WO2023202740A1 - Thermoaggregat eines thermokreislaufs - Google Patents

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WO2023202740A1
WO2023202740A1 PCT/DE2023/100242 DE2023100242W WO2023202740A1 WO 2023202740 A1 WO2023202740 A1 WO 2023202740A1 DE 2023100242 W DE2023100242 W DE 2023100242W WO 2023202740 A1 WO2023202740 A1 WO 2023202740A1
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valve
thermal
circuit
lance
filling
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PCT/DE2023/100242
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Ulf Karl Meerwald
Roland Arneth
Christian Marks
Jens Hahn
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/02Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/0204Filling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L37/00Couplings of the quick-acting type
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    • F16L37/38Couplings of the quick-acting type with fluid cut-off means with fluid cut-off means in only one of the two pipe-end fittings
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    • F16L37/407Couplings of the quick-acting type with fluid cut-off means with fluid cut-off means in only one of the two pipe-end fittings with a lift valve being opened automatically when the coupling is applied the lift valve being of the ball type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F01P7/14Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
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    • H01M10/625Vehicles
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    • H01M10/6567Liquids
    • HELECTRICITY
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    • H01M10/656Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567Liquids
    • H01M10/6568Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings

Definitions

  • the invention relates to a thermal unit of a thermal circuit, in particular for thermal conditioning of the traction battery of an electric drive of a purely battery-electric vehicle, BEV for short, a hybrid vehicle, HEV for short, or a plug-in hybrid vehicle, PHEV for short.
  • thermal circuit for cooling the traction battery of an electric vehicle drive is known.
  • the thermal circuit runs through the traction battery to be cooled, a heat exchanger and a pump that conveys a thermal fluid and then dielectric fluid through the thermal circuit.
  • the present invention is based on the object of constructively improving a thermal unit of the type mentioned with regard to its initial and recommissioning.
  • the thermal unit has a pump for conveying a thermal fluid through the thermal circuit and connections for filling the thermal circuit with the thermal fluid, the connections being a filling valve and a circuit section of the thermal circuit with the filling valve have a fluidically connected removal valve and wherein the filling valve and the removal valve are closed in an operational state of the thermal unit and keep the circuit section of the closed thermal circuit fluidically open and are open in a non-operational state of the thermal unit and keep the circuit section of the separated thermal circuit fluidly interrupted.
  • the connections designed in this way on the thermal unit make it possible to completely fill the empty or emptied thermal circuit with the thermal fluid via an external filling device during initial and, if necessary, recommissioning.
  • the filling device is connected to the (open) filling valve and the (open) removal valve, with a short circuit affecting the complete filling of the then separated thermal circuit being prevented by the fact that the circuit section connecting the filling valve with the removal valve is fluidically interrupted.
  • the filling process can be combined with a rinsing process, which removes production-related impurities from the thermal circuit and into it Filling device flushes.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a thermal circuit according to the invention with a filling device
  • Figure 2 shows a perspective longitudinal section through the filling valve and the removal valve in the closed state for the first thermal unit
  • Figure 3 shows a perspective longitudinal section through the filling valve
  • Figure 4 shows the end of a filling lance of a filling device for the first
  • Figure 5 shows a perspective longitudinal section through the filling valve according to Figure 2 with a fluidically interrupted circuit section
  • Figure 6 shows a perspective longitudinal section through the filling valve of the second thermal unit with the circuit section fluidly open
  • Figure 7 shows a perspective longitudinal section through the filling valve according to Figure 6 with the circuit section fluidically interrupted;
  • Figure 8 shows an exploded longitudinal section through the filling valve according to Figure 6;
  • Figure 9 shows the end of a filling lance of a filling device for the second
  • Figure 10 shows a detail of the perspective longitudinal section according to Figure 6;
  • Figure 11 shows a longitudinal section through the filling valves of the third thermal unit with a fluidically open circuit section;
  • Figure 12 shows a valve housing of the third thermal unit in a perspective view of individual parts
  • Figure 13 shows a perspective longitudinal section through the filling valves according to Figure 11 with a fluidically interrupted circuit section.
  • FIG. 1 runs via an immersion-cooled traction battery 1 of an electric vehicle drive, an electrically driven pump 2 for conveying a dielectric oil as a thermal fluid through the thermal circuit, a water-cooled heat exchanger 3 for cooling the thermal fluid heated in the traction battery 1 and a dirt filter 4 , which is arranged downstream of the heat exchanger 3 and upstream of the pump 2.
  • the dashed line symbolizes the technical scope of a thermal unit 5 with fluidic connections for filling the thermal circuit with the thermal fluid, which is explained using the following figures.
  • the initial filling and if necessary. Refilling and rinsing of the thermal circuit are carried out with the help of an external filling device 6.
  • the connections for filling the thermal circuit can be viewed purely schematically as part of a 4/2-way valve, the four connections of which are a filling valve 7, a removal valve 8, and a to the traction battery
  • the filling valve 7 and the removal valve 8 are, for example, check valves which are closed to the surroundings in the illustrated operating state of the thermal unit 5.
  • the filling device 6 essentially comprises a thermal fluid reservoir 12, a dirt filter 13, a feed pump 14, a filling lance 15, a removal lance 16 and connecting hoses 17 or pipes.
