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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetauscher-Einheit für den Schmierölkreislauf von Verbrennungsmotoren.
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Stand der Technik
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Bei Verbrennungsmotoren kann zur Ölkühlung ein Wärmetauscher verwendet werden, um das Schmieröl des Verbrennungsmotors zu kühlen. Der Wärmetauscher umfasst üblicherweise ein Wärmetauscherelement und Zu- und Abläufe für das Schmieröl sowie Zu- und Abläufe für eine Kühlflüssigkeit. Der Wärmetauscher ist meistens durch den Schmierölkreislauf mit einem Flüssigkeitsfilter verbunden. Der Flüssigkeitsfilter kann dabei entfernt von dem Wärmetauscher angeordnet oder direkt in einer Wärmetauscher-Einheit integriert sein. Der gesamte Wärmetauscher wird an einen Motorblock angeflanscht, wobei das ungereinigte, erhitzte Rohöl vom Motorblock über einen Zulauf zunächst in den Wärmetauscher eingeleitet und dort gekühlt wird und diesen anschließend über einen Ablauf wieder verlässt. Anschließend kann das Öl der Rohseite des Filterelementes zugeführt und im Filterelement gereinigt werden. Über die Reinseite des Filterelementes wird das gereinigte und gekühlte Öl wieder in den Ölkreislauf im Motorblock eingeleitet. Der Wärmetauscher kann auch auf der Reinseite des Filters angeordnet sein.
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Um zu verhindern, dass insbesondere nach einem Kaltstart bei großen Kältegraden das in den Wärmetauscher einfließende Öl auf Grund seiner bei niedrigen Temperaturen stark erhöhten Viskosität verblockt und eine stationäre Durchströmung des Wärmetauschers erschwert, kann z. B. vom Zulauf zum Wärmetauscher ein Bypass abzweigen, der zum Ablauf des Wärmetauschers oder bei vorhandenem Filter direkt zur Rohseite des Filters führt. Der Bypass kann unabhängig vom Betriebszustand offen und durch eine Verjüngung gedrosselt sein. Bei anderen Wärmetauschern ist in ihm ein Überdruckventil angeordnet, welches regulär in Schließposition steht und damit den Bypass versperrt. Überschreitet der Druck z. B. bei geringen Temperaturen aufgrund eines blockierten Wärmetauschers einen zulässigen Grenzwert, öffnet das Sperrventil und das Öl kann unmittelbar abströmen. Auf diese Weise blockiert ein zugesetzter Wärmetauscher nicht den gesamten Flüssigkeitskreislauf. Dadurch wird insbesondere ein besseres Kaltstartverhalten erreicht.
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Aus der
WO 2008/ 022 874 A1 ist ein Bypass-Ventil, aus der
DE 10 2006 029 108 A1 eine Anordnung zur Steuerung von Flüssigkeitsströmen, aus der
DE 102 45 005 A1 eine Flüssigkeitsfilter-Wärmetauscher-Einheit und aus der
FR 2 713 361 A1 ein thermostatischer Durchflussregler bekannt. Aus der
DE 102 45 005 A1 ist eine Flüssigkeitsfilter-Wärmetauscher-Einheit bekannt, bei der ein Bimetallelement abhängig von der Temperatur der Flüssigkeit den Zustrom zum Wärmetauscher bzw. durch den Bypass regelt, indem es sich bei Überschreiten bzw. Unterschreiten einer spezifischen Schalttemperatur selbsttätig zwischen zwei Schaltpositionen verstellt, wobei es den Bypass unterhalb der Schalttemperatur öffnet und oberhalb der Schalttemperatur verschließt.
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Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass damit nur ein relativ geringer Durchfluss bei gleichzeitig großem Strömungswiderstand ermöglicht wird. Auch ist diese Lösung nicht dazu geeignet, den Bypass im Falle eines Überdrucks bei hohen Betriebstemperaturen zu öffnen.
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Aus der
DE 102 05 518 A1 ist ein thermostatgesteuertes Ventil mit einem integrierten Bimetallelement bekannt, bei welchem das Bimetallelement ab einer bestimmten Grenztemperatur den Ventilkegel öffnet.
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Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass im Vergleich zu einem reinen Druckregelventil das Bimetallelement als zusätzliches Bauteil nötig ist. Ferner ermöglicht es nur einen geringen Schaltweg.
