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VERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der provisorischen
US-Patentanmeldung Nr. 62/830,052 eingereicht am 5. April 2019, deren Inhalte hier durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
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GEBIET DER TECHNIK
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Die Erfindung bezieht sich auf verschiedene Wärmetauscheranordnungen, wobei ein Ventilmechanismus, wie ein Steuer- bzw. Regelventil oder ein thermisches Bypassventil, und ein Druckbypass in dem Wärmetauscher integriert ist.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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In der Autoindustrie werden häufig Steuerventile und/oder thermische Ventile in Kombination mit Wärmetauschern verwendet, um entweder ein Fluid zum Erwärmen/Kühlen zu einer Wärmetauschereinheit zu leiten oder um das Fluid anderswohin in dem Fluidkreis in dem Fahrzeugsystem zu leiten, um den Wärmetauscher zu „umgehen“. Steuerventile oder thermische Ventile werden auch in Kraftfahrzeugsystemen verwendet, um die Temperatur eines bestimmten Fluids abzutasten und es zu einem geeigneten Wärmetauscher entweder zum Wärmen oder Kühlen zu leiten und sicherzustellen, dass die in den Kraftfahrzeugsystemen zirkulierenden Fluide in gewünschten Temperaturbereichen liegen.
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Traditionell wurden Steuerventile oder thermische Bypassventile häufig durch externe Fluidleitungen in ein Wärmeaustauschsystem einbezogen, die ihrerseits mit einem Einlass/Auslass eines Wärmetauschers verbunden sind, wobei die Steuerventile von dem Wärmetauscher getrennt und entweder stromaufwärts oder stromabwärts des Wärmetauschers mit den externen Fluidleitungen verbunden sind. Diese Arten von Fluidverbindungen verlangen viele Teile/Komponenten, die die Anzahl von individuellen Fluidverbindungen in dem gesamten Wärmetauschersystem erhöhen. Dies kommt nicht nur zu den dem Fahrzeugsystem zugeordneten Gesamtkosten hinzu, sondern kann auch mehrere mögliche Punkte des Ausfalls und/oder der Leckage mit sich bringen. Abmessungseinschränkungen sind auch ein Faktor in der Automobilindustrie mit einem Trend zu kompakteren Einheiten oder Komponentenstrukturen.
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Somit gibt es einen Bedarf für verbesserte Wärmetauscheranordnungen, die verbesserte Verbindungen zwischen den Steuerventilen und den zugeordneten Wärmetauschern bieten können und auch kompaktere Gesamtanordnungen ergeben können.
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ABRISS DER VORLIEGENDEN OFFENBARUNG
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Wärmetauscheranordnung vorgesehen, die einen Wärmetauscher und eine Thermoventil-Integrationseinheit, die fest an dem Wärmetauscher befestigt ist, einen Druckbypass und eine Druckbypass-Ventilgruppe umfasst.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher: eine Mehrzahl von ersten und zweiten Fluidströmungskanälen in Wärmeaustauschbeziehung; eine erste Verteilerleitung und eine zweite Verteilerleitung, die durch eine Mehrzahl von ersten Fluidströmungskanälen verbunden sind, eine dritte Verteilerleitung und eine vierte Verteilerleitung, die durch eine Mehrzahl von zweiten Fluidströmungskanälen verbunden sind.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst die Thermoventil-Integrationseinheit ein Gehäuse und einen thermischen Ventilmechanismus; wobei das Gehäuse erste bis sechste Fluidanschlüsse umfasst, wobei drei der Fluidanschlüsse für den Einlass eines ersten Fluids in die Thermoventil-Integrationseinheit vorgesehen sind und drei der Fluidanschlüsse für den Auslass des ersten Fluids aus der Thermoventil-Integrationseinheit vorgesehen sind.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst das Gehäuse außerdem einen Innenraum mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, wobei der Innenraum eine Längsachse des Gehäuses definiert und wobei der zweite Abschnitt des Innenraums eine Ventilkammer definiert.
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Entsprechend einem Aspekt sehen der erste und zweite Fluidanschluss eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der ersten und zweiten Verteilerleitung des Wärmetauschers vor, wobei einer des ersten und zweiten Fluidanschlusses für den Einlass des ersten Fluids von dem Wärmetauscher zu der Thermoventil-Integrationseinheit vorgesehen ist und der andere des ersten und zweiten Fluidanschlusses für den Auslass des ersten Fluids von der Thermoventil-Integrationseinheit zu dem Wärmetauscher vorgesehen ist.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst der Druckbypass eine in dem Wärmetauscher ausgebildete erste Bypassöffnung und zweite Bypassöffnung und einen Bypassströmungskanal, wobei der Bypassströmungskanal in Fluidverbindung mit der ersten Verteilerleitung über die erste Bypassöffnung und in Fluidverbindung mit der zweiten Verteilerleitung über die zweite Bypassöffnung ist.
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Entsprechend einem Aspekt ist die Druckbypass-Ventilgruppe angepasst, eine Strömung des ersten Fluids durch den Bypassströmungskanal, in dem der Fluiddruck in dem Wärmetauscher geringer ist als ein Schwellendruck, zu sperren und eine Strömung des ersten Fluids durch den zweiten Fluidströmungskanal zuzulassen.
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Entsprechend einem Aspekt ist der Bypassströmungskanal außerhalb des Wärmetauschers angeordnet.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher eine erste und zweite Abschlussplatte an entgegengesetzten Enden eines Wärmetauscherkerns, der einen Stapel von Kernplatten aufweist; wobei die erste und zweite Bypassöffnung in der zweiten Abschlussplatte vorgesehen ist; und wobei der Bypassströmungskanal an der Außenfläche der zweiten Abschlussplatte vorgesehen ist.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst der Bypassströmungskanal einen langgestreckten Kanal, der an der Außenfläche der zweiten Abschlussplatte vorgesehen ist.
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Entsprechend einem Aspekt ist der langgestreckte Kanal von einem planaren Abdichtflansch umgeben, der die erste und zweite Bypassöffnung verschließt, derart dass der Bypassströmungskanal einen abgedichteten Strömungskanal umfasst, der angepasst ist, das erste Wärmeübertragungsfluid zwischen der ersten und zweiten Bypassöffnung außerhalb des Kerns des Wärmetauschers zu führen.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst die Druckbypass-Ventilgruppe ein Gehäuse mit einem ersten Ende in abgedichteter Fluidverbindung mit einer Öffnung in dem Bypassströmungskanal, die mit der ersten Bypassöffnung ausgerichtet ist.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst die Druckbypass-Ventilgruppe außerdem einen ringförmigen Ventilsitz, der innerhalb des Bypassströmungskanals liegt und die erste Bypassöffnung umgibt; und ein Ventilelement, das geeignet ist, eine fluiddichte Abdichtung zu dem Ventilsitz zu bilden und verschiebbar in dem Gehäuse der Druckbypass-Ventilgruppe zu und von dem Ventilsitz weg angeordnet ist.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst die Druckbypass-Ventilgruppe außerdem ein Federelement, das das Ventilelement zu dem Ventilsitz vorspannt; wobei das Federelement durch Aufbringen einer Fluidkraft größer als der Schwellendruck auf das Ventilelement komprimierbar ist.
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Entsprechend einem Aspekt sehen der dritte und vierte Fluidanschluss der Thermoventil-Integrationseinheit eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses und einer ersten entfernten Fahrzeugkomponente vor, wobei einer des dritten und vierten Fluidanschlusses für den Einlass des ersten Fluids von der ersten entfernten Fahrzeugkomponente zu der Thermoventil-Integrationseinheit vorgesehen ist und der andere des dritten und vierten Fluidanschlusses für den Auslass des ersten Fluids von der Thermoventil-Integrationseinheit zu der ersten entfernten Fahrzeugkomponente vorgesehen ist.
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Entsprechend einem Aspekt sehen der fünfte und sechste Fluidanschluss eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses und einer zweiten entfernten Fahrzeugkomponente vor, wobei einer des fünften und sechsten Fluidanschlusses für den Einlass des ersten Fluids von der zweiten entfernten Fahrzeugkomponente zu der Thermoventil-Integrationseinheit vorgesehen ist und der andere des fünften und sechsten Fluidanschlusses für den Auslass des ersten Fluids von der Thermoventil-Integrationseinheit zu der zweiten entfernten Fahrzeugkomponente vorgesehen ist.
