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Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für ein Batteriesystem sowie ein Batteriesystem mit einer solchen Temperiervorrichtung.
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Ein Batteriesystem im Sinne der vorliegenden Erfindung kann einen elektrischen Energiespeicher zum Speichern einer elektrischen Antriebsenergie für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug umfassen. Ein solcher Energiespeicher kann eine Vielzahl einzelner Batteriezellen umfassen, bei denen es sich um prismatische Zellen oder auch um Rundzellen handeln kann.
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Aufgrund von physikalischen und/oder chemischen Vorgängen in den einzelnen Batteriezellen kann es im Betrieb des Batteriesystems zu Temperaturschwankungen innerhalb der einzelnen Batteriezellen und ggf. auch der an sie angrenzenden Bereiche kommen. Bekanntermaßen tragen solche Temperaturschwankungen zu einer vermehrten und/oder rascheren Alterung der Batteriezellen bei. Dazu kommt, dass die Batteriezellen innerhalb eines bevorzugten Betriebstemperaturfensters betrieben werden sollten, innerhalb dessen sie besonders effizient arbeiten können. Es hat sich daher als vorteilhaft erwiesen, eine Temperaturregulierung für Batteriesysteme der beschriebenen Art vorzusehen. Die Temperaturregulierung kann dabei sowohl ein Aufwärmen der Batteriezellen gegenüber einer Umgebungstemperatur, als auch ein Abkühlen gegenüber der Umgebungstemperatur betreffen.
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Um die Temperaturregulierung vornehmen zu können, kommen in der Regel Temperiervorrichtungen zum Einsatz, wobei eine solche Temperiervorrichtung in der Regel einen Temperierkörper umfasst, dessen Innenraum mit einem Temperierfluid befüllt werden kann. Die Befüllung findet in der Regel durch zumindest eine bedarfsgerecht angeordnete Einfüllöffnung statt, an der ein Einfüllstutzen oder Einfüllaufsatz angeordnet sein kann. Das Temperierfluid steht bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung von Temperierkörper und Batteriezellen über eine Wandung oder eine Gehäuseplatte des Temperierkörpers hinweg in thermischen Kontakt mit den Batteriezellen und kann so eine Temperatur der Batteriezellen regulieren.
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Eine Temperiervorrichtung der oben beschriebenen Art erhöht zwangsläufig ein Gesamtgewicht eines Kraftfahrzeugs, in dem sie verbaut ist. Bekanntermaßen steigt mit zunehmendem Kraftfahrzeuggewicht ein Verbrauch an Antriebsenergie. Zudem sinkt mit zunehmenden Kraftfahrzeuggewicht eine potentielle Reichweite des Kraftfahrzeugs. Um die Gewichtszunahme so gering wie möglich zu halten, wird beispielsweise die Wandung oder Gehäuseplatte des Temperierkörpers möglichst dünn ausgestaltet, wobei eine Wandungsstärke beispielsweise zwischen 0,3 und 1 Millimeter, insbesondere bei 0,5 Millimetern, liegen kann. Dadurch nimmt in nachteiliger Weise eine strukturelle Stabilität oder Steifigkeit der Wandung ab. Dies kann dazu führen, dass sich der Temperierkörper verformt, beispielsweise durch eine äu-ßerliche Krafteinwirkung oder auch wenn im Zuge einer initialen Befüllung des Temperierkörpers mit dem Temperierfluid in einem Innenraum des Temperierkörpers ein im Vergleich zu einem Umgebungsdruck beispielsweise um 0,3 bar reduzierter Unterdruck eingestellt wird. Diese Verformung kann insbesondere im Bereich der Einfüllöffnung des Temperierkörpers dazu führen, dass ein an der Einfüllöffnung angeordneter Einfüllaufsatz von dem Temperierkörper abgelöst wird. Dieses Ablösen kann nachteiligerweise zu einem Verlust einer Dichtigkeit im Bereich der Einfüllöffnung führen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine auch bei Verformung fluiddichte Temperiervorrichtung für ein Batteriesystem der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch die Erfindung ist eine Temperiervorrichtung für ein Batteriesystem der eingangs beschriebenen Art bereitgestellt. Die Temperiervorrichtung umfasst einen Temperierkörper mit zumindest einer Einfüllöffnung zum Einfüllen eines Temperierfluids in einen Innenraum des Temperierkörpers. Der Temperierkörper beziehungsweise der Innenraum des Temperierkörpers kann gekammert sein oder mehrere Kammern aufweisen. Bevorzugt ist der Temperierkörper mit den Batteriezellen des Batteriesystems einerseits und mit einer hier nicht näher beschriebenen Wärmetauschervorrichtung andererseits thermisch kontaktiert. Als Temperierfluid kommt beispielsweise ein Glykol-Wasser-Gemisch infrage. Die Kammern des Temperierkörpers können so ausgestaltet sein, dass sie in einer bestimmungsgemäßen Anordnung in Zellzwischenräume zwischen den einzelnen Batteriezellen eingreifen.
