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Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
WO 96/11121 A1 beschrieben, eine Zusatzheizungs-Anordnung bekannt. Ein Kühlmittelkreislauf einer Brennkrafteinheit eines Kraftfahrzeuges besteht einerseits aus einem den Kühlmittel-/Luftkühler einschließenden Kühlkreislauf und andererseits aus einem den Kühlmittel-/Luftwärmetauscher für die Beheizung des Fahrgastraumes einschließenden Heizkreislauf. Ein Zusatzheizgerät, welches als Brennstoffheizung mit einem Brenner- und einem Wärmetauscherteil ausgebildet ist, ist direkt am Kühlmittel-/Luftkühler des Fahrzeuges angeordnet bzw. in den Kühler integriert.
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In der
WO 2005/051692 A1 wird eine Heizvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit Zusatzheizung beschrieben. Die Heizvorrichtung eines eine Brennkrafteinheit und einen Fahrzeuginnenraum aufweisenden Kraftfahrzeuges umfasst einen Kühlkreislauf zur Kühlung der Brennkrafteinheit und einen mindestens einen Heizkörper aufweisenden Heizkreislauf für die Beheizung des Fahrzeuginnenraumes sowie eine elektrische Zusatzheizung, insbesondere eine PTC-Zusatzheizung. Dem Kühl- und/oder Heizkreislauf ist eine Wärmequelle als zweite Zusatzheizung zuschaltbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs umfasst einen ersten Temperierkreislauf mit einer Kühlereinheit zumindest zum Kühlen einer Antriebseinheit des Fahrzeugs und einen zweiten Temperierkreislauf mit einer Innenraumheizeinheit zumindest zum Erwärmen eines Innenraums des Fahrzeugs, wobei die Temperierkreisläufe absperrbar über einen ersten Temperierkreislaufabzweig in Strömungsrichtung vor der Kühlereinheit und einen zweiten Temperierkreislaufabzweig in Strömungsrichtung nach der Kühlereinheit miteinander verbunden sind und wobei am und/oder im zweiten Temperierkreislauf eine Zusatzheizeinheit angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist die Zusatzheizeinheit an und/oder in einem Bypass des zweiten Temperierkreislaufes angeordnet, welcher einen Vorlauf und einen Rücklauf der Innenraumheizeinheit direkt miteinander verbindet.
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Mittels dieser Zusatzheizeinheit ist der Innenraumheizeinheit zusätzliche Wärme zuzuführen, um dadurch eine Beheizung des Innenraums des Fahrzeugs zu verbessern, beispielsweise unmittelbar nach Fahrtantritt, d. h. bei noch kalter Antriebseinheit des Fahrzeugs. Zu diesem Zweck ist die Zusatzheizeinheit mittels Ventilen in Reihe zur Innenraumheizeinheit zu schalten. Dabei ist, um beispielsweise ein schnelles Aufheizen der Antriebseinheit des Fahrzeugs zu ermöglichen, der zweite Temperierkreislauf auch vollständig vom ersten Temperierkreislauf trennbar, so dass die Innenraumheizeinheit lediglich von der Zusatzheizeinheit zu erwärmen ist und ein im ersten Temperierkreislauf zirkulierendes Temperiermittel nicht durch aus dem zweiten Temperierkreislauf einströmendes Temperiermittel abgekühlt wird.
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Bei einer als ein Bremswiderstand des Fahrzeugs ausgebildeten Zusatzheizeinheit ist diese des Weiteren auch mit der Kühlereinheit in Reihe zu schalten und vom restlichen zweiten Temperierkreislauf mit der Innenraumheizeinheit strömungstechnisch abzutrennen, so dass bei einem fehlenden Heizbedarf im Innenraum des Fahrzeugs der Bremswiderstand über die Kühlereinheit zu kühlen ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs,
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2 eine schematische Darstellung einer Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs in einem ersten Betriebsmodus,
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3 eine schematische Darstellung einer Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs in einem zweiten Betriebsmodus, und
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4 eine schematische Darstellung einer Temperiervorrichtung eines Fahrzeugs in einem dritten Betriebsmodus.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 4 zeigen schematische Darstellungen einer Temperiervorrichtung 1 eines hier nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Diese Temperiervorrichtung 1 ist in 1 in einem Ruhezustand dargestellt, d. h. ohne einen Temperiermittelfluss. In den 2 bis 4 ist die Temperiervorrichtung 1 in verschiedenen Betriebsmodi dargestellt, welche im Folgenden näher erläutert werden. Dabei sind im jeweiligen Betriebsmodus aktive Bereiche, d. h. von einem Temperiermittel durchströmte Bereiche der Temperiervorrichtung 1, gestrichelt dargestellt und nicht aktive Bereiche, d. h. Bereiche, welche von den im jeweiligen Betriebsmodus vom Temperiermittel durchströmten Bereichen abgesperrt sind und in welchen das Temperiermittel daher nicht strömt, sind mit durchgezogenen Linien dargestellt.
