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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schmiermittelkreislauf und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Schmiermittelkreislauf.
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In Fahrzeugen werden Schmiermittelkreisläufe eingesetzt, um die Reibung zwischen Bauteilen einzelner Fahrzeugkomponenten durch ein geeignetes Schmiermittel zu reduzieren. Zu diesen Fahrzeugkomponenten können beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder auch ein Getriebe des Fahrzeuges zählen. Da die Temperatur des Schmiermittels beim Einsatz in der jeweiligen Fahrzeugkomponente ansteigt, ist im Schmiermittelkreislauf typischerweise ein Schmiermittelkühler vorgesehen, um die Temperatur des Schmiermittels zu reduzieren bzw. zu begrenzen und somit eine Beschädigung von Fahrzeugkomponenten oder deren Bauteilen zu verhindern.
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In bestimmten Fällen, wie zum Beispiel bei einem Kaltstart einer Brennkraftmaschine, ist es für eine vorgegebene Zeitspanne wünschenswert, dass das Schmiermittel nicht durch den Schmiermittelkühler gekühlt wird, damit das Schmiermittel schnellst möglichst eine optimale Betriebstemperatur und damit eine optimale Viskosität erreicht. Hierfür kann eine Bypass-Leitung vorgesehen sein, die das Schmiermittel im Schmiermittelkreislauf um den Schmiermittelkühler herumführt. Dabei wird der Strömungsweg, den das Schmiermittel im Kreislauf durchläuft, durch eine Regeleinheit mit einem Schaltkolben reguliert, wobei Stellungen des Schaltkolbens durch ein geeignetes elektrohydraulisches Wegeventil mittels Druckbeaufschlagung gesteuert wird. Ein solcher Schmiermittelkreislauf ist aus der
DE 10 2016 113 812 A1 bekannt.
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Damit das elektrohydraulische Wegeventil eine Steuerung des Schaltkolbens durchführen kann, muss es über eine Versorgungsleitung mit einem gewissen Eingangsdruck versorgt werden. Hierbei wird die Versorgungsleitung mit dem Schmiermittelkreislauf fluidisch verbunden, wobei das Schmiermittel im Schmiermittelkreislauf über die Versorgungsleitung den Eingangsdruck am Wegeventil zur Verfügung stellt.
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Nachteilig am bekannten Stand der Technik ist, dass die Versorgungsleitung des Wegeventils stromauf eines Schmiermittelfilters angeordnet ist, sodass ungefiltertes Schmiermittel, welches noch Verunreinigung aufweisen kann, zum Betrieb des Wegeventils eingesetzt wird. Hierdurch kommt es beim Dauerbetrieb des Wegeventils zur Verunreinigung, sodass die Störanfälligkeit des gesamten Schmiermittelkreislaufs erhöht wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schmiermittelkreislauf der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Störanfälligkeit reduziert wird.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dass die Versorgungsleitung des Wegeventils stromab, das heißt auf einer Reinseite, eines Schmiermittelfilters angeordnet ist, um das Wegeventil mit gefiltertem bzw. gereinigtem Schmiermittel zu betreiben. Der erfindungsgemäße Schmiermittelkreislauf weist eine Einlassleitung zur Zuführung eines Schmiermittels und eine Auslassleitung zur Rückführung des Schmiermittels auf. Das Schmiermittel, das zur Reibungsreduzierung zwischen Fahrzeugkomponenten eines Fahrzeuges eingesetzt wurde und gegebenenfalls gekühlt werden muss, kann über eine Fördereinrichtung zur Einlassleitung des Schmiermittelkreislaufs gefördert werden. Das Schmiermittel strömt durch die Einlassleitung in den Schmiermittelkreislauf und verlässt diesen über die Auslassleitung. Über diese Auslassleitung kann das Schmiermittel der Fahrzeugkomponente wieder zugeführt werden. Es kann auch ein Schmiermittelreservoir vorgesehen sein. Der Schmiermittelkreislauf weist eine Schmiermittelleitung und eine Bypass-Leitung auf, die jeweils mit der Auslassleitung fluidisch verbunden sind. Ein Schmiermittelkühler ist in der Schmiermittelleitung angeordnet und ermöglicht einen Wärmetausch zwischen dem Schmiermittel und einer Umgebung des Schmiermittelkühlers. Über den Schmiermittelkühler kann ein Wärmeübertrag vom Schmiermittel zur Umgebung des Schmiermittelkühler erzeugt werden, der zu einer Reduzierung der Temperatur des Schmiermittels führt. Der Schmiermittelkreislauf weist eine Regeleinrichtung auf, die mit der Einlassleitung, der Schmiermittelleitung und der Bypass-Leitung fluidisch verbunden ist. Innerhalb der Regeleinrichtung ist ein Schaltkolben vorgesehen, der wenigstens eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung aufweist. Dieser Schaltkolben kann entlang seiner Axialachse beweglich in einem Gehäuse der Regeleinrichtung gelagert sein. Der Schaltkolben kann eine hantelförmige Ausgestaltung aufweisen, die beispielsweise zwei zueinander beabstandete zylinderförmigen Bauteile mit jeweils einem gewissen Querschnittsdurchmesser vorsehen kann, wobei diese beiden zylinderförmigen Bauteile durch ein weiteres Verbindungsbauteil miteinander verbunden sein können, wobei der Querschnittsdurchmesser des Verbindungsbauteils kleiner sein kann als der Querschnittdurchmesser der zylinderförmigen Bauteile. Sowohl die zylinderförmigen Bauteile als auch das Verbindungsbauteil kann wenigstens teilweise hohl ausgebildet sein oder Ausnehmungen aufweisen.
