area of the first device and an opposite concave area of the second device, in which a cylindrical component, for example a cylindrical battery cell, can be accommodated and secured for cooling.
  • a cooling system allows a plurality of battery cells to be cooled simultaneously in an optimized spatial arrangement, which can be of great importance in particular for an electric car.
  • the object is achieved by a method for producing a device according to the invention for tempering cylindrical components, the method comprising the steps: a) extruding an elongate basic profile made of plastic, which has a first and a second main surface, which each extend, viewed in a longitudinal direction, between the two longitudinal ends of the base profile and, viewed in a transverse direction, between two side surfaces, the base profile defining in its interior a plurality of at least two fluid flow channels, each extending from a longitudinal end of the base profile extend to the other longitudinal end of the base profile, the fluid flow channels being arranged in series in the transverse direction and separated by webs, b) deforming the base profile by means of thermoforming processes in such a way that the main surfaces j each having an alternating sequence of concave portions and straight portions, wherein a concave portion of the first major surface, in a thickness direction of the Considering the basic profile, which runs both orthogonally to the longitudinal direction and orthogonally to the trans
  • a plurality of devices can be produced by the method according to the invention, which can be combined to form a cooling system.
  • the number of devices required for a complete cooling system can be taken into account when carrying out the method in such a way that steps d) and e) are repeated accordingly for third, fourth, etc. devices, the dimensions of the cooling system in turn depending on the number of components to be cooled , for example the battery cells, can be adjusted. It is thus possible to determine the amount of material needed to carry out the method and to implement the method accordingly.
  • the method according to the invention thereby simplifies the manufacturing method of a battery unit, which includes both the cooling system and the battery cells to be cooled.
  • the method according to the invention enables faster assembly of large cooling systems.
  • the devices according to the invention or individual components thereof can be produced, for example, in a cost-efficient injection molding or extrusion process.
  • the elongate basic profile can be formed as a straight component in a single extrusion process, in order to subsequently produce the desired structure of the main surfaces and the side surfaces by means of a thermal process.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a plurality of devices according to the invention, which in combination form a cooling system
  • FIG. 2 shows a perspective view of a basic profile of a device according to the invention
  • FIG. 3 is a side cross-sectional view of a portion of the cooling system; and FIG. 4 shows a perspective view of a connection section of a device according to the invention.
  • a device according to the invention for temperature control of cylindrical components is generally provided with the reference number 10, representing all identical devices. Furthermore, three identical devices 10 are identified in FIG. 1 as the first device 10a, the second device 1b and the third device 10c in order to be able to describe their relative arrangement.
  • a device 10 comprises an elongate basic profile 12 (also shown separately in Figure 2), which extends along a longitudinal direction of extension L, and two connection sections 14a, 14b, one connection section 14a or 14b being attached to a respective longitudinal end of the elongate basic profile 12 provided and associated with it.
  • connection section 14a and 14b are of identical design in the embodiment shown here, a connection section, which is described as representative of all connection sections, is also generally referred to with the reference symbol 14 in the following. So that no fluid can escape at the transition between a connection section 14a, 14b and the base profile 12, these are connected to one another in a fluid-tight manner, in particular welded.
  • the basic profile 12 has first and second main surfaces 16a and 16b and two side surfaces 18, only the surface 16a being visible in FIG. 1 for perspective reasons, so that reference is made to FIG. 3 with regard to the surface 16b.
  • the second main surface 16b is arranged on the outside of the basic profile 12 opposite the first main surface 16a, viewed in a thickness direction D, which is orthogonal to the longitudinal direction L.
  • the two side surfaces 18, viewed in a transverse direction T orthogonal to the longitudinal direction L and the thickness direction D are on opposite short outer sides of the basic profile 12 are arranged.
  • the two main surfaces 16a and 16b, together with the two side surfaces 18, define an inner cavity (see FIGS. 2 and 3) which is designed to transport a cooling fluid.
  • concave areas 20 and straight areas 22 of the elongated basic profile 12 which are arranged along the longitudinal direction L in an alternating sequence on the basic profile 12 and form the respective main surface 16a and 16b.
  • Figure 1 is provided with an interruption, which shows in particular that the devices 10 according to the invention or the basic profiles 12 of the devices 10 are not limited to a specific length, but depending on the requirement profile of the desired application, for example for cooling a certain number of battery cells, can be dimensioned.
  • a connection section 14 which has a central cylindrical section 24, includes three openings, which have an inlet 26 through which the fluid can be fed into the device 10, an outlet 28 through which the fluid can be derived from the device 10, and correspond to a branch opening 30, the inlet 26 and the outlet 28 being defined depending on the fluid flow direction F present.
  • the cylindrical section 24 forms the inlet 26 at one end and the outlet 28 at the other end a hose or a tube through which the cooling fluid can be supplied or discharged can be connected.
  • the cylindrical section 24 of a connection section 14 includes latching hooks 32, which can be connected to a further connection section 14 or a line device to secure the position.
  • the inlet 26 and the outlet 28 are provided as male and female connectors, respectively.
  • a cylindrical component 34 for example a battery cell
  • this is brought into contact with a concave area 20 of the main surfaces 16a and 16b of the basic profile 12. Since cooling fluid flows through the hollow space inside the base profile 12 , a heat exchange can thus take place between the component 34 and the device 10 .
  • the concave areas 20 are designed in such a way that the largest possible contact surface is created between the main surface 16a, 16b and the component 34, as can be seen in FIG.
  • the cooling system 36 here includes the three devices 10a, 10b and 10c according to the invention, as already mentioned above.
  • the first device 10a has a first inlet-side connection section 14a
  • the second device 10b has a second inlet-side connection section 14b
  • the third device 10c has a third inlet-side connection section 14c at the first longitudinal ends of the respective base profiles 12.
  • cooling fluid flows into the first connection section 14a, from there partly into the basic profile 12 of the first device 10a and partly from the first connection section 14a into the second connection section 14b, here again partly into the basic profile 12 of the second device 10b and partly out of the second connection section 14b in the third connection section 14c and in the basic profile 12 of the third device 10c.
  • the cooling fluid flows from the base profile 12 of the third device 10c into a fourth connection section 14d, from there into a fifth connection section 14e, where it is combined with cooling fluid, which from the base profile 12 of the second device 10b enters the fifth connection section 14e, then this cooling fluid is in turn combined with cooling fluid which enters a sixth connection section 14f from the basic profile 12 of the first device 10a.
  • the cooling fluid leaves the cooling system 36 at the outlet 28 of the sixth connection section 14f.
  • the outlet 28 of the sixth connection section 14f is the same section of a connection section 14 that forms the inlet 26 in the first connection section 14a due to the fluid flow direction, which is opposite in the sixth connection section 14f to that in the first connection section 14a.
  • the main outlet of the cooling system 36, via which the cooling fluid leaves the cooling system 36, could be formed on the fourth connection section 14d, so that the outlet 28 is arranged on a side of the cooling system 36 opposite the inlet 26.
  • the devices 10a, 10b, 10c are connected to one another on both sides by means of the connection sections 14a to 14f and thus form the cooling system 36.
  • the number of devices 10 combined in a cooling system 36 can be changed as desired and is therefore not limited to the configuration shown in Figure 1, with a cooling system 36 consisting of at least two devices 10a, 10b according to the invention or two elongated basic profiles 12 and the associated four Connection sections 14 consists. Consequently, the cooling system 36 can be flexibly adjusted in relation to the number of cylindrical components 34 to be cooled.
  • a cooling fluid is conducted, for example, through an inlet 26 shown on the left in FIG. 1 into the cooling system 36 and discharged through an outlet 28 shown on the right in FIG.
  • the arrows F represent the course of the cooling fluid through the cooling system 36 1 also shows that a cylindrical component 34 is not only cooled on one side by a concave area 20 of a device 10, but is diametrically contacted on both sides by two concave areas 20 of two devices 10a and 10b.
  • a cylindrical component 34 is not only cooled on one side by a concave area 20 of a device 10, but is diametrically contacted on both sides by two concave areas 20 of two devices 10a and 10b.
  • FIG. 2 shows an enlarged perspective view of a single basic profile 12.
  • the arrangement of the concave areas 20 and the straight areas 22 of the elongate basic profile 12 can again be seen in detail.
  • the alternating sequence of concave areas 20 and straight areas 22 represents a wavy structure comprising a crest and a trough, with a respective crest being flattened by a straight area 22 .
  • the deepest wave trough, ie the crest, of a concave area 20 of the first main surface 16a is arranged opposite a straight area 22 of the second main surface 16b (wave crest) in the thickness direction D.
  • the elongate basic profile 12 is shown in FIG. 2 at one end in an open state, ie not connected to a connecting section 14 . From this, the arrangement of fluid flow channels 38 can be seen in particular, which are provided inside the base profile 12 and are set up to conduct the cooling fluid.
  • the fluid flow channels 38 are defined by the main surfaces 16a, 16b and the side surfaces 18 or by webs 40, the webs 40 the separate channels 38 from each other.
  • the number of channels 38 or webs 40 is indicated in FIG. 2 as an example with six channels, ie five webs.
  • the illustrated arrangement of the base profile 12 enables an efficient flow of fluid through the interior of the base profile 12 or through the fluid flow channels 38, as a result of which undesired turbulence is reduced. Furthermore, the webs 40 prevent the main surfaces 16a, 16b from bulging inwards or outwards in the thickness direction D. In combination with the optimized contact surface of the concave areas 20, a pronounced cooling effect of the cylindrical components 34 to be cooled can thereby be ensured.