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Eine Strömungsrichtung des die Temperiervorrichtung 1 durchströmenden Temperiermittels ist in den 2 bis 4 durch Pfeile P1, P2 dargestellt. Dabei bedeuten durchgezogene Pfeile P1, dass in dem jeweils dargestellten Betriebsmodus das Temperiermittel die betreffende Stelle durchströmt, und gestrichelte Pfeile P2 bedeuten, dass das Temperiermittel in dem jeweils dargestellten Betriebsmodus die betreffende Stelle durchströmen kann, jedoch nicht muss. Dies ist dann jeweils abhängig von einer Ventilstellung oder von mehreren Ventilstellungen.
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Die Temperiervorrichtung 1 umfasst einen ersten Temperierkreislauf 2 zumindest zum Kühlen einer Antriebseinheit 3 des Fahrzeugs, d. h. einen Kühlkreislauf der Antriebseinheit 3. Bei der Antriebseinheit 3 handelt es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor oder eine elektrische Maschine. Auch eine Kombination aus Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine in Form einer Hybridantriebseinheit und/oder in Form eines so genannten Range-Extender-Antriebs ist möglich. Bei einem Range-Extender-Antrieb weist das Fahrzeug eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs und einen mit einem elektrischen Generator verbundenen Verbrennungsmotor zum Erzeugen elektrischer Energie auf.
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Des Weiteren ist als Antriebseinheit 3 auch eine Kombination aus elektrischer Maschine und Brennstoffzellen möglich, welche die elektrische Energie für die elektrische Maschine erzeugen. Bei einer elektrischen Maschine weist das Fahrzeug des Weiteren zumindest einen elektrischen Energiespeicher auf. Der erste Temperierkreislauf 2 dient zum Temperieren, insbesondere zum Kühlen einer der vorgenannten Komponenten oder mehrerer oder aller vorgenannten Komponenten, je nachdem, welche der vorgenannten Komponenten in welcher Kombination im Fahrzeug eingesetzt werden. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen, um einen Lastkraftwagen oder um einen Omnibus handeln.
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Zum Kühlen der jeweiligen Antriebseinheit 3 weist der erste Temperierkreislauf 2 eine Kühlereinheit 4 auf. Diese ist vom Temperiermittel der Temperiervorrichtung 1, beispielsweise von Wasser oder einem Wasser-Frostschutz-Gemisch, durchströmbar, und mit einer Umgebung des Fahrzeugs, genauer gesagt mit einer Umgebungsluft, thermisch gekoppelt, so dass von dem Temperiermittel mitgeführte Wärme an die Umgebungsluft des Fahrzeugs abgegeben wird.
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Während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs ist die Kühlereinheit 4 von der Umgebungsluft umströmt. Zusätzlich kann die Kühlereinheit 4 zumindest einen Ventilator aufweisen, um das Umströmen der Kühlereinheit 4 mit Umgebungsluft zu unterstützen, insbesondere auch im Stand oder bei langsamer Fahrt des Fahrzeugs.
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Mit dem ersten Temperierkreislauf 2 ist ein Temperiermittelausgleichsbehälter 5 verbunden, um einen vorgegebenen Temperiermittelfüllstand der Temperiervorrichtung 1 sicherzustellen. Des Weiteren weist der erste Temperierkreislauf 2 einen Kühlerbypass 6 parallel zur Kühlereinheit 4 auf, so dass das Temperiermittel in einem kalten Zustand der Antriebseinheit 3, beispielsweise bei Fahrtantritt, nicht die Kühlereinheit 4 durchströmt, sondern über den Kühlerbypass 6 an der Kühlereinheit 4 vorbeiströmt. Dadurch wird ein schnelles Erwärmen der Antriebseinheit 3 auf eine optimale Betriebstemperatur ermöglicht.
