BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart
Kühlmittelkühler mit in einen der Wasserkästen integriertem
Getriebeölkühler
Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkühler mit in einen der Wasserkästen integriertem Getriebeölkühler zur Kühlung von Getriebeöl gemäß dem Ober¬ begriff des Anspruchs 1.
In Fig. 6 ist ein Kühlmittel-Kreislauf 201 zur Kühlung eines den Motor 203 durchströmenden Kältemittels und ein Getriebeöl-Kreislauf 202 zur Kühlung eines ein Getriebe 204 durchströmenden Getriebeöls gemäß dem Stand der
Technik dargestellt. Dabei wird das Getriebeöl auf Grund des erhöhten
Wärmeeintrags durch das kältere Kühlmittel in dem in einem Wasserkasten
206 des Kühlmittelkühlers 207 angeordneten Getriebeölkühler 205 gekühlt, wobei die Kühlleistung des Getriebeölkühlers 205 mit der Durchströmung des Kühlmittelkühlers 207 gekoppelt ist. Die Strömungsrichtungen von
Kühlmittel und Getriebeöl sind durch Pfeile angedeutet. Vorliegend ist ein
Motor-Thermostat 211 kühlmittelaustrittsseitig des Motors 203 angeordnet und ermöglicht, dass bei kaltem Motor 203 das Kühlmittel unter Umgehung des Kühlmittelkühlers 207 direkt über einen Bypass 213 zur Pumpe 212 und wieder in den Motor 203 gelangt, d.h. im Kühlmittelkühler 207 strömt kein
Kühlmittel.
Üblicherwθise erreicht bei einer derartigen Anordnung im Normalbetrieb das Getriebeöl Getriebeöltemperaturen, die unter dem für den Dauerbetrieb lie¬ genden Höchstwert liegen. Bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen, die unter¬ halb der Öffnungstemperatur des Thermostats des Motors liegen, wird der Kühlmittelkühler in der Regel nicht durchströmt, so dass eine Auskühlung des Getriebes verhindert wird. Bei einer kleinen Thermostatleckage oder bei Beginn der Öffnung des Thermostats sind die Kühlmitteldurchsätze durch den Kühlmittelkühler so gering, dass nur eine kleine Kühlleistung für den Ge¬ triebeölkühler im Wasserkasten zur Verfügung steht, so dass wiederum ein zu starkes Auskühlen des Getriebes verhindert wird.
Allerdings kann es zu Betriebszuständen kommen, bei denen das Getriebe sehr hohe Abwärmen erzeugt, der Motor aber noch nicht betriebswarm ist, so dass keine ausreichende Getriebeölkühlung gewährleistet werden kann und die Gefahr einer Überhitzung des Getriebes besteht. Diese Gefahr kann durch eine Grundleckage des Thermostats verringert werden, aber durch die damit verbundene ständige Wärmeabgabe des Kältemittelkühlers verzögert sich die Aufwärmung des Motors, wodurch sich der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen erhöhen und der Heizkomfort zu Wünschen lässt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kühlmittelkühler mit in ei¬ nen der Wasserkästen integrierten Getriebeölkühler zu stellen, gemäß dem auch bei einem geschlossenen Motor-Thermostat eine ausreichende Getrie¬ beölkühlung sichergestellt werden kann. Der Kühlmittelkühler soll dabei mög- liehst kostengünstig sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmeübertrager mit in einen der Sammelkästen integriertem Zusatzwärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteran- sprüche.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Kühlmittelkühler mit in einen der
Wasserkästen des Kühlmittelkühlers integriertem Getriebeölkühler, wobei am Wasserkasten ein zweiter Kühlmittel-Eintritt und/oder ein zweiter Kühl- mittel-Austritt vorgesehen ist, welcher eine Kühlmittelzirkulation auch bei
geschlossenem Motor-Thermostat, insbesondere bei kaltem Motor aber zu heißem Getriebeöl ermöglicht. Der Getriebeöl-Kreislauf entspricht hierbei vorzugsweise vollständig einem herkömmlichen Getriebeöl-Kreislauf, so dass in diesem Bereich keine Veränderungen erforderlich sind und die alten Bauteile weiter verwendet werden können. Lediglich am Wasserkasten ist ein zweiter Kühlmittel-Eintritt und/oder ein zweiter Kühlmittel-Austritt vorzu¬ sehen, wobei die Regelung bevorzugt über einen Thermostaten erfolgt, wel¬ cher in den Wasserkasten integriert oder im Kühlmittel-Eintritt bzw. -Austritt integriert sein kann. Abgesehen von einer Bypass-Leitung zum zweiten Kühlmittel-Ein- oder -Austritt und einer weiteren Verzweigung im herkömmli¬ chen Kühlmittel-Kreislauf sind keine Veränderungen erforderlich, wobei die Verzweigung auch direkt in den Motor-Thermostaten integriert sein kann.