  • FIG. 1 A schematic cross-sectional view of two connected terminal sections 14a and 14b is shown in FIG. This view also shows the connection between a basic profile 12 and a connecting section 14a, 14b at its branch opening 30. Fluid which has previously entered the port portion 14a via the inlet 26 is able to flow both through the entire cylindrical portion 24, and thus through the respective port portions 14 of multiple connected devices 10, and through the branch opening 30 of a respective one Connection section 14 to enter the associated basic profile 12.
  • the outlet 28 includes a groove 42 adapted to receive a seal 44, such as an O-ring, to fluidly seal the junction of two port portions 14 at the inlet 26 and outlet 28 thereof.
  • FIG. 3 it can be seen in FIG. 3 that two undercuts 46 are provided on a respective inlet 26, with which the latching hooks 32 can engage.
  • the latching hooks 32 can engage in the first undercut 46 or in the second undercut 46 .
  • the outlet 28 is formed here (due to the fluid flow direction) as a female connector.
  • the inlet 28 is designed here as a male connector.
  • a stop 48 ensures that the branch opening 30 is not closed by the inlet 26 or the outlet 28 .
  • the stop 48 could also be formed via a latching hook-undercut coupling, which provides a secure position.
  • the arrangement of the female or male connecting piece on a connection section 14 is shown in FIG. 3 merely as an example. It is quite possible that the inlet 26 may comprise the female connector and the outlet 28 accordingly comprise the male connector.
  • an intermediate element 50 can be used, which can support the fluid flow channels 38, in particular the thin walls to the main surfaces 16a, 16b, during a connection process (eg laser welding).
  • a widening of the branch opening 30 and/or the fluid flow channels 36 can be provided at the longitudinal end of the basic profile 12 . This widening can make it possible to use an intermediate element 50 which defines fluid flow channels in its interior, the flow cross section of which essentially corresponds to that of the fluid flow channels 38 of the basic profile 12 .
  • the intermediate element 50 can be accommodated in the widening in such a way that the fluid flow channels 38 of the basic profile 12 continue through the intermediate element 50 .
  • the intermediate element 50 can also be designed to be flexible and/or variable in length, for example telescopic.
  • Figure 3 illustrates the arrangement of the concave areas 20 and the straight areas 22 along the main surfaces 16a and 16b of a device 10 with respect to the longitudinal direction L and the thickness direction D. Along the longitudinal direction L are the concave areas 20 and the straight areas 22 arranged such that the apex of a concave portion of the center of a straight portion 22, viewed through the base profile 12 in the thickness direction D, is opposite.
  • a parallel to the thickness direction D runs through the apex of a concave region 20 and the opposite center of a straight region 22 and the plane of symmetry S1 running in the transverse direction T, to which a respective region 20 or 22 is embodied symmetrically.
  • Another plane of symmetry S2 can be generated here by arranging two devices 10a and 10b in a cooling system 36 according to the invention, which is in the middle between the two basic profiles 12 of the two devices 10a and 10b, i.e. in particular through the center of a battery cell 34, and parallel to the longitudinal direction L and the transverse direction T.
  • the devices 10a and 10b which are arranged one after the other viewed in the direction of thickness D, make contact at their mutually facing concave regions 20 in equal parts with the same battery cell 34 for cooling and securing it.
  • Both the concave areas 20 and the straight areas 22 of the two devices 10a, 10b are consequently arranged mirror-symmetrically to one another (with respect to the plane S2).
  • the radius of curvature of the concave regions 20 can be adjusted according to the diameter or radius of the battery cells 34 to be cooled in order to increase the contact area between the device 10 and the battery cell 34 and thus increase the desired cooling effect.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Temperieren von zylindrischen Bauteilen (34), umfassend ein längliches Grundprofil (12), welches eine erste und eine zweite Hauptfläche (16a, 16b) aufweist, welche sich jeweils, in einer longitudinalen Richtung (L) betrachtet, zwischen den beiden longitudinalen Enden des Grundprofils (12) und, in einer transversalen Richtung (T) betrachtet, zwischen zwei Seitenflächen (18) erstrecken, wobei das Grundprofil (12) in seinem Inneren eine Mehrzahl von mindestens zwei Fluidströmungskanälen (38) definiert, welche jeweils von einem longitudinalen Ende des Grundprofils (12) zu dem anderen longitudinalen Ende des Grundprofils (12) verlaufen, wobei die Fluidströmungskanäle (38) in der transversalen Richtung (T) in Reihe angeordnet und durch Stege (40) getrennt sind, wobei die Hauptflächen (16a, 16b) jeweils eine alternierende Abfolge von konkaven Bereichen (20) und geraden Bereichen (22) aufweisen, wobei ein konkaver Bereich (20) der ersten Hauptfläche (16a), in einer Dickenrichtung (D) des Grundprofils (12) betrachtet, welche sowohl orthogonal zu der longitudinalen Richtung (L) als auch orthogonal zu der transversalen Richtung (T) verläuft, zumindest abschnittsweise von einem geraden Bereich (22) der zweiten Hauptfläche (16b) überlagert ist, wobei ein gerader Bereich (22) im Wesentlichen eine Ebene definiert, welche sich in der longitudinalen Richtung (L) und der transversalen Richtung (T) erstreckt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kühlsystem (36) bestehend aus mindestens zwei Vorrichtungen (10) sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung (10) zum Temperieren von zylindrischen Bauteilen (34).

Description

Kühlkörper
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren von zylindrischen Bauteilen.
Insbesondere im Zuge der Elektromobilität gewinnt das Thema der Batteriekühlung an immer größerer Bedeutung. Derzeit werden zylindrische Batteriezellen zumeist in Kontakt mit metallischen Kühlkörpern gebracht, über welche die durch die Batteriezellen erzeugte Wärme abgeführt werden kann. Metallkühlkörper haben jedoch den Nachteil, dass sie einerseits material- und herstellungsbedingt verhältnismäßig teuer sind und andererseits das Gewicht der Batterieeinheit merklich erhöhen. Metall weist jedoch einen guten Wärmeleitkoeffizienten auf.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kühlkörper bereitzustellen, welcher aus Kunststoff hergestellt werden kann und welcher verbesserte Kühlungseigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einem ersten Aspekt durch eine Vorrichtung zum Temperieren von zylindrischen Bauteilen gelöst, umfassend ein längliches Grundprofil, welches eine erste und eine zweite Hauptfläche aufweist, welche sich jeweils, in einer longitudinalen Richtung betrachtet, zwischen den beiden longitudinalen Enden des Grundprofils und, in einer transversalen Richtung betrachtet, zwischen zwei Seitenflächen erstrecken, wobei das Grundprofil in seinem Inneren eine Mehrzahl von mindestens zwei Fluidströmungskanälen definiert, welche jeweils von einem longitudinalen Ende des Grundprofils zu dem anderen longitudinalen Ende des Grundprofils verlaufen, wobei die Fluidströmungskanäle in der transversalen Richtung in Reihe angeordnet und durch Stege getrennt sind, wobei die Hauptflächen jeweils eine alternierende Abfolge von konkaven Bereichen und geraden Bereichen aufweisen, wobei ein konkaver Bereich der ersten Hauptfläche, in einer Dickenrichtung des Grundprofils betrachtet, welche sowohl orthogonal zu der longitudinalen Richtung als auch orthogonal zu der transversalen Richtung verläuft, zumindest abschnittsweise von einem geraden Bereich der zweiten Hauptfläche überlagert ist, wobei ein gerader Bereich im Wesentlichen eine Ebene definiert, welche sich in der longitudinalen Richtung und der transversalen Richtung erstreckt.
Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass ein gerader Bereich im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht perfekt gerade ausgebildet sein muss, um den erfinderischen Gedanken zu erfüllen, sondern auch leicht gekrümmt sein kann. Es können also innerhalb eines geraden Bereichs auch Vertiefungen und/oder Erhöhungen angeordnet sein, welche beispielsweise fertigungstechnisch oder aufgrund von thermisch bedingten Materialveränderungen entstehen können.
Demenentsprechend stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Kühlkörper dar, welcher ein längliches Grundprofil aufweist, welches wiederum von zwei Hauptflächen sowie von zwei Seitenflächen begrenzt wird. Sowohl die beiden Hauptflächen als auch die beiden Seitenflächen erstrecken sich vollkommen über das gesamte Grundprofil der Vorrichtung, wobei sich jeweils die beiden Hauptflächen und jeweils die beiden Seitenflächen gegenüberliegen. Des Weiteren ist die Oberfläche der beiden Hauptflächen signifikant größer als die Oberfläche der beiden Seitenflächen ausgebildet.
Erfindungsgemäß umfassen die beiden Hauptflächen in einer alternierenden Abfolge konkave Bereiche sowie gerade Bereiche, während die beiden Seitenflächen insbesondere entlang deren longitudinaler Erstreckungsrichtung im Wesentlichen einheitlich ausgebildet sind, wobei die Seitenflächen beispielsweise entweder planar oder konvex ausgebildet sein können. Falls die Seitenflächen konvexe Fläche aufweisen, so können diese mit einem Krümmungsradius zwischen 1 mm und 2 mm, bevorzugt mit einem Radius von 1 .5 mm, von einer Hauptfläche zu der anderen Hauptfläche verlaufen. Insofern die Seitenflächen planar angeordnet sind, verlaufen die Normalvektoren der Seitenflächen parallel zu der transversalen Richtung des Grundprofils. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die konkaven Hauptflächenbereiche in Bezug auf das längliche Grundprofil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach innen gewölbt sind. Die geraden Bereiche der Hauptflächen weisen Normalvektoren auf, welche parallel zu der Dickenrichtung des Grundprofils der Vorrichtung verlaufen.
