DE102005062338A1 - Unit for pre-warming cooling medium and oil circulation has electrical heating element in base and acts as a heat exchanger - Google Patents

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Abstract

A unit for pre-warming cooling media and oil circulation comprises passing part of the medium through a component arranged with an electrical heating element (2). The unit acts as a heat exchanger (1) for the passing medium and the heating element is supported in tube supports (3) at the base of the exchanger. The separately conducted cooling medium and/or oil are in effective contact in the free space within the exchanger.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorwärmung von Kühlmittel- und Ölkreisläufen, wobei jeweils ein Abschnitt der das Kühlmittel oder Öl führenden Leitungen durch eine Baugruppe geführt wird, der ein elektrisches Heizelement zugeordnet ist.The The invention relates to a device for preheating coolant and oil circuits, wherein each a section of the coolant or oil leading Leads are routed through an assembly that is an electrical Heating element is assigned.

Für verschiedenartige technische Anwendungen müssen in einem Kreislauf geführte flüssige Medien an Maschinen, Motoren, Getrieben und dergleichen erwärmt werden. Dies betrifft beispielsweise die Vorwärmung von Motor- und/oder Getriebeöl und/oder Kühlmittel an einer Brennkraftmaschine. Brennkraftmaschinen weisen nach einem Kaltstart zunächst einen verminderten Wirkungsgrad sowie gegebenenfalls eine erhöhte Schadstoffemission auf. Ursache hierfür ist neben anderen Aspekten die in diesem Betriebszustand hohe Viskosität der Öle, welche die Reibung zwischen den sich bewegenden ölgeschmierten Bauteilen noch nicht ausreichend vermindern können. Deshalb wird grundsätzlich eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels und des Motor- bzw. Getriebeöls angestrebt. Hierbei ist es zumindest für extreme klimatische Einsatzbedingungen notwendig, eine entsprechende Erwärmung bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine zu realisieren.For different types technical applications need guided in a cycle liquid media to be heated on machines, motors, gears and the like. This concerns, for example, the preheating of engine and / or transmission oil and / or coolant on an internal combustion engine. Internal combustion engines have a Cold start first a reduced efficiency and possibly an increased pollutant emission on. Cause for this Among other aspects is the high viscosity of the oils in this operating state the friction between the moving oil-lubricated components still can not reduce sufficiently. That's why basically a quick warming of the coolant and the engine or transmission oil sought. This is at least for extreme climatic conditions necessary, a corresponding warming already before the start to realize the internal combustion engine.

Für die Erwärmung des Kühlmittels werden Heizelemente bisher entweder in den Motorblock eingesetzt oder in vorhandene Schlauchleitungen integriert. Der Einbau in vorhandene Schlauchleitungen erfordert jedoch ein Gehäuse für das Heizelement, eine Abstützung für dieses Gehäuse sowie eine andere und aufwendigere Schlauchführung mit einem ersten Schlauch als Zulauf und einem zweiten Schlauch als Rücklauf. Unabhängig vom erheblichen Aufwand für das Heizgehäuse und die Verschlauchung sind solche Anordnungen ohnehin auf die Erwärmung des Kühlmittels begrenzt, eine Ölvorwärmung ist hingegen nicht vorgesehen. Ein weiterer Nachteil ist, dass eine derartige Ausführung mit starken Schwingungen von Brennkraftmaschine, Getriebe und Fahrzeug beaufschlagt wird.For the warming of the refrigerant Heater elements are previously used either in the engine block or integrated into existing hose lines. The installation in existing However, hoses require a housing for the heating element, a support for this casing and another and more expensive hose guide with a first hose as inlet and a second hose as return. Independent of considerable effort for the heater housing and the tubing are such arrangements anyway on the heating of the refrigerant limited, an oil preheating is however not provided. Another disadvantage is that one such embodiment with strong vibrations of internal combustion engine, transmission and vehicle is charged.

