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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für ein Fluid, insbesondere für ein Kühlmittel bzw. ein Schmiermittel. Die Filtereinrichtung umfasst zumindest eine elektrisch antreibbare Pumpe, eine ebene (also nicht gebogene) erste Filterlage und einen Wärmetauscherabschnitt. Die Filtereinrichtung wird insbesondere für Kraftfahrzeuge verwendet und insbesondere zumindest teilweise in einer Ölwanne eingebaut. Die Ölwanne wird insbesondere als Teils eines Kreislaufs zum Kühlen und/oder Schmieren von Komponenten eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges eingesetzt, wobei mit der Ölwanne und infolge der Schwerkraft ein durch den Kreislauf gefördertes Fluid auffangbar ist.
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Es ist bekannt Wärmetauscher und Filterlagen an der sogenannten Druckseite einer Pumpe anzuordnen. Dabei kann ein Fluid durch den Wärmetauscher und die Filterlage aufgrund des hierfür ausreichenden Druckes hindurchgedrückt werden. Aufgrund üblicher Herstellungskonzepte des Wärmetauschers kommt es auch im Betrieb des Wärmetauschers immer wieder zu Ausspülungen von Partikeln. Aus diesem Grund ist es üblich, dass auf der Druckseite der Pumpe zunächst der Wärmetauscher und weiter stromabwärts die Filterlage angeordnet wird.
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Eine kompakte druckseitige Anordnung von Wärmetauscher und Filterlage erhöht den durch die Pumpe bereitzustellenden Druck deutlich. Ursache ist hierfür in erster Linie der geringe verfügbare Bauraum für die Filtereinrichtung (kleine durchströmte Filterlagenflächen, bzw. Wärmetauscherflächen) sowie die Kühlung des Fluides. Infolge der Kühlung des Fluides über den Wärmetauscher wird die Viskosität des Fluides weiter erhöht, so dass für das Durchströmen der Filterlage ein erhöhter Durchströmungswiderstand vorliegt.
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Die Erhöhung des Druckbedarfs gegenüber dem zur Förderung des Fluides durch den Kreislauf erforderlichen Druck bedeutet, dass einerseits die Pumpe druckfester als sonst notwendig ausgeführt werden muss andererseits die Energie-Effizienz der Bereitstellung des Fluid gering ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Filtereinrichtung vorzuschlagen, die kompakt aufgebaut und zumindest teilweise in einer Ölwanne anordenbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Filtereinrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für ein Fluid, zumindest umfassend eine elektrisch antreibbare Pumpe, eine ebene (nicht gebogene) erste Filterlage, die eine erste Ebene bildet, und einen Wärmetauscherabschnitt, der mindestens eine Kühlfluidleitung mit einem Zulauf und einem Ablauf umfasst, wobei die Kühlfluidleitung zwischen Zulauf und Ablauf in einer zur ersten Filterlage im Wesentlichen parallel angeordneten zweiten Ebene angeordnet ist; wobei der Wärmetauscherabschnitt in Strömungsrichtung des Fluides zwischen der ersten Filterlage und der Pumpe angeordnet ist, so dass ein Fluid durch die Pumpe über die erste Filterlage und den Wärmetauscherabschnitt ansaugbar ist.
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Es wird hier also vorgeschlagen, Filter und Wärmetauscherabschnitt auf die Saugseite der Pumpe zu verlagern. Zunächst durchströmt das Fluid somit den Filter, so dass erst stromabwärts des Filter die Abkühlung des Fluides über den Wärmetauscher erfolgt. Die Viskosität des Fluides wird daher erst nach Durchströmung des Filters erhöht.
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Insbesondere ist die Kühlfluidleitung zwischen dem Zulauf und dem Ablauf durch eine Mehrzahl von Leitungsabschnitten gebildet, wobei jeder Leitungsabschnitt entlang einer, sich quer zur ersten Ebene erstreckenden, ersten Richtung einen größten Außendurchmesser aufweist; wobei alle Leitungsabschnitte innerhalb der zweiten Ebene angeordnet sind und die zweite Ebene in der ersten Richtung eine Höhe aufweist, wobei die Höhe höchstens 250 % des Außendurchmessers beträgt, insbesondere höchstens 200 %.