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Um eine besonders gute thermische Leitfähigkeit des Temperierkörpers herzustellen, ist der Temperierkörper bevorzugt zumindest abschnittsweise aus einem Metall, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, gebildet. Eine Wandungsstärke oder ein Wandungsdurchmesser des Temperierkörpers beträgt bevorzugt zwischen 0,3 und 1 Millimeter, insbesondere 0,5 Millimeter. Die Wandungsstärke kann dabei entlang einer räumlichen Ausdehnung des Temperierkörpers variieren. Insbesondere kann der Temperierkörper mehrere Gehäuseplatten aufweisen, wobei die Gehäuseplatten unterschiedliche Wandungsstärken aufweisen können.
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Die Temperiervorrichtung umfasst darüber hinaus einen an der zumindest einen Einfüllöffnung angeordneten Einfüllaufsatz oder Einfüllstutzen. Der Einfüllaufsatz erstreckt sich von einer Außenoberfläche des Temperierkörpers weg. Der Einfüllaufsatz kann als ein Rohrelement ausgebildet sein, wobei das Rohrelement eine innere Umfangsfläche und eine äußere Umfangsfläche aufweisen kann, wobei durch die innere Umfangsfläche ein Kanalabschnitt zum Durchleiten des Temperierfluids in den Innenraum zumindest abschnittsweise begrenzt sein kann.
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An einer sich von der Außenoberfläche weg erstreckenden Seite weist der Einfüllaufsatz einen Anbindeabschnitt zum Anbinden einer Temperierfluidzuleitung auf. Auf den Anbindeabschnitt des Einfüllaufsatzes kann beispielsweise die Temperierfluidzuleitung aufgestülpt und mit einer bekannten Schelle befestigt werden. Der Anbindeabschnitt kann alternativ oder zusätzlich weitere der grundsätzlich bekannten Koppelelemente für derartige fluiddichte Verbindungen aufweisen, beispielsweise eine Nut und/oder eine Steckverbindung und/oder eine Klemmverbindung und/oder eine Schraubverbindung.
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Der Einfüllaufsatz stützt sich innerhalb eines Randbereichs der Einfüllöffnung mit dem Anbindeabschnitt an der Außenoberfläche des Temperierkörpers ab. Der Randbereich kann durch einen die Einfüllöffnung konzentrisch umlaufenden Abschnitt des Temperierkörpers bereitgestellt sein. Beispielsweise kann der Einfüllaufsatz auf dem Randbereich der Einfüllöffnung aufsitzen oder aufliegen. Eine Aufsatzfläche oder Aufliegefläche kann als eine Querschnittsfläche des Einfüllaufsatzes ausgebildet sein. Die Querschnittsfläche kann durch die Umfangsflächen (innere und äußere Umfangsfläche) des als Rohrelement ausgebildeten Einfüllaufsatzes begrenzt sein. Hierbei kann eine radiale Dicke oder ein radialer Durchmesser der Querschnittsfläche durch eine Wandstärke des Rohrelements oder Einfüllaufsatzes definiert sein. Zumindest im Bereich dieser Querschnittsfläche kann der Einfüllaufsatz also innerhalb des Randbereichs der Einfüllöffnung an der Außenoberfläche des Temperierkörpers abgestützt sein. Die Querschnittsfläche kann auch bereichsweise verbreitert sein, um ein sicheres Aufliegen zu begünstigen. Wahlweise kann der Einfüllaufsatz auch in die Einfüllöffnung eingeschoben sein und sich dadurch an der Einfüllöffnung abstützen, wobei es sich empfiehlt, den Einfüllaufsatz gegen ein Hineinrutschen in die Einfüllöffnung zu sichern, beispielsweise durch eine Verdickung und/oder ein zusätzlich angebrachtes Rückhalteelement.
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Der Einfüllaufsatz mündet mit einer an dem Anbindeabschnitt anschließend angeordneten Aufsatzmündung in einen die zumindest eine Einfüllöffnung mit dem Innenraum strömungsverbindenden Leitungsabschnitt ein. Dabei kann der Einfüllaufsatz wie oben beschrieben auf die Einfüllöffnung aufgesetzt sein oder auch zumindest abschnittsweise in die Einfüllöffnung eingesteckt oder eingeschoben sein. Der Anbindeabschnitt oder eine Längserstreckungsrichtung des Anbindeabschnitts und der Leitungsabschnitt oder eine Längserstreckungsrichtung des Leitungsabschnitts können einen Winkel von weniger als 180 Grad einschließen. Insbesondere können der Anbindeabschnitt oder eine Längserstreckungsrichtung des Anbindeabschnitts und der Leitungsabschnitt oder eine Längserstreckungsrichtung des Leitungsabschnitts einen Winkel zwischen 120 und 60 Grad, bevorzugt von 90 Grad, einschließen.
