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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Erläuterung von in Bezug stehenden Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug, welcher die Temperatur der Betriebsfluide, die in den Wärmetauscher fließen, steuern kann.
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Beschreibung von in Bezug stehender technischen Lehre
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Im Allgemeinen kann ein Wärmetauscher über eine Wärmetransferfläche Wärme von einem Fluid einer hohen Temperatur zu einem Fluid einer niedrigen Temperatur austauschen und wird üblicherweise in einer Heizvorrichtung, einer Kühlvorrichtung, wie einem Kühler, einem Verdampfer oder einem Kondensator oder Verflüssiger verwendet.
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Ein entsprechender Wärmetauscher verwendet die Wärmeenergie weiter oder steuert eine Temperatur eines einfließenden Betriebsfluids entsprechend einer geforderten Eigenschaft. Der Wärmetauscher kann an eine Klimaanlage für ein Fahrzeug angeschlossen sein oder an einen Kühler für ein Getriebeöl eines Fahrzeugs und in dem Motorraum angeordnet sein.
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Da aufgrund der Raumbeschränkung Schwierigkeiten bei der Anordnung und Anbringung des Wärmetauschers in dem Motorraum bestehen, sind Untersuchungen zur Entwicklung von Wärmetauschern mit einer geringeren Größe, einem geringerem Gewicht und einer höheren Leistungsfähigkeit vorgenommen worden.
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Ein herkömmlicher Wärmetauscher steuert die Temperatur der Betriebsfluide gemäß dem (Betriebs)-Zustand des Fahrzeugs und liefert die Betriebsfluide an einen Motor, an ein Getriebe oder an eine Klimaanlage. Zu diesem Zweck sind in jedem Flüssigkeitskreislauf, durch welche die Betriebsfluide in Form eines Wärmemittels oder eines Kühlmittels geleitet werden, abgezweigte Kreisläufe und Ventile vorgesehen. Dabei steigt die Anzahl der Bestandteile und der Montagevorgänge und der Aufbau wird komplizierter.
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Wenn zusätzliche abgezweigte Kreisläufe und Ventile nicht verwendet werden, kann die Wirksamkeit des Wärmeaustauschs nicht in Bezug auf die Durchflussmenge des Betriebsfluids gesteuert werden. Entsprechend kann die Temperatur des Betriebsfluids nicht effizient gesteuert werden.
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Die Informationen, die in diesem Abschnitt des Hintergrunds der Erfindung erläutert wurden, dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als ein Zugeständnis in irgendeiner Form verstanden werden, dass diese Informationen einen Stand der Technik bilden, die einem Fachmann bereits bekannt gewesen ist.
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Kurze Erläuterung
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Unterschiedliche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf die Bereitstellung eines Wärmetauschers für ein Fahrzeug gerichtet, der während des dauerhaften Betriebs und dem anfänglichen Betriebsstart des Fahrzeugs über den gegenseitigen Wärmeaustausch der Arbeits- oder Betriebsfluide in dem Wärmetauscher die Vorteile des gleichzeitigen Wärmens und Kühlens von Betriebsfluiden in Bezug auf die Temperaturen der Arbeitsfluide erzielt.
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Unterschiedliche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf die Bereitstellung eines Wärmetauschers für ein Fahrzeug gerichtet, der weitere Vorteile aufweist bei dem Treibstoffverbrauch und der Eigenschaft des Erwärmens über eine Steuerung der Temperaturen der Betriebsfluide in Abhängigkeit von einem Zustand des Fahrzeugs.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Wärmetauscher für ein Fahrzeug aufweisen einen Wärmeaustauschbereich mit ersten und zweiten Verbindungskanälen, die abwechselnd durch Stapeln einer Mehrzahl von Platten geformt werden, wobei ein erstes und ein zweites Betriebsfluid in entsprechend den ersten und zweiten Verbindungskanälen aufgenommen werden und das ersten und das zweite Betriebsfluid beim Strömen durch die ersten und zweiten Verbindungskanäle miteinander in einem Wärmeaustausch stehen, und einen abgezweigten Bereich, der eine Einlassöffnung zum Fließen eines Betriebsfluids des ersten und des zweiten Betriebsfluids mit einer Auslassöffnung für das eine Betriebsfluid verbindet, wobei der abgezweigte Bereich eingerichtet ist, für das eine Arbeitsfluid als ein Bypass des Wärmeaustauschbereichs in Abhängigkeit von der Temperatur des einen Arbeitsfluids zu dienen und der außerhalb des Wärmeaustauschbereichs befestigt ist.
