DE102019117930A1 - Arrangement and method for heating the cabin air of a vehicle and vehicle - Google Patents

Abstract

Es wird eine Anordnung 1 zur Erwärmung der Kabinenluft 2 eines Fahrzeugs 3 mit einem Fahrzeugrad 4 mittels eines Temperierkreislaufs 5 angegeben. Der Temperierkreislauf 5 weist ein mechanisches Bremssystem 6 mit Kühlkanälen 7 zum Bremsen des Fahrzeugrads 4 auf, wobei die Kühlkanäle 7 von einem Temperiermittel 8 durchströmbar ausgebildet sind. Weiterhin weist der Temperierkreislauf 5 einen Wärmeüberträger 9, ausgebildet zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel 8 und der Kabinenluft 2, und eine Pumpeinrichtung 10 auf.Daneben werden ein Fahrzeug 3 mit einer Fahrzeugkabine 16 und einer solchen Anordnung 1 sowie ein Verfahren zur Erwärmung der Kabinenluft 2 eines Fahrzeugs 3 mittels einer solchen Anordnung 1 oder eines solchen Fahrzeugs 3 angegeben.An arrangement 1 for heating the cabin air 2 of a vehicle 3 with a vehicle wheel 4 by means of a temperature control circuit 5 is specified. The temperature control circuit 5 has a mechanical brake system 6 with cooling channels 7 for braking the vehicle wheel 4, the cooling channels 7 being designed so that a temperature control medium 8 can flow through them. Furthermore, the temperature control circuit 5 has a heat exchanger 9, designed for heat transfer between the temperature control medium 8 and the cabin air 2, and a pumping device 10. In addition, a vehicle 3 with a vehicle cabin 16 and such an arrangement 1 and a method for heating the cabin air 2 are a Vehicle 3 indicated by means of such an arrangement 1 or such a vehicle 3.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Erwärmung der Kabinenluft eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug.The present invention relates to an arrangement and a method for heating the cabin air of a vehicle and a vehicle.

Elektromotoren elektrisch betriebener Fahrzeuge erzeugen im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren aufgrund ihrer hohen Effizienz nur wenig Abwärme. Da in herkömmlichen Fahrzeugen die Abwärme zur Erwärmung der Kabinenluft des Fahrzeugs genutzt wird, sind bei elektrischen Fahrzeugen andere Konzepte zur Erwärmung der Kabinenluft erforderlich.Electric motors in electrically powered vehicles generate little waste heat compared to conventional vehicles with combustion engines due to their high efficiency. Since the waste heat is used in conventional vehicles to heat the cabin air of the vehicle, other concepts for heating the cabin air are required in electric vehicles.

