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Die Erfindung betrifft eine Anordnung, mit einer Komponente, und mit zumindest einer Heatpipe zum Zuführen von Wärme zu der Komponente und/oder zum Abführen von Wärme aus der Komponente.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine, welches zumindest eine derartige Anordnung aufweist.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Heatpipes, die auch als Wärmerohre bezeichnet werden, zur Kühlung oder Erwärmung von Komponenten zu nutzen. Unter einer Heatpipe ist dabei ein Wärmeübertrager zu verstehen, der ein geschlossenes Volumen aufweist, in dem ein Arbeitsmedium angeordnet ist. Im Betrieb der Heatpipe stellt sich in dem geschlossenen Volumen eine Kreislaufströmung des Arbeitsmediums ein, das in einem wärmeren Abschnitt der Heatpipe verdampft und in einem kälteren Abschnitt der Heatpipe wieder kondensiert und sich per Kapillarwirkung zurück in den wärmeren Abschnitt bewegt. Durch diesen Kreislauf wird das Arbeitsmedium zirkuliert und durch das Verdampfen und anschließende Kondensieren wird Wärme effizient von dem wärmeren in den kälteren Abschnitt der Heatpipe abgeführt.
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Beispielsweise offenbart die Offenlegungsschrift
EP 1 054 583 A2 ein elektrisches Gerät, das als Komponente eine mehrere elektrische Bauteile aufweisende Platine aufweist. Zudem weist das elektrische Gerät zum Abführen von Wärme aus der Platine eine Heatpipe mit einem mäanderförmigen Verlauf auf. Die Platine und die Heatpipe bilden gemeinsam eine Anordnung der eingangs genannten Art. Die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2013 008 895 U1 offenbart eine Anordnung mit mehreren Heatpipes, die sich bezüglich ihrer Arbeitsmedien voneinander unterscheiden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 durch eine Stellvorrichtung aus, die derart der Heatpipe zugeordnet ist, dass ein Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente und der Heatpipe durch die Stellvorrichtung wahlweise herstellbar oder unterbrechbar ist. Ist der Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente und der Heatpipe hergestellt, so ist der Wärmeleitkontakt durch die Stellvorrichtung unterbrechbar. Ist der Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente und der Heatpipe unterbrochen, so ist der Wärmeleitkontakt durch die Stellvorrichtung herstellbar. Es ergibt sich daraus der Vorteil, dass mittels der Stellvorrichtung eine Unterkühlung oder Überhitzung der Komponente verhindert werden kann. Zudem können technisch unnötige Energieverluste vermieden beziehungsweise reduziert werden. Der Wärmeleitkontakt wird dabei vorzugsweise durch einen Berührkontakt zwischen der Heatpipe und der Komponente erreicht. Erfindungsgemäß ist die Stellvorrichtung der Heatpipe zugeordnet. Zum Herstellen oder Unterbrechen des Wärmeleitkontakts wirkt die Stellvorrichtung also auf die Heatpipe ein, insbesondere durch Beaufschlagen der Heatpipe mit einer Stellkraft. Ist die Heatpipe zusätzlich zu der Komponente in Wärmeleitkontakt mit einer Wärmequelle, so ist der Komponente mittels der Heatpipe durch die Wärmequelle bereitgestellte Wärme zuführbar. Ist die Heatpipe zusätzlich zu der Komponente in Wärmeleitkontakt mit einer Wärmesenke, so ist durch die Komponente bereitgestellte Wärme mittels der Heatpipe zu der Wärmesenke abführbar. Ist die Heatpipe zusätzlich zu der Komponente in Wärmeleitkontakt mit einer Vorrichtung, deren Temperatur veränderlich ist, so kann die Komponente mittels der Heatpipe sowohl erwärmt als auch gekühlt werden, je nach Temperatur der Komponente und der Vorrichtung. Vorzugsweise liegt die Heatpipe bei hergestelltem Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente und der Heatpipe flächig an der Komponente an. Hierdurch wird ein besonders effizienter Wärmeübergang von der Komponente zu der Heatpipe beziehungsweise von der Heatpipe zu der Komponente erreicht. Bei dem in der Heatpipe angeordneten Arbeitsmedium handelt es sich vorzugsweise um Wasser oder Ammoniak.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Heatpipe verschiebbar gelagert ist, wobei die Stellvorrichtung dazu ausgebildet ist, den Wärmeleitkontakt durch Verschieben der Heatpipe wahlweise herzustellen oder zu unterbrechen. Durch das Verschieben der Heatpipe wird ein im Hinblick auf die Heatpipe verschleißfreies Herstellen beziehungsweise Unterbrechen des Wärmeleitkontakts erreicht. Zudem ist ein flächiger Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente und der Heatpipe durch Verschieben der Heatpipe besonders einfach erreichbar. Vorzugsweise ist die Heatpipe länglich ausgebildet und entlang ihrer Längsmittelachse verschiebbar gelagert. In diesem Fall wird dann der Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente einerseits und einer Stirnwand der Heatpipe andererseits hergestellt beziehungsweise unterbrochen.