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Aus der
US 5 746 170 A ist ein Ölmodul für einen Verbrennungsmotor bekannt, bei welchem ein Bypass durch ein Thermostatventil gesteuert wird, welches eine Feder aus einem Formgedächtniswerkstoff und eine entgegenwirkende konventionelle Feder aufweist. Dabei dient die konventionelle Feder als Rückstellfeder für die Formgedächtnisfeder. Hierbei wirkt die Feder aus Formgedächtniswerkstoff in die gleiche Richtung wie der Flüssigkeitsdruck der Rohseite, die konventionelle Feder wirkt dem Flüssigkeitsdruck entgegen und bringt die Kraft zum Öffnen des Ventils auf.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der das Kaltstartverhalten eines Verbrennungsmotors verbessert.
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Insbesondere ergibt sich das Problem, einen Wärmetauscher mit konstruktiv einfachen Maßnahmen und ohne steuernden Eingriff von außen in der Weise auszubilden, dass bei niedrigen Temperaturen und geringem Flüssigkeitsdruck ein Bypass geöffnet wird und bei offenem Bypass ein höherer Volumenstrom durch den Bypass ermöglicht und der Strömungswiderstand gesenkt wird.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscher-Einheit, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zur Kühlung und Filtration einer Flüssigkeit, umfassend
- ein Wärmetauscherelement mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung für die zu kühlende Flüssigkeit, sowie
- einen Bypass, der den Wärmetauscher umgeht, und
- ein Ventil zur Steuerung des Flüssigkeitsstromes durch den Wärmetauscher bzw. durch den Bypass, wobei das Ventil mindestens eine Feder aus einem Formgedächtniswerkstoff beinhaltet, welche dem Flüssigkeitsdruck im Zulauf entgegenwirkt,
- ein Filtergehäuse, welches einen Filtereinsatz mit einem Filterelement aufnimmt, wobei der Filtereinsatz an einer unteren Endscheibe eine Rücklaufsperrmembran aufweist, welche die Rohseite in einen Zulaufraum und einen Ringraum trennt, wobei der Ringraum das Filterelement umgibt, wobei der Rücklauf vom Ringraum in den Zulaufraum verhindert wird, wobei der Zulaufkanal mit der Einlassöffnung des Wärmetauscherelements verbunden ist, wobei der Bypass den Zulaufkanal mit dem Zulaufraum verbindet.
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Erfindungsgemäß umfasst das Ventil zur Steuerung des Flüssigkeitsstromes in den Wärmetauscher und/oder in den Bypass eine Feder aus einem Formgedächtniswerkstoff. Diese kann dem Flüssigkeitsdruck im Zulaufkanal entgegenwirken.
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Erfindungsgemäß ist die Formgedächtnisfeder in ihrer Kaltform im Ventil vorgespannt, wodurch auch im kalten Zustand ein Öffnungsdruck überwunden werden muss.
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Der Vorteil der Integration einer Feder aus Formgedächtniswerkstoff in das Ventil ist, dass damit der Öffnungsdruck des Ventils abhängig von der Temperatur wird, wodurch auf einfache Weise eine temperatur- und druckabhängige Regelung des Durchflusses realisiert werden kann.
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In einer Ausführungsform umfasst der Filtereinsatz ein Mittelrohr, welches die Reinseite des Filterelements mit dem Austrittskanal verbindet.
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In einer Ausführungsform ist in dem Mittelrohr ein Überdruckventil angeordnet. Vorteilhaft ist das Überdruckventil im Bereich der oberen Endscheibe angeordnet. Ist das Filterelement zugesetzt, kann im Falle eines Überdruckes auf der Rohseite das zu filternde Medium von der Rohseite in das Mittelrohr überströmen.
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In einer Ausführungsform ragt das Mittelrohr in einem axialen Fortsatz über die untere Endscheibe hinaus, welcher den Zulaufraum durchdringt und an seinem Ende dichtend mit dem Austrittskanal verbunden ist.
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In einer Ausführungsform umfasst der axiale Fortsatz an seinem Ende zwei radiale Dichtungen, zwischen welchen eine radiale Austrittsöffnung vorgesehen ist, durch welche das gereinigte Fluid in den Austrittskanal strömen kann, wobei die erste Dichtung den Zulaufraum vom Austrittskanal trennt, wobei der axiale Fortsatz im an die radiale Austrittsöffnung anschließenden Bereich als Verschlussstopfen ausgebildet ist, welcher einen Ölablaufkanal verschließt.
