-
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Nutzkraftfahrzeug, welche zumindest flüssiges Betriebsmittel, eine das Betriebsmittel erwärmende Komponente und einen das Betriebsmittel führenden Kühlkanal aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Nutzkraftfahrzeug mit einer dementsprechenden Kühlvorrichtung und ein dementsprechendes Verfahren zum Kühlen von flüssigem Betriebsmittel eines Nutzkraftfahrzeugs.
-
Kühlvorrichtungen für Nutzkraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt. So wird die Kühlvorrichtung beispielsweise genutzt, um eine Hauptantriebseinheit des Nutzkraftfahrzeugs zu kühlen. Dabei wird üblicherweise Kühlmittel bzw. Betriebsmittel mit einer Kühlmittelpumpe über Schläuche durch die Hauptantriebseinheit gepumpt. Thermisch stark beanspruchte Bauteile des Motors wie beispielsweise Abgasturbolader, Generator oder Abgasrückführkühler können beispielsweise mit in den Kühlmittelkreislauf eingebunden sein.
-
Die
DE 20 35 805 A zeigt ein landwirtschaftlich nutzbares Motorfahrzeug mit hydraulischer Kraftübertragungseinrichtung und einer Überschlagschutzvorrichtung. Bei Motorfahrzeugen der eingangs beschriebenen Art ist es bekannt, die Rahmenteile der Überschlagschutzvorrichtung aus rohrförmigen Teilen herzustellen. Diese sind so ausgeführt, dass sie ihre Aufgabe als Schutzvorrichtung für den Fahrer erfüllen. Der Hohlraum der Rahmenteile dient jedoch auch als Vorratsbehälter und Wärmetauscher für das hydraulische Arbeitsmittel der Kraftübertragungseinrichtung. Hierdurch wird erreicht, dass die Rahmenteile der Überschlagschutzvorrichtung eine Doppelnutzung erfahren und sich somit ein zusätzlicher Behälter für die Arbeitsmittel erübrigt.
-
Die
EP 2 086 784 B1 beschreibt eine Zusatzunterstützungseinheit für ein Arbeitsfahrzeug.
-
Die
AU 002016101711 A4 zeigt einen Muldenkipper, welcher eine Rahmenanordnung, eine Reiseanordnung, eine Kabinenanordnung, eine Fachanordnung und einen Antriebsstrang umfasst.
-
Die
EP 2 441 611 A1 offenbart eine mobile Arbeitsmaschine mit mindestens zwei Antriebseinheiten, wobei zumindest ein Teil der Systeme, Subsysteme und Antriebskomponenten der zwei Antriebseinheiten alternierend oder gemeinsam von den Antriebseinheiten nutzbar ist.
-
Die
DE 10 2010 022 601 A1 zeigt einen Fahrzeugkran mit einem Antriebsmotor für Straßen- und Geländefahrten ausgerüsteten Geländewagen und einen mit Kranfunktion ausgelegten Oberwagen. Die moderne Flüssigkeitskühlung im Nutzkraftfahrzeug besteht üblicherweise aus einem Luftkühler mit großer Oberfläche, der in der Regel vorne zwischen den Schweinwerfern des Nutzkraftfahrzeugs angebracht ist. Vor oder hinter dem Kühler befindet sich üblicherweise ein Lüfter, mit dem ein Luftdurchsatz durch den Kühler zusätzlich zum Fahrtwind erzeugt werden kann, um so effizient Wärme an die Umgebungsluft abzugeben.
