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Dokumentenidentifikation DE102006040989A1 08.11.2007
Titel Kühler mit integriertem Thermostat
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Groß, Peter, 66773 Schwalbach, DE;
Peter, Veit, 74177 Bad Friedrichshall, DE
DE-Anmeldedatum 31.08.2006
DE-Aktenzeichen 102006040989
Offenlegungstag 08.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.11.2007
IPC-Hauptklasse F01P 3/20(2006.01)A, F, I, 20060831, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F28F 9/02(2006.01)A, L, I, 20060831, B, H, DE   F28F 27/00(2006.01)A, L, I, 20060831, B, H, DE   F28F 27/02(2006.01)A, L, I, 20060831, B, H, DE   F01P 7/00(2006.01)A, L, I, 20060831, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem mindestens einen Verteilkasten (5) und mindestens einen Sammelkasten (12) aufweisenden Kühler (1), einem Vorkühlkreislauf sowie einem Hauptkühlkreislauf, wobei zur Umschaltung oder Zuschaltung von einer mittels des Vorkühlkreislaufs erfolgenden Vorkühlung auf eine mittels des Hauptkühlkreislaufs erfolgende Hauptkühlung ein Umschaltventil (8), insbesondere ein Thermostatventil, vorhanden ist. Es ist vorgesehen, dass das Umschaltventil (8) im Verteilkasten (5) und/oder im Sammelkasten (12) angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1.

Kühlvorrichtungen für Brennkraftmaschinen sind bekannt. Sie dienen dazu, die beim Betrieb der Brennkraftmaschine notwendig entstehende Abwärme über einen Kühlkreislauf, der mit einem Kühlmittel gefüllt ist, abzuführen. Im Stand der Technik haben sich hierzu Vorrichtungen, bestehend aus mindestens einem Hauptkühlkreislauf und einem Kühler herausgebildet. Regelmäßig ist noch ein Vorkühlkreislauf vorgesehen, der für eine schnelle Erreichung notwendiger Betriebstemperatur sorgt. Bei diesen Anordnungen ist zur Umschaltung von Vorkühlkreislauf auf den Hauptkühlkreislauf, der den Kühler als Wärmetauscher etwa zur Umgebungsluft aufweist, ein Umschaltventil vorsehen, das in einer Verrohrung vor dem Kühler angeordnet ist. Durch die aufwendige Verrohrung wird erheblicher Bauraum im Motorraum beansprucht. Die Verrohrung ist im Übrigen durch die starke thermische Belastung sowie die mechanische Beanspruchung (Rütteln und so weiter) einem deutlichen Verschleiß ausgesetzt und mit zunehmendem Alter störanfällig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, die die genannten Nachteile vermeidet.