Die Hauptflächen und Seitenflächen definieren ein Inneres des Grundprofils, welches eine Mehrzahl von longitudinalen Fluidströmungskanälen aufweist, wobei zwei benachbarte Fluidströmungskanäle durch jeweils einen in longitudinaler Richtung und parallel zur Dickenrichtung des Grundprofils verlaufenden Steg voneinander getrennt sind. Dementsprechend wird insbesondere jeder Kanal durch einen Steg, die erste und die zweite Hauptfläche und entweder eine Seitenfläche oder einen weiteren Steg definiert, wodurch je nach gewünschter Anzahl der Fluidströmungskanäle, beispielsweise sechs Fluidströmungskanäle, eine Mehrzahl von Stegen, im voranstehenden Beispiel fünf Stege, bereitgestellt sein kann. Die Stege können sich im Inneren der Vorrichtung insbesondere geradlinig von der ersten Hauptfläche zu der gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche erstrecken, wobei ein Querschnitt eines Fluidströmungskanals dementsprechend im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sein kann.
Das Grundprofil kann in der transversalen Richtung eine Breite von 50 mm bis 100 mm, bevorzugt 75 mm, und in der Dickenrichtung eine Höhe von 2 mm bis 6 mm aufweisen. Dabei kann die Höhe des Grundprofils bedingt durch die alternierende Abfolge von konkaven und geraden Bereichen der ersten Hauptfläche und der dazu versetzt angeordneten Abfolge von konkaven und geraden Bereichen der zweiten Hauptfläche variieren. So kann ein kürzester Abstand der beiden Hauptflächen zueinander an einer Stelle des Grundprofils, an welcher, in Dickenrichtung betrachtet, zwei konkave Bereiche einander überlappend angeordnet sind, 3 mm betragen und an einer Stelle, an welcher, ebenfalls in Dickenrichtung betrachtet, ein gerader Bereich der ersten Hauptfläche einem konkaven Bereich der zweiten Hauptfläche gegenüberliegt, 4.5 mm betragen.
Die Kühlung des zylindrischen Bauteils wird durch ein Kühlfluid, zum Beispiel eine Wasser-Glycol-Mischung, erzielt, welches durch die Fluidströmungskanäle im Inneren der erfindungsgemäßen Vorrichtung strömt. Hierfür können sich die Dimensionen der Vorrichtung, insbesondere der konkaven Bereiche der Hauptflächen, an den Dimensionen des zu kühlenden Bauteils orientieren, wobei dieses einen Durchmesser von 30 mm bis 60 mm und eine Länge von 60 mm bis 100 mm, insbesondere einen Durchmesser von 45.6 mm und eine Länge von 79.6 mm, aufweisen kann, so dass hieraus die entsprechenden Abmessungen der konkaven Bereiche der Hauptflächen abgeleitet werden können.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung hierin als Kühlvorrichtung beschrieben wird, obwohl die Vorrichtung ebenso zum Erwärmen von Bauteilen genutzt werden könnte. Hierzu ist lediglich ein Fluid einer höheren Temperatur zu verwenden.
Durch die alternierende Abfolge der konkaven und geraden Bereiche der beiden Hauptflächen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung entlang der longitudinalen Erstreckungsrichtung im Wesentlichen eine wellenartige Struktur auf, deren Wellentäler durch die konkaven Bereiche und deren Wellenberge durch die geraden Bereiche ausgebildet ist. Die Wellenberge sind jedoch durch die geraden Bereiche der Hauptflächen abgeflacht ausgebildet. Außerdem sind die geraden Bereiche der beiden Hauptflächen in deren longitudinaler Erstreckungsrichtung kürzer ausgestaltet als die konkaven Bereiche, wodurch ein konkaver Bereich der ersten bzw. zweiten Hauptfläche nur teilweise von einem geraden Bereich der gegenüberliegenden zweiten bzw. ersten Hauptfläche, in Dickenrichtung betrachtet, überlagert wird.
Vorteilhafterweise sind, in der longitudinalen Richtung betrachtet, die zwei Enden eines konkaven Bereichs, welche jeweils an einem Übergang zu einem angrenzenden geraden Bereich der selben Hauptfläche angeordnet sind, nicht von einem geraden Bereich der anderen gegenüberliegenden Hauptfläche, in Dickenrichtung betrachtet, überlagert. In der longitudinalen Betrachtungsrichtung kann ein konkaver Bereich einer Hauptfläche an dessen Enden in einen geraden Bereich selbiger Hauptfläche übergehen, wobei insbesondere eine Kante entsteht. Es sei aber hinzugefügt, dass diese Kante natürlich auch einen Radius oder eine Fase ausweisen kann, um ein Entnehmen des Grundprofils nach dem Thermoverformen zu erleichtern. Im Vergleich zu einem Grundprofil mit einer wellenartigen Struktur mit gleichbleibender Dicke (bzw. Höhe, wie weiter oben verwendet), bei welchem ein konkaver Bereich tangential in eine Flanke und diese anschließend tangential in einen konvexen Bereich übergeht, hat das erfindungsgemäß ausgebildete Grundprofil den Vorteil, dass eine Kontaktfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem zu kühlenden zylindrischen Bauteil dadurch vergrößert werden kann, dass die konkaven Bereiche mit gleichbleibendem Krümmungsradius bis zu dem Übergang in einen jeweiligen geraden Bereich verlängert werden, was sich vorteilhaft auf die Kühleigenschaften der Vorrichtung auswirkt. Insbesondere im Fall einer Mehrzahl zu kühlender zylindrischer Bauteile kann durch die beschriebene Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine verbesserte Kühlung jener Bauteile ermöglicht werden. Außerdem kann das zu kühlende Bauteil durch diese Anordnung effizient in dessen Position gesichert werden.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann die Überlagerung eines konkaven Bereichs der ersten Hauptfläche mit einem geraden Bereich der zweiten Hauptfläche symmetrisch ausgebildet sein. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Scheitelpunkt (eine Mitte) eines konkaven Bereichs einer Hauptfläche einer longitudinalen Mitte eines geraden Bereichs der anderen Hauptfläche, in Dickenrichtung betrachtet, gegenüberliegen. Durch die symmetrische Ausbildung kann eine optimierte und einheitliche Anordnung der zu kühlenden zylindrischen Bauteile erzielt werden. Außerdem können so die Strömungseigenschaften über die Länge des Grundprofils hinweg im Wesentlichen gleichbleibend gehalten werden.
Ferner kann das Grundprofil der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Kunststoff durch Extrusion hergestellt sein. Obwohl Kunststoffe im Vergleich zu Metallen einen niedrigeren Wärmeleitkoeffizienten aufweisen, kann die Verwendung von Kunststoff im Zuge der erfindungsgemäßen Vorrichtung als besonders vorteilhaft angesehen werden. Insbesondere das geringe Gewicht von Kunststoffen kann zu einer deutlichen Reduzierung des Gesamtgewichts der Vorrichtung und dementsprechend auch eines Fahrzeugs führen, beispielsweise eines Elektroautos, in welchem durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu kühlende zylindrische Batteriezellen aufgenommen sind.
Folglich müssen die Batterien des Elektroautos zum Antrieb des Elektroautos weniger Energie aufbringen, was sich insbesondere positiv auf die maximale Reichweite des Elektroautos auswirken kann. Des Weiteren können durch die Verwendung von Kunststoff Kosten reduziert werden, da dieses Material im Vergleich zu Metall deutlich günstiger in der Beschaffung und Verarbeitung ist. Ferner weist Kunststoff elektrische Isolationseigenschaften auf, welche eine Weiterleitung von Strom zum Beispiel im Falle einer Fehlfunktion einer Batteriezelle verhindern kann.
In Bezug auf die spezifische Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann trotz des niedrigen Wärmeleitkoeffizienten von Kunststoff eine gewünschte Kühlung der zu kühlenden zylindrischen Bauteile gewährleistet werden, da die Wandstärke der Hauptflächen des Grundprofils ausreichend gering ausgebildet sein kann, dass ein effizienter Wärmeaustausch zwischen Kühlfluid, welches durch die Fluidströmungskanäle strömt, und den zylindrischen Bauteilen erzielt werden kann. Die Wandstärke der Fluidströmungskanäle kann daher eine möglichst geringe Stärke aufweisen, zum Beispiel eine Wandstärke von 0.4 mm bis 0.8 mm, vorzugsweise eine Wandstärke von 0.5 mm bis 0.6 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Material, aus welchem das Grundprofil gefertigt ist, Polyketone und/oder Polyamid, insbesondere PA6, umfassen. Sowohl Polyketone als auch Polyamid weisen vorteilhafterweise eine hohe Chemikalienbeständigkeit und Formbeständigkeit auf, was sich positiv auf die Langlebigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auswirken kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Material, aus welchem das Grundprofil gefertigt ist, Polyphenylether PPE umfassen.