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Vorzugsweise weist die Komponente eine in Richtung der Heatpipe vorstehende Führungshülse zur Lagerung der Heatpipe auf. Durch die Lagerung der Heatpipe mittels der Führungshülse wird ein Verkippen der Heatpipe vermieden, sodass ein gewünschter Wärmeleitkontakt durch Verschieben der Heatpipe zuverlässig herstellbar ist. Vorzugsweise ist die Führungshülse thermisch isolierend ausgebildet. Dadurch wird vermieden, dass ein unerwünschter Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente und der Heatpipe mittels der Führungshülse hergestellt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stellvorrichtung dazu ausgebildet ist, den Wärmeleitkontakt durch Verbiegen der Heatpipe wahlweise herzustellen oder zu unterbrechen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine Lageeinrichtung zur Lagerung der Heatpipe nicht notwendig ist. Durch den Verzicht auf die Lageeinrichtung können Kosten gespart werden. Wird der Wärmeleitkontakt durch Verbiegen der Heatpipe hergestellt oder unterbrochen, so wird der Wärmeleitkontakt vorzugsweise zwischen der Komponente einerseits und einer Seitenwand der Heatpipe andererseits hergestellt.
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Vorzugsweise weist die Stellvorrichtung einen ansteuerbaren Aktuator zum Herstellen oder Unterbrechen des Wärmeleitkontakts auf. Insofern ist die Stellvorrichtung als aktive Stellvorrichtung ausgebildet. Es ergibt sich daraus der Vorteil, dass der Wärmeleitkontakt nach Belieben unterbrochen oder hergestellt werden kann. Besonders bevorzugt weist der Aktuator einen Elektromagneten auf, wobei dann die Heatpipe einen Permanentmagneten aufweist. Vorzugsweise ist der Elektromagnet derart angeordnet, dass der Wärmeleitkontakt zwischen der Heatpipe und der Komponente durch den Elektromagneten herstellbar ist. Insofern wird durch Bestromen des Elektromagneten eine auf die Heatpipe wirkende magnetische Kraft erzeugt, durch die der Wärmeleitkontakt hergestellt wird.
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Vorzugsweise weist die Anordnung eine Einrichtung zum Ermitteln einer Temperatur der Anordnung und ein Steuergerät auf, das dazu ausgebildet ist, den Aktuator in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur anzusteuern. Die ermittelte Temperatur dient also als Kriterium dazu, ob der Wärmeleitkontakt hergestellt oder unterbrochen werden soll. Wird beispielsweise eine Temperatur ermittelt, die eine vorgegebene Schwellentemperatur übersteigt, so steuert das Steuergerät den Aktuator zum Abführen von Wärme aus der Komponente derart an, dass der Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente und der Heatpipe hergestellt wird. Vorzugsweise ist die Einrichtung dazu ausgebildet, als Temperatur der Anordnung die Temperatur der Komponente zu ermitteln. Hierzu weist die Einrichtung vorzugsweise einen Temperatursensor auf, der dazu ausgebildet ist, die Temperatur der Komponente zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich ist die Einrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet, als Temperatur der Anordnung die Temperatur des Elektromagneten zu ermitteln. Hierzu weist die Anordnung vorzugsweise einen Widerstandssensor auf, der dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Widerstand einer Spule des Elektromagneten zu erfassen und in Abhängigkeit von dem erfassten elektrischen Widerstand die Temperatur des Elektromagneten zu ermitteln.
