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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem, insbesondere zum
Einsatz in einem Kraftfahrzeug zum Kühlen von Aggregaten und/oder
eines Antriebsmotors, insbesondere des Kraftfahrzeugs mittels einer
Kühlmediumpumpe.
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Kühlsysteme,
beispielsweise Fahrzeugkühlsysteme,
sind bekannt. Diese umfassen einen Kühlmediumkreislauf zum Abführen von
Wärme mittels eines
Kühlmediums,
beispielsweise Wasser oder ein Wassergemisch, wobei das Kühlmedium
mittels einer Kühlmediumpumpe
im Kühlmediumkreislauf ständig umgewälzt wird.
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Während herkömmlich die
Kühlmittelpumpe in
einer ständigen
Triebverbindung mit dem Antriebsmotor des Fahrzeugs steht und somit
in Abhängigkeit der
Drehzahl des Antriebsmotors angetrieben wird, wurden in jüngerer Zeit
auch mittels eines Elektromotors angetriebene Kühlmediumpumpen vorgeschlagen.
Dies hat den Vorteil, dass die Kühlmediumpumpe
unabhängig
von der Drehzahl des Antriebsmotors angetrieben werden kann.
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Eine
weitere bekannte Möglichkeit,
die Drehzahl der Kühlmediumpumpe
regeln zu können,
jedoch nicht vollständig
unabhängig
von der Drehzahl des Antriebsmotors, sieht vor, in der Triebverbindung zwischen
dem Antriebsmotor und der Kühlmediumpumpe
eine schaltbare Magnetkupplung anzuordnen. Hierdurch ist es möglich, die
Kühlmediumpumpe
bei Bedarf mit einer niedrigeren Drehzahl umlaufen zu lassen als
die Antriebsmaschine umläuft.
Ein solcher Bedarf besteht immer dann, wenn in einem Betriebszustand
eine verhältnismäßig kleine
Kühlleistung
des Kühlsystems
erforderlich ist, die Antriebsmaschine mit einer vergleichsweise
hohen Drehzahl umläuft
und durch Vermindern der Drehzahl der Kühlmediumpumpe eine Energieeinsparung erzielt
werden kann.
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Nachteile
der bekannten Ausführungsformen mit
einer Magnetkupplung in der Triebverbindung zwischen der Antriebsmaschine
und der Kühlmediumpumpe
sind die begrenzte Schalthäufigkeit
aufgrund eines Verschleißes
der Kupplung sowie die Störanfälligkeit
der Kupplung. Ein besonderes Problem stellt die Wärmeentwicklung
in der Kupplung dar.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem,
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches hinsichtlich der genannten
Probleme verbessert ist. Hierbei soll ein Kühlsystem mit einer schaltbaren
und vorteilhaft in ihrer Drehzahl regelbaren Kühlmediumpumpe angegeben werden,
welche weniger anfällig
ist für
im Dauerbetrieb auftretende Wärmebelastungen.
Weiterhin soll die Kühlmittelpumpe
von geringem Aufwand und kostengünstig
in der Herstellung sein sowie eine Gewichtersparnis mit sich bringen.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird durch ein Kühlsystem,
insbesondere eines Kraftfahrzeuges nach dem unabhängigen Anspruch
gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
stellen bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung dar.
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Ein
erfindungsgemäßes Kühlsystem
beispielsweise eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Kühlmediumkreislauf,
in dem ein Kühlmedium
zum Kühlen
von Aggregaten und/oder eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs
mittels einer Kühlmediumpumpe
umgewälzt
wird. Die Kühlmediumpumpe weist
ein Pumpenlaufrad zum Fördern
des Kühlmediums
auf. Weiterhin ist eine hydrodynamische Kupplung vorgesehen, umfassend
ein Primärrad
und ein Sekundärrad,
die miteinander einen torusförmigen, über einen
Arbeitsmediumzu- und
Arbeitsmediumablauf befüllbaren
und entleerbaren Arbeitsraum ausbilden, um Drehmoment hydrodynamisch
vom Primärrad
auf das Sekundärrad
zu übertragen,
wobei das Pumpenlaufrad mit dem Sekundärrad drehfest gekoppelt ist.
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Vorzugsweise
ist die Kühlmediumpumpe eine
Rotationspumpe und umfasst einen Einlasskanal zum Zuführen und
einen Auslasskanal zum Abführen
von Kühlmedium.
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Besonders
bevorzugt ist das Kühlmedium des
Kühlmediumkreislaufs
zugleich das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung. Dies bedeutet, dass
die hydrodynamische Kupplung arbeitsmediumleitend mit dem Kühlmediumkreislauf
verbunden ist. Dabei kann die hydrodynamische Kupplung wie folgt mit
dem Einlasskanal (Saugseite) und dem Auslasskanal (Druckseite) der
Kühlmediumpumpe
in Verbindung stehen:
- – Der Arbeitsmediumzulauf der
hydrodynamischen Kupplung ist über
eine strömungsleitende Verbindung
mit dem Auslasskanal der Kühlmediumpumpe
und der Arbeitsmediumablauf über eine
strömungsleitende
Verbindung mit dem Einlasskanal der Kühlmediumpumpe verbunden.