Optional kann an einem jeweiligen longitudinalen Ende des Grundprofils der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Anschlussabschnitt angeordnet sein, welcher dazu eingerichtet ist, in den Anschlussabschnitt einströmendes Fluid in das Grundprofil einzuleiten bzw. aus dem Grundprofil kommendes Fluid aus dem Anschlussabschnitt auszuleiten. Folglich können an einem Grundprofil bis zu zwei Anschlussabschnitte vorgesehen sein, wobei die Anschlussabschnitte insbesondere dazu eingerichtet sind, an dem einen longitudinalen Ende des Grundprofils das Fluid in die jeweiligen Fluidströmungskanäle einzuleiten und an dem anderen longitudinalen Ende des Grundprofils aus sämtlichen in dem Grundprofil bereitgestellten Fluidströmungskanälen aufzunehmen. Dabei kann ein Anschlussabschnitt mit dem jeweiligen longitudinalen Ende des Grundprofils fluiddicht unlösbar verbunden, insbesondere verschweißt, sein, wobei sich der Begriff „unlösbar“ insbesondere auf eine Verbindung bezieht, welche ggf. nur durch irreversible Trennung bzw. Zerstörung gelöst werden kann. Durch eine fluiddichte Verbindung zwischen Grundprofil und Anschlussabschnitt kann gewährleistet werden, dass kein Fluid auf eine unerwünschte Weise austreten kann, wodurch eine unvorteilhafte Beeinträchtigung der Kühlleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden werden kann. ln einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Anschlussabschnitt drei Öffnungen aufweisen, nämlich einen Einlass, einen Auslass und eine Abzweigungsöffnung, an welcher Abzweigungsöffnung der Anschlussabschnitt mit dem Grundprofil fluidisch verbunden ist. Dementsprechend kann Fluid zuerst durch den Einlass in den Anschlussabschnitt und anschließend teilweise durch die Abzweigungsöffnung in das Grundprofil und teilweise aus dem Auslass strömen. Zum Ableiten des durch die Kühlung eines zylindrischen Bauteils erwärmten Fluids kann dieses an dem anderen longitudinalen Ende des Grundprofils über die Abzweigungsöffnung in den Anschlussabschnitt und durch den Auslass aus dem Anschlussabschnitt abgeleitet werden. Der Fluidströmungsweg durch aufeinander folgende Anschlussabschnitte bzw. Grundprofile wird weiter unten mit Bezug auf ein Kühlsystem beschrieben werden.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung können der Einlass und der Auslass eines Anschlussabschnitts zueinander passend ausgebildet sein, so dass ein Einlass eines ersten Anschlussabschnitts mit einem Auslass eines zu dem ersten Anschlussabschnitt gleichen zweiten Anschlussabschnitts fluiddicht verbindbar ist. Um die beiden Anschlussabschnitte fluiddicht miteinander zu verbinden, kann an dem Einlass und/oder dem Auslass eine Nut vorgesehen sein, in welcher eine Dichtung, beispielsweise ein O-Ring, vorgesehen sein kann. Eine Verbindung zwischen dem ersten Anschlussabschnitt und dem zweiten Anschlussabschnitt zur Erzeugung eines Fluiddurchgangs kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Vorrichtungen kombiniert bzw. in Reihe angeordnet werden soll. Hierzu kann an dem Einlass sowie dem Auslass entweder ein männliches oder ein weibliches Verbindungsstück bereitgestellt sein, wobei am männlichen und/oder am weiblichen Verbindungsstück ein Anschlag vorgesehen sein kann, damit das männliche Verbindungsstück mit dem weiblichen Verbindungsstück in einer vorbestimmten Position verbunden werden kann. Durch den Anschlag kann gewährleistet werden, dass ein Fluidstrom über die Abzweigungsöffnung des Anschlussabschnitts nicht durch das Einschieben des männlichen Verbindungsstücks (z.B. dem Auslass des ersten Anschlussabschnitts) in das weibliche Verbindungsstück (z.B. dem Einlass des zweiten Anschlussabschnitts) blockiert wird und somit in den / aus dem zwischen Einlass und Auslass eines Anschlussabschnitts strömenden Fluidstrom eingespeist/abgezweigt werden kann. Je nachdem, an welchem Ende des Grundprofils ein Anschlussabschnitt angeordnet ist, kann durch die Abzweigungsöffnung, welche insbesondere parallel zu der longitudinalen Erstreckungsrichtung des länglichen Grundprofils verläuft, ein einströmendes Fluid oder ein abzuleitendes Fluid strömen.
Ferner können der Einlass und der Auslass eines Anschlussabschnitts der erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu eingerichtet sein, miteinander zu verrsten, so dass ein ungewolltes Lösen eines Einlasses eines ersten Anschlussabschnitts von einem Auslass eines zu dem ersten Anschlussabschnitt gleichen zweiten Anschlussabschnitts voneinander verhindert werden kann. Hierzu kann an dem Einlass und/oder dem Auslass eines ersten Anschlussabschnitts wenigstens ein Rasthaken bereitgestellt sein, welcher in wenigstens ein gegenüberliegendes Gegenstück, zum Beispiel einen Hinterschnitt, an dem Auslass und/oder dem Einlass eines zweiten Anschlussabschnitts eingreift und damit sowohl den Einlass als auch den Auslass in deren jeweiliger Position zueinander sichert. Insbesondere in dem Fall, in welchem die longitudinalen Enden des Grundprofils, in Dickenrichtung betrachtet, nicht mittig angeordnet sind, das heißt ein Abstand in Dickenrichtung von einer Hauptfläche eines longitudinalen Endes zu den geraden Bereichen derselben Hauptfläche, kann es vorteilhaft sein, wenn ein Anschlussabschnitt wenigstens zwei Rastpositionen aufweist. Diese Rastpositionen können beispielsweise durch zueinander versetzte Hinterschnitte ausgebildet sein, mit welchen Rasthaken selektiv eingreifen können. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann wenigstens eines der longitudinalen Enden des Grundprofils aufgeweitet sein, so dass sich ein Strömungsquerschnitt der Fluidströmungskanäle vergrößert. Dies kann insbesondere bei der Verwendung eines Zwischenstücks vorteilhaft sein, welches dazu eingerichtet ist, ein Ende eines Grundprofils mit einem Anschlussabschnitt zu verbinden, und welches anschließend in der Vorrichtung verbleibt, da so eine Reduktion des Strömungsquerschnitts an dieser Verbindungsstelle vermieden werden kann. Dazu kann auch der Anschlussabschnitt zur Verbindung mit dem Zwischenstück nach außen aufgeweitet ausgebildet sein. Diese Vermeidung der Reduktion des Strömungsquerschnitts an der Verbindungsstelle kann sich insbesondere vorteilhaft auf die Fluiddynamik in dem entsprechenden Bereich auswirken.
In einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Kühlsystem gelöst, umfassend wenigstens zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen, wobei jede der Vorrichtungen an den longitudinalen Enden des jeweiligen länglichen Grundprofils mit jeweils einem Anschlussabschnitt (wie in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben), insbesondere durch Schweißen, verbunden ist, wobei der Auslass des Anschlussabschnitts der ersten Vorrichtung fluiddicht mit dem Einlass der zweiten Vorrichtung und/oder der Einlass des Anschlussabschnitts der ersten Vorrichtung fluiddicht mit dem Auslass der zweiten Vorrichtung verbunden sind/ist.
Zur Sicherung der Verbindung zwischen den Einlässen und den Auslässen können zusätzliche Rasthaken dienen, wie dies weiter oben bereits beschrieben wurde. Im Allgemeinen kann das Kühlsystem durch Verbindung zweier Vorrichtungen über deren Einlässe bzw. Auslässe der jeweiligen Anschlussabschnitte beliebig oft erweitert werden, wodurch das Kühlsystem je nach Anzahl der zu kühlenden zylindrischen Bauteile effizient und aufwandslos angepasst werden kann. Im Folgenden soll der Strömungsweg eines Kühlfluids durch das erfindungsgemäße Kühlsystem beschrieben werden. Kühlfluid kann durch einen Einlass eines ersten Anschlussabschnitts, welcher mit einem ersten longitudinalen Ende einer ersten Vorrichtung verbunden ist, in das Kühlsystem einströmen und gelangt in dem ersten Anschlussabschnitt teilweise durch dessen Abzweigungsöffnung in das Grundprofil der ersten Vorrichtung. Ein Großteil des Kühlfluids strömt durch den ersten Anschlussabschnitt, insbesondere geradlinig, hindurch und verlässt den ersten Anschlussabschnitt über dessen Auslass. Anschließend wird das Kühlfluid in den Einlass eines zweiten Anschlussabschnitts einer zweiten Vorrichtung geleitet, zweigt dort wieder teilweise über dessen Abzweigungsöffnung in das Grundprofil der zweiten Vorrichtung ab, strömt über den Auslass des zweiten Anschlussabschnitts in den Einlass eines dritten Anschlussabschnitts einer dritten Vorrichtung usw. bis zu einem in Bezug auf die aneinandergereihten Anschlussabschnitte letzten Anschlussabschnitt einer in dem Kühlsystem umfassten letzten Vorrichtung. Das Fluid strömt dann durch die Fluidströmungskanäle im Inneren eines jeweiligen Grundprofils, wodurch letztendlich die Temperierung der in konkaven Bereichen der Hauptflächen aufgenommenen zylindrischen Bauteile erzielt werden kann.