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Das erste Betriebsfluid kann durch eine erste Einlassöffnung in den Wärmeaustauschbereich und über eine erste Auslassöffnung aus dem Wärmeaustauschbereich strömen, und die erste Einlassöffnung kann über den ersten Verbindungskanal mit der ersten Auslassöffnung verbunden sein, das zweite Betriebsfluid kann durch eine zweite Einlassöffnung in den Wärmeaustauschbereich und über eine zweite Auslassöffnung aus dem Wärmeaustauschbereich strömen und die zweite Einlassöffnung kann über den zweiten Verbindungskanal mit der zweiten Auslassöffnung verbunden sein, und die erste und zweite Einlassöffnung können in Längsrichtung an beiden Seitenbereichen einer Fläche des Wärmeaustauschbereichs vorgesehen sein, und die erste und die zweite Auslassöffnung können von der ersten und der zweiten Einlassöffnung im Abstand angeordnet sein und in Längsrichtung an beiden Seitenbereichen einer Fläche des Wärmeaustauschbereichs vorgesehen sein.
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Die erste Einlassöffnung und die erste Auslassöffnung können diagonal zueinander an Eckbereichen der Fläche des Wärmeaustauschbereichs vorgesehen sein.
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Die zweite Einlassöffnung und die zweite Auslassöffnung können diagonal zueinander an jenen Eckbereichen der Fläche des Wärmeaustauschbereichs vorgesehen sein, an denen die erste Einlassöffnung und die erste Auslassöffnung nicht angeordnet sind.
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Der abgezweigte Bereich kann aufweisen ein verbindendes Rohr, das außerhalb des Wärmeaustauschbereichs die erste Einlassöffnung mit der ersten Auslassöffnung verbindet und das einen Einlassanschluss in der Nähe der ersten Einlassöffnung und einen Auslassanschluss an einer gegenüber dem Einlassanschluss und an einer in der Nähe der ersten Auslassöffnung liegenden Stelle aufweist, und eine Ventileinheit, die an einem Endbereich des verbindenden Rohres zwischen der ersten Einlassöffnung und dem Einlassanschluss angebracht ist und eingerichtet ist, sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsfluids auszudehnen oder zusammen zu ziehen, um wahlweise die erste Einlassöffnung zu öffnen und zu schließen, so dass das Betriebsfluid, das durch den Einlassanschluss einfließt, direkt zu dem Auslassanschluss fließt oder über die erste Einlassöffnung in den Wärmeaustauschbereich fließt.
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Die Ventileinheit kann aufweisen eine Montagekappe, die an dem der ersten Einlassöffnung benachbarten Ende des verbindenden Rohr an dem verbindenden Rohr angebracht ist, und ein Verformungselement, welches einen Endabschnitt aufweist, der mit der Montagekappe verbunden ist und welches in das verbindende Rohr eingesetzt ist und eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsfluids sich auszudehnen oder zusammen zu ziehen und wahlweise die erste Einlassöffnung zu schließen.
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Das Verformungselement kann aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt sein, um sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsfluids auszudehnen oder zusammen zu ziehen.
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Das Verformungselement kann aus einer Vielzahl von sich gegenseitig berührenden ringartigen Elementen in der Form einer Kreis-, Schrauben- oder Zylinderfeder gebildet sein.
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Das Verformungselement kann aufweisen ein Paar fester Bereiche, die in Längsrichtung davon auf den Seiten des Verformungselements angeordnet und eingerichtet sind, sich nicht temperaturabhängig zu verformen, und einen verformbaren Bereich, der zwischen dem Paar der festen Bereiche angeordnet ist und eingerichtet ist, sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsfluids auszudehnen oder zusammen zu ziehen.
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Die Montagekappe kann aufweisen einen Einführbereich mit einem Endbereich, der in das Verformungselement eingeführt und mit ihm verbunden ist, und einem Montagebereich mit einem Ende, das integral mit dem anderen Ende des Einführbereichs verbunden ist und das an einem Innenumfang des verbindenden Rohrs angebracht ist.
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Ein Gewinde kann an einem Außenumfang des Montagebereichs so vorgesehen sein, dass es an den Innenumfang des verbindenden Rohrs geschraubt werden kann.
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Ein Anschlag kann an dem anderen Ende des Montagebereichs integral angeformt sein, um als Anschlag gegen einen Endabschnitt des verbindenden Rohres zu dienen.
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Eine Werkzeugaussparung kann an einem Innenumfang des Anschlags vorgesehen sein.
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Der Wärmetauscher kann weiter eine Dichtung aufweisen, zur Verhinderung einer Undichtigkeit des Betriebsfluids aus dem verbindenden Rohrs, wobei die Dichtung zwischen dem Montagebereich und dem Einführbereich vorgesehen ist.
