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Die Erfindung betrifft eine Mediumleitung zum Durchleiten eines Mediums. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung, in welcher beispielsweise in einem Ölnebelabscheider gereinigte Blow-by-Gase einer Frischluftleitung eines Verbrennungsmotors zugeführt werden.
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Die
DD 217 301 A1 offenbart ein Verfahren zum Beheizen von Impulsleitungen, die zu Messeinrichtungen an Heißwasser- oder Dampfleitungen führen. Hierbei liegt der
DD 217 301 A1 das Ziel zugrunde, die Anlagen- und Energiekosten der elektrischen Beheizung der Impulsleitungen bei vollständiger Gewährleistung der Betriebssicherheit und gleichzeitiger Senkung des Wartungsaufwandes erheblich zu verringern. Demgemäß liegt der
DD 217 301 A1 die Aufgabe zugrunde, einen geringen Teil der Wärmeenergie des in der Hauptrohrleitung strömenden Mediums ohne stofflichen Verlust für die Beheizung der Impulsleitung zu verwenden. Zur Lösung schlägt die
DD 217 301 A1 vor, die in der Hauptrohrleitung herrschende Druckdifferenz für den Stofftransport und die Wärmeübertragung zur Begleitheizung direkt oder indirekt zu nutzen. Insofern wird in der
DD 217 301 A1 wohl offenbart, eine Begleitheizungsrohrleitung aus der Hauptrohrleitung abzuzweigen, und diese über die Impulsleitung in die Hauptrohrleitung entfernt zum Abzweig münden zu lassen. Es wird also Medium aus der Hauptrohrleitung in die Begleitheizung und die sich daran anschließende Impulsleitung geleitet, welches über die Mündungsstelle der Impulsleitung in die Hauptrohrleitung zurückgeführt wird.
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Bei Verbrennungsmotoren, beispielsweise Hubkolbenmotoren entweichen Verbrennungsgase entlang der Kolben bzw. der Kolbenringe in das Kurbelgehäuse. Die Verbrennungsgase können einen Teil des dort vorhandenen Öls verdampfen oder fein verteilt Ölpartikel aufnehmen. Damit es beispielsweise in dem Kurbelgehäuse nicht zu einem Überdruck kommt, was einen Austritt der Gase in die Umwelt bewirken würde, werden diese mit den fein verteilten Ölpartikeln oder mit Öldampf belasteten Gase gezielt in den Ansaugtrakt bzw. in die Frischluftleitung des Verbrennungsmotors zurückgeführt. Zusätzlich muß bei bestimmten Motoren eine Belüftung des Motors mit Frischluft gesichert sein. Diese Frischluft vermischt sich im Kurbelgehäuse mit Ölpartikeln. Um unerwünschten Ölverlust, Ansaugluftverschmutzung und/oder eine Ansaugsystem-/Ventilverschmutzung und eine Kontaminierung des Katalysatorsubstrates mit Ölrückständen (Wegen zunehmend strenger werdender Abgasgesetze werden zunehmend empfindliche Abgasreinigungsanlagen eingesetzt, welche durch Kontaminierung z. B. durch Schmierölrückstände zu früh „altern“) zu vermeiden, soll das zurückgeführte Gas zu einem hohen Anteil von den Ölbeimischungen befreit werden, wozu Zentrifugal- bzw. Ölabscheider bzw. Ölnebelabscheider verwendet werden. Herkömmlicher Weise geschieht die Abscheidung des Öls mittels Prallplatten, Labyrinthen oder Zyklonen.
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Die Zentrifugalabscheider sind üblicherweise außerhalb des Ölraums bzw. des Kurbelgehäuses angeordnet.
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Die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung leitet die gereinigten Gase z. B. in die Frischluftleitung des Verbrennungsmotors.
