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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf eingerichtet zur Temperierung von zumindest zwei Wärmequellen, insbesondere mit einem Wärmeübertrager zur Kühlung eines Kühlmittels, mit zumindest einem ersten Thermostat, mit einem ersten Kühlzweig und mit einem zweiten Kühlzweig, wobei in dem ersten Kühlzweig die erste Wärmequelle und der Wärmeübertrager angeordnet sind und im zweiten Kühlzweig die zweite Wärmequelle angeordnet ist, wobei der erste Thermostat eine Mischkammer aufweist, welche von dem Kühlmittel durchströmbar ist.
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Stand der Technik
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In Kraftfahrzeugen werden Kühlkreisläufe verwendet, um entstehende Abwärme abzutransportieren und die einzelnen Komponenten auf einem für den Betrieb optimalen Temperaturniveau zu halten. Die Abwärme wird dabei beispielsweise durch den Verbrennungsmotor oder die in Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen verwendete Leistungselektronik erzeugt.
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Um die entstehende Abwärme weiterhin vorteilhaft zu nutzen, sind Systeme bekannt, welche gezielt die Abwärme des Abgasstrangs zur Erzeugung von elektrischer oder mechanischer Leistung verwenden. Diese sogenannten Abgaswärmenutzungssysteme benötigen ebenfalls eine Kühlung, um sie in einem optimalen Temperaturfenster für den Betrieb zu halten.
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Das optimale Temperaturniveau im Kühlkreislauf zur Kühlung der sekundären Wärmequellen, welche durch alle Wärmequellen außer dem Verbrennungsmotor gebildet sind, liegt im Regelfall unterhalb des optimalen Temperaturniveaus im Kühlkreislauf zur Kühlung der primären Wärmequelle, welche durch den Verbrennungsmotor gebildet ist.
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Vorteilhafterweise wird daher ein Kühlkreislauf verwendet, welcher es ermöglicht für unterschiedliche Wärmequellen unterschiedliche Temperaturniveaus bereitzustellen.
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Hierzu sind im Stand der Technik Lösungen bekannt, welche einen separaten zusätzlichen Kühlkreislauf vorsehen, welcher mit einem anderen Temperaturniveau als der Kühlkreislauf für den Verbrennungsmotor betrieben wird. Auch sind Lösungen bekannt, welche mehrere Zweige aufweisen, die von Kühlmittel unterschiedlicher Temperatur durchströmt werden können.
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Die
US 2013/0152880 A1 offenbart ein Thermostatgehäuse, welches einen optimierten Kühlmittelfluss erlaubt. Das Thermostatgehäuse weist dabei einen Kühlmitteleintritt und einen Kühlmittelaustritt auf und weiterhin im Inneren zwei Thermostate. Die zumindest zwei Thermostate haben zueinander versetzte Öffnungstemperaturen. Der erste Thermostat steuert dabei den Kühlmittelfluss durch das Thermostatgehäuse, wenn die Temperatur des Kühlmittels in einem zur Öffnungstemperatur des ersten Thermostats passenden Temperaturfenster liegt.
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Darüber hinaus offenbart die
JP 2011-169191 A ein System zum Abtransport der Wärme aus einem Verbrennungsmotor, welches eine ausreichende Wärmeabtransporteigenschaft aufweist, um die entstehende Wärme von dem Verbrennungsmotor abzuführen, welche bei hoher Belastung des Verbrennungsmotors entsteht.
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Die
DE 10 2014 204 257 A1 offenbart einen Kühlkreislauf eingerichtet zur Temperierung von zumindest zwei Wärmequellen mit einem Wärmeübertrager eingerichtet zur Kühlung eines Kühlmittels, mit zumindest einem ersten Thermostat, mit einem ersten Kühlzweig und mit einem zweiten Kühlzweig, wobei in dem ersten Kühlzweig die erste Wärmequelle und der Wärmeübertrager angeordnet sind und im zweiten Kühlzweig die zweite Wärmequelle angeordnet ist, wobei der erste Thermostat eine Mischkammer aufweist, welche von dem Kühlmittel durchströmbar ist, wobei die Mischkammer fluidisch mit einem Kühlmittelaustritt des Wärmeübertragers und mit einem Kühlmittelaustritt der zweiten Wärmequelle verbunden ist, wobei ein zweiter Thermostat vorgesehen ist, welcher dem ersten Thermostat in Strömungsrichtung des Kühlmittels, welches durch die zweite Wärmequelle strömt, vorgelagert ist, wobei die Mischkammer des ersten Thermostats mit einem Kühlmittelaustritt des zweiten Thermostats fluidisch verbunden ist, wobei das Kühlmittel unabhängig vom Regelzustand des ersten Thermostats aus dem zweiten Thermostat in den ersten Thermostat überströmbar ist.
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Die
DE 196 06 202 A1 offenbart dieselben Merkmale und weiterhin, dass innerhalb des ersten Thermostats durch eine Verstellung eines Ventilkörpers eine Vermischung des Kühlmittels aus dem Wärmeübertrager und des Kühlmittels aus dem zweiten Thermostat und des Kühlmittels aus dem Bypasszweig, welcher den Wärmeübertrager umgeht, steuerbar ist.
