DE102005049512A1 - Wärmeübertrager mit integriertem thermischem Bypassventil - Google Patents
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Abstract
Ein Wärmetauscher umfasst einen Einlassanschluss, einen Auslassanschluss, ein Hauptrohr, eine Vielzahl von Kühlrohren und ein im Wärmetauscher integriertes thermisches Bypassventil. Das thermische Bypassventil ist im Hauptrohr angeordnet und dafür konfiguriert, den Fluidstrom durch die Kühlrohre des Wärmetauschers unterhalb einer Zielfluidtemperatur zu begrenzen. Das thermische Bypassventil umfasst einen Ventilkörper, der zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsweise bewegbar ist, um den Fluidstrom zu begrenzen oder nicht zu begrenzen.
Description
- Hintergrund
- Fachgebiet der Erfindung
- Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Wärmeübertrager bzw. Wärmetauscher. Speziell bezieht sie sich auf einen Wärmetauscher mit einem mit dem Wärmetauscher verbundenen thermischen Bypassventil.
- Wärmetauscher in Kraftfahrzeuganwendungen müssen in einem weiten Bereich von Umgebungsbedingungen funktionieren. Für Wärmetauscher, wie z. B. Ölkühler, treten Betriebsbedingungen, wie z. B. tiefe Temperaturen, auf, die ein mit dem Ölkühler verbundenes thermisches Bypassventil dringend erforderlich machen. Normalerweise wird das thermische Bypassventil getrennt vom Wärmetauscher zwischen Förderschläuchen oder Verbindungsleitungen installiert. In jüngerer Zeit sind thermische Bypassventile über ein externes blockartiges Gehäuse an der Außenseite des Wärmetauschers befestigt worden.
- Die Prozess-, Material- und Arbeitskosten zur Installation des Bypassventils in Schläuchen oder Verbindungsleitungen sind signifikant. Außerdem hat die gegenwärtig übliche Montage eines thermischen Bypassventils zwischen den Schläuchen oder außen am Wärmetauscher einen signifikanten Raumbedarf zur Folge. Mit der heutzutage üblichen umgebungsdichten Kapselung im Motorraum bringt der zur Unterbringung des thermischen Bypassventils zusätzlich erforderliche Raum ein erhebliches Problem mit sich. Außerdem lassen Probleme der Zuverlässigkeit und der Zugänglichkeit für die Wartung den Wunsch nach einer verbesserten Gestaltung aufkommen.
- In voranstehender Sichtweise ist offensichtlich, dass ein Bedarf für eine verbesserte Gestaltung für die Unterbringung eines thermischen Bypassventils besteht.
- Zusammenfassung
- Zur Befriedigung dieses Bedarfs sowie zur Überwindung der aufgeführten Nachteile und anderer Einschränkungen des Standes der Technik stellt die Erfindung einen Wärmetauscher bereit, der ein integriertes thermisches Bypassventil umfasst.
- Der Wärmetauscher umfasst einen Einlass- und einen Auslassanschluss, einen Verteiler, eine Vielzahl von Kühlrohren und ein thermisches Bypassventil. Der Verteiler steht in Fluidkommunikation mit dem Einlassanschluss und der Vielzahl von Kühlrohren. Das thermische Bypassventil ist im Verteiler angeordnet und zur Bereitstellung eines unterhalb der Zielfluidtemperatur die Kühlrohre umgehenden Strömungswegs durch eine Hülse zwischen dem Einlass- und dem Auslassanschluss konfiguriert. Ein Ventilkörper kooperiert mit der Hülse des thermischen Bypassventils, um das Fluid oberhalb der Zielfluidtemperatur durch die Kühlrohre zu leiten.
- In einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Ventilkörper in einer zu den Kühlrohren senkrechten Richtung beweglich, sodass der Fluidstrom begrenzt wird.
- In einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Hülse am Verteiler befestigt und eine Federklammer hält den Ventilkörper in der Hülse fest, sodass nach Entfernen der Klammer der Ventilkörper und die Feder ungehindert aus der Hülse entfernt werden können.
- In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Wärmetauscher ein mit den Kühlrohren und dem Verteiler in Kommunikation stehendes Rückführrohr. Außerdem ist im Verteiler eine Prallplatte angeordnet, die die Kühlrohre und das Rückführrohr trennt.