In der ersten Schaltstellung des Schaltkolbens ist die fluidische Verbindung zwischen Einlassleitung und Schmiermittelleitung geöffnet und die fluidische Verbindung zwischen Einlassleitung und Bypass-Leitung ist versperrt. In der zweiten Schaltstellung des Schaltkolbens ist die fluidische Verbindung zwischen Einlassleitung und Schmiermittelleitung versperrt und die fluidische Verbindung zwischen Einlassleitung und Bypass-Leitung ist geöffnet. In der ersten Schaltstellung des Schaltkolbens durchströmt das Schmiermittel den Schmiermittelkühler und kann somit gekühlt werden. In der zweiten Schaltstellung des Schaltkolbens durchströmt das Schmiermittel die Bypass-Leitung und umgeht dabei den Schmiermittelkühler, sodass keine Kühlung des Schmiermittels erfolgt. Der Schaltkolben kann auch eine Zwischenstellung zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung einnehmen, sodass das Schmiermittel teilweise durch den Schmiermittelkühler und teilweise durch die Bypass-Leitung strömt. Hierdurch lässt sich der Grad der Kühlung des Schmiermittels regulieren.
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Ferner umfasst der Schmiermittelkreislauf einen Schmiermittelfilter und wenigstens ein elektrohydraulisches Wegeventil zur Steuerung der Stellung des Schaltkolbens, wobei das Wegeventil über eine Versorgungsleitung stromabwärts des Schmiermittelfilters mit wenigstens einer Leitung des Schmiermittelkreislaufes fluidisch verbunden ist. Somit wird zur Druckversorgung des Wegeventils lediglich Schmiermittel eingesetzt, das den Schmiermittelfilter durchlaufen hat. Folglich wird der Verschmutzungsgrad des Wegeventils für ein vorgegebenes Zeitintervall im Dauerbetrieb des Schmiermittelkreislaufs reduziert und damit die Störanfälligkeit des gesamten Schmiermittelkreislaufes reduziert.
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Der Schmiermittelkreislauf kann wenigstens einen Temperatursensor und wenigstens eine Steuereinrichtung umfassen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass das Wegeventil die Regeleinrichtung über eine erste Arbeitsleitung einseitig ansteuert. Die erste Arbeitsleitung stellt eine fluidische Verbindung zwischen dem Wegeventil und der Regeleinrichtung zur Verfügung, wobei das Wegeventil den Strömungsweg des Schmiermittels zwischen der Versorgungsleitung und der ersten Arbeitsleitung steuert bzw. regelt.
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In einer ersten Stellung des Wegeventils ist der Strömungsweg zwischen der Versorgungsleitung und der ersten Arbeitsleitung versperrt. In einer zweiten Stellung des Wegeventils ist der Strömungsweg zwischen der Versorgungsleitung und der ersten Arbeitsleitung geöffnet. Ist das Wegeventil in der zweiten Stellung, strömt das Schmiermittel über die erste Arbeitsleitung in die Regeleinrichtung, wobei hierdurch eine Druckerhöhung zwischen dem Gehäuse der Regeleinrichtung und einem zylinderförmigen Bauteil des Schaltkolbens erzeugt wird, sodass eine Axialverschiebung des Schaltkolbens innerhalb des Gehäuses der Regeleinrichtung erzielt wird, wobei der Schaltkolben aus einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung überführt wird. Beim Übergang von der zweiten Stellung des Wegeventils in die erste Stellung wird die Druckzufuhr zur Regeleinrichtung unterbrochen, wobei der Schaltkolben durch ein Rückstellelement, wie zum Beispiel eine Rückstellfeder, axial verschoben und aus der zweiten Schaltstellung in eine erste Schaltstellung überführt wird.
