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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Kühlkreisläufe für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Ein Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs, wie in 1 dargestellt, weist herkömmlicherweise zumindest eine Pumpe 10 zum Zirkulieren einer Kühlflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, in dem Kreislauf auf, der ein geschlossener Kreislauf ist. Am Auslass der Pumpe 10 weist der Kreislauf eine Vielzahl von Abzweigungen 12, 14 auf, einschließlich einer Abzweigung 12, die eine Vorrichtung 16 zum Heizen des Fahrgastraums des Fahrzeugs speist, und einer Abzweigung 14, die einen Motorblock 18 des Fahrzeugs zum Kühlen desselben speist. Der Kreislauf kann natürlich mehrere Abzweigungen aufweisen, die jeweils eine Kühleinrichtung (AGR-Ventil usw.) enthalten, und der Trend geht zu immer komplexeren Kühlkreisläufen mit einer großen Anzahl von Abzweigungen, die parallel zum Auslass der Pumpe angeschlossen sind.
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Jede Vorrichtung hat ihre eigenen Anforderungen in Bezug auf die Kühlung. Das AGR-Ventil erfordert zum Beispiel eine starke Kühlung bei niedrigen Motordrehzahlen und eine gleichmäßige Kühlung bei hohen Motordrehzahlen. Der Motorblock 18 benötigt Kühlung proportional zur Motordrehzahl.
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Die Pumpe 10 des Kreislaufs ist in der Regel eine mechanische Pumpe, die eine zur Motordrehzahl proportionale Flüssigkeitsdurchflussmenge fördert, der für die Kühlung des Motorblocks 18 perfekt ist, jedoch bei der Kühlung anderer Vorrichtungen, wie beispielsweise des AGR-Ventils, einen hohen Energieverlust verursacht, da bei hohen Motordrehzahlen die Flüssigkeitsdurchflussmenge viel größer ist als der erforderliche.
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Dieses Problem ist nach dem heutigen Stand der Technik bekannt, und angesichts der derzeitigen Versuche zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen ist es wichtig, es auf einfache, effektive und wirtschaftliche Weise zu lösen. Lösungen, die zum Beispiel darin bestehen würden, den Kreislauf mit geregelten Ventilen auszustatten, die eine Anpassung der Zufuhrdurchflussmengen der verschiedenen Vorrichtungen in Abhängigkeit von ihrem Bedarf bei jeder Motordrehzahl ermöglichen, sind zu komplex und kostspielig.
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Die
DE 102 41 461 A1 beschreibt zum Beispiel ein Volumenstromregelventil mit einem in einem Gehäuse axial verschiebbaren Drosselkörper durch den der Volumenstrom umgelegt wird. Der Drosselkörper ist in einem Steuerzylinder mit einem Bodenteil axial verschiebbar angeordnet und weist am Bodenteil eine in den Steuerzylinder hineinragende Kontur auf, durch die der Kühlmittelvolumenstrom auf radial im Steuerzylinder angeordnete Steueröffnungen umgelenkt wird. Die Kontur des Bodenteils schließt an ihrer ab strömen Seite bündig und etwa tangential an Steueröffnungen an, deren Querschnitt durch eine auf das Bodenteil wirkende Stellkraft geregelt wird.
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Die
US 2016 / 0 001 650 A1 beschreibt einen Durchflussbegrenzer für eine Kühlmittelleitung eines Kühlmittelsystems eines Verbrennungsmotors. Der Durchflussbegrenzer umfasst hierbei ein Drosselelement mit einer Drosselplatte und einer Klappe, die beide in einem Winkel nicht-drehbar gekoppelt sind, und ein das Begrenzungselement in eine erste Position drehbar vorspannendes Vorspannelement. In der ersten Position befindet sich die Begrenzungsplatte im wesentlichen parallel zum Flüssigkeitsfluss. Wenn der Durchfluss eine vorgegebene Durchflussrate übersteigt, wird über die Klappe ein das Vorspannelement überwindendes Drehmoment erzeugt das die Drosselplatte in den Flüssigkeitsfluss hineindreht und dadurch zumindest einen Teil der Flüssigkeitsströmung blockiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf für ein Fahrzeug, gemäß dem vorliegenden Anspruch 1.
