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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug, welcher Temperaturen von Betriebsfluiden steuern bzw. regeln (kurz: steuern) kann, welche in dem Wärmetauscher strömen.
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Beschreibung bezogener Technik
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Allgemein überträgt ein Wärmetauscher Wärme mittels einer Wärmeübertragungsfläche von einem Hochtemperaturfluid zu einem Niedertemperaturfluid und wird in einer Heizung, einer Kühlung, einem Verdampfer und einem Kondensator verwendet.
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Ein solcher Wärmetauscher verwertet Wärmeenergie wieder oder steuert eine Temperatur eines Betriebsfluids, welches darin strömt, für eine geforderte Leistung. Der Wärmetauscher wird bei einer Klimaanlage oder einem Getriebeölkühler eines Fahrzeugs verwendet und ist in einem Motorraum montiert.
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Da es schwer ist, den Wärmetauscher in dem Motorraum mit beschränktem Platz zu montieren, wurden Studien für den Wärmetauscher mit geringerer Größe, niedrigerem Gewicht und höherer Effizienz entwickelt.
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Ein herkömmlicher Wärmetauscher steuert die Temperaturen der Betriebsfluide in Abhängigkeit von einem Zustand eines Fahrzeugs und führt die Betriebsfluide einem Motor, einem Getriebe oder einer Klimaanlage zu. Zu diesem Zweck sind gegabelte Kreisläufe und Ventile an jeder Hydraulikleitung montiert, durch welche die Betriebsfluide, welche als Heizmedium oder Kühlmedium betrieben werden, hindurchtreten. Darum nehmen Einzelteile und Zusammenbauvorgänge zu, und ein Aufbau ist kompliziert.
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Wenn zusätzliche gegabelte Kreisläufe und Ventile nicht genutzt werden, kann eine Wärmetauscheffizienz nicht gemäß einer Strömungsmenge des Betriebsfluids gesteuert werden. Darum kann die Temperatur des Betriebsfluids nicht effizient gesteuert werden.
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Die
DE 10 2011 057 190 A1 offenbart einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug, der sowohl Aufwärmung als auch Kühlung von Betriebsfluiden in Abhängigkeit von den Temperaturen der Betriebsfluide ermöglicht.
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Die WO 2004/ 092 552 A2 offenbart ein Kühlmodul mit einem Wärmetauscher, der einen wärmeabstrahlenden Teil aufweist, der mit einer ersten Verbindungsleitung verbunden ist, in der ein Kühlmittel fließt, und mit einer zweiten Verbindungsleitung, in der Öl fließt, wobei das Kühlmittel und das Öl Wärme miteinander austauschen, ohne miteinander vermischt zu werden, und ferner einen Bypasskanal aufweist, mittels dessen das Kühlmittel temperaturabhängig am wärmeabstrahlenden Teil vorbeigeführt werden kann, und eine Ventileinheit aufweist, welche steuert, ob das Kühlmittel dem wärmeabstrahlenden Teil oder dem Bypasskanal zugeführt wird. Das Ventil weist eine Feder auf, die eine Rückstellfunktion bereitstellt, ein Montagebauteil, einen Vorsprungteil, ein Innen- und Außengehäuse mit Öffnungen und ein bewegbares Bauteil.
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Die
US 5 961 037 A offenbart ein Thermostat für einen Motorkühler, wobei das Thermostat ein wachsgefülltes Element aufweist, welches sich bei Erwärmung ausdehnt.
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Die
EP 2 327 862 A1 offenbart eine Schmiermittelversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem von dem Schmiermittel durchströmbaren Wärmetauscher.
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Die
US 6 457 652 B1 offenbart ein Thermostat, welches in einem Kühlmittelkanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und temperaturabhängig einen Fluss des Kühlmittels steuert.
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Die
DE 197 50 814 A1 offenbart einen Wärmetauscher mit einem eingeschlossenen Regelventil.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher mit einer vereinfachten Struktur und Montage bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Wärmetauscher gemäß Anspruch 1. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug bereit, welcher Vorteile aufweist, gleichzeitig Betriebsfluide zu erwärmen und zu kühlen in Abhängigkeit von Temperaturen oder Strömungsmengen der Betriebsfluide in einem laufenden Zustand oder in einem anfänglichen Startzustand des Fahrzeugs, wenn die Betriebsfluide in dem Wärmetauscher miteinander Wärme austauschen.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung wurden in einem Bemühen gemacht, einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug bereitzustellen, welcher ferner Vorteile eines Verbesserns einer Kraftstoffersparnis und einer Heizleistung mittels eines Steuerns von Temperaturen von Betriebsfluiden in Abhängigkeit von dem Fahrzeugzustand und eines Verringerns von Montagevorgängen mittels Vereinfachens einer Struktur des Wärmetauschers aufweist.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen einen Wärmetauscher für ein Fahrzeug bereit, welcher einen wärmeabstrahlenden Teil aufweisen kann, welcher mit einer ersten Verbindungsleitung und einer zweiten Leitung versehen ist, welche abwechselnd ausgebildet sind, indem eine Mehrzahl von Platten aufeinandergestapelt ist, und welcher ein erstes und ein zweites Betriebsfluid in die erste bzw. die zweite Verbindungsleitung aufnimmt, wobei das erste und das zweite Betriebsfluid Wärme miteinander austauschen, während sie durch die erste und die zweite Verbindungsleitung hindurchtreten, und das erste und das zweite Betriebsfluid, welche in die erste und die zweite Verbindungsleitung hinein zuführen, nicht miteinander gemischt werden und zirkuliert werden; einen gegabelten Teil, welcher eine Einströmöffnung zum Strömenlassen von dem einen Betriebsfluid von dem ersten und dem zweiten Betriebsfluid mit einer Abgabeöffnung zum Abgeben des einen Betriebsfluids verbindet und so ausgestaltet ist, dass das eine Betriebsfluid in Abhängigkeit von einer Temperatur des einen Betriebsfluids an dem wärmeabstrahlenden Teil vorbeiströmt; und eine Ventileinheit, welche an der Einströmöffnung montiert ist, welche den gegabelten Teil ausbildet und so ausgestaltet ist, dass sie das Betriebsfluid in Abhängigkeit von einer Temperatur des einen Betriebsfluids, welches in die Einströmöffnung hineinströmt, wahlweise zu dem wärmeabstrahlenden Teil oder dem gegabelten Teil strömen lässt.