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Es können geeignete Rückleitungen vom Wegeventil zum Schmiermittelkreislauf vorgesehen sein. Durch eine einseitige Ansteuerung des Schaltkolbens lassen sich Arbeitsleitungen und der gegebenenfalls Rückleitungen einsparen, sodass sich ein kompakter Aufbau des Schmiermittelkreislaufes ergibt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass das Wegeventil als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist, um einen einfachen und kostengünstigen Aufbau zu ermöglichen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass das Wegeventil die Regeleinrichtung über eine erste Arbeitsleitung und eine zweite Arbeitsleitung zweiseitig ansteuert. Die erste Arbeitsleitung stellt eine fluidische Verbindung zwischen dem Wegeventil und der Regeleinrichtung zur Verfügung, wobei das Wegeventil den Strömungsweg des Schmiermittels zwischen der Versorgungsleitung und der ersten Arbeitsleitung steuert bzw. regelt. Die zweite Arbeitsleitung stellt eine weitere fluidische Verbindung zwischen dem Wegeventil und der Regeleinrichtung zur Verfügung, wobei das Wegeventils den Strömungsweg des Schmiermittels zwischen der Versorgungsleitung und der zweiten Arbeitsleitung steuert bzw. regelt.
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In einer ersten Stellung des Wegeventils ist der Strömungsweg zwischen der Versorgungsleitung und der ersten Arbeitsleitung geöffnet, wobei der Strömungsweg zwischen der Versorgungsleitung und der zweiten Arbeitsleitung gesperrt ist. In einer zweiten Stellung des Wegeventils ist der Strömungsweg zwischen der Versorgungsleitung und der ersten Arbeitsleitung gesperrt, wobei der Strömungsweg zwischen der Versorgungsleitung und der zweiten Arbeitsleitung geöffnet ist.
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Ist das Wegeventils in der ersten Stellung, strömt das Schmiermittel über die erste Arbeitsleitung in die Regeleinrichtung, wobei hierdurch eine Druckerhöhung zwischen dem Gehäuse der Regeleinrichtung und einem ersten zylinderförmigen Bauteil des Schaltkolbens erzeugt wird, sodass eine Axialverschiebung des Schaltkolbens innerhalb des Gehäuses der Regeleinrichtung erzielt wird. Beim Übergang von der zweiten Stellung in die erste Stellung des Wegeventils wird die Druckzufuhr auf ein zweites zylinderförmigen Bauteil des Schaltkolbens verlagert, wobei der Schaltkolben im Vergleich zur ersten Stellung des Wegeventils eine Axialbewegung in entgegengesetzter Richtung ausführt.
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Es können geeignete Rückleitungen vom Wegeventil zum Schmiermittelkreislauf vorgesehen sein. Durch den Verzicht auf ein Rückstellelement in der Regeleinheit wird die Anzahl der Komponenten reduziert, die verschmutzen können, sodass die Störanfälligkeit des Schmiermittelkreislaufs weiter reduziert wird.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass das Wegeventil als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist, um einen einfachen und kostengünstigen Aufbau zu ermöglichen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass der Schmiermittelfilter in der Einlassleitung und/oder in der Auslassleitung vorgesehen ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die Versorgungsleitung eine Drossel aufweist, um über eine Druckanpassung eine Zwischenstellung des Schaltkolbens anzusteuern.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Arbeitsleitung eine Drossel aufweist, um über eine Druckanpassung eine Zwischenstellung des Schaltkolbens anzusteuern.
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Ferner bezieht sich der Erfindung auf eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Schmiermittelkreislauf. Die Brennkraftmaschinen umfasst dabei eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Wegeventils, wobei die Steuereinrichtung mit dem Wegeventil kommunizierend verbunden ist. Zusätzlich ist ein Temperatursensor zur Ermittlung der Schmiermitteltemperatur vorgesehen, wobei die Steuereinrichtung mit dem Temperatursensor kommunizierend verbunden ist. Ferner ist eine Fördereinrichtung zur Förderung des Schmiermittels im Schmiermittelkreislauf vorgesehen, wobei die Steuereinrichtung mit der Fördereinrichtung kommunizierend verbunden ist.
