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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperatursteuerung zwischen einer Wärme emittierenden Einrichtung und einem über einen Luftspalt benachbarten Aggregat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Die
DE 10 2005 059 418 A1 zeigt eine Einrichtung zur Steuerung des Wärmeflusses zwischen einem ersten Medium mit einer ersten Temperatur und einem zweiten Medium mit einer von dem ersten Medium verschiedenen zweiten Temperatur mit einer Stelleinrichtung, die einen Aktuator mit einem temperaturabhängig seine Form ändernden Stellelement aus einer Formgedächtnislegierung hat.
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Die
US 3,307,783 zeigt eine thermostatische Außenhaut für einen Raumflugkörper, die mit einer Vielzahl von thermostatischen Bimetallstreifen versehen ist. Wenn die Temperatur abfällt krümmen sich die Bimetallstreifen derart, dass Bereiche mit vergrößertem Schatten entstehen.
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Insbesondere in Kraftfahrzeugen ist es bekannt, zwischen Wärme emittierenden Einrichtungen wie der Abgasanlage und benachbarten Aggregaten, z. B. einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe oder einem (Hinter-)Achsgetriebe, Abschirmbleche zu verwenden, um eine schädliche Aufheizung der Aggregate bei hohen Dauerbelastungen zu vermeiden. Andererseits ist eine Wärmeübertragung bis zum Erreichen einer definierten Betriebstemperatur des Aggregates sinnvoll, um dessen Funktionalität und Wirkungsgrad günstig zu beeinflussen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die mit besonders einfachen, robusten und betriebssicheren Mitteln eine wirkungsvolle Temperatursteuerung ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 angeführt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass an einer Außenwand des Aggregates zumindest ein durch Wärmeaufnahme formveränderliches Abdeckteil angeordnet ist, das bei zunehmender Temperatur des Aggregates eine weitere Wärmezufuhr unterbindet oder eine Kühlluftzufuhr steuert. Das Abdeckteil bildet ein baulich einfaches, funktionssicheres Bauteil, das durch temperaturbedingte Formänderung entweder als Abschirmteil gegen Wärmestrahlung dient, oder durch direkte Wärmeleitung funktionslos geschaltet ist. Diese Funktion kann unmittelbar oder mittelbar durch Steuerung einer Kühlluftzufuhr erfolgen.
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In besonders vorteilhafter Weise kann das zumindest eine flächige Abdeckteil an der Außenwand des Aggregates oder der Wärme emittierenden Einrichtung derart angeordnet sein, dass es in einer dem kalten Aggregat entsprechenden Stellung durch direkte Wärmeleitung eine Wärmezufuhr zulässt und bei dem eine definierte Betriebstemperatur aufweisenden Aggregat eine direkte Wärmeleitung unterbricht.
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Erfolgt die Wärmeaufnahme (des Abdeckteils) in erster Linie durch Wärmestrahlung, so ist die Beschaffenheit der dem Aggregat zugewandten Abdeckteil-Oberfläche von Bedeutung. Die Abdeckteil-Oberfläche kann gegebenenfalls beschichtet oder in sonstiger Weise oberflächenbearbeitet sein, um die Wärmeaufnahme durch Wärmestrahlung zu erhöhen.
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Insbesondere kann das Abdeckteil an der Außenwand des Aggregates derart befestigt sein, dass es bei kaltem Aggregat mit seiner überwiegenden Fläche an der Außenwand wärmeleitend anliegt und bei Betriebstemperatur und darüber von der Außenwand abgehoben ist und damit in einfacher Weise unter Entfall von Lagerungen oder Betätigungseinrichtungen eine Temperatursteuerung ermöglicht.
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In Umkehrfunktion kann das Abdeckteil bei kaltem Aggregat an einer Wand der Wärme emittierenden Einrichtung direkt anliegen und diese Wärme über Kontaktstellen an die Außenwand des Aggregates leiten, wobei bei zunehmender Temperatur des Aggregates das Abdeckteil von der Einrichtung abgehoben ist.
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In baulich und fertigungstechnisch besonders günstiger Weise kann das flächige Abdeckteil ein Bimetallblech sein, das sich bei zunehmender Erwärmung entsprechend verformt und entweder an einer Außenwand anliegt oder von dieser abgehoben ist. Das flächige Abdeckteil kann alternativ aus einer Formgedächtnis-Metalllegierung hergestellt sein.
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Ferner können abhängig von den baulichen und/oder thermischen Gegebenheiten auch mehrere Abdeckteile aus Bimetall oder einer Formgedächtnislegierung angeordnet sein.
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In alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann das Abdeckteil bei kaltem Aggregat einen Einlass für an dem Aggregat entlang strömende Kühlluft schließen und bei zunehmender Temperatur öffnen und somit ebenfalls eine wirkungsvolle Temperatursteuerung bereitstellen.
