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Die
Erfindung betrifft ein Kühlsystem, insbesondere für
eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Primärkühlkreislauf,
mindestens einer Wärmetauschervorrichtung, insbesondere
Kühler, mindestens einer Nachlauffördervorrichtung
und mindestens einem von der Nachlauffördervorrichtung beaufschlagbaren
Sekundärkühlkreislauf, wobei Primär-
und Sekundärkühlkreislauf zumindest an eine Rücklaufseite
der Wärmetauschvorrichtung angeschlossen sind sowie eine
Antriebsvorrichtung.
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Kühlsysteme
der eingangs erwähnten Art sind bekannt, beispielsweise
aus
DE 103 18 744
B4 . Während der Primärkühlkreislauf
für eine ausreichende Kühlung der eigentlichen
Brennkraftmaschine, speziell des Zylinderblocks, sorgt, dient der
Sekundärkühlkreislauf entweder einer kurzfristigen,
zusätzlichen Kühlung der Brennkraftmaschine oder dem
Aufrechterhalten eines Kühlmittelstroms nach Abschalten
der Brennkraftmaschine. Eine Kühlung nach Abschalten der
Brennkraftmaschine ist insbesondere für thermisch hoch
beaufschlagte Teile wie beispielsweise Turbolader, Zylinderkopf
oder spezielle Ventile vorgesehen. Dabei wird ein Kühlmassenstrom über
eine meistens elektrisch betriebene Pumpe durch einen Wärmetauscher
(im Fall eines Kraftfahrzeugs einen Kühler) bewegt, um
die Temperatur des Kühlfluids abzusenken, wobei ein eventuell
vorhandener Lüfter des Kühlers bei Bedarf zugeschaltet werden
kann, um daraufhin das Kühlfluid nach Bedarf zu verteilen.
Bei Kühlsystemen, die dem Stand der Technik entsprechen,
sind sowohl Primärkühlkreislauf als auch Sekundärkühlkreislauf
häufig an dieselbe Sammelkammer der Wärmetauschervorrichtung
angeschlossen. Läuft nach Abschalten der Brennkraftmaschine
die Nachlauffördervorrichtung um das Kühlfluid
im Sekundärkühlkreislauf zu bewegen, bei gleichzeitig
deaktiviertem Primärkühlkreislauf, so wird durch
eine Sogwirkung bereits erwärmtes Fluid aus dem Primärkühlkreislauf
herausgesaugt und dem Sekundärkühlkreislauf zugeführt.
Das Kühlfluid, das sich somit auf einem höheren
Temperaturniveau befindet, kann infolgedessen nur noch mit geringerer
Effektivität zu Kühlzwecken eingesetzt werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem mit
Primär- und Sekundärkühlkreislauf bereitzustellen,
bei dem gegenüber dem Stand der Technik kein Eintrag von
bereits erhitztem Primärkühlkreislauf-Kühlfluid
in den Sekundärkühlkreislauf erfolgt.
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Hierzu
wird ein Kühlsystem vorgeschlagen, das mindestens ein Ventil
zur Trennung der Rücklaufseite der Wärmetauschervorrichtung
von dem Primärkühlkreislauf aufweist. Somit besteht
die Möglichkeit, den Primärkühlkreislauf
bei Stillstand der Brennkraftmaschine von der Wärmetauschervorrichtung
abzukoppeln. Damit wird effektiv verhindert, dass bereits erhitztes
Kühlfluid in die Wärmetauschervorrichtung zurückgelangen
kann.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Nachlauffördervorrichtung
eine Pumpe, insbesondere elektrische Pumpe, ist. Eine elektrisch
betriebene Pumpe kann auf einfache Weise auch bei Stillstand der
Brennkraftmaschine mit Hilfe von gespeicherter elektrischer Energie
aus einer Batterie oder einem Akkumulator betrieben werden. Auf
diese Weise kann ein Nachlaufbetrieb des Kühlkreislaufs einfach
gewährleistet werden. Des weiteren ist eine einfache Regelung
der Pumpleistung möglich.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Ventil ein Rückschlagventil
ist. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich
das Ventil zur Trennung der Rücklaufseite der Wärmetauschervorrichtung
von dem Primärkühlkreislauf selbsttätig schließt,
sobald eine Rückströmung aus dem Primärkreislauf
in die Wärmetauschervorrichtung auftritt. Des weiteren
kann das Schließen des Rückschlagventils auch
aufgrund eines von der Nachlauffördervorrichtung verursachten
Drucks oder durch andere Mechanismen herbeigeführt werden.