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Vorzugsweise ist die Stellvorrichtung als passive Stellvorrichtung ausgebildet. Unter einer passiven Stellvorrichtung ist dabei eine Stellvorrichtung zu verstehen, die dazu ausgebildet ist, den Wärmeleitkontakt ansteuerungsfrei wahlweise herzustellen oder zu unterbrechen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Stellvorrichtung kostengünstig ausbildbar ist, insbesondere weil auf einen ansteuerbaren Aktuator und ein Steuergerät verzichtet werden kann. Vorzugsweise ist die passive Stellvorrichtung dazu ausgebildet, den Wärmeleitkontakt in Abhängigkeit von der Temperatur der Anordnung wahlweise herzustellen oder zu unterbrechen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stellvorrichtung ein Federelement aufweist, das sich einenends an der Komponente und anderenends an der Heatpipe abstützt. Weist die Stellvorrichtung den ansteuerbaren Aktuator auf, so ist das Federelement vorzugsweise als Rückstellfeder ausgebildet. Insofern ist die Stellvorrichtung dazu ausgebildet, mittels des ansteuerbaren Aktuators den Wärmeleitkontakt herzustellen und mittels des Federelementes den Wärmeleitkontakt zu unterbrechen. Ist die Stellvorrichtung jedoch als passive Stellvorrichtung ausgebildet, so wird vorzugsweise sowohl das Herstellen des Wärmeleitkontakts als auch das Unterbrechen des Wärmeleitkontakts mittels des Federelementes bewirkt. Vorzugsweise ist das Federelement hierzu derart ausgebildet, dass sich das Federelement in Abhängigkeit von seiner Temperatur ausdehnt beziehungsweise zusammenzieht. Vorzugsweise ist das Federelement einenends an der Komponente und anderenends an der Heatpipe befestigt. Zieht sich das Federelement zusammen, so verringert sich dann der Abstand zwischen der Komponente und der Heatpipe bis schließlich die Heatpipe an der Komponente anliegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Komponente einen in Richtung der Heatpipe vorstehenden Kontaktiervorsprung aufweist, wobei die Stellvorrichtung dazu ausgebildet ist, den Wärmeleitkontakt zwischen dem Kontaktiervorsprung der Komponente und der Heatpipe herzustellen oder zu unterbrechen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Heatpipe zum Herstellen des Wärmeleitkontakts nicht bis an einen Grundkörper der Komponente herangeführt werden muss. Vorzugsweise ist der Kontaktiervorsprung derart angeordnet, dass das Federelement den Kontaktiervorsprung umschließt.
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Vorzugsweise weist die Stellvorrichtung eine flächig mit einem Gehäuse der Heatpipe verbundene Metallschicht auf, wobei sich der Wärmeausdehnungkoeffizient der Metallschicht von dem Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuses unterscheidet. Die Metallschicht und das Gehäuse bilden somit ein Thermobimetall aus. Verändert sich die Temperatur des Thermobimetalls, so dehnen sich das Gehäuse der Heatpipe und die Metallschicht unterschiedlich stark aus, wodurch die Heatpipe verbogen wird. Dabei wird der Wärmeleitkontakt durch die Verbiegung der Heatpipe hergestellt oder unterbrochen. Besonders bevorzugt ist das Gehäuse der Heatpipe aus einem Kupferwerkstoff und die Metallschicht aus einem Stahlwerkstoff hergestellt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Komponente Teil eines Abgasnachbehandlungssystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und dazu ausgebildet ist, ein Abgasnachbehandlungsmittel zu führen und/oder zu speichern. Bekannte Abgasnachbehandlungsmittel, die in derartigen Abgasnachbehandlungssystemen eingesetzt werden, gefrieren typischerweise bei Temperaturen von ca. -11 °C. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Heatpipe und der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung in einem Abgasnachbehandlungssystem ist besonders vorteilhaft: Soll das Kraftfahrzeug in Betrieb genommen werden und das Abgasnachbehandlungsmittel ist gefroren, so kann mittels der mit einer Wärmequelle in Wärmeleitkontakt stehenden Heatpipe das Abgasnachbehandlungsmittel schnell aufgetaut werden. Ist das Abgasnachbehandlungsmittel aufgetaut, so kann der Wärmeleitkontakt zwischen der Abgasnachbehandlungsmittel führenden oder speichernden Komponente und der Heatpipe durch die Stellvorrichtung unterbrochen werden, wodurch eine Überhitzung des Abgasnachbehandlungsmittels vermieden wird. Soll das Kraftfahrzeug abgestellt werden, so kann mittels der mit einer Wärmesenke gekoppelten Heatpipe das Abgasnachbehandlungsmittel an einer gewünschten Stelle lokal gekühlt werden, um einen Gefrierstartbereich des Abgasnachbehandlungsmittel innerhalb des Abgasnachbehandlungssystems zu bestimmen. Dabei wird durch die Stellvorrichtung gewährleistet, dass der Wärmeleitkontakt nur dann hergestellt wird, wenn dies erwünscht ist, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug abgestellt werden soll.