Der zweite Kühlmittel-Eintritt und/oder der zweite Kühlmittel-Austritt ist be- vorzugt im Austritts-Wasserkasten angeordnet, in welchem die Kühlmittel¬ temperatur unter der des in den Eintritts-Wasserkasten einströmenden, vom Motor kommenden Kühlmittels liegt, so dass auf Grund der niedrigeren Temperatur eine effektivere Getriebeölkühlung möglich ist. Der Ein- bzw. Austritt liegt vorzugsweise oberhalb des Getriebeölkühlers, da in diesem o- beren Bereich die Kühlmitteltemperatur bei nicht durchströmtem Kühlmittel¬ kühler, was insbesondere bei kaltem Motor der Fall ist, höher ist als im unte¬ ren Bereich des Wasserkastens, da das warme Kühlmittel nach oben steigt.
Bevorzugt weist der Thermostat ein Dehnstoffelement auf, welches in den Wasserkasten hineinragt. Mit Hilfe des Dehnstoffelements, das sich bei ho¬ hen Temperaturen ausdehnt und entsprechend der Anordnung desselben ein Ventil öffnet, lässt sich der Ein- oder Austritt kostengünstig und auf einfa¬ che Weise regeln.
Dabei ist, insbesondere bei einströmendem Kühlmittel, im Wasserkasten ein Strömungsteiler angeordnet, der einen Sensorbereich des Thermostaten, also beispielsweise den Bereich in welchem ein Dehnstoffelement angeord¬ net ist, in einem von Kühlmittelströmung im Wesentlichen freien Bereich von dem Einströmbereich des zweiten Kühlmittel-Eintritts abtrennt.
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Eine Regelung der Durchströmung des Wasserkastens, in welchem der Ge¬ triebeölkühler angeordnet ist, in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur stellt sicher, dass das Getriebeöl ausreichend gekühlt wird und verhindert ein Cl- berhitzen des Getriebeöls, was ohne eine entsprechende Regelung insbe- sondere bei noch nicht betriebswarmem Motor und zu warmem Getriebeöl erfolgen könnte. Dabei ist die gesamte Anordnung nur unwesentlich teurer als eine herkömmliche Anordnung mit Kühlmittel-Kreislauf und Getriebeöl- Kreislauf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein den zweiten Kühlmittel- Eintritt und/oder den zweiten Kühlmittel-Austritt verschließendes Ventil, ins¬ besondere das Thermostat, von außen beispielsweise über eine Elektronik angesteuert, besonders bevorzugt durch Beheizen. Dadurch ist es möglich, das Getriebeöl aktiv zu erwärmen, um es bei geringen Lasten schneller auf Betriebstemperatur zu bringen und somit Reibungsverluste zu reduzieren. Ein Öffnen des Ventils bei einer Kühlmitteltemperatur etwas unterhalb der Temperatur, bei der der Motor-Thermostat öffnet, ist dabei besonders vor¬ teilhaft. Hierdurch kann das Getriebeöl erwärmt werden, bevor der Kühlmit¬ telkühler Wärme an die Umgebung abgibt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeich¬ nung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kühlmittelkreislaufs und eines Getriebeölkreislaufs gemäß dem ersten Ausfüh¬ rungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Austrittswasserkastens mit Getriebeölkühler gemäß dem ersten Ausführungsbei¬ spiel,
Fig. 3 eine schematische Detaildarstellung des oberen Bereichs des Austrittswasserkastens von Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Kühlmittelkreislaufs und eines Getriebeölkreislaufs gemäß dem zweiten Ausfüh¬ rungsbeispiel,
Fig. 5 eine schematische Detaildarstellung des oberen Bereichs des Austrittswasserkastens gemäß dem zweiten Ausfüh¬ rungsbeispiel, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Kühlmittelkreislaufs und eines Getriebeölkreislaufs gemäß dem Stand der Tech¬ nik.