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In kalten Mediumleitungen, welche Medien, beispielsweise Kurbelgehäuseentlüftungsgase transportieren, kann es vorkommen, das diese von außen nach innen vereisen, also von der Innenwand der Mediumleitung in Richtung zur Mittelachse, bzw. das zunächst dampfförmige Wasser an den kalten Wänden kondensiert und dann vereist. Bei Kurbelgehäuseentlüftungsleitungen z. B. wurde beobachtet, dass diese Vereisung an der Einleitstelle der Kurbelgehäusenetlüftungsleitung in die Frischluftleitung bzw. in das Ansaugsystem beginnen kann.
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Um dem entgegen zu wirken wurde z. B. in der
WO 2006/002791 A1 vorgeschlagen, Mittel zum Aufwärmen der Einleitstelle vorzusehen. Das Aufwärmmittel ist als eine an den Kühlmittel- oder Schmierölkreislauf angeschlossene und innerhalb der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung bis zur Einleistelle verlaufende Zirkulationsleitung.
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Bekannt ist aber auch eine elektrische Erwärmung der Einleitstelle. Zur Lösung desselben Problems wird in der
US 6,772,744 B2 vorgeschlagen, die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung über ein Wärmeleitelement mit dem Verbrennungsmotor zu verbinden. Hierbei wird das Wärmeleitelement zum einen an dem Verbrennungsmotor und zum anderen an der Außenseite der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung wärme leitend befestigt, so dass die Wärme aus dem Verbrennungsmotor von außen in die Wandung der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung eingeleitet wird. Dies ist nachteilig dahingehend, als das Wärmeleitelement mittels besonderer Befestigung an dem Verbrennungsmotor befestigt werden muß. Um diese Befestigung herstellen zu können ist zum einen beispielsweise ein zusätzlicher Bolzen und zum anderen eine geeignete Verbindung zur Kurbelgehäuseentlüftungsleitung notwendig.
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Als ein Hauptnachteil des Standes der Technik ist aber auch anzusehen, dass der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung jeweils extern Wärmeenergie zugeführt wird. Hierbei wird zum einen in Medienkreisläufe des Verbrennungsmotors und zum anderen in dessen elektrisches Bordnetz belastend eingegriffen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mediumleitung der Eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln vor einem Vereisen zu schützen, wobei belastende Eingriffe in Medienkreisläufe des Verbrennungsmotors, in ein Stromnetz, an welches der Verbrennungsmotor angeschlossen ist, oder den Verbrennungsmotor selbst vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein im Inneren der Mediumleitung angeordnetes Aufwärmmittel gelöst, welches Wärme direkt aus dem Mediumstrom aufnimmt und zu Randbereichen des Aufwärmmittels transportiert.
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Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Kurbelgehäuseentlüftungsleitungen, welche Kurbelgehäuseentlüftungsgase über eine Einleitstelle in eine Frischluftleitung eines Verbrennungsmotors bzw. des Ansaugsystem einleitet, um mit Hilfe des Aufwärmmittels die Einleitstelle bzw. die Austrittsstelle der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung ohne Zuführung externer Energie vor dem Vereisen bzw. Einfrieren zu schützen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Temperaturverteilung des Mediumstromes bzw. des Kurbelgehäuseentlüftungsgasstromes innerhalb der Mediumleitung glockenartig ist bzw. parabolisch verläuft. Dies bedeutet, dass an dem Innenumfang der Mediumleitung ein geringerer Temperaturbetrag vorliegt als im Bereich der Mittelachse. Insofern ist es günstig der Erfindung, wenn das Aufwärmmittel so ausgeführt ist, dass dieses die Wärme aus dem Zentrum des Mediumstromes aufnimmt und zu Randbereichen des Aufwärmmittels transportiert.
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Erfindungsgemäß weist das Aufwärmmittel ein Wärmesammelelement, Wärmetransportelemente und Wärmeelemente auf. Die Wärmeelemente sind erfindungsgemäß am Randbereich des Aufwärmmittels angeordnet. Über die Transportrippen ist das Wärmelement mit dem Wärmesammelelement verbunden.
