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WO2020182650A1 - Verfahren zum herstellen eines bauteils eines temperierkreislaufs - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines bauteils eines temperierkreislaufs Download PDF

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Publication number
WO2020182650A1
WO2020182650A1 PCT/EP2020/055998 EP2020055998W WO2020182650A1 WO 2020182650 A1 WO2020182650 A1 WO 2020182650A1 EP 2020055998 W EP2020055998 W EP 2020055998W WO 2020182650 A1 WO2020182650 A1 WO 2020182650A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature control
component
raw material
heat exchanger
control circuit
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/055998
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Feldhege
Lars Kaminski
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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
Application filed by Mahle International Gmbh filed Critical Mahle International Gmbh
Publication of WO2020182650A1 publication Critical patent/WO2020182650A1/de

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a component of a temperature control circuit through which a temperature control fluid flows during operation, in particular a component of a heat exchanger of the temperature control circuit.
  • the invention also relates to a method for producing such a heat exchanger and such a temperature control circuit.
  • Temperature control circuits are usually flowed through by a temperature control fluid during operation, with which a temperature control in the temperature control circuit
  • the temperature control fluid usually circulates through the temperature control circuit and flows through a heat exchanger, which in turn controls the temperature of the temperature control fluid.
  • the temperature control fluid can, for example, be a cooling fluid with which the device is cooled and which is used in the
  • Heat exchanger is cooled.
  • the temperature control fluid flows through here
  • Such changes include, for example, constituents released from the components that mix with the temperature control fluid or dissolve in it and can lead to contamination of the temperature control fluid. Mixtures or solutions of this type can also lead to a change in the physical and / or chemical properties of the temperature control fluid.
  • the temperature control fluid is usually electrical insulating and / or has a low electrical conductivity in order to ensure operational reliability of the device and of the entire temperature control circuit.
  • Components of the components of the temperature control circuit get into the temperature control fluid and thus increase its electrical conductivity.
  • the present invention is therefore concerned with the object for a
  • the present invention is based on the general idea of producing a component of a temperature control circuit, which is in contact with a temperature control fluid flowing through the temperature control circuit during operation of the temperature control circuit, from a metallic raw material that is passivated prior to production of the component or is subjected to a preparatory passivation treatment , which subsequently leads to passivation, with passivated sections of the raw material forming those sections of the later component which are in contact with the temperature control fluid during operation.
  • This prevents components of the metallic raw material from becoming detached during operation and into the Tempering fluid arrive or such a release is at least reduced, so that the operational reliability of the tempering circuit is improved and / or the service life of the tempering circuit is increased.
  • measures that only take place after the component has been manufactured and / or after the temperature control circuit in particular a heat exchanger of the
  • Tempering circuit are taken to prevent such a loosening of the components of the component or at least reduce, omitted or at least reduced, so that the production of the component, as well as the tempering circuit, in particular the heat exchanger, is simplified and cheaper.
  • the metallic raw material which can also be referred to as base material or primary material, is thus first provided for manufacturing the component, the raw material having a first side and a second side facing away from the first side. At least one of the sides of the raw material, that is to say for example at least the first side, is passivated or subjected to the pretreatment for passivation. For the sake of simplicity, the latter case will hereinafter be referred to as reservation or pretreated.
  • the component is manufactured from the passivated or pretreated raw material in such a way that the passivated or pretreated first side of the raw material forms an inside of the component that is in contact with the temperature control fluid during operation, at least partially or in sections, preferably entirely.
  • passivation is to be understood as meaning, in particular, any targeted measure that has the consequence that the metallic raw material
  • non-metallic, protective layer to prevent interactions of the raw material with the temperature control fluid.
  • the passivation takes place in such a way that a non-metallic protective layer is created which prevents corrosion and the like of the raw material.
  • a passivation takes place, for example, through a chemical reaction with the raw material, which in particular leads to an oxidation of the raw material, and / or through a coating, in particular with plastic.
  • the pretreatment of the raw material is a treatment of the side to be passivated, which then leads to passivation through a thermal influence. Passivation is therefore carried out by thermal reactive passivation.
  • a chemical pretreatment is expedient
  • the raw material is used after the pretreatment, i.e. after the chemical has been applied
  • Composition the component manufactured. After the component has been manufactured, the side to be passivated is passivated by heating the chemical composition.
  • the component can in principle be any of the temperature control circuit that is in contact with the temperature control fluid during operation, in particular carries the temperature control fluid.
  • the component expediently has one facing away from the inside
  • outside is preferably formed by the second side of the raw material.
  • the component can be one that fluidically connects different components of the temperature control circuit with one another, that is to say in particular a tubular body that is arranged between the components.
  • the tubular body can in particular be a flat tube.
  • Tempering circuit with which the tempering fluid is tempered, whereby the Temperature control fluid in the temperature control circuit is another component of the
  • Temperierniklaufs in particular a device, tempered.
  • the device is in particular one which generates electrical power and / or stores electrical energy during operation.
  • the device is therefore in particular an accumulator for storing electrical energy.
  • Embodiments are preferred in which the device has a fuel cell, in particular is a fuel cell.
  • the temperature control fluid is preferably one with a low electrical conductivity.
  • the temperature control fluid in particular has an electrical conductivity of less than 100 microsiemens per meter, preferably less than 50
  • the temperature control fluid is, for example, one with a base of water and ethylene glycol.
  • the component is advantageously a tubular body of the temperature control circuit, in particular of the heat exchanger, which carries the temperature control fluid on the inside.