  • the thermal unit 5 is filled in its non-operational state, in which the 4/2-way valve is in its second switching position. In this position, the filling valve 7 is through the filling lance 15 and the removal valve 8 is opened by the removal lance 16, and the circuit section 11, which is fluidly open in the operating state, is fluidically interrupted.
  • the thermal circuit separated in this way at the 4/2-way valve then runs via the filling device 6, which both completely fills and flushes the thermal circuit with thermal fluid, with production-related impurities being removed, particularly during the initial filling of the thermal unit 5.
  • the interruption of the circuit section 11 prevents a fluidic short circuit between the filling valve 7 and the removal valve 8 and consequently an impairment of the complete (bubble-free) filling and flushing of the thermal circuit.
  • the 4/2-way valve can be reset from the (non-operational) second switching position to the (operational) first switching position via the force of a return spring 18, shown here in dashed lines, according to the first exemplary embodiment of a thermal unit 5 according to the invention.
  • the connections of the 4/2-way valve have lance openings 20 and 21 into which the filling valve 7 and the removal valve 8 are inserted and into which during filling and Rinsing process, the filling lance 15 and the removal lance 16 of the filling device 6 are inserted sealingly.
  • the lance openings 20, 21 are located in a housing 19 of the thermal unit 5 and, in its operational state, are hermetically sealed with sealing plugs or covers (not shown).
  • the filling valve 7 connects the lance opening 20 with the flow 9, and the removal valve 8 connects the lance opening 21 with the return 10.
  • Both valves are check valves inserted into the lance openings 20 and 21, each of which has a sleeve-shaped valve housing 36 and 37 with a valve seat 38, a valve body 39 (in the present case a valve ball) accommodated in the valve housing 36, 37 and one between the valve housing 36, 37 and have a valve spring 40 clamped to the valve seat 38, which applies force to the valve body 39 against the valve seat 38.
  • the circuit section 11 to be interrupted fluidly opens into one of the lance openings 20, 21 and in the present case into the lance opening 20 for the filling valve 7 across.
  • valve housing 37 of the removal valve 8 is pressed into the lance opening 21 for the removal lance 16, and the valve housing 36 of the filling valve 7 is linearly displaceable in the lance opening 20.
  • Figure 2 shows the valve housing 36 in its non-displaced first position, in which the mouth of the circuit section 11 in the lance opening 20 is fluidically open.
  • Figure 5 shows the valve housing 36 in its completely displaced second position, in which the mouth of the circuit section 11 is closed by the outer surface 41 of the valve housing 36, so that the circuit section 11 is fluidically interrupted.
  • the circuit section 11 is kept fluidically open in the operational state of the thermal unit 5 and fluidically interrupted in its non-operational (filling) state.
  • the thermal circuit is closed when the circuit section 11 is open and is separated at the filling valve 7 and the removal valve 8 when the circuit section 11 is interrupted.
  • FIG. 2 The thermal unit 5 is in operational condition.
  • the filling valve 7 and the removal valve 8 are closed.
  • the filling valve 7, which can be moved against the force of the return spring 18, is subjected to force in its (not displaced) first position against a diameter step 42 formed at the inlet of the lance opening 20 and acting as a stop (see FIG. 5).
  • the return spring 18 is clamped in the lance opening 20 between a spring plate 43 fixed to the housing and the valve housing 36.
  • the spring plate 43 runs inside the dirt filter 4, which is also attached to the housing 19.
  • FIG. 3 The thermal unit 5 is filled and flushed with the thermal fluid by means of the filling lance 15 and the removal lance 16, the ends of which, shown in simplified form, are inserted into the lance openings 20 and 21 in a circumferential sealing manner and the check valves are first opened by lifting the valve bodies 39 from the respective ones Open valve seat 38.
  • Figure 4 shows one of the hollow cylindrical lance ends, each of which lifts the valve body 39 from the valve seat 38 with a front web 44 until the front side 45 of the lance end rests on the front side 46 of the valve housing 36 or 37 (see Figure 5).
  • the filling lance 15 then moves the valve housing 36 into its second position according to Figure 5.
  • FIG 5 The thermal unit 5 is in the non-operational state.
  • the filling valve 7 and the removal valve 8 are open.
  • the filling lance 15 has completely moved the filling valve 7 into its second position, in which the outer surface 41 of the valve housing 36 closes the mouth of the circuit section 11 in the lance opening 20 and thus keeps the circuit section 11 fluidly interrupted.
  • the 4/2-way valve according to Figure 1 is in its second switching position, in which the thermal circuit is separated at the circuit section 11 and runs over the filling device 6, which fills and flushes the thermal circuit with the thermal fluid (bubble-free).
  • the return to the first switching position takes place via the force of the tensioned return spring 18.
  • Figures 6 to 10 show the views that are essential for understanding the second thermal unit 5 with a rotatably displaceable valve housing 36.
  • FIG. 6 The valve housing 36 of the filling valve 7 is rotatably mounted in its lance opening 20 and is in a first rotational position in which the mouth of the circuit section 11 - corresponding to the operating state of the thermal unit 5 - is open.
  • the filling lance 15 inserted into the lance opening 20 lifts the valve body 39 from the valve seat 38 and begins to move the valve housing 36 into its second rotational position for the purpose of fluidly interrupting the circuit section 11.