- In einem noch anderen Aspekt der Erfindung ist die Hülse durch Presssitz im Verteiler angeordnet, und der Einlassanschluss erstreckt sich durch den Verteiler in die Hülse.
- Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nach Prüfung der nachfolgenden Beschreibung unter Berücksichtigung der Zeichnungen und der beigefügten und ein Teil dieser Spezifikation bildenden Patentansprüche für Fachleute leicht erkennbar.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine isometrische Darstellung eines Wärmetauschers mit einem integrierten thermischen Bypassventil in Ubereinstimmung mit der Erfindung. -
2 ist eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Wärmetauschers mit einem integrierten thermischen Bypassventil in der geschlossenen Stellung. -
3 ist eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Wärmetauschers mit einem integrierten thermischen Bypassventil in der geöffneten Stellung. - Ausführliche Beschreibung
- In
1 ist ein die Prinzipien der Erfindung verkörpernder Wärmetauscher dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen10 gekennzeichnet. Als seine hauptsächlichen Komponenten umfasst der Wärmetauscher10 ein Paar Hauptrohre (von denen nur eines in den Zeich nungen dargestellt und mit dem Bezugszeichen12 gekennzeichnet ist), zwischen denen sich eine Reihe von Kühlrohren14 erstreckt. Außerdem sind in einem der Hauptrohre12 ein Einlassanschluss20 , ein Auslassanschluss18 und ein thermisches Bypassventil21 bereitgestellt. Der Einlassanschluss20 ist mit dem Verteiler12 verbunden und ermöglicht dem Fluid, wie z. B. dem Getriebeöl oder dem Motorkühlmittel, das Einströmen in den Verteiler12 . Aus dem Hauptrohr12 zirkuliert das Fluid durch die Rohre14 , wo es gekühlt wird. Lamellen16 sind mit den Kühlrohren14 verbunden, um die Wärmeableitung aus den Kühlrohren14 durch Konvektion zu verstärken. Das gekühlte Fluid wird im anderen Hauptrohr gesammelt und durch ein Rückführrohr27 zum Verteiler12 zurückgeführt. Anschließend verlässt das gekühlte Fluid den Verteiler12 durch den Auslassanschluss18 . - Das thermische Bypassventil
21 steckt im Verteiler12 und leitet mindestens einen Anteil des Fluids um den Wärmetauscher10 herum, wenn die Fluidtemperatur unter einer Zieltemperatur liegt. Das thermische Bypassventil21 umfasst eine Hülse22 , einen Ventilkörper24 und eine Feder26 . Zunächst wird die Hülse22 in den Verteiler12 eingepresst, und anschließend werden der Einlassanschluss20 und der Auslassanschluss18 durch den Verteiler12 in die Hülse22 gesteckt. Der Einlassanschluss20 und der Auslassanschluss18 sichern die Hülse22 innerhalb des Verteilers12 und halten die Ausrichtung der Hülse22 innerhalb des Verteilers12 aufrecht. Die Hülse22 kann innerhalb des Verteilers12 hartverlötet oder in anderer Weise mechanisch nicht lösbar oder lösbar befestigt werden. Die Feder26 und der Ventilkörper24 werden in die Hülse22 gesteckt und wirken in solcher Weise, dass das Fluid unterhalb einer Zieltemperatur durch den Wärmetauscher10 strömt. - In
2 ist das innerhalb des Verteilers12 montierte und im Bypassmodus wirkende Bypassventil21 dargestellt. Die Feder26 ist zwischen der Hülse22 und dem Ventilkörper24 vorgespannt. Eine Klammer28 , wie z. B. eine Federklammer, wird zum Festhalten des Ventilkörpers24 und der Feder26 innerhalb der Hülse22 verwendet. Im Bypassmodus wird der Strömungsweg zwischen dem Einlassanschluss20 und dem Auslassanschluss18 durch die Hülse22 gebildet. An sich ist der Fluidstrom durch die Kühlrohre14 von Natur aus begrenzt, wenn der Fluidwiderstand durch die Kühlrohre14 höher als der Fluidwiderstand durch die Hülse22 zwischen dem Einlassanschluss20 und dem Auslassanschluss18 ist. Deshalb wird mindestens ein Anteil des Fluids und in dieser Ausgestaltung im Wesentlichen das gesamte Fluid vom Einlassanschluss20 zum Auslassanschluss18 umgeleitet, ohne die Kühlrohre14 zu durchströmen. - In