  • the component can be one that receives such tubular bodies.
  • the component can be a base of at least one pipe receptacle in which an associated pipe body of the temperature control circuit, for example the heat exchanger, is accommodated.
  • the bottom can be part of a collector or a distributor of the heat exchanger, with other components of such a collector or distributor being able to be made from the passivated raw material in such a way that their inside is formed by the first side of the raw material.
  • the metallic raw material can be provided in any form. Embodiments have proven to be advantageous in which the raw material is provided as a metallic strip, in particular as sheet metal.
  • the passivated strip, in particular sheet metal, thus provided leads to a further reduction in costs and / or simplification of the production of the component.
  • metallic is to be understood as meaning a material that is produced from at least one metal and / or a metal alloy.
  • Embodiments are preferred in which the raw material is made of aluminum and / or an aluminum alloy.
  • the advantage of such raw materials is that the components made from them have an increased
  • the temperature control circuit in particular the heat exchanger, lead and are light.
  • raw materials can be passivated in a simplified manner.
  • passivation can also be carried out by anodizing the raw material.
  • the component is a tubular body, it is preferably produced by reshaping and, if necessary, prior or subsequent cutting of the passivated or pretreated raw material, with ends and / or end sections of the raw material lying against one another for producing the tubular body, preferably materially, for example by welding, to one another, preferably fluid-tight, are attached.
  • a corresponding recess is made in the raw material to produce the at least one pipe receptacle. This can be done, for example, by punching, piercing, deep drawing and the like.
  • the second side of the raw material in particular the outer side of the component, can also be passivated or pretreated. This is particularly the case when the component is welded and / or glued to other components in the temperature control circuit, in particular in the heat exchanger.
  • the passivation or pretreatment of the raw material takes place in such a way that the passivation, in particular the protective layer produced by the passivation, is still effective even after a subsequent connection, in particular a material connection.
  • the component be replaced by such
  • the passivation is resistant to these connections.
  • the passivation is also effective after these connections.
  • the raw material is passivated in such a way that the
  • Passivation is solder-proof if the component is manufactured by soldering and / or is connected to other components. Alternatively or additionally, the component is passivated or pretreated in such a way that the passivation is opposite
  • Welded connections are stable, i.e. weld-proof, if the component is produced by welding and / or is connected to other components.
  • the respective resistance relates to the specific soldering process or
  • the passivation is resistant at soldering temperatures up to 650 ° C, in particular up to 610 ° C or up to 600 ° C. It goes without saying that the method according to the invention can also be used to produce a plurality of identical or differently designed and / or dimensioned components of the temperature control circuit, in particular of the heat exchanger.
  • tubular bodies and / or trays and / or collectors and / or distributors of the heat exchanger can be produced with the method and the heat exchanger is then assembled.
  • Assembling includes in particular a cassette of the components, in particular the components.
  • the components, in particular components, of the heat exchanger are then connected to one another, for example by
  • Soldered connections and / or welded connections attached This is preferably done in such a way that there is no subsequent passivation of the components.
  • the thermal energy is supplied to the chemical composition to form the passivation, preferably during the heating to connect different parts to one another.
  • the heating for connecting, in particular soldering and / or welding, of different components can simultaneously lead to the formation of passivation.
  • the temperature required for passivation with the chemical composition is lower than the temperature required for connecting, for example soldering and / or welding. Passivation therefore takes place before the components are connected to one another.
  • Temperierniklaufs also belongs to the scope of this invention.
  • a device is preferably integrated in the temperature control circuit, which in operation with the temperature control fluid in
  • the heat-exchanging contact is, in particular flowed through, so that the temperature control fluid temperature the device, in particular cools.
  • the temperature control fluid preferably circulates through the temperature control circuit.
  • a temperature control fluid for example a cooling fluid, with which a device 2 integrated in the temperature control circuit 1 is temperature controlled, in particular cooled, circulates through a temperature control circuit 1, as shown for example in FIG. 1.
  • the temperature control fluid is circulated through the temperature control circuit 1 with the aid of a conveying device 3 integrated in the temperature control circuit 1.
  • the device 2 is one that supplies electrical power and / or stores electrical energy during operation.
  • the device 2 is a fuel cell 4.
  • the temperature control circuit 1 also has a
  • Heat exchanger 5 through which the temperature control fluid and, as indicated by an arrow, fluidically separated from the temperature control fluid and with the
  • Temperature control fluid heat-transferring another fluid, hereinafter referred to as temperature control medium, flow.
  • temperature control medium heat-transferring another fluid
  • the device 2 is tempered with the temperature control fluid in that the temperature control fluid is connected to the device 2 in a heat-transferring manner, the temperature control fluid flowing through the device 2 in FIG.
  • the heat exchanger 5 heats the temperature control fluid with the temperature control medium in such a way that the temperature control fluid in turn controls the temperature of the device 2. If the device 2 is cooled with the temperature control fluid, the heat thus absorbed in the temperature control fluid in the heat exchanger 5 is transferred to the temperature control medium, so that the
  • Tempering fluid is cooled in the heat exchanger 5.
  • the temperature control medium can be air.
  • Tempering fluid are in contact, in particular lead the tempering fluid.
  • Examples of such components 7 are shown in FIGS. 3 and 4, the component 7 in the example shown in FIG. 3 being designed as a tubular body 8 which in the example shown has an essentially round cross section.
  • the tubular body 8 can also be designed as a flat tube (not shown).