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Der Kühlerbypass 6 ist über ein als 3/2-Wegeventil ausgebildetes erstes Ventil 7, welches schaltbar, steuerbar und/oder regelbar ist, mit einem Rücklauf der Kühlereinheit 4 verbunden, so dass das Temperiermittel, in den 2 bis 4 durch die gestrichelten bzw. durchgezogenen Pfeile P1, P2 angedeutet, durch ein entsprechendes Schalten, Steuern und/oder Regeln des beispielsweise als Thermostatventil ausgebildeten ersten Ventils 7 nur über die Kühlereinheit 4, nur über den Kühlerbypass 6 oder teilweise über die Kühlereinheit 4 und teilweise über den Kühlerbypass 6 zu leiten ist. In einer hier nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann der Kühlerbypass 6 über dieses erste Ventil 7 auch mit einem Vorlauf der Kühlereinheit 4 verbunden sein. In diesem Fall wäre das erste Ventil 7 am anderen Ende des Kühlerbypasses 6 angeordnet.
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Der erste Temperierkreislauf 2 weist des Weiteren eine erste Temperiermittelpumpe 8 zur Zirkulation des Temperiermittels im ersten Temperierkreislauf 2 auf. Eine Strömungsrichtung des Temperiermittels in diesem ersten Temperierkreislauf 2 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen stets entgegen dem Uhrzeigersinn.
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Die Temperiervorrichtung 1 umfasst des Weiteren einen zweiten Temperierkreislauf 9 mit einer Innenraumheizeinheit 10 zumindest zum Erwärmen eines hier nicht näher dargestellten Innenraums des Fahrzeugs, d. h. einen Heizkreislauf. Die Innenraumheizeinheit 10 ist zweckmäßigerweise als ein Innenraumwärmetauscher ausgebildet, welcher im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet ist, von dem Temperiermittel durchströmbar ist und Wärme des Temperiermittels an eine Innenraumluft des Fahrzeugs abgibt. Dazu ist die Innenraumheizeinheit 10 mit der Innenraumluft thermisch gekoppelt, vorzugsweise von dieser umströmt. Zu diesem Zweck weist das Fahrzeug zweckmäßigerweise eine entsprechende Lüftungsanlage auf, welche Außenluft in den Innenraum des Fahrzeugs leitet, die dann die Innenraumheizeinheit 10 umströmt, oder in einem Umluftbetrieb Innenraumluft ansaugt und der Innenraumheizeinheit 10 zuführt.
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Die beiden Temperierkreisläufe 2, 9 sind absperrbar über einen ersten Temperierkreislaufabzweig 11 in Strömungsrichtung vor der Kühlereinheit 4 und einen zweiten Temperierkreislaufabzweig 12 in Strömungsrichtung nach der Kühlereinheit 4 miteinander verbunden. Zum Absperren der beiden Temperierkreisläufe 2, 9 gegeneinander ist am ersten Temperierkreislaufabzweig 11 ein als 3/2-Wegeventil ausgebildetes zweites Ventil 13 und am zweiten Temperierkreislaufabzweig 12 ein als 3/2-Wegeventil ausgebildetes drittes Ventil 14 angeordnet, welche jeweils schaltbar, steuerbar und/oder regelbar sind. Diese beiden Ventile 13, 14 können, analog zum ersten Ventil 7, ebenfalls jeweils als ein Thermostatventil ausgebildet sein.
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Der zweite Temperierkreislauf 9 weist einen Bypass 15 auf, welcher einen Vorlauf und einen Rücklauf der Innenraumheizeinheit 10 direkt miteinander verbindet. An und/oder in diesem Bypass 15 ist eine Zusatzheizeinheit 16 angeordnet. Diese Zusatzheizeinheit 16 ist zweckmäßigerweise als eine elektrisch betriebene Zusatzheizeinheit 16 ausgebildet, besonders bevorzugt als ein Bremswiderstand des Fahrzeugs, d. h. als ein Widerstand, welcher bei einem rekuperativen Bremsvorgang des Fahrzeugs mittels eines mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekoppelten Generators erzeugte elektrische Energie in Wärme umwandeln kann.