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Das erste Betriebsfluid kann durch eine erste Einströmöffnung in den wärmeabstrahlenden Teil hineinströmen und durch eine erste Abgabeöffnung aus dem wärmeabstrahlenden Teil hinausströmen, und die erste Einströmöffnung kann mit der ersten Abgabeöffnung durch die erste Verbindungsleitung verbunden sein, das zweite Betriebsfluid kann durch eine zweite Einströmöffnung in den wärmeabstrahlenden Teil hineinströmen und durch eine zweite Abgabeöffnung aus dem wärmeabstrahlenden Teil hinausströmen, und die zweite Einströmöffnung kann mit der zweiten Abgabeöffnung durch die zweite Verbindungsleitung verbunden sein, die erste und die zweite Einströmöffnung können an beiden Seiten einer Fläche des wärmeabstrahlenden Teils entlang einer Längsrichtung ausgebildet sein, und die erste und die zweite Abgabeöffnung können in einem Abstand zu der ersten und der zweiten Einströmöffnung angeordnet sein und an den beiden Seiten der Fläche des wärmeabstrahlenden Teils entlang der Längsrichtung ausgebildet sein.
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Der gegabelte Teil kann geeignet sein, die erste Einströmöffnung mit der ersten Abgabeöffnung zu verbinden, und steht aus der Fläche des wärmeabstrahlenden Teils hervor.
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Die erste Einströmöffnung und die erste Abgabeöffnung können in Eckbereichen der Fläche des wärmeabstrahlenden Teils einander diagonal gegenüberstehend ausgebildet sein.
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Die zweite Einströmöffnung und die zweite Abgabeöffnung können in Eckbereichen der Fläche des wärmeabstrahlenden Teils einander diagonal gegenüberstehend symmetrisch zu der ersten Einströmöffnung und der ersten Abgabeöffnung ausgebildet sein.
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Das erste Betriebsfluid kann ein Kühlmittel sein, welches aus einem Kühler strömt, und das zweite Betriebsfluid kann ein Getriebeöl sein, welches aus einem Automatikgetriebe strömt.
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Das Kühlmittel kann durch die erste Einströmöffnung, die erste Verbindungsleitung und die erste Abgabeöffnung zirkulieren, und das Getriebeöl kann durch die zweite Einströmöffnung, die zweite Verbindungsleitung und die zweite Abgabeöffnung zirkulieren.
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Der gegabelte Teil kann mit einer Bypassleitung versehen sein, welche nahe der ersten Einströmöffnung und der ersten Abgabeöffnung angeordnet ist, und dafür geeignet sein, das Kühlmittel, welches in die erste Einströmöffnung hineinströmt, an die erste Abgabeöffnung abzugeben, zusätzlich zu der ersten Verbindungsleitung.
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Die Ventileinheit kann ein Montagebauteil aufweisen, an welchem ein Vorsprungsbereich, an welchem eine Montageöffnung ausgebildet ist, integral ausgebildet ist, welches an dem anderen Teil des wärmeabstrahlenden Teils, welcher der ersten Einströmöffnung entspricht, fest montiert ist; eine Führungsstange, von der ein unterer Teil in die Montageöffnung des Montagebauteils eingebracht und daran befestigt ist; ein bewegbares Bauteil, in welches ein oberer Teil der Führungsstange eingebracht ist, in welches ein verformbares Material, welches dazu geeignet ist, sich in Abhängigkeit von einer Temperatur des Betriebsfluids auszudehnen oder zusammenzuziehen, eingefüllt ist, und welches bewegbare Bauteil entlang der Führungsstange verschieblich ist; ein Innengehäuse, von dem eine Innenfläche einer oberen Fläche einen oberen Teil des bewegbaren Bauteils berührt, welches zusammen mit dem bewegbaren Bauteil aufwärts und abwärts bewegbar ist, und an welchem Innengehäuse mindestens eines von einem ersten Öffnungsloch an einem unteren Teil davon ausgebildet ist; ein Öffnen/Schließen-Bauteil, welches zwischen dem bewegbaren Bauteil und dem Innengehäuse angeordnet ist, wird durch das Innengehäuse, welches gemeinsam mit dem bewegbaren Bauteil bewegbar ist, langgezogen oder zusammengedrückt, und das Öffnen/Schließen-Bauteil, welches das erste Öffnungsloch wahlweise schließt oder öffnet; und ein Außengehäuse, welches das Innengehäuse umhüllt und Aufwärts-und Abwärtsbewegung des Innengehäuses führt, und dessen mindestens eine Bypassöffnung, welche dem gegabelten Teil entspricht, an einem oberen Teil davon ausgebildet ist, und mindestens ein zweites Öffnungsloch, welches dem ersten Öffnungsloch entspricht, ist an einem unteren Teil davon ausgebildet, und das Außengehäuse, welches an einem oberen Teil des Montagebauteils befestigt ist.