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Entsprechend einem Aspekt sind der zweite, dritte und fünfte Fluidanschluss des Gehäuses in Fluidverbindung mit jedem anderen über den zweiten Abschnitt des Innenraums; und wobei der zweite, dritte und fünfte Fluidanschluss des Gehäuses in Fluidverbindung mit jedem anderen über den zweiten Abschnitt des Innenraums sind.
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Entsprechend einem Aspekt ist der thermische Ventilmechanismus entlang der Längsachse gerichtet und umfasst: ein erstes Ventilelement, das entlang der Längsachse zum Öffnen und Verschließen einer ersten Ventilöffnung, die in dem zweiten Abschnitt des Innenraums liegt, bewegbar ist, wobei das erste Ventilelement und die erste Ventilöffnung zwischen dem dritten Fluidanschluss und dem fünften Fluidanschluss, die in Längsrichtung zueinander beabstandet sind, liegen, wobei die Bewegung des ersten Ventilelementes durch das temperaturabhängige Stellelement bewirkt wird; und ein zweites Ventilelement, das entlang der Längsachse zum Öffnen und Verschließen einer zweiten Ventilöffnung, die in dem zweiten Abschnitt des Innenraums liegt, bewegbar ist, wobei das zweite Ventilelement und die zweite Ventilöffnung zwischen dem zweiten Fluidanschluss und dem fünften Fluidanschluss, die in Längsrichtung zueinander beabstandet sind, liegen, wobei die Bewegung des zweiten Ventilelementes durch das temperaturabhängige Stellelement bewirkt wird.
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Entsprechend einem Aspekt liegt der fünfte Fluidanschluss entlang der Längsachse zwischen dem zweiten und dritten Fluidanschluss.
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Entsprechend einem Aspekt sind das erste und zweite Ventilelement mit dem temperaturabhängigen Stellelement verbunden.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst das temperaturabhängige Stellelement, das einen allgemein zylindrischen Stellelementkörper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende umfasst, wobei das erste Ventilelement am ersten Ende des Stellelementkörpers vorgesehen ist und das zweite Ventilelement am zweiten Ende des Stellelementkörpers vorgesehen.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst das erste und zweite Ventilelement eine ringförmige Scheibe, die an dem ersten Ende des temperaturabhängigen Stellelements angebracht ist.
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Entsprechend einem Aspekt ist das zweite Ventilelement an einer zylindrischen Außenfläche des Ventilstellelements verschiebbar aufgenommen und zu dem zweiten Ende des Stellelements durch ein erstes Federelement vorgespannt, das eine Spiralfeder umfasst, die um die zylindrische Außenfläche des Stellelements vorgesehen ist.
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Entsprechend einem Aspekt ist der Wärmetauscher ein Getriebeölerhitzer; wobei das erste Fluid ein Getriebeöl ist; wobei die erste entfernt liegende Fahrzeugkomponente, die in Fluidverbindung mit dem Innenraum über den dritten und vierten Fluidanschluss ist, einen Getriebeölkühler umfasst; und wobei die zweite entfernt liegende Fahrzeugkomponente, die in Fluidverbindung mit dem Innenraum über den fünften und sechsten Fluidanschluss ist, ein Getriebe umfasst.
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Entsprechend einem Aspekt weist das Gehäuse einen einzigen einstückigen Aufbau auf und umfasst eine Grundplatte die direkt mit dem Wärmetauscher verbunden ist; wobei die Grundplatte eine Bodenfläche aufweist, die abdichtend an eine erste Abschlussplatte des Wärmetauschers angeschlossen ist; und wobei der erste und zweite Fluidanschluss sich durch die Grundplatte von der Bodenfläche zu dem Innenraum erstrecken, um eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum und der ersten und zweiten Verteilerleitung des Wärmetauschers herzustellen.
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Entsprechend einem Aspekt sind der erste und zweite Abschnitt des Innenraums des Gehäuses entlang der Längsachse beabstandet und fluidisch voneinander isoliert.
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Entsprechend einem Aspekt ist ein Fluidzirkulationssystem in einem Motorfahrzeug vorgesehen, das die hier beschriebene Wärmetauscheranordnung umfasst, wobei der Wärmetauscher ein Getriebeölerhitzer-Wärmetauscher ist, der einen Kühlmitteleinlass und -auslass aufweist, wobei das erste Fluid ein Getriebeöl ist und das zweite Fluid ein Motorkühlmittel ist.
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Entsprechend einem Aspekt umfasst das Fluidzirkulationssystem außerdem eine Brennkraftmaschine, die einen Kühlmitteleinlass und -auslass aufweist; einen Getriebeölkühler; ein Paar von Getriebeölleitungen, die den dritten und vierten Fluidanschluss der Ventil-Integrationseinheit mit dem Getriebeölkühler verbinden; und ein Paar von Kühlmittelleitungen, die den Kühlmitteleinlass und -auslass der Brennkraftmaschine mit dem Kühlmitteleinlass und -auslass des Getriebeöl-Wärmetauschers verbinden.
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Entsprechend einem Aspekt des Fluidzirkulationssystems ist der Getriebeöl-Wärmetauscher ein Getriebeölerhitzer oder ein zweiter Getriebeölkühler.
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Figurenliste
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 eine perspektivische Aufsicht auf eine Wärmetauscheranordnung mit einer integrierten Ventilstruktur und einem Druckentlastungsmerkmal entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
- 2 eine perspektivische Ansicht von unten der Wärmetauscheranordnung von 1 ist;
- 3 eine perspektivische Ansicht der Wärmetauscheranordnung von 1 ist; wobei der obere Teil der Wärmetauscheranordnung in einem teilweise auseinander genommenen Zustand ist;
- 4 eine perspektivische Ansicht der Wärmetauscheranordnung von 1 ist; wobei der untere Teil der Wärmetauscheranordnung in einem teilweise auseinander genommenen Zustand ist;
- 5 eine perspektivische Ansicht der Bodenplatte und Abdichtflanschplatte der Wärmetauscheranordnung von 1 ist;
- 6 ein Längsquerschnitt entlang der Linie 6-6' der 2 durch die Kühlmittelverteilerleitungen des Wärmetauschers ist;
- 7 ein Längsquerschnitt entlang der Linie 7-7' der 2 durch die Ventilkammer der Ventilintegrationseinheit ist;
- 8 ein Längsquerschnitt entlang der Linie 8-8' der 2 durch die Ölverteilerleitungen und das Druckbypassventil ist;
- 9 ein teilweise vergrößerter Abschnitt des Querschnitts von 8 ist, der das Druckbypassventil und seine unmittelbare Umgebung zeigt;
- 10 eine Explosionsansicht der Komponenten ist, die das Druckbypassventil bilden, ist;
- 11 eine perspektivische Ansicht von oben des Gehäuses der Thermoventil-Integrationseinheit ist;
- 12 ein Längsquerschnitt durch die Wärmetauscheranordnung nach 1 ist, der das Thermoventil im kalten Zustand zeigt;
- 13 ein Längsquerschnitt durch die Wärmetauscheranordnung nach 1 ist, der das Thermoventil im warmen Zustand zeigt;
- 14 ein Längsquerschnitt durch das Gehäuse entlang der Linie 14-14' der 11 ist;
- 15 eine perspektivische Ansicht von unten des Gehäuses zusammen mit dem thermischen Ventilmechanismus und der oberen Platte des Wärmetauschers ist;
- 16 eine Explosionsansicht des thermischen Ventilmechanismus ist;
- 17 eine schematische Ansicht eines Getriebeöl-Zirkulationssystems im kalten Zustand ist; und
- 18 eine schematische Ansicht eines Getriebeöl-Zirkulationssystems im warmen Zustand ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Wärmetauscheranordnung 10 entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform wird nun unter besonderer Bezugnahme auf die 1 bis 16 beschrieben.
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Die Wärmetauscheranordnung 10 umfasst einen Wärmetauscher 12, eine Thermoventil-lntegrationseinheit14 und eine Druckbypass-Ventilgruppe 16.