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Ein derartiger Bremswiderstand ist zweckmäßigerweise als ein so genannter PTC-Widerstand (PTC = Positive Temperature Coefficient) ausgebildet. Ein solcher Bremswiderstand kann, analog zu aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Zusatzheizern, elektrische Energie in Wärme umwandeln. Der Bremswiderstand ist jedoch für wesentlich höhere Leistungen ausgelegt, um hohe elektrische Ströme, die bei einem rekuperativen Bremsen des Fahrzeugs entstehen können, in Wärme umwandeln zu können. So weisen aus dem Stand der Technik bekannte elektrische Zusatzheizer beispielsweise eine Leistung von sieben bis zehn Kilowatt auf, während der Bremswiderstand eine Leistung von 100 Kilowatt bis 120 Kilowatt oder mehr aufweisen kann.
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Zwischen dem ersten Temperierkreislaufabzweig 11 und einem ersten Bypassabzweig 17 ist ein Strömungswiderstand 18 angeordnet oder ausgebildet. Dieser Strömungswiderstand 18 ist als eine Verengung eines Strömungsquerschnitts ausgebildet, beispielsweise in Form einer Drossel, Blende oder Höhe oder in Form eines schaltbaren, steuerbaren und/oder regelbaren Ventils. Die Höhe ist beispielsweise eine Stufe oder Erhebung im Strömungsquerschnitt.
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Des Weiteren sind im Vorlauf der Innenraumheizeinheit 10 zwischen dem ersten Bypassabzweig 17 und der Innenraumheizeinheit 10 ein Absperrventil 19 und eine zweite Temperiermittelpumpe 20 zur Zirkulation des Temperiermittels im zweiten Temperierkreislauf 9 angeordnet. Auch das Absperrventil 19 ist schaltbar, steuerbar und/oder regelbar und kann beispielsweise als ein Thermostatventil ausgebildet sein.
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Zudem ist zwischen dem zweiten Temperierkreislaufabzweig 12 und einem zweiten Bypassabzweig 21 eine dritte Temperiermittelpumpe 22 mit einer zum zweiten Bypassabzweig 21 ausgerichteten Pumprichtung angeordnet. Diese dritte Temperiermittelpumpe 22 weist einen Freilauf und/oder einen internen Pumpenbypass auf. Alternativ oder zusätzlich ist in einer hier nicht dargestellten Ausführungsform ein externer Pumpenbypass parallel zur dritten Temperiermittelpumpe 22 mit dem zweiten Temperierkreislauf 9 verbunden.
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Mittels des zweiten und dritten Ventils 13, 14 sowie mittels des Absperrventils 19 ist die Zusatzheizeinheit 16 in den verschiedenen Betriebsmodi, welche in den 2 bis 4 dargestellt sind und im Folgenden noch näher erläutert werden, parallel oder in Reihe zur Innenraumheizeinheit 10 und/oder parallel oder in Reihe zur Kühlereinheit 4 schaltbar. So wird in einem Verfahren zum Betrieb der Temperiervorrichtung 1 die Zusatzheizeinheit 16 bei einem Heizbedarf im Innenraum des Fahrzeugs in Reihe zur Innenraumheizeinheit 10 geschaltet, um die Wärme auf die Innenraumheizeinheit 10 zu übertragen und auf diese Weise mittels der Innenraumheizeinheit 10 den Innenraum des Fahrzeugs zu beheizen.
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Ist die Zusatzheizeinheit 16 als Bremswiderstand ausgebildet, so besteht ein Kühlbedarf der Zusatzheizeinheit 16, wenn das Fahrzeug einen rekuperativen Bremsvorgang durchführt, denn während des rekuperativen Bremsvorgangs wird mittels des mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekoppelten elektrischen Generators elektrische Energie erzeugt, mittels welcher die Zusatzheizeinheit 16 erwärmt wird. Besteht dieser Kühlbedarf der Zusatzheizeinheit 16 bei einem fehlenden Heizbedarf im Innenraum des Fahrzeugs, so ist die Zusatzheizeinheit 16 nicht mit durch die Innenraumheizeinheit 10 zirkulierendem Temperiermittel zu kühlen. In diesem Fall wird die Zusatzheizeinheit 16 in Reihe zur Kühlereinheit 4 geschaltet, so dass das Temperiermittel durch die Kühlereinheit 4 zirkulieren kann und die Wärme der Zusatzheizeinheit 16 auf die Kühlereinheit 4 übertragen kann. Dadurch kann die Wärme über die Kühlereinheit 4 an die äußere Umgebungsluft des Fahrzeugs abgeben werden.
