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Die Erfindung betrifft ein Modul umfassend einen Fluidkühler und einen Fluidfilter zur Anordnung in einer Leitungsvorrichtung eines Fluidkreislaufs, insbesondere eines Kühl- und/oder Schmierkreislaufs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Leitungsvorrichtung eines Fluidkreislaufs, insbesondere eines Kühl- und/oder Schmierkreislaufs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Leitungsvorrichtung eine Leitung, eine Fluidpumpe, einen Fluidkühler und einen Fluidfilter umfasst.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Leitungsvorrichtung, insbesondere eines Kühl- und/oder Schmierkreislaufs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Leitungsvorrichtung eine Leitung, eine Fluidpumpe, einen Fluidkühler und einen Fluidfilter umfasst und das Fluid mittels der Fluidpumpe zuerst durch den Fluidkühler und dann durch den Fluidfilter bewegt wird.
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Aus der Druckschrift
DE 36 38 437 A1 ist ein Kühl- und Schmierkreislauf einer mit Öl gekühlten Brennkraftmaschine bekannt. Diese Druckschrift zeigt eine Brennkraftmaschine mit einer Leitungsvorrichtung umfassend einen Fluidfilter und einen Fluidkühler.
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Die Druckschrift
EP 1 931 879 B1 beschreibt eine Schmiereinrichtung einer Turbomaschine eines Kraftfahrzeugs. Diese Schmiereinrichtung hat eine Entlüftungsleitung, über die ein Überdruck in der Schmiereinrichtung abgeführt werden kann. Die Entlüftungsleitung endet in der Ölwanne, einem offenen, drucklosen Ölbehälter.
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Obwohl die Pumpe einer derartigen Leitungsvorrichtung kontinuierlich arbeitet, wird das Fluid durch die absoluten Volumina der Förderzellen der Pumpe diskret bewegt. Der dabei entstehende Druck und Volumenstrom weist pulsierende Schwankungen im Rhythmus der Bewegung der Förderzellen auf. Solche Pulsationen entstehen bei nahezu allen technisch relevanten Pumpen, beispielsweise bei Zahnradpumpen, Pendelschieberpumpen, Drehschieberpumpen und Flügelzellenpumpen.
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Die auftretende Druckpulsation umfasst kurzzeitige Druckspitzen, die deutlich über dem gewünschten Förderdruck liegen. Bei hohen Leistungsanforderungen an die Pumpe kann die Druckpulsation mitunter über dem Nenndruck der Leitungsvorrichtung liegen. Das dauerhafte Überschreiten eines maximal zulässiger Drucks wird üblicherweise durch ein Überdruckventil verhindert. Resultierend aus ihrer massigen Konstruktion reagieren Überdruckventile sehr träge. Um möglicherweise aus der Druckpulsation resultierende Beschädigungen an der Leitungsvorrichtung und/oder an dem Fluidkühler zu verhindern, werden diese entsprechend robust ausgelegt. Auch ist es möglich, die Leitungsvorrichtung mit Dämpfern und/oder Ausgleichsbehältern aus elastischen Materialien auszustatten. Dies können Schläuche oder Membranflächen sein. Die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen wirken sich jedoch alle negativ auf die Masse, die Anzahl der Teile und das Bauraumvolumen der Leitungsvorrichtung und somit auch auf die Kosten für die Leitungsvorrichtung aus.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Modul, eine Leitungsvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Leitungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass die Druckpulsation signifikant gesenkt wird und zugleich die Nachteile des Stands der Technik reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Modul gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Modul und/oder eine Leitungsvorrichtung mit einer definierten Leckage vorgesehen. Hierdurch ist es möglich, dass die Pulsspitzen durch die Leckage entspannt werden. Über die Leckage wird die Energie der Pulsspitzen abgebaut. Das Modul ist eine Baugruppe umfassend einen Fluidkühler und einen Fluidfilter in einem gemeinsamen Gehäuse beziehungsweise mit einer gemeinsamen Tragstruktur.
