DE102013103730A1

DE102013103730A1 - Flow channel arrangement for the motor vehicle sector and a heat sink for a cooling system in the automotive sector

Info

Publication number: DE102013103730A1
Application number: DE102013103730.5A
Authority: DE
Inventors: Björn Pehnert; Marcel Straub; Markus Jehle; Manuel Groß
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungskanalanordnung für den Kraftfahrzeugbereich mit einem Strömungskanal (2), der von einem Fluid durchströmbar ist, wobei in dem Strömungskanal (2) Mittel (10, 14) vorgesehen sind, die eine Anpassung eines Strömungsquerschnittes A des Strömungskanals abhängig vom herrschenden Innendruck pI ermöglichen, wobei die Mittel aus mindestens einem Volumenelement (10, 14) bestehen, das eine elastische Verformbarkeit mit einem Verformungswiderstand für einen maximalen Innendruck pImax aufweist. Des Weiteren wird ein Kühlkörper mit einer derartigen Strömungskanalanordnung beansprucht.The invention relates to a flow channel arrangement for the motor vehicle sector with a flow channel (2) through which a fluid can flow, whereby means (10, 14) are provided in the flow channel (2) that allow a flow cross section A of the flow channel to be adjusted depending on the prevailing internal pressure enable pI, the means consisting of at least one volume element (10, 14) which has an elastic deformability with a resistance to deformation for a maximum internal pressure pImax. Furthermore, a heat sink with such a flow channel arrangement is claimed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungskanalanordnung für den Kraftfahrzeugbereich mit einem Strömungskanal, der von einem Fluid durchströmbar ist, wobei in dem Strömungskanal Mittel vorgesehen sind, die eine Anpassung eines Strömungsquerschnittes A des Strömungskanals abhängig vom herrschenden Innendruck p_I ermöglichen. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kühlkörper für ein Kühlsystem im Kraftfahrzeugbereich. The invention relates to a flow channel arrangement for the motor vehicle sector with a flow channel through which a fluid can flow, wherein means are provided in the flow channel which allow adaptation of a flow cross-section A of the flow channel depending on the prevailing internal pressure p _I. Furthermore, the invention relates to a heat sink for a cooling system in the automotive sector.