Das durch den Wärmeaustausch mit den Bauteilen erwärmte Fluid kann an den jeweiligen zweiten longitudinalen Enden der Grundprofile durch die Abzweigungsöffnungen der entsprechenden Anschlussabschnitte in diese eintreten. Von der oben erwähnten letzten Vorrichtung aus betrachtet, strömt das Kühlfluid aus dem Auslass des letzten Anschlussabschnitts an dem zweiten longitudinalen Enden des letzten Grundprofils in den Einlass des vorletzten Anschlussabschnitts an dem zweiten longitudinalen Enden des vorletzten Grundprofils usw. Anschließend tritt das Kühlfluid über den Auslass des Anschlussabschnitts an dem zweiten longitudinalen Enden des ersten Grundprofils aus dem Kühlsystem aus. Der beschriebene Strömungsablauf hat zum einen den Vorteil, dass eine Vermischung von kühlem und erwärmtem Fluid vermieden wird und zum anderen, dass für das gesamte Kühlsystem insgesamt nur zwei Anschlüsse bereitgestellt werden müssen, nämlich ein Anschluss, der mit dem Einlass des ersten Anschlussabschnitts an dem ersten longitudinalen Ende des ersten Grundprofils verbunden werden kann und Kühlfluid liefert, und ein Auslass, der mit dem Auslass des Anschlussabschnitts an dem zweiten longitudinalen Ende des ersten Grundprofils verbunden werden kann und Kühlfluid aufnimmt. An den diesen Anschlüssen entgegengesetzten Enden können die Anschlussabschnitte der letzten Vorrichtung mit Deckeln verschlossen oder als Endstücke ausgebildet sein. Dabei können die Anschlüsse an einer gleichen Seite des Kühlsystems oder an entgegengesetzten Seiten des Kühlsystems angeordnet sein.
Optional kann zwischen einem Auslass der ersten Vorrichtung und einem Einlass der zweiten Vorrichtung ein Zwischenstück angeordnet sein, welches den durch den Auslass und den Einlass gebildeten Fluidkanal derart verlängert, dass ein Abstand zwischen den Grundprofilen der beiden Vorrichtungen vergrößert werden kann. Somit kann das Kühlsystem auf einfache Weise dazu angepasst werden, Batteriezellen mit einem größeren Durchmesser zwischen den länglichen Grundprofilen zweier benachbarter Vorrichtungen aufzunehmen, ohne dass die entsprechenden Anschlussabschnitte an sich verändert werden müssen. Natürlich kann es hierbei notwendig sein, dass die Abmessungen der konkaven Bereiche von verwendeten Grundprofilen verändert werden müssen. Dabei kann das Zwischenstück flexibel ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Zwischenstück einen Wellrohr-artigen Abschnitt umfasst, welcher ermöglicht, dass ein fluidischer Eingang und ein fluidischer Ausgang des Zwischenstücks relativ zueinander verlagerbar sind. Durch ein derartig ausgebildetes Zwischenstück können Toleranzen der Komponenten des Kühlsystems, wie zum Beispiel Längentoleranzen des Grundprofils, ausgeglichen werden. Dadurch kann wiederum eine Montage des Kühlsystems erleichtert werden bzw. unvorteilhafte Spannungen oder sogar Beschädigungen des Kühlsystems reduziert werden. In diesem Zusammenhang ist es ferner denkbar, dass das flexible Zwischenstück dazu eingerichtet ist, in seiner Längserstreckung veränderbar zu sein. Das heißt, falls erforderlich, kann das flexible Zwischenstück derart verlängert oder verkürzt werden, dass es an einen vorbestimmten Abstand zwischen den beiden oben erwähnten Vorrichtungen angepasst werden kann. Das Zwischenstück kann zum Zwecke der Längenanpassung auch einen in sich teleskopierbaren Abschnitt aufweisen. Dieser teleskopierbare Abschnitt kann mit dem gewellt ausgebildeten Abschnitt zusammenfallen oder davon getrennt ausgebildet sein.
Das Zwischenstück kann dazu analog zu dem Einlass bzw. dem Auslass, wie oben beschrieben, an einer Seite ein männliches und an der Gegenseite ein weibliches Verbindungsstück und/oder Dichtungselemente aufweisen sowie optional mit einem an dem Einlass bzw. dem Auslass angebrachten Rasthaken in Eingriff gebracht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann das Grundprofil der ersten Vorrichtung zu einem Grundprofil der zweiten Vorrichtung gespiegelt angeordnet sein, das heißt einem konkaven Bereich des Grundprofils der ersten Vorrichtung liegt ein konkaver Bereich des Grundprofils der zweiten Vorrichtung direkt gegenüber bzw. einem geraden Bereich des Grundprofils der ersten Vorrichtung liegt ein gerader Bereich des Grundprofils der zweiten Vorrichtung direkt gegenüber. In anderen Worten können die Hauptflächen der länglichen Grundprofile der ersten sowie der zweiten Vorrichtung derart zueinander angeordnet sein, dass die konkaven Bereiche des Grundprofils der ersten und der zweiten Vorrichtung, in der Dickenrichtung betrachtet, aufeinander zu weisen und in Bezug auf eine Mittelebene zwischen den beiden Grundprofilen spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Somit sind die konkaven Bereiche, in der longitudinalen Richtung der beiden Grundprofile betrachtet, ohne Versatz zueinander gegenüberliegend. Dabei kann die Symmetrieebene parallel zu der Haupterstreckungsrichtung der Grundprofile der beiden Vorrichtungen und normal zu der Dickenrichtung der Grundprofile der ersten Vorrichtung und der zweiten Vorrichtung verlaufen. Durch diese spezifische Anordnung kann insbesondere durch einen konkaven Bereich der ersten Vorrichtung und einen gegenüberliegenden konkaven Bereich der zweiten Vorrichtung ein zylindrischer Hohlraum definiert werden, in welchem ein zylindrisches Bauteil, beispielsweise eine zylindrische Batteriezelle, zur Kühlung aufgenommen und gesichert werden kann. Durch solch ein Kühlsystem kann eine Mehrzahl von Batteriezellen in einer optimierten Raumanordnung gleichzeitig gekühlt werden, was insbesondere für ein Elektroauto von großer Bedeutung sein kann.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Temperieren von zylindrischen Bauteilen gelöst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Extrudieren eines länglichen Grundprofils aus Kunststoff, welches eine erste und eine zweite Hauptfläche aufweist, welche sich jeweils, in einer longitudinalen Richtung betrachtet, zwischen den beiden longitudinalen Enden des Grundprofils und, in einer transversalen Richtung betrachtet, zwischen zwei Seitenflächen erstrecken, wobei das Grundprofil in seinem Inneren eine Mehrzahl von mindestens zwei Fluidströmungskanälen definiert, welche jeweils von einem longitudinalen Ende des Grundprofils zu dem anderen longitudinalen Ende des Grundprofils verlaufen, wobei die Fluidströmungskanäle in der transversalen Richtung in Reihe angeordnet und durch Stege getrennt sind, b) Verformen des Grundprofils mittels Thermoformverfahren derart, dass die Hauptflächen jeweils eine alternierende Abfolge von konkaven Bereichen und geraden Bereichen aufweisen, wobei ein konkaver Bereich der ersten Hauptfläche, in einer Dickenrichtung des Grundprofils betrachtet, welche sowohl orthogonal zu der longitudinalen Richtung als auch orthogonal zu der transversalen Richtung verläuft, zumindest abschnittsweise von einem geraden Bereich der zweiten Hauptfläche überlagert ist, wobei ein gerader Bereich im Wesentlichen eine Ebene definiert, welche sich in der longitudinalen Richtung und der transversalen Richtung erstreckt, c) Verbinden des länglichen Grundprofils an seinen longitudinalen Enden mit jeweils einem Anschlussabschnitt, insbesondere durch Schweißen, um eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung herzustellen, d) Wiederholen der Schritte a) bis c), um eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung herzustellen, e) Verbinden der ersten Vorrichtung mit der zweiten Vorrichtung derart, dass der Auslass des Anschlussabschnitts der ersten Vorrichtung fluiddicht mit dem Einlass der zweiten Vorrichtung und/oder der Einlass des Anschlussabschnitts der ersten Vorrichtung fluiddicht mit dem Auslass der zweiten Vorrichtung verbunden sind/ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Mehrzahl von Vorrichtungen hergestellt werden, welche zu einem Kühlsystem kombiniert werden können. Die Anzahl der für ein vollständiges Kühlsystem benötigten Vorrichtungen kann bei der Verfahrensdurchführung derart berücksichtigt werden, dass die Schritte d) und e) entsprechend für dritte, vierte usw. Vorrichtungen beliebig wiederholt werden, wobei die Dimensionen des Kühlsystems wiederum an die Anzahl der zu kühlenden Bauteile, beispielsweise der Batteriezellen, angepasst werden können. Somit ist es möglich, den für die Durchführung des Verfahrens benötigten Materialaufwand zu bestimmen und das Verfahren dementsprechend umzusetzen. Vorteilhafterweise vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren dadurch das Herstellungsverfahren einer Batterieeinheit, welche sowohl das Kühlsystem als auch die zu kühlenden Batteriezellen umfasst.
Des Weiteren können aufgrund des beschriebenen Verfahrens Kosten reduziert werden, da die Herstellung einer Mehrzahl von identischen Vorrichtungen, welche über deren Anschlussabschnitte miteinander verbunden werden können, dazu führt, dass ein Kühlsystem beliebiger Größe erzeugt werden kann. Im Gegensatz zu der Herstellung eines Kühlsystems in einem einzigen komplexen Verfahrensschritt, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine schnellere Montage großer Kühlsysteme ermöglicht. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen bzw. einzelne Komponenten davon können beispielsweise in einem kosteneffizienten Spritzguss- oder Extrusionsverfahren hergestellt werden. Insbesondere kann das längliche Grundprofil in einem einzelnen Extrusionsvorgang als gerades Bauteil ausgebildet werden, um im Anschluss daran mittels Thermoverfahren die gewünschte Struktur der Hauptflächen sowie der Seitenflächen zu erzeugen.