  • the component 7 is designed as a base 10 for receiving tubular bodies 8 and thus also components 7.
  • the base 10 has at least one receptacle 11, also referred to below as a pipe receptacle 11, in which such a pipe body 8, as shown in dashed lines in FIG. 4, is received.
  • the base 10 has several such receptacles 11, three of which can be seen.
  • the respective component 7 here has an inside 12 and an outside 13 facing away from the inside 12.
  • the inner side 12 of the respective component 7 is in contact with the temperature control fluid during operation.
  • the base 10 can be part of a collector 14 or a distributor 15 of the heat exchanger 5, with which the temperature control fluid is collected from the tubular bodies 8 or distributed into the tubular bodies 8.
  • the raw material 16 is a metallic raw material 16, that is to say made of at least one metal or a metal alloy, for example aluminum.
  • the raw material 16, which can also be referred to as the base material or primary material, is preferably designed as a strip 17, in particular as a sheet metal 18.
  • the raw material 16 has a first side 19 and a second side 20 facing away from the first side 19, at least one of the sides 19, 20 of the raw material 16 being passivated.
  • the side 19, 20 to be passivated can have a chemical composition be pretreated, which leads to the passivation of the side 19, 20 to be passivated by a subsequent thermal energy transfer, i.e. by heating.
  • the first side 19 of the raw material 16 is passivated or pretreated with the chemical composition.
  • the first side 19 thus has a passivated layer 9 or protective layer 9, which forms the first side 19, as a result of the direct passivation or the pretreatment and subsequent thermal energy transfer.
  • Such a component 7 is then produced from the thus passivated raw material 16, in such a way that the first side 19 of the raw material 16 and thus the passivated side 19 with the layer 9 forms the inner side 12 of the component 7.
  • the component 7 can be produced from the pretreated raw material 16 and the passivation can then be carried out by thermal energy transfer to the chemical composition, so that the side 19 passivated after the thermal energy transfer with the layer 9 forms the inside 12 of the component 7.
  • the second side 20 of the raw material 16 also forms the outer side 13 of the component 7.
  • the raw material 16 embodied as a strip 17, in particular sheet metal 18, is reshaped, with two ends 21 of the raw material 16 resting against one another. These ends 21 are then connected to one another in a materially and fluid-tight manner.
  • the raw material 16 can be converted to the desired size of the tubular body 8 before the shaping or before the ends 21 are fastened to one another
  • the receptacles 11 are introduced into the raw material 16 by punching, piercing or deep-drawing the raw material 16. If necessary, the raw material 16 can be reshaped beforehand or subsequently. In the examples shown, it is advantageous if the second side 20 is solder-plated. This applies in particular when a tubular body 8 is produced from the raw material 16, which is then attached to other components of the temperature control circuit 1, in particular the
  • Heat exchanger 5 is attached by a soldered connection. This is
  • Heat exchanger 5 further components 7 of the temperature control circuit 1 can also be produced from the passivated or pretreated pipe material 16. Such components 7 include those which run between the heat exchanger 5, the device 2 and the conveying device 3 and which are in particular designed as tubular bodies 8.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (7) eines Temperierkreislaufs (1), insbesondere eines Wärmeübertragers (5) eines Temperierkreislaufs (1), wobei eine Innenseite (12) des Bauteils (7) im Betrieb mit einem Temperierfluid in Kontakt steht, das durch den Temperierkreislauf (1), insbesondere den Wärmeübertrager (5) strömt. Eine vereinfachte und kostengünstige Herstellung und eine verlängerte Lebensdauer des Temperierkreislaufs (1), insbesondere des Wärmeübertragers (5), werden dadurch erreicht, dass ein metallisches Rohmaterial (16) bereitgestellt und zumindest einseitig passiviert oder zur Passivierung vorbehandelt wird, wobei das Bauteil (7) aus dem passivierten oder vorbehandelten Rohmaterial (16) derart hergestellt wird, dass die passivierte oder vorbehandelte Seite (19, 20) des Rohmaterials (16) die Innenseite (12) des Bauteils (7) zumindest teilweise bildet. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Wärmeübertragers (5) sowie einen solchen Temperierkreislauf (1).

Description

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils eines Temperierkreislaufs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils eines Temperierkreislaufs, durch den im Betrieb ein Temperierfluid strömt, insbesondere eines Bauteils eines Wärmeübertragers des Temperierkreislaufs.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Wärmeübertragers sowie einen solchen Temperierkreislauf.
Temperierkreisläufe sind im Betrieb üblicherweise von einem Temperierfluid durchströmt, mit dem eine Temperierung einer im Temperierkreislauf
eingebundenen Einrichtung erfolgt. Gewöhnlich zirkuliert das Temperierfluid durch den Temperierkreislauf und durchströmt dabei einen Wärmeübertrager, der wiederum das Temperierfluid temperiert. Das Temperierfluid kann beispielsweise ein Kühlfluid sein, mit dem die Einrichtung gekühlt wird und das im
Wärmeübertrager gekühlt wird. Hierbei strömt das Temperierfluid durch
unterschiedliche Bauteile des Temperierkreislaufs, insbesondere auch des Wärmeübertragers.
In der Regel ist es wünschenswert, eine durch derartige Bauteile bedingte
Änderung der Zusammensetzung des Temperierfluids zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Zu derartigen Veränderungen zählen beispielsweise von den Bauteilen gelöste Bestandteile, die sich mit dem Temperierfluid mischen oder in diesem lösen und zu einer Verunreinigung des Temperierfluids führen können. Ebenso können derartige Mischungen oder Lösungen zu einer Änderung von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Temperierfluids führen.