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Vorzugsweise weist die Anordnung zumindest eine parallel zu der Heatpipe angeordnete weitere Heatpipe auf, wobei die Stellvorrichtung derart der weiteren Heatpipe zugeordnet ist, dass ein Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente und der weiteren Heatpipe durch die Stellvorrichtung wahlweise herstellbar oder unterbrechbar ist. Dadurch wird eine besonders effiziente Zuführung von Wärme zu der Komponente beziehungsweise eine besonders effiziente Abführung von Wärme aus der Komponente erreicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Heatpipes Arbeitsmedien mit unterschiedlichen Gefrierpunkten aufweisen. Der Arbeitstemperaturbereich einer Heatpipe wird durch den Gefrierpunkt des Arbeitsmedium der Heatpipe zumindest mitbestimmt - gefriert das Arbeitsmedium innerhalb der Heatpipe, so kommt die Zirkulation des Arbeitsmediums zu Erliegen und die Wärmeleitfähigkeit der Heatpipe nimmt deutlich ab. Durch die Verwendung von zumindest zwei Heatpipes, die Arbeitsmedium mit unterschiedlichen Gefrierpunkten aufweisen, wird erreicht, dass über einen großen Temperaturbereich hinweg die Komponente stets durch zumindest eine Heatpipe gekühlt beziehungsweise erwärmt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stellvorrichtung thermisch isolierend ausgebildet ist. Dadurch wird ein unerwünschter mittelbarer Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente einerseits und der Heatpipe andererseits mittels der Stellvorrichtung vermieden.
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Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 15 durch zumindest eine erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung aus. Es ergeben sich daraus die bereits genannten Vorteile. Insbesondere ist die Komponente als Tank, Dosiermodul, Leitung oder Fördereinrichtung ausgebildet. Es ergeben sich daraus die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen
- 1 ein Abgasnachbehandlungssystem in einer schematischen Darstellung,
- 2 eine Schnittdarstellung einer Heatpipe,
- 3 eine Anordnung des Abgasnachbehandlungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 4 die Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 5 die Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 6 die Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 7 die Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
- 8 die Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Abgasnachbehandlungssystem 1 für eine Brennkraftmaschine eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Abgasnachbehandlungssystem 1 weist einen Tank 2 auf, in welchem ein flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel 3 gelagert ist. Dem Tank 2 ist eine Fördereinrichtung 4 zugeordnet, mittels welcher das Abgasnachbehandlungsmittel 3 einem Dosiermodul 5 zuführbar ist. Das Dosiermodul 5 ist dazu ausgebildet, das Abgasnachbehandlungsmittel 3 dosiert in einen Abgasstrang 6 stromaufwärts eines Katalysators 7, insbesondere SCR-Katalysator 7, einzuspritzen, sodass das Abgasnachbehandlungsmittel 3 zusammen mit dem Abgas in dem SCR-Katalysator 7 Schadstoffemissionen reduzierend reagiert. Die Abgasstromrichtung ist durch Pfeile in 2 dargestellt.
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Das Abgasnachbehandlungssystem 1 weist somit mehrere Komponenten 9 auf, die zur Speicherung oder Führung des Abgasnachbehandlungsmittels 3 dienen, nämlich vorliegend den Tank 2, die Fördereinrichtung 4, das Dosiermodul 5 sowie eine die Fördereinrichtung 4 mit dem Dosiermodul 5 verbindende Leitung 8.