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Der Wärmetauscher kann weiter eine Endkappe aufweisen, die an dem anderen Ende des Verformungselements vorgesehen ist, wobei die Endkappe eine Durchlassöffnung aufweisen kann, um als Ausgleich für die von der fließenden Menge des über den Einlassanschluss einströmenden Betriebsfluids und des im Verformungselement fließenden Betriebsfluids verursachten Druckänderungen zu dienen und um das temperaturabhängige Ansprechverhalten des Verformungselements zu verbessern.
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Das erste Betriebsfluid kann ein von einem Kühler kommendes Kühlmittel sein und das zweite Betriebsfluid kann ein von einem Automatikgetriebe fließendes Getriebeöl sein. Dabei kann das Kühlmittel durch die erste Einlassöffnung, den ersten Verbindungskanal und die erste Auslassöffnung fließen, und das Getriebeöl kann durch die zweite Einlassöffnung, den zweiten Verbindungskanal und die zweite Auslassöffnung fließen.
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Der Wärmeaustauschbereich kann die Wärme zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsfluid durch einen Gegenstrom von dem ersten und dem zweiten Betriebsfluid tauscht.
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Der Wärmeaustauschbereich kann ein Plattenwärmetauscher mit einer Mehrzahl gestapelter Platten sein.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, die anhand der beigefügten Figuren, die hiermit einbezogen werden, ersichtlich und weiter im Detail ausgeführt werden und ferner durch die folgende detaillierte Beschreibung, die gemeinsam dazu dienen, gewisse Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kühlsystems für ein Automatikgetriebe mit einem Wärmetauscher für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß 2.
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4 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie B-B gemäß 2.
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5 ist eine perspektivische Ansicht eines Ventils, welches bei einem Wärmetauscher für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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6 ist eine Explosionsansicht eines Ventils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ventileinheit in einem ausgedehnten Zustand gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 und 9 zeigen eine perspektivische und eine Schnittansicht zur Beschreibung der Funktion des Wärmetauschers für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Figuren nicht notwendiger Weise maßstabsgerecht sind, da sie in einer etwas vereinfachten Art für unterschiedliche Merkmale stehen, um grundlegende Prinzipien der Erfindung zu erläutern. Die konkreten konstruktiven Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hier offenbart sind, umfassen zum Beispiel spezielle Maße, Ausrichtungen, Anordnungen und Formen, die sich teilweise aus der im Speziellen beabsichtigten Anwendung und den Bedingungen der Nutzung ergeben.
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In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen übergreifend über die unterschiedlichen Figuren der Zeichnungen auf die gleichen oder entsprechenden Teile.
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Detaillierte Beschreibung:
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Nun wird im Detail auf unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen) Bezug genommen, wobei Beispiele von ihr in den beigefügten Figuren erläutert und nachfolgend beschrieben werden. Während die Erfindung(en) in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen erläutert werden, so soll es so verstanden werden, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegensatz ist es mit der/den Erfindung(en) beabsichtigt, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen zu umfassen, sondern auch unterschiedliche Alternativen, Veränderungen, Äquivalente oder andere Ausführungsformen, die vom Geist und dem Umfang der Erfindung so umfasst sein können, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden im Detail in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
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Beispielhafte Ausführungsformen, die in dieser Spezifikation beschrieben werden, sind lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es sollte verstanden werden, dass unterschiedliche Veränderungen und Äquivalente vom Geist der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung umfasst waren.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kühlsystems für ein automatisches Getriebe mit einem Wärmetauscher für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß 2, 4 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts, entlang der Linie B-B gemäß 2, 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Ventils, welches bei einem Wärmetauscher für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird und 6 ist eine Explosionsansicht eines Ventils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezug nehmend zu den Figuren wird ein Wärmetauscher 100 für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Kühlsystem für ein Automatikgetriebe für ein Fahrzeug verwendet.
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Das Kühlsystem für ein Automatikgetriebe, wie es gemäß 1 gezeigt ist, ist mit einer Kühlleitung C.L zum Kühlen eines (Verbrennungs-)Motors ausgestattet. Ein Kühlmittel wird durch den Kühler 20, der einen Kühlventilator 21 aufweist, durch die Wasserpumpe 10 geleitet und wird durch den Kühler 20 gekühlt. Eine Heizvorrichtung 30, die mit dem Heizsystem verbunden ist, ist entlang der Kühlleitung C.L angeordnet.