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Dabei kann um das Aggregat zumindest teilweise ein einen Strömungskanal umschließendes Luftführungsteil vorgesehen sein, wobei das temperaturabhängig schließende bzw. öffnende Abdeckteil als Klappe im Luftführungsteil ausgebildet ist.
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Schließlich können an der Außenwand innerhalb des Luftführungsteiles die Kühlwirkung weiter erhöhende Kühlrippen vorgesehen sein.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die grob schematische Zeichnung zeigt in:
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1 einen Querschnitt durch eine Abgasanlage als Wärme emittierende Einrichtung in einem Kraftfahrzeug und durch ein nur abschnittsweise ersichtliches, benachbart dazu positioniertes Gehäuse eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes und mit einer Vorrichtung zur Temperatursteuerung mittels eines Bimetall-Abdeckteiles;
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2 eine zur 1 alternative Vorrichtung mit mehreren Abdeckelementen aus einer Formgedächtnis-Metalllegierung an dem Gehäuse des Wechselgetriebes;
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3 eine weitere, zur 1 alternative Vorrichtung mit einem Bimetall-Abdeckteil, das in umgekehrter Funktion im kalten Zustand an der Abgasanlage wärmeleitend anliegt;
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4 einen Querschnitt durch eine weitere Vorrichtung zur Temperatursteuerung mit einem um das Gehäuse des Wechselgetriebes angeordneten Luftführungsteil und einem als Klappe ausgebildeten Bimetallteil; und
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5 einen Schnitt gemäß Linie V-V der 4 durch die Vorrichtung.
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In der 1 ist soweit zum Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich als Wärme emittierende Einrichtung ein Abschnitt einer Abgasanlage 10 dargestellt, der mit relativ geringem Abstand bzw. Luftspalt zu einem ebenfalls nur teilweise ersichtlichen Gehäuse 12 eines Aggregates bzw. eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes angeordnet ist. Das Gehäuse 12 kann alternativ auch einem (Hinter-)Achsgetriebe zugeordnet sein.
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Der Abschnitt 10 der Abgasanlage kann beispielsweise ein Katalysator zur Behandlung der Abgase einer Brennkraftmaschine sein, der im Betriebszustand eine Temperatur bis zu 800°C und darüber erreichen kann und dementsprechend in beträchtlichem Maße Wärme auf das Gehäuse 12 des Wechselgetriebes abstrahlt.
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Das Wechselgetriebe ist herkömmlicher Bauart und weist innerhalb des Gehäuses 12 einen Schmierölsumpf 14 auf. Für die Funktion und den Wirkungsgrad des Wechselgetriebes ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur des Schmieröles bzw. dessen Viskosität in einem definierten Betriebsbereich liegt. Dieser Temperaturbereich sollte schnell erreicht und nicht wesentlich überschritten werden.
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Dazu ist an der dem Abschnitt 10 der Abgasanlage zugewandten Wand 16 ein Abdeckteil 18 vorgesehen, das wie ersichtlich im Hauptstrahlungsbereich (vgl. die eingezeichneten Pfeile 20) des Abschnittes 10 liegt und aus Bimetall hergestellt ist.
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Das flächige, relativ dünnwandige Abdeckteil 18 ist an seinen oberen und unteren Randflanschen 18a, 18b an angeformten Butzen 16a, 16b mittels nicht dargestellter Schrauben befestigt. Das Abdeckteil 18 erstreckt sich dabei zumindest im Wesentlichen über die Länge des Abschnittes 10 und/oder über die Länge der Wand 16 des Gehäuses 12 des Wechselgetriebes.
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Das Abdeckteil 18 aus Bimetall ist konstruktiv so ausgeführt, dass es im kalten Zustand über wesentliche Flächenbereiche an der Wand 16 unter Vorspannung anliegt und somit die Strahlungswärme des Abschnittes 10 der Abgasanlage direkt in das Gehäuse 12 einleitet. Dies führt zu einer schnelleren Erwärmung des Schmieröles des Wechselgetriebes bis zu dessen Betriebstemperatur.
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Mit Zunahme der Temperatur des Schmieröles und des Gehäuses 12 bzw. der Wand 16 steigt auch die in direktem Kontakt dazu befindliche Temperatur des Abdeckteiles 18 an und das Abdeckteil 18 verformt sich durch die Bimetallwirkung von der Wand 16 weg in eine Position, wie sie in gestrichelten Linien angedeutet ist.
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Nunmehr wirkt das Abdeckteil 18 im Wesentlichen als Abschirmblech an sich bekannter Funktion, wobei es zur Wand 16 einen Luftspalt ausbildet und somit die Strahlungswärme weitgehendst isoliert. Eine weitere Temperaturzunahme des Schmieröles aufgrund der Strahlungswärme des Abschnittes 10 der Abgasanlage ist im wesentlichen unterbunden.
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Anstelle eines Abdeckteiles 18 wie zur 1 beschrieben können gegebenenfalls mehrere Abdeckteile 18, z. B. hintereinander liegend, vorgesehen sein.