Fig. 1 zeigt einen Kühlmittel-Kreislauf 1 und einen Getriebeöl-Kreislauf 2 ei- nes mit einem Motor 3 verbundenen Getriebes 4 mit stufenloser Überset¬ zung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist - entsprechend dem Stand der Technik - zur Kühlung des Getriebeöls ein Getriebeölkühler 5 ist in einem Wasserkasten 6, vorliegend dem Austrittswasserkasten 6', eines Kühlmittelkühlers 7 angeordnet. Der Getriebeöl-Kreislauf 2 entspricht hierbei dem Getriebeöl-Kreislauf 102 gemäß dem zuvor beschriebenen Stand der Technik, so dass hierauf nicht näher eingegangen wird.
Das vom Motor 3 kommende Kühlmittel strömt im Normalbetrieb - entspre¬ chend bei herkömmlichen Kühlmittel-Kreisläufen - über eine Leitung 8 zum Kühlmittelkühler 7, den es am Kühlmittel-Austrittsstutzen 9 verlässt, eine Lei¬ tung 10 zu einem Motor-Thermostat 11 und eine Kühlmittel-Pumpe 12 wie¬ der zum Motor 3. Ist das Kühlmittel ausreichend kühl, beispielsweise bei ei¬ nem Start des Motors 3, so sperrt der Motor-Thermostat 11 die Leitung 10 und das Kühlmittel gelangt über einen Bypass 13 vom Motor 3 direkt zum Motor-Thermostat 11 und der danach angeordneten Pumpe 12. In soweit entspricht der Kühlmittel-Kreislauf 1 einem herkömmlichen Kühlmittel- Kreislauf.
Zusätzlich ist, um eine ausreichende Kühlung des Getriebeöls bei bezüglich der Leitung 10 geschlossenem Motor-Thermostat 11 sicherzustellen, am Austrittswasserkasten 61 des Kühlmittelkühlers 7, in welchem der Getriebeöl¬ kühler 5 angeordnet ist, ein zweiter Kühlmittelaustritt 20 vorgesehen, welcher durch einen zweiten Thermostat 21 geregelt wird, und von welchem aus über eine Bypass-Leitung 22 das Kühlmittel direkt dem Bypass 13 zugeführt wer¬ den kann. Dabei ermittelt der Thermostat 21 die Temperatur des Kühlmittels, welches im Wasserkasten 6 durch das den Getriebeölkühler 5 durchströ¬ mende, heiße Getriebeöl konvektiv erwärmt wird. Vorliegend ist der Ther- mostat 21 direkt am Wasserkasten 6 montiert, jedoch kann er auch in einen zweiten Kühlmittel-Austrittsstutzen integriert sein. Da das warme Kühlmittel im Wasserkasten 6 nach oben steigt, ist der zweite Thermostat 21 oben, o- berhalb des Getriebeölkühlers 5 angebracht.
Damit sich durch die Bypass-Leitung 22 eine Strömung ausbildet, ist ein aus¬ reichendes Druckgefälle erforderlich. Bei einer Regelung der Motortempera¬ tur über einen Motor-Thermostaten 11 am Motoreintritt, wie in Fig. 1 darge¬ stellt, gelangt das erwärmte Kühlmittel über den Bypass 13 am Motor- Thermostat 11 vorbei, so dass auch bei geschlossenem Motor-Thermostat 11 ein ausreichendes Druckgefälle vorhanden und somit eine Strömung möglich ist.
Gemäß einer nicht in der Zeichnung dargestellten Variante führt die Bypass- Leitung 22 zu einem zusätzlichen Stuten direkt in das Gehäuse des Motor- Thermostats, wobei der Stuten so angeordnet ist, dass er hinter dem eigent¬ lichen Ventil im Motorrücklauf mündet.
Bei geringen Kühlmitteltemperaturen kann somit sichergestellt werden, dass - bei einer relativ hohen Temperatur des Kühlmittels im Bereich des Getrie- beölkühlers 5 - die Funktion des Getriebeölkühlers 5 durch eine ausreichen¬ de Durchströmung des Austrittswasserkastens 61 gewährleistet werden kann.