-
Ein Kühlmittelkreislauf ist üblicherweise für eine Abfuhr einer vorbestimmten Wärmemenge ausgelegt. Die Wärmemenge wird beispielsweise anhand dem Anwendungszweck bzw. dem Anwendungsgebiet des Nutzkraftfahrzeugs bestimmt oder geschätzt. Dies erfordert beispielsweise auch, dass der Kühlkreislauf bzw. die Kühlvorrichtung Reserven zur Wärmeabfuhr vorhält, und mit selten oder unerwarteten Situationen, in denen mehr Wärme als üblich abgeführt werden muss, zurechtkommt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Kühlvorrichtung größer ist als benötigt, mit einer gewissen Reserve ausgebildet wird. So kann beispielsweise die Oberfläche des Kühlers größer als im Normalbetrieb benötigt ausgebildet werden. Nachteilig sind allerdings ein erhöhter Materialaufwand und dadurch ein höheres Gesamtgewicht der Kühlvorrichtung.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung, ein Nutzkraftfahrzeug und ein Verfahren zu schaffen, mit welchem bzw. bei welchem Wärme einfacher abgeführt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühlvorrichtung, ein Nutzkraftfahrzeug sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
-
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für ein Nutzkraftfahrzeug umfasst flüssiges Betriebsmittel, eine das Betriebsmittel erwärmende Komponente und einen das Betriebsmittel führenden Kühlkanal. Insbesondere umfasst die Kühlvorrichtung eine Betriebsmittelpumpe, welche eingerichtet ist zum Pumpen des Betriebsmittels. Als ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kühlkanal an einem Bauteil des Kraftfahrzeugs befestigt ist, welches eingerichtet ist eine von Wärmeabfuhr verschiedene Funktion zum Betrieb des Nutzkraftfahrzeugs bereitzustellen, und der Kühlkanal über einen Längenabschnitt, vorzugsweise von zumindest einem Meter oder insbesondere von zumindest zwei Metern, mit dem Bauteil thermisch gekoppelt ist.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass das Nutzkraftfahrzeug das Bauteil aufweist, welches zwar für eine von Wärmeabfuhr verschiedenen Funktion ausgelegt ist, jedoch zusätzlich die Eignung zur Wärmeabfuhr aufweist. Die Funktion ist insbesondere die Hauptfunktion des Bauteils. So kann beispielsweise ein Aufbau des Nutzkraftfahrzeugs als das Bauteil zur Wärmeabfuhr genutzt werden. Hierzu ist der Aufbau mit dem Kühlkanal thermisch zu koppeln. Vorteilhaft ist dies u. a., da das Bauteil ohnehin schon an dem Nutzkraftfahrzeug vorhanden ist und somit hierfür keine weiteren Bauteile am Nutzkraftfahrzeug angebracht werden müssen. Insbesondere ist lediglich der Kühlkanal bzw. eine Zuleitung zum Kühlkanal zu verlängern, so dass dieser in dem Längenabschnitt mit dem Bauteil thermisch gekoppelt werden kann.
-
Durch das Bauteil wird sowohl eine zusätzliche Oberfläche zur Wärmeaufnahme vom Betriebsmittel und zur Wärmeabgabe an die das Bauteil umspülende Luft bereitgestellt, als auch eine zusätzliche Masse bzw. Wärmekapazität als eine Aufnahmemöglichkeit für Wärme.
-
Durch die Wärmekapazität erweitert das Bauteil die Kühlvorrichtung um eine zeitverzögernde Eigenschaft, d.h. es kann dem Betriebsmittel temporär, beispielsweise während einer Spitzenlastphase, mehr Wärme als gewöhnlich entzogen werden.
-
Weiterhin vorteilhaft ist zudem, dass die Wärmeübertragung an einen Festkörper, wie dem Bauteil schneller erfolgt, als dies beispielsweise bei Luft der Fall ist. So kann die Wärmeenergie des Betriebsmittels schneller an das Bauteil abgegeben werden, als an die den Kühlkanal umgebende Luft. Der Wärmestrom vom Betriebsmittel zum Bauteil ist also größer als der Wärmestrom vom Betriebsmittel zur Luft, falls die Oberfläche des Kühlkanals, welcher thermisch mit dem Bauteil gekoppelt ist und thermisch mit der Luft gekoppelt ist, gleich ist.
-
Durch das Bauteil wird insbesondere eine Wärmebrücke bereitgestellt, so dass eine große Oberfläche bereitgestellt wird, um die vom Betriebsmittel aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft abzugeben. Somit kann die Kühlvorrichtung bezüglich der vorhandenen Kühlkapazität erweitert werden. Es besteht ferner eine Wärmebrücke zwischen Betriebsmittel und Bauteil.
-
Vorzugsweise ist das Bauteil mit einer derart großen Oberfläche und mit einer derart großen Wärmekapazität ausgebildet, dass es auch als Wärmesenke bezeichnet werden kann.
-
Der Kühlkanal, in welchem das Betriebsmittel geführt wird, ist derart thermisch mit dem Bauteil gekoppelt, dass der Wärmefluss vom Betriebsmittel zum Bauteil stattfinden kann. Dazu kann der Kühlkanal beispielsweise als eigenständige Einheit an dem Bauteil befestigt, beispielsweise angeschweißt, werden oder aber der Kühlkanal kann auch beispielsweise durch einen Hohlkanal bzw. Hohlraum des Bauteils gebildet sein. So kann das Betriebsmittel beispielsweise durch eine hohle Seitenwand eines Aufbaus des Nutzkraftfahrzeugs geführt werden.
-
Insbesondere ist der Kühlkanal unmittelbar mit dem Bauteil kontaktiert, so dass Festkörper auf Festkörper unmittelbar in Kontakt stehen, ohne dass beispielsweise Luft dazwischen ist.