- – Der
Arbeitsmediumzulauf der hydrodynamischen Kupplung ist über eine
strömungsleitende Verbindung
mit dem Einlasskanal der Kühlmediumpumpe
und der Arbeitsmediumablauf über eine
strömungsleitende
Verbindung mit dem Auslasskanal der Kühlmediumpumpe verbunden.
- – Der
Arbeitsmediumzulauf und der Arbeitsmediumablauf der hydrodynamischen
Kupplung sind mit dem Einlasskanal der Kühlmediumpumpe über eine
strömungsleitende
Verbindung verbunden.
- – Der
Arbeitsmediumzulauf und der Arbeitsmediumablauf der hydrodynamischen
Kupplung sind mit dem Auslasskanal der Kühlmediumpumpe über eine
strömungsleitende
Verbindung verbunden.
- – Der
Arbeitsmediumzu- und/oder der Arbeitsmediumablauf sind/ist über eine
strömungsleitende Verbindung
mit einem Pumpenraum, in dem ein Pumpenlaufrad angeordnet ist, verbunden.
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Im
letztgenannten Fall wird mittels der strömungsleitenden Verbindung der
Füllungsgrad
und somit die Leistungsübertragung
der hydrodynamischen Kupplung im Wesentlichen in Abhängigkeit
der Drehzahl des Pumpenlaufrades, des Fördervolumenstroms oder Förderdruckes
der Kühlmediumpumpe eingestellt.
Eine entsprechende Abhängigkeit
kann auch dann erreicht werden, wenn der Arbeitsmediumzu- und/oder
ablauf mit dem Auslass der Kühlmediumpumpe
verbunden ist/sind. Vorteilhaft ersetzt die Kühlmediumpumpe in diesem Fall
eine Füllsteuerungsvorrichtung
zur Einstellung eines Füllungsgrades
in der hydrodynamischen Kupplung.
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Alternativ
ist es möglich,
in der strömungsleitenden
Verbindung ein gesteuertes oder geregeltes Ventil vorzusehen, mittels
welchem der Füllungsgrad des
Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung eingestellt wird. Der
durch die Kühlmediumpumpe
erzeugte Druck dient in diesem Fall einer schnelleren und/oder vergleichsweise
größeren Befüllung des
Arbeitsraumes.
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Dabei
kann die strömungsleitende
Verbindung jeweils eine Leitung darstellen oder in Form von Axial-
und/oder Radialbohrungen ausgebildet sein, welche in das Primärrad, Sekundärrad, Pumpenlaufrad
und/oder in ein Pumpengehäuse
eingebracht sind. Auch kann eine solche strömungsleitende Verbindung von
den genannten Bauteilen ausgebildet werden, beispielsweise durch
Begrenzen eines Hohlraumes wie zum Beispiel eines Ringspaltes. Weiterhin
kann eine Vielzahl von strömungsleitenden
Verbindungen vorgesehen sein.
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Vorzugsweise
kann in den strömungsleitenden
Verbindungen, dem Arbeitsmediumzu- und/oder dem Arbeitsmediumablauf
ein Ventil zur variablen Einstellung eines Arbeitsmediumvolumenstromes angeordnet
sein. Beispielsweise kann das Ventil auch als veränderbare
Drossel ausgeführt
sein. Bevorzugt kann das Ventil ein ungesteuertes Ventil sein, das
heißt
frei von einer Steuerverbindung mit einer Steuer- oder Regelvorrichtung
sein, welche zum Betätigen
des Ventils Steuersignale erzeugt. Das Schalten des Ventils erfolgt
dann beispielsweise durch Abgriff einer Temperatur, eines Druckes,
eines Durchflusses oder einer sonstigen Größe oder einer entsprechenden
Größendifferenz
vorzugsweise eines durch das Kühlsystem
gekühlten
Antriebsstrangs oder seiner Umgebung. Auch kann das Ventil derart ausgebildet
sein, dass es direkt vom Arbeitsmedium betätigbar ist. Beispielsweise
wird der Öffnungsquerschnitt
des Ventils in Abhängigkeit
der Temperatur und/oder des Druckes des Arbeitsmediums am Ventil oder,
insbesondere des Druckes im Arbeitsraum und/oder eines dazu relativen Überlagerungsdruckes variiert.
Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Temperatur und/oder des Druckes
im Wesentlichen an derselben Stelle wie die Änderung des Strömungsquerschnitts
oder die Beaufschlagung des Ventils mit Arbeitsmedium. Bei einem
temperaturabhängigen Schalten
kann das Ventil beispielsweise als Temperaturregelventil (Thermostat,
Bimetall) oder Druckzuschaltventil ausgebildet sein, welches den
Strömungsquerschnitt
für Kühlmedium
und somit den Füllungsgrad
und die Leistungsübertragung
der hydrodynamischen Kupplung direkt oder indirekt temperatur- oder
druckabhängig
variiert. Druckzuschaltventile öffnen
beispielsweise oberhalb eines vorbestimmten Druckes und variieren
den Strömungsquerschnitt
auch proportional zum anliegenden Druck.