Als zweiter Thermostat 21 wird vorliegend ein Thermostat mit Dehnstoffele¬ ment 23 verwendet, wobei das Dehnstoffelement 23 in den Wasserkasten 6 hineinragt. Durch die Erwärmung des Dehnstoffelements 23 gibt das Ther-
mostat-Ventil 24, von dem in Fig. 3 der Ventilsitz 25 und der Ventilteller 26 angedeutet sind, den Strömungsweg durch den zweiten Austrittsstutzen 27 über die Bypass-Leitung 22 frei. Die Konvektion ist in Fig. 3 durch einen nicht ausgefüllten Pfeil oberhalb des Getriebeölkühlers 5 angedeutet.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5 das zweite Ausführungsbeispiel näher erläutert. Hierbei sind gleiche oder gleichwirken¬ de Elemente mit um 100 höheren Bezugzeichen als beim ersten Ausfüh¬ rungsbeispiel bezeichnet.
Hierbei sind wiederum ein Kühlmittel-Kreislauf 101 und ein Getriebeöl- Kreislauf 102 vorgesehen, wobei hierbei der Getriebeöl-Kreislauf 102 dem Getriebeöl-Kreislauf 2 und dem Getriebeöl-Kreislauf 202 gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel und dem Stand der Technik entspricht, so dass hierauf nicht näher eingegangen wird.
Ein mit einem Motor 103 verbundenes Getriebe 104, vorliegend ein Automa¬ tikgetriebe mit Wandlerkupplung, wird vom den Getriebeöl-Kreislauf 102 durchströmenden Getriebeöl gekühlt, das in einem Getrϊebeölkühler 105, der in einem Wasserkasten 106, vorliegend wiederum dem Austrittswasserkas¬ ten 106', eines Kühlmittelkühlers 107 angeordnet ist, die aufgenommene Wärme an das Kühlmittel abgibt, das im Kühlmittel-Kreislauf 101 zirkuliert.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Motor-Thermostat 111 motoraustrittsseitig im Kühlmittel-Kreislauf 101 angeordnet. Im Normal¬ betrieb strömt das vom Motor 103 kommende Kühlmittel durch den Motor- Thermostat 111 eine Leitung 108 zum Kühlmittelkühler 107, den es an ei¬ nem Kühlmittel-Austrittsstutzen 109 verlässt, und eine Leitung 110 zu einer Kühlmittel-Pumpe 112 und wieder zum Motor 103.
Ist das Kühlmittel ausreichend kühl, beispielsweise bei einem Start des Mo¬ tors 103, so sperrt der Motor-Thermostat 111 die Leitung 108 und das Kühl¬ mittel gelangt über einen Bypass 113 vom Motor 103 direkt zur Leitung 110 und zur Pumpe 112. In soweit entspricht der Kühlmittel-Kreislauf 1 wiederum
einem herkömmlichen Kühlmittel-Kreislauf, vorliegend dem in Fig. 6 darge¬ stellten Kühlmittel-Kreislauf 201 gemäß dem Stand der Technik.
Zusätzlich ist, um eine ausreichende Kühlung des Getriebeöls bei bezüglich der Leitung 108 geschlossenem Motor-Thermostat 111 sicherzustellen, am Austrittswasserkasten 106' des Kühlmittelkühlers 107, in welchem der Ge¬ triebeölkühler 105 angeordnet ist, anstelle des zweiten Kühlmittelaustritts 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein zweiter Kühlmitteleintritt 130 vorgesehen, welcher durch einen zweiten Thermostat 131 geregelt wird. Hierbei kann im Bedarfsfall Kühlmittel über eine Bypass-Leitung 132 vom Motor-Thermostat 111 zum zweiten Thermostat 131 und in den Wasserkas¬ ten 106 gelangen. Vom Wasserkasten 106 aus gelangt das Kühlmittel, nachdem es Wärme vom Getriebeölkühler 105 aufgenommen hat, über den Kühlmittel-Austrittsstutzen 109 auf übliche Weise über die Leitung 110 zur Pumpe 112 und wieder in den Motor 103. Vorliegend ist die Bypass-Leitung 132 derart in das Gehäuse des Motor-Thermostats 111 integriert, dass sie bei geöffnetem Motor-Thermostat 111 verschlossen ist, so dass kein Kühl¬ mittel über die Bypass-Leitung 132 in den Wasserkasten 106 gelangt, son¬ dern das gesamte Kühlmittel den normalen Strömungsweg über die Leitung 108 zum Kühlmittelkühler 107 nimmt und in denselben über den Eintritts¬ wasserkasten 106" gelangt.