-
Der Längenabschnitt kann gerade, abschnittsweise gerade oder kurvig ausgebildet sein.
-
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Kühlkanal über den, insbesondere gesamten, Längenabschnitt mit einem Aufbau des Nutzkraftfahrzeugs als das Bauteil thermisch gekoppelt ist und der Aufbau durch die von Wärmeabfuhr verschiedene Funktion eingerichtet ist Güter aufzunehmen. Der Aufbau kann dabei beispielsweise als Kipper, Mulde, Pritsche, Koffer oder Tank ausgebildet sein. Der Aufbau bietet den Vorteil, dass dieser eine große Oberfläche bereitstellt, wodurch die Wärmeabfuhr schneller und effektiver erfolgen kann und dadurch auch die Wärmekapazität der Kühlvorrichtung wiederum erhöht wird. Der Aufbau kann dabei beispielsweise als fester Aufbau oder als mobiler Aufbau ausgebildet sein. So kann der Aufbau auch als Auflieger ausgebildet sein. Der Aufbau kann dabei beispielsweise zumindest teilweise aus Stahl oder Aluminium ausgebildet sein. Güter können beispielsweise Schüttgut oder auf Paletten gepackte Produkte sein. Das Bauteil ist insbesondere zum Tragen oder Bewegen von Lasten ausgebildet und somit zur Aufnahme von Kräften, vorzugsweise größer 1 kN.
-
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Kühlkanal über den, insbesondere gesamten, Längenabschnitt mit einem Kranarm des Nutzkraftfahrzeugs als das Bauteil thermisch gekoppelt ist und der Kranarm durch die von Wärmeabfuhr verschiedene Positionen eingerichtet ist Lasten vertikal und horizontal zu verladen. Der Kranarm kann dabei auch als Baggerarm ausgebildet sein, vorzugsweise ist der Kranarm derart ausgebildet, dass der Kühlkanal, insbesondere mindestens in dem Längenabschnitt von 2 m, an dem Kranarm befestigt werden kann. Der Kranarm kann beispielsweise aus mehreren zueinander schwenkbaren Einzelteilen ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Kühlkanal beispielsweise auch elastische Abschnitte aufweisen, damit der Kühlkanal beim Übergang von zueinander schwenkbaren Bauteilen, wie beispielsweise Scharnieren, überbrücken kann. Der Längenabschnitt kann beispielsweise gerade oder aber abschnittsweise gerade oder gekrümmt ausgebildet sein.
-
Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Betriebsmittel als Kühlwasser und/oder als Motorenschmieröl und/oder als Hydraulikflüssigkeit ausgebildet ist. Das Kühlwasser ist dabei vorzugsweise vorgesehen, um Wärme von einer Hauptantriebseinheit des Nutzkraftfahrzeugs abzuführen. Das Motorenschmieröl kann beispielsweise zur Schmierung der Hauptantriebseinheit oder aber eines Getriebes des Nutzkraftfahrzeugs genutzt werden. Die Hydraulikflüssigkeit wiederum wird vorzugsweise in einem Hydraulikzylinder genutzt. Die erwärmende Komponente ist dann also - je nach Art des Betriebsmittels - die Hauptantriebseinheit, das Getriebe, der Hydraulikzylinder oder aber eine weitere zu kühlende Komponente des Nutzkraftfahrzeugs. Vorteilhaft an der Kühlvorrichtung ist also, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Betriebsmitteln gekühlt werden kann.