  • FIG. 7 The valve housing 36, rotated by 180 °, is in its second rotational position, in which the mouth of the circuit section 11 in the lance opening 20 - corresponding to the non-operational state of the thermal unit 5 - is closed by the outer surface 41 of the valve housing 36 and accordingly the circuit section 11 is fluidically interrupted.
  • the rotationally displaced valve housing 36 is in two parts with an inner sleeve 47, which forms the valve seat 38 and receives the valve body 39 and the valve spring 40, and an outer sleeve 48 attached thereto.
  • the outer sleeve 48 has a transverse bore 49 which is axially aligned with the opening of the circuit section 11, so that the opening is in the first Rotational position of the valve housing 36 is opened and in its second rotational position is closed by its outer surface 41.
  • the valve housing 36 is rotated by rotating the filling lance 15.
  • the end face of the outer sleeve 48 facing the lance end has an engagement contour for the lance end, which in the present case engages with two projections 50 in two recesses 51 in the outer sleeve 48 and rotates the valve housing 36.
  • the valve housing 36 is locked in its two rotational positions relative to the lance opening 20, i.e. with the housing 19 of the thermal unit 5.
  • the end face of the outer sleeve 48 facing away from the lance end has two recesses 52 into which two resilient projections 53 of a locking ring 54 fixed to the housing snap into place.
  • FIGS 11 to 13 show the views that are essential for understanding the third thermal unit 5 with linearly displaceable valve housings 36, 37.
  • the thermal unit 5 is in the operational state, i.e. the thermal circuit, the filling valve 7 and the removal valve 8 are closed when the circuit section 11 is fluidically open.
  • the filling valve 7, which can be displaced against the force of the return spring 18, is subjected to force in its (not displaced) first position against the diameter step 42 formed at the inlet of the lance opening 20 (see FIG. 13).
  • the return spring 18 is clamped in the lance opening 20 between the spring plate 43 fixed to the housing and the valve housing 36.
  • the removal valve 8 can also be displaced against the force of a return spring 18 and, in its (not displaced) first position, is subjected to force against a diameter step 42 formed at the inlet of the lance opening 21.
  • the return spring 18 is clamped in the lance opening 21 between the spring plate 43 fixed to the housing and the valve housing 37.
  • the diameter step 42 is formed by a snap ring.
  • the filling valve 7 to be moved from the filling lance 15 and the removal valve 8 to be moved from the removal lance 16 are not check valves, but merely valve housings 36, 37, which are manufactured as identical sheet metal sleeves.
  • the cylindrical outer surface 41 of each valve housing 36, 37 is penetrated by numerous openings 55, which are fluidically closed by inner surface surfaces 56 of the lance openings 20, 21 in the operational state of the thermal unit 5 and which in the non-operational state of the thermal unit 5 Fluidically connect lance openings 20, 21 to the then separated thermal circuit.
  • the valve housings 36, 37 have a closed bottom section 60 with a reduced diameter compared to the outer surface 41.
  • the valve housing 36 is oriented with the bottom section 60 towards the entrance of the lance opening 20, and the valve housing 37 is oriented with the bottom section 60 towards the bottom of the lance opening 21.
  • the bottom section 60 serves as a sealing partner for an O-ring 61 inserted in the lance opening 20 and, in the case of the removal valve 8, as a centering spring plate for the return spring 18.
  • the removal valve 8 is also sealed via an O-ring 61, which covers the outer surface 41 of the Valve housing 37 contacts sealingly.
  • FIG 13 The thermal unit 5 is in the non-operational state, i.e. the filling valve 7 and the removal valve 8 are open, and the circuit section 11 (see Figure 11) is fluidically interrupted when the thermal circuit is separated.
  • the web 44 of the filling lance 15 has completely displaced the valve housing 36 into its second position, in which its outer surface 41 closes the mouth of the circuit section 11 in the lance opening 20 and thus keeps the circuit section 11 fluidly interrupted.
  • the separated thermal circuit now runs on the flow side via filling lance 15, lance opening 20, an annular groove 58 made therein and openings 55 into the interior of the valve housing 36 to the flow 9 (see also Figure 1) and on the return side from the return line 10 (see also Figure 1) via one in the lance opening 21 introduced annular groove 59, openings 55 and an opening 57 of the removal lance 16 in its interior.
  • the filling lance 15 is sealed by the sealing contact with the O-ring 61, and the removal lance 16 is sealed via the sealing contact of an O-ring 62 attached to it with the interior of the valve housing 37.
  • the valve housings 36, 37 are returned to their first position Position takes place via the force of the tensioned return springs 18.

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Abstract

Vorgeschlagen ist ein Thermoaggregat (5) eines Thermokreislaufs, mit einer Pumpe (2) zur Förderung eines Thermofluids durch den Thermokreislauf und Anschlüssen zum Befüllen des Thermokreislaufs mit dem Thermofluid, wobei die Anschlüsse ein Befüllventil (7) und ein über einen Kreislaufabschnitt (11) des Thermokreislaufs mit dem Befüllventil fluidisch verbundenes Entnahmeventil (8) aufweisen und wobei das Befüllventil und das Entnahmeventil in einem betrieblichen Zustand des Thermoaggregats geschlossen sind und den Kreislaufabschnitt des dabei geschlossenen Thermokreislaufs fluidisch offen halten und in einem außerbetrieblichen Zustand des Thermoaggregats geöffnet sind und den Kreislaufabschnitt des dabei aufgetrennten Thermokreislaufs fluidisch unterbrochen halten.