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Insbesondere umfasst der Wärmetauscherabschnitt nur einen Zulauf und einen Ablauf. Bevorzugt sind zwei (zumindest teilweise) übereinander angeordnete Lagen von Leitungsabschnitten vorgesehen, so dass die Leitungsabschnitte benachbarter Lagen auch sich kreuzend angeordnet sein können. Bei zwei übereinander angeordneten Lagen von Leitungsabschnitten beträgt die Höhe, wenn sich die Leitungsabschnitte z. B. gegenseitig kreuzen, 200 % des größten Außendurchmessers.
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Insbesondere beträgt die Höhe höchstens 150 % des Außendurchmessers, bevorzugt höchstens 100 %. Bevorzugt sind alle Leitungsabschnitte in einer gemeinsamen Lage angeordnet, so dass die Leitungsabschnitte nur nebeneinander, aber nicht in Strömungsrichtung des Fluides hintereinander angeordnet sind.
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Insbesondere weisen die Leitungsabschnitte jeweils ein rundes Profil aus, wobei auch andere Profile, z. B. eckige, vorgesehen sein können.
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Die Kühlfluidleitung kann zwischen dem Zulauf und dem Ablauf durch ein einstückig ausgeführtes Rohr gebildet sein, wobei das Rohr mehrere Biegezonen aufweist, die jeweils benachbart zueinander angeordnete Leitungsabschnitte der Kühlfluidleitung verbinden, wobei eine Strömungsrichtung eines Kühlfluids innerhalb der zueinander benachbart angeordneten Leitungsabschnitte sich um jeweils mindestens 90 Winkelgrad voneinander unterscheidet. Insbesondere sind die Leitungsabschnitte der Kühlfluidleitung also nicht z. B. durch stoffschlüssige Verbindungsverfahren (Schweißen, Löten) miteinander verbunden, sondern bereits durch ein Urformverfahren hergestellt bzw. ausschließlich durch Umformverfahren in die vorgesehene Form der Kühlfluidleitung gebracht worden.
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Insbesondere kann so sichergestellt werden, dass so, wenn überhaupt, nur geringe Verunreinigungen aus der Herstellung der Kühlfluidleitung vorliegen, die dementsprechend auch im Betrieb der Filtereinrichtung keine stromabwärts angeordnete Komponenten (wie z. B. die Pumpe) verunreinigen und damit beschädigen können.
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Die erste Filterlage kann sich an der Kühlfluidleitung abstützen. Insbesondere kann also die Flilterlage unmittelbar angrenzend zum Wärmetauscherabschnitt angeordnet sein, so dass sich die Filterlage an den Leitungsabschnitten abstützen kann. Ggf. kann auch eine Abstützlage, z. B. eine Sieblage, vorgesehen sein, an der die Filterlage angeordnet ist, wobei sich die Abstützlage an den Leitungsabschnitten abstützt.
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Die Sieblage umfasst insbesondere ein Netz z. B. aus einem Draht, während die erste Filterlage insbesondere Fasern umfasst, die miteinander z. B. versintert sind. Insbesondere umfasst die erste Filterlage ein Filtervlies bzw. umfasst eine mehrlagige Flies-Sieb-Kom bination.
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Insbesondere sind die erste Filterlage und der Wärmetauscherabschnitt von dem Fluid entlang einer, sich quer zur ersten Ebene erstreckenden, ersten Richtung durchströmbar.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist zwischen der ersten Filterlage und dem Wärmetauscherabschnitt eine Umlenkzone für das Fluid angeordnet, wobei die erste Filterlage von dem Fluid entlang einer, sich quer zur ersten Ebene erstreckenden, ersten Richtung durchströmbar ist und der Wärmetauscherabschnitt im Wesentlichen entlang einer zur zweiten Ebene parallelen zweiten Richtung durchströmbar ist.
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Insbesondere kann so der Wärmetauscherabschnitt parallel zu seiner größten Erstreckung überströmt werden (insbesondere nach Art eines Gegenstromwärmetauschers), so dass eine effektivere Abkühlung des Fluides möglich ist.