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Alternativ
kann das Ventil fremdbetätigt
sein – beispielsweise
durch eine Steuervorrichtung. Auch hierbei können die genannten oder anderen
Größen als
Eingangsgrößen der
Steuervorrichtung dienen, in Abhängigkeit
von welchen die Steuervorrichtung das Ventil betätigt.
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Die
Einstellung der Leistung beziehungsweise des Drehmomentes der Kühlmediumpumpe
mittels der hydrodynamischen Kupplung kann neben der Variierung
des Öffnungsquerschnittes
der in den strömungsleitenden Verbindungen
angeordneten Ventile und somit über
den Füllungsgrad
des Arbeitsraumes auch über
die Beeinflussung der sich im Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung
ausbildbaren Kreislaufströmung
erfolgen. Beispielsweise kann die Kreislaufströmung durch Einbringen eines Drosselelementes
mehr oder minder gestört
oder freigegeben werden, so dass sich bei maximaler Störung der
Kreislaufströmung
ein minimales von der hydrodynamischen Kupplung übertragbares Drehmoment ergibt,
und bei Entfernen des Drosselelementes ein maximales Drehmoment übertragbar
ist. Wenn Zwischenstellungen des Drosselelements einstellbar sind,
ist die Übertragung
der Leistung auch zwischen den beiden Grenzwerten variierbar.
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Bei
Vorsehen eines solchen Drosselelements in der hydrodynamischen Kupplung
kann die Kupplung als konstantgefüllte hydrodynamische Kupplung
ausgeführt
sein, das heißt
der Füllungsgrad
von Arbeitsmedium im Arbeitsraum ist nicht gezielt variierbar. Dies
schließt
nicht aus, dass der Arbeitsraum gegebenenfalls wahlweise befüllt und
entleert werden kann, um die Leistungsübertragung ein- und auszuschalten.
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Eine
Steuerung der Leistungsübertragung der
hydrodynamischen Kupplung mit einem Drosselelement kann entsprechend
durch die zuvor beschriebenen Abhängigkeiten und Eingangsgrößen erfolgen.
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Sind
die Ventile zur Beeinflussung der Leistungsübertragung der hydrodynamischen
Kupplung fremdbetätigbar
ausgeführt,
so kann der Öffnungsquerschnitt
der Ventile beispielsweise in Abhängigkeit des Ladedruckes wenigstens
einer Verdichterstufe eines im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs
angeordneten Turboladers variiert werden. Auch ist es denkbar, den
Druck in einer Frischluftleitung zum Antriebsmotor und insbesondere
die Stellung einer in der Frischluftleitung angeordneten Drosselklappe
zu erfassen und somit die Ventile entsprechend anzusteuern.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu der Erfassung des durch den Verdichter erzeugten Ladedrucks kann
auch der aktuelle, vom Antriebsmotor erzeugte Abgasdruck zur Steuerung
oder Regelung der Ventile herangezogen werden. Auch ist die Betätigung der Ventile
in Abhängigkeit
der Stellung einer Auspuffklappe, welche von den Abgasen des Antriebsmotors,
welcher als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt sein kann, beaufschlagt
wird und den Abgasdruck variiert, denkbar. Hierzu kann die Auspuffklappe
in einer Abgasanlage des Kraftfahrzeugs stromab des Antriebsmotors
angeordnet sein und insbesondere der Staudruck stromauf der Auspuffklappe
erfasst werden.
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Vorteilhaft
können
die Ventile in Abhängigkeit
des Bremsmomentes einer Motorbremse beziehungsweise in Abhängigkeit
der Bremsleistung, die in der Motorbremse in Verdichtungsarbeit
umgesetzt wird, betätigt
werden. Hierzu kann das Fahrzeug beispielsweise über eine Dekompressionsbremse,
welche die vom Motor im Verdichtungstakt geleistete Arbeit ungenutzt
lässt,
beziehungsweise eine Motorstaubremse, wobei die Bremsleistung in
Verdichtungsarbeit ohne anschließende Kraftstoffeinspritzung
und Verbrennung umgesetzt wird, verfügen. Auch kann die Motorbremse
als Kombination von Motorstaubremse und Dekompressionsbremse (EVB)
ausgeführt
sein.
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Weiterhin
ist die Einstellung der von der hydrodynamischen Kupplung übertragbaren
Leistung dadurch realisierbar, dass die Ventile in Abhängigkeit der
Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges und insbesondere dessen
Antriebsstranges betätigt
werden. Mit Umgebungstemperatur ist beispielsweise die Lufttemperatur
der Umgebung des Kraftfahrzeugs oder die Temperatur der einzelnen
Aggregate wie Getriebe oder Retarder gemeint. Auch kann die Betätigung der
Ventile in Abhängigkeit
der Stellung eines Thermostatventils, welches im Kühlmediumkreislauf
angeordnet ist, erfolgen.