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Ein Wärmetauscher 100 für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wärmt oder kühlt einfließende Betriebsfluide in Bezug auf deren Temperaturen im dauerhaften Betrieb oder im Zustand des anfänglichen Starts über eine Steuerung der Temperaturen im Wärmetauscher mittels Wärmeaustausch.
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Zu diesem Zweck ist der Wärmetauscher 100 für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen der Wasserpumpe 10 und der Heizvorrichtung 30 vorgesehen und ist ferner über eine Ölleitung O.L mit dem Automatikgetriebe 40 verbunden.
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In diesem Sinne weisen die Betriebsfluide bei der gegenwärtigen beispielhaften Ausführungsform ein Kühlmittel auf, das von dem Kühler 20 zufließt und ein Getriebeöl, das von dem Automatikgetriebe 40 zufließt. Das Kühlmittel und das Getriebeöl stehen in dem Wärmeaustauscher 100 in einem Wärmeaustausch miteinander, so dass die Temperatur des Getriebeöls gesteuert wird.
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Der Wärmeaustauscher 100, wie er in 2 gezeigt ist, weist einen Wärmeaustauschbereich 110 und einen abgezweigten Bereich 120 auf und der Wärmeaustauschbereich 110 und der abgezweigte Bereich werden nun im Detail beschrieben.
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Der Wärmeaustauschbereich 110 wird aus einer Mehrzahl übereinander angeordneter oder gestapelter Platten 112 und einer Mehrzahl von Verbindungskanälen 114 gebildet, die zwischen benachbarten Platten 112 liegen. Das Kühlmittel fließt durch einen der bzw. den ersten der Verbindungskanäle 114 und das Getriebeöl fließt durch den anderen der bzw. den zweiten der Verbindungskanäle 114. Dabei wird Wärme zwischen dem Kühlmittel und dem Getriebeöl ausgetauscht.
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Der Wärmetauscher 110 tauscht die Wärme zwischen dem Kühlmittel und dem Getriebeöl durch einen Gegenfluss von dem Kühlmittel und dem Getriebeöl aus.
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Der Wärmeaustauschbereich 110 ist ein plattenartiger (oder scheibenartiger) Bereich des Wärmeaustauschs, bei dem die Mehrzahl der Platten 112 stapelförmig angeordnet ist.
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Der abgezweigte Bereich 120 verbindet eine der Einlassöffnungen 116 zum Hereinfließen des Betriebsfluids in den Wärmeaustauschbereich 110 mit einer der Auslassöffnungen 118 zum Auslass des Betriebsfluids aus dem Wärmeaustauschbereich 110 und ist außerhalb des Wärmeaustauschbereichs 110 vorgesehen oder ist z. B. an dem Äußeren des Wärmetauschers befestigt. Der abgezweigte Bereich 120 ist eingerichtet, für das Betriebsfluid in Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsfluids einen Bypass des Wärmeaustauschbereichs 110 zu bewirken.
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Die Einlassöffnungen 116 weisen eine erste und eine zweite Einlassöffnung 116a und 116b auf, die in Längsrichtung an beiden Seiten bzw. an Stellen einer Fläche des Wärmeaustauschbereichs 110 vorgesehen sind. Dabei sind bevorzugt die erste und die zweite Einlassöffnung als Öffnungen in den Platten bzw. senkrecht zu den Platten des Wärmeaustauschbereichs 110 ausgerichtet.
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Zusätzlich weisen die Auslassöffnungen 118 eine erste und eine zweite Auslassöffnung 118a und 118b auf, die in Längsrichtung an beiden Seiten bzw. an unterschiedlichen Stellen des Wärmeaustauschbereichs 110 vorgesehen sind. Dabei sind bevorzugt die erste und die zweite Auslassöffnung als Öffnungen in den Platten bzw. senkrecht zu den Platten des Wärmeaustauschbereichs 110 ausgerichtet. Die erste und die zweite Auslassöffnung 118a und 118b stehen in einer Verbindung, bevorzugt einer fluidkommunizierenden Verbindung, mit der ersten bzw. der zweiten Einlassöffnung 116a und 116b und weisen einen Abstand gegenüber der ersten und der zweiten Einlassöffnung 116a und 116b auf. Die erste und die zweite Auslassöffnung 118a und 118b sind jeweils entsprechend über die Verbindungskanäle 114 des Wärmeaustauschbereichs 110 mit der ersten und der zweiten Einlassöffnung 116a und 116b verbunden.
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Die erste Einlassöffnung 116a und die erste Auslassöffnung 118a sind diagonal zueinander an Eckbereichen der Fläche des Wärmeaustauschbereichs 110 vorgesehen.