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Um Sicherzustellen, dass das Aufwärmmittel die Wärme aus dem Zentrum des Mediumstromes aufnimmt, ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Wärmesammelelement mit seiner Mittelachse deckungsgleich zur Mittelachse der Mediumleitung angeordnet ist. In bevorzugter Ausgestaltung ist das Wärmesammelelement stabartig ausgeführt, so dass sein zum Mediumsstrom orientiertes, vorderes Ende von der Einleitstelle der Mediumleitung wegorientiert in die Mediumleitung hineinragt. Selbstverständlich kann das Wärmesammelelement mit seinem zum vorderen Ende gegenüberliegenden hinteren Ende aus der eigentlichen Mediumleitung heraus in die damit verbundene, beispielhafte Frischluftleitung hineinragen. Insofern nimmt das Wärmesammelelement über seine gesamte axiale Länge Wärme aus dem Zentrum des Mediumstromes auf, und leitet diese aufgenommene Wärme zu dem Randbereich bzw. zu den Wärmelementen.
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Die Wärmetransportelemente sind in bevorzugter Ausgestaltung rippenartig ausgeführt, so dass diese auch als Wärmetransportrippen bezeichnet werden können. Die Wärmetransportelemente sind so ausgeführt, dass diese einen möglichst geringen Strömungswiderstand aufweisen, und um beispielsweise Verwirbelungen des Mediumstromes zu vermeiden. In bevorzugter Ausgestaltung weisen die Wärmetransportelemente im Querschnitt gesehen eine trapezartige Ausgestaltung mit einer Basisfläche und einer dazu gegenüberliegenden Tragfläche auf. Die Basisfläche ist im Querschnitt gesehen bevorzugt breiter als die Tragfläche. Mit der Tragfläche ist das Wärmesammelelement verbunden, wobei die Basisfläche mit dem Wärmelement verbunden ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist das Aufwärmmittel mit seinen Komponenten (Wärmelemente, Wärmetransportelement, Wärmesammelelement) einstückig aus einem geeigneten Material gebildet. Natürlich können die Komponenten aber auch voneinander separiert sein und zum Aufwärmmittel zusammengefügt werden, was den Vorteil der jeweils geeigneten Materialauswahl für die jeweilige Komponente hat.
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Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn das Aufwärmmittel als separates Bauteil von der Einleitstelle bzw. der Auslassstelle orientiert mit seinem Einsteckabschnitt in die Mediumleitung so eingeschoben wird, dass das Aufwärmmittel mit seinem Wärmelement zumindest bereichsweise bzw. mit seinem Führungsabschnitt aus der Mediumleitung herausragt. Die Wärmelemente sind bevorzugt so ausgeführt, dass diese die eigentliche Einleitstelle bzw. die eigentliche Austrittstelle der Mediumleitung in die beispielhafte Frischluftleitung bilden. Dies bedeutet, dass die bzw. das Wärmeelement mit seinem Außenumfang an den Innenumfang der Mediumleitung angepasst ist, und vollumfänglich hinreichend dicht anliegt. Natürlich kann das Wärmeelement in Radialrichtung gesehen auch unterbrochen sein, so dass Wärmeelementsegmente gebildet sind, deren Außenumfang entsprechend ausgeführt ist. Die beispielhafte Frischluftleitung wird über die Mediumleitung geschoben, so dass die Frischleitung die Mediumleitung hinreichend übergreift, wobei ein Innenumfang der beispielhaften Frischluftleitung an den Außenumfang der Mediumleitung angepasst ist. Mit dem Führungsabschnitt ragt das Aufwärmmittel so in die beispielhafte Frischluftleitung hinein.