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Der Wärmetauscher 12 weist mehrere gestanzte Wärmetauscherkernplatten 18, 20 auf, die in abwechselnd gestapelter und verlöteter Beziehung zueinander angeordnet sind, um einen Wärmetauscherkern 22 mit einander abwechselnden ersten und zweiten Fluidströmungskanälen 24, 26, die zwischen den gestapelten Kernplatten 18, 20 ausgebildet sind, zu bilden. Die ersten Fluidströmungskanäle 24 sind dafür da, ein erstes Wärmeübertragungsfluid strömen zu lassen, und die zweiten Fluidströmungskanäle 26 sind dafür da, ein zweites Wärmeübertragungsfluid strömen zu lassen. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Wärmeübertragungsfluid (hierin auch als „erstes Fluid“ oder „Öl“ bezeichnet) ein Getriebeöl und das zweite Wärmeübertragungsfluid (hierin auch als „zweites Fluid“ oder „Kühlmittel“ bezeichnet) ist ein Motorkühlmittel, das typischerweise Glykol oder ein Glykol-Wasser-Gemisch umfasst. In anderen Ausführungsformen kann das erste Wärmeübertragungsfluid Motoröl sein. Es sei verstanden, dass das Kühlmittel abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen dem Öl und dem Kühlmittel, das vom Betriebszustand des Kraftfahrzeugs abhängt, entweder Wärme aus dem Öl aufnehmen kann oder Wärme auf das Öl übertragen kann.
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Die Kernplatten 18, 20 können einander gleich sein, wobei die abwechselnde Anordnung von Kernplatten 18, 20 dadurch vorgesehen wird, dass jede zweite Kernplatte 18, 20 in dem Stapel um 180 Grad (das heißt Ende auf Ende) in Bezug auf die angrenzenden Kernplatten 18, 20 in dem Stapel gedreht wird.
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Die Kernplatten 18, 20 umfassen jeweils einen allgemein planaren Grundteil 28, der auf allen Seiten von geneigten Randwänden 30 umgeben ist. Die Kernplatten 18, 20 sind übereinander gestapelt, wobei ihre Randwände 30 ineinander geschachtelt und miteinander abgedichtet sind. Jede Kernplatte 18, 20 ist mit vier Öffnungen 32, 34, 36, 38 in der Nähe ihrer vier Ecken versehen, von denen jede als Einlass oder als Auslass für das erste oder das zweite Wärmeübertragungsfluid dient, je nach Bedarf der jeweiligen Anwendung. Zwei Öffnungen 32, 34 sind in Bezug auf den Grundteil 28 der Kernplatte 18, 20 erhöht, und bilden erhabene Vorsprünge, die eine flache, die Öffnungen 32, 34 umgebende Abdichtfläche aufweisen. Die anderen zwei Öffnungen 36, 38 sind koplanar mit dem Grundteil 28 der Platte 18, 20 und bündig mit diesem ausgebildet. Die zwei erhabenen Öffnungen 32, 34 sind an entgegengesetzten Enden der Kernplatte 18, 20 angeordnet und die zwei bündigen Öffnungen 36, 38 sind in gleicher Weise an entgegengesetzten Enden der Kernplatte 18, 20 angeordnet.
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Die erhabenen Öffnungen 32, 34 in einer Kernplatte 18 oder 20 sind mit den flachen oder koplanaren Öffnungen einer angrenzenden Kernplatte 18 oder 20 ausgerichtet, wobei die die erhabenen Öffnungen 32, 34 umgebende flache Abdichtfläche gegen den Bereich des Grundteils 28 abdichtet, der die bündigen Öffnungen 36, 38 der angrenzenden Kernplatte 18 oder 20 umgibt. Dieser Eingriff zwischen den Kernplatten 18, 20 beabstanden die Grundteile 28 von benachbarten Kernplatten 18, 20 voneinander, wodurch die einander abwechselnden ersten und zweiten Fluidkanäle 24, 26 definiert werden. Jeder Fluidströmungskanal 24 oder 26 wird Einlass- und Auslassöffnungen haben, die durch die bündigen Öffnungen 36, 38 definiert sind, die mit den erhabenen Öffnungen 32, 34 einer benachbarten Kernplatte 18, 20 ausgerichtet sind.
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Jeder Fluidströmungskanal 24, 26 kann mit einer Turbulizerplatte 40 versehen sein, um die Wärmeübertragung zu verbessern, wie in der Technik bekannt ist. Jede Turbulizerplatte 40 schließt Ausschnitte für die Öffnungen 32, 34, 36, 38 ein. Die Höhe jeder Turbulizerplatte 40 ist ungefähr die gleiche wie die Höhe der Fluidströmungskanäle 24, 26, in denen sie liegt, derart dass die obere und untere Fläche der Turbulizerplatte 40 in Wärmekontakt mit den Kernplatten 18, 20 sind, zwischen denen die Fluidströmungskanäle 24, 26 definiert sind. Um die Klarheit der Querschnittsansichten der 6 bis 9 zu verbessern, sind die Turbulizerplatte 40 in diesen Figuren nicht gezeigt. Statt individuelle Turbulizerplatte 40 zu nehmen, die in jedem der Fluidströmungskanäle 24, 26 positioniert sind, können alternativ dazu an den Kernplatten 18, 20 selbst wärmeübertragungsverstärkende Merkmale ausgebildet sein, wie etwa Rippen und/oder Wannen, die im planaren Grundteil 28 der Kernplatten 18, 20 ausgebildet sind, wie im Stand der Technik bekannt ist.
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Die Öffnungen 32, 34, 36, 38 in den Kernplatten 18, 20 sind ausgebildet, eine erste Verteilerleitung 42 und eine zweite Verteilerleitung 44 zu bilden, die durch den ersten Fluidströmungskanäle 24 gekoppelt sind und eine dritte Verteilerleitung 46 und eine vierte Verteilerleitung 48, die durch zweite Fluidströmungskanäle 26 gekoppelt sind, zu bilden. Die erste oder die zweite Verteilerleitung 42, 44 können entweder die Öleinlass-Verteilerleitung oder Ölauslassverteilerleitung sein und die dritte oder die vierte Verteilerleitung 46, 48 können entweder die Kühlmitteleinlass-Verteilerleitung oder Kühlmittelauslass-Verteilerleitung sein, abhängig von der gewünschten Strömungsrichtung im Wärmetauscher 12. Die Strömungsrichtung des ersten Wärmeübertragungsfluids in dem ersten Fluidströmungskanal 24 kann gleich („gleichströmend“) oder entgegengesetzt („gegenströmend“) zu der Strömungsrichtung des zweiten Wärmeübertragungsfluids in dem zweiten Fluidströmungskanal 26 sein.
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Die obere und die untere Platte 50, 52 (hierin auch als „Abschlussplatten“ bezeichnet) umschließen den Kern 22 des Wärmetauschers 12. Gemäß der Diskussion bezüglich der Druckbypass-Ventilgruppe weiter unten, verschließen die obere und untere Platte 50, 52 zusammen ein Ende jeder Verteilerleitung 42, 44, 46, 48 und sehen eine Leitungsöffnung am anderen Ende der Verteilerleitung 42, 44, 46, 48 vor. Die Stellen der Leitungsöffnungen in Abschlussplatten 50, 52 werden von den Erfordernissen der jeweiligen Anwendung abhängen, so dass jede Abschlussplatte 50, 52 null bis vier Leitungsöffnungen aufweist, wobei die Gesamtanzahl dieser Leitungsöffnungen vier ist, d.h. eine für jede Verteilerleitung 42, 44, 46, 48.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die obere Platte 50 zwei Leitungsöffnungen 54, 56 auf, die Einlass- und Auslassöffnungen für das erste Wärmeübertragungsfluid (Öl) definieren, während die untere Platte 52 zwei Leitungsöffnungen 58, 60 aufweist, die Einlass- und Auslassöffnungen für das zweite Wärmeübertragungsfluid (Kühlmittel) definieren. Die Begriffe „untere“ und „obere“ werden hier nur aus Zweckmäßigkeit verwendet und sie sind konsistent mit der Orientierung der in den 1 und 2 gezeigten Wärmetauscheranordnung 10. Jedoch sollte durch die Verwendung dieser Begriffe nicht impliziert werden, dass die Wärmetauscheranordnung 10 in ihrer Verwendung irgendeine spezielle Orientierung haben muss.