Dabei ermittelt der Thermostat 131 entsprechend dem Thermostat 21 des ersten Ausführungsbeispiels die Temperatur des Kühlmittels, welches im Wasserkasten 106 durch das den Getriebeölkühler 105 durchströmende, heiße Getriebeöl konvektiv erwärmt wird. Der Thermostat 131 ist direkt im Wasserkasten 106 montiert (vgl. Fig. 5), jedoch kann er auch in einen zwei¬ ten Kühlmittel-Eintrittsstutzen integriert sein. Da das warme Kühlmittel im Wasserkasten 106 nach oben steigt, ist der zweite Thermostat 131 entspre- chend dem Thermostat 21 des ersten Ausführungsbeispiels oben, oberhalb des Getriebeölkühlers 105 angebracht, jedoch unterscheidet sich vorliegend die Ausgestaltung des Thermostaten 131 von der des Thermostaten 21.
Das Dehnstoffelement des Thermostats 131 ist hierbei an einer dem Ventil mit Ventilsitz und Ventilteller gegenüberliegenden Wand des Wasserkastens
106 angeordnet, wobei ein Strömungsteiler in Form einer Trennwand dazwi¬ schen angeordnet ist, damit bei nicht betriebswarmem Motor 103 kein kühles Kühlmittel in Kontakt mit dem Dehnstoffelement gelangt und so den Ther¬ mostaten wieder verschließt, obwohl eine Strömung gewünscht ist.
Der zweite Thermostat 131 weist wiederum ein Dehnstoffelement 133 und ein Thermostat- Ventil 134 mit einem Ventilsitz 135 und Ventilteller 136, die an einem zweiten Einlassstutzen 137 angeordnet sind, auf. Allerdings sind das Dehnstoffelement 133, das auf einer Seite des Wasserkastens 106 o- berhalb des Getriebeölkühlers 105 angeordnet ist und einen Sensorbereich des Thermostaten 131 bildet, und das Thermostat- Ventil 134, das auf der gegenüberliegenden Seite des Wasserkastens 106 oberhalb des Getriebeöl¬ kühlers 105 angeordnet ist, durch einen Strömungsteiler 138 getrennt, wel¬ cher durch eine in Richtung auf den Getriebeölkühler 105 ragende Wand gebildet ist, welcher verhindert, dass bei geöffnetem Thermostat-Ventil 134 sich im Bereich des Dehnstoffelements 133 eine dasselbe kühlende Strö¬ mung anstelle der Strömung in Folge der Wärmekonvektion ausbildet, so dass ein ungewolltes Schließen des zweiten Thermostats 131 verhindert wird.
Bezugszeichenliste
1, 101, 201 Kühlmittel-Kreislauf 2, 102, 202 Getriebeöl-Kreislauf 3, 103, 203 Motor
4.104, 204 Getriebe
5.105, 205 Getriebeölkühler
6.106, 206 Wasserkasten 6', 106' Austrittswasserkasten 6", 106" Eintrittswasserkasten
7.107, 207 Kühlmittelkühlers
8.108 Leitung
9.109 Kühlmittel-Austrittsstutzen 10, 110 Leitung
11,111,211 Motor-Thermostat 12, 112, 212 Kühlmittel-Pumpe 13, 213 Bypass 20 zweiter Kühlmittelaustritt 21 zweiter Thermostat
22 Bypass-Leitung
23 Dehnstoffelement
24 Thermostat-Ventil
25 Ventilsitz 26 Ventilteller
27 zweiter Austrittsstutzen
130 zweiter Kühlmitteleintritt
131 zweiter Thermostat
132 Bypass-Leitung 133 Dehnstoffelement
134 Thermostat-Ventil
135 Ventilsitz
136 Ventilteller
137 zweiter Einlassstutzen 138 Strömungsteiler