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Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte und ein Getriebe mit einer Kühlplatte.
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Es ist allgemein bekannt, dass bei einem Getriebe Verlustwärme entsteht und somit das Schmieröl des Getriebes bei dem Betrieb des Getriebes aufgewärmt wird. Zur Abfuhr der Verlustwärme ist aus der
WO 2007/124885 A2 ein Kühler bekannt.
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Aus der
DE 102006057796 A1 ist eine durch Luftkühler oder Wasserkühler entwärmten Leistungselektronik bekannt.
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Aus der
US 2020003497 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine Kühlplatte mit einer Kühlkanalstruktur bekannt.
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Aus der
GB 2504302 A ist die Herstellung eines dreidimensionalen Wärmetransfers auf einem Substrat bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühlplatte für ein Getriebe weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Kühlplatte nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Kühlplatte sind, dass die Kühlplatte additiv, insbesondere mittels 3D-Druck, gefertigt ist,
wobei in der Kühlplatte eine Kühlkanalstruktur ausgebildet ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass eine Kühlkanalstruktur in der Platte, also innerhalb der Platte, ausbildbar ist. Wenn eine Kühlkanalstruktur mittels Gussteilen ausgebildet werden soll, muss ein Oberteil und ein Unterteil ausgebildet werden, die bei der Herstellung dicht verbunden werden müssen. Erfindungsgemäß ist aber nur ein einziges Teil hergestellt, so dass die Abdichtung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil nicht notwendig ist. Durch die additive Fertigung mit dem 3D-Drucker ist eine komplexe Kühlkanalstruktur, die eine Verwirbelung des strömenden Kühlmediums bewirkt und somit einen verbesserten Abtransport der Wärme bewirkt, bereitstellbar. Die Kühlkanalstruktur ist dabei aus sich kreuzenden ersten und dazu senkrecht sich erstreckenden zweiten Kühlkanälen bildbar, so dass zwischen diesen Kühlkanälen Dombereiche in der Kühlkanalstruktur übrigbleiben, welche die Oberseite mit der Unterseite der Kühlplatte verbinden. Die Ausformung der Dombereiche in Zusammenwirkung mit der Querschnittsform der Kühlkanäle bewirkt die Verwirbelung und somit Verhinderung einer rein laminaren Strömung des Kühlmediums.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung führt ein Einlass von einer Seitenfläche, insbesondere von der Oberfläche, der Kühlplatte zur Kühlkanalstruktur. Von Vorteil ist dabei, dass das Kühlmedium in einfacher Weise zuführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung führt ein Auslass von der Seitenfläche, insbesondere von der Oberfläche, der Kühlplatte zur Kühlkanalstruktur. Von Vorteil ist dabei, dass das Kühlmedium in einfacher Weise abführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kühlkanalstruktur zumindest ein Kühlkanalfeld auf,
in welchem erste Kühlkanäle in Längsrichtung verlaufen und zweite Kühlkanäle dazu quer verlaufen, insbesondere in Querrichtung verlaufen. Von Vorteil ist dabei, dass das Kühlmedium die Kühlkanäle turbulent durchströmt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die ersten Kühlkanäle den selben Abstand zu einer oder der Seitenfläche, insbesondere Oberfläche, der Kühlplatte auf wie die zweiten Kühlkanäle. Von Vorteil ist dabei, dass alle Kühlkanäle innerhalb derselben Ebene angeordnet sind, also innerhalb des Kühlkanalfelds.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kühlplatte eine Breite, insbesondere Wandstärke, auf, welche mindestens zehnmal geringer ist als die Höhe und als die Länge der Kühlplatte. Von Vorteil ist dabei, dass die Kühlplatte plattenartig ausgeformt ist. Somit ist die Platte also sehr schmal.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Querschnitt eines jeweiligen Kühlkanals mit zunehmender Entfernung zur Seitenfläche, insbesondere Oberfläche, eine insbesondere von Null an streng monoton zunehmende Ausdehnung auf bis nach Erreichen einer maximalen Ausdehnung mit weiter zunehmender Entfernung zur Seitenfläche die Ausdehnung insbesondere streng monoton abnimmt, insbesondere bis Null. Von Vorteil ist dabei, dass eine Verwirbelung des Kühlmediumstroms erreichbar ist. Außerdem ist die Kühlplatte sehr steif und/oder stabil ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die im insbesondere eben ausgeführten Kühlkanalfeld angeordneten, sich in Längsrichtung erstreckenden Kühlkanäle denselben Querschnitt auf wie die im insbesondere eben ausgeführten Kühlkanalfeld angeordneten, in Querrichtung sich erstreckenden Kühlkanäle. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung und eine hohe Stabilität der Kühlplatte erreichbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwischen den Kühlkanälen innerhalb des jeweiligen, insbesondere eben ausgeführten, Kühlkanalfelds Dombereiche ausgebildet, welche die Seitenfläche mit der dieser Seitenfläche gegenüberliegenden Seitenfläche der Kühlplatte verbinden. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Stabilität der Kühlplatte erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung nimmt die Ausdehnung des jeweiligen Dombereichs mit zunehmender Entfernung zur Seitenfläche, insbesondere streng monoton, ab, bis eine minimale Ausdehnung erreicht ist, und mit weiter zunehmender Entfernung nimmt die Ausdehnung, insbesondere streng monoton, zu. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Stabilität der Kühlplatte erreichbar ist und außerdem eine effiziente Verwirbelung des Kühlmediumstroms, so dass ein großer Wärmestrom auch bei schnell fließendem Kühlmediumstrom aufnehmbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder Dombereich innerhalb des jeweiligen, insbesondere eben ausgeführten, Kühlkanalfelds zwischen zwei sich in Längsrichtung erstreckenden Kühlkanälen und zwischen zwei sich in Querrichtung erstreckenden Kühlkanälen angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Dombereich eine diskrete Rotationssymmetrie aufweist, insbesondere eine vierzählige Drehsymmetrie. Somit ist eine Verwirbelung des Kühlmediumstroms in einfacher Weise erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Querrichtung senkrecht zur Längsrichtung ausgerichtet. Von Vorteil ist dabei, dass der 3D-Drucker in einfacher Weise programmierbar ist und somit eine einfache Herstellung ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung mündet der Einlass in einen ersten Verteilkanal der Kühlkanalstruktur, aus welchem die sich in Längsrichtung erstreckenden ersten Kühlkanäle mit Kühlmedium gespeist werden,
wobei die sich in Längsrichtung erstreckenden Kühlkanäle an ihrem vom ersten Verteilkanal abgewandten Ende in einen ersten Sammelkanal münden, welcher einen zweiten Verteilkanal mit Kühlmedium speist, aus dem sich in Längsrichtung erstreckende zweite Kühlkanäle mit Kühlmedium gespeist werden,
wobei die zweiten Kühlkanäle an ihrem jeweils von diesem zweiten Verteilkanal abgewandten Endbereich in einen zweiten Sammelkanal münden, welcher in den Auslass mündet,
wobei die ersten Kühlkanäle von den zweiten Kühlkanälen beabstandet sind,
insbesondere wobei alle zwei, zueinander nächstbenachbarte der ersten Kühlkanäle zueinander einen geringeren Abstand aufweisen als zu jedem zweiten Kühlkanal. Von Vorteil ist dabei, dass platzsparend und trotzdem effizient entwärmt wird. Hierzu fließt der vom Verteilkanal aufgespreizte Kühlmediumstrom zunächst in Längsrichtung bis er vom Sammelkanal in den zweiten Verteilkanal geführt wird, von wo er dann entgegen der Längsrichtung bis zu dem zweiten Sammelkanal fließt. Somit ist ein erstes Hinströmen in Längsrichtung und ein darauf nachfolgender Rückstrom entgegen der Längsrichtung ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung mündet der Einlass in einen ersten Verteilkanal der Kühlkanalstruktur mündet, aus welchem die sich in Längsrichtung erstreckenden ersten Kühlkanäle mit Kühlmedium gespeist werden,
wobei die sich in Längsrichtung erstreckenden Kühlkanäle an ihrem vom ersten Verteilkanal abgewandten Ende in einem Umlenkbereich halbkreisförmig erstrecken und dann in sich in Längsrichtung erstreckende zweite Kühlkanäle münden, insbesondere in welchen das Kühlmedium entgegen der Längsrichtung strömt,
wobei die zweiten Kühlkanäle an ihrem jeweils von diesem zweiten Verteilkanal abgewandten Endbereich in einen zweiten Sammelkanal münden, welcher in den Auslass mündet,
insbesondere wobei die ersten Kühlkanäle von den zweiten Kühlkanälen beabstandet sind,
insbesondere wobei alle zwei, zueinander nächstbenachbarte der ersten Kühlkanäle zueinander einen geringeren Abstand aufweisen als zu jedem zweiten Kühlkanal.