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Diese Betriebsmodi der Temperiervorrichtung 1, welche mittels des Verfahrens zu deren Betrieb durchgeführt werden, werden im Folgenden anhand der 2 bis 4 näher erläutert.
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In 2 ist ein erster Betriebsmodus dargestellt. In diesem ersten Betriebsmodus erfolgt ein rekuperativer Bremsvorgang des Fahrzeugs, insbesondere ein Dauerbremsvorgang, bei welchem mittels des mit dem Antriebsstrang gekoppelten elektrischen Generators sehr viel elektrische Energie erzeugt wird. Diese wird durch die als Bremswiderstand ausgebildete Zusatzheizeinheit 16 in Wärme umgewandelt. Es besteht daher ein hoher Kühlbedarf der Zusatzheizeinheit 16. Im Innenraum des Fahrzeugs ist jedoch kein Heizbedarf vorhanden.
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Der erste Temperierkreislauf 2 arbeitet normal, d. h. im ersten Temperierkreislauf 2 zirkuliert das Temperiermittel, gepumpt von der ersten Temperiermittelpumpe 8, durch die Kühlereinheit 4 und die Antriebseinheit 3. Je nach Stellung des ersten Ventils 7 kann das Temperiermittel auch zusätzlich über den Kühlerbypass 6 strömen. Dies ist durch einen gestrichelten Pfeil P2 angedeutet. Da der erste Temperierkreislauf 2 aktiv ist, ist er durch gestrichelte Linien dargestellt.
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Da kein Heizbedarf im Innenraum des Fahrzeugs besteht, ist das Absperrventil 19 im zweiten Temperierkreislauf 9 geschlossen, so dass das Temperiermittel nicht durch die Innenraumheizeinheit 10 zirkuliert. Die zweite Temperiermittelpumpe 20 ist abgeschaltet. Auf diese Weise ist der in 2 dargestellte gesamte linke Bereich des zweiten Temperierkreislaufs 9 strömungstechnisch von dem zirkulierenden Temperiermittel abgekoppelt, da das Absperrventil 19 geschlossen ist.
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Um die sich durch den rekuperativen Bremsvorgang aufheizende, als Bremswiderstand ausgebildete Zusatzheizeinheit 16 zu kühlen, sind das zweite Ventil 13 und das dritte Ventil 14 in Richtung des zweiten Temperierkreislauf 9 ganz oder teilweise geöffnet, so dass der in 2 dargestellte rechte Bereich des zweiten Temperierkreislaufs 9 mit dem Strömungswiderstand 18, dem Bypass 15 und der dritten Temperiermittelpumpe 22 aktiv ist, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, und von Temperiermittel durchströmt wird. Die Strömungsrichtung des Temperiermittels ist durch die Pfeile P1, P2 dargestellt. Der Bypass 15 mit der Zusatzheizeinheit 16 ist dadurch mit der Kühlereinheit 4 des ersten Temperierkreislaufs 2 in Reihe geschaltet.
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Das durch die Kühlereinheit 4 gekühlte Temperiermittel bzw. ein Anteil dieses Temperiermittels wird nun von der dritten Temperiermittelpumpe 22 nach der Kühlereinheit 4 aus dem ersten Temperierkreislauf 2 angesaugt und fließt über das dritte Ventil 14 im zweiten Temperierkreislaufabzweig 12 in den zweiten Temperierkreislauf 9 ein, in welchem es über die dritte Temperiermittelpumpe 22 und den zweiten Bypassabzweig 21 in den Bypass 15 einströmt. Im Bypass 15 strömt das Temperiermittel über die Zusatzheizeinheit 16, wobei der Zusatzheizeinheit 16 durch das Temperiermittel Wärme entzogen wird.