Insbesondere wenn im Temperierkreislauf solche Einrichtungen eingebunden sind, welche der Erzeugung elektrischer Leistung bzw. der Speicherung elektrischer Energie dienen, ist das Temperierfluid üblicherweise elektrisch isolierend und/oder weist eine niedrige elektrische Leitfähigkeit auf, um eine Betriebssicherheit der Einrichtung sowie des gesamten Temperierkreislaufs zu gewährleisten. Um die niedrige elektrische Leitfähigkeit auch im Betrieb des Temperierkreislaufs und/oder über einen längeren Zeitraum zu erhalten, ist es wünschenswert, zu vermeiden, dass Ionen und/oder elektrisch leitfähige
Bestandteile der Bauteile des Temperierkreislaufs in das Temperierfluid gelangen und somit dessen elektrische Leitfähigkeit erhöhen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für ein
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils eines Temperierkreislaufs der eingangs genannten Art, für ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers eines solchen Temperierkreislaufs sowie für einen solchen Temperierkreislauf verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche sich insbesondere durch eine vereinfachte und/oder kostengünstige Herstellung und/oder eine erhöhte Betriebssicherheit über einen längeren Zeitraum
auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Bauteil eines Temperierkreislaufs, das im Betrieb des Temperierkreislaufs mit einem durch den Temperierkreislauf strömenden Temperierfluid in Kontakt steht, aus einem metallischen Rohmaterial herzustellen, das vor der Herstellung des Bauteils passiviert wird oder einer vorbereitenden Passivierungsbehandlung unterzogen wird, die nachfolgend zu einer Passivierung führt, wobei passivierte Abschnitte des Rohmaterials diejenigen Abschnitte des späteren Bauteils bilden, welche im Betrieb mit dem Temperierfluid in Kontakt stehen. Somit wird verhindert, dass sich Bestandteile des metallischen Rohmaterials im Betrieb lösen und ins Temperierfluid gelangen oder ein solches Lösen zumindest reduziert, so dass die Betriebssicherheit des Temperierkreislaufs verbessert und/oder die Lebensdauer des Temperierkreislaufs erhöht ist. Zudem können somit Maßnahmen, die erst nach dem Herstellen des Bauteils und/oder nach dem Zusammensetzen des Temperierkreislaufs, insbesondere eines Wärmetauschers des
Temperierkreislaufs, getroffen werden, um ein derartiges Lösen der Bestandteile des Bauteils zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, entfallen oder zumindest reduziert werden, so dass die Herstellung des Bauteils, sowie des Temperierkreislaufs, insbesondere des Wärmeübertragers, vereinfacht und kostengünstiger ist.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend wird zum Herstellen des Bauteils also zunächst das metallische Rohmaterial bereitgestellt, das auch als Grundmaterial oder Vormaterial bezeichnet werden kann, wobei das Rohmaterial eine erste Seite und eine von der ersten Seite abgewandte zweite Seite aufweist. Dabei ist zumindest eine der Seiten des Rohmaterials, also beispielsweise zumindest die erste Seite, passiviert oder der Vorbehandlung zur Passivierung unterzogen. Der letztere Fall wird nachfolgend der Einfachheit halber als Vorbehaltung oder vorbehandelt bezeichnet. Das Bauteil wird derart aus dem passivierten oder dem vorbehandelten Rohmaterial hergestellt, dass die passivierte oder vorbehandelte erste Seite des Rohmaterials eine Innenseite des Bauteils, welche im Betrieb mit dem Temperierfluid in Kontakt steht, zumindest teilweise oder abschnittsweise, vorzugsweise gänzlich, bildet.
Unter Passivieren ist vorliegend insbesondere jede gezielte Maßnahme zu verstehen, die zur Folge hat, dass das metallische Rohmaterial eine,
vorzugsweise nicht-metallische, Schutzschicht aufweist, um Wechselwirkungen des Rohmaterials mit dem Temperierfluid zu verhindern. Insbesondere erfolgt das Passivieren derart, dass eine nicht-metallische Schutzschicht entsteht, welche eine Korrosion und dergleichen des Rohmaterials verhindert. Eine Passivierung erfolgt beispielsweise durch eine chemische Reaktion mit dem Rohmaterial, die insbesondere zu einer Oxidation des Rohmaterials führt, und/oder durch eine Beschichtung, insbesondere mit Kunststoff.
Die Vorbehandlung des Rohmaterials ist vorliegend eine Behandlung der zu passivierenden Seite, die anschließend durch einen thermischen Einfluss zu einer Passivierung führt. Die Passivierung erfolgt also durch eine thermische Reaktiv- Passivierung. Zur Vorbehandlung wird zweckmäßig eine chemische
Zusammensetzung auf der zu passivierenden Seite des Rohmaterials
aufgebracht, die erst nachträglich durch Heizen und somit durch Zuführung thermischer Energie zu einer Passivierung führt. Dabei wird aus dem Rohmaterial nach der Vorbehandlung, also nach dem Aufbringen der chemischen
Zusammensetzung, das Bauteil hergestellt. Nach dem Herstellen des Bauteils wird die zu passivierende Seite durch Heizen der chemischen Zusammensetzung passiviert.
