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Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Betriebsmediums, insbesondere einer Betriebsflüssigkeit, eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Betriebsmediums, insbesondere einer Betriebsflüssigkeit wie beispielsweise einer Kühlflüssigkeit oder eines Schmiermittels, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2005 062 338 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Heizeinrichtung umfasst dabei wenigstens ein Heizelement, welches zum Erwärmen des Betriebsmediums mit elektrischer Energie versorgbar ist. Durch Versorgen des Heizelements mit elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, wird beispielsweise das Heizelement selbst erwärmt, sodass infolge eines Wärmeübergangs von dem erwärmten Heizelement an das Betriebsmedium dieses erwärmt werden kann.
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Darüber hinaus offenbart die
DE 10 2005 052 632 A1 eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Kraftmaschine mit einem Schmierölkreislauf, der eine Schmierölwanne, eine elektrische Primärpumpe und einen Ölwärmespeicher umfasst. Dem Ölwärmespeicher wird Schmieröl in Abhängigkeit von Betriebsparametern über Steuerventile zugeführt und/oder entnommen. Dabei ist es vorgesehen, dass der Ölwärmespeicher, mindestens eine elektrisch angetriebene Ölpumpe, ein Ölfilter, mindestens ein Steuerventil und gegebenenfalls eine Ölzustandssensorik eine Baueinheit für den Anbau an oder für den Einbau in die Kraftmaschine bilden.
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Durch den Einsatz einer Heizeinrichtung ist es möglich, das Betriebsmedium, insbesondere die Betriebsflüssigkeit, beispielsweise auch dann bedarfsgerecht zu erwärmen und so beispielsweise auf eine vorteilhafte Temperatur zu bringen, wenn beispielsweise ein Antriebsaggregat wie beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, welches beziehungsweise welche mit dem Betriebsmedium zum Beispiel gekühlt und/oder geschmiert wird, noch nicht in Betrieb ist und/oder eine nur sehr geringe Temperatur aufweist. Mittels der Heizeinrichtung kann das Betriebsmedium auf eine Temperatur erwärmt werden, welche größer als eine Temperatur der Verbrennungskraftmaschine ist. Hierdurch kann ein Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine vermieden werden oder eine auf einen Kaltstart folgende Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine kann besonders kurz gehalten werden, sodass sich ein effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit nur geringen Emissionen realisieren lässt.
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Üblicherweise jedoch ist aufgrund des Einsatzes einer solchen Heizeinrichtung ein Verkabelungsaufwand erforderlich, da die elektrische Energie üblicherweise drahtgebunden, das heißt über wenigstens einen Draht beziehungsweise über wenigstens eine Leitung von einer entsprechenden Energiequelle an das Heizelement übertragen wird. Dies führt zu einem hohen Gewichts- und einem hohen Bauraumbedarf der Heizeinrichtung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Heizeinrichtung der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass das Gewicht und der Bauraumbedarf der Heizeinrichtung besonders gering gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung mi den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Heizeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiter zu entwickeln, dass der Bauraumbedarf und das Gewicht der Heizeinrichtung besonders gering gehalten werden können, ist erfindungsgemäß eine Übertragungseinrichtung vorgesehen, mittels welcher die elektrische Energie bereitstellbar und drahtlos an das Heizelement übertragbar ist. Dies bedeutet, dass die elektrische Energie ohne einen Draht beziehungsweise ohne eine physische Leitung an das Heizelement übertragen wird, sodass mittels der Übertragungseinrichtung eine drahtlose Energieübertragung darstellbar ist. Unter einer solchen drahtlosen Energieübertragung, welche auch als kontaktlose Energieübertragung, kabellose Leistungsübertragung oder kontaktlose Leistungsübertragung bezeichnet wird, wird elektrische Energie berührungslos von der Übertragungseinrichtung an das Heizelement übertragen, um das Heizelement mit der berührungslos übertragenen Energie zu betreiben beziehungsweise zu versorgen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Übertragungseinrichtung als induktive Übertragungseinrichtung ausgebildet ist, mittels welcher zum Erwärmen des