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Ein Ende des Öffnen/Schließen-Bauteils kann mit dem Vorsprungsbereich verbunden sein, und das andere Ende davon kann mit einem oberen Teil des Innengehäuses verbunden sein.
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Das Montagebauteil kann mit dem wärmeabstrahlenden Teil mittels einer Schraubverbindung verbunden sein.
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Das verformbare Material kann ein Wachsmaterial sein, welches in der Lage ist, sich in Abhängigkeit von einer Temperatur des Betriebsfluids auszudehnen oder zusammenzuziehen.
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Mindestens ein Führungsvorsprung kann an einem Außenumfang des Innengehäuses ausgebildet sein.
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Mindestens eine Führungsaussparung kann an dem Außengehäuse in Entsprechung zum Führungsvorsprung ausgebildet sein, und der Führungsvorsprung kann in der Führungsaussparung verschieblich sein.
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Der Führungsvorsprung kann eine Bewegung des Innengehäuses führen, wenn das Innengehäuse sich nach oben bewegt, und das Innengehäuse daran hindern, sich von dem Außengehäuse zu trennen.
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Mindestens ein Durchgangsloch kann an einem oberen Teil des Innengehäuses ausgebildet sein, damit das in die erste Einströmöffnung eingeströmte Betriebsfluid in die Ventileinheit hineinströmt.
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Das Innengehäuse kann in einer Zylinderform ausgebildet sein, deren unterer Teil offen ist.
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Das Innengehäuse kann innerhalb des Außengehäuses gemäß einer Aufwärtsbewegung des bewegbaren Bauteils nach oben gleiten, um die Bypassöffnung zu schließen.
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Ringbauteile, welche die Öffnen/Schließen-Bauteile ausbilden, können voneinander entfernt angeordnet sein, um einen Raum auszubilden, damit das erste Öffnungsloch geöffnet wird, wenn sich das bewegbare Bauteil aufwärts bewegt, und die Ringbauteile können einander berühren, damit das erste Öffnungsloch geschlossen wird, wenn sich das bewegbare Bauteil abwärts zu einer Ausgangsstellung bewegt.
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Der Wärmetauscher kann ferner eine Dichtung aufweisen, um zu verhindern, dass das in die Ventileinheit eingeströmte Betriebsfluid nach außen ausläuft, wobei die Dichtung zwischen dem Montagebauteil und dem Außengehäuse montiert ist.
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Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hat andere Eigenschaften und Vorzüge, welche anhand der beigefügten, hierin mit aufgenommenen Zeichnungen, und der folgenden detaillierten Beschreibung, welche gemeinsam dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern, ersichtlich sind bzw. genauer erläutert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Kühlsystems eines Automatikgetriebes, bei welchem ein Wärmetauscher für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
- 2 ist eine Perspektivansicht eines beispielhaften Wärmetauschers für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III aus 2.
- 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV aus 2.
- 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V aus 2.
- 6 ist eine Perspektivansicht einer Ventileinheit, welche in einem beispielhaften Wärmetauscher für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
- 7 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer beispielhaften Ventileinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 8 ist eine Zeichnung zum Beschreiben eines Betriebs einer beispielhaften Ventileinheit für einen Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 9 bis 10 sind Zeichnungen zum Beschreiben eines Betriebs eines beispielhaften Wärmetauschers für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es wird nun detailliert Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, für welche Beispiele im Zusammenhang in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Text unten erläutert werden. Auch wenn die Erfindung im Zusammenhang mit beispielhaften Ausführungen erläutert wird, ist zu verstehen, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken soll. Im Gegensatz dazu soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Entsprechungen und andere Ausführungsformen, sofern sie innerhalb des von den angehängten Ansprüchen definierten Geistes und Schutzumfangs der Erfindung liegen.
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1 ist ein schematisches Diagramm eines Kühlsystems eines Automatikgetriebes, bei welchem ein Wärmetauscher für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet wird, 2 ist eine Perspektivansicht eines Wärmetauschers für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III, 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV und 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V. 6 ist eine Perspektivansicht einer Ventileinheit, welche in einem Wärmetauscher für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und 7 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Ventileinheit gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen findet ein Wärmetauscher 100 für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bei einem Kühlsystem eines Automatikgetriebes für ein Fahrzeug Anwendung.
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Das Kühlsystem des Automatikgetriebes ist, wie in 1 dargestellt, mit einer Kühlleitung CL zum Kühlen eines Motors versehen. Ein Kühlmittel tritt durch den Kühler 20, welcher ein Lüftungsgebläse 21 aufweist, durch eine Wasserpumpe 10 hindurch und wird mittels des Kühlers 20 gekühlt. Ein Heizkern 30, welcher mit einem Heizsystem des Fahrzeugs verbunden ist, ist an der Kühlleitung CL montiert.