Das Bauteil kann prinzipiell ein beliebiges des Temperierkreislaufs sein, das im Betrieb mit dem Temperierfluid in Kontakt steht, insbesondere das Temperierfluid führt. Das Bauteil weist zweckmäßig eine von der Innenseite abgewandte
Außenseite auf, wobei die Außenseite vorzugsweise von der zweiten Seite des Rohmaterials gebildet wird.
Prinzipiell kann das Bauteil ein solches sein, dass unterschiedliche Bestandteile des Temperierkreislaufs miteinander fluidisch verbindet, also insbesondere ein Rohrkörper, der zwischen den Bestandteilen angeordnet ist. Der Rohrkörper kann insbesondere ein Flachrohr sein.
Vorteilhaft ist das Bauteil ein solches eines Wärmeübertragers des
Temperierkreislaufs, mit dem das Temperierfluid temperiert wird, wobei das Temperierfluid im Temperierkreislauf einen weiteren Bestandteil des
Temperierkreislaufs, insbesondere eine Einrichtung, temperiert.
Bei der Einrichtung handelt es sich insbesondere um eine solche, welche im Betrieb elektrische Leistung erzeugt und/oder elektrische Energie speichert. Die Einrichtung ist also insbesondere ein Akkumulator zum Speichern elektrischer Energie.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Einrichtung eine Brennstoffzelle aufweist, insbesondere eine Brennstoffzelle ist.
Das Temperierfluid ist vorzugsweise ein solches mit einer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit. Das Temperierfluid weist insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 100 Mikrosiemens pro Meter, bevorzugt weniger als 50
Mikrosiemens pro Meter, besonders bevorzugt weniger als 10 Mikrosiemens pro Meter auf. Bei dem Temperierfluid handelt es sich beispielsweise um ein solches mit einer Basis aus Wasser und Ethylenglycol.
Das Bauteil ist vorteilhaft ein Rohrkörper des Temperierkreislaufs, insbesondere des Wärmeübertragers, der innenseitig das Temperierfluid führt. Ebenso kann das Bauteil ein solches sein, das derartige Rohrkörper aufnimmt. Beispielsweise kann es sich bei dem Bauteil um einen Boden zumindest einer Rohraufnahme handeln, in der ein zugehöriger Rohrkörper des Temperierkreislaufs, beispielsweise des Wärmeübertragers, aufgenommen ist. Dabei kann der Boden Bestandteil eines Sammlers oder eines Verteilers des Wärmeübertragers sein, wobei auch andere Bestandteile eines solches Sammlers oder Verteilers aus dem passivierten Rohmaterial hergestellt sein können, derart, dass ihre Innenseite von der ersten Seite des Rohmaterials gebildet wird.
Das metallische Rohmaterial kann in einer beliebigen Form bereitgestellt werden. Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen das Rohmaterial als ein metallisches Band, insbesondere als Blech, bereitgestellt wird. Das somit bereitgestellte, passivierte Band, insbesondere Blech, führt zu einer weiteren Kostenreduzierung und/oder Vereinfachung der Herstellung des Bauteils.
Unter metallisch ist vorliegend ein solches Material zu verstehen, das aus zumindest einem Metall und/oder einer Metalllegierung hergestellt ist.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das Rohmaterial ein solches aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung ist. Vorteilhaft bei derartigen Rohmaterialien ist, dass die daraus hergestellten Bauteile eine erhöhte
Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die zu einer Effizienzsteigerung des
Temperierkreislaufs, insbesondere des Wärmeübertragers, führen und leicht sind. Darüber hinaus lassen sich derartige Rohmaterialien vereinfacht passivieren. Bei einem Rohmaterial aus Aluminium kann ein solches Passivieren auch durch ein Eloxieren des Rohmaterials erfolgen.
Ist das Bauteil ein Rohrkörper, wird es bevorzugt durch ein Umformen und gegebenenfalls vorherigem oder anschließenden Zuschneiden des passivierten oder vorbehandelten Rohmaterials hergestellt werden, wobei aneinander anliegende Enden und/oder Endabschnitte des Rohmaterials zum Herstellen des Rohrkörpers, vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißen, aneinander, vorzugsweise fluiddicht, befestigt werden.
Ist das Bauteil ein Boden der genannten Art, wird zum Herstellen der zumindest einen Rohraufnahme eine entsprechende Aussparung in das Rohmaterial eingebracht. Dies kann beispielsweise durch Stanzen, durch Stechen, Tiefziehen und dergleichen erfolgen. Prinzipiell kann die zweite, insbesondere die Außenseite des Bauteils bildende, Seite des Rohmaterials ebenfalls passiviert oder vorbehandelt sein. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Bauteil im Temperierkreislauf, insbesondere im Wärmeübertrager, mit anderen Bestandteilen verschweißt und/oder geklebt wird.
Vorstellbar ist es ebenfalls, die zweite Seite des Rohmaterials lotzuplattieren. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Bauteil im Temperierkreislauf, insbesondere im Wärmeübertrager, mit anderen Bestandteilen verlötet wird. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung und Kostensenkung zur Fierstellung des Bauteils und/oder des Temperierkreislaufs, insbesondere des Wärmeübertragers. Ist die zweite Seite lotplattiert, kann vorgesehen sein, dass eine Passivierung oder
Vorbehandlung dieser zweiten Seite entfällt.
Die Passivierung oder Vorbehandlung des Rohmaterials erfolgt derart, dass die Passivierung, insbesondere die durch das Passivieren hergestellte Schutzschicht, auch nach einer anschließenden Verbindung, insbesondere stoffschlüssigen Verbindung noch wirksam ist. Wird das Bauteil also durch eine solche
stoffschlüssige Verbindung hergestellt und/oder mit anderen Bestandteilen verbunden, ist die Passivierung gegenüber diesen Verbindungen beständig.