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Wie in 5 gezeigt, weist die obere Platte 50 allgemein die gleiche Form wie die Kernplatten 18, 20 auf, die einen allgemein planaren Grundteil 28 und eine geneigte Randwand 30 aufweisen, und mit ihren zwei Leitungsöffnungen 54, 56, die bündig mit dem planaren Grundteil 28 sind und mit den zwei bündigen Öffnungen 36, 38 der unmittelbar benachbarten Kernplatte 18 oder 20 ausgerichtet sind. Wie aus den 6 bis 8 zu sehen ist, kann die obere Platte 50 etwas dicker als die Kernplatten 18, 20 sein, um die Steifigkeit des Wärmetauschers 12 zu verbessern. Auch kann der planare Grundteil 28 der oberen Platte 50 leicht größer sein als die planaren Grundteile 28 der Kernplatten 18, 20, derart dass die unmittelbar benachbarte Kernplatte 18 oder 20 mit der oberen Platte 50 verschachtelt ist, wobei ihr planarer Grundteil 28 abdichtend mit dem planaren Grundteil 28 der oberen Platte 50 im Eingriff ist. Somit ist die obere Platte 50 ausgebildet, dem ersten Wärmeübertragungsfluid (Öl) zu ermöglichen, in die erste Verteilerleitung 42 und aus der zweiten Verteilerleitung 44 des Wärmetauschers 12 durch ihre zwei Leitungsöffnungen 54, 56 an der oberen Seite des Wärmetauschers 12 einzuströmen bzw. auszuströmen, wobei der planare Grundteil 28 der oberen Platte 50 die oberen Enden der dritten und vierten Verteilerleitung 46, 48 abdichtet.
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Wie unten weiter erläutert wird, sieht die obere (äußere) Fläche der oberen Platte 50 eine Fläche vor, an der die Thermoventil-Integrationseinheit 14 montiert ist. In einigen Ausführungsbeispielen kann die obere Fläche der oberen Platte 50 mit Armaturen versehen sein, die in einem Paar von Ölanschlüssen der Thermoventil-Integrationseinheit 14 eingesetzt sind, allerdings ist die oberen Platte 50 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht mit solchen Armaturen versehen.
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Die untere Platte bzw. Bodenplatte 52 weist allgemein die gleiche Form wie die Kernplatten 18, 20 auf, die einen allgemein planaren Grundteil 28 und eine geneigte Randwand 30 aufweisen, und ist mit zwei Leitungsöffnungen 58, 60 versehen, die bündig mit dem planaren Grundteil 28 sind. Wenn die geneigte Randwand 30 der unteren Platte 52 mit der geneigten Rand 30 der unmittelbar benachbarten Kernplatte 18 oder 20 verschachtelt ist, sind die Leitungsöffnungen in einer ausgerichteten beabstandeten Beziehung mit den zwei bündigen Öffnungen 36, 38 der unmittelbar benachbarten Kernplatte 18 oder 20 und der planare Grundteil 28 der unteren Platte 52 ist abdichtend mit den Abdichtflächen, die die erhabenen Öffnungen 32, 34 der unmittelbar benachbarten Kernplatte 18 oder 20 umgeben, im Eingriff. Dies erzeugt einen Raum zwischen dem planaren Grundteils 28 der unteren Platte 52 und der unmittelbar benachbarten Kernplatte 18 oder 20. Dieser Raum definiert einen zweiten Fluidströmungskanal 26 und kann mit einer Turbulizerplatte 40 versehen sein, wie in 4 gezeigt. Somit ist die untere Platte 52 ausgebildet, dem zweiten Wärmeübertragungsfluid (Kühlmittel) zu ermöglichen, in die dritte und aus der vierten Verteilerleitung 46, 48 des Wärmetauschers 12 durch zwei Leitungsöffnungen 58, 60 an der unteren Seite des Wärmetauschers 12 einzuströmen bzw. auszuströmen.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sperrt oder dichtet der planare Grundteil 28 der unteren Platte 52 nicht vollständig die unteren Enden bzw. Bodenenden der ersten und zweiten Verteilerleitung 42, 44 ab. Vielmehr umfasst der planare Grundteil 28 der unteren Platte 52 ein Paar von bündigen Bypassöffnungen 62, 64, die mit den erhabenen Öffnungen 32, 34 der unmittelbar benachbarten Kernplatte 18 oder 20 ausgerichtet sind, um so eine Fluidverbindung mit der ersten und zweiten Verteilerleitung 42, 44 herzustellen. Die Bypassöffnungen 62, 64 können gegebenenfalls kleiner als die erhabenen Öffnungen 32, 34 der benachbarten Kernplatte 18, 20 sein, müssen es aber nicht.
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Die Wärmetauscheranordnung 10 umfasst außerdem einen Bypassströmungskanal 66, der eine Fluidverbindung zwischen den Bypassöffnungen 62, 64 außerhalb des Wärmetauscherkerns 22 liefert. In dieser Hinsicht umfasst der Bypassströmungskanal 66 einen langgestreckten Kanalweg oder eine langgestreckte Rippe 68, der bzw. die auf der Außen(Boden-)fläche des planaren Grundteils 28 der unteren Platte 52 vorgesehen ist. Der langgestreckte Kanalweg 68 ist von einem planaren Abdichtflansch 70 umgeben, der die zwei Bypassöffnungen 62, 64 umgibt und verschließt, um einen abgedichteten Strömungskanal zu bilden, der das erste Wärmeübertragungsfluid (Öl) zwischen den zwei Bypassöffnungen 62, 64 außerhalb des Kerns 22 führt.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der planare Abdichtflansch 70 in Form einer Plattenstruktur, die ein planares Basisteil 72 aufweist, das so bemessen und geformt ist, dass es in die geneigten Randwände 30 der unteren Platte 52 passt und flach gegen den planaren Grundteil 28 der unteren Platte 52 anliegt. Der langgestreckte Kanalweg 68 ist in Form einer Prägung ausgebildet, die in dem planaren Basisteil 72 des Abdichtflansches 70 vorgesehen ist.
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Da das planare Basisteil 72 des Abdichtflansches 70 im Wesentlichen die gleiche Abmessung und Form wie der planare Grundteil 28 der unteren Platte 52 hat, ist das planare Basisteil 72 des Abdichtflansches 70 auch mit einem Paar von Leitungsöffnungen 74, 76 versehen, die mit den Leitungsöffnungen 58, 60 der unteren Platte 52 ausgerichtet sind, um so eine Fluidverbindung mit der dritten und vierten Verteilerleitung 46, 48 herzustellen. Wie gezeigt, können die Leitungsöffnungen 74, 76 jeweils von einem hochstehenden ringförmigen Abdichtkranz 78 umgeben sind. Die Abdichtkränze 78 sind ausgebildet, in die Basisteile von rohrförmigen Armaturen 80, 82 zu passen und abgedichtete Verbindungen zu bilden, durch die das zweite Fluid (Kühlmittel) in den Wärmetauscher 12 einströmt und aus diesem ausströmt. Die rohrförmige Armaturen 80, 82 sind für eine Verbindung mit Schläuchen oder Rohren (nicht gezeigt) im Kühlmittelzirkulationssystem des Fahrzeugs ausgelegt. Es sei verstanden, dass das Vorsehen von Abdichtkränzen 78 an dem Abdichtflansch 70 nicht in allen Ausführungsbeispielen erforderlich ist. Beispielsweise können die Leitungsöffnungen 74, 76 einfache bündige Löcher oder Öffnungen sein und die Armaturen 80, 82 können jeweils mit flachen Abdichtflanschen versehen sein, um gegen die Außenfläche des Abdichtflansches 70 abzudichten. Auch muss in einigen Ausführungsbeispielen der Abdichtflansch 70 sich nicht über die Leitungsöffnungen 58, 60 der unteren Platte 52 erstrecken, in solchem Fall werden die Armaturen 80, 82 direkt mit der Außenfläche der unteren Platte 52 abdichtend verbunden sein.
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Wie aus den 6 bis 8 zu sehen ist, hat die untere Platte 52 eine ähnliche Dicke wie die Kernplatten 18, 20 und die Abdichtflanschplatte 70 kann etwas dicker sein. Daher kann die kombinierte Dicke der planaren Grundteile 28, 72 der unteren Platte 52 und der Abdichtflanschplatte 70 größer sein als die Dicken der Kernplatten 18, 20.
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Wie in den Figuren gezeigt, ist der langgestreckte Kanal bzw. Kanalweg 68 mit einer von einer flachen ringförmigen Fläche 86 umgebenen Öffnung 84 versehen, wobei die Öffnung 84 und die Abdichtfläche 86 ausgebildet sind, das Gehäuse 88 der Druckbypass-Ventilgruppe 16 aufzunehmen und abzudichten. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Breite des langgestreckten Kanals 68 in der Nähe der Bypassöffnung 62 vergrößert, um die Öffnung 84 und die umgebende ringförmige Fläche 86 aufzunehmen.