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Der Kühlkreislauf beinhaltet zumindest eine Pumpe und eine Vielzahl von Abzweigungen für die Zirkulation einer Kühlflüssigkeit, wobei zumindest eine Abzweigung einen Durchflussmengenbegrenzer mit einem Eingang, einem Ausgang und einem Ventil beinhaltet, der Durchflussmengenbegrenzer einen Körper beinhaltet, in dem das Ventil montiert ist, das zwischen einer freien ersten Position, in der es einen ersten Flüssigkeits-Durchgangsbereich am Auslass des Begrenzers begrenzt, und einer zweiten Position, in der es einen zweiten Flüssigkeits-Durchgangsbereich am Auslass des Begrenzers begrenzt, beweglich ist, wobei der zweite Flüssigkeits-Durchgangbereich (S3) kleiner als der erste Flüssigkeits-Durchgangsbereich (S2) ist und das Ventil in seine erste Position vorgespannt und so ausgestaltet ist, dass es von der ersten Position in die zweite Position bewegt wird, wenn die Flüssigkeitsdurchflussmenge am Einlass des Durchflussmengenbegrenzers einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil die Form eines im Körper gleitbaren zylindrischen Stiftes hat, dessen eines Längsende ein Kopf ist und dessen gegenüberliegendes Längsende eine ringförmige Fläche aufweist, wobei Längsführungsrippen um die Längsachse des Stiftes so angeordnet sind, dass sie mit einer zylindrischen Innenfläche eines ersten Abschnitts des Körpers gleitend zusammenwirken, wobei die Längsführungsrippen sich axial über die Längsenden des Stiftes hinaus erstrecken, um Widerlager auszubilden, die mit ringförmigen Schultern im Inneren des Körpers zusammenwirken können, und wobei der zweite Flüssigkeits-Durchgangsbereich (S3) von durch die sich auf die Schulter stützenden Widerlager begrenzte Durchgangssektoren definiert wird, wenn das Ventil in der zweiten Position ist.
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Die Erfindung schlägt daher eine einfache und zuverlässige Lösung zur Einstellung der Flüssigkeitsdurchflussmengen in den Abzweigungen eines Kühlkreislaufs vor. Die Durchflussmengenbegrenzer und der Kreislauf funktionieren autonom, indem jeder Durchflussmengenbegrenzer die Durchflussmenge in der Abzweigung, in der er installiert ist, in Abhängigkeit von der Zufuhrdurchflussmenge dieser Abzweigung und damit von der Motordrehzahl des Fahrzeugs einstellt. Die Begrenzer werden also nicht angesteuert. Die Bewegung des Ventils jedes Begrenzers von seiner ersten Position in seine zweite Position und umgekehrt kann progressiv sein.