Description

Thermoaggregat eines Thermokreislaufs
Die Erfindung betrifft ein Thermoaggregat eines Thermokreislaufs, insbesondere zur thermischen Konditionierung der Traktionsbatterie eines elektrischen Antriebs eines rein batterieelektrischen Fahrzeugs, kurz BEV, eines Hybridfahrzeugs, kurz HEV, oder eines Plug-in-Hybridfahrzeugs, kurz PHEV.
Aus der WO 2020/007954 A1 ist ein Thermokreislauf zur Kühlung der Traktionsbatterie eines elektrischen Fahrzeugantriebs bekannt. Der Thermokreislauf verläuft über die zu kühlende Traktionsbatterie, einen Wärmetauscher und eine Pumpe, die ein Thermofluid und dort dielektrisches Fluid durch den Thermokreislauf fördert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermoaggregat der eingangs genannten Art im Hinblick auf dessen Erst- und Wiederinbetriebnahme konstruktiv zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 1. Das Thermoaggregat hat eine Pumpe zur Förderung eines Thermofluids durch den Thermokreislauf und Anschlüsse zum Befüllen des Thermokreislaufs mit dem Thermofluid, wobei die Anschlüsse ein Befüllventil und ein über einen Kreislaufabschnitt des Thermokreislaufs mit dem Befüllventil fluidisch verbundenes Entnahmeventil aufweisen und wobei das Befüllventil und das Entnahmeventil in einem betrieblichen Zustand des Thermoaggregats geschlossen sind und den Kreislaufabschnitt des dabei geschlossenen Thermokreislaufs fluidisch offen halten und in einem außerbetrieblichen Zustand des Thermoaggregats geöffnet sind und den Kreislaufabschnitt des dabei aufgetrennten Thermokreislaufs fluidisch unterbrochen halten.
Die so am Thermoaggregat ausgebildeten Anschlüsse ermöglichen es, bei der Erst- und gegebenenfalls Wiederinbetriebnahme den leeren bzw. entleerten Thermokreislauf über eine externe Befüllvorrichtung vollständig mit dem Thermofluid zu befüllen. Die Befüllvorrichtung wird zu diesem Zweck an das (geöffnete) Befüllventil und das (geöffnete) Entnahmeventil angeschlossen, wobei ein die vollständige Befüllung des dann aufgetrennten Thermokreislaufs beeinträchtigender Kurzschluss dadurch verhindert wird, dass der das Befüllventil mit dem Entnahmeventil verbindende Kreislaufabschnitt fluidisch unterbrochen ist. Der Befüllvorgang kann mit einem Spülvorgang kombiniert werden, der produktionsbedingte Verunreinigungen aus dem Thermokreislauf entfernt und in die Befüllvorichtung spült.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung mit drei Ausführungsbeispielen eines Thermoaggregats. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Bauteile oder Merkmale mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Thermokreislaufs mit Befüllvorrichtung;
Figur 2 für das erste Thermoaggregat einen perspektivischen Längsschnitt durch das Befüllventil und das Entnahmeventil in jeweils geschlossenem Zustand;
Figur 3 einen perspektivischen Längsschnitt durch das Befüllventil und das
Entnahmeventil gemäß Figur 2 in jeweils geöffnetem Zustand;
Figur 4 das Ende einer Befülllanze einer Befüllvorrichtung für das erste
Thermoaggregat;
Figur 5 einen perspektivischen Längsschnitt durch das Befüllventil gemäß Figur 2 bei fluidisch unterbrochenem Kreislaufabschnitt;
Figur 6 einen perspektivischen Längsschnitt durch das Befüllventil des zweiten Thermoaggregats bei fluidisch offenem Kreislaufabschnitt;
Figur 7 einen perspektivischen Längsschnitt durch das Befüllventil gemäß Figur 6 bei fluidisch unterbrochenem Kreislaufabschnitt;
Figur 8 einen explodierten Längsschnitt durch das Befüllventil gemäß Figur 6;
Figur 9 das Ende einer Befülllanze einer Befüllvorrichtung für das zweite
Thermoaggregat;
Figur 10 eine Einzelheit des perspektivischen Längsschnitts gemäß Figur 6; Figur 11 einen Längsschnitt durch die Befüllventile des dritten Thermoaggregats bei fluidisch offenem Kreislaufabschnitt;
Figur 12 ein Ventilgehäuse des dritten Thermoaggregats in perspektivischer Einzelteildarstellung;
Figur 13 einen perspektivischen Längsschnitt durch die Befüllventile gemäß Figur 11 bei fluidisch unterbrochenem Kreislaufabschnitt.
Der in Figur 1 schematisch dargestellte Thermokreislauf verläuft über eine immersionsgekühlte Traktionsbatterie 1 eines elektrischen Fahrzeugantriebs, eine elektrisch angetriebene Pumpe 2 zur Förderung eines dielektrischen Öls als Thermofluid durch den Thermokreislauf, einen wassergekühlten Wärmetauscher 3 zur Kühlung des in der Traktionsbatterie 1 erwärmten Thermofluids und ein Schmutzfilter 4, das stromabwärts des Wärmetauschers 3 und stromaufwärts der Pumpe 2 angeordnet ist. Die gestrichelte Linie symbolisiert den gerätetechnischen Umfang eines anhand der nachfolgenden Figuren erläuterten Thermoaggregats 5 mit fluidischen Anschlüssen zum Befüllen des Thermokreislaufs mit dem Thermofluid.