Es sei an dieser Stelle explizit darauf hingewiesen, dass sämtliche in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebenen Merkmale, Effekte und Vorteile auch auf das erfindungsgemäße Kühlsystem und/oder das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar sein können, und umgekehrt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerem Detail anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden. Es stellt dar:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Mehrzahl erfindungsgemäßer Vorrichtungen, welche in Kombination ein Kühlsystem bilden;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Grundprofils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 3 eine Seitenquerschnittsansicht eines Ausschnitts des Kühlsystems; und Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines Anschlussabschnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Temperieren von zylindrischen Bauteilen allgemein mit dem Bezugszeichen 10 stellvertretend für alle identischen Vorrichtungen versehen. Ferner sind in Figur 1 drei identische Vorrichtungen 10 als erste Vorrichtung 10a, als zweite Vorrichtung 1 b und als dritte Vorrichtung 10c bezeichnet, um deren relative Anordnung beschreiben zu können. Eine Vorrichtung 10 umfasst ein längliches Grundprofil 12 (gesondert auch in Figur 2 dargestellt), welches sich entlang einer longitudinalen Erstreckungsrichtung L erstreckt, sowie zwei Anschlussabschnitte 14a, 14b, wobei jeweils ein Anschlussabschnitt 14a bzw. 14b an einem jeweiligen longitudinalen Ende des länglichen Grundprofils 12 bereitgestellt und damit verbunden ist. Da die Anschlussabschnitte 14a und 14b in der hier dargestellten Ausführungsform identisch ausgebildet sind, wird sich nachfolgend auf einen Anschlussabschnitt, welcher stellvertretend für alle Anschlussabschnitte beschrieben wird, auch allgemein mit dem Bezugszeichen 14 bezogen. Damit an dem Übergang zwischen einem Anschlussabschnitt 14a, 14b und dem Grundprofil 12 kein Fluid austreten kann, sind diese fluiddicht miteinander verbunden, insbesondere verschweißt.
Das Grundprofil 12 weist erste und zweite Hauptflächen 16a und 16b sowie zwei Seitenflächen 18 auf, wobei in Figur 1 aus perspektivischen Gründen jeweils nur die Fläche 16a zu erkennen ist, so dass in Bezug auf die Fläche 16b auf Figur 3 verwiesen wird. Die zweite Hauptfläche 16b ist, in einer Dickenrichtung D betrachtet, welche zu der longitudinalen Richtung L orthogonal ist, an der der ersten Hauptfläche 16a entgegengesetzten Außenseite des Grundprofils 12 angeordnet. Analog dazu sind die beiden Seitenflächen 18, in einer transversalen Richtung T betrachtet, welche zu der longitudinalen Richtung L und der Dickenrichtung D orthogonal ist, an entgegengesetzten kurzen Außenseiten des Grundprofils 12 angeordnet. Die beiden Hauptflächen 16a und 16b definieren zusammen mit den beiden Seitenflächen 18 einen inneren Hohlraum (s. Figuren 2 und 3), welcher zum Transport eines Kühlfluids eingerichtet ist. Außerdem sind in Figur 1 konkave Bereiche 20 sowie gerade Bereiche 22 des länglichen Grundprofils 12 dargestellt, welche entlang der longitudinalen Richtung L in einer alternierenden Abfolge an dem Grundprofil 12 angeordnet sind und die jeweilige Hauptfläche 16a bzw. 16b bilden.
Figur 1 ist mit einer Unterbrechung versehen, welche insbesondere darstellt, dass die erfindungsgemäßen Vorrichtungen 10 bzw. die Grundprofile 12 der Vorrichtungen 10 nicht auf eine spezifische Länge begrenzt ist, sondern je nach Anforderungsprofil der gewünschten Anwendung, beispielsweise zur Kühlung einer bestimmten Anzahl an Batteriezellen, dimensioniert ausgebildet sein können.
Wie in Figur 4 zu erkennen ist, umfasst hier ein Anschlussabschnitt 14, welcher einen zentralen zylindrischen Abschnitt 24 aufweist, drei Öffnungen, welche einem Einlass 26, durch welchen das Fluid in die Vorrichtung 10 eingespeist werden kann, einem Auslass 28, durch welchen das Fluid aus der Vorrichtung 10 abgeleitet werden kann, sowie einer Abzweigungsöffnung 30 entsprechen, wobei der Einlass 26 und der Auslass 28 je nach vorliegender Fluidströmungsrichtung F definiert werden. Der zylindrische Abschnitt 24 bildet an dessen einem Ende den Einlass 26 und an dessen anderem Ende den Auslass 28. Dabei sind Einlass 26 und Auslass 28 derart ausgebildet, dass damit entweder ein weiterer Anschlussabschnitt 14 oder eine (in den Figuren nicht dargestellte) Leitungseinrichtung, beispielsweise ein Schlauch oder ein Rohr, durch welche das Kühlfluid zu- oder abgeführt werden kann, verbunden werden kann. Des Weiteren umfasst der zylindrische Abschnitt 24 eines Anschlussabschnitts 14 Rasthaken 32, welche mit einem weiteren Anschlussabschnitt 14 bzw. einer Leitungseinrichtung zur Positionssicherung ver sten können. Um einen Anschlussabschnitt 14 mit einem weiteren Anschlussabschnitt 14 verbinden zu können, sind der Einlass 26 bzw. der Auslass 28 als männliches bzw. weibliches Verbindungsstück bereitgestellt.
Zur Temperierung eines zylindrischen Bauteils 34, beispielsweise einer Batteriezelle, wird dieses mit einem konkaven Bereich 20 der Hauptflächen 16a bzw. 16b des Grundprofils 12 in Kontakt gebracht. Da der Hohlraum im Inneren des Grundprofils 12 von Kühlfluid durchströmt wird, kann somit ein Wärmeaustausch zwischen Bauteil 34 und Vorrichtung 10 stattfinden. Zur Optimierung des Wärmeaustausches und somit des Kühlungseffekts sind die konkaven Bereiche 20 derart ausgebildet, dass eine möglichst große Kontaktfläche zwischen der Hauptfläche 16a, 16b und dem Bauteil 34 entsteht, wie dies in Figur 3 zu erkennen ist.
Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 36 beschrieben werden, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Das Kühlsystem 36 umfasst hier die drei erfindungsgemäßen Vorrichtungen 10a, 10b und 10c, wie bereits weiter oben erwähnt. Die erste Vorrichtung 10a weist einen ersten zulaufseitigen Anschlussabschnitt 14a, die zweite Vorrichtung 10b weist einen zweiten zulaufseitigen Anschlussabschnitt 14b und die dritte Vorrichtung 10c weist einen dritten zulaufseitigen Anschlussabschnitt 14c an den ersten longitudinalen Enden der jeweiligen Grundprofile 12 auf. Entsprechend strömt Kühlfluid in den ersten Anschlussabschnitt 14a, von dort teilweise in das Grundprofil 12 der ersten Vorrichtung 10a und teilweise aus dem ersten Anschlussabschnitt 14a in den zweiten Anschlussabschnitt 14b, hier wieder teilweise in das Grundprofil 12 der zweiten Vorrichtung 10b und teilweise aus dem zweiten Anschlussabschnitt 14b in den dritten Anschlussabschnitt 14c und in das Grundprofil 12 der dritten Vorrichtung 10c. Auf der entgegengesetzten Seite strömt das Kühlfluid aus dem Grundprofil 12 der dritten Vorrichtung 10c in einen vierten Anschlussabschnitt 14d, von dort in einen fünften Anschlussabschnitt 14e, dort wird es mit Kühlfluid zusammengeführt, welches aus dem Grundprofil 12 der zweiten Vorrichtung 10b in den fünften Anschlussabschnitt 14e eintritt, anschließend wird dieses Kühlfluid wiederum mit Kühlfluid zusammengeführt, welches aus dem Grundprofil 12 der ersten Vorrichtung 10a in einen sechsten Anschlussabschnitt 14f eintritt. Am Auslass 28 des sechsten Anschlussabschnitts 14f verlässt das Kühlfluid das Kühlsystem 36.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass der Auslass 28 des sechsten Anschlussabschnitts 14f aufgrund der Fluidströmungsrichtung, welche im sechsten Anschlussabschnitt 14f zu der im ersten Anschlussabschnitt 14a entgegengesetzt ist, ein gleicher Abschnitt eines Anschlussabschnitts 14 ist, welcher bei dem ersten Anschlussabschnitt 14a den Einlass 26 bildet. Alternativ könnte der Hauptauslass des Kühlsystems 36, über welchen das Kühlfluid das Kühlsystem 36 verlässt, an dem vierten Anschlussabschnitt 14d ausgebildet sein, so dass der Auslass 28 an einer dem Einlass 26 entgegengesetzten Seite des Kühlsystems 36 angeordnet ist.
Mittels der Anschlussabschnitte 14a bis 14f sind die Vorrichtungen 10a, 10b, 10c beidseitig miteinander verbunden und bilden so das Kühlsystem 36.