Auch ein elektrisch betätigtes Ventil kann vorgesehen sein.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmetauschervorrichtung
mindestens eine stromabseitige Sammelkammer aufweist. Häufig
sind die Kühlmittel einer Wärmetauschervorrichtung
als Rohrbündel ausgestaltet, die eine Sammelkammer sowohl
vorlaufseitig als auch stromabseitig aufweisen. Beim Durchströmen
der Wärmetauschervorrichtung wird somit das Fluid auf mehrere
Stränge des Rohrbündels aufgeteilt. Das Kühlfluid
wird nun üblicherweise zunächst in einer stromabseitigen
Sammelkammer wieder zusammengeführt, bevor es den Kühlkreisläufen
zugeführt wird.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht das Ventil derart vor,
dass es die Sammelkammer in jeweils dem Primärkühlkreislauf
und dem Sekundärkühlkreis zuzuordnende Kammern
aufteilt. Somit liegt im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, also
bei sich im Betrieb befindlichem Primärkühlkreislauf,
keine Teilung der Sammelkammer vor. Das die Wärmetauschervorrichtung
durchströmende Kühlfluid wird somit sowohl dem
Primärkühlkreislauf als auch dem möglicherweise
zugeschalteten Sekundärkühlkreislauf zugeführt.
Sobald der Primärkühlkreislauf deaktiviert und
der Sekundärkühlkreis aktiviert ist, tritt eine
Rückströmung aus dem Primärkühlkreislauf
in den Sekundärkühl kreislauf auf. Daraufhin kann
das Ventil geschlossen werden, womit nun dem Sekundärkühlkreislauf
eine Kammer der stromabseitigen Sammelkammer der Wärmetauschervorrichtung
zugeordnet ist. In diese gelangt ausschließlich Kühlfluid,
das die Wärmetauschervorrichtung durchlaufen hat. Somit
ist die Temperatur des Kühlfluids auf einem niedrigen Niveau
und kann in effizienter Weise zur Kühlung von weiteren
Bauteilen eingesetzt werden.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass
das Ventil und/oder die Nachlauffördervorrichtung in einem
Rohr- und/oder Schlauchsystem vorgesehen ist. Für den Fall,
dass das Ventil und/oder die Nachlauffördervorrichtung nicht
in die Wärmetauschervorrichtung integriert werden können,
ist eine externe Unterbringung dieser Elemente vorgesehen. Dazu
wird die Nachlauffördervorrichtung über ein Rohr-
und/oder Schlauchsystem an der stromabseitigen Sammelkammer der
Wärmetauschervorrichtung angeschlossen, während
das Ventil nun eventuell direkt in der Verbindung zwischen Primärkühlkreislauf
und Wärmetauschervorrichtung untergebracht sein kann.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Ventil
und/oder zumindest ein Ansaugstutzen der Nachlauffördervorrichtung
in der Wärmetauschervorrichtung oder der dem Sekundärkühlkreislauf
zuzuordnenden Kammer der Sammelkammer vorgesehen ist. In dieser
vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist es vorgesehen, möglichst viele
der zusätzlichen Elemente in die Wärmetauschervorrichtung
zu integrieren. Dazu teilt das Ventil, wie durch die vorhergehenden
Ausführungen beschrieben, die stromabseitige Sammelkammer
der Wärmetauschervorrichtung in Kammern auf, die dem Primärkühlkreislauf
und dem Sekundärkühlkreislauf zuzuordnen sind.
In der Kammer, die dem Sekundärkühlkreislauf zugeordnet
ist, wird weiterhin zumindest der Ansaugstutzen der Nachlauffördervorrichtung
untergebracht.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Nachlauffördervorrichtung
in der Wärmetauschervorrichtung, insbesondere Sammelkammer,
zumindest teilweise integriert ist. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen,
die Nachlauffördervorrichtung zu einem möglichst
großen Teil in die Wärmetauschervorrichtung zu
integrieren. Die integrierte Nachlauffördervorrichtung
kann das Kühlfluid effizient durch den Sekundärkühlkreislauf
bewegen. Ebenso wird ein zusätzlicher Aufwand durch sonst erforderliche
Anbauteile, wie beispielsweise Halter- und Lagerungen, überflüssig.
Ebenso kann vorgesehen sein, die Nachlauffördervorrichtung
an einer Außenseite der Wärmetauschervorrichtung
zu befestigen, beispielsweise durch Stecken, Schrauben oder Flanschen.
Mög licherweise können Teile eines Gehäuses
der Nachlauffördervorrichtung in die Wärmetauschervorrichtung
integriert werden.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Ventil
während des Betriebs der Nachlauffördervorrichtung
geschlossen ist. Durch das Schließen des Ventils ist sichergestellt,
dass nur Kühlfluid in den Sekundärkreislauf gelangen
kann, welches die Wärmetauschervorrichtung durchlaufen hat.
Ein Rückströmen von heißem Fluid aus
dem Primärkühlkreislauf in den Sekundärkühlkreislauf
kann somit nicht mehr auftreten.