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In einer Ausführungsform verläuft der Bypass parallel zur Hauptachse des Filtereinsatzes. Dabei ist die Öffnung des Bypasses vorteilhaft in Richtung des Filtergehäusedeckels gerichtet.
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Dies hat den Vorteil, dass der Bypass gemeinsam mit dem Rest des Innenraums, welcher den Filtereinsatz aufnimmt, entformt werden kann, wobei die Öffnung des Bypasses gut zugänglich ist. Das Ventil ist somit durch die großzügig bemessene Öffnung in das Filtergehäuse einbringbar, in welche auch der Filtereinsatz eingebaut wird.
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In einer Ausführungsform ist das Ventil als Einheit in den Bypass einschiebbar.
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In einer Ausführungsform ist das Filterelement auf das Mittelrohr aufschiebbar, wobei die Endscheiben dichtend auf dem Mittelrohr aufsitzen.
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In einer Ausführungsform ist das Mittelrohr in den Deckel des Filtergehäuses eingeschnappt oder auf andere Weise so mit dem Deckel verbunden, dass das Mittelrohr mit aufgeschobenem Filterelement drehbar und mit Spiel an dem Deckel befestigt ist.
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In einer Ausführungsform umfasst die Wärmetauscher-Einheit einen Flansch, der zur Befestigung der Einheit am Motorblock dient und Zu- und Ablaufkanäle aufweist, welche mit korrespondierenden Kanälen des Motorblocks in Verbindung bringbar sind.
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In einer Ausführungsform ist der Bypass in einer Baugruppe mit dem Wärmetauscher angeordnet. Dies ermöglicht vorteilhaft einen hohen Integrationsgrad.
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Das Ventil kann vorteilhaft einen Ventilsitz, einem Ventilkegel und mindestens eine Feder umfassen, welche das Verschließen des Ventils bewirkt, wobei mindestens eine Feder in einem Formgedächtnis-Werkstoff (z. B. Nickel-Titan, Kupfer-Zink, Kupfer-Zink-Aluminium, Kupfer-Aluminium-Nickel, Eisen-Nickel-Aluminium) ausgeführt ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Feder aus Formgedächtnis-Werkstoff die einzige Feder im Ventil. Damit kann das Bauvolumen, die Komplexität und der Preis des Ventils gering gehalten werden.
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Der Formgedächtnis-Werkstoff ist vorteilhaft so ausgelegt, dass sich die mechanischen Eigenschaften der Feder innerhalb des Temperaturbereichs ändern, in welchem das Umschalten zwischen der Durchströmung des Bypass und des Wärmetauschers erfolgen soll.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Ventil von einem konventionellen Federventil abgeleitet sein, wobei die konventionelle Feder durch eine Formgedächtnisfeder ersetzt wird.
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Bei ansteigender Flüssigkeitstemperatur kann beim Überschreiten einer Grenztemperatur zum Beispiel eine Gefügeänderung im Federwerkstoff stattfinden, welche ohne entgegenwirkende Kraft zu einer reversiblen Dehnung des Materials führt. Die Feder weist so eine Kaltform und eine Warmform auf. Bei unterbundener Dehnung ändert sich die Federkonstante und/oder die Spannung der Feder und damit der Schließdruck des Ventils.
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In einer Ausführungsform ist die Feder aus Formgedächtniswerkstoff unbelastet in ihrer Warmform länger als in ihrer Kaltform. In einer anderen Ausführungsform ist die Feder aus Formgedächtniswerkstoff unbelastet in ihrer Warmform kürzer als in ihrer Kaltform.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Ventil mit der Feder in Kaltform bei geringen Öltemperaturen unterhalb der Grenztemperatur eine geringe Schließkraft auf, bei höheren Temperaturen oberhalb der Grenztemperatur mit der Feder in Warmform eine höhere Schließkraft.
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Das Ventil ist so angeordnet, dass es bei geringen Temperaturen wie beispielsweise beim Kaltstart eines Verbrennungsmotors schon bei geringem Flüssigkeitsdruck öffnet bzw. leicht geöffnet ist und damit der Flüssigkeitsstrom unter Umgehung des Wärmetauschers durch den Bypass auf die Rohseite des Filterelementes geleitet wird.