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Die zweite Einlassöffnung 116b und die zweite Auslassöffnung 118b sind diagonal zueinander an Eckbereichen der Oberfläche des Wärmeaustauschbereichs 110 vorgesehen.
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Der abgezweigte Bereich 120 weist ein verbindendes Rohr 122 und eine an dem verbindenden Rohr 122 vorgesehene Ventileinheit 130 auf, die im Folgenden beschrieben werden.
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Das verbindende Rohr 122 verbindet die erste Einlassöffnung 116a entlang dem Äußeren des Wärmeaustauschbereichs 110 mit der ersten Auslassöffnung 118a und weist in der Nähe der ersten Einlassöffnung 116a einen Einlassanschluss 124 und dem Einlassanschluss 124 gegenüber liegend einen Auslassanschluss 126 auf, der in der Nähe der ersten Auslassöffnung 118a vorgesehen ist.
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Ferner ist die Ventileinheit 130 an dem Ende des verbindenden Rohrs 122 angebracht, welches der ersten Einlassöffnung 116a zugeordnet ist und in Abhängigkeit der Temperatur des Betriebsfluids dehnt sie sich aus oder zieht sich zusammen.
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Entsprechend lässt die Ventileinheit 130 das darin fließende Betriebsfluid von dem Einlassanschluss 124 direkt und ohne durch den Wärmeaustauschbereich 110 geführt zu werden an den Auslassanschluss 126 oder es leitet das Betriebsfluid dadurch durch den Wärmeaustauschbereich 110, dass das Betriebsfluid in die erste Einlassöffnung 116a fließt und dann durch den Wärmeaustauschbereich 110 und über die erste Auslassöffnung 118a ausgegeben wird.
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Das durch den Einlassanschluss 124 strömende Kühlmittel fließt gemäß selektiver Betätigung der Ventileinheit 130 entweder durch das verbindende Rohr 122 unter Umgehung (Bypass) des Wärmeaustauschbereichs 110 zu den Auslassanschluss 126 oder zirkuliert durch die erste Einlassöffnung 116a, den Wärmeaustauschbereich 110 und die erste Auslassöffnung 118a. Das Getriebeöl zirkuliert durch die zweite Einlassöffnung 116b und die zweite Auslassöffnung 118b.
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Anschlüsse 119 sind (insbesondere für das Getriebeöl) jeweils an der zweiten Einlassöffnung 116b und der zweiten Auslassöffnung 118b vorgesehen und die Anschlüsse 119 sind über Verbindungsschläuche mit dem Automatikgetriebe 40 verbunden.
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Des Weiteren sind der Einlassanschluss 124 und der Auslassanschluss 126 über Verbindungsschläuche mit dem Kühler 20 verbunden.
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Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weisen die Verbindungskanäle 114, wie sie in 3 und 4 gezeigt sind, einen ersten bzw. erste Verbindungskanal/-kanäle 114a auf, durch den/die das Kühlmittel fließt, und einen zweiten bzw. zweite Verbindungskanal/-kanäle 114b auf, durch den/die das Getriebeöl fließt. Der erste bzw. die ersten Verbindungskanal/kanäle 114a und der zweite bzw. die zweiten Verbindungskanal/-kanäle sind von einander unabhängig.
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Die Ventileinheit 130, wie sie in 5 und 6 gezeigt ist, weist eine Montagekappe 132 und ein Verformungselement 142 auf und die Montagekappe 132 und das Verformungselement 142 werden im Folgenden beschrieben.
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Die Montagekappe 132 ist fest an dem in der Nähe des Einlassanschlusses 124 liegenden Ende des verbindenden Rohrs 122 befestigt.
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Die Montagekappe 132 weist einen Einführbereich 134 mit einem Endbereich, der in das Verformungselement 142 eingesetzt ist, und einen Montagebereich 136 auf, der integral an dem anderen Ende des Einführbereichs 134 vorgesehen ist und an einem Innenumfang des verbindenden Rohrs 122 befestigt ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Gewinde N an dem Außenumfang des Montagebereichs 136 so vorgesehen, dass der Montagebereich 136 mit dem Innenumfang des verbindenden Rohrs verschraubt werden kann und dabei ist eine Gegenform an dem Innenumfang des verbindenden Rohrs 122 in Bezug auf das Gewinde N vorgesehen.
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Zusätzlich zu dem einen Ende des Montagebereichs 136, das mit dem Einführbereich verbunden ist, ist an dem anderen Ende des Montagebereichs 136 ein Anschlag, Kragen oder Flansch 138 integral oder einstückig vorgesehen. Der Anschlag 138 wirkt als Anschlag gegen den Endabschnitt des verbindenden Rohrs 122, so dass der Montagebereich 136 nicht weiter in das verbindende Rohr 122 eingeführt oder tiefer eingeschraubt werden kann.