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Die
US 4 370 950 A offenbart die gleichen Merkmale wie auch die
DE 10 2014 204 257 A1 . Ein Bypasszweig, welcher den Wärmeübertrager umgeht, ist weder offenbart, noch wird dieser benötigt.
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Nachteilig an den Lösungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass kein ausreichender Abtransport der Wärme gegeben ist, wenn mehrere Wärmequellen im Kühlkreislauf integriert sind. Außerdem ist die Temperaturstabilität an den einzelnen Wärmequellen durch die bisher bekannten Regelungsmittel in den Kühlkreisläufen nicht ausreichend gegeben.
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Bei Lösungen mit mehreren Zweigen ist es insbesondere nachteilhaft, dass ein hoher baulicher Aufwand betrieben werden muss, um zu jedem Betriebszeitpunkt eine ausreichende Kühlung für die primäre Wärmequelle und die sekundären Wärmequellen sicherzustellen. Außerdem sind die Wärmeverluste solcher Lösungen hoch, wodurch die Effizienz des Gesamtsystems negativ beeinträchtigt wird. Auch ist die Zusammenführung der einzelnen Zweige problematisch, da je nach Zuführungsstelle Nachteile hinsichtlich der Temperierung der einzelnen Wärmequellen entstehen können.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung. Vorteile
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kühlkreislauf für zumindest zwei Wärmequellen bereitzustellen, welcher es erlaubt eine gezielte Temperierung beider Wärmequellen unabhängig voneinander durchzuführen und eine exakte Regelung der Eintrittstemperatur des Kühlmittels an der dem ersten Thermostat nachfolgenden ersten Wärmequelle zu ermöglichen. Der Kühlkreislauf soll dabei einen möglichst einfachen Aufbau aufweisen und eine hohe Ausfallsicherheit.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Kühlkreislaufes wird durch einen Kühlkreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf zur Temperierung von zumindest zwei Wärmequellen, mit einem Wärmeübertrager zur Kühlung eines Kühlmittels, mit zumindest einem ersten Thermostat, mit einem ersten Kühlzweig und mit einem zweiten Kühlzweig, wobei in dem ersten Kühlzweig die erste Wärmequelle und der Wärmeübertrager angeordnet sind und im zweiten Kühlzweig die zweite Wärmequelle angeordnet ist, wobei der erste Thermostat eine Mischkammer aufweist, welche von dem Kühlmittel durchströmbar ist, wobei die Mischkammer fluidisch mit einem Kühlmittelaustritt des Wärmeübertragers und mit einem Kühlmittelaustritt der zweiten Wärmequelle verbunden ist.
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Durch eine fluidische Anbindung der Mischkammer des ersten Thermostats an den Kühlmittelaustritt des Wärmeübertragers und einen Kühlmittelaustritt der zweiten Wärmequelle ist sichergestellt, dass in der Mischkammer des ersten Thermostats eine sehr genaue Regelung des Temperaturniveaus des Kühlmittels erreicht werden kann. Dadurch kann die Temperatur des Kühlmittels, welches insbesondere der ersten Wärmequelle, die regelmäßig durch einen Verbrennungsmotor gebildet ist, zugeführt wird, sehr genau eingestellt werden, wodurch die Kühlung der ersten Wärmequelle verbessert werden kann.
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Erfindungsgemäß ist ein zweiter Thermostat vorgesehen, welcher dem ersten Thermostat in Strömungsrichtung des Kühlmittels, welches durch die zweite Wärmequelle strömt, vorgelagert ist, wobei die Mischkammer des ersten Thermostats mit einem Kühlmittelaustritt des zweiten Thermostats fluidisch verbunden ist.
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Der zweite Thermostat ist vorgesehen, um im zweiten Kühlzweig eine vom Temperaturniveau des Kühlmittels im ersten Kühlzweig entkoppelte Temperierung zu ermöglichen. Damit kann sichergestellt werden, dass die erste Wärmequelle und die zweite Wärmequelle mit Kühlmittel unterschiedlichen Temperaturniveaus beaufschlagt werden können. Insbesondere lässt sich durch eine vorteilhafte Verschaltung der beiden Thermostate die Eintrittstemperatur und/oder die Austrittstemperatur der zweiten Wärmequelle vorteilhaft regeln.
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Darüber hinaus ist das Kühlmittel unabhängig vom Regelzustand des ersten Thermostats aus dem zweiten Thermostat in den ersten Thermostat überströmbar.
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Erfindungsgemäß kann sichergestellt werden, dass die Durchströmung des Wärmeübertragers auch bei geschlossenem Hauptthermostat ermöglicht ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Kühlmittel aus dem zweiten Thermostat direkt in die Mischkammer des ersten Thermostats geleitet wird und somit unabhängig von der Stellung des Ventilkörpers im ersten Thermostat durch diesen hindurchströmen kann.
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Innerhalb des ersten Thermostats ist durch eine Verstellung eines Ventilkörpers eine Vermischung des Kühlmittels aus dem Wärmeübertrager und des Kühlmittels aus dem zweiten Thermostat und des Kühlmittels aus einem Bypasszweig, welcher den Wärmeübertrager umgeht, erzeugbar.