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Zumindest einer dieser Komponenten 9 ist zumindest eine Heatpipe 10 zum Zuführen von Wärme zu der Komponente und/oder zum Abführen von Wärme aus der Komponente 9 zugeordnet. Vorzugsweise ist mehreren der Komponenten 9 jeweils zumindest eine Heatpipe 10 zugeordnet. Die Heatpipe 10 beziehungsweise die Heatpipes 10 sind in 1 nicht ersichtlich.
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2 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung den grundsätzlichen Aufbau einer Heatpipe 10. Die Heatpipe 10 weist ein Gehäuse 11 auf, das geschlossen ausgebildet ist. In dem Gehäuse 11 ist ein Arbeitsmedium 12 angeordnet, das dazu ausgebildet ist, in mehreren Aggregatszuständen vorzuliegen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Arbeitsmedium 12 um Wasser. Vorliegend ist die Heatpipe 10 stabförmig ausgebildet, sodass sie einen ersten Endabschnitt 13 und einen zweiten Endabschnitt 14 aufweist. Wird der erste Endabschnitt 13 ausreichend weit erwärmt, so verdampft das Arbeitsmedium 12 im Bereich des ersten Endabschnitts 13 und strömt zu dem dann kühleren zweiten Endabschnitt 14, wo das Arbeitsmedium 12 kondensiert. Durch Kapillarwirkung wird das kondensierte Arbeitsmedium 12 zurück in den wärmeren ersten Endabschnitt 13 gefördert. Zum Verdampfen des Arbeitsmediums 12 wird also Wärmeenergie in die Heatpipe 10 eingetragen, wie durch Pfeile an dem ersten Endabschnitt 13 gezeigt, und durch Kondensation an dem zweiten Endabschnitt 14 wieder ausgetragen. Für den Rücktransport durch Kapillarwirkung weist das Gehäuse 11 an seiner Innenseite eine insbesondere vorgegebene Kapillarstruktur 15 auf, welche den Rücktransport sicherstellt. Wird jedoch der zweite Endabschnitt 14 ausreichend erwärmt, so verdampft das Arbeitsmedium 12 im Bereich des zweiten Endabschnitts 14 und kondensiert im Bereich des ersten Endabschnitts 13.
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3 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel eine Anordnung 16, die eine nicht näher spezifizierte Komponente 9 des Abgasnachbehandlungssystems 1 und die der Komponente 9 zugeordnete Heatpipe 10 aufweist.
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Die Heatpipe 10 weist im Bereich des ersten Endabschnitts 13 eine Stirnwand 17 auf, die der Komponente 9 zugewandt ist. Die Komponente 9 weist einen Grundkörper 18 auf, von dem ein Kontaktiervorsprung 19 in Richtung der Heatpipe 10 vorsteht. Gemäß der oberen Abbildung A liegt die Stirnwand 17 der Heatpipe 10 axial an dem Kontaktiervorsprung 19 an. Aufgrund der Anlage der Heatpipe 10 an dem Kontaktiervorsprung 19 ist ein Wärmeleitkontakt zwischen der Heatpipe 10 und der Komponente 9 hergestellt.
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Der zweite Endabschnitt 14 der Heatpipe 10 steht in Wärmeleitkontakt mit einer Wärmequelle 20. Mittels der Wärmequelle 20 bereitgestellte Wärmeenergie ist demnach mittels der Heatpipe 10 der Komponente 9 zuführbar, um die Komponente 9 zu erwärmen. Beispielsweise handelt es sich bei der Wärmequelle 20 um einen Motorkühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs, Teile der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs oder Teile des Abgastraktes des Kraftfahrzeugs.
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Die Heatpipe 10 ist entlang ihrer Längsmittelachse 21 axial verschiebbar gelagert. Gemäß der unteren Abbildung B ist die Stirnwand 17 der Heatpipe 10 von dem Kontaktiervorsprung 19 axial beabstandet. Aufgrund der axialen Beabstandung der Heatpipe 10 von dem Kontaktiervorsprung 19 ist der Wärmeleitkontakt zwischen der Heatpipe 10 und der Komponente 9 unterbrochen. Durch die Wärmequelle 20 bereitgestellte Wärmeenergie gelangt demnach nicht durch die Heatpipe 10 bis zu der Komponente 9.