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Es hat sich als besonders funktional herausgestellt, dass die definierte Leckage als eine Umgehung des Fluidkühlers ausgeführt ist. Hierdurch ist es möglich, die Pulsation signifikant zu senken, ohne dass die Kühlleistung wesentlich beeinflusst wird. Durch die Minimierung der Druckpulsation müssen weder der Fluidkühler noch andere, insbesondere in Strömungsrichtung nachfolgende Elemente der Leitungsvorrichtung, beispielsweise ein Ölkühlerumgehungsventil, verstärkt ausgeführt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist mittels der Umgehung ein Kühlereintrittskanal mit einem Filterraum und/oder einem Filtereintrittskanal verbunden. Hierdurch ist es möglich, die Umgehung sehr kompakt und ohne bewegliche Teile auszuführen. Eine solche Umgehung ermöglicht es, sehr schnell auf die nur kurzzeitig auftretenden Druckspitzen zu reagieren. Die Umgehung des Fluidkühlers gewährleistet einen sicheren Abbau der Energie der Pulsspitzen, da zwischen dem Kühlereintrittskanal und dem Filtereintrittskanal beziehungsweise dem Kühleraustrittskanal eine Druckdifferenz herrscht.
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Bei einem Modul umfassend einen Fluidkühler und einen Fluidfilter ist der Kühleraustrittskanal als Verbindungskanal mit dem Fluidfilter zugleich auch der Filtereintrittskanal. Bei einem Modul wird der Kühlereintrittskanal auch als Moduleintrittskanal und der Filteraustrittskanal auch als Modulaustrittskanal bezeichnet.
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Bei einer Leitungsvorrichtung mit getrenntem Fluidkühler und Fluidfilter kann die Umgehung als ein Umgehungskanal ausgeführt sein. Dies ermöglicht es, die Umgehung auch im Rahmen einer Nachrüstung in der Leitungsvorrichtung vorzusehen. Dazu wird ein Kühlereintrittskanal über einen Umgehungskanal mit einem Filtereintrittskanal verbunden. Der Umgehungskanal kann als Rohr und/oder Schlauch ausgeführt sein. Die Verbindung des Kühlereintrittskanals mit dem Filtereintrittskanal kann auch über ein Bauteil geschehen, an das beide Kanäle angeschlossen sind, wobei das Bauteil eine definierte Öffnung zwischen den beiden Kanälen hat. Eine Umgehung wird in der Technik regelmäßig auch Bypass genannt. Die Erfindung findet ihren Einsatz bevorzugt bei Verwendung eines inkompressiblen Fluids, beispielsweise Öl. Vorzugsweise ist die Umgehung in dem Gehäuse des Fluidkühlers angeordnet. Eine solche Ausführung ist fertigungstechnisch und konstruktiv einfach zu realisieren. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Umgehung als eine Durchbrechung zwischen einem Kühlereintrittskanal und einem Kühleraustrittskanal ausgeführt.
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Hinsichtlich einer einfachen Herstellung hat es sich als praktikabel erwiesen, dass die definierte Leckage als eine Durchbrechung ausgeführt ist. Die Durchbrechung ist bevorzugt in einer Wand des Kühlereintrittskanals, des Filterraums und/oder des Filtereintrittskanals angeordnet. Eine derartige Umgehung ohne bewegliche Teile ist einfach zu fertigen und hat einen geringen Wartungsbedarf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Umgehung, insbesondere in dem Kühlereintrittskanal, in einem Winkel von 60° bis 120°, vorzugsweise in einem Winkel von 90°, zu der Strömungsrichtung des Fluids orientiert.