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Erfindungsgemäß ist der Einfüllaufsatz durch ein die Aufsatzmündung zumindest abschnittsweise umlaufend angeordnetes Kragenelement in den Leitungsabschnitt hinein verlängert. Mit anderen Worten ist in einer Verlängerung des Einfüllaufsatzes oder des oben beschriebenen Rohrelements ein Kragenelement an der Aufsatzmündung angeordnet. Das Kragenelement verlängert also den Einfüllaufsatz in den Leitungsabschnitt hinein.
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Das Kragenelement ist erfindungsgemäß derart geformt, dass es den Randabschnitt der Einfüllöffnung innerhalb des Leitungsabschnitts hintergreift. Dazu kann das Kragenelement in Bezug auf den Anbindeabschnitt des Einfüllaufsatzes oder eine Längserstreckungsrichtung des Anbindeabschnitts umgeknickt oder umgebogen oder gewinkelt sein. Insbesondere können der Anbindeabschnitt oder eine Längserstreckungsrichtung des Anbindeabschnitts und der Leitungsabschnitt oder eine Längserstreckungsrichtung des Leitungsabschnitts einen Winkel kleiner 180 Grad, insbesondere zwischen 120 und 60 Grad, bevorzugt von 90 Grad einschließen. Demensprechend kann das Kragenelement in Bezug auf den Anbindeabschnitt oder die Längserstreckungsrichtung des Anbindeabschnitts um einen Winkel kleiner 180 Grad, insbesondere um einen Winkel zwischen 120 und 60 Grad, bevorzugt um einen Winkel von 90 Grad, umgebogen sein.
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Das Kragenelement stützt sich innerhalb des Randabschnitts zumindest abschnittsweise an einer dem Innenraum des Temperierkörpers zugewandten Innenoberfläche ab. Mit anderen Worten ist durch das erfindungsgemäße Kragenelement der Randabschnitt der Einfüllöffnung zwischen dem Anbindeabschnitt und dem Kragenelement eingeklemmt. Anders ausgedrückt, ist der Randabschnitt der Einfüllöffnung zwischen dem Anbindeabschnitt an der Außenoberfläche einerseits und dem Kragenelement an der Innenoberfläche andererseits eingefasst. Das Kragenelement presst also gewissermaßen den Randabschnitt gegen den Anbindeabschnitt. Der Einfüllaufsatz kann zusätzlich mittels Befestigungselementen, beispielsweise Schrauben oder Nieten, an dem Temperierkörper befestigt sein. Zur besonders einfachen Montage des Einfüllaufsatzes an der Einfüllöffnung kann es vorgesehen sein, dass der Einfüllaufsatz zumindest einseitig an den Temperierkörper anklippbar oder anklemmbar ist. Zur Montage kann das Kragenelement in den Leitungsabschnitt eingeführt werden und der Einfüllaufsatz danach an der Außenoberfläche des Temperierkörpers befestigt werden.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass mittels des beschriebenen Kragenelements der Einfüllaufsatz im Bereich des Randabschnitts auch dann fluiddicht an dem Temperierkörper gehalten ist, wenn sich eine die Einfüllöffnung aufweisende Gehäuseplatte des Temperierkörpers verformt. Mit anderen Worten ist durch das Kragenelement ein Ablösen des Einfüllaufsatzes von dem Temperierkörper im Bereich des Randabschnitts infolge einer Verformung des Temperierkörpers verhindert. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Dichtigkeit der Verbindung von Einfüllaufsatz und Einfüllöffnung auch bei Verformung des Temperierkörpers erhalten bleibt. Auf zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise das Vorsehen aufwändiger Dichtungen und/oder eine Erhöhung der strukturellen Steifigkeit des Temperierkörpers im Bereich der zumindest einen Einfüllöffnung, kann vorteilhaft verzichtet werden.