-
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung eine Umgehungsleitung aufweist, welche eingerichtet ist das Betriebsmittel an dem Längenabschnitt des Kühlkanals vorbeizuführen. Das ist insbesondere dann sinnvoll, wenn z.B. der Wärmeeintrag seitens der erwärmenden Komponente zu einer bestimmten Zeit gering ist und daher die Wärmeabfuhr allein durch den Kühler erfolgen kann. Durch die Umgehungsleitung kann zumindest der Längenabschnitt des Kühlkanals, welcher mit dem Bauteil thermisch gekoppelt ist, bezüglich des Betriebsmittels umgangen werden. So ist dafür insbesondere ein Umgehungsventil vorgesehen, welches die Umgehungsleitung öffnet oder schließt. Durch die Umgehungsleitung ist es beispielsweise möglich, das gesamte Betriebsmittel an dem Längenabschnitt des Kühlkanals vorbeizuführen oder aber lediglich einen Teil des Betriebsmittels über den Längenabschnitt des Kühlkanals zu führen und den Rest über die Umgehungsleitung zu führen. Die Umgehungsleitung kann beispielsweise auch vollständig geschlossen werden, sodass das gesamte Betriebsmittel über den Längenabschnitt des Kühlkanals geführt wird. Das ist insbesondere dann sinnvoll, wenn zeitweilig ein vorübergehend höherer Wärmeentzug aus dem Betriebsmittel erforderlich ist, beispielsweise bei Spitzenlast, beispielsweise bedingt durch den ORC, oder beispielsweise aufgrund eines nicht ausreichenden Fahrtwindes der Kühler diese Wärme nicht abführen kann. Vorteilhaft an der Umgehungsleitung ist also, dass die Wärmeabgabe an das Bauteil reguliert werden kann. So kann die Umgehungsleitung beispielsweise den Weg des zu kühlenden Betriebsmittels verkürzen und somit beispielsweise in einer Aufheizphase des Motors zu einem schnelleren Aufwärmen des Motors beitragen. Es kann aber beispielsweise auch vorgesehen sein, dass das Bauteil bereits so warm ist, dass keine Wärmeenergie von dem Betriebsmittel an das Bauteil abgegeben werden kann. Beispielsweise kann das Bauteil durch das Betriebsmittel selbst bereits derart erwärmt worden sein oder aber das Bauteil ist durch äußere Einflüsse, wie beispielsweise Sonneneinstrahlung derart erwärmt worden, dass das Betriebsmittel jeweils kühler ist als das Bauteil selbst. Durch die Umgehungsleitung kann dann verhindert werden, dass das Betriebsmittel an dem Bauteil vor dem Wärmeaustausch vorbeigeführt wird.
-
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung einen ersten Kühlkreislauf mit der Komponente und einen von dem ersten Kühlkreislauf unterschiedlichen zweiten Kühlkreislauf mit dem Bauteil aufweist, wobei der erste Kühlkreislauf mit dem zweiten Kühlkreislauf, insbesondere nur mittels einem Wärmetauscher verbunden ist. In dem ersten Kühlkreislauf ist dabei vorzugsweise die das Betriebsmittel erwärmende Komponente, also beispielsweise die Hauptantriebseinheit des Nutzkraftfahrzeugs, in dem zweiten Kühlkreislauf ist dann vorzugsweise das Bauteil mit welchem der Kühlkanal thermisch gekoppelt ist. Vorteilhaft ist dies, da der zweite Kühlkreislauf beispielsweise nur bei Bedarf zuschaltbar ist. Dies ist beispielsweise von Interesse, falls der erste Kühlkreislauf derart ausgelegt ist, dass die darin befindliche Wärmeenergie rekuperiert wird und der zweite Kühlkreislauf lediglich hinzugezogen wird, falls die Kapazität des ersten Kühlkreislaufs erschöpft ist. Dies kann beispielsweise in besonders außergewöhnlichen Belastungssituationen des Nutzkraftfahrzeugs, beispielsweise bei einer langsamen Bergauffahrt und damit einer einhergehenden geringen Kühlung durch Fahrtwind, der Fall sein.
-
Weiterhin vorteilhaft an dem zweiten Kühlkreislauf ist, dass als das Betriebsmittel unterschiedliche Flüssigkeiten genutzt werden können. So kann in dem ersten Kühlreislauf beispielsweise ein erstes Betriebsmittel genutzt werden während im zweiten Kühlkreislauf ein zweites vom ersten Betriebsmittel unterschiedliches Betriebsmittel genutzt werden kann. Dadurch kann in dem ersten Kühlkreislauf beispielsweise Schmieröl als Betriebsmittel vorgesehen sein während in dem zweiten Kühlkreislauf Kühlwasser oder ein anderes übliches Kühlmittel zur Anwendung kommt.
-
Weiterhin kann es sein, dass der zweite Kühlkreislauf einen vom Wärmetauscher unterschiedlichen Lamellenkühler und/oder einen elektrischen Lüfter aufweist. Durch den Lamellenkühler kann dann beispielsweise weitere Wärmeenergie vom Betriebsmittel an die Umgebungsluft abgegeben werden, welche beispielsweise bisher nicht von dem Bauteil aufgenommen werden konnte. Der Lamellenkühler ist vorzugsweise in dem zweiten Kühlkreislauf eigenständig aktivierbar und deaktivierbar. Weiterhin kann es sein, dass der Lamellenkühler durch den elektrischen Lüfter unterstützt wird. So kann der elektrische Lüfter beispielsweise derart ausgerichtet sein, dass dieser Umgebungsluft des Nutzkraftfahrzeugs mit erhöhter Geschwindigkeit durch den Lamellenkühler hindurch befördert. Der elektrische Lüfter kann dazu beispielsweise vor oder hinter dem Lamellenkühler angeordnet sein. Vorteilhaft ist der Lamellenkühler und/oder der elektrische Kühler, da der zweite Kühlkreislauf damit zusätzlich über das Bauteil noch weitergehend Wärme abgeführt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es beispielsweise wieder in außergewöhnlichen Belastungsfällen des Nutzkraftfahrzeugs, in welchem das Betriebsmittel außergewöhnlich schnell und/oder über einen außergewöhnlich langen Zeitraum erhitzt wird.
