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Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelbaugruppe für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kühlmittelkreislauf, in dem eine Kühlmittelpumpe sowie ein Wärmetauscher angeordnet sind, und einem Kurzschlusskreislauf, der stromabwärts der Kühlmittelpumpe vom Kühlmittelkreislauf abzweigt und stromaufwärts der Kühlmittelpumpe in den Kühlmittelkreislauf einmündet. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Kühlmittelpumpe für eine Kühlmittelbaugruppe eines Verbrennungsmotors.
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Kühlmittelbaugruppen für Kraftfahrzeuge weisen eine Kühlmittelpumpe auf, die entweder elektrisch betrieben wird oder mechanisch mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist und von diesem angetrieben wird. Ist die Kühlmittelpumpe mechanisch mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt, hängt die Pumpleistung der Kühlmittelpumpe von der Drehzahl des Verbrennungsmotors ab, so dass bei hohen Drehzahlen, also einer hohen Motorleistung, auch die Menge des durch den Verbrennungsmotor gepumpten Kühlmittels ansteigt, wodurch die Kühlleistung ebenfalls ansteigt.
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Da die Kühlmittelpumpe mechanisch mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, kann sie nicht abgekoppelt werden, wenn sie eigentlich nicht notwendig ist, beispielsweise während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors. Um die Kühlleistung zu verringern, also den Durchfluss des Kühlmittels durch den Verbrennungsmotor zu reduzieren, ist häufig ein sogenannter Kurzschlusskreislauf an der Kühlmittelpumpe vorgesehen, der stromabwärts der Kühlmittelpumpe vom Kühlmittelkreislauf abzweigt und stromaufwärts der Kühlmittelpumpe in den Kühlmittelkreislauf einmündet. Durch den Kurzschlusskreislauf kann das Kühlmittel zirkulieren, ohne durch den Verbrennungsmotor zu strömen, so dass, beispielsweise während der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors, keine Wärme aus dem Verbrennungsmotor abgeführt wird.
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Da die Kühlmittelpumpe bei laufendem Motor nicht abgeschaltet werden kann, wird also jederzeit Kühlmittel gefördert. Werden einzelne Verbraucher abgeschaltet oder der Kühlmittelfluss durch den Verbrennungsmotor durch ein Thermostat oder ein Ventil reduziert, um eine zu hohe Wärmeableitung aus dem Verbrennungsmotor zu verhindern, kann es im Kühlmittelkreislauf zu hohen Druckunterschieden kommen, die zu einer Fehlfunktion oder einer Beschädigung des Kühlmittelkreislaufs führen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlmittelbaugruppe bereitzustellen, die das Entstehen von zu hohen Druckunterschieden im Kühlmittelkreislauf zuverlässig verhindert. Aufgabe der Erfindung ist des Weiteren, eine Kühlmittelpumpe für eine solche Kühlmittelbaugruppe bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mittels einer Kühlmittelbaugruppe für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kühlmittelkreislauf, in dem eine Kühlmittelpumpe sowie ein Wärmetauscher angeordnet sind, und einem Kurzschlusskreislauf, der stromabwärts der Kühlmittelpumpe vom Kühlmittelkreislauf abzweigt und stromaufwärts der Kühlmittelpumpe in dem Kühlmittelkreislauf einmündet, wobei stromabwärts der Kühlmittelpumpe ein Überdruckventil vorgesehen ist, das den Kurzschlusskreislauf öffnen oder schließen kann. Im Stand der Technik erfolgt die Steuerung des Durchflusses durch den Kurzschlusskreislauf über ein steuerbares Ventil, das geöffnet werden kann, wenn eine Durchströmung des Verbrennungsmotors oder andere Verbraucher nicht erwünscht ist. Dieses Ventil muss also aktiv, vorzugsweise zeitgleich mit dem Schließen eines Thermostats oder eines Ventils im Kühlmittelkreislauf geöffnet werden, um das Auftreten von hohen Über- oder Unterdrücken zu vermeiden. Erfindungsgemäß ist dagegen ein Überdruckventil vorgesehen, das unabhängig von einer Steuerung bei einem stromabwärtsseitigen Druckanstieg die Kurzschlussleitung öffnen kann, so dass ein Druckausgleich zwischen der Pumpeneingangsseite und der Pumpenausgangsseite erfolgen kann.