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Unter einer kommunizierenden Verbindung ist zu verstehen, dass zwischen zwei miteinander kommunizierend verbundenen Komponenten eine bidirektionale oder unidirektionale Datenverbindung vorgesehen sein kann, mit der elektrische Steuer-, Regel-, und/oder Messsignale in analoger oder digitaler Form übertragbar sind. Die Kommunikation zwischen mehr als zwei Komponenten kann mit einem Bussystem realisiert sein.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine vereinfachte Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Schmiermittelkreislaufs,
- 2 eine vereinfachte Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schmiermittelkreislaufs,
- 3 eine vereinfachte Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schmiermittelkreislaufs,
- 4 eine vereinfachte Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
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Wie in der 1 dargestellt ist, weist ein erfindungsgemäßer Schmiermittelkreislauf 1 eine Einlassleitung 2 und eine Auslassleitung 3 auf, wobei diese Leitungen 2, 3 beispielsweise direkt oder über weitere Leitungen mit einer nicht dargestellten Fahrzeugkomponente, die eine Schmierung erfordert, verbunden sein können. Das von der Fahrzeugkomponente oder einem Schmiermittelreservoir kommende Schmiermittel strömt entlang einer Einströmrichtung 14 in die Einlassleitung 2 des Schmiermittelkreislaufs 1. Über die Auslassleitung 3 strömt das Schmiermittel entlang einer Ausströmrichtung 15 aus dem Schmiermittelkreislauf 1 und kann der jeweiligen Fahrzeugkomponente wieder zugeführt werden.
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Zwischen der Einlassleitung 2 und der Auslassleitung 2 ist eine Schmiermittelleitung 4 und eine Bypass-Leitung 5 vorgesehen. Sowohl die Schmiermittelleitung 4 als auch die Bypass-Leitung 5 münden in Strömungsrichtung des Schmiermittels gesehen in der Auslassleitung 3. Zwischen der Einlassleitung 2, der Schmiermittelleitung 4 und der Bypass-Leitung 5 ist eine Regeleinrichtung 6 mit einem Schaltkolben 7 vorgesehen, die in den Figuren nur schematisch dargestellt sind.
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Der Schaltkolben 7 kann entlang seiner Axialachse beweglich in einem Gehäuse der Regeleinrichtung 6 gelagert sein. Der Schaltkolben 7 kann eine hantelförmige Ausgestaltung aufweisen, die beispielsweise zwei zueinander beabstandete zylinderförmigen Bauteile mit jeweils einem gewissen Querschnittsdurchmesser vorsehen kann, wobei diese beiden zylinderförmigen Bauteile durch ein weiteres Verbindungsbauteil miteinander verbunden sein können, wobei der Querschnittsdurchmesser des Verbindungsbauteils kleiner sein kann als der Querschnittdurchmesser der zylinderförmigen Bauteile.
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In der Schmiermittelleitung 4 ist ein Schmiermittelkühler 8 vorgesehen, der einen Wärmetausch zwischen dem Schmiermittel und der Umgebung des Schmiermittelkühlers 8 ermöglicht, um eine Kühlung der Schmiermittels zu erzielen. In der Auslassleitung 3 ist ein Schmiermittelfilter 9 vorgesehen, der das Schmiermittel von Verunreinigung befreit, die beispielsweise bei der Verwendung des Schmiermittels in der Fahrzeugkomponente aufgenommen wurden.
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Die Regeleinrichtung 6 wird über ein Wegeventil 10 angesteuert, welches als elektrohydraulisches Magnetventil ausgebildet sein. Das Wegeventil 10 wird über eine Versorgungsleitung 11 mit Schmiermittel des Schmiermittelkreislaufs 1 versorgt, wobei das Schmiermittel als Druckquelle dient. Hierbei ist die Versorgungsleitung 11 stromab des Schmiermittelfilters 9 mit dem Schmiermittelkreislauf 1 fluidisch verbunden. Der Schmiermittelfilter 9 ist in der Auslassleitung 3 angeordnet.