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Eine Werkzeugaussparung 139, in welche ein Werkzeug eingesetzt werden kann, ist an einem Innenumfang des Anschlags 138 vorgesehen. Nachdem ein Werkzeug in die Werkzeugaussparung 139 eingeführt ist, kann die Montagekappe 132 so gedreht werden, dass der Montagebereich 136 mit dem verbindenden Rohr 122 verschraubt wird.
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Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist eine Dichtung 141 zwischen dem Montagebereich 136 und dem Einführbereich 134 vorgesehen. Die Dichtung 141 verhindert, dass das Betriebsfluid, das in dem verbindenden Rohr 122 fließt, als eine Undichtigkeit oder ein Leck aus dem verbindenden Rohr 122 austreten kann.
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So dichtet die Dichtung 141 einen Spalt zwischen dem Innenumfang des verbindenden Rohrs 122 und dem Außenumfang des Montagebereichs 136, so dass eine Leckage des Betriebsfluids zwischen dem Gewinde N des Montagebereichs 136 und dem verbindenden Rohr 122 verhindert wird.
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Das Verformungselement 142 weist einen Endabschnitt auf, der mit der Montagekappe 132 verbunden ist und es ist in dem verbindenden Rohr 122 eingeführt und dehnt sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsfluids aus oder zieht sich zusammen.
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Das Verformungselement 142 kann aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt werden und kann sich abhängig von der Temperatur des Betriebsfluids ausdehnen oder zusammen ziehen.
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Die Formgedächtnislegierung (SMA Shape memory alloy) ist eine Legierung, die sich ihre Form bei einer vorgegebenen Temperatur merkt. Die Form der Formgedächtnislegierung kann bei einer Temperatur verändert werden, die von der vorgegebenen Temperatur abweicht. Wenn die Formgedächtnislegierung jedoch auf die vorgegebene Temperatur abgekühlt oder erhitzt wird, so kehrt die Formgedächtnislegierung zu ihrer alten Form zurück.
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Das Verformungselement 142, das aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist, weist ein Paar fester Bereiche 144 und einen verformbaren Bereich 166 auf und die festen Bereiche 144 und der verformbare Bereich 166 werden nun im Detail erläutert.
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Das Paar der festen Bereiche 144 ist in Längsrichtung an beiden Endabschnitten des Verformungsteils 142 vorgesehen, und der jeweilige feste Bereich hat eine Form, die durch die Wärme nicht verändert wird.
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Die Montagekappe 132 ist mit einem festen Bereich 144 verbunden. Die Montagekappe 132 wird über das Einsetzen des Einführbereichs 134 in einen Innenumfang des festen Bereichs 144 mit dem Verformungselement 142 befestigt.
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Der verformbare Bereich 146 ist zwischen den festen Bereichen 144 angeordnet und dehnt sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsfluids aus oder zieht sich zusammen.
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Das verformbare Element 142 hat die Form oder Gestalt einer Kreis- bzw. Zylinder- oder Schraubenfeder.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist das andere feste Ende 144 verschiebbar oder gleitend in dem verbindenden Rohr 122 aufgenommen und eine Endkappe 148 ist an diesem anderen festen Ende 144 befestigt.
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In dem Zustand, in welchem das Verformungselement 142 der Ventileinheit 130 ausgedehnt ist, sorgt die Endkappe 148 dafür, dass das Betriebsfluid, das durch den Einlassanschluss 124 fließt, nicht in Form eines Bypasses an dem Wärmeaustauschbereich 110 vorbeigeleitet wird. In diesem Sinn wird das Betriebsfluid über den ersten Verbindungskanal 114a zu der ersten Auslassöffnung 118a und zu dem Auslassanschluss 126 ausgegeben.
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Eine (axiale) Durchlassöffnung 149 ist an bzw. in der Endkappe 148 vorgesehen. Das Betriebsfluid kann das Verformungselement 142 über die Durchlassöffnung 149 in Art eines Bypasses umgehen oder durchströmen. Die Durchlassöffnung gleicht Druckänderungen aus, die sich aus der Flußmenge des Betriebsfluids ergeben, das durch den Einlassanschluss 124 fließt, und verbessert das Temperatur-Ansprechverhalten des Verformungselements 142.
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So verhindert die Durchlassöffnung 149, dass das Verformungselement 142 durch den Druck des Betriebsfluids beschädigt wird und erlaubt einen Fluss des Betriebsfluids in das Verformungselement 142, so dass das Verformungselement schnell auf eine Temperaturänderung des Betriebsfluids reagieren kann.