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Ein Wärmetauscher 100 für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erwärmt oder kühlt Betriebsfluide in Abhängigkeit von Temperaturen oder Strömungsmengen der Betriebsfluide, welche in einem laufenden Zustand oder einem anfänglichen Startzustand des Fahrzeugs strömen, wenn die Temperaturen der Betriebsfluide in dem Wärmetauscher 100 mittels Wärmeaustauschs gesteuert werden.
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Zu diesem Zweck ist der Wärmetauscher 100 für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zwischen der Wasserpumpe 10 und dem Heizkern 30 angeordnet und ist mit einem Automatikgetriebe 40 durch eine erste und eine zweite Ölleitung OL1 und OL2 verbunden.
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Das heißt, dass die Betriebsfluide gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein Kühlmittel aufweisen, welches aus dem Kühler 20 strömt, sowie ein Getriebeöl, welches aus dem Automatikgetriebe strömt. Der Wärmetauscher 100 verursacht, dass das Getriebeöl Wärme mit dem Kühlmittel austauscht, so dass eine Temperatur des Getriebeöls gesteuert wird.
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Der Wärmetauscher 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist, wie in 2 und 3 dargestellt, einen wärmeabstrahlenden Teil 110, einen gegabelten Teil 120 und eine Ventileinheit 130 auf, und jedes Einzelteil wird detailliert beschrieben.
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Der wärmeabstrahlende Teil 110 ist mittels Aufeinanderstapelns einer Mehrzahl von Platten 112 gebildet, und eine Mehrzahl von Verbindungsleitungen 114 ist zwischen den benachbarten Platten 112 ausgebildet. Das Kühlmittel strömt durch einen Teil der Verbindungsleitungen 114 aus der Mehrzahl von Verbindungsleitungen 114, und das Getriebeöl strömt durch einen weiteren Teil der Verbindungsleitungen 114 aus der Mehrzahl von Verbindungsleitungen 114. Ein anderer Teil der Verbindungsleitungen 114, durch welche das Getriebeöl strömt, sind zwischen dem Teil von Verbindungsleitungen 114 angeordnet und sind getrennt. Zu diesem Zeitpunkt tauscht das Kühlmittel Wärme mit dem Getriebeöl aus.
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Außerdem wird das der Verbindungsleitung 114 zugeführte Betriebsfluid nicht mit anderem Betriebsfluid gemischt, welches der anderen Verbindungsleitung 114 zugeführt wird.
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Hierbei verursacht der wärmeabstrahlende Teil 110, dass das Kühlmittel mittels eines Gegenstroms von Kühlmittel und Getriebeöl Wärme mit dem Getriebeöl austauscht.
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Der wärmeabstrahlende Teil 110 ist ein wärmeabstrahlender Teil vom Plattentyp (oder Scheibentyp), bei welchem die Mehrzahl von Platten 112 gestapelt ist.
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Außerdem verbindet der gegabelte Teil 120 eine der Einströmöffnungen 116 zum Einströmen der Betriebsfluide in den wärmeabstrahlenden Teil 110 mit einer der Abgabeöffnungen 118 zum Abgeben der Betriebsfluide aus dem wärmeabstrahlenden Teil 110.
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Der gegabelte Teil 120 ist so ausgestaltet, dass er das Betriebsfluid durch die Ventileinheit 130, welche entsprechend der Temperatur des Betriebsfluids betrieben wird, umleitet.
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Die Einströmöffnungen 116 weisen eine erste und eine zweite Einströmöffnung 116a und 116b auf, welche an beiden Seiten einer Fläche des wärmeabstrahlenden Teils 110 entlang einer Längsrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet sind.
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Außerdem weist die Abgabeöffnung 118 eine erste und eine zweite Abgabeöffnung 118a und 118b auf, welche an den beiden Seiten der Fläche des wärmeabstrahlenden Teils 110 entlang der Längsrichtung ausgebildet sind. Die erste und zweite Abgabeöffnung 118a und 118b entsprechen der ersten und zweiten Einströmöffnung 116a und 116b und sind in einem Abstand zu der ersten und zweiten Einströmöffnung 116a und 116b angeordnet.
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Die erste und die zweite Abgabeöffnung 118a und 118b sind jeweils mit der ersten und der zweiten Einströmöffnung 116a und 116b durch die jeweiligen Verbindungsleitungen 114 in dem wärmeabstrahlenden Teil 110 verbunden.
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Die erste Einströmöffnung 116a und die erste Abgabeöffnung 118a sind in Eckbereichen der Fläche des wärmeabstrahlenden Teils 110 diagonal ausgebildet.
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Die zweite Einströmöffnung 116b und die zweite Abgabeöffnung 118b sind in Eckbereichen der Fläche des wärmeabstrahlenden Teils 110 einander diagonal zugewandt symmetrisch zu der ersten Einströmöffnung 116a und der ersten Abgabeöffnung 118b ausgebildet.