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Durch die fluidische Verbindung der Mischkammer mit den unterschiedlichen Bereichen des Kühlkreislaufs kann eine vorteilhafte Temperierung des Kühlmittels erreicht werden. Durch die Verstellung des Ventilkörpers kann dabei vorteilhaft der Zulauf des Kühlmittels aus den unterschiedlichen Bereichen in die Mischkammer gesteuert werden, so dass eine vorteilhafte Temperierung des Kühlmittelgemischs möglich ist.
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Erfindungsgemäß weist der erste Thermostat ein Dehnstoffelement auf, durch welches der Ventilkörper des ersten Thermostats verstellbar ist, wobei ein Kühlmittelgemisch aus dem Kühlmittel aus dem Wärmeübertrager und dem Kühlmittel aus dem zweiten Thermostat und dem Kühlmittel aus dem Bypasszweig auf das Dehnstoffelement einwirkt.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn der erste Thermostat und der zweite Thermostat einteilig miteinander verbunden sind. Hierzu können die beiden Thermostate beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sein, wodurch eine kompakte Baueinheit erzeugt werden kann, die nur einen geringen Bauraumbedarf aufweist und leicht montiert werden kann. Alternativ können die in eigenen Gehäusen angeordneten Thermostate in einer vorteilhaften Ausführung auch aneinander befestigt sein, um eine kompakte Baueinheit zu erzeugen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturniveau des Kühlmittels an der zweiten Wärmequelle niedriger ist als das Temperaturniveau des Kühlmittels an der ersten Wärmequelle. Dies liegt im Regelfall darin begründet, dass die erste Wärmequelle regelmäßig durch den Verbrennungsmotor gebildet ist, während die zweite Wärmequelle regelmäßig durch zu kühlende Leistungselektronik gebildet ist. Die dort auftretenden Temperaturen liegen daher oftmals unterhalb des Temperaturniveaus des Verbrennungsmotors. Bevorzugt ist das Temperaturniveau an den zu kühlenden Wärmequellen derart unterschiedlich, dass die Verzweigung des Kühlkreislaufs auf unterschiedliche Kühlzweige notwendig wird. In weiteren alternativen Ausgestaltungen können in vorteilhafter Ausführung auch weitere Wärmequellen vorgesehen sein, die jeweils weitere unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Überströmen des Kühlmittels aus dem zweiten Thermostat in den ersten Thermostat durch ein Verstellen eines Ventilkörpers im zweiten Thermostat verhinderbar ist. Durch die Möglichkeit das Überströmen des Kühlmittels in den ersten Thermostat zu verhindern kann eine Zirkulation des Kühlmittels durch die zweite Wärmequelle erreicht werden. Durch das Verschließen des Kühlmittelübertritts verbleibt das Kühlmittel im zweiten Thermostat und wird der zweiten Wärmequelle erneut zugeführt. Dadurch kann das Kühlmittel beispielsweise bis zum Erreichen einer gewissen Mindesttemperatur zirkulieren, bevor es letztlich in den ersten Thermostat überströmt.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der zweite Thermostat einem Kühlmittelzulauf der zweiten Wärmequelle in Durchströmungsrichtung der zweiten Wärmequelle vorgelagert ist oder der zweite Thermostat einem Kühlmittelablauf der zweiten Wärmequelle in Durchströmungsrichtung der zweiten Wärmequelle nachgelagert ist. Durch die unterschiedliche Anordnung des zweiten Thermostats kann die Kühlmittelführung beeinflusst werden. So kann beispielsweise ein Zirkulieren des Kühlmittels über einen Bypass zwischen dem zweiten Thermostat und der zweiten Wärmequelle erreicht werden, wodurch eine Aufheizung des Kühlmittels durch die zweite Wärmequelle erreicht werden kann.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Überströmen des Kühlmittels aus dem zweiten Thermostat in den ersten Thermostat durch ein Überschreiten einer minimalen Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlzweig freigebbar ist. Durch eine Freigabe des Kühlmittelübertritts aus dem zweiten Thermostat in den ersten Thermostat durch das Erreichen einer gewissen Mindesttemperatur kann sichergestellt werden, dass das Kühlmittel, welches aus der zweiten Wärmequelle stammt, eine gewisse Mindesttemperatur aufweist. Dies kann insbesondere für die Temperierung des Kühlmittels in der Mischkammer des ersten Thermostats vorteilhaft sein.