Die Erstbefüllung und ggfls. Wiederbefüllung sowie das Spülen des Thermokreislaufs erfolgen mit Hilfe einer externen Befüllvorrichtung 6. Die Anschlüsse zum Befüllen des Thermokreislaufs lassen sich rein schematisch als Teil eines 4/2-Wegeventils betrachten, dessen vier Anschlüsse ein Befüllventil 7, ein Entnahmeventil 8, ein zur Traktionsbatterie
I führender Vorlauf 9 und ein von der Traktionsbatterie 1 kommender Rücklauf 10 sind. Das 4/2-Wegeventil befindet sich im befüllten Betriebszustand des Thermoaggregats 5 in der dargestellten ersten Schaltstellung, die den Rücklauf 10 über einen Kreislaufabschnitt
I I mit dem Vorlauf 9 verbindet. Das Befüllventil 7 und das Entnahmeventil 8 sind beispielhaft Rückschlagventile, die im dargestellten betrieblichen Zustand des Thermoaggregats 5 zu dessen Umgebung hin geschlossen sind.
Die Befüllvorrichtung 6 umfasst im Wesentlichen ein Thermofluid-Reservoir 12, ein Schmutzfilter 13, eine Förderpumpe 14, eine Befülllanze 15, eine Entnahmelanze 16 und Verbindungsschläuche 17 oder -rohre. Die Befüllung des Thermoaggregats 5 erfolgt in dessen außerbetrieblichem Zustand, in dem sich das 4/2-Wegeventil in dessen zweiter Schaltstellung befindet. In dieser Stellung sind das Befüllventil 7 durch die Befülllanze 15 und das Entnahmeventil 8 durch die Entnahmelanze 16 geöffnet, und der im betrieblichen Zustand fluidisch offene Kreislaufabschnitt 11 ist fluidisch unterbrochen. Der so am 4/2- Wegeventil aufgetrennte Thermokreislauf verläuft dann über die Befüllvorrichtung 6, die den Thermokreislauf sowohl mit Thermofluid vollständig befüllt als auch spült, wobei insbesondere bei der Erstbefüllung des Thermoaggregats 5 produktionsbedingte Verunreinigungen entfernt werden. Dabei verhindert die Unterbrechung des Kreislaufabschnitts 11 einen fluidischen Kurzschluss zwischen dem Befüllventil 7 und dem Entnahmeventil 8 und folglich eine Beeinträchtigung des vollständigen (blasenfreien) Befüllens und Spülens des Thermokreislaufs.
Die Rückstellung des 4/2-Wegeventils von der (außerbetrieblichen) zweiten Schaltstellung in die (betriebliche) erste Schaltstellung kann über die Kraft einer hier gestrichelt eingezeichneten Rückstellfeder 18 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Thermoaggregats 5 erfolgen.
Bei allen nachfolgend erläuterten und in den Figuren 2 bis 13 illustrierten Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Thermoaggregats 5 weisen die Anschlüsse des 4/2- Wegeventils Lanzenöffnungen 20 und 21 auf, in die das Befüllventil 7 und das Entnahmeventil 8 eingesetzt sind und in die beim Befüll- und Spülvorgang die Befülllanze 15 und die Entnahmelanze 16 der Befüllvorrichtung 6 dichtend eingeführt werden. Die Lanzenöffnungen 20, 21 befinden sich in einem Gehäuses 19 des Thermoaggregats 5 und sind in dessen betrieblichem Zustand mit (nicht dargestellten) Verschlussstopfen oder -deckeln hermetisch gedichtet. Das Befüllventil 7 verbindet die Lanzenöffnung 20 mit dem Vorlauf 9, und das Entnahmeventil 8 verbindet die Lanzenöffnung 21 mit dem Rücklauf 10.
Das erfindungsgemäße Unterbrechen des Kreislaufabschnitts 11 im außerbetrieblichen Zustand des Thermoaggregats 5 sei nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 5 erläutert, die das Befüllventil 7 und das Entnahmeventil 8 des ersten Ausführungsbeispiels im Detail zeigen. Beide Ventile sind in die Lanzenöffnungen 20 bzw. 21 eingesetzte Rückschlagventile, die jeweils ein hülsenförmiges Ventilgehäuse 36 bzw. 37 mit einem Ventilsitz 38, einen im Ventilgehäuse 36, 37 aufgenommenen Ventilkörper 39 (vorliegend eine Ventilkugel) und eine zwischen dem Ventilgehäuse 36, 37 und dem Ventilsitz 38 eingespannte Ventilfeder 40 haben, die den Ventilkörper 39 gegen den Ventilsitz 38 kraftbeaufschlagt. Der fluidisch zu unterbrechende Kreislaufabschnitt 11 mündet in einer der Lanzenöffnungen 20, 21 und vorliegend in der Lanzenöffnung 20 für das Befüllventil 7 quer ein.