Insbesondere ist die Passivierung auch nach diesen Verbindungen wirksam. Das heißt insbesondere, dass das Rohmaterial derart passiviert wird, dass die
Passivierung lötfest ist, wenn das Bauteil durch Löten hergestellt und/oder mit anderen Bestandteilen verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist das Bauteil derart passiviert oder vorbehandelt, dass die Passivierung gegenüber
Schweißverbindungen beständig, also schweißfest ist, wenn das Bauteil durch Verschweißen hergestellt und/oder mit anderen Bestandteilen verbunden wird. Die jeweilige Beständigkeit bezieht sich also auf das konkrete Lötverfahren bzw.
Schweißverfahren. Beispielsweise ist die Passivierung bei Löttemperaturen bis 650°C insbesondere bis 610°C oder bis 600°C beständig. Es versteht sich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch mehrere, gleich oder unterschiedlich ausgebildete und/oder dimensionierte Bauteile des Temperierkreislaufs, insbesondere des Wärmeübertragers, hergestellt werden können.
Beispielsweise können mit dem Verfahren mehrere Rohrkörper und/oder Böden und/oder Sammler und/oder Verteiler des Wärmeübertragers hergestellt werden und der Wärmeübertrager anschließend zusammengesetzt wird. Das
Zusammensetzen umfasst insbesondere ein Kassettieren der Bestandteile, insbesondere der Bauteile. Danach werden die Bestandteile, insbesondere Bauteile, des Wärmeübertragers aneinander, beispielsweise durch
Lötverbindungen und/oder Schweißverbindungen, befestigt. Bevorzugt erfolgt dies derart, dass keine anschließende Passivierung der Bauteile erfolgt.
Ist zumindest eines der wenigstens einen Bauteile vorbehandelt, erfolgt die Zuführung der thermischen Energie auf die chemische Zusammensetzung zum Ausbilden der Passivierung bevorzugt während des Heizens zum Verbinden verschiedener Teile miteinander. Insbesondere kann bei der Herstellung eines Wärmeübertrager das Heizen zum Verbinden, insbesondere Lötverbinden und/oder Schweißverbinden, unterschiedlicher Bauteile zugleich zum Ausbilden der Passivierung führen.
Bevorzugt ist es hierbei, wenn die benötigte Temperatur zum Passivieren mit der chemischen Zusammensetzung niedriger ist als die zum Verbinden, also beispielweise Verlöten und/oder Schweißen, benötigte Temperatur. Somit erfolgt die Passivierung bereits vor der Verbindung der Bauteile miteinander.
Es versteht sich ferner, dass auch ein solcher Temperierkreislauf mit zumindest einem derartigen Bauteil, insbesondere eines Wärmeübertragers des
Temperierkreislaufs, ebenfalls zum Umfang dieser Erfindung gehört. In dem Temperierkreislauf ist vorzugsweise neben einem Wärmeübertrager eine Einrichtung eingebunden, welche im Betrieb mit dem Temperierfluid in
wärmetauschendem Kontakt steht, insbesondere durchströmt ist, so dass das Temperierfluid die Einrichtung temperiert, insbesondere kühlt. Dabei zirkuliert das Temperierfluid vorzugsweise durch den Temperierkreislauf.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
Fig. 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartig Darstellung eines
Temperierkreislaufs,
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Rohmaterials zum Fierstellen eines Bauteils des Temperierkreislaufs,
Fig. 3 einen Schnitt durch ein das Bauteil, Fig. 4 einen Schnitt durch das Bauteil bei einem anderen
Ausführungsbeispiel.
Durch einen Temperierkreislauf 1 , wie er beispielsweise in Figur 1 dargestellt ist, zirkuliert im Betrieb ein Temperierfluid, beispielsweise ein Kühlfluid, mit dem eine im Temperierkreislauf 1 eingebundene Einrichtung 2 temperiert, insbesondere gekühlt, wird. Das Temperierfluid wird mit Hilfe einer im Temperierkreislauf 1 eingebundenen Fördereinrichtung 3 durch den Temperierkreislauf 1 zirkuliert. Die Einrichtung 2 ist eine solche, die im Betrieb elektrische Leistung liefert und/oder elektrische Energie speichert. Insbesondere handelt es sich bei der Einrichtung 2 um eine Brennstoffzelle 4. Der Temperierkreislauf 1 weist ferner einen
Wärmeübertrager 5 auf, durch den im Betrieb das Temperierfluid und, wie mit einem Pfeil angedeutet, vom Temperierfluid fluidisch getrennt und mit dem
Temperierfluid wärmeübertragend ein weiteres Fluid, nachfolgend Temperiermittel genannt, strömen. Im Wärmeübertrager 5 kommt es im Betrieb zu einem
Wärmeaustausch zwischen dem Temperierfluid und dem Temperiermittel. Die Einrichtung 2 wird mit dem Temperierfluid temperiert, indem das Temperierfluid wärmeübertragend mit der Einrichtung 2 verbunden ist, wobei in Figur 1 das Temperierfluid durch die Einrichtung 2 strömt. Der Wärmeübertrager 5 temperiert das Temperierfluid mit dem Temperiermittel derart, dass das Temperierfluid wiederum die Einrichtung 2 temperiert. Erfolgt eine Kühlung der Einrichtung 2 mit dem Temperierfluid, wird die somit aufgenommene Wärme im Temperierfluid im Wärmeübertrager 5 an das Temperiermittel abgegeben, so dass das
Temperierfluid im Wärmeübertrager 5 gekühlt wird. Das Temperiermittel kann dabei Luft sein.