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Das Gehäuse 88 der Ventilgruppe 16 ist allgemein zylindrisch und hat eine hohle Bohrung 89 und ein erstes und zweites offenes Ende 90, 92. Wie gezeigt, kann das erste offene Ende 90 mit einer flachen ringförmigen Fläche 94 geformt sein, um gegen die ringförmige Fläche 86 des langgestreckten Kanals 68 zu lagern, und mit einem ringförmigen Ansatz 96, der ausgebildet ist, in die Öffnung 84 zu passen. Der ringförmige Ansatz 96 kann mit einer ringförmigen Nut 98 und mit einer Arretierung 100 versehen sein, um den Rand der Öffnung 84 aufzunehmen und mit diesem eine kraftschlüssige Verbindung vorzusehen, wodurch die Position des Gehäuses 88 relativ zu der Öffnung 84 aufrechterhalten wird und abgedichtet wird. Die hohle Bohrung 89 kann im Durchmesser durch einen sich nach innen erstreckenden Ansatz oder eine Schulter 101 verringert sein, die an dem ersten offenen Ende 90 des Gehäuses 88 aus Gründen, die unten erläutert werden, vorgesehen ist.
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Die Druckbypass-Ventilgruppe 16 kann außerdem einen ringförmigen Ventilsitz 102 umfassen, der innerhalb des Bypassströmungskanals 66 liegt und die erste Bypassöffnung 64 der unteren Platte 52 umgibt. Wie mit dem Gehäuse 88 kann der ringförmige Ventilsitz 102 mit einem ringförmigen Ansatz 104 versehen sein, der ausgebildet ist, in die Bypassöffnung 64 zu passen. Der ringförmige Ansatz 104 kann mit einer ringförmigen Nut 106 und mit einer Arretierung 100 versehen sein, um den Rand der Bypassöffnung 64 aufzunehmen und mit diesem eine kraftschlüssige Verbindung vorzusehen, wodurch die Position des Ventilsitzes 102 relativ zu der Öffnung 64 aufrechterhalten wird und abgedichtet wird. Der Innenrand des Ventilsitzes 102 kann mit einer Fase 103 zu Zwecken, die unten weiter erläutert werden, versehen sein.
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Das Gehäuse 88 und/oder der ringförmige Ventilsitz 102 können aus Metall oder einem elastischen Material, wie Kunststoff, hergestellt sein. Wenn das Gehäuse 88 und/oder der ringförmige Ventilsitz 102 aus Kunststoff bestehen, werden sie an den inneren Rändern der jeweiligen Öffnungen 84 und 64 befestigt, nachdem die Metallkomponenten der Wärmetauscheranordnung 10 durch Löten bzw. Schweißen zusammengesetzt sind. Bei dieser Art von Konstruktionen hat die Öffnung 84 im langgestreckten Kanal 68 einen ausreichend großen Durchmesser, um zu ermöglichen, dass der ringförmige Ventilsitz 102 durch die Öffnung 84 beim Zusammenbau hindurchgeht.
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Das zweite offene Ende 92 des Ventilgehäuses 88 ist durch einen allgemeinen zylindrischen Ventildeckel 110 abgedichtet, der geeignet ist, in die Bohrung 89 des Gehäuses 88 zu passen. Der Ventildeckel 110 weist eine ringförmige Nut 112 auf, die ein elastisches Abdichtelement, wie einen O-Ring 114, aufnimmt, wobei der O-Ring 114 eine fluiddichte Abdichtung mit der Innenfläche der Bohrung 89 bildet. Der Ventildeckel 110 wird durch einen flachen, ringförmigen, elastischen C-Ring 116 gehalten, der einen äußeren Rand aufweist, der in einer in der Bohrung 89 gebildeten ringförmigen Nut 118 am zweiten Ende 92 des Gehäuses 88 aufgenommen ist, wobei der innere Rand des C-Ringes 116 von der Innenbohrung 89 nach innen herausragt, um mit einer äußeren Stirnfläche 120 des Ventildeckels 110 in Eingriff treten. Der Ventildeckel 110 umfasst auch eine innere Stirnfläche 121, die unten erläutert wird.
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Die Druckbypass-Ventilgruppe 16 umfasst außerdem ein Ventilelement 122, das einen ersten Endabschnitt 124 aufweist, der ausgebildet ist, eine fluiddichte Abdichtung gegen den Ventilsitz 102 zu bilden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Ventilelement 124 allgemein zylindrisch und der erste Endabschnitt 124 weist eine geneigte, konische erste Stirnfläche 126 auf, die geeignet ist, gegen den schrägen Innenrand 103 des Ventilsitzes 102 abzudichten.
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Das Ventilelement 122 hat einen zweiten Endabschnitt 128 in Form eines Zylinders mit einer äußeren Zylinderfläche 130, die geeignet ist, entlang der Innenfläche der Bohrung 89 zu gleiten. Der zweite Endabschnitt 128 kann einen größeren Durchmesser als die nach innen herausragende Schulter 101 am ersten Ende 90 des Gehäuses 88 haben, um das Ventilelement 122 in der Bohrung 89 zu halten. Wie in 9 gezeigt, können der erste und zweite Endabschnitt 124, 128 durch einen oder mehrere Stege 132 zusammengesetzt werden und die gesamte Struktur des Ventilelementes 124 kann aus Metall hergestellt sein oder aus Kunststoff geformt werden.
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Die Druckbypass-Ventilgruppe 16 umfasst außerdem eine Spiralfeder 134, die unter Druck zwischen der Innenfläche 121 des Ventildeckels 110 und einer zweiten Stirnfläche 136 des Ventilelementes 122 aufgenommen ist, das mit entsprechenden ringförmigen Vorsprüngen 138, 140 versehen sein kann, die in die entgegengesetzten Enden der Feder 134 eingesetzt sind, um sie in Position zu halten. Da die Feder 134 unter Druck eingesetzt ist, wird sie das Ventilelement 122 in Eingriff mit dem Ventilsitz 102 bei normalen Druckbedingungen zwingen.
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Es kann gesehen werden, dass das Vorhandensein eines ausreichend hohen Drucks des ersten Fluids (Öl) in der ersten Verteilerleitung 42 (die als Öleinlassverteilerleitung im vorliegenden Ausführungsbeispiel betrachtet wird) gegen die Kraft der Feder 134 wirken wird und die erste Stirnfläche 126 des Ventilelementes 122 außer Eingriff in Bezug auf den Ventilsitz 102 zwingen wird, wodurch ermöglicht wird, dass das erste Fluid in den Bypassströmungskanal 66 einströmen und zu der Bypassöffnung 64 am entgegengesetzten Ende des Kanals 66 strömen kann. Das erste Fluid strömt dann in die zweite Verteilerleitung 44 (die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Ölauslassverteilerleitung betrachtet wird), wodurch die ersten Fluidströmungskanäle 24 umgangen werden. Sobald der Druck des ersten Fluids auf einen normalen Pegel zurückgeht, wird die Feder 134 die von dem ersten Fluids ausgeübte Kraft übersteigen und wieder das Ventilelement 122 in Eingriff mit dem Ventilsitz 102 bringen, um den Bypassströmungskanal 66 zu schließen.
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Die Ventilintegrationseinheit 14 wird nun unten beschrieben.
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Die Ventilintegrationseinheit 14 umfasst ein Gehäuse 352, das in einer Reihe von Figuren gezeigt ist. In dieser Hinsicht ist das Gehäuse 352 ohne das thermische Ventil oder die Armaturen in den 2 bis 4, 6 bis 8, 11, 14 und 15 gezeigt, während die 1, 12 und 13 die zusammengesetzte Thermoventil-Integrationseinheit 14 einschließlich des Gehäuses 352, des thermischen Ventils und der Armaturen zeigen.
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Das Gehäuse 352 umfasst eine Grundplatte 354, einen Innenraum 356 und sechs Ölanschlüsse 358, 360 362, 364, 366 und 368, wobei alle in Fluidverbindung mit dem Innenraum 356 sind. Das Gehäuse 352 kann eine einzelne einstückige Konstruktion sein und kann durch Gießen, Extrusion, Schmieden und/oder Maschinenbearbeitung hergestellt sein.