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Die Anordnung 16 weist außerdem eine Stellvorrichtung 22 auf. Die Stellvorrichtung 22 ist derart der Heatpipe 10 zugeordnet, dass der Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente 9 und der Heatpipe 10 durch die Stellvorrichtung 22 wahlweise herstellbar oder unterbrechbar ist. Gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Stellvorrichtung 22 ein Federelement 23 auf, bei dem es sich vorliegend um eine Spiralfeder 23 handelt. Das Federelement 23 stützt sich einerseits an der Stirnwand 17 der Heatpipe 10 und andererseits an der Komponente 9 ab. Dabei ist das Federelement 23 mit der Stirnwand 17 und der Komponente 9 fest verbunden. Zudem sind das Federelement 23 und der Kontaktiervorsprung 19 derart zueinander angeordnet, dass das Federelement 23 den Kontaktiervorsprung 19 umschließt.
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Das Federelement 23 ist dazu ausgebildet, sich in Abhängigkeit von seiner Temperatur auszudehnen oder zusammenzuziehen. Steigt ausgehend von dem Zustand der Anordnung 16 gemäß der Abbildung A die Temperatur des Federelementes 23, so dehnt sich das Federelement 23 aus, wodurch die Heatpipe 10 von der Komponente 9 weggeschoben und der Wärmeleitkontakt zwischen der Heatpipe 10 und der Komponente 9 unterbrochen wird. Sinkt ausgehend von dem Zustand der Anordnung 16 gemäß Abbildung B die Temperatur des Federelementes 23, so zieht sich das Federelement 23 zusammen, wodurch die Heatpipe 10 in Richtung der Komponente 9 verschoben wird bis die Stirnwand 17 an dem Kontaktiervorsprung 19 zur Anlage kommt, sodass der Wärmeleitkontakt zwischen der Heatpipe 10 und der Komponente 9 hergestellt wird. Gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist demnach eine aktive Ansteuerung der Stellvorrichtung 22 zum Herstellen beziehungsweise unterbrechen des Wärmeleitkontaktes nicht vorgesehen. Entsprechend ist die Stellvorrichtung 22 als passive Stellvorrichtung 22 ausgebildet.
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Durch das Vorsehen der Stellvorrichtung 22 kann eine Überhitzung der Komponente 9 beziehungsweise des in der Komponente 9 geführten oder gespeicherten Abgasnachbehandlungsmittels 3 zuverlässig vermieden werden. Ein Abschalten der Wärmequelle 20 oder eine Verringerung der Temperatur der Wärmequelle 20 ist hierzu nicht notwendig. Insofern ist das Vorsehen der Stellvorrichtung 22 besonders vorteilhaft bei Verwendung einer Wärmequelle 20, deren Temperatur im Betrieb nicht verringert werden kann oder soll.
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4 zeigt die Anordnung 16 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei der Komponente 9 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um eine im Betrieb warme Komponente 9, beispielsweise den Tank 2, die Fördereinrichtung 4, die Dosiereinheit 5 oder die Leitung 8 des Abgasnachbehandlungssystems 1. Der zweite Endabschnitt 14 der Heatpipe 10 ist in Wärmeleitkontakt mit einer Wärmesenke 24. Beispielsweise handelt es sich bei der Wärmesenke 24 um kalte Umgebungsluft. Die Stellvorrichtung 22 entspricht bezüglich ihrer Ausgestaltung der Stellvorrichtung 22 des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels. Die obere zeigt die Anordnung 12 im Betrieb des Kraftfahrzeugs beziehungsweise des Abgasnachbehandlungssystems 1. Im Betrieb des Kraftfahrzeugs ist die Komponente 9 warm und eine Kühlung der Komponente 9 ist unerwünscht. Weil die Komponente 9 warm ist, ist das Federelement 23 ausgedehnt, sodass der Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente 9 und der Heatpipe 10 unterbrochen ist. Wird das Kraftfahrzeug abgestellt beziehungsweise außer Betrieb genommen, so kühlen die Komponente 9 und das Federelement 23 ab. Infolgedessen zieht sich das Federelement 23 zusammen, wodurch der Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente 9 und der Heatpipe 10 hergestellt wird, wie in der unteren dargestellt. Die Heatpipe 10 verstärkt dann lokal die Abkühlung der Komponente 9. Durch den lokal verstärkten Wärmeentzug kann der Ort des Einfrierens des Abgasnachbehandlungsmittels 3 in der Komponente 9 bestimmt werden.