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Die
Erfindung sieht ferner eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, vor, die mindestens ein Kühlsystem nach
den vorhergehenden Ausführungen aufweist.
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Die
Zeichnung verdeutlicht die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen,
dabei zeigt:
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1 ein
Kühlsystem mit einer Wärmetauschervorrichtung,
in die eine Nachlauffördervorrichtung und ein Ventil integriert
sind, bei einem aktivierten Primärkühlkreislauf,
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2 dieselbe
Konfiguration wie 1, bei deaktiviertem Primärkühlkreislauf,
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3 das
Kühlsystem mit einer Wärmetauschervorrichtung,
wobei Nachlauffördervorrichtung und Ventil außerhalb
der Wärmetauschervorrichtung angebracht sind, bei aktiviertem
Primärkühlkreislauf,
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4 dieselbe
Konfiguration wie 3, bei deaktiviertem Primärkühlkreislauf.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Kühlsystems 1,
mit einer Wärmetauschervorrichtung 2, hier als
Kühler 3 dargestellt. Die Wärmetauschervorrichtung 2 wird über
einen Zulaufstutzen 4 mit einem Kühlfluid versorgt,
dessen Strömungsrichtung durch den Pfeil 5 angezeigt
ist. Der Kühler verfügt weiterhin über
eine einlaufseitige Sammelkammer 6 und eine stromabseitige
Sammelkammer 7. Die Sammelkammern 6, 7 sind
durch Kühlkanäle 8 miteinander verbunden.
Durch die Kühlkanäle 8 kann das Kühlfluid
von der Sammelkammer 6 in die stromabseitige Sammelkammer 7 fließen.
Die Wärmetauschervorrichtung 2 verfügt
ferner über einen Lüfter 9, der einen
Umgebungsluftstrom erzeugt, und damit die Kühlkanäle 8 von
außen kühlt. Dadurch wird das durch die Kühlkanäle 8 fließende
Kühlfluid von einer hohen Temperatur auf Seiten der Sam melkammer 6 auf
eine niedrigere Temperatur auf Seiten der Sammelkammer 7 gebracht.
Die stromabseitige Sammelkammer 7 weist weiterhin einen
Anschlussstutzen 10 auf, über den ein Primärkühlkreislauf 11 mit
Kühlfluid versorgt wird. In der stromabseitigen Sammelkammer 7 ist
eine Unterteilung durch eine Trennwand 12 sowie ein Ventil 13,
das hier als Klappe 14 ausgebildet ist, vorgesehen. Die
Klappe 14 ist über einen Schwenkmechanismus 15 mit
der Trennwand 12 verbunden. Außerdem ist eine
Rückholvorrichtung 16 vorgesehen, die an der Klappe 14 angebracht
ist und auf diese eine Kraft aufprägt, die die Klappe 14 in eine
Geschlossenstellung zu bringen versucht. Durch Trennwand 12 und
Klappe 14 wird die stromabseitige Sammelkammer 7 in
eine dem Primärkühlkreislauf 11 zuzuordnende
Kammer 17 und eine dem Sekundärkühlkreislauf 24 zuzuordnende
Kammer 18 aufgeteilt. Die Kammer 18 weist eine
elektrische Pumpe 19 auf, die über einen Ansaugstutzen 20 Kühlfluid
aus der Kammer 18 ansaugt und über ein Schlauch-
beziehungsweise Rohrsystem 21 zu einem zu kühlenden
Bauteil 22, hier als Abgasturbolader 23 ausgebildet,
transportieren kann, sobald die Pumpe 19 aktiviert wird.
Das Schlauch- beziehungsweise Rohrsystem 21 bildet den
Sekundärkühlkreislauf 24 aus. Die 1 beschreibt
den Zustand des Kühlsystems 1 bei aktivierter,
nicht dargestellter Brennkraftmaschine. In diesem Fall ist die Pumpe 19 in
den meisten Fällen nicht aktiviert, sodass das gesamte
Kühlfluid in der durch den Pfeil 5 markierten Strömungsrichtung
durch die Wärmetauschervorrichtung 2 strömt
und schließlich in den Anschlussstutzen 10 des
Primärkühlkreislaufs 11 gelangt. In Ausnahmefällen,
beispielsweise bei erwünschter zusätzlicher Kühlung,
kann die Pumpe 19 aktiviert werden. In diesem Fall bleibt
die Klappe 14 weiterhin geöffnet, da sowohl von
Primärkühlkreislauf 11 als auch Sekundärkreislauf 24 eine
Strömung in der Art erzeugt wird, dass die Klappe 14 in
Offenposition verbleibt.
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In 2 wird
die Konfiguration aus 1 für den Fall dargestellt,
dass die nicht dargestellte Brennkraftmaschine deaktiviert ist,
und somit kein Kühlfluid durch den Primärkühlkreislauf 11 strömt, während
die Pumpe 19 aktiviert ist und somit eine Strömung
in Richtung des Pfeils 5 durch den Sekundärkreislauf 24 vorliegt.