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Sind
die Ventile, wie oben beschrieben, fremdgesteuert ausgeführt, so
können
diese von geeigneten Sensoren beziehungsweise einer Steuervorrichtung
und in Abhängigkeit
der erfassten Größen, wie
beispielsweise Temperatur-, Druck- oder Positionssensoren für die Stellung
der Drossel- und Auspuffklappe über
Signalleitungen, welche mit den Ventilen und den Sensoren wenigstens
mittelbar in Verbindung stehen, betätigt werden. Dabei bedeutet mittelbar,
dass zwischen den Ventilen und den Sensoren eine Steuervorrichtung
vorgesehen sein kann, welche die aktuellen Werte der Sensoren erfasst
und diese in Steuersignale für
die Ventile zur Einstellung der Leistungsübertragung der hydrodynamischen Kupplung
umwandelt. Auch kann die Steuervorrichtung mit Fahrzeugassistenzsystemen,
der Motor- oder Getriebesteuerung in Verbindung stehen, so dass
in Abhängigkeit
der Signale einer oder mehrerer dieser Steuereinheiten und/oder
Assistenzsysteme die Ventile betätigt
werden. Ganz allgemein kann die Einstellung der Leistungsübertragung
der hydrodynamischen Kupplung auch in Abhängigkeit der Drehzahl des Antriebsmotors
beziehungsweise der Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Kraftfahrzeugs
erfolgen.
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Der
Vorteil des Einsatzes von ungesteuerten Ventilen, die frei von einer
Fremdbetätigung
sind, ist der, dass die Ventile beispielsweise beim Ausfall der Steuereinrichtung
weiterhin funktionieren und somit eine optimale Einstellung der
Leistungsübertragung der
hydrodynamischen Kupplung und somit eine optimale Wärmeabfuhr
der Wärmemenge
im Kühlmediumkreislauf
ermöglichen.
Beispielsweise können hierzu
fremdbetätigbare
und ungesteuerte Ventile kombiniert werden, so dass beim Ausfall
der fremdbetätigbaren
Ventile die ungesteuerten Ventile einen zuverlässigen Weiterbetrieb ermöglichen.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren exemplarisch
erläutert
werden.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
vereinfacht ein Kühlsystem
eines Kraftfahrzeuges.
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2 schematisch
vereinfacht ein Kühlsystem
eines Kraftfahrzeuges mit einer Steuereinrichtung.
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3 eine
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen
Kupplung.
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4 eine
weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung.
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5 bis 9 weitere
Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kühlsystems und der Anbindung
der hydrodynamischen Kupplung an den Kühlmediumkreislauf.
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10 eine
weitere Ausgestaltung, wobei neben der hydrodynamischen Kupplung
eine zusätzliche
Kupplung vorgesehen ist.
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1 zeigt
schematisch vereinfacht die Grundkomponenten eines Kühlsystems
für ein
Kraftfahrzeug. Weiterhin ist ein Kühlmediumkreislauf 1 gezeigt,
wobei in Strömungsrichtung
angeordnet sind: eine Kühlmediumpumpe 3,
ein Antriebsmotor 2, ein Thermostatventil 24 sowie
ein Wärmetauscher 27. Der
Wärmetauscher 27 kann
zur Wärmeabfuhr
von einem Luftstrom, der von einem nicht gezeigten Lüfter erzeugt
wird, durchströmt
werden. Weiterhin ist ein Ausgleichsbehälter 26 vorgesehen,
in dem sich das Kühlmedium
des Kühlkreislaufs 1 ausdehnen kann.
Ferner ist eine Bypassleitung vorgesehen, die je nach Stellung des
Thermostatventils 24 mehr oder weniger Arbeitsmedium am
Wärmetauscher 27 vorbeiführt. Im
vorliegenden Falle ist ein zusätzlicher Wärmetauscher 31 im
Kühlmediumkreislauf 1 vorgesehen.
Dieser ist hierbei zu dem Kühlmediumkreislauf 1 parallel
geschaltet, jedoch ist auch eine Hintereinanderschaltung möglich. Der
Wärmetauscher 31 kann
zum Beispiel Teil eines Kühlers,
wie beispielsweise eines Zwischenkühlers oder eines Kühlers zur Abgasrückführung sein.
In diesem Fall ist der Antriebsmotor 2 als Verbrennungsmotor
ausgeführt
und umfasst wenigstens einen Abgasturbolader, wobei der Zwischenkühler in
der Frischluftleitung stromab oder stromauf wenigstens einer Verdichterstufe
angeordnet sein kann. Im Falle der Abgasrückführung ist der Kühler insbesondere
in einer Leitung zwischen der den Verbrennungsmotor verlassenden
Abgasflut und der Frischluftleitung angeordnet.
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Weiterhin
ist eine hydrodynamische Kupplung 5 ersichtlich, welche
vorliegend zwischen der Kühlmediumpumpe 3 und
einem sich an den Antriebsmotor 2 anschließenden Getriebe 25 angeordnet
ist. Dabei ist das Primärrad 6 über eine
Antriebswelle 14 mit dem Getriebe 25 drehfest
gekoppelt, wobei Antriebsleistung hydrodynamisch vom Primärrad 6 auf
ein Sekundärrad 7 mittels
einer Abtriebswelle 13 schließlich auf die Kühlmediumpumpe 3 übertragbar
ist. Die Drehzahl/das Drehmoment der Antriebswelle 14 und/oder
der Abtriebswelle 13 könnte
mittels wenigstens einer Getriebestufe zusätzlich übersetzt werden.