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5 zeigt die Anordnung 16 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die in 5 dargestellte Anordnung 16 unterscheidet sich von den vorstehend mit Bezug auf die 3 und 4 beschriebenen Anordnungen 16 hinsichtlich der Ausgestaltung der Stellvorrichtung 22. Gemäß dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Stellvorrichtung 22 einen ansteuerbaren Aktuator 34 auf. Der Aktuator 34 weist einen Elektromagneten 25 auf. Die Heatpipe 10 weist im Bereich des ersten Endabschnitts 13 einen Permanentmagneten 26 auf. Wird der Elektromagnet 25 bestromt, so erzeugt der Elektromagnet 25 eine Magnetkraft, durch welche die Heatpipe 10 in Richtung der Komponente 9 verlagert und der Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente 9 und der Heatpipe 10 hergestellt wird.
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Auch in dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 23 vorhanden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wirkt das Federelement 23 als Rückstellfeder 23. Das Federelement 23 ist also dazu ausgebildet, die Heatpipe 10 mit einer Federkraft zu beaufschlagen, durch welche die Heatpipe 10 von der Komponente 9 weggeschoben und der Wärmeleitkontakt unterbrochen wird. Die Anordnung 16 ist dabei derart ausgebildet, dass temperaturbedingte Längenänderungen der passiven Bauteile, insbesondere des Federelementes 23 und des Kontaktiervorsprungs 19, nicht zu einem zufälligen Wärmeleitkontakt zwischen der Heatpipe 10 und der Komponente 9 führen.
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Gemäß dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Anordnung 16 außerdem eine Einrichtung 36 zum Ermitteln einer Temperatur der Anordnung 16 auf. Vorliegend weist die Einrichtung 36 einen Temperatursensor 27 auf, der dazu ausgebildet ist, als Temperatur der Anordnung 16 die Temperatur der Komponente 9 zu erfassen. Der Temperatursensor 27 ist kommunikationstechnisch mit einem nicht dargestellten Steuergerät zur Ansteuerung des Aktuators 34 verbunden und dazu ausgebildet, dem Steuergerät die erfasste Temperatur bereitzustellen. Das Steuergerät ist dazu ausgebildet, den Aktuator 34 in Abhängigkeit von der Temperatur anzusteuern. Beispielsweise ist das Steuergerät dazu ausgebildet, den Aktuator 34 anzusteuern, wenn die ermittelte Temperatur eine vorgegebene Schwellentemperatur unterschreitet. Steuert das Steuergerät den Aktuator 24 an, so wird der Elektromagnet 25 bestromt und der Wärmeleitkontakt zwischen der Heatpipe 10 und der Komponente 9 hergestellt.
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6 zeigt die Anordnung 16 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Anordnung 16 zusätzlich zu der Heatpipe 10 eine weitere Heatpipe 28 auf. Die Heatpipes 10 und 28 sind parallel zueinander beziehungsweise nebeneinander angeordnet. Die Heatpipes 10 und 28 unterscheiden sich hinsichtlich ihres Arbeitsmedium. Beispielsweise weist die Heatpipe 10 als Arbeitsmedium Wasser und die weitere Heatpipe 28 als Arbeitsmedium Ammoniak auf.
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Die Stellvorrichtung 22 ist auch der weiteren Heatpipe 28 derart zugeordnet, dass ein Wärmeleitkontakt zwischen der Komponente 9 und der weiteren Heatpipe 28 durch die Stellvorrichtung 22 wahlweise herstellbar oder unterbrechbar ist. Vorliegend sind die Heatpipes 10 und 28 miteinander fest verbunden. Wird also die Heatpipe 10 durch das Federelement 23 verschoben, wie vorstehend hinsichtlich eines der anderen Ausführungsbeispiele bereits beschrieben wurde, so wird die weitere Heatpipe 28 mit der Heatpipe 10 mit verschoben. Die Stellvorrichtung 22 wirkt demnach mittelbar auf die weitere Heatpipe 28 ein.