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Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn der zweite Thermostat getrennt von dem ersten Thermostat direkt benachbart zu der zweiten Wärmequelle angeordnet ist. Eine getrennte Anordnung der Thermostate ist besonders vorteilhaft, wenn die zweite Wärmequelle räumlich weit entfernt vom ersten Thermostat angeordnet ist. Durch die langen Kühlmittelleitungen kann es ansonsten zu einer Abkühlung des Kühlmittels zwischen der zweiten Wärmequelle und dem zweiten Thermostat kommen. Dies kann die Temperierung des Kühlmittels in der Mischkammer des ersten Thermostats negativ beeinflussen.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn dem Wärmeübertrager in Strömungsrichtung des Kühlmittels ein kanalartiger Bereich nachgelagert ist, wobei durch den kanalartigen Bereich das Kühlmittel in den ersten Thermostat und den zweiten Thermostat verteilbar ist. Durch einen kanalartigen Bereich, welcher im oder am Gehäuse der Thermostate angeordnet ist, kann eine Verteilung des Kühlmittels auf die beiden Thermostate erreicht werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da somit insgesamt ein sehr kompakter Aufbau für die Thermostate erreicht werden kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht eines Kühlkreislaufes für einen Verbrennungsmotor wie er im Stand der Technik bekannt ist,
- 2 eine schematische Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufes mit zwei Kühlzweigen, wobei in jedem Kühlzweig eine Wärmequelle und ein Thermostat angeordnet ist,
- 3 eine alternative Ausführungsform eines nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufes gemäß der 2 wobei ein Thermostat als Ringschieberthermostat und ein Thermostat als Tellerthermostat ausgebildet ist,
- 4 eine Prinzipskizze eines nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs gemäß den 2 und 3, wobei der zweite Thermostat eintrittsseitig der zweiten Wärmequelle angeordnet ist,
- 5 eine schematische Darstellung eines nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufes, wobei das Kühlmittel am Ausgang des Wärmeübertragers aufgeteilt wird auf den ersten Thermostat und einen Kühlmitteleintritt der zweiten Wärmequelle, wobei der zweite Thermostat einem Kühlmittelaustritt der zweiten Wärmequelle nachgelagert ist,
- 6 eine schematische Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufes gemäß 5, wobei der zweite Thermostat getrennt von dem ersten Thermostat in unmittelbarer Nähe zur zweiten Wärmequelle angeordnet ist, um die Strömungswege zwischen dem zweiten Thermostat und der zweiten Wärmequelle möglichst kurz zu halten,
- 7 eine schematische Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufes, wobei beide Thermostate als Ringschieberthermostate ausgebildet sind und das zweite Thermostat dem Kühlmittelaustritt der zweiten Wärmequelle nachgelagert ist,
- 8 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlkreislaufes, wobei die beiden Thermostate als Tellerthermostate ausgebildet sind,
- 9 eine Prinzipskizze eines Kühlkreislaufes, wobei das zweite Thermostat der zweiten Wärmequelle austrittsseitig nachgelagert ist, und
- 10 eine schematische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufes, wobei nur ein Thermostat vorgesehen ist, welcher den Kühlmittelfluss durch beide Wärmequellen reguliert.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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In den nachfolgenden 1 bis 10 sind jeweils schematische Ansichten verschiedener Kühlkreisläufe dargestellt, welche im Wesentlichen zumindest eine Wärmequelle, einen Wärmeübertrager zur Kühlung eines Kühlmittels und zumindest einen Thermostat zur Regulierung des Kühlmittelflusses innerhalb des Kühlkreislaufs aufweisen. Die einzelnen Ausführungsbeispiele werden anhand der nachfolgenden Figuren im Detail erläutert.
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Die 1 zeigt die schematische Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs 1, welcher dem bekannten Stand der Technik entspricht. Im Kühlkreislauf 1 ist eine Wärmequelle 2, welche durch einen Verbrennungsmotor gebildet ist, angeordnet. Ein Kühlmittel kann ausgehend vom Verbrennungsmotor 2 durch den Kühlkreislauf 1 strömen und dabei einen Wärmeübertrager 3 durchströmen. Das durch den Wärmeübertrager 3 abgekühlte Kühlmittel kann in einen Thermostat 5 einströmen, welcher eine Mischkammer 6 aufweist. Zusätzlich weist der Kühlkreislauf 1 einen Bypasszweig 7 auf, welcher es dem Kühlmittel ermöglicht unter Umgehung des Wärmeübertragers 3 direkt in den Thermostat 5 einzuströmen. Aus dem Thermostat 5 strömt das Kühlmittel entlang einer Kühlmittelpumpe 4 wieder zurück zum Verbrennungsmotor 2. Der gezeigte Kühlkreislauf 1 stellt die Basis dar, welche in den nachfolgenden 2 bis 10 erweitert wird.
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Die 2 zeigt einen nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislauf 10, welcher einen ersten Kühlzweig 26 und einen zweiten Kühlzweig 27 aufweist. Der Aufbau des ersten Kühlzweiges 26 ist in den 2 bis 10 in weiten Teilen identisch, dementsprechend sind die gleichen Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Lediglich die Kühlmittelführung ab dem Wärmeübertrager bis zur Kühlmittelpumpe kann aufgrund der unterschiedlichen Anordnung und Verschaltung der Thermostate abweichen.
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Im Kühlkreislauf 10 ist eine erste Wärmequelle 11 dargestellt, welche durch einen Verbrennungsmotor gebildet ist. Vom Kühlmittelausgang der ersten Wärmequelle 11 kann das Kühlmittel entweder entlang eines Wärmeübertragers 14 strömen oder entlang eines Bypasszweiges 15 unter Umgehung des Wärmeübertragers 14 strömen. Im ersten Kühlzweig 26 ist eine Kühlmittelpumpe 13 angeordnet, welche das Kühlmittel in die erste Wärmequelle 11 fördert.