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Vorliegend
ist die hydrodynamische Kupplung 5 und insbesondere deren
Arbeitsraum zum Einstellen eines Füllungsgrades über einen
Arbeitsmediumzulauf 8 (gestrichelte Linien) mit dem Kühlmediumkreislauf 1 strömungsleitend
verbunden. Somit ist das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung 5 zugleich
das Kühlmedium
und wird vorliegend stromab der Kühlmediumpumpe 3 aus
dem Kühlmediumkreislauf 1 abgezweigt.
Jedoch wäre
auch eine andere Position für
die Abzweigung, beispielsweise stromauf der oder im Bereich der
Kühlmediumpumpe 3 denkbar.
Im Bereich des Arbeitsmediumzulaufs 8 kann ein Ventil 32 vorgesehen
sein, mittels welchem sich der Füllungsgrad
und somit die Leistungsübertragung
der hydrodynamischen Kupplung 5 einstellen lässt. Das
Ventil 32 kann beispielsweise als verstellbare Drossel
ausgeführt
sein.
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Vorliegend
ist ein Arbeitsmediumablauf 9 der hydrodynamischen Kupplung 5 über eine
strömungsleitende
Verbindung mit dem Kühlmediumkreislauf 1 verbunden.
Insbesondere mündet
diese Verbindung (gestrichelte Linien) in Strömungsrichtung des Kühlmediums
gesehen in dem Bereich vor dem Wärmetauscher 31.
Zur Einstellung eines Druckes beziehungsweise Volumenstroms kann
auch die genannte strömungsleitende
Verbindung ein regelbares Ventil 33 aufweisen, welches
beispielsweise als verstellbare Drossel ausgeführt sein kann. Diese Anordnung ermöglicht es,
dass in einem Betriebszustand, in welchem eine verhältnismäßig kleine
Kühlleistung
des Kühlsystems
erforderlich ist, jedoch schnell Wärme über einen verhältnismäßig kleinen
Wärmetauscher 31 abgeführt werden
muss, die Pumpwirkung der hydrodynamischen Maschine 5 ausgenutzt
wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Motor und der
Kühlmediumkreislauf
noch vergleichsweise kalt sind, der Abgasrückführungskühler oder der Zwischenkühler jedoch
schon ein heißes
Medium kühlen müssen. Dabei
ist die Pumpwirkung der hydrodynamischen Maschine 5 umso
größer, je
größer der Schlupf,
also die Drehzahldifferenz zwischen Primärrad 6 und Sekundärrad 7 ist.
Wird beispielsweise bei verhältnismäßig kleiner
Kühlleistung
des Kühlsystems,
wobei die Kühlmediumpumpe
mit einer vergleichsweise niedrigen Drehzahl und der Antriebsmotor
mit einer vergleichsweise hohen Drehzahl umläuft (großer Schlupf) durch Wärmeeintrag
in den Wärmetauscher 31 der
Kühlbedarf
vergrößert, so muss
nicht unbedingt die Drehzahl der Kühlmediumpumpe vergrößert werden,
sondern es genügt
hierbei die Pumpwirkung der hydrodynamischen Kupplung 5,
um diesen Bedarf zu decken.
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Die
Pumpwirkung der hydrodynamischen Kupplung 5, insbesondere
bei großem
Schlupf, kann zusätzlich
oder alternativ auch dazu genutzt werden, den Druck im Wärmetauscher 31 auf
der Kühlmediumseite
zu vergrößern. Ein
größerer Druck
verringert die Gefahr der Dampfblasenbildung und/oder der Kavitation
im Kühlmedium
im Wärmetauscher 31.
Die Gefahr der Dampfblasenbildung und der Kavitation ist besonders
dann groß,
wenn der Kühlmediumkreislauf
noch kalt ist, da dann ein geringer Druck beziehungsweise Überdruck
im Kühlmediumkreislauf herrscht.
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In
der Zuleitung zum Wärmetauscher 31 kann
auf Seiten des Kühlmediumkreislaufs 1 stromauf
des Wärmetauschers 31 ein
Rückschlagventil 34 angeordnet
sein. Ebenso kann stromab des Wärmetauschers 31 eine
Drossel 35, welche auch regelbar ausgeführt sein kann, angeordnet sein.
Die Drossel 35 kann auch dazu herangezogen werden, durch Drosseln
des Kühlmediumstroms
den Druck im Wärmetauscher 31 zu
erhöhen.
Hierdurch wird wiederum die Gefahr der Dampfblasenbildung und der
Kavitation vermindert. Auch kann die Drossel 35 dazu herangezogen
werden, zu bestimmen, wieviel Kühlmedium durch
den Wärmetauscher 31 strömt und wieviel durch
den gezeigten Bypass an diesem vorbeiströmt.
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Die 2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Kühlsystem,
wobei dieselben Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 dargestellt,
bezeichnet sind. Vorliegend ist die hydrodynamische Kupplung 5 an
den Kühlmediumkreislauf 1 angeschlossen,
somit ist das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung 5 zugleich
das Kühlmedium. Hier
ist die hydrodynamische Kupplung 5 vorliegend parallel
zur Kühlmediumpumpe 3 angeordnet.