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Gemäß dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Komponente 9 eine in Richtung der Heatpipes 10 und 28 vorstehende Führungshülse 29 auf. Zur Führung der Heatpipes 10 und 28 umschließt die Führungshülse 29 den ersten Endabschnitt 13 der Heatpipes 10 und 28 radial. Vorzugsweise ist die Führungshülse 29 auch in den Ausführungsbeispielen vorhanden, die in den 3, 4 und 5 dargestellt sind. Das Vorhandensein der Führungshülse 29 ist demnach nicht auf das Vorhandensein von 2 Heatpipes beschränkt.
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Gemäß dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Anordnung 16 außerdem ein elastisches Stützelement 30 auf, bei dem es sich vorliegend um eine Stützfeder 30 handelt. Die Stützfeder 30 stützt sich einerseits an dem zweiten Endabschnitt 14 der Heatpipes 10 und 28 und andererseits an einem Befestigungspunkt 31 ab. Bei dem Befestigungspunkt 31 handelt sich beispielsweise um eine Wand oder einen Gehäuseteil. Vorzugsweise ist das elastische Stützelement 30 auch in den Ausführungsbeispielen vorhanden, die in den 3, 4 und 5 dargestellt sind. Das Vorhandensein des elastischen Stützelementes 30 ist also nicht auf das Vorhandensein von zwei Heatpipes beschränkt.
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7 zeigt die Anordnung 16 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Gemäß dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Heatpipe 10 nicht verschiebbar gelagert, sondern an einem Befestigungspunkt 31 starr befestigt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Stellvorrichtung 22 dazu ausgebildet, den Wärmeleitkontakt zwischen der Heatpipes 10 und der Komponente 9 durch Verbiegen der Heatpipe 10 wahlweise herzustellen oder zu unterbrechen. Hierzu ist das Federelement 23 einerseits an der Komponente 9 und andererseits im Bereich des ersten Endabschnitts 13 der Heatpipes 10 an einer Seitenwand 32 des Gehäuses 11 der Heatpipe 10 befestigt. Somit wird die Heatpipe 10 beim Herstellen oder Unterbrechen des Wärmeleitkontakts zumindest im Wesentlichen radial zu der Längsmittelachse 21 der Heatpipe 10 verbogen.
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8 zeigt die Anordnung 16 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Heatpipe 10 an dem Befestigungspunkt 31 starr befestigt und die Stellvorrichtung 22 ist dazu ausgebildet, den Wärmeleitkontakt zwischen der Heatpipe 10 und der Komponente 9 durch Verbiegen der Heatpipe 10 wahlweise herzustellen oder zu unterbrechen. Hierzu weist die Stellvorrichtung 22 eine Metallschicht 33 auf. Die Metallschicht 33 ist flächig mit der Seitenwand 32 des Gehäuses 11 der Heatpipe 10 verbunden. Dabei weist die Metallschicht 33 einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als das Material des Gehäuses 11 der Heatpipe 10, sodass das Gehäuse 11 der Heatpipe 10 und die Metallschicht 33 gemeinsam ein Thermobimetall 35 ausbilden. Vorliegend ist die Metallschicht 33 aus einem Stahlwerkstoff und das Gehäuse 11 der Heatpipe 10 aus einem Kupferwerkstoff ausgebildet. Erwärmt sich ausgehend von der oberen Abbildung E das Thermobimetall 35, so dehnt sich das Gehäuse 11 der Heatpipe 10 stärker aus als die Metallschicht 33. Infolgedessen biegen sich die Heatpipe 10 und die Metallschicht 33 in Richtung der Komponente 9, bis die Metallschicht 33 in Berührkontakt mit der Komponente 9 tritt, wie in der unteren Abbildung F dargestellt. Durch den Berührkontakt wird der Wärmeleitkontakt zwischen der Heatpipes 10 und der Komponente 9 mittels der Metallschicht 32 hergestellt.
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Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Komponente 9 stets um einen Teil des Abgasnachbehandlungssystems 1. Allerdings sind auch weitere Anwendungen außerhalb des Abgasnachbehandlungskontextes möglich. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Komponente 9 beispielsweise um einen Wärmespeicher, insbesondere einen Latentwärmespeicher eines Gebäudes oder einen Latentwärmespeicher eines Elektrofahrzeugs.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1054583 A2 [0004]
- DE 202013008895 U1 [0004]