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Die Grundplatte 354 weist eine Bodenfläche 370 auf, die ausgebildet ist, mit der oberen Platte 50 des Wärmetauschers 12, zum Beispiel durch Löten, abdichtend verbunden zu werden. Der erste und zweite Ölanschluss 358, 360 erstrecken sich durch die Grundplatte 354 von der Bodenfläche 370 zu dem Innenraum 356, um eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum 356 und jeweils der ersten und zweiten Verteilerleitung 42, 44 des Wärmetauschers 12 herzustellen. Abhängig von der verlangten Anordnung der Ölanschlüsse in dem Gehäuse 352 braucht der erste Ölanschluss 358 und/oder der zweite Ölanschluss 360 nicht in direkter Ausrichtung mit den jeweiligen Leitungsöffnungen 54, 56 in der oberen Platte 50 oder mit der ersten und zweiten Verteilerleitung 42, 44 des Wärmetauschers 12 zu sein. Somit kann die Grundplatte 354 mit Verbindungsschlitzen versehen sein, die an einem ersten Ende in Fluidverbindung mit einem des ersten und zweiten Ölanschlusses 358, 360 sind und an einem zweiten Ende mit einer der Leitungsöffnungen 54, 56 der oberen Platte 50 ausgerichtet und in Fluidverbindung mit dieser sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein erster Verbindungsschlitz 372 entlang der Bodenfläche 370 der Grundplatte 354 gebildet, um eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Ölanschluss 358 und der Leitungsöffnung 54 in der oberen Platte 50 vorzusehen, und ein zweiter Verbindungsschlitz 374 ist entlang der Bodenfläche 370 der Grundplatte 354 gebildet, um eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Ölanschluss 360 und der Leitungsöffnung 56 in der oberen Platte 50 vorzusehen. Der erste und zweite Ölanschluss 358, 360 ermöglichen daher einen Einlass und Auslass von Öl zu und aus dem Wärmetauscher 12 und sehen eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum 356 des Gehäuses 352 und der ersten und zweiten Verteilerleitung 42, 44 und der Mehrzahl von ersten Fluidströmungskanäle 24 vor.
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Jeder des dritten, vierten, fünften und sechsten Ölanschlusses 362, 364, 366, 368 ist zu dem Innenraum 356 des Gehäuses 352 an einem ersten Anschlussende offen und weist ein entgegengesetztes äußeres Anschlussende auf, das für eine Verbindung mit einer externen Fluidleitung ausgebildet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die äußeren Anschlussenden des dritten, vierten, fünften und sechsten Ölanschlusses 362, 364, 366, 368 mit Innengewinde für einen Eingriff mit Fluidverbindungsarmaturen mit Außengewinde, wie Schnellverbindungsarmaturen, 376 versehen. Der dritte und vierte Ölanschluss 362, 364 ragen seitwärts von dem Innenraum 356 vor und der fünfte und sechste Ölanschluss 366, 368 ragen von dem Außenraum 356 nach oben. Es sei jedoch verstanden, dass die räumliche Anordnung und Richtung der Ölanschlüsse 362, 364, 366, 368 spezifisch für jede besondere Anwendung ist und variabel ist.
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Aus dem Querschnitt der 14 kann gesehen werden, dass die inneren Anschlussenden des vierten und sechsten Ölanschlusses 364, 368 nahe beieinander und zu dem ersten Ölanschluss 358 liegen und alle in Fluidverbindung mit einem ersten Abschnitt 378 des Innenraums 356 sind, sodass der erste, vierte und sechste Ölanschluss 358, 364, 368 alle in Fluidverbindung miteinander und mit der ersten Verteilerleitung 42 des Wärmetauschers 12 sind.
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Es kann auch aus 14 gesehen werden, dass die inneren Anschlussenden des dritten und fünften Ölanschlusses 362, 366 nahe beieinander und zu dem zweiten Ölanschluss 360 liegen und alle in Fluidverbindung mit einem zweiten Abschnitt 380 des Innenraums 356 sind, sodass der zweite, dritte und fünfte Ölanschluss 360, 362, 366 alle in Fluidverbindung miteinander und mit der zweiten Verteilerleitung 44 des Wärmetauschers 12 sind. Es kann auch aus 14 gesehen werden, dass der zweite, dritte und fünfte Ölanschluss 360, 362, 366 entlang einer Längsachse L voneinander beabstandet sind, wobei der fünfte Ölanschluss 366 zwischen dem zweiten und dritten Ölanschluss 360, 362 liegt.
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Der erste und zweite Abschnitt 378, 380 des Innenraums 356 des Gehäuses sind entlang der Längsachse beabstandet und fluidisch voneinander isoliert, außer durch den Wärmetauscher 12.
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Der zweite Abschnitt 380 des Innenraums 356 definiert eine Ventilkammer 384, um einen thermischen Ventilmechanismus 386 zum Steuern eines Ölstroms zwischen dem ersten bis sechsten Ölanschluss 358, 360, 362, 364, 366, 368 des Gehäuses 352 aufzunehmen. Das Gehäuse 352 umfasst auch eine Ventileinführungsöffnung 388 an einem Ende des Innenraums 356, die das Einsetzen des thermischen Ventilmechanismus 386 in die Ventilkammer 384 erlaubt.
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Der thermische Ventilmechanismus 386 umfasst ein thermisches oder temperaturabhängiges Stellelement 390 (d. h. einen Wachsmotor oder einen elektronischen Ventilmechanismus, wie ein Solenoidventil oder jeder andere geeignete Ventilmechanismus), wie oben in Zusammenhang mit den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben. Ein Ventildeckel 392 dichtet den Ventilmechanismus 386 ab und verschließt abdichtend die Ventileinführungsöffnung 388. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Stellelement 390 ein thermisches Stellelement einschließlich eines Stellelementkolbens 394, der zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position durch Expansion/Kontraktion eines Wachses (oder eines anderen geeigneten Materials) bewegbar ist, das in dem Stellelement 390 enthalten ist und abhängig von der Temperatur des ersten, in die Ventilkammer 384 einströmenden Fluids expandiert/sich zusammenzieht. Der Stellelementkolben 394 kann ansonsten durch Aktivierung einer Solenoidspule oder durch jedes andere Mittel zur Ventilaktivierung gesteuert werden.
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Der Ventildeckel 392 wird in der Ventileinführungsöffnung 388 durch eine elastische Federklammer 396 gehalten, die innerhalb einer an der Ventileinführungsöffnung 388 liegenden ringförmigen Nut aufgenommen ist und gegen eine Außenfläche des Ventildeckels 392 anstößt. Der Deckel 392 ist in der Öffnung 388 durch ein elastisches Element, wie einem O-Ring 398 abgedichtet, der zwischen einer äußeren Fläche des Ventildeckels 392 und einer Innenfläche des Innenraums 356 aufgenommen ist, wobei der O-Ring 398 in einer Nut in der Außenfläche des Ventildeckels 392 aufgenommen ist.
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Der Ventildeckel 392 umfasst eine Vertiefung 400 an seiner inneren Fläche, in der das Ende des Kolbens 394 aufgenommen ist, und der Ventilmechanismus 386 umfasst außerdem ein mit dem Ventildeckel 392 integriertes Schieberelement 402, wobei das Schieberelement 402 einen ringförmigen Endabschnitt 404 mit einer Außenfläche 406, die abdichtend eine innere Fläche des Innenraums 356 kontaktiert, und einer Innenfläche 408, die eine eine erste Ventilöffnung 410 umfassende kreisförmige Stirnöffnung definiert, umfasst. Der ringförmige Endabschnitt 404 weist auch eine flache, planare, ringförmige Stirnfläche auf, die einen ersten Ventilsitz 412 definiert.
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Das Schieberelement 402 umfasst außerdem eine Mehrzahl von beabstandeten Längsrippen 414, die den Ventildeckel 392 mit dem ringförmigen Endabschnitt 404 verbinden, wobei Strömungsöffnungen 416 zwischen den Rippen 414 definiert sind. Es kann auch aus den 12 und 13 gesehen werden, dass der ringförmige Endabschnitt 404, der erste Ventilsitz 412 und die erste Ventilöffnung 410 in dem zweiten Abschnitt 380 des Innenraums 356 zwischen dem dritten Ölanschluss 362 und dem fünften Ölanschluss 366 liegen, die in Längsrichtung voneinander beabstandet sind.
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Ein erstes Ventilelement 418 in Form einer ringförmigen Scheibe ist an einem ersten Ende des Ventilstellelementes 390 angesetzt und ein zweites Ventilelement 420 in Form einer ringförmigen Scheibe ist gleitend an einer äußeren zylindrischen Fläche des Ventilstellelementes 390 aufgenommen. Das zweite Ventilelement 420 ist zu dem zweiten Ende des Ventilstellelements 390 durch ein erstes Ende eines ersten Federelementes 422 in Form einer Spiralfeder vorgespannt, die um die zylindrische Außenfläche des Ventilstellelements 390 vorgesehen ist und die gegen eine ringförmige Schulter des Ventilstellelements 390 anstößt.