Eine Möglichkeit ist ein elektrisches Beheizen der Kabinenluft. Hierfür wird allerdings elektrischen Energie benötigt, die zumeist der Traktionsbatterie des Fahrzeugs entnommen wird und folglich die Reichweite des Elektrofahrzeugs verringert.One possibility is electrical heating of the cabin air. For this, however, electrical energy is required, which is usually taken from the vehicle's traction battery and consequently reduces the range of the electric vehicle.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zum Beheizen der Kabinenluft eines Fahrzeugs anzugeben, die nicht zu einer Verringerung der Reichweite des Fahrzeugs führt.The object of the invention is to provide a possibility for heating the cabin air of a vehicle which does not lead to a reduction in the range of the vehicle.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche enthalten Ausführungsvarianten dieser erfindungsgemäßen Lösungen.This problem is solved by the subjects of the independent claims. The dependent claims contain variants of these solutions according to the invention.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass elektrisch betriebene Fahrzeuge aufgrund der hohen Masse der Traktionsbatterie im Allgemeinen schwerer als herkömmliche Fahrzeuge sind, so dass ein entsprechend größer dimensioniertes Bremssystem vorhanden sein muss, um die erforderliche Bremswirkung erreichen zu können. Während des Bremsvorgangs mit einer mechanischen Bremse wird kinetische Energie mittels Reibung in Wärme umgewandelt. Diese Wärme kann abgeführt und zur Erwärmung der Kabinenluft genutzt werden.The invention is based on the knowledge that electrically operated vehicles are generally heavier than conventional vehicles due to the high mass of the traction battery, so that a correspondingly larger brake system must be available in order to be able to achieve the required braking effect. During braking with a mechanical brake, kinetic energy is converted into heat by means of friction. This heat can be dissipated and used to heat the cabin air.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erwärmung der Kabinenluft eines Fahrzeugs mit einem Fahrzeugrad mittels eines Temperierkreislaufs. Der Temperierkreislauf weist ein mechanisches Bremssystem mit Kühlkanälen zum Bremsen des Fahrzeugrads auf, wobei die Kühlkanäle von einem Temperiermittel durchströmbar ausgebildet sind. Außerdem verfügt der Temperierkreislauf über einen Wärmeüberträger, ausgebildet zur Wärmeübertragung zwischen einem im Temperierkreislauf strömenden Temperiermittel und der Kabinenluft, und eine Pumpeinrichtung auf.A first aspect of the invention relates to an arrangement for heating the cabin air of a vehicle with a vehicle wheel by means of a temperature control circuit. The temperature control circuit has a mechanical brake system with cooling channels for braking the vehicle wheel, the cooling channels being designed so that a temperature control medium can flow through them. In addition, the temperature control circuit has a heat exchanger, designed to transfer heat between a temperature control medium flowing in the temperature control circuit and the cabin air, and a pumping device.

Der Temperierkreislauf wird durch Kanäle, Schläuche, Rohre, Leitungen etc. gebildet, die die verschiedenen Einrichtungen des Temperierkreislaufs, also z. B. das Bremssystem, den Wärmeüberträger und die Pumpeinrichtung, miteinander verbindet, so dass diese von dem Temperiermittel durchströmt oder umströmt werden können und eine Wärmeübertragung vom bzw. auf das Temperiermittel stattfinden kann.The temperature control circuit is formed by channels, hoses, pipes, lines, etc., which the various facilities of the temperature control circuit, so z. B. the brake system, the heat exchanger and the pump device, connects with each other, so that the temperature control medium flows through or around them and heat can be transferred from or to the temperature control medium.

Die Pumpeinrichtung dient der Ausbildung eines Temperiermittelstroms im Temperierkreislauf. Sie kann vorteilhaft eine schnelle Ausbildung des Temperierkreislaufs ermöglichen, so dass das Bremssystem zügig und mit ausreichendem Temperiermittelstrom gekühlt werden kann. Als Temperiermittel kann beispielsweise Wasser, ggf. mit Zusätzen zur Veränderung der Siede- und/oder Schmelztemperatur und/oder zur Verhinderung der Bildung von Ablagerungen, genutzt werden.The pump device is used to form a flow of temperature control medium in the temperature control circuit. It can advantageously enable a rapid formation of the temperature control circuit, so that the brake system can be cooled quickly and with a sufficient flow of temperature control medium. The temperature control medium used can be, for example, water, possibly with additives to change the boiling and / or melting temperature and / or to prevent the formation of deposits.

Mittels dieser Anordnung kann ein im Temperierkreislauf strömendes Temperiermittel zum Bremssystem gelangen, dort erwärmt werden und im Gegenzug das Bremssystem kühlen. Anschließend gelangt das erwärmte Temperiermittel in einen Wärmeüberträger, der zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel und der Kabinenluft ausgebildet ist, so dass die Kabinenluft erwärmt werden kann. Das abgekühlte Temperiermittel erreicht anschließend wieder das Bremssystem.By means of this arrangement, a temperature control medium flowing in the temperature control circuit can reach the brake system, be heated there and, in return, cool the brake system. The heated temperature control medium then passes into a heat exchanger, which is designed to transfer heat between the temperature control medium and the cabin air, so that the cabin air can be heated. The cooled temperature control medium then reaches the brake system again.