-
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die das Betriebsmittel erwärmende Komponente als eine Hauptantriebseinheit und/oder als ein Kondensator des Nutzkraftfahrzeugs ausgebildet ist. Die Hauptantriebseinheit kann dabei beispielsweise als Verbrennungsmotor oder als elektrischer Motor ausgebildet sein. Der Kondensator ist vorzugsweise Teil eines ORC-Systems (ORC - Organic Rankine Cycle). Durch die Hauptantriebseinheit und/oder den Kondensator kann es beispielsweise vorkommen, dass das Betriebsmittel innerhalb von relativ kurzer Zeit relativ stark erwärmt wird. Bei der Hauptantriebseinheit kann das beispielsweise der Fall sein, falls das Nutzkraftfahrzeug mit langsamer Geschwindigkeit bergauf fährt oder aber eine besonders anstrengende und außergewöhnliche Arbeit verrichtet, für welche ein herkömmliches Kühlsystem des Nutzkraftfahrzeugs, also ohne die thermische Kopplung des Kühlkanals mit dem Bauteil, nicht ausgelegt ist bzw. nur für einen begrenzten Zeitraum ausgelegt ist.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Nutzkraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung. Das Nutzkraftfahrzeug kann dabei beispielsweise als Lastkraftwagen, insbesondere Muldenkipper, Sattelkipper oder Kippaufleger ausgebildet sein. Das Nutzkraftfahrzeug kann aber beispielsweise auch als mobiler Kran, Radlader, Frontlader oder Traktor ausgebildet sein.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird flüssiges Betriebsmittel eines Nutzkraftfahrzeugs gekühlt. Das Betriebsmittel wird durch eine Komponente des Nutzkraftfahrzeugs erwärmt und, insbesondere mittels einer Betriebsmittelpumpe, durch einen Kühlkanal befördert. Als ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wärme des Betriebsmittels zumindest teilweise über den Kühlkanal an ein Bauteil der Nutzkraftfahrzeugs, welches auch eine von Wärmeabfuhr verschiedene Funktion zum Betrieb des Nutzkraftfahrzeugs bereitstellt, über einen Längenabschnitt, vorzugsweise von mindestens einem Meter, insbesondere von mindestens zwei Metern, abgeführt wird.
-
Das Betriebsmittel wird also von der Komponente erwärmt und dann durch den Kühlkanal derart an dem Bauteil vorbeigeführt, dass zumindest ein Teil der Wärmeenergie des Betriebsmittels an das Bauteil abgegeben wird. Insbesondere erfolgt das Führen des Betriebsmittels nach einem Kreislaufprinzip. Es wird das Betriebsmittel von der Komponente erwärmt, anhand des Betriebskanals am Bauteil vorbeigeführt und dadurch abgekühlt und dann im abgekühlten Zustand wieder der Komponente zugeführt, um erneut Wärmeenergie von der Komponente abzuführen.
-
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Nutzkraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in 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.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Nutzkraftfahrzeugs mit einer Kühlvorrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Kühlvorrichtung mit einer Umgehungsleitung;
- 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Kühlvorrichtung mit einem ersten Kühlkreislauf und einem zweiten Kühlkreislauf; und
- 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Kühlvorrichtung zur Kühlung von Hydraulikflüssigkeit als Betriebsmittel.
-
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt in schematischer Seitenansichtdarstellung ein Nutzkraftfahrzeug 1 mit einer Kühlvorrichtung 2.
-
Die Kühlvorrichtung 2 umfasst flüssiges Betriebsmittel 3, eine Komponente 4 des Nutzkraftfahrzeugs 1, welche das Betriebsmittel 3 erwärmt, und einen Kühlkanal 5, in welchem das Betriebsmittel 3 geführt wird.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Nutzkraftfahrzeug 1 als Lastkraftwagen bzw. Muldenkipper ausgebildet. Die Komponente 4 gilt als Hauptantriebseinheit, insbesondere Verbrennungsmotor, vor, welcher bzw. welche Kühlung bedarf und deshalb zumindest bereichsweise von dem Betriebsmittel 3 umspült wird, um überflüssige Wärme an das Betriebsmittel 3 abzugeben. Die Komponente 4 kann beliebig in oder an dem Nutzkraftfahrzeug 1 angeordnet sein.