Das Ventilgehäuse 37 des Entnahmeventils 8 ist in der Lanzenöffnung 21 für die Entnahmelanze 16 eingepresst, und das Ventilgehäuse 36 des Befüllventils 7 ist in der Lanzenöffnung 20 linear verlagerbar. Figur 2 zeigt das Ventilgehäuse 36 in dessen nicht verlagerter erster Position, in der die Einmündung des Kreislaufabschnitts 11 in der Lanzenöffnung 20 fluidisch offen ist. Figur 5 zeigt das Ventilgehäuse 36 in dessen vollständig verlagerter zweiter Position, in der die Einmündung des Kreislaufabschnitts 11 von der Außenmantelfläche 41 des Ventilgehäuses 36 verschlossen ist, so dass der Kreislaufabschnitt 11 fluidisch unterbrochen ist.
Der Kreislaufabschnitt 11 wird gemäß Figur 1 im betrieblichen Zustand des Thermoaggregats 5 fluidisch offen und in dessen außerbetrieblichem (Befüll-)Zustand fluidisch unterbrochen gehalten. Der Thermokreislauf ist bei offenem Kreislaufabschnitt 11 geschlossen und bei unterbrochenem Kreislaufabschnitt 11 am Befüllventil 7 und am Entnahmeventil 8 aufgetrennt.
Figur 2: Das Thermoaggregat 5 befindet sich im betrieblichen Zustand. Das Befüllventil 7 und das Entnahmeventil 8 sind geschlossen. Das gegen die Kraft der Rückstellfeder 18 verlagerbare Befüllventil 7 wird in dessen (nicht verlagerter) erster Position gegen eine am Eintritt der Lanzenöffnung 20 ausgebildete und als Anschlag wirkende Durchmesserstufe 42 kraftbeaufschlagt (s. Figur 5). Die Rückstellfeder 18 ist in der Lanzenöffnung 20 zwischen einem gehäusefesten Federteller 43 und dem Ventilgehäuse 36 eingespannt. Der Federteller 43 verläuft innerhalb des Schmutzfilters 4, das ebenfalls am Gehäuse 19 befestigt ist.
Figur 3: Das Befüllen und Spülen des Thermoaggregats 5 mit dem Thermofluid erfolgt mittels der Befülllanze 15 und der Entnahmelanze 16, deren vereinfacht dargestellte Enden umfänglich dichtend in die Lanzenöffnungen 20 bzw. 21 eingeführt werden und dabei zunächst die Rückschlagventile durch Abheben der Ventilkörper 39 vom jeweiligen Ventilsitz 38 öffnen.
Figur 4 zeigt eines der hohlzylindrischen Lanzenenden, die jeweils den Ventilkörper 39 mit einem stirnseitigen Steg 44 vom Ventilsitz 38 abheben, bis die Stirnseite 45 des Lanzenendes an der Stirnseite 46 des Ventilgehäuses 36 bzw. 37 anliegt (s. Figur 5). Anschließend verlagert die Befülllanze 15 das Ventilgehäuse 36 in dessen zweite Position gemäß Figur 5.
Figur 5: Das Thermoaggregat 5 befindet sich im außerbetrieblichen Zustand. Das Befüllventil 7 und das Entnahmeventil 8 sind geöffnet. Die Befülllanze 15 hat das Befüllventil 7 vollständig in dessen zweite Position verlagert, in der die Außenmantelfläche 41 des Ventilgehäuses 36 die Einmündung des Kreislaufabschnitts 11 in der Lanzenöffnung 20 verschließt und so den Kreislaufabschnitt 11 fluidisch unterbrochen hält. Das 4/2-Wegeventil gemäß Figur 1 befindet sich in dessen zweiter Schaltstellung, in der der Thermokreislauf am Kreislaufabschnitt 11 aufgetrennt ist und über die Befüllvorrichtung 6 verläuft, die den Thermokreislauf mit dem Thermofluid (blasenfrei) befüllt und spült. Die Rückstellung in die erste Schaltstellung erfolgt über die Kraft der gespannten Rückstellfeder 18.
Die Figuren 6 bis 10 zeigen die für das Verständnis des zweiten Thermoaggregats 5 mit rotativ verlagerbarem Ventilgehäuse 36 wesentlichen Ansichten.
Figur 6: Das Ventilgehäuse 36 des Befüllventils 7 ist in seiner Lanzenöffnung 20 drehbar gelagert und befindet sich in einer ersten Drehposition, in der die Einmündung des Kreislaufabschnitts 11 - dem betrieblichen Zustand des Thermoaggregats 5 entsprechend - offen ist. Die in die Lanzenöffnung 20 eingeführte Befülllanze 15 hebt den Ventilkörper 39 vom Ventilsitz 38 ab und beginnt zwecks fluidischer Unterbrechung des Kreislaufabschnitts 11 das Ventilgehäuse 36 in dessen zweite Drehposition zu verlagern.
Figur 7: Das um 180° verdrehte Ventilgehäuse 36 befindet sich in dessen zweiter Drehposition, in der die Einmündung des Kreislaufabschnitts 11 in der Lanzenöffnung 20 - dem außerbetrieblichen Zustand des Thermoaggregats 5 entsprechend - von der Außenmantelfläche 41 des Ventilgehäuses 36 verschlossen ist und dementsprechend der Kreislaufabschnitt 11 fluidisch unterbrochen ist.