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Auf diese Weise blockiert ein zugesetzter Wärmetauscher nicht den gesamten Flüssigkeitskreislauf. Dadurch wird insbesondere ein besseres Kaltstartverhalten erreicht.
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Wird im Normalbetrieb die optimale Flüssigkeitstemperatur erreicht, ist das Ventil ganz oder teilweise geschlossen, wodurch der gesamte Volumenstrom oder ein großer Teil des Volumenstroms durch den Wärmetauscher geleitet wird. Dies geschieht beim Ölkreislauf von Verbrennungsmotoren vorteilhaft ab einer Grenz-Öltemperatur in einem Bereich zwischen ca. 60 - 100 °C, besonders vorteilhaft zwischen 80 und 90°C. Im Falle eines Druckanstiegs im Flüssigkeitskreislauf z. B. durch einen zugesetzten Wärmetauscher oder Druckspitzen von der Ölpumpe öffnet sich das Ventil. Auf diese Weise erfüllt das Ventil eine Temperatur- und Druckregelfunktion, für welche kein Eingriff von außen notwendig ist.
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Die Anordnung des Ventils erfolgt vorteilhaft so, dass die Feder aus Formgedächtniswerkstoff dem Flüssigkeitsdruck auf der Seite des Zulaufs entgegenwirkt. Sie kann dabei entweder stromauf oder stromab vom Ventilsitz angeordnet sein. Sie kann sowohl als Druckfeder als auch als Zugfeder eingesetzt werden.
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In einer Ausführungsform wird eine Feder mit äußerem Zweiwegeverhalten verwendet. Hierbei kann eine konventionelle Feder als Rückstellfeder verwendet werden. Diese kann nach dem Abkühlen durch Aufbringen einer äußeren Kraft die Feder aus Formgedächtniswerkstoff wieder in ihre Kaltform überführen.
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Vorteilhaft wird das Ventil hierbei so ausgeführt, dass allein der Flüssigkeitsdruck die Rückstellkraft für die Wiederherstellung der Kaltform aufbringt, und so auf eine Rückstellfeder verzichtet werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird für die Formgedächtnisfeder eine Feder mit intrinsischem Zweiwegeffekt verwendet, wodurch beim Abkühlen keine äußere Rückstellkraft erforderlich ist, sondern der Werkstoff ohne äußere Einflüsse seine Kaltform einnimmt.
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In einer Ausführungsform liegt der Öffnungsdruck des Ventils bei einer Öltemperatur unter der Grenz-Öltemperatur bei ca. 0-0.4 bar (vorteilhaft 0.2 oder 0.3 bar) und bei einer Öltemperatur oberhalb der Grenztemperatur bei ca. 0.4-1.0 bar (vorteilhaft 0.6-0.8 bar). In einer alternativen Ausführungsform liegt der Öffnungsdruck des Ventils oberhalb der Grenztemperatur bei 2 +/- 0,5 bar.
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Eine Ausführungsform sieht die Verwendung von mindestens 2 Federn vor. Diese können jeweils entweder als Druck- oder Zugfeder ausgeführt sein. Die Federn können in Reihe und/oder parallel und/oder entgegengesetzt angeordnet sein. Auf diese Weise können die Federeigenschaften verschiedener Federn mit oder ohne Formgedächtnis-Werkstoff kombiniert werden, um die gewünschte Ventilcharakteristik zu erzielen.
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Mindestens eine Formgedächtnis-Feder kann dabei entweder stromauf oder stromab vom Ventilsitz angeordnet sein.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, das gesamte Ventil als eine bauliche Einheit zu gestalten. Dies hat den Vorteil, dass das Ventil außerhalb des eingebauten Zustands geprüft werden kann und in einfacher Weise als Modul in das System einsetzbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform wird in einem bestehenden Druckregelventil die konventionelle Feder durch eine Formgedächtnisfeder ersetzt. Auf diese Weise können bestehende Wärmetauscher ohne konstruktive Änderungen zu erfindungsgemäßen Wärmetauschern umgerüstet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Wärmetauscher Teil einer Wärmetauscher-Einheit, welche weiter ein Filtergehäuse und einen Filtereinsatz umfasst.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt zum Verständnis der Erfindung hilfreich einen Schnitt durch eine Wärmetauscher-Einheit, die zur Reinigung und Kühlung von Öl an einen Motorblock eines Verbrennungsmotors angeflanscht werden kann.