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Um den Bauraum für die Kühlmittelbaugruppe zu minimieren, kann das Überdruckventil beispielsweise in die Kühlmittelpumpe integriert sein. Somit ist kein separates Bauteil erforderlich, das in den Kühlmittelkreislauf eingesetzt werden muss.
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Um die Kühlmittelbaugruppe noch kompakter auszubilden, kann es auch vorgesehen sein, dass der Kurzschlusskreislauf in die Kühlmittelpumpe integriert ist, so dass keine zusätzlichen Leitungen oder Verrohrungen für den Kurzschlusskreislauf erforderlich sind.
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Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren eine Kühlmittelpumpe für eine Kühlmittelbaugruppe eines Verbrennungsmotors vorgesehen, mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei die Kühlmittelpumpe ein dem Ausgang zugeordnetes Überdruckventil für einen Kurzschlusskreislauf aufweist. Eine solche Kühlmittelpumpe kann einfach statt einer regulären Kühlmittelpumpe eingesetzt werden, so dass keine großen baulichen Änderungen an der Kühlmittelbaugruppe erforderlich sind. Durch das Überdruckventil ist ein Ansteigen des Druckes in den stromabwärts der Kühlmittelpumpe angeordneten Leitungen zuverlässig verhindert.
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Die Kühlmittelpumpe kann beispielsweise auch einen Kurzschlusskreislauf aufweisen, der eine direkte Strömungsverbindung zwischen dem Ausgang und dem Eingang herstellt, wobei das Überdruckventil den Kurzschlusskreislauf öffnen oder schließen kann. Mit einer solchen Kühlmittelpumpe ist beispielsweise auch eine Nachrüstung einer solchen Überdrucksicherung möglich, da keine zusätzlichen Leitungen für den Kurzschlusskreislauf erforderlich sind. Die Kühlmittelpumpe kann einfach statt einer bisher verwendeten Kühlmittelpumpe eingesetzt werden, wobei ein zusätzlicher Kurzschlusskreislauf bereitgestellt ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale finden sich in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 schematisch eine erfindungsgemäße Kühlmittelbaugruppe, und
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2 schematisch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe.
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In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Kühlmittelbaugruppe 10 gezeigt. Die Kühlmittelbaugruppe 10 hat einen Kühlmittelkreislauf 12, in dem ein zu kühlender Verbrennungsmotor 14, ein Wärmetauscher 16 sowie eine Kühlmittelpumpe 18 angeordnet sind. Eine erste Leitung 20 des Kühlmittelkreislaufs 12 führt vom Verbrennungsmotor 14 zum Wärmetauscher 16, eine zweite Leitung 22 vom Wärmetauscher 16 zu einem Eingang 19 der Kühlmittelpumpe 18 sowie eine dritte Leitung 24 von einem Ausgang 21 der Kühlmittelpumpe 18 zum Verbrennungsmotor 14.
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Der Kühlmittelkreislauf 12 ist mit einem Kühlmittel gefüllt, das von der Kühlmittelpumpe 18 in einer Strömungsrichtung S gefördert wird. Als Kühlmittel ist insbesondere Wasser mit entsprechenden Zusätzen geeignet, beispielsweise Frost- und Korrosionsschutz. Das Kühlmittel kann die im Verbrennungsmotor 14 entstehende Wärme aufnehmen. Im stromabwärts zum Verbrennungsmotor 14 angeordneten Wärmetauscher 16 kann die Wärme an die Umgebung abgegeben werden.
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Die Kühlmittelpumpe 18 ist beispielsweise mechanisch mit dem Verbrennungsmotor 14 gekoppelt, das heißt die Pumpleistung der Kühlmittelpumpe 18 ist an die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 gekoppelt. Bei hohen Drehzahlen, also einer hohen Leistung des Verbrennungsmotors 14, wird so automatisch eine größere Menge an Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor 14 gepumpt, wodurch sich auch eine höhere Kühlleistung ergibt.