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Im zweiten Kühlzweig 27 ist eine zweite Wärmequelle 12 angeordnet und eine zweite Kühlmittelpumpe 19. Die zweite Wärmequelle 12 ist dabei vorzugsweise durch einen Kondensator gebildet, welcher zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus dem Abgasstrang genutzt werden kann. In alternativen Ausführungsformen kann jedoch auch jegliche andere Wärmequelle an die Stelle dieses Kondensators treten.
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Im Kühlkreislauf 10 ist ein erster Thermostat 16 angeordnet und ein zweiter Thermostat 17. Im ersten Thermostat 16 ist eine Mischkammer 18 ausgebildet, in welcher das Kühlmittel, welches über den Bypasszweig 15 oder aus dem Wärmeübertrager 14 oder aus dem zweiten Thermostat 17 einströmt, miteinander vermischt wird. Über einen Kühlmittelaustritt 22 kann das Kühlmittelgemisch entlang der Kühlmittelpumpe 13 zurück zur ersten Wärmequelle 11 strömen.
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Der zweite Thermostat 17 weist einen Ventilkörper 28 auf, welcher ein Öffnen und Schließen des zweiten Thermostats 17 ermöglicht. Über einen Kühlmittelaustritt 24 kann Kühlmittel aus dem zweiten Thermostat 17 zur zweiten Wärmequelle 12 strömen und entlang der zweiten Kühlmittelpumpe 19 über einen Kühlmitteleintritt 23 zurück in den ersten Thermostat 17 strömen. Durch ein Verstellen des Ventilkörpers 28 kann der Fluss des Kühlmittels innerhalb des zweiten Thermostats geregelt werden. Dies kann insbesondere temperaturabhängig erfolgen.
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Zwischen dem ersten Thermostat 16 und dem zweiten Thermostat 17 ist ein Kühlmittelübertritt 21 vorgesehen, welcher durch eine Öffnung in den Gehäusen der Thermostate 16, 17 gebildet ist. Über diesen Kühlmittelübertritt 21 kann das Kühlmittel vom zweiten Thermostat 17 in den ersten Thermostat 16 übertreten. Der Kühlmitteleintritt 20 des ersten Thermostats 16 und der Zufluss des Kühlmittels aus dem Wärmeübertrager 14 in den Thermostat 16 kann durch ein Verstellen des Ventilkörpers 29 reguliert werden.
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In dem Ausführungsbeispiel der 2 kann das Kühlmittel aus der zweiten Wärmequelle 12 bei geöffnetem zweitem Thermostat 17 direkt in die Mischkammer 18 des ersten Thermostats 16 übergeführt werden, wodurch vorteilhaft das durch die zweite Wärmequelle 12 erwärmte Kühlmittel jederzeit durch ein Öffnen des zweiten Thermostats 17 in den ersten Kühlzweig 26 überführt werden kann.
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Die Vermischung der Stoffströme aus dem Bypasszweig 15, dem Wärmeübertrager 14 und der zweiten Wärmequelle 12 erfolgt direkt im ersten Thermostat 16, welcher eintrittsseitig von der ersten Wärmequelle 11 angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Auftreten von Schwingungen innerhalb des Kühlmittels vermindert beziehungsweise vollständig vermieden werden.
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Die Thermostate 16, 17 der 2 sind jeweils als Ringschieberthermostate ausgebildet. Generell können die in den 1 bis 10 gezeigten Thermostate von bekannter Bauart sein. Sie dienen insbesondere der Vermischung, Freigabe und Blockierung einzelner Strömungswege.
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Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs 10 mit einem ersten Kühlzweig 26 und einem zweiten Kühlzweig 27. Wie in der vorausgegangenen 2 und auch in den nachfolgenden 4 bis 10 sind innerhalb des ersten Kühlzweiges 26 die erste Wärmequelle 11, der Wärmeübertrager 14, der Bypasszweig 15 und die Kühlmittelpumpe 13 angeordnet. Im zweiten Kühlzweig 27 sind die zweite Wärmequelle 12 und die zweite Kühlmittelpumpe 19 angeordnet. Der zweite Kühlzweig 27 wird durch einen zweiten Thermostat 30 mit dem Kühlmittel beaufschlagt, während der erste Kühlzweig 26 einen bereits beschriebenen ersten Thermostat 16 aufweist.
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Der zweite Thermostat 30 ist im Ausführungsbeispiel der 3 als Tellerthermostat ausgeführt. Über einen Kühlmitteleintritt 31 kann das Kühlmittel aus dem Wärmeübertrager 14 in einen kanalartigen Bereich 35 eintreten. Dort kann es je nach Stellung des Ventilkörpers 34 in den zweiten Thermostat 30 eingeleitet werden und dann über den Kühlmittelaustritt 32 hin zur zweiten Wärmequelle 12 und über den Kühlmitteleintritt 33 zurück in den zweiten Thermostat 30 strömen.