-
Das Betriebsmittel 3 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als Kühlmittel oder Kühlwasser ausgebildet. Von der Komponente 4 führt der Kühlkanal 5, das durch die Komponente 4 erwärmte Betriebsmittel 3 zu einem Bauteil 6 des Nutzkraftfahrzeugs 1. Der Kühlkanal 5 ist dabei auf dem Bauteil 6 befestigt und mit dem Bauteil 6 thermisch gekoppelt. Der Kühlkanal 5 kann beispielsweise aus demselben Werkstoff wie das Bauteil 6 ausgebildet sein oder aus einem unterschiedlichen Werkstoff ausgebildet sein. Vorzugsweise kontaktiert der Kühlkanal 5 das Bauteil 6 direkt. Es kann aber auch ein Wärmeleitelement zwischen dem Kühlkanal 5 dem Bauteil 6 angeordnet sein.
-
Der Kühlkanal 5 ist mit dem Bauteil 6 über einen Längenabschnitt 7 thermisch gekoppelt. Der Längenabschnitt 7 ist dabei insbesondere eine gerade Linie, welche vorgibt, in welcher geraden Länge sich der Kühlkanal 5 auf dem Bauteil 6 erstreckt. Der Kühlkanal 5 kann zwar auf dem Bauteil 6 in Kurven verlaufen, beispielsweise mäanderförmig, es ist aber insbesondere vorgesehen, dass der Kühlkanal 5 sich zumindest auf der gesamten Länge des Längenabschnitts 7 befindet. Der Längenabschnitt 7 ist beispielsweise mindestens 1 m, vorzugsweise mindestens 1,5 m und insbesondere mindestens 2 m lang.
-
Der Kühlkanal 5 kann beispielsweise an dem Bauteil 6 angebracht sein, beispielsweise durch Schweißen, oder aber durch das Bauteil 6 gebildet sein. So kann sich der Kühlkanal 5 beispielsweise durch einen vom Bauteil 6 gebildeten Hohlraum ergeben.
-
Das Bauteil 6 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als Aufbau eines Lastkraftwagens ausgebildet. Der Aufbau ist vorliegend eine Mulde zum Aufnehmen von Gütern, beispielsweise Schüttgütern.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist die Kühlvorrichtung 2 eine Betriebsmittelpumpe 8 auf, mittels welcher das Betriebsmittel 3 durch den Kühlkanal 5 befördert wird. Es können beispielsweise auch mehre Betriebsmittelpumpen 8 in der Kühlvorrichtung 2 vorgesehen sein.
-
Das Bauteil 6 weist eine von Wärmeabfuhr verschiedene (Haupt-) Funktion 9 auf. Das bedeutet, das Bauteil 6 hat durch die Funktion 9 einen anderen Nutzen für das Nutzkraftfahrzeug 1 als den Abtransport von Wärme. Die Funktion 9 kann beispielsweise als Güter aufnehmen oder als Lasten verladen vorgegeben sein.
-
Der Kühlkanal 5 kann beispielsweise starr oder flexibel ausgebildet sein oder aber stellenweise flexibel und stellenweise starr. Der Kühlkanal 5 kann aus vielfältigen Werkstoffen gefertigt sein, vorzugsweise allerdings aus einem Werkstoff bzw. einer Werkstoffmischung, welcher bzw. welche förderlich für die Übertragung der Wärmeenergie vom Betriebsmittel 3 zum Bauteil 6 ist.
-
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 2. Gezeigt ist die Komponente 4, welche durch eine Hauptantriebseinheit 10 und einen Kondensator 11 vorliegt. Die Hauptantriebseinheit 10 ist beispielsweise als Elektromotor oder aber als Verbrennungsmotor ausgebildet. Der Kondensator 11 ist vorzugsweise Bestandteil eines ORC-Systems (ORC - Organic Rankine Cycle) . Der Kondensator 11 kann aber auch als Kühler eines anderen Systems dienen, wie z. B. zur Kühlung der Kaltseite eines thermoelektrischen Generators. Weiterhin sind die Betriebsmittelpumpe 8 und ein Ausgleichsbehälter 12 gezeigt. Der Ausgleichsbehälter 12 dient vorzugsweise zum Volumenausgleich des Betriebsmittels 3 bei unterschiedlichen Temperaturen.
-
Weiterhin weist die Kühlvorrichtung 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Lamellenkühler 13 und einen elektrischen Lüfter 14 auf. Der Lamellenkühler 13 kann in vielfältiger Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise auch ohne Lamellen, jedoch bevorzugt mit einer großen Oberfläche, um möglichst effektiv Wärme an die Umgebungsluft abzustrahlen. Der Lüfter 14 umfasst insbesondere einen Ventilator und ist dazu ausgebildet den Lamellenkühler 13 mit frischer Luft zu umspülen.