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Danach strömt das Temperiermittel über den ersten Bypassabzweig 17, über den Strömungswiderstand 18 und über das zweite Ventil 13 im ersten Temperierkreislaufabzweig 11 vor der Kühlereinheit 4 zurück in den ersten Temperierkreislauf 2. Es durchströmt dann die Kühlereinheit 4, mittels welcher das Temperiermittel gekühlt wird, d. h. diesem wird die aufgenommene Wärme entzogen und an die äußere Umgebungsluft des Fahrzeugs übertragen. Da auf diese Weise durch die Kühlereinheit 4 sowohl die Wärme der Antriebseinheit 3 als auch die Wärme der als Bremswiderstand ausgebildeten Zusatzheizeinheit 16 an die äußere Umgebungsluft übertragen werden muss, muss die Kühlereinheit 4 entsprechend groß dimensioniert sein.
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Bei diesem Vorgang entsteht durch den Strömungswiderstand 18, durch den das Abströmen des Temperiermittels aus dem zweiten Temperierkreis 9 in den ersten Temperierkreis 2 gehemmt wird, im zweiten Temperierkreis 9, insbesondere im Bypass 15 an der als Bremswiderstand ausgebildeten Zusatzheizeinheit 16, ein höherer Temperiermitteldruck und daraus resultierend ein höherer Siedepunkt des Temperiermittels, wodurch das Temperiermittel durch die Zusatzheizeinheit 16 auf eine höhere Temperatur erhitzt werden kann, ohne zu sieden. Auf diese Weise kann von der als Bremswiderstand ausgebildeten Zusatzheizeinheit 16 eine größere Wärmemenge auf das Temperiermittel übertragen und von diesem aus dem zweiten Temperierkreislauf 9 abtransportiert werden. Die als Bremswiderstand ausgebildete Zusatzheizeinheit 16 kann dadurch eine höhere Eingangstemperatur aufweisen. Auf diese Weise ist eine sehr effiziente Kühlung der als Bremswiderstand ausgebildeten Zusatzheizeinheit 16 ermöglicht.
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In diesem in 2 dargestellten ersten Betriebsmodus strömt somit sowohl das durch die Antriebseinheit 3 erwärmte Temperiermittel als auch das durch die als Bremswiderstand ausgebildete Zusatzheizeinheit 16 erwärmte Temperiermittel über die Kühlereinheit 4 und wird durch diese gekühlt. Alternativ kann, beispielsweise bei Fahrtantritt mit noch kühler Antriebseinheit 3, das erste Ventil 7 derart geschaltet, gesteuert und/oder geregelt sein, dass das von der Antriebseinheit 3 erwärmte Temperiermittel nicht über die Kühlereinheit 4, sondern vollständig über den Kühlerbypass 6 strömt, so dass es nicht wieder abgekühlt wird. Dadurch kann sich die Antriebseinheit 3 schneller auf ihre optimale Betriebstemperatur erwärmen. In diesem Fall fließt lediglich das durch die als Bremswiderstand ausgebildete Zusatzheizeinheit 16 erwärmte Temperiermittel aus dem zweiten Temperierkreislauf 9 auf die beschriebene Weise vor der Kühlereinheit 4 in den ersten Temperierkreislauf 2 und durch die Kühlereinheit 4 hindurch, von welcher es abgekühlt wird und nach der Kühlereinheit 4 auf die oben beschriebene Weise zurück in den zweiten Temperierkreislauf 9 in Richtung des Bypasses 15 mit der als Bremswiderstand ausgebildeten Zusatzheizeinheit 16 einströmt.
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In 3 ist ein weiterer Betriebsmodus dargestellt. In diesem Betriebsmodus liegt ein Heizbedarf im Innenraum des Fahrzeugs vor, welcher jedoch vollständig von der Zusatzheizeinheit 16 befriedigt werden kann. Daher sind in diesem Betriebsmodus das zweite Ventil 13 und das dritte Ventil 14 in Richtung des zweiten Temperierkreislaufs 9 geschlossen, so dass die beiden Temperierkreisläufe 2, 9 strömungstechnisch vollständig voneinander getrennt sind. Die dritte Temperiermittelpumpe 22 ist abgeschaltet. Über diese sowie über den Strömungswiderstand 18 findet aufgrund der strömungstechnisch getrennten Temperierkreisläufe 2, 9 keine Temperiermittelströmung statt.