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Ein zweiter Ventilsitz 424 ist von einer ringförmigen Schulter bereitgestellt, die in dem zweiten Abschnitt 380 des Innenraums 356 gebildet ist, wobei die Schulter durch eine Durchmesserverringerung in dem zweiten Abschnitt 380 des Innenraums 356 gebildet ist. Der zweite Ventilsitz 424 ist flach und eben und für einen abgedichteten Kontakt mit dem zweiten Ventilelement 420 ausgebildet und der zweite Ventilsitz 424 definiert eine zweite Ventilöffnung 426. Es kann auch aus 14 gesehen werden, dass der zweite Ventilsitz 424 und die zweite Ventilöffnung 426 in dem zweiten Abschnitt 380 des Innenraums 356 zwischen dem zweiten Ölanschluss 360 und dem fünften Ölanschluss 366 liegen, die in Längsrichtung voneinander beabstandet sind. Das erste Federelement 422 wirkt als Rückholfeder, die sich einer Längsbewegung des zweiten Ventilelementes 420 weg von dem zweiten Ventilsitz 424 widersetzt, und die sich auch einer Längsbewegung des ersten Ventilelementes 418 weg von dem ersten Ventilsitz 412 widersetzt.
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Ein zweites Federelement 428 in Form einer Spiralfeder erstreckt sich in Längsrichtung von dem zweiten Ende des Ventilstellelementes 390 und durch den Bereich verringerten Durchmesser des Innenraums 356, der eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Ventilöffnung 426 und dem zweiten Ölanschluss 360 vorsieht. Das zweite Federelement 428 wirkt als Rückholfeder, die sich einer Längsbewegung des zweiten Ventilelementes 420 zu dem zweiten Ventilsitz 424 widersetzt (als Gegenfeder relativ zum ersten Federelement 422 wirkend), und die sich einer Längsbewegung des ersten Ventilelementes 418 zu dem ersten Ventilsitz 412 widersetzt.
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Das erste Ende des zweiten Federelementes 428 ist in einer ringförmigen Nut 430 an dem zweiten Ende des Ventilstellelementes 390 festgelegt und das entgegengesetzte zweite Ende des zweiten Federelementes 428 ist in einer Vertiefung 432 in einem Ende des zweiten Abschnitts 380 des Innenraums 356 aufgenommen, das entgegengesetzt zu der Ventileinführungsöffnung 388 ist.
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12 zeigt den Ventilmechanismus 386 mit dem Kolben 394 des Stellelementes 390 im zurückgezogenen Zustand. Dies definiert den „kalten“ Zustand des Ventilmechanismus 386, wobei das Wachsmaterial in dem Stellelement 390 in einem zusammengezogenen Zustand ist. In diesem kalten Zustand des Ventilmechanismus 386 ist das erste Ventilelement 418 in abgedichtetem Kontakt mit dem ersten Ventilsitz 412 des Schieberelementes 402, wodurch eine Fluidverbindung zwischen dem dritten Ölanschluss 362 und dem fünften Ölanschluss 366 durch die erste Ventilöffnung 410 vermieden wird. Auch ist das zweite Ventilelement 420 in Längsrichtung von dem zweiten Ventilsitz 424 entfernt, um eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Ölanschluss 362 und dem fünften Ölanschluss 366 über die zweite Ventilöffnung 426 zu erlauben.
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13 zeigt den Ventilmechanismus 386 mit dem Kolben 394 des Stellelementes 390 im ausgefahrenen Zustand. Dies definiert den „heißen“ Zustand des Ventilmechanismus 386, wobei das Wachsmaterial in dem Stellelement 390 in einem expandierten Zustand ist. In diesem heißen oder warmen Zustand des Ventilmechanismus 386 ist das erste Ventilelement 418 in Längsrichtung von dem ersten Ventilsitz 412 des Schieberelementes 402 entfernt, wodurch eine Fluidverbindung zwischen dem dritten Ölanschluss 362 und dem fünften Ölanschluss 366 durch die erste Ventilöffnung 410 erlaubt wird. Auch ist das zweite Ventilelement 420 in abgedichtetem Kontakt mit dem zweiten Ventilsitz 424, um eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Ölanschluss 362 und dem fünften Ölanschluss 366 über die zweite Ventilöffnung 426 zu vermeiden. In diesem heißen Zustand wirkt das Stellelement 390 auch gegen die Vorspannung des ersten und zweiten Federelementes 422, 428.
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Die 17 und 18 zeigen schematisch, wie die Wärmetauscheranordnung 10 in ein Getriebeöl-Zirkulationssystem 444 zum Steuern der Temperatur des Getriebeöls in einem Motorfahrzeug mit Brennkraftmaschine 446 und einem Getriebe 454 eingebaut werden kann, wobei ein Motorkühlmittel verwendet wird, um alternierend das in dem System 444 zirkulierende Getriebeöl zu heizen oder zu kühlen. Zusätzlich zu der Wärmetauscheranordnung 10 umfasst das Getriebeöl-Zirkulationssystem 444 auch einen Getriebeölkühler (TOC) 452, ein Getriebe 454, Leitungen 456, 458, die die Wärmetauscheranordnung 10 mit dem TOC 452 verbinden, und Leitungen 460, 462, die die Wärmetauscheranordnung 10 mit dem Getriebe 454 verbinden.
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Das Fahrzeug umfasst auch ein Kühlmittel-Zirkulationssystem, das die Wärmetauscheranordnung 10, den Motor 446 und Kühlmittelleitungen 448, 450 umfasst, die den Kühlmitteleinlass und -auslass des Motors 446 zu und von den Kühlmittelarmaturen 80, 82 des Wärmetauschers 12 verbinden, um das Kühlmittel (zweites Fluid) durch die dritte und vierte Verteilerleitung 46, 48 und die zweiten Fluidströmungskanäle 26 zirkulieren zu lassen.
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In der Konfiguration des in den 17 und 18 dargestellten Systems 444 erstreckt sich die Ölleitung 456 zwischen dem dritten Ölanschluss 362 und dem Auslass des TOC 452 und daher ist der dritte Ölanschluss 362 ein Öleinlassanschluss, durch den Öl von dem TOC 452 aufgenommen wird. Die Ölleitung 458 erstreckt sich zwischen dem vierten Ölanschluss 364 und dem Einlass des TOC 452 und daher ist der vierte Ölanschluss 364 ein Ölauslassanschluss, durch den Öl von dem TOC 452 ausgelassen wird. Die Ölleitung 460 erstreckt sich zwischen dem fünften Ölanschluss 366 und dem Einlass des Getriebes 454 und daher ist der fünfte Ölanschluss 366 ein Ölauslassanschluss 366, durch den Öl zu dem Getriebe 454 ausgelassen wird. Die Ölleitung 462 erstreckt sich zwischen dem sechsten Ölanschluss 368 und dem Getriebe 454 und daher ist der sechster Ölanschluss 368 ein Öleinlassanschluss, durch den Öl von dem Getriebe 454 aufgenommen wird. Wie auch in den 17 und 18 gezeigt ist, sind der erste und zweite Ölanschluss 358, 360 Innenanschlüsse, die den Wärmetauscher 12 mit der Ventilintegrationseinheit 14 verbinden, wobei der erste Ölanschluss 358 einen Ölauslass umfasst, durch den Öl zu dem Wärmetauscher 12 ausgelassen wird, und der zweite Ölanschluss 360 einen Öleinlass umfasst, durch den Öl von dem Wärmetauscher 12 aufgenommen wird.
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In dem in 17 gezeigten kalten Zustand ist der Ventilmechanismus 386 in der in 12 gezeigten Konfiguration, wobei das durch das System 444 zirkulierende Getriebeöl kalt ist und der Kolben 394 des Ventilstellelementes 390 zurückgezogen ist. Solche Bedingungen existieren beispielsweise bei dem anfänglichen Start des Fahrzeugs. Bei diesen Bedingungen drückt das erste Ventilelement 418 gegen den ersten Ventilsitz 412 und das zweite Ventilelement 420 ist von dem zweiten Ventilsitz 424 entfernt. Somit wird ein Ölstrom von dem zweiten Ölanschluss 360 zu dem fünften Ölanschluss 366 durch die zweite Ventilöffnung 426 gestattet, während ein Ölstrom von dem dritten Ölanschluss 362 zu dem fünften Ölanschluss 366 durch die erste Ventilöffnung 410 gesperrt wird. Unter diesen Bedingungen wird kaltes Getriebeöl vom Getriebe 454 durch die Ölleitung 462 strömen und in den ersten Abschnitt 378 des Innenraums 356 durch den sechsten Ölanschluss 368 einströmen. Aufgrund des Aufbaus des Ventilmechanismus 386 wird das in den Innenraum 356 durch den sechsten Ölanschluss 368 eindringende Öl vorzugsweise in den Wärmetauscher 12 durch den ersten Ölanschluss 358 einströmen und wird dann durch die erste Verteilerleitung 42, den ersten Fluidströmungskanal 24 und die zweite Verteilerleitung 44 strömen, bevor es wieder in das Gehäuse 352 durch den zweiten Ölanschluss 360 eintritt. Das Öl fließt dann durch die zweite Ventilöffnung 426 und verlässt die Anordnung 10 durch den fünften Ölanschluss 366, um in die Ölleitung 460 einzutreten und an das Getriebe 454 zurückgegeben zu werden.