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Das Wegeventil 10 ist über eine erste Arbeitsleitung 12 mit der Regeleinrichtung 6 fluidisch verbunden. In einer ersten Stellung des Wegeventils 10 ist der Strömungsweg zwischen der Versorgungsleitung 11 und der ersten Arbeitsleitung 12 versperrt. In einer zweiten Stellung des Wegeventils 10 ist der Strömungsweg zwischen der Versorgungsleitung 11 und der ersten Arbeitsleitung 12 geöffnet.
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In der ersten Stellung des Wegeventils 10 ist der Strömungsweg zwischen der Einlassleitung 2 und der Schmiermittelleitung 4 geöffnet, wobei der Strömungsweg zwischen der Einlassleitung 2 und der Bypass-Leitung 5 geschlossen ist. Hierfür wird der Schaltkolben 7 in der Regeleinrichtung 6 durch eine Rückstellfeder 16 in die entsprechende Stellung überführt.
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In der zweiten Stellung des Wegeventils 10 wird zwischen einem Teil des Schaltkolbens 7, der der Rückstellfeder gegenüberliegt, und dem Gehäuse der Regeleinrichtung 6 ein Überdruck erzeugt, sodass der Schaltkolben 7 eine Axialverschiebung in Richtung der Rückstellfeder 16 durchführt. Hierdurch wird der Strömungsweg zwischen der Einlassleitung 2 und der Schmiermittelleitung 4 versperrt, wobei der Strömungsweg zwischen der Einlassleitung 2 und der Bypass-Leitung 5 geöffnet wird.
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In der 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schmiermittelkreislaufes 1 gezeigt, der sich im Vergleich zum Schmiermittelkreislauf 1 in 1 dadurch unterscheidet, dass die Regeleinrichtung 6 keine Rückstellfeder aufweist und über eine erste Arbeitsleitung 12 und eine zweite Arbeitsleitung 13 angesteuert wird.
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In der 3 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schmiermittelkreislaufes 1 gezeigt, der dem Schmiermittelkreislauf 1 in 2 entspricht, wobei jedoch der Schmiermittelfilter 9 nicht in der Auslassleitung 3, sondern in der Einlassleitung 2 angeordnet ist.
In der 4 ist eine Brennkraftmaschine 18 mit einem Schmiermittelkreislauf 1 dargestellt, wobei der Schmiermittelkreislauf 1 in 4 dem Schmiermittelkreislauf 1 in 1 entspricht, wobei in der Versorgungsleitung 11 zusätzlich eine Drossel 17 vorgesehen ist. Durch die Drossel 17 kann der Schmiermitteldruck, der auf den Schaltkoben 7 wirkt, begrenzt werden. Durch ein Wechselspiel des Schmiermitteldrucks und der Rückstellkraft der Rückstellfeder 16 kann der Schaltkolben 7 eine Zwischenstellung einnehmen, die zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung liegt, sodass das Schmiermittel teilweise durch den Schmiermittelkühler 8 und teilweise durch die Bypass-Leitung 5 strömt. Hierdurch lässt sich der Grad der Kühlung des Schmiermittels regulieren.
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Die Brennkraftmaschine 18 ist über eine Fluidleitung 26 und eine weitere Fluidleitung 27 mit dem Schmiermittelkreislauf 1 fluidisch verbunden, wobei zwischen der Fluidleitung 26 und der Einlassleitung 2 ein Temperatursensor 20 vorgesehen ist. Zwischen der Fluidleitung 27 und der Auslassleitung 3 ist eine Fördereinrichtung 21 zur Förderung des Schmiermittels vorgesehen.
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Die Brennkraftmaschine 18 ist über eine Steuerleitung 25 kommunizierend mit einer Steuereinrichtung 19 verbunden. Der Temperatursensor 20 ist über eine Steuerleitung 24 kommunizierend mit einer Steuereinrichtung 19 verbunden. Das Wegeventil 10 ist über eine Steuerleitung 22 kommunizierend mit einer Steuereinrichtung 19 verbunden. Die Fördereinrichtung 21 ist über eine Steuerleitung 23 kommunizierend mit einer Steuereinrichtung 19 verbunden.
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Die Steuereinrichtung 19 kann zum Betrieb der Brennkraftmaschine 18 und des Schmiermittelkreislauf 1 ausgebildet oder programmiert sein. Aufgrund der vereinfachten schematischen Darstellung sind erforderliche Rückleitungen übersichtshalber nicht dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016113812 A1 [0003]