Die Anzahl der in einem Kühlsystem 36 kombinierten Vorrichtungen 10 kann jedoch beliebig verändert werden und ist somit nicht auf die in Figur 1 gezeigte Konfiguration begrenzt, wobei ein Kühlsystem 36 aus wenigstens zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen 10a, 10b bzw. zwei länglichen Grundprofilen 12 sowie den dazugehörigen vier Anschlussabschnitten 14 besteht. Folglich kann das Kühlsystem 36 in Bezug auf die Anzahl der zu kühlenden zylindrischen Bauteile 34 flexibel angepasst werden. In Figur 1 wird ein Kühlfluid exemplarisch durch einen in Figur 1 links dargestellten Einlass 26 in das Kühlsystem 36 geleitet und durch einen in Figur 1 rechts dargestellten Auslass 28 abgeleitet. Die Pfeile F stellen den Verlauf des Kühlfluids durch das Kühlsystem 36 dar Aus Figur 1 wird ebenfalls ersichtlich, dass ein zylindrisches Bauteil 34 nicht nur einseitig von einem konkaven Bereich 20 einer Vorrichtung 10 gekühlt wird, sondern beidseitig von jeweils zwei konkaven Bereichen 20 zweier Vorrichtungen 10a und 10b diametral kontaktiert ist. Dadurch wird zum einen ein verbesserter Kühlungseffekt erzielt und zum anderen werden die zylindrischen Bauteile 34 durch das Kühlsystem 36 in ihrer Position gesichert.
Figur 2 stellt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines einzelnen Grundprofils 12 dar. Insbesondere geht daraus nochmals die Anordnung der konkaven Bereiche 20 sowie der geraden Bereiche 22 des länglichen Grundprofils 12 im Detail hervor. Im Wesentlichen stellt die alternierende Abfolge von konkaven Bereichen 20 und geraden Bereichen 22 eine wellenförmige Struktur dar, welche einen Wellenberg und ein Wellental umfasst, wobei ein jeweiliger Wellenberg durch einen geraden Bereich 22 flach ausgebildet ist. Dabei ist das tiefste Wellental, das heißt der Scheitel, eines konkaven Bereichs 20 der ersten Hauptfläche 16a zu einem geraden Bereich 22 der zweiten Hauptfläche 16b (Wellenberg) in Dickenrichtung D gegenüberliegend angeordnet. Zu einer Symmetrieebene S1 (s. Figur 3), welche sich in transversaler Richtung erstreckt und welche durch einen Scheitelpunkt eines konkaven Bereichs 20 und eine Mitte eines gegenüberliegenden geraden Bereichs 22 verläuft, sind die einzelnen Bereiche 20 bzw. 22, in der longitudinalen Richtung L betrachtet, symmetrisch angeordnet.
Das längliche Grundprofil 12 ist in Figur 2 an einem Ende in einem offenen, da heißt nicht mit einem Anschlussabschnitt 14 verbundenen, Zustand dargestellt. Daraus wird insbesondere die Anordnung von Fluidströmungskanälen 38 ersichtlich, welche im Inneren des Grundprofils 12 bereitgestellt sind und dazu eingerichtet sind, das Kühlfluid zu leiten. Die Fluidströmungskanäle 38 werden durch die Hauptflächen 16a, 16b sowie die Seitenflächen 18 bzw. durch Stege 40 definiert, wobei die Stege 40 die einzelnen Kanäle 38 voneinander abgrenzen. Die Anzahl der Kanäle 38 bzw. der Stege 40 ist in Figur 2 exemplarisch mit sechs Kanälen, das heißt fünf Stegen, angegeben.
Die dargestellte Anordnung des Grundprofils 12 ermöglicht eine effiziente Fluidströmung durch das Innere des Grundprofils 12 bzw. durch die Fluidströmungskanäle 38, wodurch unerwünschte Verwirbelungen reduziert werden. Ferner verhindern die Stege 40, dass sich die Hauptflächen 16a, 16b in Dickenrichtung D nach innen oder außen wölben. In Kombination mit der optimierten Kontaktfläche der konkaven Bereiche 20 kann dadurch ein ausgeprägter Kühlungseffekt der zu kühlenden zylindrischen Bauteile 34 gewährleistet werden.
Eine schematische Querschnittsansicht zweier verbundener Anschlussabschnitte 14a und 14b ist in Figur 3 dargestellt. Ebenso geht aus dieser Ansicht die Verbindung zwischen einem Grundprofil 12 und einem Anschlussabschnitt 14a, 14b an dessen Abzweigungsöffnung 30 hervor. Fluid, welches zuvor über den Einlass 26 in den Anschlussabschnitt 14a eingetreten ist, ist in der Lage, sowohl durch den gesamten zylindrischen Abschnitt 24, und somit durch die jeweiligen Anschlussabschnitte 14 mehrerer verbundener Vorrichtungen 10, zu strömen als auch durch die Abzweigungsöffnung 30 eines jeweiligen Anschlussabschnitts 14 in das zugehörige Grundprofil 12 einzutreten. Der Auslass 28 umfasst eine Nut 42, welche dazu eingerichtet ist, eine Dichtung 44 aufzunehmen, beispielsweise einen O-Ring, um die Verbindung von zwei Anschlussabschnitten 14 an deren Einlass 26 und Auslass 28 fluidisch abzudichten.
Des Weiteren ist in Figur 3 zu erkennen, dass an einem jeweiligen Einlass 26 zwei Hinterschnitte 46 vorgesehen sind, mit welchen die Rasthaken 32 eingreifen können. Je nachdem, wie zwei benachbarte Grundprofile 12 zueinander angeordnet sind, kann sich ein kurzer oder ein längerer Abstand, in Dickenrichtung D betrachtet, zwischen den longitudinalen Enden dieser beiden Grundprofile 12 ergeben. Entsprechend können die Rasthaken 32 in den ersten Hinterschnitt 46 oder in den zweiten Hinterschnitt 46 einrasten.
Der Auslass 28 ist hier (aufgrund der Fluidströmungsrichtung) als ein weibliches Verbindungsstück ausgebildet. Der Einlass 28 ist hier als ein männliches Verbindungsstück ausgebildet. Ein Anschlag 48 sorgt dafür, dass die Abzweigungsöffnung 30 dabei nicht durch den Einlass 26 bzw. den Auslass 28 verschlossen wird. Der Anschlag 48 könnte auch über eine Kopplung Rasthaken-Hinterschnitt ausgebildet sein, welche eine Positionssicherung bereitstellt. Die Anordnung des weiblichen bzw. männlichen Verbindungsstücks an einem Anschlussabschnitt 14 ist dabei in Figur 3 lediglich exemplarisch dargestellt. Es ist durchaus möglich, dass der Einlass 26 das weibliche Verbindungsstück aufweisen kann und der Auslass 28 dementsprechend das männliche Verbindungsstück umfasst.
Zum Anschluss des Grundprofils 12 an eine Abzweigungsöffnung 30 eines Anschlussabschnitts 14 kann ein Zwischenelement 50 verwendet werden, welches die Fluidströmungskanäle 38, insbesondere die dünnen Wandungen zu den Hauptflächen 16a, 16b, bei einem Verbindungsprozess (z.B. Laserschweißen) stützen kann. Dabei kann eine Aufweitung der Abzweigungsöffnung 30 und/oder der Fluidströmungskanäle 36 am longitudinalen Ende des Grundprofils 12 bereitgestellt sein. Diese Aufweitung kann es ermöglichen, ein Zwischenelement 50 zu verwenden, welches in seinem Inneren Fluidströmungskanäle definiert, deren Strömungsquerschnitt im Wesentlichen dem der Fluidströmungskanäle 38 des Grundprofils 12 entspricht. In anderen Worten kann das Zwischenelement 50 so in der Aufweitung aufgenommen sein, dass die Fluidströmungskanäle 38 des Grundprofils 12 durch das Zwischenelement 50 hindurch fortgesetzt werden. So kann hier eine fluiddynamisch ungünstige Engstelle vermieden werden. In einer analogen Weise zu dem oben beschriebenen Zwischenstück, kann auch das Zwischenelement 50 flexibel und/oder in seiner Länge veränderbar, zum Beispiel teleskopierbar, ausgebildet sein. Ferner veranschaulicht Figur 3 die Anordnung der konkaven Bereiche 20 sowie der geraden Bereiche 22 entlang der Hauptflächen 16a und 16b einer Vorrichtung 10 in Bezug auf die longitudinale Richtung L und die Dickenrichtung D. Entlang der longitudinalen Richtung L sind die konkaven Bereiche 20 und die geraden Bereiche 22 derart angeordnet, dass der Scheitelpunkt eines konkaven Bereichs der Mitte eines geraden Bereichs 22, in Dickenrichtung D durch das Grundprofil 12 hindurch betrachtet, gegenüberliegt. Betrachtet man nun die alternierende Abfolge von konkaven Bereichen 20 und geraden Bereichen 22 entlang der Hauptflächen 16a und 16b entlang der longitudinalen Richtung L, so verläuft jeweils durch den Scheitelpunkt eines konkaven Bereichs 20 und die gegenüberliegende Mitte eines geraden Bereichs 22 eine parallel zu der Dickenrichtung D und der transversalen Richtung T verlaufende Symmetrieebene S1 , zu welcher ein jeweiliger Bereich 20 bzw. 22 symmetrisch ausgebildet ist.