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Der Kreislauf kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen - getrennt voneinander oder in Kombination miteinander:
- - der Durchflussmengenbegrenzer beinhaltet eine Kompressionsfeder, die das Ventil in seine erste Position vorspannt, wobei die Feder eine Kompressionskraft hat, die in Abhängigkeit von dem Schwellenwert gewählt wird,
- - die Feder ist eine Schraubenfeder,
- - der Körper weist eine röhrenförmige allgemeine Form auf und weist koaxiale röhrenförmige Abschnitte auf, von denen ein erster Abschnitt einen Durchmesser D1 aufweist und ein Innengehäuse zur Aufnahme des Ventils definiert und von denen ein zweiter Abschnitt einen Durchmesser D2 aufweist, der kleiner als D1 ist, und ein Innengehäuse zur Aufnahme der Feder definiert,
- - der erste und zweite Abschnitt sind zwischen einem dritten Abschnitt, der einen Flüssigkeitseinlass des Körpers ausbildet, und einem vierten Abschnitt, der einen Flüssigkeitsauslass des Körpers ausbildet, angeordnet,
- - das Ventil ist unabhängig von dem Körper,
- - das Ventil nimmt die Form eines zylindrischen Stiftes an, dessen eines Längsende ein spitzbogenförmiger Kopf ist,
- - der Stift weist Längsführungsrippen auf, die in dem Körper gleiten,
- - die Längsrippen erstrecken sich zur Ausbildung von Widerlagern, die zum Zusammenwirken mit ringförmigen Schultern im Inneren des Körpers ausgebildet sind, axial über die Längsenden des Stifts hinaus,
- - zumindest zwei Abzweigungen beinhalten jeweils einen Durchflussmengenbegrenzer, wobei die Durchflussmengenbegrenzer unterschiedliche vorbestimmte Schwellenwerte für die Bewegung ihrer Ventile aufweisen,
- - die Pumpe zur Betätigung durch einen Motorblock des Fahrzeugs ausgestaltet ist,
- - das Ventil ist einstückig ausgebildet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich, zum Verständnis siehe die beigefügten Zeichnungen, in denen:
- 1 eine stark schematisierte Ansicht eines Kühlkreislaufs eines Fahrzeugs ist,
- 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Durchflussmengenbegrenzers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist,
- 3 eine schematische axiale Schnittansicht des Durchflussmengenbegrenzers aus 2 ist, dessen Ventil sich in einer ersten Position befindet,
- 4 eine schematische axiale Schnittansicht des Durchflussmengenbegrenzers aus 2 ist, dessen Ventil sich in einer zweiten Position befindet,
- 5 eine schematische axiale Schnittansicht des Körpers des Durchflussmengenbegrenzers aus 2 ist,
- 6 eine schematische perspektivische Ansicht des Ventils des Durchflussmengenbegrenzers aus 2 ist,
- 7 eine andere schematische perspektivische Ansicht des Ventils des Durchflussmengenbegrenzers aus 2 ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie vorstehend erwähnt, stellt 1 einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug dar, der ein geschlossener Kreislauf ist und zumindest eine Pumpe 10 zum Zirkulieren einer Kühlflüssigkeit, wie Wasser, in einer Vielzahl von Abzweigungen 12, 14 aufweist.
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Die Abzweigungen 12, 14 erstrecken sich parallel zwischen dem Auslass der Pumpe 10 und einem Thermostat 20. Der Thermostat 20 ist über eine direkte Leitung und eine parallele Leitung, die einen Heizkörper 22 beinhaltet, mit dem Einlass der Pumpe 10 verbunden.
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Die Abzweigung 12 speist eine Vorrichtung 16 zur Beheizung des Fahrgastraums des Fahrzeugs und die Abzweigung 14 speist einen Motorblock 18 zur Kühlung des Fahrzeugs. Der Kreislauf kann natürlich mehr Abzweigungen aufweisen.
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Die Zufuhrdurchflussmenge der Kühlflüssigkeit des Motorblocks 18 liegt in der Größenordnung von 120 L/min und ist abhängig von der Motordrehzahl. Bei hohen Motordrehzahlen erhöht sich die Durchflussmenge und bei niedrigen Motordrehzahlen verringert sich die Durchflussmenge. Die Durchflussmenge der Kühlflüssigkeit ist daher eine Funktion der Motordrehzahl, was sehr sinnvoll ist, da der Motorblock 18 einen zur Motordrehzahl proportionalen Kühlbedarf hat.
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Die Abzweigung 12 hat zum Beispiel einen Kühlflüssigkeitsdurchsatzbedarf in der Größenordnung von 40 L/min. Dieser Bedarf kann als konstant angesehen werden und muss nicht in Abhängigkeit von der Motordrehzahl nach oben oder unten angepasst werden.