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Der gegabelte Teil 120 verbindet die erste Einströmöffnung 116a mit der ersten Abgabeöffnung 118a und steht aus der Fläche des wärmeabstrahlenden Teils 110 hervor.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen zirkuliert das Kühlmittel durch die erste Einströmöffnung 116a und die erste Abgabeöffnung 118a, und das Getriebeöl zirkuliert durch die zweite Einströmöffnung 116b und die zweite Abgabeöffnung 118b.
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Verbindungsanschlüsse können jeweils an der ersten und der zweiten Einströmöffnung 116a und 116b und der ersten und der zweiten Abgabeöffnung 118a und 118b montiert sein und sind mit dem Kühler 20 und dem Automatikgetriebe 40 durch Verbindungsschläuche verbunden, welche mit den Verbindungsanschlüssen verbunden sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die Verbindungsleitung 114, wie in 4 und 5 dargestellt, eine erste und eine zweite Verbindungsleitung 114a und 140b auf und wird detailliert beschrieben.
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Hierbei weist der gegabelte Teil 120 eine Bypassleitung 122 auf, welche an einer Position nahe der ersten Einströmöffnung 116a und der ersten Abgabeöffnung 118b ausgebildet ist. Die Bypassleitung 122 ist dazu geeignet, das Kühlmittel, welches in die erste Einströmöffnung 116a hineinströmt, direkt an die erste Abgabeöffnung 118a abzugeben, ohne dass es durch die erste Verbindungsleitung 114a hindurchtritt.
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Außerdem ist die Ventileinheit 130 an dem wärmeabstrahlenden Teil 110 entsprechend der ersten Einströmöffnung 116a montiert und lässt in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels das Kühlmittel zu dem wärmeabstrahlenden Teil 110 oder zu der Bypassleitung 122 strömen.
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Die Ventileinheit 130 weist, wie in 6 und 7 dargestellt, ein Montagebauteil 132, eine Führungsstange 138, ein bewegbares Bauteil 142, ein Innengehäuse 144, ein Öffnen/Schließen-Bauteil 152 und ein Außengehäuse 154 auf und wird detailliert beschrieben.
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Ein Vorsprungsbereich 136, an dem eine Montageöffnung 134 ausgebildet ist, ist integral und/oder monolithisch mit dem Montagebauteil 132 ausgebildet, und das Montagebauteil 132 ist fest an dem anderen Teil des wärmeabstrahlenden Teils 110 montiert, welcher der ersten Einströmöffnung 116a entspricht.
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Eine Schraube ist an einem Außenumfang des Montagebauteils 132 derart ausgebildet, dass das Montagebauteil 132 in einen Innenumfang des wärmeabstrahlenden Teils 110 eingreift.
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Ein unterer Teil der Führungsstange 138 ist in die Montageöffnung 134 des Montagebauteils 132 eingebracht und daran befestigt.
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Ein oberer Teil der Führungsstange 138 ist in das bewegbare Bauteil 142 eingebracht, und ein verformbares Material 143, welches dafür geeignet ist, sich in Abhängigkeit von einer Temperatur des Betriebsfluids auszudehnen oder zusammenzuziehen ist innerhalb des bewegbaren Bauteils 142 eingefüllt, und das bewegbare Bauteil 142 ist entlang der Führungsstange 138 verschieblich.
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Das bewegbare Bauteil 142 ist mit dem darin eingefüllten verformbaren Material 143 (bezugnehmend auf 4, 9 und 10) versehen, und das verformbare Material 143 ist ein Material, welches in Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsfluids ausgedehnt oder zusammengezogen werden kann, beispielsweise ein Wachsmaterial.
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Das Volumen des Wachsmaterials kann in Abhängigkeit von der Temperatur expandiert oder kontrahiert werden, wenn beispielsweise die Temperatur erhöht wird, wird das Volumen ausgedehnt. Wenn im Gegensatz dazu die Temperatur abgesenkt wird, wird das Volumen auf das Ausgangsvolumen zusammengezogen.
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Wenn das Kühlmittel mit relativ hoher Temperatur in die erste Einströmöffnung 116a strömt, bewegt sich das bewegbare Bauteil 142 aus der Ausgangsstellung entlang der Führungsstange 138 mittels einer Ausdehnung des verformbaren Materials 143, welches darein eingefüllt ist, nach oben.
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Wenn im Gegensatz dazu das Kühlmittel mit relativ niedriger Temperatur in die erste Einströmöffnung 116a strömt, bewegt sich durch eine Kontraktion des verformbaren Materials 143, welches darein eingefüllt ist, das bewegbare Bauteil 142 entlang der Führungsstange 138 nach unten zur Ausgangsstellung.
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Wenn das Kühlmittel mit relativ niedriger Temperatur in der Ausgangsstellung in die erste Einströmöffnung 116a strömt, positioniert sich das bewegbare Bauteil 142 in der Ausgangsstellung, weil das verformbare Material 143 weder ausgedehnt, noch zusammengezogen werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen berührt eine Innenfläche einer oberen Fläche des Innengehäuses 144 einen oberen Teil des bewegbaren Bauteils 142.
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Das Innengehäuse 144 ist also gemeinsam mit dem bewegbaren Bauteil 142 aufwärts und abwärts bewegbar, und mindestens eins von einem ersten Öffnungsloch 146 ist an einem unteren Teil des Innengehäuses 144 ausgebildet.