Strömungskanalanordnungen für den Kraftfahrzeugbereich sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Darüber hinaus ist es bekannt, dass mit steigender Strömungsgeschwindigkeit bei klassischen Strömungskanalanordnungen der Druckverlust ΔP aufgrund der steigenden Rohrreibung exponentiell zunimmt. Steigende Strömungsgeschwindigkeiten treten insbesondere dann auf, wenn ein höherer Volumenstrom benötigt wird. Um diesen höheren Volumenstrom dann bereitzustellen, müssen sehr leistungsstarke Pumpen eingesetzt werden, um die auftretenden Druckverluste kompensieren zu können. Aus dem Stand der Technik sind nun hinlänglich Strömungskanalanordnungen bekannt, die einen Strömungskanal aufweisen, in dem Mittel vorgesehen sind, die eine Anpassung eines Strömungsquerschnittes A des Strömungskanals abhängig vom herrschenden Innendruck p_I ermöglichen. Beispielhaft in diesem Zusammenhang seien die Druckschriften EP 1 314 936 A1 , FR 2 736 709 A1 sowie US 4,186,876 genannt. Alle hier offenbarten Strömungskanalanordnungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Mittel aus aufwendigen und komplizierten Feder- bzw. Hebelanordnungen bestehen, die die Strömungskanalanordnungen für einen Großserieneinsatz aus Kosten- und Montagegründen untauglich erscheinen lassen. Flow channel arrangements for the motor vehicle sector are well known from the prior art. In addition, it is known that with increasing flow velocity in classical flow channel arrangements, the pressure loss .DELTA.P increases exponentially due to the increasing pipe friction. Increasing flow velocities occur in particular when a higher volume flow is needed. To provide this higher flow then very powerful pumps must be used to compensate for the pressure losses occurring. Now flow channel arrangements are well known from the prior art, which have a flow channel in which means are provided which allow an adjustment of a flow cross-section A of the flow channel depending on the prevailing internal pressure p _I. Exemplary in this connection are the publications EP 1 314 936 A1 . FR 2 736 709 A1 such as US 4,186,876 called. However, all of the flow channel arrangements disclosed herein have the disadvantage that the means consist of complicated and complicated spring or lever arrangements which make the flow channel arrangements inefficient for mass production use for cost and assembly reasons.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Strömungskanalanordnung bzw. einen Kühlkörper mit einer derartigen Strömungskanalanordnung bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile vermeiden. The object of the invention is therefore to provide a flow channel arrangement or a heat sink with such a flow channel arrangement, which avoid the disadvantages mentioned above.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mittel aus mindestens einem Volumenelement bestehen, das eine elastische Verformbarkeit mit einem Verformungswiderstand für einen maximalen Innendruck p_Imax aufweist. Hierdurch kann auf besonders einfache Art und Weise ein Strömungsquerschnitt A den jeweiligen Anforderungen an einen Volumenstrom angepasst werden. Eine derartige Lösung ist darüber hinaus besonders gut geeignet, in der Großserienfertigung auf kostengünstige Weise eingesetzt zu werden. Hierbei ist es insbesondere für eine einfache Montage vorteilhaft, wenn der Strömungskanal rechteckig ausgeführt ist und das Volumenelement eine Höhe h_V aufweist, die mit einer Höhe einer benachbarten Seite h übereinstimmt. This object is achieved in that the means consist of at least one volume element having an elastic deformability with a deformation resistance for a maximum internal pressure p _Imax . In this way, a flow cross-section A can be adapted to the respective requirements of a volume flow in a particularly simple manner. Such a solution is also particularly well suited to be used in mass production in a cost effective manner. In this case, it is particularly advantageous for a simple assembly, if the flow channel is rectangular and the volume element has a height h _V , which coincides with a height of an adjacent side h.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich das Volumenelement über die gesamte Länge des Strömungskanals. Hierdurch werden Turbulenzen aufgrund von Kantenabrissen oder sonstigen plötzlichen Querschnittsveränderungen im Strömungskanal vermieden. In a particularly advantageous embodiment, the volume element extends over the entire length of the flow channel. As a result, turbulence due to edge breaks or other sudden changes in cross section in the flow channel can be avoided.

Um das Volumenelement in einem großen Bereich von Volumenströmen einsetzen zu können und für einen gewissen Volumenstrom einen gleichbleibenden Druckverlust gewährleisten zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Volumenelement einen flexiblen Verformungswiderstand aufweist. Hierbei kann eine variable Drucksteuerung vorgesehen sein, durch die mittels eines Steuergerätes und eines Steuerkreises, der einen Kompressor aufweist, der Verformungswiderstand änderbar ist. In order to use the volume element in a wide range of flow rates and to be able to ensure a constant pressure loss for a certain volume flow, it is advantageous if the volume element has a flexible deformation resistance. In this case, a variable pressure control can be provided, by means of which a control device and a control circuit, which has a compressor, the deformation resistance can be changed.

Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Kühlkörper für ein Kühlsystem im Kraftfahrzeugbereich mit einer derartigen Strömungskanalanordnung gelöst. Furthermore, the object is achieved by a heat sink for a cooling system in the automotive field with such a flow channel arrangement.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to the drawing, in which:

1 eine schematische Darstellung eines rechteckigen, klassischen Strömungskanals mit dem dazugehörigen Diagramm, das den Verlauf des Druckverlustes ΔP über den Volumenstrom Q (dV/dT) darstellt, 1 a schematic representation of a rectangular, classical flow channel with the associated diagram, which shows the course of the pressure loss ΔP over the volume flow Q (dV / dT),

2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strömungskanalanordnung mit zugehörigem ΔP-Q-Diagramm, und 2 a schematic representation of a first embodiment of a flow channel arrangement according to the invention with associated ΔP-Q diagram, and

3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strömungskanalanordnung mit ΔP-Q-Diagramm. 3 a schematic representation of a second embodiment of a flow channel arrangement according to the invention with ΔP-Q diagram.