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Die Erfindung ermöglicht es, diesen Bedarf mithilfe eines an der Abzweigung 12 montierten Durchflussmengenbegrenzers 24 zu lösen. Der Durchflussmengenbegrenzer 24 ist vom Ventiltyp und weist ein bewegliches (bewegbares) Ventil auf, um den Flüssigkeits-Durchgangsbereich und damit die Flüssigkeitsdurchflussmenge am Ausgang des Begrenzers in Abhängigkeit von der Durchflussmenge am Eingang des Begrenzers einzustellen. Das Ventil ist ausgestaltet, um bewegt zu werden, wenn die Flüssigkeitsdurchflussmenge am Einlass des Begrenzers einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Unterhalb dieses Schwellenwertes wird das Ventil nicht bewegt und definiert einen bestimmten Durchgangsbereich am Ausgang des Begrenzers. Ab diesem Schwellenwert und darüber hinaus wird das Ventil bewegt und nimmt eine Position ein, in der es einen kleineren Durchgangsbereich am Auslass des Begrenzers für die Reduzierung der Auslass-Flüssigkeitsdurchflussmenge definiert.
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Die 2 bis 7 stellen eine Ausführungsform eines Durchflussmengenbegrenzers 24 dar.
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Der Begrenzer 24 weist im Wesentlichen einen Körper 26 auf, in dem ein bewegliches Ventil 28 montiert ist.
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In dem dargestellten Beispiel hat der Körper 26, der in 5 separat dargestellt ist, eine röhrenförmige allgemeine Form und weist eine Vielzahl von koaxialen Abschnitten 26a-26d auf. Das Gehäuse 26 weist an einem Längsende einen Flüssigkeitseinlassbereich 26a und an seinem gegenüberliegenden Längsende einen Flüssigkeitsauslassbereich 26d auf. Zwischen den Abschnitten 26a, 26d weist der Körper zwei weitere Abschnitte 26b, 26c auf, die unterschiedliche Durchmesser D1, D2 haben, die größer sind als die der Abschnitte 26a, 26d.
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Der Abschnitt 26b mit dem größeren Durchmesser D1 definiert ein Gehäuse zur Aufnahme des Ventils 28. Das Ventil 28 ist in diesem Abschnitt axial beweglich zwischen einer ersten, in 3 dargestellten Position und einer zweiten, in 4 dargestellten Position.
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Der Abschnitt 26c mit dem kleineren Durchmesser D2 definiert ein Gehäuse zur Aufnahme eines Elements zum Vorspannen des Ventils 28 in seine erste Position. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei diesem Element um eine Kompressionsfeder 30, die sich in 3 in einer entspannten Position befindet und in 4 komprimiert ist. Die Kompressionsfeder ist hier eine Schraubenfeder.
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Der Abschnitt 26c ist mit dem Abschnitt 26d durch eine ringförmige Schulter 32a und mit dem Abschnitt 26b durch eine weitere ringförmige Schulter 32b verbunden (5). Darüber hinaus ist der Abschnitt 26b mit dem Abschnitt 26a durch eine weitere ringförmige Schulter 32c verbunden (5).
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Die Feder 30 stützt sich an einem Ende an der Schulter 32a und an ihrem gegenüberliegenden Ende am Ventil 28 ab. Das Ventil 28 ist im Abschnitt 26b beweglich und arbeitet mit den Schultern 32b, 32c zusammen, um Endpositionen der Ventilbewegung im Gehäuse 26 zu definieren.
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Das Ventil 28 ist in den 6 und 7 deutlicher zu sehen und weist einen Stift 34 von allgemein zylindrischer Form auf, dessen eines Längsende als spitzbogenförmiger Kopf 34a ausgebildet ist. An seinem gegenüberliegenden Längsende weist der Stift 34 eine ringförmige Fläche 34b auf, an der die Feder 30 anliegt.
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Das Ventil 28 weist ferner Längsrippen 36 auf, die es beim Gleiten im Gehäuse führen. Hier sind drei Rippen 36 vorhanden, die in regelmäßigen Abständen um die Längsachse des Stifts 34 angeordnet sind. Sie sind so ausgestaltet, dass sie auf der zylindrischen Innenfläche des Abschnitts 26b, der sich zwischen den Schultern 32b, 32c erstreckt, gleiten und somit mit ihr zusammenwirken.