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Das Innengehäuse 144 ist als Zylinderform ausgebildet, deren unterer Teil geöffnet ist, und mindestens ein Durchgangsloch 148 ist in einem oberen Bereich des Innengehäuses 144 ausgebildet, damit das Betriebsfluid, welches durch die erste Einströmöffnung 116a strömt, das bewegbare Bauteil 142 berührt.
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Obwohl in den Zeichnungen drei Durchgangslöcher 148 an dem oberen Teil des Innengehäuses 144 getrennt voneinander ausgebildet sind, ist es nicht darauf beschränkt.
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Obwohl in den Zeichnungen drei Öffnungslöcher 146 an dem Außenumfang des Innengehäuses 144 bei 120° ausgebildet sind, ist es nicht darauf beschränkt.
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Das erste Öffnungsloch 146 gestattet es dem durch das Durchgangsloch 148 geströmten Kühlmittel wahlweise, durch die erste Verbindungsleitung 114a zu strömen.
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Das Öffnen/Schließen-Bauteil 152 ist zwischen dem bewegbaren Bauteil 142 und dem Innengehäuse 144 angeordnet, wird mittels einer Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des Innengehäuses 144, welches sich gemeinsam mit dem bewegbaren Bauteil 142 bewegt, gestreckt oder gestaucht.
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Das Öffnen/Schließen-Bauteil 152 öffnet wahlweise das erste Öffnungsloch 146 in Abhängigkeit von der Streckung oder Stauchung davon, und führt dem Innengehäuse 144 eine Vorspannkraft zu.
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Das eine Ende des Öffnen/Schließen-Bauteils 152 ist mit dem Vorsprungsbereich 136 verbunden, und das andere Ende davon ist mit einem oberen Teil des Innengehäuses 144 verbunden.
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Wenn das bewegbare Bauteil 142 sich entlang der Führungsstange 138 aufwärts bewegt, wird das Öffnen/Schließen-Bauteil 152 durch das Innengehäuse 144 gestreckt, um das erste Öffnungsloch 146 zu öffnen.
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Wenn im Gegensatz dazu das bewegbare Bauteil 142 zur Ausgangsstellung zurückkehrt, ist das Öffnen/Schließen-Bauteil 152 als Ausgangszustand gestaucht, um das erste Öffnungsloch 146 zu schließen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umhüllt das Außengehäuse 154 das Innengehäuse 144 und führt die Bewegung des Innengehäuses 144.
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Mindestens eine Bypassöffnung 156 ist an dem oberen Teil des Außengehäuses 154, welcher dem gegabelten Teil 120 entspricht, ausgebildet, mindestens ein zweites Öffnungsloch 158, welches dem ersten Öffnungsloch 146 entspricht, ist an dem unteren Teil des Außengehäuses 154 ausgebildet, und das Außengehäuse 154 ist an dem Montagebauteil 132 befestigt.
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In den Zeichnungen sind die Bypassöffnung 156 und das zweite Öffnungsloch 158 getrennt voneinander unter verschiedenen Winkeln angeordnet, doch es ist nicht darauf beschränkt.
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Das zweite Öffnungsloch 158 ist an dem unteren Teil des Außengehäuses 154 ausgebildet.
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In den Zeichnungen sind drei Bypassöffnungen 156 am Außenumfang des oberen Teils des Außengehäuses 154 in einem Abstand von 120° zueinander ausgebildet, doch es ist nicht darauf beschränkt.
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Wenn das bewegbare Bauteil 142 sich nach oben bewegt, gleitet der obere Teil des Innengehäuses 144 innerhalb des Außengehäuses 154 nach oben und schließt die Bypassöffnung 156.
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Mindestens ein Führungsvorsprung 149 ist an dem Außenumfang des Innengehäuses 144 ausgebildet.
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Mindestens eine Führungsaussparung 159 ist an dem Außengehäuse 154 in Entsprechung zum Führungsvorsprung 149 ausgebildet, und der Führungsvorsprung 149 ist in der Führungsaussparung 159 verschieblich.
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Der Führungsvorsprung 149 bewegt sich innerhalb der Führungsaussparung 159, wenn das Innengehäuse 144 sich aufwärts und abwärts bewegt, führt die Bewegung des Innengehäuses 144, und hindert das Innengehäuse 144 daran, sich von dem Außengehäuse 154 zu trennen.
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In den Zeichnungen sind drei Führungsvorsprünge 149 und drei Führungsaussparungen 159 in einem Abstand von 120° voneinander ausgebildet, doch es ist nicht darauf beschränkt. Im Gegenteil können Anzahl und Positionen der Führungsvorsprünge 149 und der Führungsaussparungen 159 verschieden sein.
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Eine Dichtung 162 ist zwischen dem Montagebauteil 132 und dem Außengehäuse 154 zum Abdichten des Betriebsfluids angeordnet.
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Das heißt, dass die Dichtung 162 eine Lücke zwischen dem Montagebauteil 132 und dem Außengehäuse 154 derart abdichtet, dass das Betriebsfluid daran gehindert wird, entlang des Montagebauteils 132 und des wärmeabstrahlenden Teils 110 zur Außenseite des wärmeabstrahlenden Teils 110 auszutreten.
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Das Außengehäuse 154 ist so an dem Montagebauteil 132 angeordnet, dass das zweite Öffnungsloch 158 dem ersten Öffnungsloch 146 entspricht.