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In diesem Sinne wird der verformbare Bereich 146 des Verformungselements 142 sich bei einem Betriebsfluid, dessen Temperatur höher als eine vorgegebene Temperatur ist und das in die Ventileinheit 130 strömt, so ausdehnen, wie es in 7 gezeigt ist.
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Entsprechend sind die Windungen bzw. Ringelemente, die den verformbaren. Bereich 146 des Verformungselements 142 bilden, im Abstand voneinander angeordnet, so dass sie einen Abstand bzw. eine Lücke S von einander bilden und das Betriebsfluid strömt durch diesen Abstand S.
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Dabei sind die Windungen, die den festen Bereich 144 bilden, miteinander mittels einer Verschweißung befestigt, so dass der feste Bereich sich nicht ausdehnt.
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Wenn im Gegensatz dazu ein Betriebsfluid, das eine geringere Temperatur als die vorgegebene Temperatur aufweist, in das verbindende Rohr 122 strömt, so wird sich der verformbare Bereich 146 zu seiner ursprünglichen Form zusammen ziehen, die in 5 gezeigt ist, und die Abstände S werden geschlossen.
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Die Wirkung und Funktion des Wärmetauschers 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail erläutert.
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8 und 9 zeigen eine perspektivische und eine Schnittansicht zur Beschreibung der Funktion des Wärmetauschers für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wenn die Temperatur eines Kühlmittels, das durch den Einlassanschluss 124 in das verbindende Rohr 122 strömt, geringer als eine vorgegebene Temperatur ist, so verformt sich das Verformungselement 142 der Ventileinheit 130 nicht und verbleibt in seiner ursprünglichen Form, die in 8 gezeigt ist.
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Das Kühlmittel fließt nicht durch die erste Einlassöffnung 116a in den ersten Verbindungskanal 114a des Wärmeaustauschbereichs 110, sondern es fließt durch das verbindende Rohr 122 zu dem Auslassanschluss 126 und wird durch den Auslassanschluss 126 ausgegeben.
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Entsprechend fließt das Kühlmittel nicht durch den ersten Verbindungskanal 114a des Wärmeaustauschbereichs 110 und es findet kein Wärmeaustausch mit dem Getriebeöl statt, das durch die zweite Einlassöffnung 116b und den zweiten Verbindungskanal 114b des Wärmeaustauschbereichs 110 und so in dem Wärmeaustauschbereich 110 fließt.
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Wenn das Getriebeöl in Bezug auf einen Zustand oder Art des Betriebs des Fahrzeugs, wie einem dauerhaften Betrieb, einem Ruhezustand oder einem anfänglichen Betriebsstart aufgewärmt werden soll, so verhindert das verbindende Rohr 122, das Kühlmittel mit einer geringen Temperatur durch den ersten Verbindungskanal 114a strömt. Dadurch wird verhindert, dass die Temperatur des Getriebeöls aufgrund des Wärmetauschs mit dem Kühlmittel gesenkt wird.
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Wenn andererseits die Temperatur des Kühlmittels höher ist, als die vorgegebene Temperatur, so dehnt der verformbare Bereich 142 der Ventileinheit 130 sich aus und der Abstand S wird zwischen den Windungen gebildet, die den verformbaren Bereich 146 bilden, und wie es in 9 gezeigt ist.
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Das Kühlmittel, das durch den Einlassanschluss 124 strömt, fließt durch die Abstände S in den ersten Verbindungskanal 114a des Wärmeaustauschbereichs 110. Danach wird das Kühlmittel durch die erste Ausgabeöffnung 118a an das verbindende Rohr 122 ausgegeben.
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Das Kühlmittel, das an das verbindende Rohr 122 ausgegeben wird, fließt über den Auslassanschluss 126 des verbindenden Rohrs 122 zu dem Kühler 20.
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So fließt das Kühlmittel durch den ersten Verbindungskanal 114a des Wärmeaustauschbereichs 110 und es findet ein Wärmeaustausch mit dem Getriebeöl statt, das durch die zweite Einlassöffnung 116b einströmt und durch den zweiten Verbindungskanal 114b geleitet wird. Auf diese Weise werden die Temperaturen des Kühlmittels und des Getriebeöls durch den Wärmeaustauschbereich 110 gesteuert.
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Da die erste und die zweite Einlassöffnung 116a und 116b diagonal an Eckbereichen des Wärmeaustauschbereichs 110 angeordnet sind, fließen das Kühlmittel und das Getriebeöl in entgegengesetzten Richtungen und Wärme wird ausgetauscht. Hierdurch wird der Wärmeaustausch mit einer höheren Effizienz durchgeführt.