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass zwischen dem Anbindeabschnitt und der Außenoberfläche innerhalb des Randabschnitts ein die Einfüllöffnung zumindest abschnittsweise umlaufendes Dichtungselement angeordnet ist. Um Bauraum für das beschriebene Dichtungselement bereitzustellen, kann der Anbindeabschnitt beispielsweise einen grundplattenförmig ausgeformten Fuß oder Fußbereich aufweisen, wobei sich der Anbindeabschnitt mit einer Fußauflagefläche innerhalb des Randabschnitts an der Außenoberfläche des Temperierkörpers abstützen kann. Bevorzugt verläuft die Fußauflagefläche entlang einer Ebene, wobei die Ebene und der Anbindeabschnitt oder eine Längserstreckungsrichtung des Anbindeabschnitts einen Winkel von weniger als 180 Grad, insbesondere zwischen 120 und 60 Grad, bevorzugt von 90 Grad einschließen. Das Dichtungselement kann dann zwischen der Fußauflagefläche und der Außenoberfläche angeordnet sein. Das Kragenelement erstreckt sich gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform entlang der Innenoberfläche über das Dichtungselement hinaus und/oder schließt zumindest bündig mit dem Dichtungselement ab. Mit anderen Worten überstreicht das Kragenelement entlang der Innenoberfläche das an der Außenoberfläche anliegende Dichtungselement. Durch das Dichtungselement werden in vorteilhafter Weise beispielsweise Fertigungstoleranzen zwischen Temperierkörper und Einfüllaufsatz ausgeglichen. Hierdurch erhöht sich in vorteilhafter Weise die Fluiddichtigkeit des Temperierkörpers weiter. Das Dichtungselement kann als ein Dichtungsring und/oder eine Dichtpaste, beispielsweise ein Silikongel, ausgebildet sein. Der Anbindeabschnitt kann eine Aussparung oder Nut aufweisen, in die das Dichtungselement zumindest abschnittsweise eingreift.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Kragenelement innerhalb des Leitungsabschnitts gegen ein Hineinschieben in den Leitungsabschnitt und/oder gegen ein Herausziehen aus dem Leitungsabschnitt gesichert ist. Dies kann beispielsweise durch entsprechend geformte Rastelemente oder Rastnasen innerhalb des Leitungsabschnitts realisiert sein. Mit anderen Worten kann das Kragenelement gegen ein Bewegen innerhalb des Leitungsabschnitts durch eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise mit einem Rastelement, gesichert sein. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass das Kragenelement beispielsweise bei einem Befüllen des Temperierkörpers mit Temperierfluid in den Leitungsabschnitt hineingespült wird. Alternativ oder zusätzlich wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass das Kragenelement aus dem Leitungsabschnitt hinausgedrückt oder hinausgesaugt werden kann. Dies kann drohen, da in einem Betrieb des beschriebenen Batteriesystems der Temperierkörper beziehungsweise das in dem Temperierkörper befindliche Temperierfluid einen gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhten Betriebsdruck von beispielsweise 2,5 bar aufweisen kann. Ein beschriebenes Rastelement kann beispielsweise durch ein partiell umgeklapptes Blech innerhalb der oben beschriebenen Dichtung realisiert sein. Bevorzugt sind der Einfüllaufsatz und das Kragenelement einstückig ausgebildet. Hierdurch ist besonders zuverlässig ein Hineinrutschen des Kragenelements in den Leitungsabschnitt und/oder ein unbeabsichtigtes Herausziehen oder Herausdrücken des Kragenelements aus dem Leitungsabschnitt verhindert.
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Das beschriebene Kragenelement kann weitere vorteilhafte Wirkungen herbeiführen. So kann das Kragenelement gemäß einer weiteren Ausführungsform den Leitungsabschnitt offenhalten. Bevorzugt ist der Leitungsabschnitt zumindest abschnittsweise durch eine erste und eine von der ersten beabstandete zweite Gehäuseplatte des Temperierkörpers begrenzt. Das Kragenelement kann die erste und die zweite Gehäuseplatte zumindest abschnittsweise gegeneinander abstützen. Mit anderen Worten kann das Kragenelement den Leitungsabschnitt stabilisieren oder gegen einen Kollaps sichern oder offenhalten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da die Gehäuseplatten des Temperierkörpers dadurch noch dünner ausgewalzt werden können. Dabei sollte vermieden werden, dass das Kragenelement ein Strömen des Temperierfluids innerhalb des Leitungsabschnitts unnötig behindert. Dem kann entgegengewirkt werden, indem das Kragenelement zumindest abschnittsweise als ein für das Temperierfluid durchlässiges Gitter ausgebildet ist.