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Die Kühlmittelbaugruppe 10 weist des Weiteren eine Bypassleitung 26 auf, die stromaufwärts des Wärmetauschers 16 an der ersten Leitung 20 vom Kühlmittelkreislauf 12 abzweigt und stromabwärts des Wärmetauschers in der zweiten Leitung 22 in den Kühlmittelkreislauf 12 mündet. Am stromabwärtigen Anschluss der Bypassleitung 26 an der Leitung 22 ist ein, vorzugsweise elektrischer, Thermostat 28 vorgesehen, das den Kühlmitteldurchfluss durch den Wärmetauscher 16 und die Bypassleitung 26 steuert. Dadurch ist es beispielsweise möglich, während der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors 14, bei der keine Kühlung des Verbrennungsmotors 14 erwünscht ist, das Kühlmittel durch die Bypassleitung 26 zu leiten, so dass das Kühlmittel nicht durch den Wärmetauscher strömt und somit keine Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
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Des Weiteren ist ein Kurzschlusskreislauf 30 vorgesehen, der stromabwärts der Kühlmittelpumpe 18 von der dritten Leitung 24 des Kühlmittelkreislaufs 12 abzweigt und stromaufwärts der Kühlmittelpumpe 18 in die zweite Leitung 22 des Kühlmittelkreislaufs 12, also stromabwärts des Thermostats 28, in den Kühlmittelkreislauf 12 mündet.
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Üblicherweise ist im Kurzschlusskreislauf 30 eine Ventileinheit vorgesehen, die den Durchfluss des Kühlmittels durch den Kurzschlusskreislauf 30 steuert. Wird der Kurzschlusskreislauf 30 geöffnet, kann das aus der Kühlmittelpumpe 18 strömende Kühlmittel über den Kurzschlusskreislauf 30 direkt zurück in die zweite Leitung 22 strömen, ohne durch den Verbrennungsmotor 14 und den Wärmetauscher 16 zu strömen. Dadurch kann der Volumenstrom an Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor und somit die Wärmeableitung aus dem Verbrennungsmotor 14 deutlich reduziert werden.
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Zudem können durch den Kurzschlusskreislauf 30 Unterschiede im Druck in den Leitungen 20, 22, 24 ausgeglichen werden. Da die Kühlmittelpumpe 18 permanent mit dem Verbrennungsmotor 14 gekoppelt ist, kann diese nicht deaktiviert werden. Wird der Kühlmittelkreislauf 12 beispielsweise durch das Thermostat 28 oder eine weitere Ventileinheit ganz oder teilweise geschlossen, kommt es aufgrund der fortlaufenden Förderung des Kühlmittels durch die Kühlmittelpumpe 18 in der Leitung 22 zu einem Unterdruck sowie in den Leitungen 20, 24 zu einem Überdruck. Durch diese Druckunterschiede kann es zu Fehlfunktionen oder sogar zu Beschädigungen des Kühlmittelkreislaufes 12 kommen.
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Um dies zu verhindern, ist in der Leitung 24 ein Überdruckventil 32 vorgesehen, das den Kurzschlusskreislauf 30 öffnen oder schließen kann. Steigt der Druck in der Leitung 24 an, öffnet das Überdruckventil 32 den Kurzschlusskreislauf 30 ab einem definierten Druck, so dass das Kühlmittel über den Kurzschlusskreislauf 30 in die Leitung 22, also zur Pumpeneingangsseite, zurück gelangen kann. Dadurch wird zum einen ein Überdruck in der Leitung 24 reduziert, und zum anderen wird ein Unterdruck in der Leitung 22 ausgeglichen.
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Da das Überdruckventil 32 selbständig bei einem vorher eingestellten Druck öffnet, ist keine Steuerung erforderlich, um den Kurzschlusskreislauf 30 zu öffnen oder zu schließen. Das Entstehen von hohen Druckunterschieden ist also zuverlässig verhindert, ohne dass eine zusätzliche Steuerung erforderlich ist.
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Eine zweite Ausführungsform einer Kühlmittelpumpe 18 für eine solche Kühlmittelbaugruppe 10 ist in 2 gezeigt. In dieser Ausführungsform sind das Überdruckventil 32 und der Kurzschlusskreislauf 30 in die Kühlmittelpumpe 18 integriert, so dass außer den Leitungen 20, 22, 24 keine zusätzlichen Leitungen für die Kühlmittelbaugruppe 10 erforderlich sind. Diese Kühlmittelpumpe 18 kann also beispielsweise auch zum Nachrüsten bestehender Kühlmittelbaugruppen ohne einen Kurzschlusskreislauf 30 verwendet werden.
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Alternativ ist es auch denkbar, dass nur das Überdruckventil 32 in die Kühlmittelpumpe 18 integriert ist und der Kurzschlusskreislauf 30 separat ausgebildet ist.
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Unabhängig von der Ausführungsform ist es lediglich erforderlich, dass stromabwärts der Kühlmittelpumpe 18 ein Überdruckventil 32 vorgesehen ist, das den Kurzschlusskreislauf 30 öffnen oder schließen kann.