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Bevor die Ventileinheit 130 betätigt wird, berührt das untere Ende des Innengehäuses 144 das Montagebauteil 132 durch Federkraft des Öffnen/Schließen-Bauteils 152, und die Bypassöffnung 156 ist geöffnet.
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Wie in 8 dargestellt, strömt das durch die erste Einströmöffnung 116a geströmte Betriebsfluid durch das Durch- gangsloch 148 in das Innengehäuse 144.
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Wenn die Temperatur des Betriebsfluids höher ist als eine vorbestimmte Temperatur, wird das verformbare Material 143 innerhalb des bewegbaren Bauteils 142 ausgedehnt, so dass das bewegbare Bauteil 142 sich an der Führungsstange 138 aufwärts bewegt.
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Auch das Innengehäuse 144 bewegt sich gemeinsam mit dem bewegbaren Bauteil 142 innerhalb des Außengehäuses 154 nach oben.
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Da jeder Führungsvorsprung 149 des Innengehäuses 144 sich entlang der Führungsaussparung 159 verschiebt, ist die Bewegung des Innengehäuses 144 stabil.
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In diesem Fall ist die Bypassöffnung 156 durch das Innengehäuse 144 geschlossen, die Ringbauteile, welche das Öffnen/Schließen-Bauteil 152 ausbilden, sind voneinander getrennt, um einen Raum S auszubilden, und das Betriebsfluid strömt durch das erste und das zweite Öffnungsloch 146 und 158 in die erste Verbindungsleitung 114a.
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Wenn die Temperatur des Betriebsfluids niedriger ist als eine vorbestimmte Temperatur, bewegt sich das bewegbare Bauteil 142 an der Führungsstange 138 nach unten, wie in 6 dargestellt.
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In diesem Fall wird das Öffnen/Schließen-Bauteil 152 durch seine elastische Kraft zusammengedrückt, das Innengehäuse 144 bewegt sich auch mittels der elastischen Kraft nach unten. Und folglich wird die Bypassöffnung 156 gleichzeitig geöffnet, die Ringbauteile, welche die Öffnen/Schließen-Bauteile 152 ausbilden, berühren einander, um das erste und das zweite Öffnungsloch 152 und 158 zu schließen.
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Betrieb und Funktion des Wärmetauschers 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden detailliert beschrieben.
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9 bis 10 sind Zeichnungen zum Beschreiben eines Betriebs eines Wärmetauschers für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Wenn die Temperatur des durch die erste Einströmöffnung 116a geströmten Betriebsfluids niedriger ist als eine vorbestimmte Temperatur, behält das bewegbare Bauteil 142 seine Ausgangsstellung, wie in 9 dargestellt, bei.
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Auch das Innengehäuse 144 behält auch die Ausgangsstellung bei, wie in 6 dargestellt, und die Bypassöffnung 156 des Außengehäuses 154 ist geöffnet.
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Wie oben beschrieben sind das erste Öffnungsloch 146 und das zweite Öffnungsloch 158 durch das Öffnen/Schließen-Bauteil 152 geschlossen, so dass das in die Ventileinheit 130 geströmte Kühlmittel nicht in die erste Verbindungsleitung 114a strömen kann.
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Das geströmte Kühlmittel wird durch die Bypassöffnung 156 aus der Ventileinheit 130 abgegeben. Somit strömt das Kühlmittel nicht durch die erste Verbindungsleitung 114a des wärmeabstrahlenden Teils 110, sondern strömt direkt durch die von dem gegabelten Teil 120 ausgebildete Bypassleitung 122 zu der ersten Abgabeöffnung 118a.
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Dementsprechend strömt das Kühlmittel nicht in die erste Verbindungsleitung 114a des wärmeabstrahlenden Teils 110. Somit tauscht das Kühlmittel keine Wärme mit dem durch die zweite Einströmöffnung 116b und die zweite Verbindungsleitung 114b des wärmeabstrahlenden Teils 110 geströmten Getriebeöls aus.
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Sollte das Getriebeöl gemäß einem Zustand oder einer Betriebsart des Fahrzeugs, wie beispielsweise einer laufend-Betriebsart, einer Leerlauf-Betriebsart oder eine anfangs starten-Betriebsart erwärmt werden, verhindert die Bypassleitung 122, dass das Kühlmittel niedriger Temperatur in die erste Verbindungsleitung 114a strömt. Dadurch wird verhindert, dass die Temperaturen des Getriebeöls durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel abgesenkt werden.
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Wenn im Gegensatz dazu die Temperatur des Kühlmittels höher ist als die vorbestimmte Temperatur, bewegt sich das bewegbare Bauteil 142 der Ventileinheit 130 an der Führungsstange 138, wie in 10 dargestellt, nach oben. Somit bewegt sich das Innengehäuse 144 innerhalb des Außengehäuses 154 auch nach oben.
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Folglich schließt der obere Teil des Innengehäuses 144 die Bypassöffnung 156 wie in 8 dargestellt, und das Öffnen/Schließen-Bauteil 152 bildet Räume S aus.
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Folglich sind das erste und das zweite Öffnungsloch 146 und 158 durch das Innengehäuse 144 und die durch das Öffnen/Schließen-Bauteil 152 ausgebildeten Räume S geöffnet.