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Das Aufwärmmittel befindet sich mit seinem Wärmesammelelement im Zentrum des Mediumstromes. Das Wärmesammelelement nimmt Wärme aus dem Zentrum des Mediumstromes auf, und leitet diese durch die Wärmetransportrippen in das Wärmelement. Dieses bildet an der Einleitstelle bzw. an der Austrittsstelle quasi die innere Wandung der Mediumleitung und gibt die aufgenommene Wärme an die kritischen Außenrandzonen des Mediums bzw. des beispielhaften Kurbelgehäuseentlüftungsgas ab. Damit wird vorteilhaft die Ausbildung von Eiskristallen insbesondere an dem Innenumfang der jeweiligen Leitung vermieden.
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Um zu vermeiden, dass das Wärmelement die aufgenommene Wärme an die Umgebung, also z. B. an die Wandung der Mediumleitung oder an die Frischluft abgibt, ist in bevorzugter Ausgestaltung eine Isolationsschicht vorgesehen, welche an dem Außenumfang des Wärmelementes angeordnet ist. Die Isolationsschicht kann aus einem geeigneten Isolationsmaterial oder z. B. aus einem Luftspalt gebildet sein.
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Weitre vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie in der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt die einzige
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1 einen Querschnitt durch eine Mediumleitung mit einem darin angeordneten Aufwärmmittel.
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1 zeigt eine Mediumleitung 1 zum Durchleiten eines Mediums. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Mediumleitung 1 als Kurbelgehäuseentlüftungsleitung ausgeführt. Die Mediumleitung 1 führt als darin strömendes Medium beispielhaft in einem Ölnebelabscheider gereinigte Kurbelgehäuseentlüftungsgase (Blow-By-Gase) einer Frischluftleitung 2 eines Verbrennungsmotors zu. Im Inneren der Mediumleitung 1 ist ein Aufwärmmittel 3 angeordnet, welches Wärme aus dem Mediumstrom aufnimmt und zu Randbereichen 4 des Aufwärmmittels 3 transportiert.
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Das Aufwärmmittel 3 weist ein Wärmesammelelement 6, Wärmetransportelemente 7 und Wärmeelemente 8 auf.
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In bevorzugter Ausführung ist das Aufwärmmittel 3 einstückig aus den genannten Komponenten hergestellt, kann aber natürlich aus separierten Komponenten zusammengefügt werden.
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Die Mediumleitung 1 weist eine Einleitstelle 9 auf, mit der diese in die beispielhafte Frischluftleitung 2 mündet. Die Einleitstelle 9 kann auch als Austrittstelle 9 bezeichnet werden. Die Frischluftleitung 2 ist hinreichend dicht über die Mediumleitung 1 geschoben, wobei die Mediumleitung 1 auch als Bestandteil der Frischluftleitung 2 ausgeführt sein kann.
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Das Medium bzw. das Kurbelgehäuseentlüftungsgas strömt innerhalb der Mediumleitung 1 in Richtung zur Einleitstelle 9, was mittels des Strömungspfeiles 11 dargestellt ist. Beispielhaft ist die prinzipielle Temperaturverteilung bzw. Wärmeverteilung des Mediums innerhalb der Mediumleitung 1 dargestellt. Die prinzipielle Temperaturverteilung ist mittels des gestrichelt dargestellten Bereiches 12 wieder gegeben, welcher von einer prinzipiell dargestellten Einhüllenden 13 begrenzt ist, welche quasi parabolisch verläuft. Dies bedeutet, dass ein Temperaturbetrag des Mediums an einem Innenumfang der Mediumleitung 1 geringer ist als im Bereich ihrer Mittelachse X.
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Das Wärmesammelelement 6 ist bevorzugt stabartig ausgeführt, so dass sein zum Mediumstrom (Pfeil 11) orientiertes, vorderes Ende 15 von der Einleitstelle 9 der Mediumleitung 1 wegorientiert in die Mediumleitung 1 hineinragt. Das Wärmesammelelement 6 kann z. B. auch rohrförmig ausgeführt sein. Mit seiner Mittelachse X1 ist das Wärmesammelelement 6 deckungsgleich zur Mittelachse X der Mediumleitung 1 und somit im Bereich des höchsten Wärmebetrages des Mediums innerhalb der Mediumleitung 1 angeordnet.
