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Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum Verbinden von Kühlkreislaufabschnitten eines Kühlkreislaufs, einen Kühlkreislauf mit solch einer Kupplung sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einem Kühlkreislauf.
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, in einem Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug einen Silikatvorrat zur Verhinderung von Korrosion vorzusehen. Ein solcher Kühlkreislauf ist aus der
DE 195 06 935 C1 bekannt. Dort ist der Silikatvorrat im Ausgleichsbehälter angeordnet. Üblicherweise wird eine solche Silikatreserve in Form von Kugeln in einem perforierten Behälter oder in Form von Bruchstücken in einem Säckchen vorgesehen. Dabei muss die Silikatreserve im Ausgleichsbehälter fixiert werden, um ein Verrutschen auszuschließen. Nachteilig dabei ist, dass das Silikat dabei mit einem verhältnismäßig geringen Volumenstrom umströmt wird, was in Kombination mit den großen Strömungsquerschnitten im Ausgleichsbehälter zu einem geringen konvektiven Einfluss hinsichtlich der Verteilung des gelösten Silikates im Kühlmittel führt. Speziell in Kreisläufen ohne zu kühlenden Verbrennungsmotor, beispielsweise bei Niedertemperatur-Kreisläufen für 48V-Bordnetze oder Plug-In-Hybride, kann es aufgrund der oftmals ohnehin geringeren Volumenströme und der geringeren Temperaturen zu einer zu geringen Auslösung von Silikat kommen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch eine Kupplung gemäß Anspruch 1, einen Kühlkreislauf gemäß Anspruch 7 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die Erfindung eine Kupplung zum Verbinden von Kühlkreislaufabschnitten eines Kühlkreislaufs bereit. Insbesondere strömt in dem Kühlkreislauf ein Fluid, vorzugsweise eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Kühlmittel. Die Kupplung ist versehen mit einem Kupplungsgehäuse; einem Kupplungsstutzen, der in oder an dem Kupplungsgehäuse lösbar befestigbar ist; einer Dichtung, welche zwischen dem Kupplungsgehäuse und dem Kupplungsstutzen abdichtet, wobei in einem Innenraum des Kupplungsgehäuses ein entlang einer Längsrichtung des Kupplungsgehäuses verlaufender Fluidströmungspfad ausgebildet ist, welcher von einem Reservoir zur Aufnahme eines Silikats umgeben ist, das von dem Fluidströmungspfad durch eine erste perforierte Wand getrennt ist. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass durch die Kupplung eine Vorrichtung mit Doppelfunktionalität bereitgestellt wird, einerseits das Herstellen von Verbindungen im Kühlkreislauf und andererseits das Einbringen von Silikat in das Kühlmittel. Die Kupplung ermöglicht eine Anordnung des Silikat-Reservoirs derart, dass eine Umströmung mit größerem Volumenstrom erreicht werden kann, was eine bessere Auslösung des Silikats erlaubt. Zusätzlich ist die Variabilität in der Verortung des Silikat-Reservoirs ein Vorteil. Beispielsweise ist die Löslichkeit eines Silikats eine Funktion der Temperatur. Dabei gilt nicht, je höher die Silikatkonzentration desto besser. Vielmehr kann durch die Erfindung eine Silikatreserve an einer Stelle im Kühlkreislauf eingebracht werden, an der die Temperatur hinsichtlich Auslösung ideal ist. „Kühlkreislaufabschnitte“ bezeichnen im Rahmen dieser Erfindung Abschnitte von Kühlkreislaufleitungen oder Abschnitte von Kühlkreislaufkomponenten. Das Silikat dient dem Schutz vor Korrosion, insbesondere Aluminiumkorrosion.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Stirnseite des Reservoirs, insbesondere eine entgegen die Strömungsrichtung des Kühlmittels gewandte Stirnseite, durch eine zweite perforierte Wand verschlossen. Diese zweite Wand dient dem Verschluss des Reservoirs und ermöglicht einen Zugang zum Reservoir zum Befüllen dieses. Dadurch, dass diese Wand auch perforiert ausgestaltet ist, kann eine bessere Durchströmung des Reservoirs erreicht werden und der Strömungswiderstand innerhalb der Kupplung ist im Vergleich zu einer nichtperforierten Wand verringert.