- 2 zeigt einen Schnitt des Ventils mit Feder aus Formgedächtnismaterial zur Verwendung im Bypass einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Einheit.
- 3 zeigt schematisch und beispielhaft den Dehnungsverlauf eines trainierten Materials sowie die Länge einer daraus bestehenden Feder mit Zweiwege-Formgedächtnisverhalten. Das gezeigte Verhalten kann für ein in Zugrichtung der Feder schließendes Ventil verwendet werden.
- 4 zeigt schematisch und beispielhaft den Dehnungsverlauf eines anderen trainierten Materials sowie die Länge einer daraus bestehenden Feder mit Zweiwege-Formgedächtnisverhalten. Das gezeigte Verhalten kann für ein in Druckrichtung der Feder schließendes Ventil verwendet werden.
- 5 zeigt schematisch zwei Ventilvarianten mit Federn aus Formgedächtnis-Werkstoff. Auf der linken Seite ist ein in Druckrichtung der Feder schließendes Ventil, auf der rechten Seite ein in Zugrichtung der Feder schließendes Ventil dargestellt.
- 6 zeigt einen Schnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmtauscher-Einheit.
- 7 zeigt einen anderen Schnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemä-ßen Wärmtauscher-Einheit.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die in 1 zum Verständnis der Erfindung hilfreich dargestellte Wärmetauscher-Einheit 1 dient zum Kühlen und Reinigen von Schmieröl in einem Verbrennungsmotor und umfasst einen Flüssigkeitsfilter 2 und einen Wärmetauscher 3, wobei Flüssigkeitsfilter 2 und Wärmetauscher 3 zwar als eigenständige Bauteile ausgeführt sind, jedoch fest miteinander verbunden sind. Der Filter kann ebenso außerhalb der Wärmetauscher-Einheit angeordnet und mit dieser über den Flüssigkeitskreislauf verbunden sein. In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist der Flüssigkeitsfilter 2 in einem Filtergehäuse 4 ein als Hohlzylinder ausgeführtes Filterelement 5 auf, dessen radiale Außenseite die von der zu reinigenden Rohflüssigkeit radial anzuströmende Rohseite 6 und dessen zylindrischer Innenraum die Reinseite 7 bildet, über die die gereinigte Flüssigkeit axial abgeführt wird. Das Filterelement 5 ist in einen Aufnahmeraum im Filtergehäuse 4 eingesetzt, wobei der zylindrische Innenraum des Filterelementes auf einen Gehäusestutzen 8 aufgesetzt ist, der Teil eines Ableitungsrohrs zur Ableitung der gereinigten Flüssigkeit in Pfeilrichtung 9 ist.
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Die Zufuhr der zu reinigenden, verschmutzten Flüssigkeit erfolgt in Pfeilrichtung 10 in einen im Filtergehäuse 4 ausgebildeten Zulaufkanal 11, in welchem ein Rücklaufsperrventil 12 zur Vermeidung eines unerwünschten Rückfließens der zu reinigenden Flüssigkeit entgegen Pfeilrichtung 10 angeordnet ist. Der Zulaufkanal 11 kommuniziert mit einer Einlassöffnung 13 im Gehäuse des seitlich am Filtergehäuse 4 angeordneten Wärmetauschers 3. Im regulären Betrieb - oberhalb einer Schalt- bzw. Grenztemperatur der Flüssigkeit - strömt die zu reinigende Flüssigkeit durch den Zulaufkanal 11 und über die Einlassöffnung 13 in den Wärmetauscher 3, wird in diesem gekühlt und fließt anschließend über eine Auslassöffnung 14 im Gehäuse des Wärmetauschers 3 und einen Verbindungskanal 15 im Filtergehäuse in den äußeren, das Filterelement 5 umgreifenden Ringraum und trifft radial auf die Rohseite 6 des Filterelementes. Nach dem radialen Durchströmen des Filterelementes wird über die Reinseite 7 und den Gehäusestutzen 8 die gereinigte und gekühlte Flüssigkeit in Pfeilrichtung 9 abgeleitet.