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Die Wärmetransportelemente 7 sind rippenartig ausgeführt, so dass diese auch als Wärmetransportrippen bezeichnet werden können. Über die Wärmetransportelemente 7 ist das Wärmesammelelement 6 mit dem Wärmeelement 8 verbunden. Die Wärmetransportelemente 7 weisen eine Basisfläche 14 und eine dazu gegenüberliegende Tragfläche 16 auf. Mit der Basisfläche 14 ist das Wärmetransportelement 7 an das Wärmeelement 8 angebunden. Mit der Tragfläche 16 ist das Wärmetransportelement 7 an das Wärmesammelelement 6 angebunden. Die Basisfläche 14 ist im Querschnitt gesehen beispielhaft breiter als die Tragfläche 16 ausgeführt.
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Das Wärmeelement 8 weist einen Einsteckabschnitt 17 und einen sich daran anschließenden Führungsabschnitt 18 auf. Beide Abschnitte haben bevorzugt den gleichen Außen- und Innendurchmesser. Der Einsteckabschnitt 17 weist beispielhaft in etwa die hälfte der im Querschnitt gesehenen gesamten axialen Länge des Wärmeelementes 8 auf, ohne dass diese beispielhafte Längenangabe beschränkend sein soll. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wärmeelement 8 mit seinem Einsteckabschnitt 17 in die Mediumleitung eingeschoben. Mit dem Führungsabschnitt ragt das Wärmelement 8 aus der Mediumleitung 1 heraus in die Frischluftleitung 2 hinein. Zwischen dem Außenumfang des Wärmelementes 8 und dem Innenumfang der Mediumleitung 1 ist ein Isolationselement 19 angeordnet, welche den Außenumfang des Wärmeelementes 8 in seiner gesamten axialen Länge vorzugsweise vollumfänglich umfasst. Mit seinem Außendurchmesser liegt das Isolationselement 19 an dem Innenumfang der Mediumleitung 1 an.
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Das Aufwärmmittel 3 bildet so quasi die Einleitstelle 9 bzw. die Austrittstelle 9 in die Frischluftleitung 2.
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Das Wärmesammelelement 6 ist wie bereits zuvor beschrieben bevorzugt stabartig ausgeführt, kann aber auch rohrförmig ausgeführt sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich dieses mit seinem zum vorderen Ende 15 gegenüberliegenden hinteren Ende 21 bis kurz vor ein freies Ende 22 des Führungsabschnittes 18 des Wärmeelementes 8. Das Wärmeelement 8 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Hülse mit einer in Umfangsrichtung durchgehenden Wandung ausgeführt, in deren Innerem die Wärmetransportelemente 7 und das Wärmesammelelement 6 angeordnet ist.
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Das Aufwärmmittel 3 nimmt die in dem Zentrum des Mediumsstromes bezogen auf den Randbereich relativ hohe Wärme über das Wärmesammelelement 6 auf, und leitet diese über die Wärmetransportelemente 7 in die bzw. in das Wärmeelement 8 ein. Das Wärmesammelelement 8 gibt die zugeleitete Wärme an die Randbereiche des Mediumstromes ab. Damit ist eine Vereisung insbesondere der Einleitstelle 9 bzw. der Austrittstelle 9 der Mediumleitung 1 von dem Innenumfang in Richtung zur Mittelachse X vermieden. Aufgrund des Isolationselementes 19 ist eine Wärmeabgabe an die Wandung der Mediumleitung bzw. an die Frischluft vermindert.
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Das Aufwärmmittel 3 kann beispielsweise bei der Herstellung eines Kraftfahrzeuges entsprechend in neue Medienleitungen eingesetzt werden. Denkbar ist aber auch ältere Medienleitungen mit dem erfindungsgemäßen Aufwärmmittel (3) nachzurüsten.