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Das Kragenelement kann bevorzugt auch als Filter zum Filtern von Fremdkörpern aus dem Temperierfluid genutzt werden. So ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass das Kragenelement zumindest abschnittsweise Kammern aufweist, wobei die Kammern dazu ausgebildet sind, Fremdkörper aus dem Temperierfluid herauszufiltern. Durch diese beschriebene Vorfilterung des Temperierfluids kann in vorteilhafter Weise ein Wartungsintervall für einen Hauptfilter der Temperiervorrichtung verlängert werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Kammern derart angeordnet sind, dass sich bei einer Durchströmung durch das Temperierfluid in ihnen, also in den Kammern, strömungsabgeschattete Bereiche ausbilden, wobei die Fremdkörper in den strömungsabgeschatteten Bereichen gehalten werden. Mit anderen Worten bilden sich durch eine geometrische Form der beschriebenen Kammern innerhalb der Kammern Totbereiche aus, wobei sich innerhalb der Totbereiche eine Strömungsberuhigung im Vergleich zu den restlichen durch das Temperierfluid durchströmten Bereichen des Temperierkörpers ausbildet. Innerhalb dieser Totbereiche können sich die Fremdkörper ablagern. So können auch kleinste Fremdkörper im Submillimeter-, insbesondere im Mikrometerbereich, aus dem Temperierfluid herausgefiltert oder aus diesem abgeschieden werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Kammern dazu ausgebildet, bei einem gegenüber einem Betriebsdruck erhöhten Temperierfluiddruck ausgespült zu werden. Mit anderen Worten können die Kammern aus einem flexiblen Material, beispielsweise aus einem Gummi oder einem Elastomer, gebildet sein. Derart ausgebildete Kammern oder Kammerklappen können bei dem gegenüber dem Betriebsdruck erhöhten Temperierfluiddruck einer Strömungsrichtung des Temperierfluids folgend aufgebogen oder geöffnet werden. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise ein Freischwemmen der Kammern und ein Entfernen der dort gesammelten Fremdkörper. Dieses Freischwemmen kann beispielsweise kurz vor einem turnusgemäßen Wartungsintervall für einen Hauptfilter der Temperiervorrichtung durchgeführt werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Kragenelement zumindest ein Strömungsgleitelement aufweist, das dazu ausgebildet ist, innerhalb des Leitungsabschnitts eine laminare Strömung des Temperierfluids herzustellen. Das Strömungsleitelement kann beispielsweise eine Rippe und/oder eine Sicke und/oder eine Unebenheit sein. Das Kragenelement kann auch in sich gewellt sein, um so die Strömung des Temperierfluids zu beeinflussen und eine laminare Strömung einzustellen. Der hier beschriebenen Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Temperierfluid beim Einfüllen durch die Einfüllöffnung zumeist turbulent in den Leitungsabschnitt einströmt. Im Zuge dieser turbulenten Strömung kann es beispielsweise zu einer Blasenbildung innerhalb des Temperierfluids kommen, welche ein gleichmäßiges Verteilen des Temperierfluids in allen Bereichen des Temperierkörpers behindert. Im Gegensatz hierzu kann eine laminare Strömung des Temperierfluids ein besonders rasches und gleichmäßiges Einleiten des Temperierfluids in vorbestimmte Bereiche des Temperierkörpers begünstigen. Zwar würde sich nach einer vorbestimmten Fließstrecke des Temperierfluids innerhalb des Leitungsabschnitts im Wesentlichen auch eine laminare Strömung einstellen, jedoch kann durch das hier beschriebene Strömungsleitelement diese vorbestimmte Fließstrecke erheblich verkürzt werden. Hierdurch ergibt sich zum Beispiel der Vorteil, dass ein vorhandener Bauraum besonders gut ausgenutzt werden kann. Auch kann die beschriebene Rippe oder eine Vielzahl solcher Rippen zusätzlich zu dem Einstellen der laminaren Strömung eine Lenkwirkung zum gezielten Hinlenken des Temperierfluids in vorbestimmte Bereiche des Temperierkörpers bewirken. Hierdurch ergibt sich insgesamt der Vorteil, dass der Temperierkörper besonders gleichmäßig und schnell mit dem Temperierfluid befüllt werden kann.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Batteriesystem mit einer erfindungsgemä-ßen Temperiervorrichtung.
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Zu der Erfindung gehören außerdem auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriesystems, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriesystems hier nicht noch einmal beschrieben.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Einfüllaufsatz für eine Temperiervorrichtung, wobei der Einfüllaufsatz einen Anbindeabschnitt zum Anbinden einer Temperierfluidzuleitung oder einer Fluidleitung im Allgemeinen und eine an den Anbindeabschnitt anschließende Aufsatzmündung aufweist. Der Anbindeabschnitt ist dazu ausgebildet, den Einfüllaufsatz innerhalb eines Randabschnitts einer Einfüllöffnung an einer Außenoberfläche eines Temperierkörpers der Temperiervorrichtung oder einer Fluidaufnahmevorrichtung im Allgemeinen abzustützen. Eine Fluidaufnahmevorrichtung kann beispielsweise ein Kraftstofftank oder ein Chemikalienkanister oder auch ein Trinkpäckchen sein. Der Einfüllaufsatz kann als ein Nachrüstbauteil zum Nachrüsten bestehender Fluidaufnahmevorrichtungen ausgebildet sein.
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Der beschriebene Einfüllaufsatz ist durch ein die Aufsatzmündung zumindest abschnittsweise umlaufend angeordnetes Kragenelement verlängert, wobei das Kragenelement dazu ausgebildet ist, den Randabschnitt der Einfüllöffnung zu hintergreifen und sich innerhalb des Randabschnitts zumindest abschnittsweise an einer der Außenoberfläche gegenüberliegend angeordneten Innenoberfläche abzustützen.
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Der beschriebene Einfüllaufsatz kann derart weitergebildet sein, dass sich der Anbindeabschnitt von einer Grundplatte weg erstreckt, wobei die Grundplatte oder ein Anbindeabschnittsfuß Befestigungsmittel zum Befestigen des Einfüllaufsatzes an den Temperierkörper aufweist. Bevorzugt können als Befestigungsmittel eine Schraube und/oder eine Niete vorgesehen sein. Der Anbindeabschnitt kann auch im Bereich der Grundplatte an den Temperierkörper beziehungsweise die Außenoberfläche des Temperierkörpers angeklebt oder angeschweißt sein. Bevorzugt weist die Grundplatte zumindest abschnittsweise eine Nut oder Klemmnut auf, mittels derer der Einfüllaufsatz an den Temperierkörper angeklemmt werden kann.