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Die definierte Leckage ergibt sich aus dem Druck des Fluids, dessen Strömungsgeschwindigkeit und der Querschnittsfläche der Umgehung. Die Umgehung weist erfindungsgemäß eine Querschnittsfläche von 19 bis 51 Quadratmillimetern, vorzugsweise eine Querschnittsfläche von 28 Quadratmillimetern auf. Die Umgehung kann dabei eine beliebige Querschnittsform haben. Strömungsgünstig sind gerundete Querschnittsformen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die Umgehung als eine Bohrung ausgeführt. Die genannten Querschnittsflächen entsprechen einer Kreisfläche mit einem Durchmesser zwischen 5 und 8 Millimetern, bevorzugt mit einem Durchmesser von 6 Millimetern. Die sich aus diesen Dimensionen ergebende Leckage mindert die Druckspitzen der Druckpulsation signifikant. Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Lösung keine beweglichen Teile. Ohne bewegliche Teile kann sehr schnell auf die nur kurzzeitig auftretenden Druckspitzen reagiert werden, bei einem geringen Aufwand für Fertigung und/oder Wartung.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Leitungsvorrichtung vorgesehen, bei dem das Fluid über eine Umgehung des Fluidkühlers teilweise entspannt wird. Hierdurch ist es möglich, dass die Druckpulsation signifikant gesenkt wird.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind drei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
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1 eine schematische Darstellung einer Leitungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform mit einem Fluidkühler und einem Fluidfilter;
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2 eine schematische Darstellung der Leitungsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform mit einem Fluidkühler und einem Fluidfilter;
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3 eine schematische Darstellung der Leitungsvorrichtung in einer dritten Ausführungsform mit einem Modul mit einem Fluidkühler und einem Fluidfilter;
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4 eine schematische Darstellung einer ersten Variante des in 3 beschriebenen Moduls;
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5 eine Ansicht einer zweiten Variante des in 3 beschriebenen Moduls;
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6 eine weitere Ansicht mit einem Ausschnitt des in 5 beschriebenen Moduls;
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7 eine geschnittene schematische Darstellung des in 5 beschriebenen Moduls.
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Die 1, 2 und 3 zeigen schematische Darstellungen einer Leitungsvorrichtung 1 für einen Kühl- und Schmierkreislauf einer Brennkraftmaschine 2 umfassend eine Leitung 3. Über die Leitung 3 wird ein Fluid aus einem offenen, drucklosen Speicher 4, beispielsweise einer Ölwanne, mittels einer Fluidpumpe 5 gefördert. Der Fluidpumpe 5 nachgeordnet sind ein Fluidkühler 6 mit einem Kühlereintrittskanal 15 und einem Kühleraustrittskanal 16 sowie ein Fluidfilter 7 mit einem Filtereintrittskanal 17 und einem Filteraustrittskanal 18. Die Leitungsvorrichtung 1 hat eine erfindungsgemäße Umgehung 9 des Fluidkühlers 6. Diese Umgehung 9 ist so dimensioniert, dass sie im Regelbetrieb eine definierte Leckage darstellt. Dazu hat die Umgehung 9 eine Querschnittsfläche von 19 bis 51 Quadratmillimetern, vorzugsweise eine Querschnittsfläche von 21 Quadratmillimetern. Das entspricht einem kreisförmigen Querschnitt von 5 bis 8 Millimeter. Dabei wird ein Teil des mit der Fluidpumpe 5 erzeugten Drucks über die Umgehung 9 entspannt. Aufgrund der Dimensionierung der Umgehung 9 wird dabei im Wesentlichen die Energie der Druckspitzen der Druckpulsation abgebaut. So wird verhindert, dass der Fluidkühler 6 oder andere Elemente der Leitungsvorrichtung 1, beispielsweise ein Kühlerumgehungsventil 8, hohen Druckstößen ausgesetzt werden.