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Aus dem kanalartigen Bereich 35, welcher dem Kühlmitteleintritt 31 nachgelagert ist, strömt das Kühlmittel unabhängig von der Stellung des Thermostats 30 auch in den bereits beschriebenen ersten Thermostat 16. Zwischen dem zweiten Thermostat 30 und dem ersten Thermostat 16 ist ein Kühlmittelübertritt 21 vorgesehen, welcher ebenfalls durch Öffnungen in den Gehäusen der Thermostate 16, 30 gebildet ist. In der Mischkammer 18 des Thermostats 16 kann dann wieder eine Vermischung der unterschiedlichen Kühlmittelströme stattfinden.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung des nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs 10, wobei insbesondere dargestellt ist, dass der zweite Thermostat 17 auf der Eingangsseite der zweiten Wärmequelle 12 angeordnet ist. Das Kühlmittel strömt somit aus dem Thermostat 17 entlang des Kühlmittelaustritts 24 in die zweite Wärmequelle 12 und entlang des Kühlmitteleintritts 23 zurück in den zweiten Thermostat 17. Der übrige Aufbau des ersten Kühlzweiges 26 und des zweiten Kühlzweiges 27 stimmt mit den vorausgegangenen 2 und 3 überein.
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Die 5 zeigt eine weitere Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs 10, wobei der erste Kühlzweig 26 analog der vorausgegangen 2 bis 4 aufgebaut ist. Ebenso ist der erste Thermostat 16 analog der 2 bis 4 aufgebaut und an den Kühlkreislauf 10 angebunden.
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Im Unterschied zu den vorausgegangenen Figuren ist nach dem Wärmeübertrager 14 ein Kühlmittelknoten 40 vorgesehen, welcher eine Verzweigung des Kühlmittels hin zum Kühlmitteleintritt 41 des ersten Thermostats 16 ermöglicht und weiterhin eine Weiterleitung des Kühlmittels hin zum nachgelagerten Kühlmittelknoten 42 und schließlich über die Kühlmittelpumpe 19 hin zur zweiten Wärmequelle 12. Am Kühlmittelknoten 42 wird weiterhin dem aus dem Wärmeübertrager 14 strömenden Kühlmittel weiteres Kühlmittel zugeführt, welches über den Kühlmittelaustritt 43 aus dem zweiten Thermostat 45 strömt.
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Nach dem Durchströmen der zweiten Wärmequelle 12 kann das Kühlmittel über den Kühlmitteleintritt 44 in den zweiten Thermostat 45 strömen. Abhängig von der Stellung des Ventilkörpers 46 wird das Kühlmittel entweder über einen kleinen Bypasszweig, welcher durch den Kühlmittelaustritt 43 und die nachgelagerte Kühlmittelleitung bis zum Kühlmittelknoten 42 gebildet ist, wieder zur zweiten Wärmequelle 12 geführt oder über einen Kühlmittelübertritt 21 zum rechts angeordneten ersten Thermostat 16.
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Auf diese Weise kann insbesondere das Aufheizen des Kühlmittels durch die zweite Wärmequelle 12 bis zu einer gewissen definierten Öffnungstemperatur des zweiten Thermostats 45 erreicht werden. Somit wird das Kühlmittel aus der zweiten Wärmequelle 12 erst ab einer gewissen Mindesttemperatur dem ersten Thermostat 16 zugeführt.
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Die 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs 10, welches einen Aufbau analog der 5 aufweist. Im Unterschied zur 5 ist der zweite Thermostat 45 nun nicht direkt einteilig mit dem ersten Thermostat 16 ausgeführt, sondern direkt benachbart zur zweiten Wärmequelle 12 angeordnet. Die fluidische Verbindung vom zweiten Thermostat 45 zum ersten Thermostat 16 erfolgt über eine zusätzliche Kühlmittelleitung 47.
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Diese Konfiguration ist insbesondere vorteilhaft, um eine zügigere Aufheizung des Kühlmittels innerhalb der zweiten Wärmequelle 12 zu erreichen. Insbesondere wenn die zweite Wärmequelle 12 weit entfernt vom zweiten Thermostat 45 angeordnet ist, kann es entlang der Kühlmittelleitung zwischen der zweiten Wärmequelle 12 und dem zweiten Thermostat 45 zu einer Abkühlung des Kühlmittels kommen, wodurch das Öffnen des zweiten Thermostats 45 deutlich verzögert werden kann. Durch eine Anordnung des zweiten Thermostats 45 direkt benachbart zur zweiten Wärmequelle 12 können die Leitungswege zwischen zweiter Wärmequelle 12 und zweitem Thermostat 45 kurz gehalten werden. Der in 5 gebildete Kühlmittelübertritt 21 ist in 6 durch einen Kühlmittelaustritt am zweiten Thermostat 45, die Kühlmittelleitung 47 und einen Kühlmitteleintritt am ersten Thermostat 16 gebildet.
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In der vorausgegangenen 2 bis 4 war der zweite Thermostat jeweils dem Eintritt des Kühlmittels in die zweite Wärmequelle 12 vorgelagert. In 7 ist der zweite Thermostat 56, ebenso wie der zweite Thermostat 45 in den 5 und 6, der zweiten Wärmequelle 12 in Strömungsrichtung nachgelagert.