Der Temperierkreislauf 1 im Allgemeinen und der Wärmeübertrager 5 im
Speziellen weisen also mehrere Bauteile 7 auf, welche im Betrieb mit dem
Temperierfluid in Kontakt stehen, insbesondere das Temperierfluid führen. Beispiele derartige Bauteile 7 sind in den Figuren 3 und 4 gezeigt, wobei beim in Figur 3 gezeigten Beispiel das Bauteil 7 als ein Rohrkörper 8 ausgebildet ist, der im gezeigten Beispiel einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist.
Selbstverständlich kann der Rohrkörper 8 auch als ein Flachrohr ausgebildet sein (nicht gezeigt). Beim in Figur 4 gezeigten Beispiel ist das Bauteil 7 als ein Boden 10 zur Aufnahme von Rohrkörpern 8 und somit auch Bauteilen 7 ausgebildet. Zu diesem Zweck weist der Boden 10 zumindest eine Aufnahme 11 , nachfolgend auch Rohraufnahme 11 genannt, auf, in welcher ein solcher Rohrkörper 8, wie in Figur 4 gestrichelt dargestellt, aufgenommen ist. Bei dem in Figur 4 gezeigten Beispiel weist der Boden 10 mehrere solche Aufnahmen 11 auf, von denen drei zu sehen sind.
Das jeweilige Bauteil 7 weist hierbei eine Innenseite 12 sowie eine von der Innenseite 12 abgewandte Außenseite 13 auf. Dabei steht die Innenseite 12 des jeweiligen Bauteils 7 im Betrieb mit dem Temperierfluid in Kontakt.
Der Boden 10 kann Bestandteil eines Sammlers 14 oder eines Verteilers 15 des Wärmeübertragers 5 sein, mit dem das Temperierfluid aus den Rohrkörpern 8 gesammelt oder in die Rohrkörper 8 verteilt wird.
Zumindest eines der Bauteile 7 ist aus einem Rohmaterial 16 hergestellt, wie es in Figur 2 gezeigt ist. Das Rohmaterial 16 ist ein metallisches Rohmaterial 16, also aus zumindest einem Metall oder einer Metalllegierung, beispielsweise aus Aluminium, hergestellt. Das Rohmaterial 16, das auch als Grundmaterial oder Vormaterial bezeichnet werden kann, ist vorzugsweise als ein Band 17, insbesondere als ein Blech 18, ausgebildet. Das Rohmaterial 16 weist eine erste Seite 19 und eine von der ersten Seite 19 abgewandte zweite Seite 20 auf, wobei zumindest eine der Seiten 19, 20 des Rohmaterials 16 passiviert ist. Alternativ kann die zu passivierende Seite 19, 20 mit einer chemischen Zusammensetzung vorbehandelt sein, die durch eine nachträgliche thermische Energieübertragung, also durch Heizen, zur Passivierung der zu passivierenden Seite 19, 20, führt. Insbesondere wird zumindest die erste Seite 19 des Rohmaterials 16 passiviert oder mit der chemischen Zusammensetzung vorbehandelt. Somit weist die erste Seite 19 somit durch die unmittelbare Passivierung oder durch die Vorbehandlung und anschließende thermische Energieübertragung eine passivierte Schicht 9 oder Schutzschicht 9 auf, welche die erste Seite 19 bildet.
Aus dem somit passivierten Rohmaterial 16 wird anschließend ein solches Bauteil 7 hergestellt, derart, dass die erste Seite 19 des Rohmaterials 16 und somit die passivierte Seite 19 mit der Schicht 9 die Innenseite 12 des Bauteils 7 bildet.
Alternativ kann aus dem vorbehandelten Rohmaterial 16 das Bauteil 7 hergestellt und die Passivierung durch thermische Energieübertragung auf die chemische Zusammensetzung anschließend erfolgen, so dass, die nach der thermischen Energieübertragung passivierte Seite 19 mit der Schicht 9 die Innenseite 12 des Bauteils 7 bildet. Bei den gezeigten Beispielen bildet ferner die zweite Seite 20 des Rohmaterials 16 die Außenseite 13 des Bauteils 7.