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Die 1 und 2 zeigen weiterhin eine Kühlerumgehung 10, die mittels des Kühlerumgehungsventils 8 angesteuert wird. Über die Kühlerumgehung 10 kann bei Bedarf und entsprechender Stellung des Kühlerumgehungsventils 8 der gesamte Volumenstrom des Fluids an dem Fluidkühler 6 vorbeigeführt werden. Das Kühlerumgehungsventil 8 ist zwischen der Fluidpumpe 5 und dem Fluidkühler 6 angeordnet.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform der Leitungsvorrichtung 1, bei der die Umgehung 9 stromaufwärts zwischen dem Kühlerumgehungsventil 8 und dem Fluidkühler 6 sowie stromabwärts zwischen dem Fluidkühler 6 und dem Fluidfilter 7 mit der Leitung 3 verbunden ist.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Leitungsvorrichtung 1, bei der die Umgehung 9 stromaufwärts zwischen der Pumpe 5 und dem Kühlerumgehungsventil 8 sowie stromabwärts zwischen dem Fluidkühler 6 und dem Fluidfilter 7 mit der Leitung 3 verbunden ist.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Leitungsvorrichtung 1. In der Leitungsvorrichtung 1 ist ein Modul 12 vorgesehen. Das Modul 12 umfasst den Fluidkühler 6 und den Fluidfilter 7. Fluidkühler 6 und Fluidfilter 7, sind also in dem Modul 12 als eine Baugruppe verwirklicht. Bei der in 4 gezeigten Variante dieser Ausführungsform haben Fluidkühler 6 und Fluidfilter 7 ein gemeinsames Gehäuse 13. Bei der in 5 gezeigten Variante dieser Ausführungsform haben Fluidkühler 6 und Fluidfilter 7 zumindest eine gemeinsame Tragstruktur 14. Das Modul 12 ist über einen Moduleintrittskanal 19 und einen Modulaustrittskanal 20 an die Leitungsvorrichtung 1 angeschlossen. Der Moduleintrittskanal 19 ist zugleich der Kühlereintrittskanal 15. Der Modulaustrittskanal 20 entspricht dem Filteraustrittskanal 18. Die Umgehung 9 ist in dem Modul 12 als eine Verbindung zwischen dem Kühlereintrittskanal 15 und einem Verbindungskanal 21 ausgeführt. Der Verbindungskanal 21 entspricht dem Kühleraustrittskanal 16 beziehungsweise dem Filtereintrittskanal 17.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Variante des in 3 beschriebenen Moduls 12. Dabei sind der Fluidkühler 6, der Fluidfilter 7, der Verbindungskanal 21 zwischen Fluidkühler 6 und Fluidfilter 7 und die Umgehung 9 in einem Gehäuse 13 des Moduls 12 verwirklicht. Das Modul 12 hat zwei nach außen führende Anschlüsse, den Moduleintrittskanal 19 und den Modulaustrittskanal 20.
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Die 5, 6 und 7 zeigen einen Teil einer zweiten Variante des in 3 beschriebenen Moduls 12. Das Modul 12 hat für den Fluidkühler 6 und den Fluidfilter 7 eine gemeinsame Tragstruktur 14. Der in 5 nicht dargestellte Fluidkühler 6 wird an der Anschlussfläche 22 der Tragstruktur 14 befestigt. In der Anschlussfläche 22 ist eine dem Kühlereintrittskanal 15 zugeordnete Öffnung 23 des Moduleinlasskanals 19 und die dem Kühleraustrittskanal 16 zugeordnete Öffnung 24 des Verbindungskanals 21 zu erkennen. Der Fluidfilter 7 besteht aus einem in 7 dargestellten Filterelement 11 und einem zylindrischen Filterraum, der durch einen Filterraumdeckel 25, eine Filterraumwandung 26 und einen Filterraumboden 27 definiert ist. In dem dem Filterraumdeckel 25 gegenüberliegenden Filterraumboden 27 sind eine Öffnung des Filtereintrittskanals 17 und eine Öffnung des Filteraustrittskanals 18 zu erkennen. Weiterhin hat der Filterraumboden 27 eine Durchbrechung 28 zu dem Moduleintrittskanal 19. Diese Durchbrechung 28 hat einen Durchmesser von 6 Millimetern und ist somit für einen Teilstrom des Fluids eine Umgehung 9 des Fluidkühlers 6. Die beispielsweise als Bohrung ausgeführte Durchbrechung 28 ermöglicht einen Abbau der Energie der Druckspitzen und somit eine signifikante Senkung der Druckpulsation.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leitungsvorrichtung
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Leitung
- 4
- Speicher
- 5
- Fluidpumpe
- 6
- Fluidkühler
- 7
- Fluidfilter
- 8
- Ölkühlerumgehungsventil
- 9
- Umgehung
- 10
- Kühlerumgehung
- 11
- Filterelement
- 12
- Modul
- 13
- Gehäuse
- 14
- Tragstruktur
- 15
- Kühlereintrittskanal
- 16
- Kühleraustrittskanal
- 17
- Filtereintrittskanal
- 18
- Filteraustrittskanal
- 19
- Moduleintrittskanal
- 20
- Modulaustrittskanal
- 21
- Verbindungskanal
- 22
- Anschlussfläche
- 23
- Öffnung
- 24
- Öffnung
- 25
- Filterraumdeckel
- 26
- Filterraumwandung
- 27
- Filterraumboden
- 28
- Durchbrechung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3638437 A1 [0004]
- EP 1931879 B1 [0005]