Figuren 8 bis 10:
Gegenüber dem linear verlagerten Ventilgehäuse 36 ist das rotativ verlagerte Ventilgehäuse 36 mit einer Innenhülse 47, die den Ventilsitz 38 bildet und den Ventilkörper 39 und die Ventilfeder 40 aufnimmt, und einer daran befestigten Außenhülse 48 zweiteilig. Die Außenhülse 48 hat eine axial mit der Einmündung des Kreislaufabschnitts 11 fluchtende Querbohrung 49, so dass die Einmündung in der ersten Drehposition des Ventilgehäuses 36 geöffnet und in dessen zweiter Drehposition von dessen Außenmantelfläche 41 verschlossen ist.
Der Verdrehung des Ventilgehäuses 36 erfolgt über eine Verdrehung der Befülllanze 15. Die dem Lanzenende zugewandte Stirnseite der Außenhülse 48 hat dazu eine Eingriffskontur für das Lanzenende, das vorliegend mit zwei Vorsprüngen 50 in zwei Ausnehmungen 51 in der Außenhülse 48 eingreift und das Ventilgehäuse 36 verdreht.
Das Ventilgehäuse 36 ist in dessen beiden Drehpositionen gegenüber der Lanzenöffnung 20, d.h. mit dem Gehäuse 19 des Thermoaggregats 5 verrastet. Die dem Lanzenende abgewandte Stirnseite der Außenhülse 48 hat dazu zwei Ausnehmungen 52, in die zwei federnde Vorsprünge 53 eines gehäusefesten Rastrings 54 einrasten.
Die Figuren 11 bis 13 zeigen die für das Verständnis des dritten Thermoaggregats 5 mit linear verlagerbaren Ventilgehäusen 36, 37 wesentlichen Ansichten.
Figuren 11 und 12: Das Thermoaggregat 5 befindet sich im betrieblichen Zustand, d.h. der Thermokreislauf, das Befüllventil 7 und das Entnahmeventil 8 sind bei fluidisch offenem Kreislaufabschnitt 11 geschlossen. Das gegen die Kraft der Rückstellfeder 18 verlagerbare Befüllventil 7 wird in dessen (nicht verlagerter) erster Position gegen die am Eintritt der Lanzenöffnung 20 ausgebildete Durchmesserstufe 42 kraftbeaufschlagt (s. Figur 13). Die Rückstellfeder 18 ist in der Lanzenöffnung 20 zwischen dem gehäusefesten Federteller 43 und dem Ventilgehäuse 36 eingespannt. Das Entnahmeventil 8 ist ebenfalls gegen die Kraft einer Rückstellfeder 18 verlagerbar und in dessen (nicht verlagerter) erster Position gegen eine am Eintritt der Lanzenöffnung 21 ausgebildete Durchmesserstufe 42 kraftbeaufschlagt. Die Rückstellfeder 18 ist in der Lanzenöffnung 21 zwischen dem gehäusefesten Federteller 43 und dem Ventilgehäuse 37 eingespannt. Die Durchmesserstufe 42 ist gemäß Figur 13 durch einen Sprengring gebildet.
Das von der Befülllanze 15 zu verlagernde Befüllventil 7 und das von der Entnahmelanze 16 zu verlagernde Entnahmeventil 8 sind bei diesem dritten Ausführungsbeispiel keine Rückschlagventile, sondern bloße Ventilgehäuse 36, 37, die als baugleiche Blechhülsen hergestellt sind. Die zylindrische Außenmantelfläche 41 jedes Ventilgehäuse 36, 37 ist von zahlreichen Öffnungen 55 durchsetzt, die im betrieblichen Zustand des Thermoaggregats 5 von Innenmantelflächen 56 der Lanzenöffnungen 20, 21 fluidisch verschlossen sind und die im außerbetrieblichen Zustand des Thermoaggregats 5 die Lanzenöffnungen 20, 21 mit dem dann aufgetrennten Thermokreislauf fluidisch verbinden.
Die Ventilgehäuse 36, 37 haben einen geschlossenen Bodenabschnitt 60 mit einem gegenüber der Außenmantelfläche 41 reduzierten Durchmesser. Das Ventilgehäuse 36 ist mit dem Bodenabschnitt 60 zum Eintritt der Lanzenöffnung 20 hin orientiert, und das Ventilgehäuse 37 ist mit dem Bodenabschnitt 60 zum Grund der Lanzenöffnung 21 hin orientiert. Der Bodenabschnitt 60 dient als Dichtpartner für einen in der Lanzenöffnung 20 eingesetzten O-Ring 61 und im Falle des Entnahmeventils 8 als zentrierender Federteller für die Rückstellfeder 18. Die Abdichtung des Entnahmeventils 8 erfolgt ebenfalls über einen O-Ring 61, der die Außenmantelfläche 41 des Ventilgehäuses 37 dichtend kontaktiert.