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Weiterbildungen des Einfüllaufsatzes können Merkmale aufweisen, wie sie im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des Einfüllaufsatzes hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung betrifft auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Detaildarstellung einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit einem Einfüllaufsatz sowie eine schematische Detaildarstellung eines Querschnitts eines Leitungsabschnitts mit darin angeordnetem Kragenelement;
- 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Einmündungsbereichs in einen Temperierkörper, wobei ein strukturiertes Kragenelement eine Strömungsrichtung eines einströmenden Temperierfluids lenkt;
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausspülens von Kammern eines gekammerten Kragenelements;
- 4 eine schematische Detaildarstellung eines Einfüllaufsatzes.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Detaildarstellung eines Ausschnitts einer Temperiervorrichtung 10. Die Temperiervorrichtung 10 umfasst einen Temperierkörper 12 mit einem Innenraum 14. Der Innenraum 14 kann beispielsweise Kammern aufweisen. Der Innenraum 14 ist durch einen Leitungsabschnitt 16 strömungsverbunden mit einer Einfüllöffnung 18 des Temperierkörpers 12. An der Einfüllöffnung 18 angeordnet ist ein Einfüllaufsatz 20 oder Einfüllstutzen zum Einfüllen eines Temperierfluids 22 (in 1 dargestellt durch Pfeil 22) in den Innenraum 14 des Temperierkörpers 12.
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Der Einfüllaufsatz 20 kann die Form eines Steckers oder Steckelements aufweisen. Der Einfüllaufsatz 20 kann an einer sich von einer Außenoberfläche 24 des Temperierkörpers 12 weg erstreckenden Seite einen Anbindeabschnitt 26 zum Anbinden einer hier nicht dargestellten Temperierfluidzuleitung aufweisen. Zum Befestigen der Temperierfluidzuleitung an dem Anbindeabschnitt 26 kann der Einfüllaufsatz 20 beispielsweise eine umlaufende Befestigungsnut 28 aufweisen. An den Anbindeabschnitt 26 anschließend kann der Einfüllaufsatz 20 eine Aufsatzmündung 30 aufweisen. Die Aufsatzmündung 30 kann mit anderen Worten durch die dem Innenraum 14 des Temperierkörpers 12 zugewandt angeordnete Öffnung des in 1 als Röhrenabschnitt dargestellten Einfüllaufsatzes 20 bereitgestellt sein. Bei einem Einfüllvorgang des Temperierfluids 22 in den Temperierkörper 12 hinein durchtritt also das Temperierfluid 22 beim Verlassen des Einfüllaufsatzes 20 und beim Eintritt in den Leitungsabschnitt 16 die Aufsatzmündung 30.
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Der Einfüllaufsatz 20 kann durch ein die Aufsatzmündung 30 zumindest abschnittsweise umlaufend angeordnetes Kragenelement 32 in den Leitungsabschnitt 16 hinein verlängert sein. Dabei kann das Kragenelement 32 einstückig mit dem Einfüllaufsatz 20 ausgebildet sein. Das Kragenelement 32 und der Einfüllaufsatz 20 können allerdings auch als separate Bauteile ausgebildet sein. Für den Fall, dass das Kragenelement 32 nicht einstückig mit dem Einfüllaufsatz 20 ausgebildet ist, kann es vorteilhaft sein, wenn das Kragenelement 32 durch eine Nase 34 gegen ein Einschieben in den Leitungsabschnitt 16 gesichert ist.
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In 1 ist gezeigt, wie das Kragenelement 32 einen Randabschnitt 36 hintergreift und sich innerhalb des Randabschnitts 36 an einer dem Innenraum 14 des Temperierkörpers 12 zugewandten Innenoberfläche 38 abstützt. 1 zeigt eine Ausführungsform, gemäß der der Anbindeabschnitt 26 oder eine Längserstreckungsrichtung des Anbindeabschnitts 26 und der Leitungsabschnitt 16 oder eine Längserstreckungsrichtung des Leitungsabschnitts 16 einen Winkel von 90 Grad einschließen. Die Längserstreckungsrichtung des Anbindeabschnitts 26 kann einer Hauptströmungsrichtung des Temperierfluids 22 entsprechen (durch Pfeil 22 angedeutet). Um den Randabschnitt 36 zu hintergreifen und sich an der Innenoberfläche 38 abstützen zu können, ist das Kragenelement 32 bezüglich des Anbindeabschnitts 26 oder der Längserstreckungsrichtung des Anbindeabschnitts 26 hier ebenfalls um 90 Grad gebogen oder gewinkelt ausgebildet.