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Der erste Temperierkreislauf 2 arbeitet normal, d. h. im ersten Temperierkreislauf 2 zirkuliert das Temperiermittel, gepumpt von der ersten Temperiermittelpumpe 8, durch die Antriebseinheit 3 sowie durch die Kühlereinheit 4 und/oder über den Kühlerbypass 6, je nach Stellung des ersten Ventils 7. Dies ist durch die gestrichelten Pfeile P2 angedeutet. Da der erste Temperierkreislauf 2 aktiv ist, ist er durch gestrichelte Linien dargestellt.
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Das Absperrventil 19 im zweiten Temperierkreislauf 9 ist geöffnet und die zweite Temperiermittelpumpe 20 ist aktiv. Durch das Öffnen des Absperrventils 19 und das strömungstechnische Trennen der Temperierkreisläufe 2, 9 mittels des zweiten und dritten Ventils 13, 14 ist die Innenraumheizeinheit 10 mit dem Bypass 15 und der darin angeordneten Zusatzheizeinheit 16 in Reihe geschaltet, so dass das Temperiermittel über den Bypass 15 und die Zusatzheizeinheit 16 strömt, wobei das Temperiermittel durch die Zusatzheizeinheit 16 erwärmt wird. Danach strömt das erwärmte Temperiermittel über die Innenraumheizeinheit 10, in welcher dem Temperiermittel Wärme entzogen und an die Innenraumluft des Fahrzeugs abgegeben wird, um diese zu erwärmen.
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Das auf diese Weise abgekühlte Temperiermittel strömt dann wieder in den Bypass 15 und über die Zusatzheizeinheit 16 und wird durch diese erneut erwärmt. In diesem Betriebsmodus ist somit sowohl der Innenraum des Fahrzeugs zu erwärmen als auch die als Bremswiderstand ausgebildete Zusatzheizeinheit 16 zu kühlen, so dass die durch einen rekuperativen Bremsvorgang erzeugte und mittels der als Bremswiderstand ausgebildeten Zusatzheizeinheit 16 in Wärme umgewandelte elektrische Energie zur Erwärmung des Innenraums des Fahrzeugs zu nutzen ist. Da die beiden Temperierkreisläufe 2, 9 mittels des entsprechend eingestellten zweiten und dritten Ventils 13, 14 strömungstechnisch voneinander getrennt sind, können die beiden Temperierkreisläufe 2, 9 unabhängig voneinander und dadurch besser eingestellt, gesteuert und/oder geregelt werden. Zudem ist die Innenraumheizeinheit 10 nicht auf Wärme aus dem ersten Temperierkreislauf 2 angewiesen.
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In 4 ist ein weiterer Betriebsmodus dargestellt. In diesem Betriebsmodus liegt ein Heizbedarf im Innenraum des Fahrzeugs vor, welcher sowohl von der Zusatzheizeinheit 16 als auch von Abwärme der Antriebseinheit 3 befriedigt wird. Daher sind in diesem Betriebsmodus das zweite Ventil 13 und das dritte Ventil 14 in Richtung des zweiten Temperierkreislaufs 9 ganz oder zumindest teilweise geöffnet, so dass die beiden Temperierkreisläufe 2, 9 strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Die dritte Temperiermittelpumpe 22 ist abgeschaltet und in den Freilauf geschaltet und/oder der interne Pumpenbypass ist geöffnet. Dies ist in 4 durch das durchgestrichene Pumpensymbol dargestellt. Das Temperiermittel fließt somit in diesem Ausführungsbeispiel entgegen der Pumpenrichtung der dritten Temperiermittelpumpe 22. In dem Ausführungsbeispiel mit einem externen Pumpenbypass parallel zur dritten Temperiermittelpumpe 22 wäre entsprechend dieser externe Pumpenbypass geöffnet.
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Der erste Temperierkreislauf 2 arbeitet normal, d. h. im ersten Temperierkreislauf 2 zirkuliert das Temperiermittel, gepumpt von der ersten Temperiermittelpumpe 8, durch die Antriebseinheit 3 sowie durch die Kühlereinheit 4 und/oder über den Kühlerbypass 6, je nach Stellung des ersten Ventils 7. Dies ist durch die gestrichelten Pfeile P2 angedeutet. Da der erste Temperierkreislauf 2 aktiv ist, ist er durch gestrichelte Linien dargestellt.