Hierzu ist eine Kühlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, mit einem mindestens einen Verteilkasten und mindestens einen Sammelkasten aufweisenden Kühler, einem Vorkühlkreislauf sowie einem Hauptkühlkreislauf, wobei zur Umschaltung oder Zuschaltung von einer mittels des Vorkühlkreislaufs erfolgenden Vorkühlung auf eine mittels des Vorkühlkreislaufs erfolgenden Vorkühlung auf einer mittels des Hauptkühlkreislaufs erfolgenden Hauptkühlung ein Umschaltventil, insbesondere ein Thermostatventil, vorhanden ist, und wobei das Umschaltventil im Verteilkasten und/oder im Sammelkasten angeordnet ist. Vom Stand der Technik abweichend ist hier also das Umschaltventil, regelmäßig ein Thermostatventil beziehungsweise ein elektrisch gesteuertes Ventil, nicht in einer zu- und/oder ableitenden Verrohrung zum Kühler angeordnet, sondern innerhalb des Verteilkastens und/oder des Sammelkastens. Bei dieser Bauform ist lediglich ein Zulauf und ein Ablauf zum Kühler vorzusehen. Das Umschaltventil selbst liegt geschützt innerhalb des Verteilkastens und/oder Sammelkastens, wobei kein besonderer Bauraum und insbesondere auch keinerlei weiteren Halte- oder Befestigungsvorrichtungen mehr beansprucht werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Verteilkasten einen im Wesentlichen einseitig, insbesondere oberseitig angeordneten Zulaufstutzen und der Sammelkasten einen im Wesentlichen auf derselben Seite, insbesondere oberseitig angeordneten Ablaufstutzen aufweist. Zu- und Ablauf zum/vom Kühler erfolgt demzufolge an der selben, nämlich insbesondere der oberen Bauteilseite, so dass sich eine besonders kompakte, einfach zu montierende und zu demontierende Vorrichtung ergibt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass stromabseitig des Zulaufstutzens eine Ventilvorkammer angeordnet ist. Der Verteilkasten weist demzufolge stromabseitig des Zulaufstutzens eine gesonderte Kammer auf, die als Ventilvorkammer ausgebildet ist, also der Aufnahme des Umschaltventils dient.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ventilvorkammer einen Ablauf hin zum Verteilkasten und einen weiteren Kühlmittelaustritt zum Sammelkasten hin aufweist. Die Ventilvorkammer erlaubt demzufolge aufgrund ihrer Konstruktion, das durch den Zulaufstutzen eintretende Kühlmittel durch den Ablauf hin zum Verteilkasten dem Kühler zuzuführen, oder über den weiteren Kühlmittelaustritt dem Sammelkasten zuzuleiten, den Kühler demzufolge zu umgehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Umschaltventil als Drei-/Zweiwegeventil ausgebildet. Das Umschaltventil kann demzufolge wahlweise den Ablauf hin zum Verteilkasten oder den weiteren Kühlmittelaustritt zum Sammelkasten hin freigeben oder verschließen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden Ventilvorkammer und Sammelkasten über den Kühlmittelabfluss einen Bypass aus. In dieser Ausführungsform ist es möglich, den Kühler (als Hauptwärmetauscher) vollständig zu umgehen. Je nach Stellung des Umschaltventils in der Ventilvorkammer fließt das Kühlmittel von der Ventilvorkammer und den Sammelkasten direkt zum Kühlmittelabfluss des Kühlers, der Kühler als Hauptwärmetauscher wird somit nicht mit dem erwärmten Kühlmittel beaufschlagt.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Verteilkasten und der Sammelkasten in einem Kopfbereich des Kühlers liegen und über das Umschaltventil miteinander verbunden sind. Das Umschaltventil verbindet demzufolge Verteilkasten und Sammelkasten unmittelbar miteinander, wobei vorzugsweise Verteilkasten und Sammelkasten in unmittelbarer Nachbarlage zueinander oberhalb des Kühlers angeordnet sind. Vorzugsweise ist das Umschaltventil hierbei in einer Trennwand, beispielsweise in einer gemeinsamen Trennwand, zwischen Verteilkasten und Sammelkasten angeordnet oder bildet selbst diese Trennwand aus.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Umschaltventil im Wesentlichen mittig im Kopfbereich des Kühlers angeordnet ist. Der Kopfbereich des Kühlers ist demzufolge mittig geteilt, beispielsweise in Verteilkasten und Sammelkasten, wobei das Umschaltventil in etwa gleich beabstandet vom Zulaufstutzen und vom Ablaufstutzen, im Wesentlichen also mittig innerhalb des Kopfbereichs angeordnet ist.

In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass sowohl Zulaufstutzen als auch Ablaufstutzen oberseitig im Kopfbereich des Kühlers ausgebildet sind. Zu- und Ablauf erfolgen demzufolge von oben, so dass eine besonders leichte Zugänglichkeit von Zulauf und Ablauf gewährleistet ist und der Kühler ohne Berücksichtigung von Verrohrungen ohne Weiteres in seiner Einbaulage eingebaut und über lediglich zwei Leitungen angeschlossen werden kann.

Weiter vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näherer läutert.

Es zeigen

1 einen Kühler einer Kühlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Umschaltventil in einer Ventilvorkammer des Verteilkastens und Bypass, und

2 einen Kühler einer Kühlvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem im Wesentlichen mittig im Kopfbereich des Kühlers angeordneten Umschaltventil.