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Reservoir hohlzylinderförmig ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Kupplungsgehäuse einen Anschlussstutzen auf, an den eine Kühlkreislaufleitung als Kühlkreislaufabschnitt anschließbar ist, wobei der Fluidströmungspfad und der Anschlussstutzen zueinander fluchtend angeordnet sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an einer zum Kupplungsstutzen gewandten Seite des Reservoirs ein Reservoir-Verschluss vorgesehen, der die zweite perforierte Wand sowie einen Abstützabschnitt aufweist, der sich von einer radialen Außenkante der zweiten perforierten Wand zum Kupplungsstutzen hin erstreckt.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Kühlkreislauf mit einer Kupplung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; einem ersten Kühlkreislaufabschnitt, der an das Kupplungsgehäuse angeschlossen ist oder einstückig mit diesem ausgebildet ist, und einem zweiten Kühlkreislaufabschnitt, der an den Kupplungsstutzen angeschlossen ist oder einstückig mit diesem ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kupplung zwischen dem, in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen, letzten in einem Kühlbetrieb zu kühlenden Element und einem Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlmittels angeordnet. Das zu kühlende Element ist dabei ein Element, welches in einem Kühlbetrieb von dem Kühlkreislauf durchströmt und gekühlt wird, d.h. Wärme von dem Element an das Kühlmittel abgegeben wird. Das zu kühlende Element ist insbesondere ein Element oder mehrere Elemente aus der Gruppe umfassend: einen elektrischen Energiespeicher, einen Gleichstromwandler und einen Traktionsmotor. Der Wärmetauscher zum Kühlen ist dabei ein Wärmetauscher, der im Kühlbetrieb die Temperatur des Kühlmittels während dieses den Wärmetauscher durchströmt, senkt, beispielsweise handelt es sich um einen Kühler, der von Fahrtwind gekühlt wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Kühlkreislauf zumindest einen Traktionsmotor und einen elektrischen Energiespeicher als zu kühlende Elemente auf.
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Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Kühlkreislauf bereit.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
- 1 zeigt schematisch einen Kühlkreislauf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 2 zeigt schematisch eine Kupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
- 3 zeigt die Kupplung aus 2 etwas detaillierter.
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1 zeigt schematisch einen Kühlkreislauf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich dabei insbesondere um den Kühlkreislauf in einem Kraftfahrzeug, insbesondere um ein Elektrofahrzeug (rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug) oder ein Hybridfahrzeug (mit Elektroantrieb und Verbrennungsmotor). Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen.
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Der Kühlkreislauf weist einen Kühler bzw. Wärmetauscher 1, eine Kühlmittelpumpe 2, einen elektrischen Energiespeicher 3, einen Gleichstromwandler 4 und einen Traktionsmotor 5 (ein Elektromotor) auf, die in dieser Reihenfolge entlang einer in einem Kühlbetrieb vorgesehenen Strömungsrichtung (durch Pfeile in 1 angedeutet) des Kühlmittels angeordnet sind. Nach dem Traktionsmotor 5 wird der Kühlkreislauf zurück zum Wärmetauscher 1 geführt und somit der Kreislauf geschlossen. Diese Reihenfolge ist jedoch nicht zwingend so und kann auch verändert werden. Zwischen den genannten Komponenten sind Kühlmittelleitungen 6 vorgesehen. Diese Kühlmittelleitungen 6 sind beispielsweise als Schläuche oder Leitungen ausgebildet und beispielsweise aus Gummi, Kunststoff, Metall oder eine Kombination daraus.
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Von der Kühlmittelleitung 6, welche vom Wärmetauscher 1 zur Kühlmittelpumpe 2 führt, zweigt eine Ausgleichsbehälterleitung 7 ab, welche zu einem Ausgleichsbehälter 8 führt. Vom Ausgleichsbehälter 8 führt eine Ausgleichsbehälterleitung 9 weg und mündet in die Kühlmittelleitung 6, welche vom Traktionsmotor 5 zum Wärmetauscher 1 führt.