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Gemäß 1 und 2 ist der Zulaufkanal 11 über einen Bypass 16 in der Wandung des Filtergehäuses - welcher der Einlassöffnung 13 zum Wärmetauscher 3 gegenüberliegt - unmittelbar mit dem das Filterelement 5 umgreifenden Ringraum sowie der Rohseite 6 des Filterelementes verbunden. Die Bypassöffnung ist von einem im Bereich des Zulaufkanals 11 angeordneten Ventil 17 zu verschließen bzw. zu öffnen, wobei das Ventil 17 eine Feder aus Formgedächtniswerkstoff 18 umfasst, welche bei Überschreiten und Unterschreiten einer spezifischen Schalttemperatur ihre mechanischen Eigenschaften ändert.
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In 2 ist das Ventil (entsprechend dem Ventil 17 im Filtergehäuse 4 gemäß 1) in seiner Öffnungsposition dargestellt. Die Feder aus Formgedächtniswerkstoff 18 ist zwischen Ventilkegel 22 und Ventilhaube 24 eingespannt, wobei die Ventilhaube 24 mit Durchbrüchen 25 versehen ist, durch welche das Öl abströmen kann. Der in den Zulaufkanal 11 einströmende Flüssigkeitsstrom wird unmittelbar in Pfeilrichtung 23 über den Bypass 16 unter Umgehung des Wärmetauschers 3 zur Rohseite 6 des Filterelementes 5 geführt. Unterhalb seiner spezifischen Schalttemperatur, die im Falle einer Ölfilterung bzw. Ölkühlung beispielsweise bei 80° C liegt, weist die Feder aus Formgedächtniswerkstoff 18 ihre Kaltform auf. Die Feder 18 ist so ausgelegt, dass sie in diesem Zustand so stark gespannt ist, dass ein geringer Druck des Venitlkegels 22 auf dem Ventilsitz 21 erzeugt wird. Das Ventil weist in diesem Zustand einen geringen Öffnungsdruck auf. Dabei reicht der normale Flüssigkeitsdruck beim Betrieb des Verbrennungsmotors in kaltem Zustand aus, um das Ventil zu öffnen. So lässt sich verhindern, dass die bei niedrigen Temperaturen erhöhte Viskosität der zu reinigenden Flüssigkeit zu einem Blockieren und Verstopfen des Wärmetauschers 3 führt. Bei Überschreiten der Schalttemperatur ändert sich das Gefüge der Feder aus Formgedächtniswerkstoff 18, wodurch sich ihre Länge in unbelastetem Zustand vergrößern würde. Durch die Einspannung der Feder 18 im Ventil 17 und die dadurch vorgegebene Länge bildet sich jedoch eine höhere Vorspannung der Feder aus, wodurch die Federkraft und damit der Öffnungsdruck des Ventils ansteigen. Bei Überdruck im Zulaufkanal 11 wird jedoch die Schließkraft des Ventils überwunden. So ist der Bypass 16 bei Flüssigkeitstemperaturen oberhalb der Schalttemperatur und bei normalen Druckverhältnissen abgesperrt, so dass der gesamte Flüssigkeitsstrom über die Einlassöffnung 13 durch den Wärmetauscher 3 geführt wird. Bei Flüssigkeitstemperaturen unter der Schalttemperatur und normalen Druckverhältnissen ist der Bypass hingegen geöffnet, ebenso bei Flüssigkeitstemperaturen oberhalb der Schalttemperatur und gleichzeitigen Druckspitzen von der Ölpumpe im Zulaufkanal 11.