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In einer Aussparung innerhalb eines Fußbereichs des Anbindeabschnitts 26 kann ein die Einfüllöffnung 18 zumindest abschnittsweise umlaufendes Dichtungselement 40 angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Dichtungselement 40 innerhalb des Randabschnitts 36 angeordnet und wird durch das Kragenelement 32 hintergriffen. Das Kragenelement 32 weist bevorzugt eine Länge von 0,5 bis 1,5 Zentimetern, insbesondere 1,0 Zentimeter auf. Hierdurch kommt es in vorteilhafter Weise zu einem Anpressen einer ersten Gehäuseplatte 42 an den Anbindeabschnitt 26 und das Dichtungselement 40, wobei die Gehäuseplatte 42 den Leitungsabschnitt 16 einseitig begrenzt. Kommt es nun zu einem Hineinsaugen der ersten Gehäuseplatte 42 in Richtung des Innenraums 14 des Temperierkörpers 12, was beispielsweise bei einer Unterdruckbeaufschlagung des Innenraums 14 passieren kann, so kann sich zumindest innerhalb des Randabschnitts 36 oder innerhalb des durch das Kragenelement 32 überdeckten Abschnitts des Randabschnitts 36, die erste Gehäuseplatte 42 nicht von dem Einfüllaufsatz 20 und/oder dem Dichtungselement 40 lösen.
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Die 1 zeigt zudem eine schematische Querschnittsdarstellung des Leitungsabschnitts 16 im Bereich A - A'. Zusätzlich zu der ersten Gehäuseplatte 42 ist in dieser Detaildarstellung eine zweite Gehäuseplatte 44 gezeigt, welche den Leitungsabschnitt 16 an einer zu der ersten Gehäuseplatte 42 gegenüberliegend angeordneten Seite begrenzt. In der Querschnittsdarstellung ist ersichtlich, dass das Kragenelement 32 mehrere Kammern aufweist und sich sowohl an der ersten Gehäuseplatte 42, als auch an der zweiten Gehäuseplatte 44 abstützt und so den Leitungsabschnitt 16 in vorteilhafter Weise offen hält oder stützt. Die Kammern können dabei durch Strömungsleitelemente 46 voneinander getrennt sein. Mit anderen Worten kann das Kragenelement 32 als ein für das Temperierfluid 22 durchlässiges Gitter 48 ausgebildet sein, wobei das Gitter 48 Kammern aufweisen kann, die durch Strömungsleitelemente 46 voneinander beabstandet sind. Die Kammern können auch durch Kammertrennwände voneinander getrennt sein, die keine zusätzliche Strömungsleitwirkung entfalten.
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Unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit der 1 bezeichneten und beschriebenen Komponenten zeigt 2 eine weitere schematische Detaildarstellung einer Temperiervorrichtung 10. Das Temperierfluid (Pfeile 22) wird durch die Anordnung der 2 nach einem Eintritt in den Innenraum 14 des Temperierkörpers 12 durch die Aufsatzmündung 30 durch Strömungsleitelemente 46 des Kragenelements 32 in eine laminare Strömung überführt. Durch das Herstellen der laminaren Strömung kann ein besonders rasches und gleichmäßiges Füllen der einzelnen Bereiche des Innenraums 14 des Temperierkörpers 12 erfolgen. Zudem können die Strömungsleitelemente 46 bestimmte Anteile des Temperierfluids 22 in vorbestimmte Bereiche des Innenraums 14 einleiten.
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Zudem können durch die Strömungsleitelemente 46 im Inneren des Kragenelements 32 strömungsabgeschattete Bereiche oder Totbereiche geschaffen werden, innerhalb derer sich Fremdkörper aus dem Temperierfluidstrom absetzen oder sammeln können.
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In 3 ist der beispielhafte Fall gezeigt, dass durch eine Druckerhöhung des Temperierfluids 22 diese Totbereiche freigeschwemmt werden. Hierzu können durch das mit erhöhtem Druck strömende Temperierfluid 22 einzelne der Strömungsleitelemente 46 aufgebogen und so Kammerabschnitte geöffnet werden.
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4 zeigt eine schematische Detailansicht eines Einfüllaufsatzes 20. Der Einfüllaufsatz 20 weist einen Anbindeabschnitt 26 zum Anbinden einer nicht in 4 gezeigten Temperierfluidzuleitung und eine an den Anbindeabschnitt 26 anschließende Aufsatzmündung 30 auf. Der Anbindeabschnitt 26 kann sich von einer Grundplatte 50 oder einem Fußbereich weg erstrecken. Die Grundplatte 50 kann Befestigungsmittel 52 zum Befestigen des Einfüllaufsatzes 20 beispielsweise an einem Temperierkörper 12 aufweisen. Die Grundplatte 50 kann zusätzlich zumindest an einer Seite eine Nut 54 zum Festklippen oder Festklemmen an dem Temperierkörper 12 aufweisen.