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Das in die Ventileinheit 130 geströmte Kühlmittel wird durch den Raum S, das erste und das zweite Öffnungsloch 146 und 158, die erste Verbindungsleitung 114a und die erste Abgabeöffnung 118a durch den wärmeabstrahlenden Teil hindurchtretend abgegeben.
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Indes strömt ein Teil des in die erste Einströmöffnung 116a eingeströmten Kühlmittels nicht in die Ventileinheit 130 hinein, sondern strömt durch die Bypassleitung 122 und wird dann mit dem durch die erste Verbindungsleitung 114a hindurchtretenden Kühlmittel durch die erste Abgabeöffnung 118a abgegeben.
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Ein Teil des Kühlmittels, welches durch die erste Verbindungsleitung 114a des wärmeabstrahlenden Teils 110 hindurchtritt, und das Getriebeöl, welches durch die zweite Einströmöffnung 116b und die zweite Verbindungsleitung 114b hindurchtritt, tauschen innerhalb des wärmeabstrahlenden Teils 110 Wärme aus, so dass die Temperaturen davon gesteuert werden können.
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Das Kühlmittel und das Getriebeöl strömen in verschiedener Richtung oder entgegengesetzter Richtung und tauschen miteinander Wärme aus, weil die erste und die zweite Einströmöffnung 116a und 116b an den Ecken des wärmeabstrahlenden Teils 110 in diagonaler Richtung ausgebildet sind. Darum tauschen das Getriebeöl und das Motoröl effizienter Wärme mit dem Kühlmittel aus.
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Darum wird das Getriebeöl, dessen Temperatur durch einen Betrieb eines Drehzahlwandlers erhöht ist, mittels Wärmeaustauschs mit dem Kühlmittel in dem wärmeabstrahlenden Teil 110 gekühlt und wird dann dem Automatikgetriebe 40 zugeführt.
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Das heißt, da der Wärmetauscher 100 dem Automatikgetriebe 40, welches sich mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, das gekühlte Getriebeöl zuführt, wird ein Auftreten eines Schlupfes bzw. eines Fehlers (kurz: Schlupf) bei dem Automatikgetriebe 40 verhindert.
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Wenn der Wärmetauscher 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet wird, können die Betriebsfluide gleichzeitig durch Nutzen der Temperaturen der Betriebsfluide im laufenden Zustand oder dem Anfangsstartzustand des Fahrzeugs erwärmt und gekühlt werden. Darum können die Temperaturen der Betriebsfluide effizient gesteuert werden.
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Das bewegbare Bauteil 142, welches mit dem verformbaren Material 143, wie beispielsweise dem Wachsmaterial, welches in Abhängigkeit von dem geströmten Betriebsfluid ausgedehnt oder zusammengezogen werden kann, gefüllt ist, kann wahlweise das Kühlmittel dem gegabelten Teil 120 oder dem wärmeabstrahlenden Teil 110 zuführen. Darum können Einzelteile vereinfacht werden und Produktionskosten können beschränkt werden. Außerdem kann Gewicht verringert werden.
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Da zusätzliche Gabelungskreisläufe nicht benötigt werden, können Produktionskosten beschränkt werden, Verarbeitbarkeit und Raumausnutzung in einem kleinen Motorraum können verbessert werden und einer Anordnung von Verbindungsschläuchen kann vereinfacht werden.
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Wenn das Betriebsfluid das Getriebeöl in dem Automatikgetriebe 40 ist, kann eine hydraulische Reibung bei einem Kaltstart wegen einer schnellen Erwärmung gesenkt werden. Außerdem kann Schlupf verhindert werden und eine Langlebigkeit kann beim Fahren wegen einer exzellenten Kühlleistung beibehalten werden. Darum können eine Kraftstoffersparnis und eine Lebensdauer des Getriebes verbessert werden.
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In dieser Beschreibung ist beispielhaft ausgeführt, dass das Kühlmittel und das Getriebeöl als Betriebsfluide verwendet werden, doch die Betriebsfluide sind nicht auf diese beschränkt. Alle Betriebsfluide, welche ein Erwärmen oder ein Kühlen benötigen, können genutzt werden.
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Außerdem kann der Wärmetauscher gemäß verschiedenen Ausführungsformen ferner Abdeckungen und Halterungen aufweisen, welche eine Beschädigung des Wärmetauschers und anderer Komponenten verhindern, oder welche verwendet werden, um den Wärmetauscher an anderen Komponenten oder dem Motorraum zu befestigen.
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Um die Erklärung zu vereinfachen und für eine genaue Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe höher oder niedriger etc. verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführung zu bezeichnen mit Bezug auf die Positionierung dieser Merkmale wie in den Figuren dargestellt.
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Die vorangehenden Beschreibungen bestimmter beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung aufgezeigt. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie vollständig sein sollen, oder die Erfindung auf die genau offenbarten Formen beschränken sollen, und offenbar sind viele Änderungen und Variationen im Licht der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu beschreiben, so dass Fachmänner in die Lage versetzt werden, sowohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, als auch verschiedenen Alternativen und Abwandlungen davon herzustellen und zu verwenden. Es ist vorgesehen, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die angehängten Ansprüche und ihre Entsprechungen definiert wird.