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Von Vorteil ist dabei eine besonders einfache Herstellung und ein laminares Durchströmen im Umlenkbereich, insbesondere mit geringem Strömungswiderstand.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kühlplatte aus Metallpartikeln insbesondere mittels eines 3D-Druckers additiv gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass komplexe Formgebungen ermöglicht sind, die durch Gießen oder andere Fertigungsmethoden nicht herstellbar sind. Insbesondere ist das Ausbilden eines Rechteckgitters von Dombereichen im Innern einer Platte nicht mit herkömmlichen Methoden fertigbar. Denn die Dombereiche befinden sich in einem hohlen Innenraum der innerhalb der Platte ausgebildet ist und nur über den Einlass und den davon beabstandeten Auslass mit der Oberfläche der Platte oder deren Umgebung zugänglich ist. Dabei erstreckt sich der Innenraum in Längsrichtung, also in Richtung der längsten Ausdehnung der Platte, weiter als in Querrichtung, also in Richtung der zweitlängsten Ausdehnung der im Wesentlichen quaderförmigen Platte, wobei der größte lichte Durchmesser des Einlasses und auch des Auslasses weniger als ein Drittel der Ausdehnung des Innenraums in Querrichtung beträgt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden die Dombereiche, insbesondere eines jeweiligen Kühlkanalfeldes, ein Rechteckgitter. Von Vorteil ist dabei, dass die Stabilität der Platte sehr hoch ist, das ein engmaschiges Rechteckgitter eine hohe Kraft übertragbar macht.
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Wichtige Merkmale bei dem Getriebe mit einer vorgenannten Kühlplatte sind, dass das Getriebe ein Gehäuseteil aufweist, welches eine durch das Gehäuseteil durchgehende Ausnehmung aufweist,
wobei die Kühlplatte die Ausnehmung bedeckt, abdeckt und/oder verschließt.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Kühlplatte an ihrer dem Getriebeinneren zugewandten Seite mit Schmieröl im Kontakt steht und somit eine direkte Entwärmung des Schmieröls ermöglicht ist. Durch das die Kühlplatte durchströmende Kühlmedium, insbesondere Wasser oder Öl, ist ein effizientes Entwärmen ermöglicht.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist eine erfindungsgemäß additiv gefertigte Kühlplatte 1 in Schrägansicht dargestellt.
- In der 2 ist ein zugehöriger Querschnitt der Kühlplatte 1 dargestellt.
- In der 3 ist ein zugehöriger Längsschnitt der Kühlplatte 1 dargestellt.
- In der 4 ist eine zur längsgeschnittenen Kühlplatte 1 eine Draufsicht dargestellt.
- In der 5 ist ein vergrößerter Bereich aus 4 dargestellt.
- In der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kühlplatte 1 dargestellt.
- In der 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Kühlplatte 1 dargestellt.
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Wie in den Figuren dargestellt, ist die Kühlplatte 1 additiv gefertigt.
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Die Kühlplatte 1 ist zum Bedecken einer Ausnehmung eines Gehäuseteils eines Getriebes verwendbar. Vorzugsweise ist die Ausnehmung zumindest teilweise unterhalb des Schmierölpegels des Getriebes angeordnet. Somit ist die vom Schmieröl an den Lagern der Wellen des Getriebes und/oder an einem Zahneingriffsbereich von Verzahnungsteilen aufgenommene Wärme direkt über die Kühlplatte 1 an das die Kühlplatte 1 durchströmende Kühlmedium, insbesondere Wasser oder Öl, abgebbar.