Beim in Figur 3 gezeigten, als Rohrkörper 8 ausgebildeten Bauteil 7 wird das als Band 17, insbesondere Blech 18, ausgebildete Rohmaterial 16 umgeformt, wobei zwei Enden 21 des Rohmaterials 16 aneinander anliegen. Diese Enden 21 werden dann stoffschlüssig und fluiddicht miteinander verbunden. Dies kann
beispielsweise, wie mit einer angedeuteten Schweißnaht 22 illustriert, durch das Verschweißen dieser Enden 21 erfolgen. Dabei kann die thermische
Energieübertragung auf die chemische Zusammensetzung zum Ausbilden der Passivierung und somit der Schicht 9 durch die zum Schweißen benötigte Wärme erfolgen. Das Rohmaterial 16 kann vor dem Umformen oder vor dem Befestigen der Enden 21 aneinander auf die gewünschte Größe des Rohrkörpers 8
zugeschnitten werden. Zum Herstellen des in Figur 4 gezeigten Bodens 10 werden in das Rohmaterial 16 die Aufnahmen 11 eingebracht, indem das Rohmaterial 16 gestanzt, gestochen oder tiefgezogen wird. Gegebenenfalls kann zuvor oder anschließend eine Umformung des Rohmaterials 16 erfolgen. Bei den gezeigten Beispielen ist es vorteilhaft, wenn die zweite Seite 20 lotplattiert ist. Dies gilt insbesondere, wenn aus dem Rohmaterial 16 ein Rohrkörper 8 hergestellt wird, der anschließend an weiteren Bestandteilen des Temperierkreislaufs 1 , insbesondere des
Wärmeübertragers 5, durch eine Lötverbindung befestigt wird. Dies ist
insbesondere bei einem in einer Rohraufnahme 11 aufgenommenen Rohrkörper 8, wie er in Figur 4 angedeutet ist, der Fall, der über seine Außenseite 13 in der Rohraufnahme 11 durch eine Lötverbindung befestigt werden kann. Hierbei kann die thermische Energieübertragung auf die chemische Zusammensetzung zum Ausbilden der Passivierung und somit der Schicht 9 durch die zum Verlöten benötigte Wärme erfolgen.
Neben den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Bestandteilen des
Wärmeübertragers 5 können auch weitere Bauteile 7 des Temperierkreislaufs 1 aus dem passivierten oder vorbehandelten Rohrmaterial 16 hergestellt werden. Zu solchen Bauteilen 7 gehören solche, die zwischen dem Wärmeübertrager 5, der Einrichtung 2 und der Fördereinrichtung 3 verlaufen und welche insbesondere als Rohrkörper 8 ausgebildet sind.
*****

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (7) eines Termperierkreislaufs (1 ), insbesondere eines Bauteils (7) eines Wärmeübertragers (5) des
Termperierkreislaufs (1 ), durch den im Betrieb ein Temperierfluid strömt, wobei das Bauteil (7) eine Innenseite (12) und eine von der Innenseite (12) abgewandte Außenseite (13) aufweist, und wobei im Betrieb des
Termperierkreislaufs (1 ) die Innenseite (12) des Bauteils (7) mit dem
Temperierfluid in Kontakt steht, wobei
- ein metallisches Rohmaterial (16) mit einer ersten Seite (19) und einer von der ersten Seite (19) abgewandten zweiten Seite (20) bereitgestellt und zumindest die erste Seite (19) passiviert oder zur Passivierung
vorbehandelt wird,
- das Bauteil (7) aus dem Rohmaterial (16) hergestellt wird, derart, dass die erste Seite (19) des Rohmaterials (16) zumindest teilweise die Innenseite (12) des Bauteils (7) bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Rohmaterial (16) ein metallisches Band (17), insbesondere ein Blech (18), bereitgestellt und passiviert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dass als Rohmaterial (16) ein solches aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach einem er Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Rohmaterial (16) umgeformt und als Bauteil (7) ein Rohrkörper (8) hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Rohmaterial (16) mit zumindest einer Aufnahme (11 ) versehen und als Bauteil (7) ein Boden (10) hergestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Seite (20) des Rohmaterials (16) lotplattiert und das Bauteil (7) anschließend hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Rohmaterial (16) derart passiviert oder vorbehandelt wird, dass die Passivierung lötfest und/oder schweißfest ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Vorbehandlung eine chemische Zusammensetzung zumindest auf die erste Seite (19) aufgebracht wird, die bei einem anschließenden Heizen der thermischen Zusammensetzung zu einer Passivierung der Seite (19, 20) führt, auf welcher die chemische Zusammensetzung aufgebracht ist.
9. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertrages (5), insbesondere eines Termperierkreislaufs (1 ), durch den im Betrieb ein Temperierfluid strömt, wobei der Wärmeübertrager (5) zumindest zwei Bauteile (7) aufweist, die jeweils eine Innenseite (12) und eine von der Innenseite (12) abgewandte
Außenseite (13) aufweisen, und wobei im Betrieb des Wärmeübertragers (5) die Innenseite (12) mit dem Temperierfluid in Kontakt steht, wobei
- zumindest eins der wenigstens einen Bauteile (7) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt wird,
- der Wärmeübertrager (5) zusammengesetzt und die Bauteile (7)
anschließend aneinander befestigt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest eines der Bauteile (7) gemäß dem Verfahren nach
Anspruch 8 hergestellt wird,
- dass zumindest zwei der wenigstens zwei Bauteile (7) durch die
Übertragung thermischer Energie, insbesondere durch Löten, miteinander verbunden werden,
- dass die übertragende thermische Energie zum Verbinden der Bauteile (7) zudem zur Passivierung der mit der chemischen Zusammensetzung vorbehandelten Seite (19, 20) führt.
11. Termperierkreislauf (1 ),
- mit einem Temperierfluid, das im Betrieb durch den Termperierkreislauf (1 ) strömt,
- mit einer Einrichtung (2), die im Betrieb elektrische Leistung liefert
und/oder elektrische Energie speichert und welche im Termperierkreislauf (1 ) eingebunden ist und im Betrieb vom Temperierfluid temperiert ist,
- mit einem im Termperierkreislauf (1 ) eingebunden und im Betrieb vom
Temperierfluid durchströmten Wärmeübertrager (5) zum Temperieren des Temperierfluids, der gemäß einem Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 hergestellt ist.
12. Termperierkreislauf nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einrichtung (2) eine Brennstoffzelle (4) aufweist.
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