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Im Kühlkreislauf zwischen dem Traktionsmotor 5 und dem Wärmetauscher 1 ist eine erfindungsgemäße Kupplung 10 angeordnet. Allgemeiner ausgedrückt ist die Kupplung 10 stromaufwärts des Wärmetauscher 1 und stromabwärts des letzten zu kühlenden Elements (im dargestellten Beispiel dem Traktionsmotor 5) angeordnet. Der sich daraus ergebende Vorteil ist, dass an dieser Stelle das Temperaturniveau des Kühlmittels am höchsten ist und somit eine möglichst gute Auslösung eines in der Kupplung gespeicherten Silikats erreicht werden kann. Diese Anordnung ist jedoch nicht zwingend und die erfindungsgemäße Kupplung 10 kann auch an anderen Stellen im Kühlkreislauf vorteilhaft eingesetzt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel dieser Kupplung wird nachfolgend anhand von 2, die schematisch die Kupplung zeigt, und 3, die diese Kupplung etwas detaillierter darstellt, beschrieben. Die Kupplung 10 weist ein Kupplungsgehäuse 11 und einen Kupplungsstutzen 12 auf. Der Kupplungsstutzen 12 ist in oder an dem Kupplungsgehäuse 11 zerstörungsfrei lösbar befestigbar. Beispielsweise kann der Kupplungsstutzen 12 in das Kupplungsgehäuse 11 gesteckt und gesichert werden. Die Sicherung erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Feder 13, die im gesicherten Zustand in einer Nut einliegt und somit ein Lösen verhindert. Soll diese Sicherung gelöst werden, muss die Feder 13 entgegen ihrer Vorspannung betätigt und aus der Nut gehoben werden. Eine Sicherung könnte ebenso mittels einer Klick-Sicherung erreicht werden, indem beispielsweise entsprechende federbelastete Vorsprünge (nicht dargestellt) am Kupplungsstutzen 12 in Aussparungen (nicht dargestellt) am Kupplungsgehäuse 11 einschnappen und somit ein Lösen verhindern. Außerdem kann der Kupplungsstutzen 12 an dem Kupplungsgehäuse 11 zerstörungsfrei lösbar befestigt werden, indem der Kupplungsstutzen 12 mit einem Gewinde versehen ist und in das mit einem passenden Gewinde versehene Kupplungsgehäuse 11 schraubbar ist, optional ebenfalls mit einer entsprechenden Sicherung gegen Lösen dieser Schraubverbindung.
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Die Kupplung 10 dient zum Verbinden von Kühlkreislaufabschnitten eines Kühlkreislaufs. Beispielsweise kann ein Kühlkreislaufabschnitt durch einen Abschnitt einer Kühlmittelleitung 6 oder einen Abschnitt der Elemente mit den Bezugszeichen 2 bis 5 gebildet werden. Zum Beispiel können mit der Kupplung 10 zwei Enden von Kühlmittelleitungsabschnitten miteinander verbunden werden, indem ein Ende eines Kühlmittelleitungsabschnitts mit dem Kupplungsgehäuse 11 und der andere Kühlmittelleitungsabschnitt mit dem Kupplungsstutzen 12 verbunden oder einstückig (insbesondere monolithisch) ausgebildet ist. Darüber hinaus können mit der Kupplung 10 ein Kühlmittelleitungsabschnitt mit einem Abschnitt eines der Elemente mit den Bezugszeichen 2 bis 5 verbunden werden, indem ein Ende eines Kühlmittelleitungsabschnitts mit dem Kupplungsgehäuse 11 und der Abschnitt des Elements mit dem Kupplungsstutzen 12 verbunden oder einstückig (insbesondere monolithisch) ausgebildet ist.
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Das Kupplungsgehäuse 11 ist im Wesentlichen becherförmig, wobei ein Ende des Kupplungsgehäuses 11 vollständig offen ist. In dieses vollständig geöffnete Ende ist der Kupplungsstutzen 12 einbringbar. Das gegenüberliegende Ende ist mit einem Anschlussstutzen 14 versehen, an dem ein Abschnitt einer Kühlmittelleitung 6 als erster Kühlkreislaufabschnitt angebracht werden kann, beispielsweise aufgesteckt oder aufgeschraubt, wobei je nachdem Rillen oder ein Außengewinde auf der Außenseite 15 vorgesehen sind/ist. Der Anschlussstutzen 14 ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig und mit dem Kupplungsgehäuse 11 nicht-zerstörungsfrei lösbar verbunden oder einstückig (insbesondere monolithisch) mit diesem ausgebildet.