Aus DE 37 37 390 A1 ist es bekannt, dass einem Ölkühler ein Heizteil zugeordnet wird, das vom Kühlmittel der Brennkraftmaschine durchflossen wird. Somit soll das im kalten Zustand dickflüssige Öl innerhalb des Ölkühlers großflächig aufgewärmt werden. Die Funktionsfähigkeit einer solchen Anordnung ist jedoch fragwürdig, weil zunächst das Kühlmittel durch die Brennkraftmaschine ausreichend aufgewärmt werden muss, bevor es als Heizmedium für den Ölkühler wirksam wird. Folglich ergeben sich zumindest in der eigentlichen Kaltstartphase keine funktionellen Vorteile.Out DE 37 37 390 A1 It is known that an oil cooler is assigned a heating part, which is traversed by the coolant of the internal combustion engine. Thus, the viscous oil in the cold state is to be heated extensively within the oil cooler. However, the operability of such an arrangement is questionable, because first the coolant must be sufficiently warmed up by the internal combustion engine before it is effective as a heating medium for the oil cooler. Consequently, there are no functional advantages, at least in the actual cold start phase.

In DE 103 32 497 A1 wird vorgeschlagen, die Ölkreisläufe einer Brennkraftmaschine mit dem Bordnetz entnommener elektrischer Energie zu beheizen, wobei hierfür elektrische Heizelemente verwendet werden sollen. Diese Druckschrift enthält zwar den verbalen Hinweis, dass die Heizelemente gezielt an kritischen Stellen in den Ölstrom eingesetzt werden können, eine konkrete Anregung zur konstruktiven Umsetzung dieses Lösungsansatzes wird jedoch nicht vermittelt.In DE 103 32 497 A1 It is proposed to heat the oil circuits of an internal combustion engine with the electrical system taken electrical energy, for which purpose electrical heating elements are to be used. Although this document contains the verbal indication that the heating elements can be used specifically at critical points in the oil flow, a concrete suggestion for the constructive implementation of this approach is not mediated.

In DE 33 90 405 T1 wird eine Vorrichtung beschrieben, mit der das Anlassverhalten einer Brennkraftmaschine bei Kälte auch unter arktischen Bedingungen verbessert werden soll. Dabei wird in den Ölkreislauf eine zusätzliche Baugruppe mit einer vom Öl durchströmbaren Kammer eingefügt, der an ihrer Mantelfläche eine elektrische Widerstandsheizung zugeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführung wird eine derartige Baugruppe in den Ölfilter integriert.In DE 33 90 405 T1 a device is described with which the starting behavior of an internal combustion engine is to be improved in the cold even under arctic conditions. In this case, an additional module is inserted with an oil-permeable chamber in the oil circuit, which is associated with an electrical resistance heating on its lateral surface. In a preferred embodiment, such an assembly is integrated into the oil filter.

Aus US 3 134 374 ist eine technische Lösung zur gemeinsamen Vorwärmung der Öl- und Kühlmittelkreisläufe einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierfür werden eine Ölleitung und eine Kühlmittelleitung durch eine separate Baugruppe geführt, die am Kurbelgehäuse abgestützt ist. Innerhalb dieser Baugruppe verlaufen die Ölleitung und die Kühlmittelleitung parallel und mit Abstand zueinander, wobei im freien Bauraum zwischen beiden Leitungen ein elektrisches Heizelement angeordnet ist. Das Heizelement wird vorzugsweise mit Netzspannung betrieben, so dass bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine eine wirksame Vorwärmung ohne Belastung der Fahrzeugbatterie möglich ist. Nachteilig ist jedoch, dass diese kombinierte Vorwärmeinrichtung als eine separate Baugruppe ausgestaltet ist, die einen erhöhten Herstellungsaufwand bewirkt und zusätzlichen Bauraum erfordert, der zumindest im Motorraum von Personenkraftwagen oftmals nicht verfügbar ist.Out US 3,134,374 is a technical solution for common preheating of the oil and coolant circuits of an internal combustion engine known. For this purpose, an oil line and a coolant line are passed through a separate assembly, which is supported on the crankcase. Within this assembly run the oil line and the coolant line in parallel and at a distance from each other, wherein in the free space between two lines, an electric heating element is arranged. The heating element is preferably operated with mains voltage, so that an effective preheating without load of the vehicle battery is possible even before the start of the internal combustion engine. The disadvantage, however, that this combined preheating is designed as a separate assembly that causes increased production costs and requires additional space that is often not available at least in the engine compartment of passenger cars.