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Zwischen dem Wärmetauscherabschnitt und der Pumpe kann eine zweite Filterlage angeordnet sein, wobei die zweite Filterlage einen geringeren strömungstechnischen Widerstand als die erste Filterlage aufweist. Insbesondere kann die zweite Filterlage eine Sieblage umfassen.
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Weiter wird eine Ölwanne vorgeschlagen, zumindest aufweisend ein Gehäuse und einen Boden sowie die bereits beschriebene, zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordnete Filtereinrichtung, wobei ein Einlass der Filtereinrichtung für ein Fluid im Bereich des Bodens angeordnet ist.
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Die Ölwanne wird insbesondere als Teils eines Kreislaufs zum Kühlen und/oder Schmieren von Komponenten eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges eingesetzt, wobei mit der Ölwanne und infolge der Schwerkraft ein durch den Kreislauf gefördertes Fluid auffangbar ist. Insbesondere wird das Fluid infolge der Schwerkraft in der Ölwanne gesammelt und tritt über einen am Boden der Ölwanne (also in Bezug auf die Schwerkraft am tiefsten Punkt der Ölwanne) angeordnete Einlass in die Filtereinrichtung ein. Insbesondere sind zumindest die erste Filterlage und der Wärmetauscherabschnitt innerhalb der Ölwanne angeordnet. Insbesondere ist die Pumpe ebenfalls in der Ölwanne oder unmittelbar angrenzend zum Gehäuse der Ölwanne angeordnet.
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Ein Thermostatventil zur Steuerung des Wärmetauschers kann in der Ölwanne oder direkt an der Filtereinrichtung angeordnet sein.
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Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das zumindest einen Antriebsstrang mit einer Antriebseinheit zum Antrieb des Kraftfahrzeuges umfasst. Der Antriebsstrang weist einen Kreislauf zum Kühlen und/oder Schmieren von Komponenten des Antriebsstranges auf, wobei der Kreislauf die bereits beschriebene Ölwanne umfasst, in dem infolge der Schwerkraft ein durch den Kreislauf gefördertes Fluid auffangbar ist.
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Die Ausführungen zu der Filtereinrichtung gelten insbesondere gleichermaßen für die Ölwanne und das Kraftfahrzeug, und umgekehrt.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1: eine erste Ausführungsvariante einer Filtereinrichtung;
- 2: eine zweite Ausführungsvariante einer Filtereinrichtung;
- 3: eine erste Ausführungsvariante eines Wärmetauscherabschnitts;
- 4: eine zweite Ausführungsvariante eines Wärmetauscherabschnitts;
- 5: den Wärmetauscherabschnitt nach 3 mit einer ersten Filterlage;
- 6: den Wärmetauscherabschnitt nach 3 mit einer weiteren ersten Filterlage;
- 7: eine erste Ausführungsvariante einer Ölwanne in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 8: eine zweite Ausführungsvariante einer Ölwanne in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 9: einen Wärmetauscherabschnitt mit Fluidleitblechen in perspektivischer Ansicht; und
- 10: ein Kraftfahrzeug mit einer Ölwanne.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Filtereinrichtung 1. 2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Filtereinrichtung 1. Die 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
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Die Filtereinrichtung 1 umfasst eine ebene (nicht gebogene) erste Filterlage 4, die eine erste Ebene 5 bildet, und einen Wärmetauscherabschnitt 6, der mindestens eine Kühlfluidleitung 7 mit einem Zulauf 8 und einem Ablauf 9 umfasst, wobei die Kühlfluidleitung 7 zwischen Zulauf 8 und Ablauf 9 in einer zur ersten Filterlage 4 im Wesentlichen parallel angeordneten zweiten Ebene 10 angeordnet ist; wobei der Wärmetauscherabschnitt 6 in der ersten Strömungsrichtung 11 des Fluides 2 zwischen der ersten Filterlage 4 und der Pumpe 3 angeordnet ist, so dass ein Fluid 2 durch die Pumpe 3 über die erste Filterlage 4 und den Wärmetauscherabschnitt 6 ansaugbar ist.