1 zeigt einen Kühler 1 einer nicht dargestellten Kühlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Dieser weist in seinem Kopfbereich 2 einen Zulaufstutzen 3 und am anderen Ende des Kopfsbereiches 2 einen Ablaufstutzen 4 auf. Der Zulaufstutzen 3 mündet im Kopfbereich 2 in einen Verteilkasten 5, wobei stromaufseitig hierzu und stromabseitig des Zulaufstutzens 3 eine Ventilvorkammer 6 ausgebildet ist. Diese Ventilvorkammer 6 liegt stromabwärts zwischen Zulaufstutzen 3 und dem eigentlichen Verteilkasten 5, wobei in einer Zwischenwand 7 ein Umschaltventil 8 angeordnet ist, das als thermostatisch gesteuertes Drei-/Zweiwegeventil 9 ausgebildet ist. Das Umschaltventil 8 öffnet über einen Hauptthermostatteller 10 zum Verteilkasten 5 hin, der seinerseits das Kühlmedium über ein Kühlernetz 11 einem Sammelkasten 12 zuleitet. Der Sammelkasten 12 ist im Kopfbereich 2 des Kühlers 1 zum Verteilkasten 5 benachbart angeordnet und weist den Ablaufstutzen 4 auf. Das Umschaltventil 8 öffnet sich andererseits über einen Kurzschlussteller 13 durch eine zwischen Verteilkasten 5 und dem diesem benachbarten Sammelkasten 12 gelegene Trennwand 14, wobei das Kühlmittel K direkt von der Ventilvorkammer 6 zum Sammelkasten 12 und über den Ablaufstutzen 4 geleitet wird. Das Umschaltventil 8 bildet (als das Drei-/Zweiwegeventil 9) folglich in dem Zustand, dass der Hauptthermostatteller 10 geschlossen, der Kurzschlussteller 13 jedoch geöffnet ist, zwischen dem Zulaufstutzen 3 und dem Ablaufstutzen 4 in dem Kopfbereich 2 des Kühlers 1 einen Bypass 15 zum Kühlernetz 11 aus. Auf diese Weise kann der Vorkühlkreislauf (der vor Zuschalten des Hauptkühlkreislaufes mit dem Kühler 1 und Durchströmung des Kühlmittels K durch das Kühlernetz 11 allein aktiv ist) durch den Kopfbereich 2 des Kühlers 1 erfolgen. Der Kühler 1 ist damit ohne weitere Verrohrung direkt in den Vorkühlkreislauf eingebunden, wobei die Umschaltung auf den Hauptkühlkreislauf allein durch Zuschaltung des Kühlers 1, nämlich des Kühlernetzes 11, über das Drei-/Zweiwegeventil 9 geschieht. Hierbei ist eine Zuschaltung realisierbar, bei der der Hauptthermostatteller 10 geöffnet wird, während auch der Kurzschlussteller 13 noch zumindest partiell geöffnet ist, oder aber eine komplette Umschaltung auf den Hauptkühlkreislauf, nämlich die Durchströmung des Kühlernetzes 11 mit dem gesamten Volumenstrom des Kühlmittels K, wenn der Hauptthermostatteller 10 geöffnet, der Kurzschlussteller 13 hingegen geschlossen ist).

2 zeigt einen Kühler 1, in dessen Kopfbereich 2 annähernd symmetrisch zu einer Spiegelachse S, die den Kühler 1 mittig vertikal durchläuft, linksseitig der Verteilkasten 5 mit dem Zulaufstutzen 3 und rechtseitig der Sammelkasten 12 mit dem Ablaufstutzen 4 angeordnet sind. Zwischen den unmittelbar aneinander grenzenden Verteilkasten 5 und Sammelkasten 12 ist in etwa mittig, auf Höhe der Spiegelachse S, die Trennwand 14 ausgebildet, die eine Öffnung 16 aufweist, die als Umschaltventilaufnahme 17 ausgebildet ist. In der Umschaltventilaufnahme 17 ist das Umschaltventil 8 angeordnet, das als einfaches Einwegeventil 18 ausgebildet ist. Unterseitig von einer Verteilkastenunterseite 19 ist das Kühlernetz 11 abströmend bis hin zu einem Kühlmittelführkasten 20 ausgebildet, nämlich als erstes Kühlernetz 21. Vom Kühlmittelführkasten 20 rechtsseitig, dem ersten Kühlnetz 21 unmittelbar benachbart, ist das Kühlernetz 11 als zweites Kühlernetz 22 ausgebildet, das oberseitig an eine Sammelkastenunterseite 23 anschließt. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels K ist folglich vom Zulaufstutzen 3 durch den Verteilkasten 5 in das erste Kühlernetz 21 abströmend hin zum Kühlmittelführkasten 20, von dort durch das zweite Kühlernetz 22 aufströmend hin zum Sammelkasten 12 und durch den Ablaufstutzen 4 austretend, wie durch die gestrichelte Linie als Hauptkühlkreislauf HK dargestellt. Das Kühlernetz 11 besteht hierbei vorzugsweise aus hier nicht einzeln dargestellten (vertikalen) Rohrverbindungen zwischen Verteilkasten 5 und Kühlmittelführkasten 20 beziehungsweise zwischen Kühlmittelführkasten 20 und Sammelkasten 12, die, bevorzugt mit einer Lamellenstruktur ausgestattet, den Durchtritt von Kühlluft zulassen und so als Wärmetauscher fungieren.