3 ist das thermische Bypassventil21 im Warmstrommodus dargestellt. Wenn die Temperatur des Fluids ansteigt, dehnt sich ein Wachsmotor im Ventilkörper24 aus, drückt den Ventilkörper24 gegen die Feder26 , bis eine Fläche des Ventilkörpers24 mit einer Fläche der Hülse22 kooperiert, sodass sich der Strömungsweg vom Einlassanschluss20 zum Auslassanschluss18 durch die Hülse22 schließt. Wenn die Fluidtemperatur so weit ansteigt, dass die Verwendung des Wärmetauschers erforderlich ist, wird deshalb das heiße Fluid durch den Wärmetauscher geleitet, wo es beim Durchströmen der Kühlrohre14 gekühlt wird. Das gekühlte Fluid strömt durch das Rückführrohr27 zurück und für die Wiederverwendung aus dem Auslassanschluss18 hinaus. Außerdem ist anzumerken, dass die Prallplatte34 die Kühlrohre14 vom Rückführrohr27 abtrennt, sodass das Fluid vom Einlassanschluss20 durch die Kühlrohre14 zurück durch das Rückführrohr27 strömen muss und danach aus dem Auslassanschluss18 hinaus. - Außerdem ist anzumerken, dass die Ausrichtung des thermischen Bypassventils
21 gewährleistet, dass die Längserstreckung sowie die Bewegungsrichtung des Ventilkörpers24 senkrecht zu den Kühlrohren14 stehen. Durch das Ausrichten des Ventilkörpers24 quer zu den Kühlrohren14 wird eine sehr kompakte und fest integrierte Baugruppe gebildet, sodass nur das Minimum externen Raums, und zwar für das Verlegen der Schläuche hin zum und weg vom Wärmetauscher10 , benötigt wird. - Außerdem sind nach Entfernung der Klammer
28 der Ventilkörper24 und die Feder26 leicht zugänglich und aus der Hülse22 entfernbar. Zudem bleibt die Hülse22 in einer gleichbleibenden Ausrichtung sicher befestigt. Des Weiteren müssen keine Fluidverbindungen zum oder vom Wärmetauscher10 unterbrochen werden.
Claims (9)
- Wärmeübertrager für ein Fahrzeug, umfassend: – einen Einlass- und einen Auslassanschluss; – ein mit dem Einlassanschluss in Fluidkommunikation stehendes Hauptrohr; – eine Vielzahl von mit dem Hauptrohr in Fluidkommunikation stehenden Kühlrohren; – ein thermisches Bypassventil, das im Verteiler angeordnet ist und einen zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsweise bewegbaren Ventilkörper umfasst, wobei der Ventilkörper in der ersten Betriebsweise konfiguriert ist, mindestens einen Anteil des Fluidstroms vom Einlassanschluss zum Auslassanschluss umzuleiten, ohne dass der mindestens eine Anteil des Fluidstroms die Kühlrohre passiert, wobei der Ventilkörper in der zweiten Betriebsweise in eine Stellung bewegt wird, in der der Fluidstrom vom Einlassanschluss zum Auslassanschluss durch die Kühlrohre geleitet wird.
- Wärmeübertrager nach Anspruch 1, wobei der Ventilkörper in einer zu den Kühlrohren allgemein senkrechten Richtung bewegbar ist, sodass der Fluidstrom begrenzt wird.
- Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, wobei das thermische Bypassventil eine am Hauptrohr befestigte Hülse umfasst und der Ventilkörper innerhalb der Hülse angeordnet ist.
- Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, außerdem ein entfernbares Rastelement umfassend, das den Ventilkörper innerhalb der Hülse festhält, sodass das Entfernen des Rastelements das ungehinderte Entfernen des Ventilkörpers aus der Hülse ermöglicht.
- Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Rastelement eine Federklammer ist.
- Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, außerdem ein zwischen den Kühlrohren und dem Verteiler in Fluidkommunikation stehendes Rückführrohr umfassend.
- Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, außerdem eine im Hauptrohr zwischen den Kühlrohren und dem Rückführrohr angeordnete Prallplatte umfassend.
- Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Ventilkörper in der ersten Betriebsweise unterhalb einer Zielfluidtemperatur und in der zweiten Betriebsweise oberhalb einer Zielfluidtemperatur wirkt.
- Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Einlassanschluss in die Hülse hineinragt.
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