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Die Kühlplatte 1 ist additiv mittels eines 3D-Druckers gefertigt. Auf diese Weise ist nicht nur eine besondere geometrische Ausformung der Kühlplatte 1 fertigbar, sondern auch ein thermisch gut leitfähiges Material verwendbar, insbesondere Metall, insbesondere Aluminium.
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Die Kühlplatte 1 ist beispielsweise einem sehr flachen Quader entsprechend ausgeführt. Im Wesentlichen ist die Grundfläche als Rechteck mit abgerundeten Ecken ausgeführt und die Höhe, insbesondere Wandstärke, der Platte mindestens zehnmal kleiner als jede der Seitenlängen des Rechtecks.
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An seinem Außenrandbereich sind durch die Kühlplatte 1 durchgehende Löcher 4 vorgesehen, so dass Schrauben durch die Löcher 4 hindurchführbar sind und diese mit ihrem Gewindebereich in entsprechende Gewindebohrungen des Gehäuseteils des Getriebes eingeschraubt sind, so dass die Köpfe der Schrauben die Kühlplatte 1 an das Gehäuseteil andrücken.
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Im Inneren des einstückig, also einteilig, aber additiv hergestellten Kühlplatte 1 ist eine Kühlkanalstruktur vorhanden. Ein von außen zur Kühlkanalstruktur durchgehender Einlass 3 und Auslass 2 leiten das Kühlmedium zur Kühlkanalstruktur beziehungsweise aus der Kühlkanalstruktur heraus.
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Das durch den Einlass 3 eingeleitete Kühlmedium wird mittels eines Verteilkanals 30, in welchen der Einlass 3 mündet, verteilt, also aufgespreizt und somit zu in Längsrichtung sich erstreckenden Kühlkanälen, insbesondere welche voneinander in Querrichtung regelmäßig beabstandet sind, geleitet.
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Die Kühlkanäle weisen vorzugsweise einen viereckigen, insbesondere rautenförmigen oder quadratischen, Querschnitt auf.
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Die sich in Längsrichtung erstreckenden Kühlkanäle 20 durchlaufen ein Kühlkanalfeld 31, in welchem auch in Querrichtung sich erstreckende, insbesondere in Längsrichtung regelmäßig voneinander beabstandete Kühlkanäle vorgesehen sind.
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Somit ist eine Verwirbelung des Kühlmediumstroms in einfacher Weise bewirkt und die in Querrichtung sich erstreckenden Kanäle verbinden die sich in Längsrichtung erstreckenden Kanäle.
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Am Ende des Kühlkanalfelds 31 münden die sich in Längsrichtung erstreckenden Kühlkanäle im Sammelkanal 32 welcher zu einem weiteren Verteilkanal 33 führt, der das Kühlmedium wiederum zu sich in Längsrichtung erstreckenden, insbesondere in Querrichtung voneinander regelmäßig zueinander beabstandeten Kühlkanälen führt, die wiederum ein Kühlkanalfeld 34 durchlaufen, in welchem in Querrichtung sich erstreckende, insbesondere in Längsrichtung regelmäßig voneinander beabstandete Kühlkanäle vorgesehen sind.
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Die in Längsrichtung sich erstreckenden Kühlkanäle münden in einen zweiten Sammelkanal 35, welcher in den Auslass 2 mündet.
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Die Kühlkanalstruktur ist spiegelsymmetrisch ausgeführt zur Längsrichtung der Kühlplatte 1, wobei die Längsrichtung diejenige Richtung ist, in welcher die Kühlplatte 1 am längsten ausgedehnt ist.
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Zwischen dem Gehäuseteil des Getriebes und der Kühlplatte 1 ist eine Dichtung, insbesondere Flachdichtung, angeordnet, insbesondere zur Verbesserung der Dichtigkeit.
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Wie in 2 und 5 gezeigt, weist der Querschnitt eines jeweiligen Kühlkanals mit zunehmender Höhe zunächst eine insbesondere streng monoton zunehmende Breite auf bis nach Erreichen einer maximalen Breite mit weiter zunehmender Höhe die Breite insbesondere streng monoton abnimmt. Bei in Längsrichtung sich erstreckenden Kühlkanälen ist dabei die Breite in Querrichtung gemessen. Bei in Querrichtung sich erstreckenden Kühlkanälen ist dabei die Breite in Längsrichtung gemessen.