Abhängig von der Stellung (offen/geschlossen oder teilgeöffnet) des Umschaltventils 8 in der Trennwand 14 wird der Kühlmittelvolumenstrom, der durch den Zulaufstutzen 3 in den Verteilkasten 5 zugeführt wird, teilweise über die als Bypass 15 fungierende Öffnung in der Trennwand 14 vom Verteilkasten direkt zum Sammelkasten und von dort zum Ablaufstutzen 4 geleitet. Wie stark der Volumenstrom zwischen Hauptkühlkreislauf HK und Bypasskreislauf BK aufgeteilt wird, hängt von der Öffnungsstellung des Umschaltventils 8 sowie von dem Staudruck ab, der sich in dem Kühlernetz 11 bei Anströmung mit Kühlmittel K ausbildet. Durch geeignete Dimensionierung des Umschaltventils 8 beziehungsweise dessen maximalen Öffnungsgrads lässt sich die Verteilung von Hauptkühlkreislauf HK und Bypasskreislauf BK den jeweiligen Erfordernissen der Brennkraftmaschine und ihres Kühlbedarfs sowie den Erfordernissen einer möglichst schnellen Erreichung der Betriebstemperatur ohne Überhitzungsgefahr anpassen.

1
Kühler
2
Kopfbereich
3
Zulaufstutzen
4
Ablaufstutzen
5
Verteilkasten
6
Ventilvorkammer
7
Zwischenwand
8
Umschaltventil
9
Drei-/Zweiwegeventil
10
Hauptthermostatteller
11
Kühlernetz
12
Sammelkasten
13
Kurzschlussteller
14
Trennwand
15
Bypass
16
Öffnung
17
Umschaltventilaufnahme
18
Einwegeventil
19
Verteilkastenunterseite
20
Kühlmittelführkasten
21
erstes Kühlernetz
22
zweites Kühlernetz
23
Sammelkastenunterseite
K
Kühlmittel
S
Spiegelachse
HK
Hauptkühlkreislauf
BK
Bypasskreislauf


Anspruch[de]
Kühlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem mindestens einen Verteilkasten und mindestens einen Sammelkasten aufweisenden Kühler, einem Vorkühlkreislauf sowie einem Hauptkühlkreislauf, wobei zur Umschaltung oder Zuschaltung von einer mittels des Vorkühlkreislaufs erfolgenden Vorkühlung auf eine mittels des Hauptkühlkreislaufs erfolgende Hauptkühlung ein Umschaltventil, insbesondere ein Thermostatventil, vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (8) im Verteilkasten (5) und/oder im Sammelkasten (12) angeordnet ist. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilkasten (5) einen im Wesentlichen einseitig, insbesondere oberseitig angeordneten Zulaufstutzen (3) und der Sammelkasten (12) einen im Wesentlichen auf derselben Seite, insbesondere oberseitig angeordneten Ablaufstutzen (4) aufweist. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabseitig des Zulaufstutzens (3) eine Ventilvorkammer (6) angeordnet ist. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorkammer (6) einen Ablauf hin zum Verteilkasten (5) und einen weiteren Kühlmittelaustritt zum Sammelkasten (12) hin aufweist. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (8) als Drei-/Zweiwegeventil (9) ausgebildet ist. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilvorkammer (6) und Sammelkasten (12) über den Kühlmittelabfluss einen Bypass (15) ausbilden. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilkasten (5) und der Sammelkasten (12) in einem Kopfbereich (2) des Kühlers (1) liegen und über das Umschaltventil (8) miteinander verbunden sind. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (8) im Wesentlichen mittig im Kopfbereich (2) des Kühlers (1) angeordnet ist. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Zulaufstutzen (3) als auch Ablaufstutzen (4) oberseitig im Kopfbereich (2) des Kühlers (1) ausgebildet sind.






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