In einer Verbindungsleitung zur hydrodynamischen Kupplung ist ein
Ventil 19 angeordnet, welches vorliegend als fremdbetätigtes Ventil
ausgeführt
ist. Das Ventil 19 steht über eine Signalleitung (gestrichelte
Linie) mit einer Steuereinheit 20 in Verbindung. Das Ventil 19 kann
als Proportionalventil ausgeführt
sein, wobei dessen Strömungsquerschnitt
zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert im Wesentlichen stetig einstellbar
ist. Auch kann das Ventil 19 als reines Ein-Aus-Ventil
ausgeführt
sein, wobei zusätzlich
zu dem Ventil eine Drossel vorgesehen sein kann, welche vorliegend
zum Ventil 19 parallel geschaltet ist. Wird das Ventil 19 in
die Ein-Stellung
verbracht, so strömt
das Arbeits-/Kühlmedium
durch die Drossel und/oder das Ventil. In einer Aus-Stellung lässt das Ventil
kein Arbeitsmedium hindurch, so dass Arbeitsmedium lediglich durch
die Drossel hindurchströmt. Eine
solche Anordnung von Drossel und Ventil kann in einem Arbeitsmediumzu-
und/oder Arbeitsmediumablauf der hydrodynamischen Kupplung angeordnet
sein.
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3 beschreibt
eine bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen
Kupplung 5, wobei die hydrodynamische Kupplung 5 und
die Kühlmediumpumpe 3 zu
einer Baugruppe zusammengefasst sind. Das Sekundärrad 7 ist vorliegend
derart ausgeführt,
dass es ein Pumpenlaufrad 4 ausbildet. Hierzu kann das
Sekundärrad 7 an
seiner dem Primärrad 6 abgewandten Seite
eine entsprechende Beschaufelung aufweisen. Vorliegend ist das Pumpenlaufrad 4 und
das Sekundärrad 7 auf
der Antriebswelle 14 drehbar gelagert. Auch könnten das
Pumpenlaufrad 4 und das Sekundärlaufrad 7 von einer
gemeinsamen Abtriebswelle getragen oder von dieser ausgebildet sein.
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Die
Kühlmediumpumpe 3 und
insbesondere das Pumpenlaufrad 4 sind somit vorliegend
in Axialrichtung neben der hydrodynamischen Kupplung 5 und
insbesondere auf der Sekundärseite
in einem gemeinsamen Gehäuse 15,
welches das Pumpenlaufrad 4, das Primärrad 6 und das Sekundärrad 7 umschließt, angeordnet.
Weiterhin umfasst die Kühlmediumpumpe 3 einen
Einlasskanal 11, der im Wesentlichen oder exakt in Axialrichtung
der hydrodynamischen Kupplung 5 verläuft sowie einen Auslasskanal 12,
welcher in Radialrichtung der hydrodynamischen Kupplung 5 angeordnet
ist.
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Über einen
Arbeitsmediumzulauf 8 wird Kühlmedium, welches im Einlasskanal 11 der
Kühlmediumpumpe 3 angesaugt
wird, in den Arbeitsraum 10 eingebracht. Das Arbeitsmedium
verlässt
den Arbeitsraum 10 vorliegend über einen Arbeitsmediumablauf 9,
welcher beispielsweise am radial äußeren Ende der beiden Primär-/Sekundärräder 6, 7 angeordnet
ist. Das über
den Arbeitsmediumablauf abgeführte
Arbeitsmedium wird dem Kühlmediumkreislauf über eine
nicht gezeigte strömungsleitende
Verbindung zugeführt.
Vorliegend ist am Außendurchmesser
des Sekundärrades 7 eine
berührungslose
Dichtung 18 vorgesehen, welche insbesondere das Arbeits-
und Kühlmedium
zwischen Arbeitsmediumablauf 9 und Auslasskanal 12 hydraulisch
trennt und gegeneinander abdichtet.
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In 4 ist
eine weitere Ausgestaltung einer Baugruppe aus Kühlmediumpumpe 3 und
hydrodynamischer Kupplung 5 dargestellt. Hier ist der Arbeitsmediumablauf 9 mit
einem Auslasskanal 12 im Gehäuse 15 über eine
strömungsleitende
Verbindung verbunden. Weiterhin ist in dieser Verbindung ein Ventil 19 vorgesehen,
welches vorliegend radial außerhalb
des Arbeitsraums 10 angeordnet ist. Vorliegend ist das
Primärrad 6 nicht
einteilig mit der Antriebswelle 14 ausgeführt, sondern
wird lediglich von dieser getragen. Das Sekundärrad 7 stützt sich
vorliegend über
ein Gleitlager 29 auf der Antriebswelle 14 ab.