Betriebsmediums das Heizelement induktiv erwärmbar ist. Mit anderen Worten ist hierbei eine induktive Energieübertragung von der Übertragungseinrichtung an das Heizelement vorgesehen, sodass das Heizelement mittels elektromagnetischer Induktion erwärmt wird. Durch einen Wärmeübergang von dem erwärmten Heizelement an das Betriebsmedium kann schließlich das Betriebsmedium mittels des Heizelements erwärmt werden, sodass beispielsweise ein Kaltstart eines Antriebsaggregats, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, das mit dem Betriebsmedium gekühlt und/oder geschmiert wird, vermieden werden kann. Ferner ist es möglich, durch das Erwärmen des Betriebsmediums eine sich an einen Kaltstart des Antriebsaggregats anschließende Warmlaufphase besonders kurz zu halten, sodass sich ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb des Antriebsaggregats mit nur geringen Emissionen realisieren lässt. Insbesondere ist es möglich, das Betriebsmedium mittels der Heizeinrichtung vor einem Start des Antriebsaggregats, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, zu erwärmen, sodass beispielsweise ein Startmoment, welches zum Aktivieren des Verbrennungsaggregats erforderlich ist, gering gehalten werden kann. Darüber hinaus können die Reibleistung und Abgasemissionen des Antriebsaggregats durch das Erwärmen beziehungsweise Vorwärmen des Betriebsmediums gering gehalten werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Heizelement ein elektrisch leitfähiges Material umfasst, welches durch induktive Energieübertragung beziehungsweise durch induktives Erwärmen und somit durch im elektrisch leitfähigen Material erzeugte Wirbelstromverluste beheizbar ist. Hierdurch kann eine besonders effiziente, drahtlose Energieübertragung von der Übertragungseinrichtung an das Heizelement realisiert werden, sodass das Heizelement besonders effizient erwärmt werden kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Heizelement an, insbesondere in, einem Filterelement zum Filtern des als Schmiermittel oder Kraftstoff ausgebildeten Betriebsmediums angeordnet ist. Bei dem Schmiermittel handelt es sich beispielsweise um Öl, welches zum Schmieren und/oder Kühlen eines Antriebsaggregats des Kraftwagens genutzt wird. Mittels des Heizelements kann das Öl vorgewärmt werden, sodass bereits beim eigentlichen Start des Antriebsaggregats heißes Öl zur Verfügung steht, wodurch die Reibleistung der Verbrennungskraftmaschine bereits unmittelbar nach dem Start besonders gering gehalten werden kann.
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Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Heizelement an, insbesondere in, einem Kühler zum Kühlen des als Kühlmedium, insbesondere Kühlflüssigkeit, ausgebildeten Betriebsmediums angeordnet ist. Das Kühlmedium dient beispielsweise zum Kühlen des Antriebsaggregats, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, wobei durch Erwärmen des Kühlmediums ein Vorwärmen des Antriebsaggregats möglich ist, sodass ein Kaltstart des Antriebsaggregats vermieden beziehungsweise eine Warmlaufphase des Antriebsaggregats besonders kurz gehalten werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Seitenansicht einer Heizeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zum Erwärmen eines Betriebsmediums eines Kraftwagens, mit wenigstens einem Heizelement, welches zum Erwärmen des Betriebsmediums mit elektrischer Energie versorgbar ist, wobei eine Übertragungseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher die elektrische Energie bereitstellbar und drahtlos an das Heizelement übertragbar ist; und
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2 eine schematische Seitenansicht der Heizeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Element mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Betriebsmediums, insbesondere einer Betriebsflüssigkeit, eines beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens. 1 zeigt dabei die Heizeinrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform, welche zum Erwärmen eines Schmiermittels in Form von Schmieröl als die Betriebsflüssigkeit dient. Der Kraftwagen umfasst wenigstens ein Antriebsaggregat in Form einer beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine, welche mittels des Schmieröls geschmiert und/oder gekühlt wird. Das Schmieröl dient insbesondere dazu, sich während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine relativ zueinander bewegende Bauteile zu schmieren, sodass der Verschleiß der Bauteile gering gehalten werden kann.