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6 und 7 zeigen verschiedene Schnitte einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Einheit 101. Die Wärmetauscher-Einheit 101 umfasst einen Anschlussflansch 142, in welchem ein Zulaufkanal 111 angeordnet ist, durch welchen das zu reinigende und zu kühlende Fluid in die Wärmetauscher-Einheit einfließt. Vom Zulaufkanal zweigt die Einlassöffnung 113 zum Wärmetauscherelement 103 ab. Aus diesem strömt das Fluid durch die Auslassöffnung 115 in den Zulaufraum 106a. Der Einlassöffnung 113 nachgeordnet schließt sich ein Bypass 116 an den Zulaufkanal 111 an, welcher in einer vorteilhaften Ausführungsform wie in 6 gezeigt als gerade Fortsetzung des Zulaufkanals 111 ausgebildet ist. Der Bypass 116 verbindet unter Umgehung des Wärmetauscherelements den Zulaufkanal 111 mit dem Zulaufraum 106a. In dem Bypass 116 ist ein Ventil 117 mit einer einzelnen Feder 118 angeordnet, wobei die Feder 118 aus einem Formgedächtniswerkstoff mit intrinsischem Zweiwegeeffekt besteht. Beim Durchschreiten des Grenztemperaturbereichs um ca. 80 +/-10 °C ändert sich die Gefügestruktur der Feder 118 und damit die Federkonstante und der Öffnungsdruck des Ventils 117. Das Ventil 117 ist so ausgelegt, dass bei Fluidtemperaturen unterhalb des Grenztemperaturbereichs der Öffnungsdruck des Ventils im Bereich weniger Zehntel bar, insbesondere 0-0,5 bar liegt. Auf diese Weise wird in diesem Zustand der Bypass 116 im Betrieb dauerhaft durchströmt. Gleichzeitig wird das Wärmetauscherelement durchströmt. Auf diese Weise ist im kalten Zustand der Strömungswiderstand der Anordnung minimiert. In warmem Zustand, oberhalb des Grenztemperaturbereichs, weist die Feder 118 eine höhere Federkonstante auf, wobei das Ventil so ausgelegt ist, dass der Öffnungsdruck im Bereich von 1-3 bar, vorteilhaft im Bereich von 2+/- 0,5 bar liegt. Das Ventil 117 wirkt damit in warmem Zustand wie ein konventionelles Kühlerumgehungsventil.
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Der Bypass 116 verläuft parallel zur Hauptachse des Filtereinsatzes 102. Dabei ist die Öffnung des Bypasses vorteilhaft in Richtung des Deckels 141 des Filtergehäuses 104 gerichtet. Dies hat den Vorteil, dass der Bypass gemeinsam mit dem Rest des Innenraums, welcher den Filtereinsatz aufnimmt, entformt werden kann, wobei die Öffnung des Bypasses gut zugänglich ist. Das Ventil 117 ist somit durch die großzügig bemessene Öffnung in das Filtergehäuse einbringbar, in welche auch der Filtereinsatz eingebaut wird. Dabei ist das Ventil 117 als Einheit ausgebildet und fertig montiert in den Bypass einschiebbar.
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Die Feder 118 ist auf der Anströmseite des Ventils 117 angeordnet und wirkt dem dort herrschenden Flüssigkeitsdruck entgegen. Der Ventilkegel 145 liegt auf der der Feder 118 gegenüberliegenden Seite auf dem Ventilsitz 146 auf und weist einen Fortsatz auf, der durch die Feder 118 hindurchragt. Der Fortsatz ist auf der dem Ventilsitz abgewandten Seite der Feder mit der Feder verbunden, wobei sich die Feder auf ihrem anderen Ende am Ventilsitz 146 abstützt. Somit zieht die Feder 118 den Ventilkegel 145 entgegen der Strömungsrichtung auf den Ventilsitz 146. Das Ventil 117 wird in dem Bypass 116 montiert, indem es in den Bypass eingeschoben wird. Durch ein Übermaß des Ventilsitzes 146 wird das Ventil 117 fest im Bypass 116 verspannt.