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Ausgehend von dem Wärmeübertrager 14 kann das Kühlmittel über einen Kühlmitteleintritt 50 in einen kanalartigen Bereich 51 einströmen. In diesen kanalartigen Bereich 51 wird das Kühlmittel sowohl auf den ersten Thermostat 16 aufgeteilt als auch über einen Kühlmittelaustritt 52 auf die zweite Wärmequelle 12. Zwischen dem kanalartigen Bereich 51 und der zweiten Wärmequelle 12 liegt die Kühlmittelpumpe 19. Das Kühlmittel tritt nach dem Durchströmen der zweiten Wärmequelle 12 über einen Kühlmitteleintritt 53 in den zweiten Thermostat 56 ein. Der zweite Thermostat 56 weist einen Ventilkörper 54 auf, welcher den Kühlmittelstrom insbesondere hin zu einem Kühlmittelübertritt 55 zwischen dem ersten Thermostat 16 und dem zweiten Thermostat 56 regeln kann. Nach dem Kühlmittelübertritt 55 kann, wie bereits beschrieben, in der Mischkammer 18 eine Vermischung der Kühlmittelanteile aus dem Bypasszweig 15, aus dem Wärmeübertrager 14 und aus dem zweiten Thermostat 56 erfolgen. wobei das gemischte Kühlmittel schließlich über die Kühlmittelpumpe 13 hin zur ersten Wärmequelle 11 transportiert werden kann.
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Für die austrittsseitige Anordnung des zweiten Thermostats 56 kann, wie auch in der 6 bereits angedeutet, eine getrennte Ausführung der beiden Thermostate 16 beziehungsweise 56 sinnvoll sein, um insbesondere Wärmeverluste an der Kühlmittelleitung zwischen dem zweiten Thermostat 56 und der zweiten Wärmequelle 12 zu vermeiden.
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Die 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs 10, wobei der erste Thermostat 60 und der zweite Thermostat 62 jeweils durch Tellerthermostate gebildet sind. Das Kühlmittel tritt über einen Kühlmitteleintritt 64 in einen Bereich ein, welcher abhängig von der Stellung des Ventilkörpers 63 des zweiten Thermostats 62 und des Ventilkörpers 61 des ersten Thermostats 60 eine Verteilung in die beiden Thermostate 60, 62 ermöglicht. Vom zweiten Thermostat 62 strömt das Kühlmittel über einen Kühlmittelaustritt 65 in die zweite Wärmequelle 12 und über die Kühlmittelpumpe 19 über den Kühlmitteleintritt 66 zurück in den zweiten Thermostat 62. Dort kann das Kühlmittel an einem Kühlmittelknoten 67 entweder hin zum ersten Thermostat 60 weitergeleitet werden oder zurück in Richtung des Ventilkörpers 63 und hin zum Kühlmittelaustritt 65.
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Der erste Thermostat 60 weist einen Kühlmitteleintritt 68 auf, über welchen das Kühlmittel aus dem Bypasszweig 15 einströmen kann. Das über den Kühlmitteleintritt 64, dem Kühlmitteleintritt 68 und vom zweiten Thermostat 62 kommende Kühlmittel kann in einer Mischkammer 76 im Bereich des Ventilkörpers 61 miteinander vermischt werden und schließlich über den Kühlmittelaustritt 69 und die Kühlmittelpumpe 13 hin zur ersten Wärmequelle 11 strömen.
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Im Ausführungsbeispiel der 8 sind der erste Thermostat 60 und der zweite Thermostat 62 direkt benachbart zueinander angeordnet und vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuseelement aufgenommen. Der Kühlmittelaustritt 69 kreuzt in der Darstellung der 8 den Kühlmitteleintritt 68, was beispielsweise durch eine Stichleitung durch den Kanal des Kühlmitteleintritts 68 erfolgen kann oder durch eine in der Tiefe versetzte Anordnung des Kühlmittelaustritts 69 und des Kühlmitteleintritts 68 zueinander. Auch im Ausführungsbeispiel der 8 kann das Kühlmittel, welches aus der zweiten Wärmequelle 12 strömt, direkt der Mischkammer 76 im Bereich des Ventilkörpers 61 des ersten Thermostats 60 zugeführt werden.
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Die 9 zeigt eine schematische Ansicht eines Kühlmittelkreislaufs 10, wobei in der Ausführung der 9 im Unterschied beispielsweise zur 4 der zweite Thermostat 17 austrittsseitig der zweiten Wärmequelle 12 angeordnet ist. Der restliche Aufbau stimmt mit der Darstellung der 4 überein.