Eine weitere Symmetrieebene S2 kann hier durch die Anordnung zweier Vorrichtungen 10a und 10b in einem erfindungsgemäßen Kühlsystem 36 erzeugt werden, welche in der Mitte zwischen den beiden Grundprofilen 12 der beiden Vorrichtungen 10a und 10b, das heißt insbesondere durch das Zentrum einer Batteriezelle 34, und parallel zu der longitudinalen Richtung L und der transversalen Richtung T verläuft. Die Vorrichtungen 10a und 10b, welche in der Dickenrichtung D betrachtet aufeinander folgend angeordnet sind, kontaktieren an ihren zueinander weisenden konkaven Bereichen 20 jeweils zu gleichen Teilen eine gleiche Batteriezelle 34 zu deren Kühlung und Sicherung. Sowohl die konkaven Bereiche 20 als auch die geraden Bereiche 22 der beiden Vorrichtungen 10a, 10b sind folglich spiegelsymmetrisch zueinander (mit Bezug auf die Ebene S2) angeordnet. Im Allgemeinen kann der Krümmungsradius der konkaven Bereiche 20 entsprechend dem Durchmesser bzw. Radius der zu kühlenden Batteriezellen 34 angepasst werden, um die Kontaktfläche zwischen Vorrichtung 10 und Batteriezelle 34 zu vergrößern und somit den gewünschten Kühlungseffekt zu erhöhen.

Claims

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Ansprüche Vorrichtung (10) zum Temperieren von zylindrischen Bauteilen (34), umfassend ein längliches Grundprofil (12), welches eine erste und eine zweite Hauptfläche (16a, 16b) aufweist, welche sich jeweils, in einer longitudinalen Richtung (L) betrachtet, zwischen den beiden longitudinalen Enden des Grundprofils (12) und, in einer transversalen Richtung (T) betrachtet, zwischen zwei Seitenflächen (18) erstrecken, wobei das Grundprofil (12) in seinem Inneren eine Mehrzahl von mindestens zwei Fluidströmungskanälen (38) definiert, welche jeweils von einem longitudinalen Ende des Grundprofils (12) zu dem anderen longitudinalen Ende des Grundprofils (12) verlaufen, wobei die Fluidströmungskanäle (38) in der transversalen Richtung (T) in Reihe angeordnet und durch Stege (40) getrennt sind, wobei die Hauptflächen (16a, 16b) jeweils eine alternierende Abfolge von konkaven Bereichen (20) und geraden Bereichen (22) aufweisen, wobei ein konkaver Bereich (20) der ersten Hauptfläche (16a), in einer Dickenrichtung (D) des Grundprofils (12) betrachtet, welche sowohl orthogonal zu der longitudinalen Richtung (L) als auch orthogonal zu der transversalen Richtung (T) verläuft, zumindest abschnittsweise von einem geraden Bereich (22) der zweiten Hauptfläche (16b) überlagert ist, wobei ein gerader Bereich (22) im Wesentlichen eine Ebene definiert, welche sich in der longitudinalen Richtung (L) und der transversalen Richtung (T) erstreckt. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung eines konkaven Bereichs (20) der ersten Hauptfläche (16a) mit einem geraden Bereich (22) der zweiten Hauptfläche (16b) symmetrisch ausgebildet ist. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundprofil (12) aus Kunststoff durch Extrusion hergestellt ist. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus welchem das Grundprofil (12) gefertigt ist, Polyketone und/oder Polyamid, insbesondere PA6, umfasst. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem jeweiligen longitudinalen Ende des Grundprofils (12) ein Anschlussabschnitt (14) angeordnet ist, welcher dazu eingerichtet ist, in den Anschlussabschnitt (14) einströmendes Fluid in das Grundprofil (12) einzuleiten bzw. aus dem Grundprofil (12) kommendes Fluid aus dem Anschlussabschnitt (14) auszuleiten. Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlussabschnitt (14) mit dem jeweiligen longitudinalen Ende des Grundprofils (12) fluiddicht unlösbar verbunden, insbesondere verschweißt, ist. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlussabschnitt (14) drei Öffnungen aufweist, nämlich einen Einlass (26), einen Auslass (28) und eine Abzweigungsöffnung (30), an welcher Abzweigungsöffnung (30) der Anschlussabschnitt (14) mit dem Grundprofil (12) fluidisch verbunden ist. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (26) und der Auslass (28) eines Anschlussabschnitts (14) zueinander passend ausgebildet sind, so dass ein Einlass (26) eines ersten Anschlussabschnitts (14a) mit einem Auslass (28) eines zu dem ersten Anschlussabschnitt (14a) gleichen zweiten Anschlussabschnitts (14b) fluiddicht verbindbar ist. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (26) und der Auslass (28) eines Anschlussabschnitts (14) dazu eingerichtet sind, miteinander zu verrsten, so dass ein ungewolltes Lösen eines Einlasses (26) eines ersten Anschlussabschnitts (14a) von einem Auslass (28) eines zu dem ersten Anschlussabschnitt (14a) gleichen zweiten Anschlussabschnitts (14b) voneinander verhindert werden kann. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der longitudinalen Enden des Grundprofils (12) aufgeweitet ist, so dass sich ein Strömungsquerschnitt der Fluidströmungskanäle (38) vergrößert. Kühlsystem (36), umfassend wenigstens zwei Vorrichtungen (10a, 10b) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jede der Vorrichtungen (10a, 10b) an den longitudinalen Enden des jeweiligen länglichen Grundprofils (12) mit jeweils einem Anschlussabschnitt (14) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, insbesondere durch Schweißen, verbunden ist, wobei eine erste der wenigstens zwei Vorrichtungen (10a) mit einer zweiten der wenigstens zwei Vorrichtungen (10b) derart verbunden ist, dass der Auslass (28) des Anschlussabschnitts (14) der ersten Vorrichtung (10a) fluiddicht mit dem Einlass (26) der zweiten Vorrichtung (10b) und/oder der Einlass (26) des Anschlussabschnitts (14) der ersten Vorrichtung (10a) fluiddicht mit dem Auslass (28) der zweiten Vorrichtung (10b) verbunden sind/ist. Kühlsystem (36) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Auslass (28) der ersten Vorrichtung (10a) und einem Einlass (26) der zweiten Vorrichtung (10b) - 28 - ein Zwischenstück angeordnet ist, welches den durch den Auslass (28) und den Einlass (26) gebildeten Fluidkanal derart verlängert, dass ein Abstand zwischen den Grundprofilen (12) der beiden Vorrichtungen (10a, 10b) vergrößert wird. Kühlsystem (36) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundprofil (12) der ersten Vorrichtung (10a) zu einem Grundprofil (12) der zweiten Vorrichtung (10b) gespiegelt angeordnet ist, das heißt einem konkaven Bereich (20) des Grundprofils (12) der ersten Vorrichtung (10a) liegt ein konkaver Bereich (20) des Grundprofils (12) der zweiten Vorrichtung (10b) direkt gegenüber bzw. einem geraden Bereich (22) des Grundprofils (12) der ersten Vorrichtung (10a) liegt ein gerader Bereich (22) des Grundprofils (12) der zweiten Vorrichtung (10b) direkt gegenüber. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung (10) zum Temperieren von zylindrischen Bauteilen (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Extrudieren eines länglichen Grundprofils (12) aus Kunststoff, welches eine erste und eine zweite Hauptfläche (16a, 16b) aufweist, welche sich jeweils, in einer longitudinalen Richtung (L) betrachtet, zwischen den beiden longitudinalen Enden des Grundprofils (12) und, in einer transversalen Richtung (T) betrachtet, zwischen zwei Seitenflächen (18) erstrecken, wobei das Grundprofil (12) in seinem Inneren eine Mehrzahl von mindestens zwei Fluidströmungskanälen (38) definiert, welche jeweils von einem longitudinalen Ende des Grundprofils (12) zu dem anderen longitudinalen Ende des Grundprofils (12) verlaufen, wobei die Fluidströmungskanäle (38) in der transversalen Richtung (T) in Reihe angeordnet und durch Stege (40) getrennt sind, b) Verformen des Grundprofils (12) mittels Thermoformverfahren derart, dass die Hauptflächen (16a, 16b) jeweils eine alternierende - 29 -
Abfolge von konkaven Bereichen (20) und geraden Bereichen (22) aufweisen, wobei ein konkaver Bereich (20) der ersten Hauptfläche (16a), in einer Dickenrichtung (D) des Grundprofils (12) betrachtet, welche sowohl orthogonal zu der longitudinalen Richtung (L) als auch orthogonal zu der transversalen Richtung (T) verläuft, zumindest abschnittsweise von einem geraden Bereich (22) der zweiten Hauptfläche (16b) überlagert ist, wobei ein gerader Bereich (22) im Wesentlichen eine Ebene definiert, welche sich in der longitudinalen Richtung (L) und der transversalen Richtung (T) erstreckt, c) Verbinden des länglichen Grundprofils (12) an seinen longitudinalen Enden mit jeweils einem Anschlussabschnitt (14) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, insbesondere durch Schweißen, um eine erste Vorrichtung (10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 herzustellen, d) Wiederholen der Schritte a) bis c), um eine zweite Vorrichtung (10b) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 herzustellen, e) Verbinden der ersten Vorrichtung (10a) mit der zweiten Vorrichtung derart (10b), dass der Auslass (28) des Anschlussabschnitts (14) der ersten Vorrichtung (10a) fluiddicht mit dem Einlass (26) der zweiten Vorrichtung (10b) und/oder der Einlass (26) des Anschlussabschnitts (14) der ersten Vorrichtung (10a) fluiddicht mit dem Auslass (28) der zweiten Vorrichtung (10b) verbunden sind/ist.
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