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Die Rippen 36 erstrecken sich axial über die Längsenden des Stifts 34 hinaus und bilden Widerlager oder Widerlagerflächen 36a, 36b, die mit den Schultern 32b, 32c zusammenwirken können. Die Widerlager 36a befinden sich am gleichen Ende wie der spitzbogenförmige Kopf 34a und sind zur Auflage auf der Schulter 32c geeignet, um eine in 3 dargestellte Endposition der Bewegung zu definieren. Die Widerlager 36b befinden sich am gegenüberliegenden Ende des Stifts 34 und sind zur Auflage auf der Schulter 32b geeignet, um eine in 4 dargestellte Endposition der Bewegung zu definieren.
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3 stellt die Position des Ventils 28 dar, wenn sich die Feder 30 im freien oder entspannten Zustand befindet. Die Feder verbleibt in dieser Position, solange die Flüssigkeitsdurchflussmenge am Einlass des Begrenzers 24 und des Körpers 26 (Pfeil F1) unter einem vorbestimmten Schwellenwert, zum Beispiel 40 L/min, liegt. Die Widerlager 36a stützen sich auf der Schulter 32c ab und definieren zwischen ihnen drei Flüssigkeitsdurchgangssektoren zwischen dem spitzbogenförmigen Kopf 34a des Stifts und dem Abschnitt 26a. Diese Durchgangssektoren definieren einen mit S1 bezeichneten Durchgangsbereich (der in den Zeichnungen nicht dargestellt ist) am Eingang des Begrenzers 24. Am Ausgang des Begrenzers behindert das Ventil den mit S2 (nicht dargestellt) zu bezeichnenden Durchgangsbereich nicht wesentlich.
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4 stellt die Position des Ventils 28 dar, wenn die Feder 30 komprimiert ist. Die Feder nimmt diese Position ein, wenn die Flüssigkeitsdurchflussmenge am Einlass des Begrenzers und des Gehäuses (Pfeil F2) über oder bei dem vorgenannten Schwellenwert liegt. Die Flüssigkeit drückt auf das Ventil 28 und insbesondere auf den spitzbogenförmigen Kopf 34a und bewegt ihn im Gehäuse 26. Somit ist klar, dass die Kompressionskraft der Feder in Abhängigkeit von dem Schwellenwert gewählt wird (die Kompressionskraft der Feder kann so gewählt werden, dass ein gewünschter Schwellenwert vorgesehen ist), wobei diese Kraft in einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung beispielsweise 10 N beträgt. Die Widerlager 36b stützen sich auf der Schulter 32b ab und begrenzen zwischen ihnen drei Flüssigkeitsdurchgangssektoren zwischen der Oberfläche 34b des Stifts und dem Abschnitt 26c. Diese Durchgangssektoren definieren einen Durchgangsbereich mit der Bezeichnung S3 (der nicht dargestellt ist). Befindet sich das Ventil 28 in der in 3 dargestellten Position, ist der Durchgangsbereich S3 kleiner als der Durchgangsbereich S2 am Ausgang des Begrenzers 24. Der Begrenzer 24 ermöglicht es daher, die Flüssigkeitsdurchflussmenge in der Abzweigung 12 auf das für die Versorgung der Vorrichtungen in dieser Abzweigung erforderliche Maß zu reduzieren.
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Der Kühlkreislauf kann einen Durchflussmengenbegrenzer 24 an einer Abzweigung 12 aufweisen und vorteilhaft einen Durchflussmengenbegrenzer an einer Vielzahl von Abzweigungen 12, 12'. Im letzteren Fall können die Durchflussbegrenzer unterschiedliche vorgegebene Schwellenwerte für die Ventilbewegung haben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pumpe
- 12, 12'
- Abzweigung
- 14
- Abzweigung
- 16
- Heizung Fahrzeugraum
- 18
- Motorblock
- 20
- Thermostat
- 22
- Heizkörper
- 24
- Durchflussmengenbegrenzer
- 26
- Körper, Gehäuse
- 26a-d
- koaxiale Abschnitte
- 28
- Ventil
- 30
- Kompressionsfeder
- 32a-c
- ringförmige Schultern
- 34
- Stift
- 34a
- spitzbogenförmiger Kopf
- 34b
- ringförmige Fläche
- 36
- Längsrippen
- 36a,b
- Widerlagerflächen