In DE 198 23 254 C2 wird eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei der in einem seitlich am Zylinderkurbelgehäuse angegossenen Wasserkasten ein Ölkühler angeordnet ist. Weiterhin ist im Wasserkasten ein elektrisches Heizelement zur Vorwärmung des Kühlmittels bei noch kalter Brennkraftmaschine angeordnet. Das Heizelement ist gemäß dieser Druckschrift unmittelbar am Ölkühler befestigt und kann gemeinsam mit diesem in den Wasserkasten eingesetzt werden. Somit wird eine kombinierte Vorwärmung von Öl und Kühlmittel möglich. Allerdings ist diese technische Lösung nur für Brennkraftmaschinen geeignet, bei denen seitlich am Zylinderkurbelgehäuse ein Wasserkasten angegossen ist, der außerdem in seinem Innenraum ausreichend freien Bauraum zur Integration des Ölkühlers mit dem Heizelement aufweist. Somit muss bereits bei der Konstruktion eine diesbezügliche Einbauoption berücksichtigt werden, die jedoch Einfluss auf die Maße der Brennkraftmaschine im Bereich des Wasserkastens und auf die Führung der Ölleitungen hat. Folglich ist diese technische Lösung auch für Nachrüstungen nur bedingt geeignet.In DE 198 23 254 C2 An internal combustion engine is described in which an oil cooler is arranged in a cast-case on the side of the cylinder crankcase water tank. Furthermore, an electric heating element for preheating the coolant is still arranged in the water tank with cold engine still. The heating element is attached according to this document directly to the oil cooler and can be used together with this in the water tank. Thus, a combined preheating of oil and coolant is possible. However, this technical solution is only suitable for internal combustion engines in which laterally on the cylinder crankcase a water tank is cast, which also has in its interior sufficiently free space for integration of the oil cooler with the heating element. Thus, already in the design of a relevant installation option must be considered, but the influence on the dimensions the internal combustion engine in the region of the water box and on the leadership of the oil lines has. Consequently, this technical solution is only partially suitable for retrofitting.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Vorwärmung von Kühlmittel- und Ölkreisläufen zu schaffen, bei der jeweils ein Abschnitt der das Kühlmittel oder Ö1 führenden Leitungen durch eine Baugruppe geführt wird, die ohnehin am jeweiligen Objekt verfügbar ist und die für diese zusätzliche funktionelle Nutzung lediglich geringfügig modifiziert werden muss.task The invention is to a device for preheating of coolant and oil circuits create, in each case a section of the coolant or Ö1 leading Leads through an assembly is performed, anyway on the respective object available is and for this additional functional Use only slightly must be modified.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Vorrichtung als ein Wärmetauscher ausgestaltet ist, durch den eine Kühlmittel- und/oder Ölleitung geführt ist und wobei dem Wärmetauscher ein Heizelement zugeordnet ist, das in einem am Grundkörper des Wärmetauschers angeordneten Rohrstutzen abgestützt ist und das im freien Bauraum innerhalb des Wärmetauschers mit dem jeweils separat geführten Kühlmittel und/oder Öl in Wirkverbindung steht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, deren Merkmale im Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.These Task is solved by the device as a heat exchanger is configured, through which a coolant and / or oil line is guided and wherein the heat exchanger a heating element is assigned, which in one on the main body of the heat exchanger supported pipe socket supported is and the outdoor space within the heat exchanger with each separately guided coolant and / or oil is in active connection. Advantageous embodiments are the subject the dependent Claims, their features in the embodiment described in more detail become.

Die erfindungsgemäße technische Lösung ermöglicht durch eine lediglich geringfügige Modifizierung einer ohnehin verfügbaren Baugruppe eine kombinierte Vorwärmung von Kühlmittel- und Ölkreisläufen. Durch die bauliche Integration der für eine Aufheizung notwendigen Bauteile in einen vorhandenen Wärmetauscher wird für das Heizelement kein separates Gehäuse einschließlich der hierfür notwendigen Halterung und Verschlauchung benötigt. Somit wird eine einfache, kostengünstige und wenig Bauraum beanspruchende Ausführung erzielt.The inventive technical Solution enabled by a minor one Modification of an already available Assembly a combined preheating of coolant and oil circuits. By the structural integration of for a Heating necessary components in an existing heat exchanger is for the heating element no separate housing including the necessary for this Bracket and tubing needed. Thus, a simple, inexpensive and little space consuming execution achieved.