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Auch der zweite Temperierkreislauf 9 arbeitet normal. Da somit auch der zweite Temperierkreislauf 9 aktiv ist, ist auch er durch gestrichelte Linien dargestellt.
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Das Absperrventil 19 im zweiten Temperierkreislauf 9 ist geöffnet. Die zweite Temperiermittelpumpe 20 ist aktiv. Die zweite Temperiermittelpumpe 20 saugt somit das Temperiermittel über das geöffnete Absperrventil 19 aus dem Bypass 15 an, welches im Bypass 15 über die Zusatzheizeinheit 16 strömt und durch diese erwärmt wird, wodurch die Zusatzheizeinheit 16 gekühlt wird.
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Des Weiteren saugt die zweite Temperiermittelpumpe 20 über den Strömungswiderstand 18 Temperiermittel aus dem ersten Temperierkreislauf 2, welches über das im ersten Temperierkreislaufabzweig 11 angeordnete zweite Ventil 13 in den zweiten Temperierkreislauf 9 einströmt. Dieses Temperiermittel ist, da es die Antriebseinheit 3 durchflossen hat und von deren Abwärme erwärmt ist, jedoch die Kühlereinheit 4 nicht durchströmt hat und daher durch diese nicht abgekühlt ist, entsprechend warm und kann diese Wärme an die Innenraumheizeinheit 10 abgeben.
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Die zweite Temperiermittelpumpe 20 pumpt das auf diese Weise angesaugte Temperiermittel über die Innenraumheizeinheit 10, in welcher das Temperiermittel die Wärme an die Innenraumluft des Fahrzeugs abgibt, um den Innenraum des Fahrzeugs zu erwärmen. Nach der Innenraumheizeinheit 10 strömt ein Teil des Temperiermittels wieder in den Bypass 15 und über die als Bremswiderstand ausgebildete Zusatzheizeinheit 16, in welcher das Temperiermittel durch die Zusatzheizeinheit 16 wieder erwärmt wird, da die Zusatzheizeinheit 16 beim Bremsen des Fahrzeugs rekuperierte Energie in Wärme umwandelt und an das Temperiermittel abgibt, durch welches die Zusatzheizeinheit 16 gekühlt wird.
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Der andere Teil des Temperiermittels, welcher nicht in den Bypass 15 einströmt, strömt über die in Freilauf geschaltete dritte Temperiermittelpumpe 22 und/oder über deren Pumpenbypass entgegen deren Pumprichtung nach der Kühlereinheit 4 wieder in den ersten Temperierkreislauf 2 zurück. Die Volumenströme über den Bypass 15 und die Innenraumheizeinheit 10 mit entsprechenden Wärmemengen lassen sich durch die einstellbaren zweiten und dritten Ventile 13, 14, welche beispielsweise als Thermostatventile ausgebildet sind, einstellen, regeln und/oder steuern.
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Mit diesen Modi können die Antriebseinheit 3 und die als Bremswiderstand ausgebildete Zusatzheizeinheit 16 des Fahrzeugs sehr effizient gekühlt und der Innenraum des Fahrzeugs sehr effizient geheizt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperiervorrichtung
- 2
- erster Temperierkreislauf
- 3
- Antriebseinheit
- 4
- Kühlereinheit
- 5
- Temperiermittelausgleichsbehälter
- 6
- Kühlerbypass
- 7
- erstes Ventil
- 8
- erste Temperiermittelpumpe
- 9
- zweiter Temperierkreislauf
- 10
- Innenraumheizeinheit
- 11
- erster Temperierkreislaufabzweig
- 12
- zweiter Temperierkreislaufabzweig
- 13
- zweites Ventil
- 14
- drittes Ventil
- 15
- Bypass
- 16
- Zusatzheizeinheit
- 17
- erster Bypassabzweig
- 18
- Strömungswiderstand
- 19
- Absperrventil
- 20
- zweite Temperiermittelpumpe
- 21
- zweiter Bypassabzweig
- 22
- dritte Temperiermittelpumpe
- P1
- durchgezogener Pfeil
- P2
- gestrichelter Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 96/11121 A1 [0002]
- WO 2005/051692 A1 [0003]