-
Die Kühlvorrichtung 2 weist auch das Bauteil 6 auf, welches gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Fahrwerks- oder Karosserieteil bzw. ein Verkleidungsteil des Nutzkraftfahrzeugs 1 ist.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst das Bauteil 6 ergänzend einen Wärmespeicher 15. Der Wärmespeicher 15 ist insbesondere als PCM-Wärmespeicher (PCM - phase change material) bzw. als Phasenwechselmaterial bzw. als Latentwärmespeicher ausgebildet. Durch den Wärmespeicher 15 kann - ergänzend zum Bauteil 6 - die Wärme, welche von dem Betriebsmittel 3 abgegeben wird, aufgenommen werden. Vorteilhaft ist allerdings, dass die durch den Wärmespeicher 15 aufgenommene Wärme zu einem späteren Zeitpunkt wieder genutzt werden kann, beispielsweise um das Betriebsmittel 3 aufzuheizen, beispielsweise kurz nach Betriebsaufnahme des Nutzkraftfahrzeugs 1.
-
Vorzugsweise ist das Bauteil 6 des Nutzkraftfahrzeugs 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Chassis 16 ausgebildet. Die Komponente 4 kann aber auch als Fahrgestell, Rahmen oder Untergestell ausgebildet sein.
-
Weiterhin zeigt die Kühlvorrichtung 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Umgehungsleitung 17. Durch die Umgehungsleitung 17 wird das Bauteil 6 bezüglich des Betriebsmittels 3 zumindest teilweise umgangen. So ist vor dem Bauteil 6 in Flussrichtung bzw. in Beförderungsrichtung des Betriebsmittels 3 ein Umgehungsventil 18 angeordnet, von welchem die Umgehungsleitung 17 abzweigt. Das Umgehungsventil 18 kann dabei beispielsweise so eingestellt werden, dass das gesamte Betriebsmittel 3 lediglich durch die Umgehungsleitung 17 geführt wird und nicht mehr durch den Längenabschnitt 7 des Kühlkanals 5. Das Umgehungsventil 18 kann dabei aber auch so eingestellt sein, dass die Umgehungsleitung 17 nicht genutzt wird oder aber, dass ein Teil des Betriebsmittels 3 durch die Umgehungsleitung 17 und ein anderer Teil des Betriebsmittels 3 über den Längenabschnitt 7 des Kühlkanals 5 geführt wird.
-
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 2. Die Kühlvorrichtung 2 weist einen ersten Kühlkreislauf 19 und einen zweiten Kühlkreislauf 20 auf. Der erste Kühlkreislauf 19 und der zweite Kühlkreislauf 20 sind über einen Wärmetauscher 21 miteinander thermisch verbunden.
-
Der erste Kühlkreislauf 19 weist die Komponente 4 auf. Zudem weist der erste Kühlkreislauf 19 gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Wärmeenergierekuperationskreislauf 22 auf, durch welchen zumindest ein Teil der im Betriebsmittel 3 enthaltenen Wärmeenergie rekuperiert werden kann bzw. vorzugsweise in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Hierzu weist der Wärmeenergierekuperationskreislauf 22 eine Energieerzeugungseinheit 23 auf.
-
Der Wärmeenergierekuperationskreislauf 22 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel auch die Betriebsmittelpumpe 8 auf. Der erste Kühlkreislauf 19 kann aber auch mehrere Betriebsmittelpumpen 8, insbesondere an verschiedenen Positionen, aufweisen.
-
Die thermische Verbindung zwischen dem ersten Kühlkreislauf 19 und dem zweiten Kühlkreislauf 20 erfolgt über den Wärmetauscher 21, welcher wie im Ausführungsbeispiel gezeigt im Wärmeenergierekuperationskreislauf 22 angeordnet sein kann oder aber bei nicht vorhandenen Wärmeenergierekuperationskreislauf 22 auch an einer beliebigen anderen Stelle des ersten Kühlkreislaufs 19 angeordnet sein kann. Vorliegend ist der Wärmetauscher 21 allerdings im Wärmeenergierekuperationskreislauf 22 angeordnet, um diejenige überschüssige Wärmeenergie in den zweiten Kühlkreislauf 22 zu übertragen, welche nicht rekuperiert werden konnte also nicht von der Energieerzeugungseinheit 23 in eine andere Energieform umgewandelt werden konnte.