Diese Vorrichtung ist grundsätzlich für verschiedenartige technische Anwendungen geeignet, bei denen flüssige Medien an Motoren, Getrieben oder Maschinen erwärmt werden müssen. Eine bevorzugte Anwendung ist hierbei die kombinierte Vorwärmung von Motor- und/oder Getriebeöl und/oder Kühlmittel vor dem Kaltstart einer Brennkraftmaschine.These Device is basically for different types technical applications in which liquid media on engines, transmissions or Warmed up machines Need to become. A preferred application here is the combined preheating of Engine and / or transmission oil and / or coolant before the cold start of an internal combustion engine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:One embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described below described. Show it:

1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in teilweiser Schnittdarstellung in einer ersten Ausführung 1 the basic structure of a device according to the invention in a partial sectional view in a first embodiment

2 die in 1 gezeigte Vorrichtung mit Darstellung der Strömungswege 2 in the 1 shown device with representation of the flow paths

3 den grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung in einer zweiten Ausführung aus einer anderen Ansicht 3 the basic structure of the device in a second embodiment from another view

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist zur Vorwärmung von Kühlmittel- und Ölkreisläufen geeignet, wobei nachfolgend eine bevorzugte Anwendung an einer Brennkraftmaschine beschrieben wird. Dabei ist diese Vorrichtung als ein Wärmetauscher 1 ausgestaltet, durch den eine Kühlmittel- und/oder Ölleitung geführt ist.The device shown in the drawing is suitable for preheating coolant and oil circuits, wherein a preferred application to an internal combustion engine is described below. In this case, this device is a heat exchanger 1 designed, through which a coolant and / or oil line is guided.

In 1 und 2 ist eine erste Ausführung dargestellt, bei der lediglich ein Medium durch den Wärmetauscher 1 geführt wird. Hierbei stilisiert das Bezugszeichen "FS" in 1 die Fluiddurchströmung und der in 2 mit "W1" bezeichnete Pfeil den Eintritt des kalten Kühlmittels. Der weitere Strömungsverlauf des Kühlmittels innerhalb vom Wärmetauscher 1 ist in 2 mit mehreren kleinen Pfeilen "W3"stilisiert.In 1 and 2 a first embodiment is shown in which only one medium through the heat exchanger 1 to be led. Here, the reference symbol "FS" stylized in 1 the fluid flow and the in 2 Arrow labeled "W1" indicates entry of cold coolant. The further flow of the coolant within the heat exchanger 1 is in 2 stylized with several small arrows "W3".

In 3 ist eine zweite Ausführung dargestellt, bei der zwei unterschiedliche Medien durch den Wärmetauscher 1 geführt werden. Hierbei stilisiert Pfeil "W1" den Eintritt des kalten Kühlmittels, Pfeil "W2" den Austritt des warmen Kühlmittels, Pfeil "O1" den Eintritt des kalten Öls und Pfeil "O2" den Austritt des warmen Öls.In 3 a second embodiment is shown in which two different media through the heat exchanger 1 be guided. Here, arrow "W1" stylizes the entry of the cold coolant, arrow "W2" the exit of the warm coolant, arrow "O1" the entry of the cold oil and arrow "O2" the exit of the warm oil.

Dem Wärmetauscher 1 ist ein Heizelement 2 zugeordnet. Dieses Heizelement 2 ist in einem Rohrstutzen 3 abgestützt, der am Grundkörper des Wärmetauschers 1 angeordnet ist. Der Rohrstutzen 3 kann unterschiedlich im Wärmetauscher 1 lagefixiert und abgestützt werden. Dies kann beispielsweise durch eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung oder eine Klebeverbindung realisiert werden. Ebenso ist möglich, dass der Rohrstutzen 3 in den Grundkörper des Wärmetauschers 1 durch ein Tiefziehverfahren oder durch ein Gießverfahren baulich integriert wird. Unabhängig von der jeweils konkreten Variante ist dem Rohrstutzen 3 ein Dichtelement 4 zugeordnet. Dieses Dichtelement 4 verschließt den freien Bauraum zwischen der Innenkontur des Rohrstutzens 3 und der Außenkontur des Heizelementes 2 flüssigkeitsdicht.The heat exchanger 1 is a heating element 2 assigned. This heating element 2 is in a pipe socket 3 supported on the body of the heat exchanger 1 is arranged. The pipe socket 3 can be different in the heat exchanger 1 be fixed in position and supported. This can be realized for example by a solder joint or a welded joint or an adhesive bond. It is also possible that the pipe socket 3 in the body of the heat exchanger 1 is structurally integrated by a deep-drawing process or by a casting process. Regardless of the specific variant is the pipe socket 3 a sealing element 4 assigned. This sealing element 4 closes the free space between the inner contour of the pipe socket 3 and the outer contour of the heating element 2 liquid-tight.