Figur 13: Das Thermoaggregat 5 befindet sich im außerbetrieblichen Zustand, d.h. das Befüllventil 7 und das Entnahmeventil 8 sind geöffnet, und der Kreislaufabschnitt 11 (s. Figur 11) ist bei aufgetrenntem Thermokreislauf fluidisch unterbrochen. Der Steg 44 der Befülllanze 15 hat das Ventilgehäuse 36 vollständig in dessen zweite Position verlagert, in der dessen Außenmantelfläche 41 die Einmündung des Kreislaufabschnitts 11 in der Lanzenöffnung 20 verschließt und so den Kreislaufabschnitt 11 fluidisch unterbrochen hält. Der aufgetrennte Thermokreislauf verläuft nun vorlaufseitig via Befülllanze 15, Lanzenöffnung 20, eine darin eingebrachte Ringnut 58 und Öffnungen 55 in das Innere des Ventilgehäuses 36 zum Vorlauf 9 (s.a. Figur 1) und rücklaufseitig vom Rücklauf 10 (s.a. Figur 1) via eine in der Lanzenöffnung 21 eingebrachte Ringnut 59, Öffnungen 55 und eine Öffnung 57 der Entnahmelanze 16 in deren Inneres. Die Abdichtung der Befülllanze 15 erfolgt durch den Dichtkontakt mit dem O-Ring 61 , und die Abdichtung der Entnahmelanze 16 erfolgt über den Dichtkontakt eines daran angebrachten O-Rings 62 mit dem Inneren des Ventilgehäuses 37. Die Rückstellung der Ventilgehäuse 36, 37 in deren erste Position erfolgt über die Kraft der gespannten Rückstellfedern 18.
Die zuvor erläuterten Ausführungen der Befüllventile 7 und 8 können bedarfsweise auch anders kombiniert werden, z.B. linear-rotativ, mit Rückschlagventil-ohne Rückschlagventil, etc.

Claims

Patentansprüche
1. Thermoaggregat (5) eines Thermokreislaufs, mit einer Pumpe (2) zur Förderung eines Thermofluids durch den Thermokreislauf und Anschlüssen zum Befüllen des Thermokreislaufs mit dem Thermofluid, wobei die Anschlüsse ein Befüllventil (7) und ein über einen Kreislaufabschnitt (11) des Thermokreislaufs mit dem Befüllventil (7) fluidisch verbundenes Entnahmeventil (8) aufweisen und wobei das Befüllventil (7) und das Entnahmeventil (8) in einem betrieblichen Zustand des Thermoaggregats (5) geschlossen sind und den Kreislaufabschnitt (11) des dabei geschlossenen Thermokreislaufs fluidisch offen halten und in einem außerbetrieblichen Zustand des Thermoaggregats (5) geöffnet sind und den Kreislaufabschnitt (11) des dabei aufgetrennten Thermokreislaufs fluidisch unterbrochen halten.
2. Thermoaggregat (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse Lanzenöffnungen (20, 21) aufweisen und dass das Befüllventil (7) und das Entnahmeventil (8) hülsenförmige Ventilgehäuse (36, 37) aufweisen, die in die Lanzenöffnungen (20, 21) eingesetzt sind, wobei der Kreislaufabschnitt (11) in einer der Lanzenöffnungen (20, 21) quer einmündet und wobei eines der Ventilgehäuse (36) in dessen Lanzenöffnung (20, 21) derart verlagerbar ist, dass die Einmündung des Kreislaufabschnitts (11) im betrieblichen Zustand des Thermoaggregats (5) offen und im außerbetrieblichen Zustand des Thermoaggregats (5) von der Außenmantelfläche (41) des einen Ventilgehäuses (36) verschlossen ist.
3. Thermoaggregat (5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einmündung des Kreislaufabschnitts (11) vom verlagerten Ventilgehäuse (36) des Befüllventils (7) verschlossen ist.
4. Thermoaggregat (5) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllventil (7) und das Entnahmeventil (8) Rückschlagventile sind, die jeweils das Ventilgehäuse (36, 37) mit einem Ventilsitz (38), einen im Ventilgehäuse (36, 37) aufgenommenen Ventilkörper (39) und eine zwischen dem Ventilgehäuse (36, 37) und dem Ventilsitz (38) eingespannte Ventilfeder (40) haben, die den Ventilkörper (39) gegen den Ventilsitz (38) kraftbeaufschlagt
5. Thermoaggregat (5) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung des einen Ventilgehäuses (36) linear ist und gegen die Kraft einer in dessen Lanzenöffnung (20) eingespannten Rückstellfeder (18) erfolgt, die das eine Ventilgehäuse (36) gegen eine am Eintritt der Lanzenöffnung (20) ausgebildete Durchmesserstufe (42) kraftbeaufschlagt.
6. Thermoaggregat (5) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung des einen Ventilgehäuses (36) rotativ ist, wobei das eine Ventilgehäuse (36) in einer ersten Drehposition, in der die Einmündung des Kreislaufabschnitts (11) offen ist, und in einer zweiten Drehposition, in der die Einmündung des Kreislaufabschnitts (11) verschlossen ist, gegenüber dessen Lanzenöffnung (20) verrastet ist.
7. Thermoaggregat (5) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilgehäuse (36, 37) jeweils linear gegen die Kraft einer in der Lanzenöffnung (20, 21) eingespannten Rückstellfeder (18) verlagerbar sind, die das Ventilgehäuse (36, 37) zum Eintritt der Lanzenöffnung (20, 21) hin kraftbeaufschlagt, wobei die Außenmantelflächen (41) der Ventilgehäuse (36, 37) von Öffnungen (55) durchsetzt sind, die im betrieblichen Zustand des Thermoaggregats (5) von Innenmantelflächen (56) der Lanzenöffnungen (20, 21) fluidisch verschlossen sind und die im außerbetrieblichen Zustand des Thermoaggregats (5) die Lanzenöffnungen (20, 21) mit dem aufgetrennten Thermokreislauf fluidisch verbinden.
8. Thermoaggregat (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilgehäuse (36, 37) Gleichteile sind.
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