In dem Offenzustand der Klappe 14 aus 1 würde
nun eine Rückströmung von Kühlfluid aus
dem Anschlussstutzen 10 des Primärkreislaufs 11 in
Richtung des Ansaugstutzens 20 des Sekundärkreislaufs 24 auftreten.
Durch diese Rückströmung schließt sich
das als Rückschlagventil 25 ausgebildete Klappe 14,
unterstützt durch die Rückholvorrichtung 16,
die bereits eine gewisse Kraft auf das Rückschlagventil 25 aufprägt
und somit versucht, es in die Geschlossenstellung zu bewegen. Man
erkennt in 2, dass nun nicht mehr der gesamte
Kühler 3, beziehungsweise alle Kühlkanäle 8, des
in Richtung des Pfeils 5 strömenden Fluids verwendet
wird. Trotz einer verringerten effektiven Oberfläche des
Küh lers 3 wird die Effektivität des Sekundärkühlkreislaufs 24 dadurch
verbessert, dass kein Rückströmen von erwärmten
Kühlfluid aus dem Anschlussstutzen 10 in den Sekundärkühlkreis 24 erfolgt.
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Die 3 zeigt
einen alternativen Aufbau zu 1, bei dem
das Ventil 13 und die Pumpe 19 außerhalb
der Wärmetauschervorrichtung 2 angebracht sind.
Die Pumpe 19 ist über einen im Gegensatz zu 1 verlängerten
Ansaugstutzen 20 mit der stromabseitigen Sammelkammer 7 der
Wärmetauschervorrichtung 2 verbunden. Das Ventil 13 ist
nun im Anschlussstutzen 10 positioniert. Es ist hier beispielhaft aus
einem in Strömungsrichtung in gewissem Umfang verlagerbarem
Dichtungselement 26 sowie auf das Dichtungselement 26 angepassten
Gegenstücken 27 zusammengesetzt. Wiederum ist
in 3, analog zur 1, ein Zustand
dargestellt, der während dem Betrieb der nicht dargestellten
Brennkraftmaschine auftritt. Die Pumpe 19 ist deaktiviert,
sodass das gesamte Kühlfluid dem Primärkreislauf 11 zugeführt
wird und durch den dadurch entstehenden Strömungsdruck
das Dichtungselement 26 des hier ausgebildeten Rückschlagventils 25 in
die Offenposition drängt.
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4 zeigt
denselben Aufbau des Kühlsystems 1 wie 3,
allerdings analog zu 2 einen Zustand, in dem die
nicht dargestellte Brennkraftmaschine deaktiviert ist, sodass das
Kühlfluid nicht durch den Primärkühlkreislauf 11 strömt.
Stattdessen ist die Pumpe 19 aktiviert, sodass sich ein
Kühlmittelstrom entlang der Pfeile 5 einstellt.
Bei zunächst geöffnetem Rückschlagventil 25 tritt
nun ein Rückstrom aus dem Primärkühlkreislauf 11 durch
den Anschlussstutzen 10 in Richtung Sekundärkühlkreislauf 24 auf.
Durch diesen Kühlmittelstrom wird eine Kraft auf das beweglich
gelagerte Dichtungselement 26 aufgeprägt, das
daraufhin in Richtung Wärmetauschervorrichtung 2 verlagert
wird und sich auf die Gegenstücke 27 aufstützt.
Daraus resultiert eine Dichtwirkung, die die Rückströmung
des Kühlmittels aus dem Primärkühlkreis 11 unterbindet.
Somit kann auch bei diesem Aufbau kein erwärmtes Kühlmittel
in den Sekundärkühlkreislauf 24 eintreten.
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- 1
- Kühlsystem
- 2
- Wärmetauschervorrichtung
- 3
- Kühler
- 4
- Zulaufstutzen
- 5
- Pfeil
(Strömungsrichtung)
- 6
- Sammelkammer
(Einlauf)
- 7
- Sammelkammer
(stromabseitig)
- 8
- Kühlkanal
- 9
- Lüfter
- 10
- Anschlussstutzen
- 11
- Primärkühlkreislauf
- 12
- Trennwand
- 13
- Ventil
- 14
- Klappe
- 15
- Schwenkmechanismus
- 16
- Rückholvorrichtung
- 17
- Kammer
(Primärkühlkreislauf)
- 18
- Kammer
(Sekundärkühlkreislauf)
- 19
- Pumpe
- 20
- Ansaugstutzen
- 21
- Schlauch-
beziehungsweise Rohrsystem
- 22
- Bauteil
- 23
- Abgasturbolader
- 24
- Sekundärkühlkreislauf
- 25
- Rückschlagventil
- 26
- Dichtungselement
- 27
- Gegenstück
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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