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Der Kraftwagen, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine, weist dabei einen Schmierölkreislauf auf, durch welchen das Schmieröl strömt. In diesem Schmierölkreislauf ist ein Filterelement 12 angeordnet, mittels welchem das Schmieröl gefiltert wird. Das Filterelement 12 wird auch als Filtereinsatz oder Ölfiltereinsatz bezeichnet, da das Filterelement 12 zumindest teilweise in einem in 1 nicht dargestellten Gehäuse anordenbar ist. Das Filterelement 12 weist ein Filtermaterial auf, durch das das Schmieröl strömen kann. Mittels des Filterelements 12 werden im Schmieröl aufgenommene Partikel aus dem Schmieröl gefiltert, wobei diese Partikel an dem Filtermaterial hängen bleiben, wenn das Schmieröl das Filtermaterial durchströmt. Mit zunehmender Betriebsdauer setzt sich das Filterelement 12 zunehmend mit Partikeln aus dem Schmieröl zu, wodurch ein durch das Filterelement 12 bewirkter Strömungswiderstand für das Schmieröl ansteigt. Um einen übermäßigen Anstieg des Strömungswiderstands zu vermeiden, wird das Filterelement 12 nach einer vorgebbaren Betriebsdauer ausgetauscht und gegen ein neues Filterelement ersetzt. Hierzu wird das Filterelement 12 auf einfache Weise aus dem Gehäuse entnommen, woraufhin das neue Filterelement in das Gehäuse eingesetzt werden kann.
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Die Heizeinrichtung umfasst wenigstens ein Heizelement 14, welches zum Erwärmen des Schmieröls mit elektrischer Energie versorgbar ist. Aus 1 ist erkennbar, dass das Heizelement 14 in dem Filterelement 12 angeordnet, das heißt in das Filterelement 12 integriert ist. Dadurch ist ein besonders effizientes und effektives Erwärmen des Schmieröls darstellbar, da das Schmieröl – wenn es durch das Filterelement 12 strömt – das Heizelement 14 beispielsweise kontaktieren und umströmen kann, sodass ein besonders guter Wärmeübergang von dem erwärmten Heizelement 14 an das das Heizelement 14 umströmende Schmieröl erfolgen kann.
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Um nun den Bauraumbedarf und das Gewicht der Heizeinrichtung 10 besonders gering zu halten, ist eine Übertragungseinrichtung 16 vorgesehen, mittels welcher die elektrische Energie bereitstellbar und in Form einer induktiven Energieübertragung drahtlos an das Heizelement 14 übertragbar ist. Mit anderen Worten ist die Übertragungseinrichtung als induktive Übertragungseinrichtung oder induktive Ladeeinheit ausgebildet, mittels welcher zum Erwärmen des Betriebsmediums das Heizelement 14 induktiv erwärmbar ist. Dadurch kann das Heizelement 14 bezogen auf die die elektrische Energie, insbesondere elektrischen Strom, bereitstellende Übertragungseinrichtung 16 berührungslos beziehungsweise kontaktlos mit der elektrischen Energie versorgt werden, mittels welcher schließlich das Schmieröl erwärmt beziehungsweise beheizt werden kann. Dies bedeutet, dass physische Leitungen oder physische Drähte zum Übertragen der elektrischen Energie beziehungsweise zum Erwärmen des Heizelements 14 nicht vorgesehen und nicht erforderlich sind, sodass keine Leitungen einerseits mit dem Heizelement 14 und andererseits mit der als Energiequelle fungierenden Übertragungseinrichtung 16 verbunden werden müssen. Dadurch kann das Filterelement 12 auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise ausgetauscht und gegen ein neues Filterelement ersetzt werden, da keine Leitungen zum Übertragen von elektrischer Energie mit diesen Filterelementen verbunden oder getrennt werden müssen.
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Mittels der Heizeinrichtung 10 kann das Schmieröl besonders effizient bereits vor einem Start der Verbrennungskraftmaschine erwärmt werden, sodass bereits beim Start der Verbrennungskraftmaschine das Schmieröl eine hinreichend hohe Temperatur aufweist. Dadurch können die Reibleistung der Verbrennungskraftmaschine sowie ein Startdrehmoment, welches zum Starten der Verbrennungskraftmaschine aufzubringen ist, gering gehalten werden. Ferner kann ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit nur geringen Abgasemissionen realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, mittels der Heizeinrichtung 10 ein Getriebeöl als das Betriebsmedium vorzuwärmen, mittels welchem ein Getriebe, wie beispielsweise ein Automatikgetriebe oder ein Handschaltgetriebe, des Kraftwagens gekühlt und/oder geschmiert wird. Somit kann auch das Getriebe erwärmt beziehungsweise vorgewärmt werden, sodass sich ein besonders effizienter und energiegünstiger Betrieb des Kraftwagens insgesamt realisieren lässt.