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Der Einfüllaufsatz 20 kann durch ein die Aufsatzmündung 30 zumindest abschnittsweise umlaufend angeordnetes Kragenelement 32 verlängert sein. Der hier gezeigte Einfüllaufsatz 20 kann beispielsweise dazu verwendet werden, eine Temperierfluidzuleitung an einem Temperierkörper 12 zu befestigen oder dort anzukoppeln. Mittels des Kragenelements 32 kann verhindert werden, dass sich der Temperierkörper 12 oder eine erste Gehäuseplatte 42 des Temperierkörpers 12 von dem Einfüllaufsatz 20 oder der Grundplatte 50 ablöst. Zudem kann das Kragenelement 32 eine der weiter oben beschriebenen Weiterbildungen umfassen, sodass die damit verbundenen zusätzlichen Vorteile auch bezüglich des hier beschriebenen Einfüllaufsatzes 20 zum Tragen kommen können.
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Aktuelle Kühlsysteme (Beispiel einer Fahrzeugkühlung) sind mehrschichtig aufgebaut. Bei einem Wärmetauscher wird über eine Öffnung oder Einfüllöffnung ein Temperierfluid eingeführt und an einer gegenüberliegen Seite wieder ausgeführt. Als Einfüllstutzen sind einfache angeschweißte kreisrunde Elemente vorgesehen, auf welche ein Schlauch oder eine Fluidzuleitung gestülpt wird.
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Da die aktuellen Systeme (System kann eine Wärmetauscher-Kühlung oder auch jegliches System mit Fluidtransport sein) im Bereich der Ein- und Auslassöffnung einfach gehalten werden, um Kosten zu sparen, sind diese Bereiche strömungstechnisch etc. mit zahlreichen Nachteilen versehen. Meist ist zudem eine scharfe Umlenkung beim Eintritt des Fluids dargestellt, was Druckverluste usw. mit sich bringen kann.
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Zudem muss in allen Systemen ein Hauptfilter eingesetzt werden, welcher Schmutz (abgelöste Partikel des Kühlsystems) aufsammelt. Dieser kann, wenn er voll ist, einen sehr großen Strömungswiderstand verursachen und auch nicht jedes Jahr geleert werden.
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Ein Aspekt der Erfindung ist daher auf ein Einlegelement oder Kragenelement im Bereich des Fluideintritts gerichtet, welches es ermöglicht die Strömung gerichtet auf eine anschließende Strömungsrichtung aus zu richten und zudem zu homogenisieren (insbesondere eine laminare Strömung herzustellen). Zudem kann das Einlegelement mit einer Separiereinheit ausgestattet sein, welche Verunreinigungen partiell einlagern kann. Diese Einlagerung kann mithilfe einer kurzzeitigen Strömungsgeschwindigkeits- und/oder Druckerhöhung ausgewaschen werden . Anschließen wird der Schmutz im Hauptfilter gesammelt, der beispielsweise bei einem turnusmäßig durchgeführten Kundendienst getauscht werden kann. Dieser Vorgang kann auch im Vorab des Kundendienstes geschehen.
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Vorliegend wird also im Einlassbereich von Fluidkühlsystemen ein beripptes Leitelement zur Homogenisierung eines verwirbelten Fluids (turbulente Strömung beim Einlasss) beschrieben. Als weitere Aspekte werden beschrieben:
- - Separierung von Fremdelementen im Fluid (bspw. durch Abscheiden in Kammern),
- - Stützwirkung des Kragenelements als Stützelement, welches über eine Höhe des Kanales oder Leitungsabschnitts geht,
- - Gitterstruktur mit Stützwirkung über die Höhe,
- - Kragenelement kann am Stecker (oder Einfüllaufsatz) integriert sein (einstückige Ausbildung),
- - Haken oder Nase oder Rastelement am Einlass, um ein Durchrutschen zu verhindern (bei Überdruck dehnt sich der Temperierkörper und stützt sich an dem Einfüllaufsatz ab),
- - Bei Unterdruck kann eine Umbördelung des Blechs und Einhaken des Kragenelements ein Verrutschen verhindern,
- - Kragenelementlänge: es kann mindestens bis über ein erstes Dichtungselement eines darüber liegenden Steckverbinders oder Einfüllaufsatzes gehen.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch ein beschriebenes Kragenelement eine zuverlässige Fluiddichtigkeit einer Fluideinfüllverbindung bereitgestellt werden kann, wobei das Kragenelement zusätzliche Funktionen erfüllen kann, wie beispielsweise die eines Leitelements zur Homogenisierung in einem Fluidsystem und/oder die eines Separierungselements zum Separieren von potentiell elektrisch leitfähigen Partikeln und/oder Fremdkörpern aus einem Fluid.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3080862 B1 [0005]
- EP 2696434 A1 [0005]
- DE 102017211287 A1 [0005]