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Im Unterschied zu 1 zeigt 2 noch eine stromabwärts des Wärmetauscherabschnitts 6 und zwischen Wärmetauscherabschnitt 6 und Pumpe 3 angeordnete zweite Filterlage 22.
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3 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines Wärmetauscherabschnitts 6. 4 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines Wärmetauscherabschnitts 6. Die 3 und 4 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
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Die Kühlfluidleitung 7 wird zwischen dem Zulauf 8 und dem Ablauf 9 durch eine Mehrzahl von Leitungsabschnitten 12 gebildet, wobei jeder Leitungsabschnitt 12 entlang einer, sich quer zur ersten Ebene 5 erstreckenden, ersten Richtung 13 einen größten Außendurchmesser 14 (hier in der ersten Ebene 5 dargestellt) aufweist. Alle Leitungsabschnitte 12 sind innerhalb der zweiten Ebene 10 angeordnet sind und die zweite Ebene 10 weist in der ersten Richtung 13 eine Höhe 15 auf.
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Der Wärmetauscherabschnitt 6 umfasst nur einen Zulauf 8 und einen Ablauf 9. In 4 sind zwei übereinander angeordnete Lagen von Leitungsabschnitten 12 vorgesehen, so dass die Leitungsabschnitte 12 benachbarter Lagen sich kreuzend angeordnet sind. Bei den zwei übereinander angeordneten Lagen von Leitungsabschnitten 12 beträgt die Höhe 15 200 % des größten Außendurchmessers 14.
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In 3 sind alle Leitungsabschnitte 12 in einer gemeinsamen Lage angeordnet, so dass die Leitungsabschnitte 12 nur nebeneinander, aber nicht in Strömungsrichtung 11, 18 des Fluides 2 hintereinander angeordnet sind.
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Die Kühlfluidleitung 7 ist zwischen dem Zulauf 8 und dem Ablauf 9 durch ein einstückig ausgeführtes Rohr 16 gebildet, wobei das Rohr 16 mehrere Biegezonen 17 aufweist, die jeweils benachbart zueinander angeordnete Leitungsabschnitte 12 der Kühlfluidleitung 7 verbinden, wobei eine zweite Strömungsrichtung 18 eines Kühlfluids 19 innerhalb der zueinander benachbart angeordneten Leitungsabschnitte 12 sich um jeweils mindestens 90 Winkelgrad voneinander unterscheidet. Insbesondere sind die Leitungsabschnitte 12 der Kühlfluidleitung 7 also nicht z. B. durch stoffschlüssige Verbindungsverfahren (Schweißen, Löten) miteinander verbunden, sondern bereits durch ein Urformverfahren hergestellt bzw. ausschließlich durch Umformverfahren in die vorgesehene Form der Kühlfluidleitung 7 gebracht worden.
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5 zeigt den Wärmetauscherabschnitt 6 nach 3 mit einer ersten Filterlage 4. 6 zeigt den Wärmetauscherabschnitt 6 nach 3 mit einer weiteren ersten Filterlage 4. Die 5 und 6 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
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5 zeigt, dass die erste Filterlage 4 alle Leitungsabschnitte 12 des Wärmetauscherabschnitts 6 überdeckt. 6 zeigt, dass die erste Filterlage 4 eine geringere durchströmbare Querschnittsfläche aufweist als der Wärmetauscherabschnitt 6.
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7 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Ölwanne 23 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Ölwanne 23 umfasst ein Gehäuse 24 und einen Boden 25 sowie die bereits beschriebene, zumindest teilweise in dem Gehäuse 24 angeordnete Filtereinrichtung 1, wobei ein Einlass 26 der Filtereinrichtung 1 für ein Fluid 2 im Bereich des Bodens 25 angeordnet ist.
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Mit der Ölwanne 23 und infolge der Schwerkraft 31 kann ein durch den Kreislauf gefördertes Fluid 2 aufgefangen werden. Das Fluid 2 wird infolge der Schwerkraft 31 in der Ölwanne 23 gesammelt und tritt über einen am Boden 25 der Ölwanne 23 (also in Bezug auf die Schwerkraft 31 am tiefsten Punkt der Ölwanne 23) angeordnete Einlass 26 in die Filtereinrichtung 1 ein. Die erste Filterlage 4 und der Wärmetauscherabschnitt 6 sind innerhalb der Ölwanne 23 angeordnet.