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Da im insbesondere eben ausgeführten Kühlkanalfeld (31, 34) sowohl in Längsrichtung sich erstreckende Kühlkanäle mit dem oben beschriebenen Querschnitt als auch in Querrichtung sich erstreckende Kühlkanäle mit einem oben beschriebenen Querschnitt ausgeführt sind, sind zwischen den Kühlkanälen innerhalb des jeweiligen Kühlkanalfelds (31, 34) Dombereiche 21 ausgebildet, welche die Unterseite der Kühlplatte mit der Oberseite der Kühlplatte 1 verbinden. Dabei sind beide Kühlkanalfelder (31, 34) zwischen der Oberseite und der Unterseite der Kühlplatte 1 angeordnet.
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Die Breite des jeweiligen Dombereichs 21 nimmt mit zunehmender Höhe zunächst, insbesondere streng monoton ab, bis eine minimale Breite erreicht ist. Mit weiter zunehmender Höhe nimmt jedoch die Breite, insbesondere streng monoton, zu.
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Die in einer Ebene, deren Normalenrichtung parallel zur Breitenrichtung der Kühlplatte 1 gemessene Querschnittsfläche des jeweiligen Dombereichs 21 nimmt mit zunehmender Höhe zunächst, insbesondere streng monoton ab, bis eine minimale Querschnittsfläche erreicht ist.
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Mit weiter zunehmender Höhe nimmt jedoch die Querschnittsfläche, insbesondere streng monoton, zu.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen nicht als ebenes Bauteil, sondern um einen Winkel gebogen ausgeführt. Vorzugsweise ist der Biegewinkel im Bereich der Kühlkanalfelder (31, 34) angeordnet, so dass die vom Sammelkanal 32 und Verteilkanal 33 aufgespannte Ebene senkrecht zu derjenigen Ebene ausgerichtet ist, welche vom Sammelkanal 35 und Verteilkanal 30 aufgespannt wird.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird die Kühlplatte 1 additiv auf einem Kunststoff gefertigt, wobei dem Kunststoff wärmeleitende Partikel, insbesondere Metallpartikel und/oder Keramik, beigemischt sind.
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Wie in 6 gezeigt, sind auch nahe vor dem ersten Sammelkanal 32 und dem zweiten Verteilkanal in Querrichtung sich erstreckende Kühlkanäle ausgebildet, so dass auch in dem dreieckigen entsprechenden Sammelbereich und Verteilbereich Dombereiche 21 ausgebildet sind. Diese Dombereiche 21 sind insbesondere in jeweiligen Reihen angeordnet.
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Ebenso sind solche in Querrichtung sich erstreckenden Kühlkanäle beim ersten Verteilbereich und zweiten Sammelbereich vorhanden, so dass auch dort Dombereiche 21 ausgebildet sind.
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Wie in 7 gezeigt, sind in Weiterbildung zur 6 oder zu den 1 bis 5 die sich in Längsrichtung erstreckenden Kühlkanäle des Kühlkanalfelds 31 über einen Umlenkbereich 70 verbindbar mit den entgegen der Längsrichtung sich erstreckenden Kühlkanälen des Kühlkanalfelds 34. Im Umlenkbereich verläuft also jeder Kühlkanal halbkreisförmig und geht dann in einen Kühlkanal des zweiten Kühlkanalfelds 34 über.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlplatte
- 2
- Auslass
- 3
- Einlass
- 4
- Loch
- 20
- Kühlkanal
- 21
- Dombereich
- 30
- Verteilkanal
- 31
- Kühlkanalfeld
- 32
- Sammelkanal
- 33
- Verteilkanal
- 34
- Kühlkanalfeld
- 35
- Sammelkanal
- 70
- Umlenkbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/124885 A2 [0002]
- DE 102006057796 A1 [0003]
- DE 10203238 A1 [0004]
- US 2020003497 A1 [0005]
- GB 2504302 A [0006]