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Im Filtergehäuse 104 ist ein Filtereinsatz 102 angeordnet, welcher ein Mittelrohr 133 und ein Filterelement 132 umfasst. Das Filterelement 132 ist auf das Mittelrohr aufgeschoben und im Bereich der Endscheiben dichtend mit dem Mittelrohr 133 verbunden. In 6 ist das Filterelement 132 nicht abgebildet, seine Position ist durch zwei Kreuze angedeutet. Das Filterelement 132 weist an seiner unteren Endscheibe 131 eine Rücklaufsperrmembran 130 auf, welche einen Rücklauf der Flüssigkeit aus dem Ringraum 106b in den Zulaufraum 106a verhindert. Am der Rücklaufsperrmembran 130 gegenüberliegenden Ende des Filterelements 132 ist im Mittelrohr 133 ein Überdruckventil 135 angeordnet, welches bei Überdruck im Ringraum 106b, zum Beispiel bei zugesetzten Filterelement 132, öffnet und den Ringraum mit dem Innenraum des Mittelrohrs 133 verbindet. Im Falle eines Überdrucks im System, insbesondere in kaltem Zustand und dickflüssiger Schmierflüssigkeit, wirkt die Anordnung der Ventile 117 und 135 sowie der Rücklaufsperrmembran 130 in vorteilhafter Weise zusammen. Das Ventil 117 öffnet und öffnet einen zusätzlichen Strömungsquerschnitt parallel zum Wärmetauscherelement, wodurch in einem ersten Schritt der Strömungswiderstand minimiert wird. Die anschließend durchströmte Rücklaufsperrmembran 130 öffnet einen insbesondere im Vergleich zu einem normalen Rücklaufsperrventil großen Querschnitt, wodurch auch an dieser Stelle ein minimaler Differenzdruck erreicht wird. Das anschließend durchströmte Filterelement 132 kann insbesondere bei kalter, dickflüssiger Schmierflüssigkeit einen großen Strömungswiderstand erzeugen, welcher durch das bei erhöhtem Druck öffnende Überdruckventil 135 reduziert wird. Die Gesamtanordnung ist somit neben den erfüllten Sicherheitsfunktionen dazu geeignet, insbesondere im kalten Zustand den Differenzdruck des Gesamtsystems zu minimieren, wodurch die Emissionen einer Brennkraftmaschine, welche mit der Wärmetauscher-Einheit ausgerüstet ist, im kalten Zustand, insbesondere beim Kaltstart zu reduzieren.
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Das Mittelrohr 133 weist einen axialen Fortsatz 136 auf, welcher die Reinseite 107 des Filterelements mit dem Austrittskanal 134 am Anschlussflansch 142 verbindet. Der axiale Fortsatz 136 taucht in einen Stutzen 143 ein, von welchem der Austrittskanal 134 und ein Ölablaufkanal 140 abzweigen. Dabei umfasst der axiale Fortsatz an seinem Ende zwei radiale Dichtungen, zwischen welchen eine radiale Austrittsöffnung 137 vorgesehen ist, durch welche das gereinigte Fluid in den Austrittskanal 134 strömen kann, wobei die erste Dichtung 139 den Zulaufraum 106a vom Austrittskanal 134 trennt. Der axiale Fortsatz ist im an die radiale Austrittsöffnung 137 anschließenden Bereich als Verschlussstopfen 138 mit einer zweiten Dichtung 144 ausgebildet, welcher den Ölablaufkanal 140 verschließt.
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Das Mittelrohr 133 ist mit dem Deckel 141 durch eine Schnappverbindung derart verbunden, dass das Mittelrohr 133 zu dem Deckel 141 verdrehbar ist. Wird der Deckel 141, welcher durch eine Schraubverbindung mit dem Filtergehäuse 104 verbunden ist, geöffnet, werden gleichzeitig auch das Mittelrohr und das Filterelement 132 gelöst. Damit sind Deckel 141, Mittelrohr 133 und Filterelement 132 als Einheit entnehmbar.
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Wird der Deckel 141 gelöst, öffnet zuerst der Verschlussstopfen 138, wodurch die in der Anordnung befindliche Schmierflüssigkeit in den Ölablaufkanal ablaufen kann. Hierbei fließt zuerst die schon gereinigte, noch im Mittelrohr 133 befindliche Schmierflüssigkeit ab. Wird der Deckel 141 weiter geöffnet, verliert die erste Dichtung 139 den Kontakt. Nun kann die Schmierflüssigkeit aus dem Zulaufraum 106a, dem Ringraum 106b sowie ein Teil der Schmierflüssigkeit aus dem Wärmetauscherelement 103 abfließen. Die Auslassöffnung 115 ist in einer vorteilhaften Ausführungsform möglichst tief, d.h. in möglichst geringer Höhe angeordnet, wodurch ein möglichst großer Volumenanteil aus dem Wärmetauscherelement ablaufen kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Stutzen 143 im Bereich des Zulaufraums 106a eine Öffnung auf, welche den Innenraum des Stutzens 143 mit dem Zulaufraum 106a verbindet (hier nicht gezeigt). Auf diese Weise wird erreicht, dass der Zulaufraum 106a vollständig leerlaufen kann, auch wenn der Stutzen in den Zulaufraum 106a hineinragt.