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2 zeigt die Heizeinrichtung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von der ersten Ausführungsform, dass das Heizelement 14 an und vorliegend in einem Kühler 18 angeordnet ist, mittels welchem ein Kühlmedium in Form einer Kühlflüssigkeit als das Betriebsmedium gekühlt wird. Die Kühlflüssigkeit wird zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine verwendet, indem ein Wärmeübergang von der Verbrennungskraftmaschine an die die Verbrennungskraftmaschine durchströmende Kühlflüssigkeit erfolgen kann. Nach diesem Wärmeübergang, durch welchen die Kühlflüssigkeit erwärmt wird, durchströmt die Kühlflüssigkeit den als Wärmetauscher ausgebildeten Kühler 18, sodass ein weiterer Wärmeübergang von der den Kühler 18 durchströmenden Kühlflüssigkeit über den Kühler 18 an ein den Kühler 18 umströmendes Medium erfolgen kann. Bei dem den Kühler 18 umströmenden Medium handelt es sich beispielsweise um Luft, mittels welcher die den Kühler 18 durchströmende Kühlflüssigkeit über den Kühler 18 gekühlt wird.
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Mittels der Heizeinrichtung 10 ist es möglich, die Kühlflüssigkeit vor einem Start der Verbrennungskraftmaschine und/oder während einer sich an einen Kaltstart anschließenden Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine zu erwärmen, um die Verbrennungskraftmaschine insgesamt mittels der erwärmten Kühlflüssigkeit zu erwärmen. Dadurch kann der Kaltstart vermieden oder die Warmlaufphase besonders kurz gehalten werden, sodass die Verbrennungskraftmaschine bereits bei ihrem Start beziehungsweise bereits kurze Zeit nach ihrem Start eine hinreichend hohe, vorteilhafte Betriebstemperatur aufweist, bei welcher die Verbrennungskraftmaschine effizient und somit kraftstoffverbrauchsarm mit nur geringen Emissionen betrieben werden kann. Weisen die Kühlflüssigkeit und somit die Verbrennungskraftmaschine eine für einen effizienten Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine vorteilhafte Temperatur auf, so wird die Heizeinrichtung 10 deaktiviert, sodass die Verbrennungskraftmaschine und die Kühlflüssigkeit mittels des Kühlers 18 hinreichend gekühlt werden können.
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Auch bei der zweiten Ausführungsform ist die elektrische Energie drahtlos, insbesondere induktiv, von der Übertragungseinrichtung 16 an das Heizelement 14 übertragbar, sodass das Heizelement 14 induktiv erwärmbar ist.
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Das Heizelement 14 ist vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet oder weist ein solches elektrisch leitfähiges Material auf, welches induktiv, das heißt durch Wirbelstromverluste erwärmt werden kann. Das Heizelement 14 stellt somit eine Energieaufnahmeeinheit dar, welche die von der Übertragungseinrichtung 16 bereitgestellte und drahtlos übertragene elektrische Energie drahtlos aufnehmen kann. Die elektrische Energie wird mittels des Materials absorbiert, wodurch das Heizelement 14 und in der Folge das Betriebsmedium erwärmt werden. Durch die Integration des Heizelements 14 in das Filterelement 12 beziehungsweise in Kühler 18 kann der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden. Ferner kann die Kühlflüssigkeit besonders effektiv und effizient erwärmt werden, da die den Kühler 18 durchströmende Kühlflüssigkeit beispielsweise das Heizelement 14 umströmen und somit kontaktieren kann. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem erwärmten Heizelement 14 an die Kühlflüssigkeit erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Heizeinrichtung
- 12
- Filterelement
- 14
- Heizelement
- 16
- Übertragungseinrichtung
- 18
- Kühler
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005062338 A1 [0002]
- DE 102005052632 A1 [0003]