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Die 2 zeigt zwei Abdeckteile 22, die klappenähnlich über Randflansche 22a an den Butzen 16a, 16b der Wand 16 des Gehäuses 12 des Wechselgetriebes mittels nicht dargestellter Schrauben befestigt sind.
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Die Abdeckteile 22 aus einer Formgedächtnis-Metalllegierung sind so angeordnet, dass sie im kalten Zustand im wesentlichen um ca. 90°C zu ihren Randflanschen 22a abgebogen den durch die Pfeile 20 angezeigten Strahlungsbereich des Abschnittes 10 der Abgasanlage freigeben und somit eine schnelle Erwärmung des Schmieröles über die Wand 16 begünstigen.
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Mit zunehmender Erwärmung des Schmieröles und der Wand 16 verformen sich die Abdeckteile 22 wie in gestrichelten Linien angedeutet derart, dass sie nun im wesentlichen die Wand 16 gegen die Strahlungswärme abschirmen.
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In der 3 ist ein Abdeckteil 24 aus Bimetall dargestellt, das wiederum an den Butzen 16a, 16b über Randflansche 24a, 24b und nicht dargestellte Schrauben an der Wand 16 des Gehäuses 12 des Wechselgetriebes befestigt ist. Das Abdeckteil 24 ist aber durch seine Formgebung so ausgelegt, dass es im kalten Zustand flächig an Umfangsbereichen des Abschnittes 10 der Abgasanlage in direktem Kontakt anliegt.
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Damit erfolgt eine Aufheizung der Wand 16 einerseits durch direkte Wärmeleitung über dessen Randflansche 24a und andererseits durch die indirekte Wärmeabstrahlung von dessen an dem Abschnitt 10 anliegendem Flächenbereich (entsprechend den Pfeilen 20).
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Mit zunehmender Erwärmung des Schmieröles und der Wand 16 des Wechselgetriebes nimmt auch die Beharrungstemperatur des Abdeckteiles 24 zu und dieses verformt sich aufgrund der aufgeprägten Bimetallwirkung in die gestrichelt angedeutete Position, in der das Abdeckteil 24 keinen direkten Kontakt mehr zu dem Abschnitt 10 aufweist. Das Abdeckteil 24 wirkt somit in an sich bekannter Weise als Abschirmblech, das die Strahlungswärme des Abschnittes 10 der Abgasanlage wirkungsvoll abschirmt.
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Die 4 und 5 zeigen eine weitere, alternative Vorrichtung zur Temperatursteuerung, bei der um den unteren Abschnitt des Gehäuses 12 des Wechselgetriebes ein im Querschnitt (4) U-förmiges Luftführungsteil 26 vorgesehen ist. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das U-förmige Luftführungsteil 26 erstreckt sich wie ersichtlich unter Bildung eines dazwischen liegenden Strömungskanales 27 um den Boden 28 und teilweise um die seitlichen Wände 16 des Gehäuses 12 und ist mittels nicht dargestellter Schrauben an Butzen 16a der Seitenwände 16 befestigt.
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Am Boden 28 des Gehäuses 12 sind ferner in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges verlaufende Kühlrippen 30 angeformt.
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Das Luftführungsteil 26 ist aus einem bevorzugt isolierenden, hitzebeständigen Material hergestellt und weist in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges vorne liegend einen Lufteinlass 26a (5) auf, der über ein als Klappe 32 ausgebildetes Abdeckteil steuerbar ist.
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Die Klappe 32 aus Bimetall ist dabei an einem vorstehenden Abschnitt 28a des Bodens 28 des Gehäuses 12 befestigt und erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Bodens 28 zwischen Stirnwänden 34, 36 des Gehäuses 12 bzw. zumindest über den die Kühlrippen 30 einschließenden Bereich.
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Wie die 5 zeigt, erstrecken sich die Kühlrippen 30 zudem in Längsrichtung beginnend bei der Klappe 32 bis zur hinteren Stirnwand 36 des Gehäuses 12, an der auch das Luftführungsteil 26 zur Atmosphäre offen endet.
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Die Klappe 32 ist konstruktiv so ausgelegt, dass sie bei kaltem Schmieröl im Schmierölsumpf 14 bzw. bei kaltem Gehäuse 12 den Lufteinlass 28a geschlossen hält und somit keine Luftkühlung des Gehäuses 12 zumindest im Bodenbereich zulässt. Dies führt auch durch die Strahlungswärme des nicht dargestellten Abschnittes 10 der Abgasanlage zu einer schnelleren Erwärmung des Gehäuses 12 und des Schmieröles des Wechselgetriebes.
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Ist eine definierte Temperatur des Wechselgetriebes erreicht, so öffnet die Klappe 32 aufgrund dessen konstruktiv festgelegter Bimetallwirkung den Lufteinlass des Luftführungsteiles 26 und initiiert eine Luftkühlung des Gehäuses 12 zur Vermeidung einer weiteren Temperaturzunahme.