1 zeigt einen rechteckigen Strömungskanal 2 einer hier nicht weiter dargestellten klassischen Strömungskanalanordnung, die auf bekannte Weise Teil eines nicht weiter dargestellten Kühlkörpers sein kann. Der Strömungskanal 2 weist eine erste Seitenfläche 4 mit einer Höhe h und einer Länge l auf. Darüber hinaus ist eine zweite Seitenfläche 6 mit der Höhe h und einer Breite b dargestellt. Eine Durchströmung des Strömungskanals 2 findet gemäß den dargestellten Pfeilen statt. 1 shows a rectangular flow channel 2 a not shown here classical flow channel arrangement, which may be part of a heat sink not shown in a known manner. The flow channel 2 has a first side surface 4 with a height h and a length l. In addition, a second side surface 6 shown with the height h and a width b. A flow through the flow channel 2 takes place according to the arrows shown.

Ein Druckverlust in einem Strömungskanal für Flüssigkeiten, beispielsweise für Kühlflüssigkeiten im Kraftfahrzeugbereich, verhält sich nach der folgenden Gleichung: ΔP = λ × (l/d) × (ρ/2) × v², wobei

ΔP: = Druckverlust
λ: = Rohrreibungswert
l: = Rohrlänge
d: = hydraulischer Durchmesser
ρ: = Dichte
v: = mittlere Geschwindigkeit.

A pressure loss in a flow channel for liquids, for example for coolant in the automotive sector, behaves according to the following equation:

ΔP = λ × (1 / d) × (ρ / 2) × v ² , where

.DELTA.P: = Pressure loss
λ: = Pipe friction value
l: = Pipe length
d: = hydraulic diameter
ρ: = Density
v: = medium speed.

Dadurch, dass der Druckverlust vom Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit abhängig ist, steigt der Druckverlust bei zunehmendem Volumenstrom Q exponentiell an. Dies führt dazu, dass leistungsstarke Pumpen bereitgestellt werden müssen, um zu gewährleisten, dass auch hohe Volumenströme Q bereitgestellt werden können. Since the pressure loss depends on the square of the flow velocity, the pressure loss increases exponentially as the volume flow Q increases. As a result, high-performance pumps must be provided to ensure that even high volume flows Q can be provided.

2 zeigt nun in schematischer Form eine erfindungsgemäße Strömungskanalanordnung 8 mit dem Strömungskanal 2 aus 2, in den ein Volumenelement 10 mit der Länge l der Höhe h_v und Breite x_V eingesetzt ist. Dadurch, dass das Volumenelement 10 eine geringfügig kleinere Höhe h_v wie die Höhe h der Seitenfläche 4 und die gleiche Länge l_v aufweist wie die Höhe h und die Länge l der Seitenfläche 4, ist das Volumenelement 10 einfach im Strömungskanal 2 zu montieren. 2 now shows in schematic form a flow channel arrangement according to the invention 8th with the flow channel 2 out 2 in which a volume element 10 with the length l of the height h _v and width x _{V is} used. In that the volume element 10 a slightly smaller height h _v as the height h of the side surface 4 and the same length l _v as the height h and the length l of the side surface 4 , is the volume element 10 simply in the flow channel 2 to assemble.

Je nachdem, auf welche Art und Weise das Volumenelement 10 ausgeführt ist und wie dementsprechend der Verformungswiderstand gewählt ist, wird das Volumenelement 10 bei Erhöhung des Innendruckes p_I im Strömungskanal 2 zusammengepresst werden, wodurch der Strömungsquerschnitt vergrößert wird und damit gemäß oben genannter Gleichung der Druckverlust einen weniger starken Anstieg erfährt. Dieser Sachverhalt ist auch in dem zur 2 gehörigen ΔP-Q-Diagramm dargestellt. Depending on how the volume element 10 is executed and how the deformation resistance is chosen accordingly, the volume element 10 when increasing the internal pressure p _I in the flow channel 2 be compressed, whereby the flow cross section is increased, and thus according to the above equation, the pressure loss undergoes a less strong increase. This fact is also in the for 2 belonging ΔP-Q diagram shown.