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Die erste Filterlage 4 stützt sich an der Kühlfluidleitung 7 des Wärmetauscherabschnitts 6 über eine Abstützlage 33, z. B. eine Sieblage, ab, an der die Filterlage 4 angeordnet ist, wobei sich die Abstützlage 33 an den Leitungsabschnitten 12 abstützt.
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Die erste Filterlage 4 und der Wärmetauscherabschnitt 6 sind von dem Fluid 2 entlang einer, sich quer zur ersten Ebene 5 erstreckenden, ersten Richtung 13 durchströmbar.
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8 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Ölwanne 23 in einer Seitenansicht im Schnitt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante ist hier zwischen der ersten Filterlage 4 und dem Wärmetauscherabschnitt 6 eine Umlenkzone 20 für das Fluid 2 angeordnet, wobei die erste Filterlage 4 von dem Fluid 2 entlang einer, sich quer zur ersten Ebene 5 erstreckenden, ersten Richtung 11 durchströmbar ist und der Wärmetauscherabschnitt 6 im Wesentlichen entlang einer zur zweiten Ebene 10 parallelen zweiten Richtung 21 durchströmbar ist. Die Umlenkzone 20 wird auf der einen Seite durch die Abstützlage 33 und auf der anderen Seite durch eine Fluidleitplatte 32 begrenzt.
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Bei dieser zweiten Ausführungsvariante kann der Wärmetauscherabschnitt 6 parallel zu seiner größten Erstreckung überströmt werden (insbesondere nach Art eines Gegenstromwärmetauschers), so dass eine effektivere Abkühlung des Fluides 2 möglich ist.
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9 zeigt einen Wärmetauscherabschnitt 6 mit Fluidleitblechen 32 in perspektivischer Ansicht. Hier wird vorgeschlagen, dass die zur Strömungsleitung des Fluides 2 vorgesehenen Fluidleitbleche 32 kraftschlüssig (also nur über Reibungskräfte) auf der Fluidleitung 7 angeordnet werden (durch Aufschieben der Fluidleitbleche 32). Mit der rein kraftschlüssigen Verbindung soll die Entstehung von Schmutzpartikeln verhindert werden.
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10 zeigt ein Kraftfahrzeug 27 mit einer Ölwanne 23. Das Kraftfahrzeug 27 umfasst einen Antriebsstrang 28 mit einer Antriebseinheit 29 zum Antrieb des Kraftfahrzeuges 27. Der Antriebsstrang 28 weist einen Kreislauf 30 zum Kühlen und/oder Schmieren von Komponenten des Antriebsstranges 28 auf, wobei der Kreislauf 30 die Ölwanne 23 umfasst, in dem infolge der Schwerkraft 31 ein durch den Kreislauf 30 gefördertes Fluid 2 auffangbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Filtereinrichtung
- 2
- Fluid
- 3
- Pumpe
- 4
- erste Filterlage
- 5
- erste Ebene
- 6
- Wärmetauscherabschnitt
- 7
- Kühlfluidleitung
- 8
- Zulauf
- 9
- Ablauf
- 10
- zweite Ebene
- 11
- erste Strömungsrichtung
- 12
- Leitungsabschnitt
- 13
- erste Richtung
- 14
- Außendurchmesser
- 15
- Höhe
- 16
- Rohr
- 17
- Biegezone
- 18
- zweite Strömungsrichtung
- 19
- Kühlfluid
- 20
- Umlenkzone
- 21
- zweite Richtung
- 22
- zweite Filterlage
- 23
- Ölwanne
- 24
- Gehäuse
- 25
- Boden
- 26
- Einlass
- 27
- Kraftfahrzeug
- 28
- Antriebsstrang
- 29
- Antriebseinheit
- 30
- Kreislauf
- 31
- Schwerkraft
- 32
- Fluidleitplatte
- 33
- Abstützlage