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Das
Pumpenlaufrad 4 rotiert in einem Pumpenraum 17,
welcher in hydraulischer Verbindung mit dem Einlasskanal 11 und
dem Auslasskanal 12 steht. Vorliegend ist der Pumpenraum 17 über eine
strömungsleitende
Verbindung 23 in Form einer schrägen Bohrung hydraulisch mit
dem Arbeitsraum 10 verbunden. Dabei bedeutet die schräge Bohrung, dass
in einem Axialschnitt durch die Längsachse der hydrodynamischen
Kupplung 5 gesehen die Mittellinie der Bohrung in einem
Winkel zu der Längsachse der
hydrodynamischen Kupplung 5 verläuft. Bevorzugt ist eine Mehrzahl
von Bohrungen 23 vorgesehen. Somit gelangt Kühlmedium
infolge der Rotation des Pumpenlaufrads 4 aus dem Pumpenraum 17 durch
die Bohrung 23 in den Arbeitsraum 10, so dass der
Füllungsgrad
beziehungsweise die Leistungsübertragung
insbesondere in Abhängigkeit
der Drehzahl des Pumpenlaufrades 4 beziehungsweise des Förderdrucks
eingestellt wird.
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Vorliegend
ist das in der strömungsleitenden Verbindung
angeordnete Ventil 32 als Bimetallstreifen ausgeführt, der
beispielsweise, wie hier angezeigt, auf der dem Primärrad 6 zugewandten
Stirnfläche
des Sekundärrads 7 aufliegt
und der in Abhängigkeit
der Temperatur des Arbeitsmediums durch Verbiegen, insbesondere
in Richtung auf das Primärrad 6 hin öffnet. Zur
Beeinflussung des Füllungsgrades
und somit der Leistungsübertragung
könnte
auch das Ventil 19 herangezogen werden, welches zum Beispiel
ebenfalls als Thermostat- oder Druckzuschaltventil ausgeführt sein
kann. Die beiden Ventile 19, 32 sind auch in Form
einer Kombination eines Temperatur- und Druckregelventils denkbar.
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Auch
gemäß 4 werden
das Primärrad 6, Sekundärrad 7 sowie
Pumpenlaufrad 4 von einem gemeinsamen Gehäuse 15 umschlossen.
Letzteres ist vorliegend über
ein Lager 16 auf der Antriebswelle 14 gelagert.
Zwischen dem Lager 16 und dem Primärrad 6 ist eine Dichtung 28 in
Form einer Gleitringdichtung vorgesehen. Diese kann, ebenso wie
das Gleitlager 29 mittels des zugeführten Kühlmediums geschmiert werden.
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Die 5 bis 9 zeigen
die Anbindung der hydrodynamischen Kupplung 5 an den Kühlmediumkreislauf 1.
Im Wesentlichen sind dieselben Elemente wie in 2 dargestellt,
so dass dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Die Anbindung
der hydrodynamischen Kupplung 5 an den Kühlmediumkreislauf 1 erfolgt über strömungsleitende
Verbindungen 21, 22, in denen Ventile 19 zur
Einstellung des Arbeitsmediumvolumenstroms und somit der Arbeitsmediummenge
zur oder aus der hydrodynamischen Kupplung 5 angeordnet
sind. In 5 ist die strömungsleitende
Verbindung 21 an der Druckseite der Kühlmediumpumpe 3 und
somit in Strömungsrichtung
des Kühlmediums
gesehen hinter der Kühlmediumpumpe 3 angeordnet,
so dass Arbeitsmedium höheren
Druckes aus dem Kühlmediumkreislauf 1 abgezweigt
und der hydrodynamischen Kupplung 5 und insbesondere dem
Arbeitsraum 10 zugeführt
wird.
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In 6 ist
der Arbeitsmediumzulauf der hydrodynamischen Kupplung 5 über die
strömungsleitende
Verbindung 22 mit dem Einlasskanal 11 und somit
mit der Saugseite der Kühlmediumpumpe 3 verbunden.
Der Auslasskanal 12 ist über die strömungsleitende Verbindung 21 mit
der Druckseite der Kühlmediumpumpe 3 verbunden.
Vorliegend strömt somit
Kühlmedium
in Abhängigkeit
des Öffnungsquerschnitts
der Ventile 19 in der strömungsleitenden Verbindung 22 in
das Innere der hydrodynamischen Kupplung 5 und von dort
aus über
die strömungsleitende
Verbindung 21 durch das Ventil 19 in den Auslasskanal 12 beziehungsweise
direkt in den Kühlmediumkreislauf 1 zurück.
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Die 7 zeigt
dieselbe Anordnung wie in 6, jedoch
mit umgekehrter Strömungsrichtung.
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In 8 sind
der Arbeitsmediumzulauf und Arbeitsmediumablauf der hydrodynamischen
Kupplung 5 an der Saugseite der Kühlmediumpumpe 3 angeordnet,
so dass das Kühlmedium
vorliegend vom Einlasskanal 11 über das Ventil 19 – bei wenigstens teilweise
geöffnetem
Strömungsquerschnitt
der Ventile 19 – in
der strömungsleitenden
Verbindung 22 in die hydrodynamische Kupplung 5 und
von dort aus zurück über die
strömungsleitende
Verbindung 21 und das Ventil 19 insbesondere in
den Einlasskanal beziehungsweise in die Kühlmediumpumpe 3 strömt. Auch
hier wäre
eine Umkehrung der Strömungsrichtung
denkbar, so dass Kühlmedium
zuerst in die strömungsleitende
Verbindung 21 strömt
und anschließend über die
strömungsleitende
Verbindung 22 in den Kühlmediumkreislauf 1 zurückströmt.