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Durch die austrittsseitige Anordnung des zweiten Thermostats 17 kann eine Anordnung erreicht werden, wie sie beispielsweise in 7 dargestellt ist. Das Kühlmittel kann dabei bis zum Erreichen einer Öffnungstemperatur des zweiten Thermostats 17 in einem kleinen Kreislauf wiederholt durch die zweite Kühlmittelpumpe 19 und die zweite Wärmequelle 12 strömen, bevor eine Überleitung in den ersten Thermostat 16 durch das Öffnen des zweiten Thermostats 17 erreicht wird. Die Zuführung des Kühlmittels erfolgt daher durch eine zusätzliche Leitung, welche vom Ausgang des Wärmeübertragers 14 direkt zum Kühlmitteleintritt der zweiten Wärmequelle 12 beziehungsweise zur Kühlmittelpumpe 19 führt.
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Die 10 zeigt eine alternative Ausführungsform eines nicht erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs 10 mit einer ersten Wärmequelle 11 und einer zweiten Wärmequelle 12, wobei für die Regelung des Kühlmittelflusses zur zweiten Wärmequelle 12 kein zusätzliches zweites Thermostat vorgesehen ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, um eine Vereinfachung des Kühlkreislaufs 10 zu erreichen, wenn keine aktive Temperaturregelung für die zweite Wärmequelle 12 benötigt ist. Das Kühlmittel kann dabei über einen Kühlmitteleintritt 71, welcher dem Wärmeübertrager 14 in Strömungsrichtung nachgelagert ist, in einen kanalartigen Bereich 72 einströmen, in welchem eine Aufteilung des Kühlmittels zum Kühlmitteleintritt 74 in den ersten Thermostat 16 erfolgt und eine weitere Aufteilung zum Kühlmittelaustritt 73, welcher hin zur Kühlmittelpumpe 19 und der zweiten Wärmequelle 12 führt. Nach dem Durchströmen der zweiten Wärmequelle 12 kann das Kühlmittel über einen Kühlmitteleintritt 75 direkt in die Mischkammer 18 des ersten Thermostats 16 zugeführt werden. Der erste Thermostat 16 ist analog der 2 und 3 aufgebaut. Das Kühlmittel aus der zweiten Wärmequelle 12 kann somit unabhängig von einer Stellung des Thermostats direkt in die Mischkammer 18 des ersten Thermostats 16 abgeführt werden. Auf diese Weise ist die Wärmeabfuhr von der zweiten Wärmequelle 12 stets gewährleistet. Ebenso ist die Temperaturstabilität am Eintritt der ersten Wärmequelle 11 gewährleistet.
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In alternativen Ausführungsformen können insbesondere anstelle der angedeuteten Ringschieberthermostate oder der Tellerthermostate auch elektrisch oder mechanisch betätigte Ventile verwendet werden. Der grundsätzliche Aufbau des Kühlkreislaufs und insbesondere der beiden Kühlzweige bleibt dabei unverändert. Weiterhin kann in alternativen Ausführungsformen vorgesehen werden, dass insbesondere der Bypass der zweiten Wärmequelle, welcher ein Zirkulieren des Kühlmittels bis zum Erreichen einer Öffnungstemperatur des zweiten Thermostats ermöglicht, durch einen Kühlmittelaustritt aus dem ersten Thermostat oder aus dem Bypasszweig des ersten Kühlzweiges gebildet ist.
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In den 2 bis 10 wird davon ausgegangen, dass das Temperaturniveau der ersten Wärmequelle 11 stets höher ist als das der zweiten Wärmequelle 12. Die in den 2 bis 10 gezeigte Anordnung und Verschaltung der einzelnen Elemente können jedoch auch für den Fall, dass die Temperatur der zweiten Wärmequelle 12 über dem Temperaturniveau der ersten Wärmequelle 11 liegt, sinnvoll sein. Die in den 2 bis 9 gezeigten Thermostate können in alternativen Ausführungsbeispielen auch auf der Kühlmittelaustrittsseite der ersten Wärmequelle 11 angeordnet sein. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn das Temperaturniveau der zweiten Wärmequelle 12 größer ist als das Temperaturniveau der ersten Wärmequelle 11.
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Die Kühlmittelkreisläufe 10 der 2 bis 10 können insbesondere auch für Anwendungsfälle mit mehr als zwei Wärmequellen verwendet werden. Im Falle von mehr als zwei Wärmequellen kann auch der Einsatz von mehr als zwei Thermostaten vorteilhaft sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Mehrzahl der Wärmequellen auf jeweils unterschiedlichen Temperaturniveaus betrieben wird. Im Allgemeinen kann für jedes vorgesehene Temperaturniveau ein Thermostat vorgesehen werden, um eine entsprechende Regelung des Kühlmittelstroms zu erreichen.
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Durch eine Verbindung der beiden Thermostate zu einem Doppelthermostat wird trotz der Reihenschaltung der Wärmequellen eine thermostatische Kontrolle der Wärmequelle mit dem niedrigeren Temperaturniveau unabhängig vom Zustand des ersten Thermostats, welcher der Wärmequelle mit dem höheren Temperaturniveau zugeordnet ist, möglich. Auch bei geschlossenem ersten Thermostat ist stets eine Wärmeabfuhr aus der zweiten Wärmequelle, welche das niedrigere Temperaturniveau aufweist, gewährleistet. Die serielle Verschaltung der Wärmequellen erlaubt dabei insbesondere eine bestmögliche Kühlung auf dem niedrigeren Temperaturniveau.