Das Heizelement 3 steht, wie aus 2 anhand des Bezugszeichens "W3" ersichtlich, im freien Bauraum innerhalb des Wärmetauschers 1 mit dem jeweils separat geführten Kühlmittel und/oder Öl in Wirkverbindung. Weiterhin weist das Heizelement 2 außerhalb vom Grundkörper des Wärmetauschers 1 einen als Stecker 5 ausgestalteten Anschluss auf. Dieser Stecker 5 kann je nach Ausführung entweder mit Netzspannung oder mit Batteriespannung beaufschlagt werden. Somit kann das zur Vorwärmung vom Kühlmittel oder Öl benutzte Heizelement 2 alternativ mit Netzstrom oder Fahrzeugstrom betrieben werden, wobei die erste Variante insbesondere bei jahreszeitlich oder geographisch bedingter Kälte vorteilhaft ist.The heating element 3 is how it looks 2 by reference numeral "W3" visible in the free space within the heat exchanger 1 with the respective separately guided coolant and / or oil in operative connection. Furthermore, the heating element 2 outside of the main body of the heat exchanger 1 one as a plug 5 configured port on. This plug 5 Depending on the version, either mains voltage or battery voltage can be applied. Thus, the heating element used for preheating the coolant or oil 2 alternatively be operated with mains power or vehicle power, the first variant in particular at seasonal or geographical cold is advantageous.

Claims (7)

Vorrichtung zur Vorwärmung von Kühlmittel- und Ölkreisläufen, wobei jeweils ein Abschnitt der das Kühlmittel oder Öl führenden Leitungen durch eine Baugruppe geführt wird, der ein elektrisches Heizelement zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als ein Wärmetauscher (1) ausgestaltet ist, durch den eine Kühlmittel- und/oder Ölleitung geführt ist und wobei dem Wärmetauscher (1) ein Heizelement (2) zugeordnet ist, das in einem am Grundkörper des Wärmetauschers (1) angeordneten Rohrstutzen (3) abgestützt ist und im freien Bauraum innerhalb des Wärmetauschers (1) mit dem jeweils separat geführten Kühlmittel und/oder Öl in Wirkverbindung steht.A device for preheating of coolant and oil circuits, wherein each of a portion of the refrigerant or oil-carrying lines is guided by an assembly that is associated with an electric heating element, characterized in that the device as a heat exchanger ( 1 ) is configured, through which a coolant and / or oil line is guided and wherein the heat exchanger ( 1 ) a heating element ( 2 ), which in one on the main body of the heat exchanger ( 1 ) arranged pipe socket ( 3 ) is supported and in the free space within the heat exchanger ( 1 ) is in operative connection with the respective separately guided coolant and / or oil. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rohrstutzen (3) ein Dichtelement (4) zugeordnet ist, welches den freien Bauraum zwischen der Innenkontur des Rohrstutzens (3) und der Außenkontur des Heizelementes (2) flüssigkeitsdicht verschließt.Apparatus according to claim 1, characterized in that the pipe socket ( 3 ) a sealing element ( 4 ) is assigned, which the free space between the inner contour of the pipe socket ( 3 ) and the outer contour of the heating element ( 2 ) closes liquid-tight. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrstutzen (3) im Grundkörper des Wärmetauschers (1) mittels einer Lötverbindung oder einer Schweißverbindung oder einer Klebeverbindung lagefixiert abgestützt ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the pipe socket ( 3 ) in the main body of the heat exchanger ( 1 ) is supported fixed in position by means of a solder connection or a welded connection or an adhesive connection. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrstutzen (3) in den Grundkörper des Wärmetauschers (1) durch ein Tiefziehverfahren oder ein Gießverfahren baulich integriert und lagefixiert abgestützt ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the pipe socket ( 3 ) in the body of the heat exchanger ( 1 ) is structurally integrated by a deep-drawing process or a casting process and is supported fixed in position. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) außerhalb vom Grundkörper des Wärmetauschers (1) einen als Stecker (5) ausgestalteten Anschluss aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the heating element ( 2 ) outside of the main body of the heat exchanger ( 1 ) as a plug ( 5 ) has configured terminal. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (5) mit Netzspannung beaufschlagbar ist.Device according to claim 5, characterized in that the plug ( 5 ) can be acted upon by mains voltage. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (5) mit Batteriespannung beaufschlagbar ist.Device according to claim 5, characterized in that the plug ( 5 ) can be acted upon battery voltage.
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