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So wird das Getriebeöl durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel in dem Wärmeaustauschbereich 110 gekühlt und wird dann zu dem Automatikgetriebe 40 geleitet.
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Da der Wärmetauscher 100 das Automatikgetriebe 40, das sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, mit gekühltem Getriebeöl versorgt, wird die Möglichkeit eines Durchrutschens des Automatikgetriebes 40 verhindert.
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Die Endkappe 148 verhindert in dem ausgedehnten Zustand des verformbaren Elements 124 weitgehend, dass das Kühlmittel das bei dem Einlassanschluss 124 einströmt, direkt bei dem Auslassanschluss 126 ausgelassen wird und es wird nur eine sehr kleine Menge des Kühlmittels durch die Durchlassöffnung 149 gelassen. Hierdurch wird verhindert, dass das Verformungselement 142 durch den Druck des Kühlmittels beschädigt wird.
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Bei der Verwendung des Wärmetauschers 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können beim Dauerbetrieb und beim Betriebsstart durch die Temperaturen des Betriebsfluids gleichzeitig Betriebsfluide aufgewärmt und abgekühlt werden. Auf diese Weise können die Temperaturen der Betriebsfluide besser gesteuert werden.
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Da die Temperaturen der Betriebsfluide in Abhängigkeit des Zustand des Fahrzeugs gesteuert werden kann, können der Treibstoffverbrauch und die Eigenschaften des Erwärmens verbessert werden. Außerdem wird der Montagevorgang aufgrund des einfachen Aufbaus vereinfacht.
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Weitere abgezweigte Bereiche von Kreisläufen werden nicht benötigt, wodurch die Herstellkosten gesenkt und die Herstellbarkeit verbessert werden.
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Wenn ein Betriebsfluid das Getriebeöl des Automatikgetriebes 40 ist, so kann bei einem Kaltstart die Viskosität des Getriebeöls, bzw. seine innere Reibung, aufgrund des schnellen Aufwärmens reduziert werden. Auch kann ein Durchrutschen verhindert werden und aufgrund der hervorragenden Kühleigenschaften kann die Standfestigkeit beim Fahren aufrecht gehalten werden. Aus diesem Grund werden der Treibstoffverbrauch und die Lebensdauer des Getriebes verbessert.
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Da das Verformungselement 142 aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist, ist der Aufbau der Ventileinheit 130 sehr einfach. Da die Ventileinheit 130 die Veränderung der Flüssigkeitskreise der Betriebsfluide in Abhängigkeit der Temperatur des Arbeitsfluids durchführt, kann der Fluss des Betriebsfluids genau gesteuert werden. Dadurch können die Bestandteile vereinfacht und die Herstellkosten reduziert werden. Auch das Gewicht kann reduziert werden.
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Da die Empfindlichkeit des Ventils in Bezug auf die Temperatur des Betriebsfluids verbessert ist, kann der Fluss des Betriebsfluids verbessert gesteuert werden.
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Es wird in dieser Beschreibung beispielhaft ausgeführt, dass als Betriebsfluide das Kühlmittel und das Getriebeöl verwendet werden, aber die Betriebsfluide sind nicht auf diese beschränkt. Alle Fluide, für die eine Erwärmung oder eine Abkühlung benötigt wird, können verwendet werden.
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Zusätzlich kann der Wärmetauscher gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bedeckungen, Befestigungen oder Klammern aufweisen, um Beschädigungen des Wärmetauschers oder anderer Komponenten zu verhindern oder zur Befestigung des Wärmetauschers an anderen Komponenten oder am Motorraum.
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Zum Zweck der Erläuterung und der exakten Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „oberer”, „unterer”, „innerer” und „äußerer” verwendet, um Merkmale von beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf die Lagen der entsprechenden Merkmale entsprechend zu den Figuren zu beschreiben.
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Die vorstehenden Beschreibungen von speziellen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zum Zwecke der Erläuterung und der Beschreibung ausgeführt. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie abschließend sind oder die Erfindung auf die exakten Ausführungsformen beschränken und in offensichtlicher Weise können diverse Veränderungen und Variationen im Lichte der obigen Lehre durchgeführt werden. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden zur Erläuterung von speziellen Prinzipien der Erfindung und deren praktischen Anwendung gewählt, um es dem Fachmann zu ermöglichen, unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu nutzen, sowie ebenso unterschiedliche Alternativen und Modifikationen davon. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung über die hier beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente bestimmt wird.