3 zeigt nun eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strömungskanalanordnung 12. Auch hier ist wieder ein rechteckiges Volumenelement 14 über die gesamte Länge des Strömungskanals 2 mit einer Breite x_V in den Strömungskanal 2 eingesetzt. Das Volumenelement 14 ist hier jedoch derart ausgebildet, dass es einen flexiblen Verformungswiderstand aufweist. Hierzu ist das Volumenelement 14 mit einem Gas gefüllt, wobei eine variable Drucksteuerung 16 vorgesehen ist, die über eine Druckerhöhung oder Druckverringerung des Gases den Verformungswiderstand ändert. Die variable Drucksteuerung besteht hierbei im Wesentlichen aus einem Steuergerät 17 und einem Leitungssystem 18, das mit dem Volumenelement 14 fluidisch verbunden ist und in dem 3/2-Wegeventile 20, 22 und ein Kompressor 24 derart angeordnet sind, dass eine einfache Anpassung des Verformungswiderstandes möglich ist. 3 now shows a further embodiment of a flow channel arrangement according to the invention 12 , Again, here is a rectangular volume element 14 over the entire length of the flow channel 2 with a width x _V in the flow channel 2 used. The volume element 14 However, here is designed such that it has a flexible deformation resistance. This is the volume element 14 filled with a gas, with a variable pressure control 16 is provided, which changes the deformation resistance via an increase in pressure or pressure reduction of the gas. The variable pressure control consists essentially of a control unit 17 and a pipe system 18 that with the volume element 14 is fluidically connected and in the 3/2-way valves 20 . 22 and a compressor 24 are arranged such that a simple adaptation of the deformation resistance is possible.

Eine Leitung 26 wird durch die 3/2-Wegeventile 20, 22 derart fluidisch mit dem Volumenelement 14 verbunden, dass durch Einschalten des Kompressors 24 durch das Steuergerät 17, das auch das entsprechende Schalten der Ventile 20, 22 vornimmt, Gas aus dem Volumenelement 14 abgesogen wird. Durch eine entsprechende Schaltung der Ventile 20, 22 kann im umgekehrten Falle ein Gas über Leitungen 30, 26, 34 dem Volumenelement 14 zugeführt werden, dementsprechend der Verformungswiderstand erhöht werden. Es ist hierbei an zu merken, dass auch ein im Fahrzeug vorhandenes Druck- bzw. Unterdrucksystem hier genutzt werden kann. A line 26 is through the 3/2-way valves 20 . 22 so fluidly with the volume element 14 connected by switching on the compressor 24 through the control unit 17 That also includes the appropriate switching of the valves 20 . 22 makes gas from the volume element 14 is sucked off. By a corresponding circuit of the valves 20 . 22 In the opposite case, a gas can flow through lines 30 . 26 . 34 the volume element 14 are supplied, accordingly, the deformation resistance can be increased. It should be noted that even a pressure or vacuum system in the vehicle can be used here.

Es sollte deutlich sein, dass das Volumenelement 10 bzw. 14 auf verschiedenste Weise ausführbar ist und nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Auch sollte es deutlich sein, dass Kühlkörper für verschiedenste Kühlsysteme im KFZ-Bereich mit derartigen Strömungskanalanordnungen versehen werden können. It should be clear that the volume element 10 respectively. 14 is executable in various ways and is not limited to the illustrated embodiments. It should also be clear that heatsinks for various cooling systems in the automotive sector can be provided with such flow channel arrangements.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1314936 A1 [0002]
FR 2736709 A1 [0002]
US 4186876 [0002]

Claims

Flow channel arrangement for the motor vehicle sector with a flow channel ( 2 ), which can be traversed by a fluid, wherein in the flow channel ( 2 ) Medium ( 10 . 14 ) are provided, which allow adaptation of a flow cross-section A of the flow channel depending on the prevailing internal pressure p _I , characterized in that the means of at least one volume element ( 10 . 14 ), which has an elastic deformability with a deformation resistance for a maximum internal pressure p _Imax .

Flow channel arrangement according to claim 1, characterized in that the flow channel ( 2 ) is made rectangular and the volume element has a height h _V , which coincides with a height of an adjacent side h.

Flow channel arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the volume element ( 10 . 14 ) over the entire length of the flow channel ( 2 ).

Flow channel arrangement according to one of claims 1-3, characterized in that the volume element ( 14 ) has a flexible deformation resistance.

Flow channel arrangement according to claim 4, characterized in that a variable pressure control is provided, by means of a control device ( 17 ) and a control circuit ( 16 ), a compressor ( 24 ), the deformation resistance is changeable.

Heat sink for a cooling system in the automotive sector with a flow channel arrangement ( 8th ) according to any one of the preceding claims.