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Die 9 zeigt
eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems, jedoch ist im Gegensatz
zu 8 der Arbeitsmediumzu- und Arbeitsmediumablauf
der hydrodynamischen Kupplung 5 jeweils mit der Druckseite
der Kühlmediumpumpe 3 verbunden.
In einer ersten Strömungsrichtung
fließt
Kühlmedium
von der Kühlmediumpumpe 3 beziehungsweise
vom Auslasskanal 12 über
die strömungsleitende
Verbindung 22 in die hydrodynamische Kupplung 5 und
von dort wieder zurück über die strömungsleitende
Verbindung 21 und das Ventil 19 – je nach
Stellung des Ventils 19 – zurück zum Auslasskanal 12 beziehungsweise
in Strömungsrichtung gesehen
hinter den Auslasskanal 12 in den Kühlmediumkreislauf 1.
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Die 10 zeigt
die Anordnung der hydrodynamischen Kupplung 5 in Triebverbindung
zwischen dem Antriebsmotor 2 und der Kühlmediumpumpe 3. Neben
der hydrodynamischen Kupplung 5 ist in der besagten Triebverbindung
eine weitere Kupplung 30 parallel zu der hydrodynamischen
Kupplung 5 angeordnet. Die zusätzliche Kupplung 30 kann
beispielsweise eine Magnetstromkupplung oder eine Wirbelstromkupplung
oder beispielsweise eine Reibkupplung sein, insbesondere um die
hydrodynamische Kupplung mechanisch zu überbrücken.
-
In
allen beschriebenen Ausführungsformen kann
im Kühlmediumkreislauf 1 zusätzlich ein
Retarder vorgesehen sein, welcher in Triebverbindung mit einem Antriebsmotor
des Kraftfahrzeuges steht, wobei die im Retarder während des
Bremsbetriebs erzeugte Bremswärme
dem Kühlsystem
des Kraftfahrzeugs zugeführt
wird. Auch kann der Retarder an den Kühlmediumkreislauf angeschossen
sein, wobei der Retarder in diesem Fall als Wasserretarder ausgebildet
ist, so dass das Kühlmedium
gleichzeitig das Arbeitsmedium des Retarders ist. Vorteilhaft kann
eine Retardersteuereinrichtung vorgesehen sein, welche die Leistungsübertragung
des Retarders regelt. Hierbei wird insbesondere bei Anforderung
eines Bremswunsches durch den Fahrer der Retarder durch die Retardersteuereinrichtung
betätigt,
wobei mittels eines pneumatischen Steuerdrucks Ventile zur Zuschaltung
des Retarders und insbesondere zur variierten Einstellung eines
vorbestimmten Füllungsgrads
des Retarderarbeitsraumes betätigt
werden oder ein Arbeitsmediumvorrat entsprechend druckbeaufschlagt
wird und somit der Retarderarbeitsraum wenigstens teilweise mit
Kühlmedium
oder einem anderen Arbeitsmedium gefüllt wird. Der pneumatische Steuerdruck
kann gleichzeitig zur Betätigung
der Ventile 19 beziehungsweise 32, 33 im
Zulauf und/oder Ablauf für
Arbeitsmedium zu der/von der hydrodynamischen Kupplung 5 und
somit zum Ändern
des Füllungsgrades
der hydrodynamischen Kupplung 5 herangezogen werden. Somit
wird bei Betätigung
des Retarders die Leistungsübertragung des
Retarders und gleichzeitig die der hydrodynamischen Kupplung 5 und
somit die Drehzahl der Kühlmediumpumpe 3 eingestellt.
Hierzu können
beispielsweise die Ventile 19, 32, 33 als
fremdgesteuerte pneumatische Ventile ausgeführt sein, die durch den pneumatischen
Steuerdruck der Retardersteuereinrichtung betätigbar sind.
-
- 1
- Kühlmediumkreislauf
- 2
- Antriebsmotor
- 3
- Kühlmediumpumpe
- 4
- Pumpenlaufrad
- 5
- hydrodynamische
Kupplung
- 6
- Primärrad
- 7
- Sekundärrad
- 8
- Arbeitsmediumzulauf
- 9
- Arbeitsmediumablauf
- 10
- Arbeitsraum
- 11
- Einlasskanal
- 12
- Auslasskanal
- 13
- Abtriebswelle
- 14
- Antriebswelle
- 15
- Gehäuse
- 16
- Lager
- 17
- Pumpenraum
- 18
- berührungslose
Dichtung
- 19,
32, 33
- Ventil
- 20
- Steuervorrichtung
- 21,
22
- strömungsleitende
Verbindung
- 23
- Bohrung
- 24
- Thermostatventil
- 25
- Getriebe
- 26
- Ausgleichsbehälter
- 27,
31
- Wärmetauscher
- 28
- Dichtung
- 29
- Gleitlager
- 30
- Kupplung
- 34
- Rückschlagventil
- 35
- Drossel