-
Der zweite Kühlkreislauf 20 weist das Bauteil 6 auf. An dem Bauteil 6 ist der Kühlkanal 5 im Längenabschnitt 7 befestigt und thermisch gekoppelt. Die durch den Wärmetauscher 21 vom ersten Kühlkreislauf 19 auf den zweiten Kühlkreislauf 20 übertragene Wärmeenergie wird also vom Betriebsmittel 3 im zweiten Kühlkreislauf 20 an das Bauteil 6 zumindest teilweise abgegeben. Von dem Bauteil 6 wiederum kann die Wärmeenergie an die Umgebung abgestrahlt werden.
-
Der zweite Kühlkreislauf 20 weist weiterhin den Lamellenkühler 13 und den Lüfter 14 auf. Durch den nachgeschalteten Lamellenkühler 13 und den nachgeschalteten Lüfter 14 kann beispielsweise noch weitere Wärmeenergie, welche nicht bereits zuvor an das Bauteil 6 abgegeben werden konnte, aus dem Betriebsmittel 3 des zweiten Kühlkreislaufs 20 entzogen werden.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Betriebsmittel 3 im ersten Kühlkreislauf 19 unterschiedlich zu dem Betriebsmittel 3 im zweiten Kühlkreislauf 20. So kann das Betriebsmittel 3 im ersten Kühlkreislauf 19 beispielsweise Motorschmieröl 24 sein während das Betriebsmittel 3 im zweiten Kühlkreislauf 20 als Kühlwasser 25 ausgebildet ist. Die Kühlvorrichtung 2 kann also mehrere unterschiedliche Betriebsmittel 3 aufweisen.
-
Vorzugsweise ist der Wärmeenergierekuperationskreislauf 22 als ORC-System (ORC - Organic Rankine Cycle) ausgebildet. Demnach kann der erste Kühlkreislauf 19 mehrere verschiedene Betriebsmittel 3 aufweisen, so dass im Wärmeenergierekuperationskreislauf 22 als das Betriebsmittel 3 ein Arbeitsmedium genutzt wird, welches für das ORC-System kompatibel ist.
-
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 2. Die Kühlvorrichtung 2 weist die Betriebsmittelpumpe 8, den Lamellenkühler 13 und den Lüfter 14 auf. Vorliegend ist das Betriebsmittel 3 als Hydraulikflüssigkeit 26 ausgebildet.
-
Die Komponente 4 ist demnach beispielsweise als Hydraulikzylinder ausgebildet, welcher zum Bewegen eines Kranarms 27 des Nutzkraftfahrzeugs 1 genutzt wird. Zur Abkühlung der durch den Hydraulikzylinder erwärmten Hydraulikflüssigkeit 26 wird diese über den Kühlkanal 5 an dem als das Bauteil 6 ausgebildeten Kranarm 27 in dem Längenabschnitt 7 vorbeibefördert, so dass aufgrund der thermischen Kopplung zwischen dem Kühlkanal 5 und dem Kranarm 27 zumindest ein Teil der Wärmeenergie aus der Hydraulikflüssigkeit 26 an den Kranarm 27 abgegeben werden kann. Vom Kranarm 27 kann die Wärmeenergie dann wieder an die Umgebungsluft abgestrahlt werden.
-
Der Kühlkanal 5 kann sich beispielsweise auch über mehrere bewegliche Kranarmteile des Kranarms 27 erstrecken, wobei der Kühlkanal 5 dann vorzugsweise bewegliche bzw. elastische Verbindungsteile bzw. Verbindungsarme aufweist.
-
Die Kühlvorrichtung 2 gemäß 4 setzt keinen umlaufenden Hydraulikflüssigkeitskreislauf voraus, kann diesen aber aufweisen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Nutzkraftfahrzeug
- 2
- Kühlvorrichtung
- 3
- Betriebsmittel
- 4
- Komponente
- 5
- Kühlkanal
- 6
- Bauteil
- 7
- Streckenabschnitt
- 8
- Betriebsmittelpumpe
- 9
- Funktion
- 10
- Hauptantriebseinheit
- 11
- Kondensator
- 12
- Ausgleichsbehälter
- 13
- Lamellenkühler
- 14
- Lüfter
- 15
- Wärmespeicher
- 16
- Chassis
- 17
- Umgehungsleitung
- 18
- Umgehungsventil
- 19
- erster Kühlkreislauf
- 20
- zweiter Kühlkreislauf
- 21
- Wärmetauscher
- 22
- Wärmeenergierekuperationskreislauf
- 23
- Energieerzeugungseinheit
- 24
- Motorschmieröl
- 25
- Kühlwasser
- 26
- Hydraulikflüssigkeit
- 27
- Kranarm