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In der Zwischenzeit wird Kühlmittel von dem Motor bzw. der Maschine 446 aufgeheizt und wird durch die zweiten Fluidströmungskanäle 26 des Wärmetauschers 12 strömen, wobei es Wärme zu dem Getriebeöl überträgt, das durch die ersten Fluidströmungskanäle 24 zirkuliert. Somit wird das Getriebeöl in der Anordnung 10 aufgeheizt, bevor es zu dem Getriebe 454 zurückkehrt. Auch wird wenig und gar kein Öl von dem sechsten Ölanschluss 368 zu dem TOC 452 durch den vierten Ölanschluss 364 in der Anordnung im kalten Zustand der 17 strömen, da das erste Ventilelement 418 eine Strömung durch die erste Ventilöffnung 410 sperrt.
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Es kann gesehen werden, dass das durch die Anordnung 10 zirkulierende Öl über und um das Ventilstellelement 390 herum strömen wird, wenn es durch die Ventilkammer 384 von dem zweiten Ölanschluss 360 zu dem fünften Anschluss 366 hindurchgeht. Somit führt das Ventilstellelement 390 eine Funktion der Temperaturerfassung durch und da die Temperatur des Öls steigt, wird das Wachs in dem Stellelement 390 expandieren und den Kolben 394 veranlassen, sich zu verlängern. Die Verlängerung des Kolbens 394 wird eine Längsbewegung des Stellelementkörpers 390 bewirken, derart dass das erste Ventilelement 418 von dem ersten Ventilsitz 412 weg bewegt wird, um die erste Ventilöffnung 410 zu öffnen und das zweite Ventilelement 420 wird in einen abdichtenden Kontakt mit dem zweiten Ventilsitz 424 bewegt, um die zweite Ventilöffnung 426 zu verschließen.
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Diese Bewegung der Ventilelemente 418, 420 wird den Ventilmechanismus 386 veranlassen, die in 18 gezeigte Konfiguration einzunehmen, die auch als heißer Zustand bezeichnet wird. In diesem Zustand liegt das durch das System 444 zirkulierende Getriebeöl über einer Schwellentemperatur und benötigt eine Kühlung. Somit wird ein Ölstrom von dem zweiten Ölanschluss 360 zu dem fünften Ölanschluss 366 durch die sechste Ventilöffnung 426 gesperrt, während ein Ölstrom von dem dritten Ölanschluss 362 zu dem ersten Ölanschluss 366 durch die erste Ventilöffnung 410 gestattet wird. Unter diesen Bedingungen wird heißes Getriebeöl vom Getriebe 454 durch die Ölleitung 462 strömen und in den ersten Abschnitt 378 des Innenraums 356 durch den sechsten Ölanschluss 368 einströmen. Jedoch wird das Öl, anstatt in den Wärmetauscher 12 durch den ersten Ölanschluss 358 einzuströmen, durch die Ölleitung 458 zu dem TOC 452 abgelenkt. Nachdem es durch Hindurchströmen durch den TOC 452 gekühlt wurde, wird das Öl zu der Anordnung 10 durch die Ölleitung 456 zurückkehren und in die Ventilkammer 384 durch den dritten Ölanschluss 362 einströmen. Das Öl fließt dann über und um das Stellelement 390 herum, wenn es zu dem fünften Ölanschluss 366 übergeht, um aus der Anordnung 300 ausgelassen zu werden, und strömt dann zu dem Getriebe 454 über die Ölleitung 460. Daher umgeht das Öl von dem Getriebe 454 im heißen Zustand den Wärmetauscher 12 und wird in dem TOC 452 gekühlt.
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Wie aus den 15 und 16 gesehen werden kann, ist das Bypassventilelement 122 der Druckbypass-Ventilgruppe 16 so positioniert, dass es die Bypassöffnung 62 der Grundplatte 52 sowohl im heißen als auch im kalten Zustand absperrt, unabhängig von der Konfiguration des Stellelementes 390 und Kolbens 394 und unabhängig von den Positionen des ersten und zweiten Ventilelementes 418, 420. Daher wird das Bypassventilelement 122 nicht bezüglich der Temperatur betätigt. Es kann eher aus den Figuren gesehen werden, dass die Spiralfeder 134 das Bypassventilelement 122 in die geschlossene Position, d. h. mit der zweiten Stirnfläche 136 des Bypassventilelementes 122 in Abdichtung gegen den Ventilsitz 102, vorspannt. Mit durch das Bypassventilelement 122 versperrter Bypassöffnung 62 wird eine Fluidströmung durch den Bypassströmungskanal 66 verhindert.
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Bei einigen Zuständen kann der Öldruck im Zirkulationssystem 444 über einen normalen Pegel ansteigen. Beispielsweise ist kaltes Getriebeöl relativ zähflüssig und dies wird den Druckabfall zwischen dem Einlass und dem Auslass des Wärmetauschers 12 entsprechend der jeweiligen ersten und zweiten Leitungsöffnung 54, 56 erhöhen. Wenn die Druckdifferenz ausreichend hoch ist, wird der Druck des Öls die Vorspannkraft der Spiralfeder 134 übersteigen, wodurch die Spiralfeder 134 zusammengedrückt wird und das Bypassventilelement 122 außer Kontakt zu dem Ventilsitz 102 gezwungen wird, die Bypassöffnung 62 geöffnet wird und ein Ölstrom durch den Bypassströmungskanal 66 gestattet wird, wodurch das Öl den Wärmetauscher 12 umgehen kann. Sobald die Druckdifferenz verringert wird, wird die Spiralfeder 134 das Bypassventilelement 122 in abdichtenden Kontakt mit dem Ventilsitz 102 bringen, um wieder den Ölstrom durch den Bypassströmungskanal 66 zu sperren.
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In der vorliegenden Ausführungsform können die Metallkomponenten der Wärmetauscheranordnung 10 (d. h. ausschließend die Druckbypass-Ventilgruppe 16 und den thermischen Ventilmechanismus 386) aus Aluminium (einschließlich von dessen Legierungen) gebildet und durch Löten aneinandergefügt sein. Zum Beispiel können diese Metallkomponenten zusammengesetzt und dann in einem Lötofen auf eine Löttemperatur erwärmt werden, wodurch die Metallkomponenten in einer einzigen Lötoperation miteinander verlötet werden, wie in der Technik bekannt ist, um eine gelötete Unteranordnung zu bilden. Folgend auf die Lötoperation werden dann die Druckbypass-Ventilgruppe 16 und der thermische Ventilmechanismus 386 mit der gelöteten Unteranordnung zusammengesetzt.
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Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele von Wärmetauscheranordnungen einschließlich eines Wärmetauschers, einer Thermoventil-Integrationseinheit und einer Druckbypass-Ventilgruppe dargestellt und beschrieben wurde, sei verstanden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf hier gezeigte Details eingeschränkt ist, da es zu verstehen ist, dass verschiedene Weglassungen, Modifikationen, Ersetzungen und Änderungen in den Formen und Details des offenbarten Systems und seiner Funktionsweise durch die Fachleute durchgeführt werden können, ohne in irgendeiner Weise von dem Gedanken und dem Umfang der vorliegenden Erfindung wegzugehen. Beispielsweise sei verstanden, dass, obwohl die Wärmetauscheranordnung 10 in Zusammenhang mit bestimmten Anwendungen zum Kühlen/Heizen von Getriebeöl beschrieben wurde, jede der hier beschriebenen Wärmetauscheranordnungen für unterschiedliche andere Wärmetauscheranwendungen verwendet werden können und nicht auf Anwendungen eingeschränkt sind, die mit dem Getriebe eines Automobilsystems zusammenhängen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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