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Im Inneren des Kupplungsgehäuses 11 ist entlang einer Längsrichtung des Kupplungsgehäuses 11, insbesondere entlang einer Mittellinie 16, ein Fluidströmungspfad 17 ausgebildet. Der Fluidströmungspfad 17 ist insbesondere geradlinig und hindernisfrei ausgebildet. Ferner ist der Fluidströmungspfad 17 von einem Reservoir 18 umgeben, welches als Speicher zur Aufnahme eines Silikats dient bzw. in welchem Silikat aufgenommen ist. Beispielsweise kann das Silikat als Feststoff in Pulverform oder in Form von Kügelchen vorliegen. Das Reservoir 18 umgibt den Fluidströmungspfad 17 vorzugsweise vollumfänglich, insbesondere hohlzylinderförmig. Insbesondere reicht das Reservoir 18 von einer radial (bezogen auf die Mittellinie 16) nach Innen weisenden Seite bis zu dem Fluidströmungspfad 17. Das Reservoir 18 ist von dem Fluidströmungspfad 17 durch eine erste perforierte Wand 19 getrennt. An einer Stirnseite, welche zum Kupplungsstutzen 12 weist, ist das Reservoir 18 durch eine abnehmbare, zweite perforierte Wand 20 verschließbar, die sich insbesondere senkrecht zur Mittellinie 16 erstreckt. Die perforierten Wände 19 und 20 sind Wände, mit einem Flächenanteil an festem, insbesondere flüssigkeitsundurchlässigem, Wandmaterial und einem Flächenanteil an Wandmaterial-freien, fluiddurchlässigen Öffnungen. Konkret können die perforierten Wände 19 und 20 in Form eines Gitters, einer Wand mit eingebrachten Öffnungen oder dergleichen ausgebildet sein. Dabei kann der Flächenanteil an Wandmaterial größer sein oder der Flächenanteil an Öffnungen größer sein oder die Flächenanteile können gleich sein. Die zweite perforierte Wand 20, die insbesondere als Kreisring ausgebildet, ist Teil eines Reservoir-Verschlusses 21, der die zweite perforierte Wand 20 sowie einen Abstützabschnitt 22 aufweist, der sich von einer radialen Außenkante der zweiten perforierten Wand 20, insbesondere parallel zur Mittellinie 16, zum Kupplungsstutzen 12 hin erstreckt.
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An einer Stirnseite des Abstützabschnitts 22, welche zum Kupplungsstutzen 12 weist, ist eine Dichtung 23 in Form eines Dichtrings angeordnet. Auf der dem Reservoir 18 abgewandten Seite der Dichtung 23 ist ein Sperrring 24 angeordnet. Der Kupplungsstutzen 12 drückt im in das Kupplungsgehäuse 11 eingebrachten, z.B. eingesteckten bzw. eingeschraubten, Zustand den Sperrring 24 gegen die Dichtung 23, die wiederum gegen den Abstützabschnitt 22 gedrückt wird und so zwischen dem Kupplungsgehäuse 11 und dem Kupplungsstutzen 12 abdichtet. Der Kupplungsstutzen 12 weist im seinem Inneren einen Fluiddurchgang 25 auf, der in den Fluidströmungspfad 17 mündet. Der Fluidströmungspfad 17 erstreckt sich, wie vorstehend beschrieben, durch das Reservoir 18 und setzt sich fluchtend in einen Fluidströmungskanal 26 fort, der sich durch das Innere des Anschlussstutzens 14, entlang der Längsrichtung der Kupplung 10, insbesondere entlang der Mittellinie 16, erstreckt. Der Fluidströmungskanal 26 kann gegenüber dem Fluidströmungspfad 17, aber auch winklig angeordnet sein, beispielsweise kann der Fluidströmungskanal 26 gegenüber dem Fluidströmungspfad 17 leicht abgewinkelt bis hin zu rechtwinklig angeordnet sein.
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Wird die Kupplung 10 von Fluid, insbesondere Flüssigkeit, wie beispielsweise Kühlmittel, durchströmt, dann kann sich das im Reservoir 18 gespeicherte Silikat über die Zeit im Fluid auflösen. Das Fluid strömt durch den Fluiddurchgang 25, den Fluidströmungspfad 17 und den Fluidströmungskanal 26 (beide Strömungsrichtungen möglich), wobei ein Teil des Kühlmittels das Reservoir 18 durchströmt und das Silikat langsam auflöst.
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Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