Die Kühlkanäle, z. B. für Zulauf und Rücklauf (bezogen auf das Bremssystem), können mittels einer Trenndichtung voneinander getrennt sein. Die Trenndichtung kann als einfache Dichtung ausgeführt sein, da lediglich die Volumenströme getrennt werden müssen, eine Leckage aber zumeist unproblematisch ist.The cooling channels, e.g. B. for inlet and return (based on the brake system) can be separated from each other by means of a separating seal. The separating seal can be designed as a simple seal, since only the volume flows have to be separated, but leakage is usually unproblematic.

Die Anordnung kann für jedes Fahrzeug mit einem mechanischen Bremssystem zum Bremsen eines Fahrzeugrads genutzt werden. Unter einem mechanischen Bremssystem kann jedes Bremssystem verstanden werden, das kinetische Energie mittels Reibung in Wärme umwandelt.The arrangement can be used for any vehicle with a mechanical braking system for braking a vehicle wheel. A mechanical braking system can be understood as any braking system that converts kinetic energy into heat by means of friction.

Insbesondere kann die Anordnung im Zusammenhang mit einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, z. B. einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridelektrofahrzeug, eingesetzt werden, da derartige Fahrzeuge zumeist mit einem Bremssystem höherer Leistung versehen sind und folglich beim Bremsvorgang vergleichsweise viel Abwärme entsteht, so dass das Temperiermittel schnell erwärmt werden kann.In particular, the arrangement can be used in connection with an electrically powered vehicle, e.g. B. an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, since such vehicles are usually provided with a braking system of higher power and consequently a comparatively large amount of waste heat is generated during the braking process, so that the temperature control medium can be heated quickly.

Mittels der Anordnung kann die Kabinenluft eines Fahrzeugs schnell und energieeffizient erwärmt werden. Ein elektrisches Beheizen ist in den meisten Fällen nicht notwendig. Da der Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs keine oder nur in seltenen Fällen, z. B. bei sehr kalten Außentemperaturen, bei denen sehr wenig Abwärme des Bremssystems zur Verfügung steht, Energie zum Beheizen der Kabinenluft entnommen werden muss, kann die Reichweite eines solchen Fahrzeugs vergrößert werden.By means of the arrangement, the cabin air of a vehicle can be heated quickly and energy-efficiently. In most cases, electrical heating is not necessary. Since the traction battery of an electrically powered vehicle has no or only in rare cases, e.g. B. at very cold outside temperatures where very little waste heat from the brake system is available, energy for Heating must be taken from the cabin air, the range of such a vehicle can be increased.

Außerdem wird eine verbesserte Kühlung des mechanischen Bremssystems erreicht, so dass das Bremssystem ggf. kleiner dimensioniert werden kann und weniger Bauraum benötigt wird.In addition, improved cooling of the mechanical brake system is achieved, so that the brake system can be dimensioned smaller if necessary and less installation space is required.

Optional kann im Temperierkreislauf ein weiterer Wärmeüberträger vorgesehen sein, um Wärme vom Temperiermittel an die Umgebungsluft abgeben zu können. Der weitere Wärmeüberträger kann mittels eines Bypasses umgehbar ausgebildet sein. Dadurch besteht die Möglichkeit, bei Bedarf Abwärme des Bremssystems an die Umgebungsluft abzuführen und das Bremssystem auch dann zu kühlen, wenn eine Erwärmung der Kabinenluft nicht oder nur in geringem Ausmaß gewünscht ist.Another heat exchanger can optionally be provided in the temperature control circuit in order to be able to give off heat from the temperature control medium to the ambient air. The further heat exchanger can be designed to be bypassed by means of a bypass. This makes it possible, if necessary, to dissipate waste heat from the brake system to the ambient air and to cool the brake system even if the cabin air is not or only to a small extent desired.

Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten ist das Bremssystem als Scheibenbremssystem ausgebildet.According to various design variants, the brake system is designed as a disc brake system.

Scheibenbremssysteme zeichnen sich durch eine hohe Bremsleistung, insbesondere bei Nässe, aus. Gegenüber Trommelbremsen lässt sich die Bremsleistung besser und gleichmäßiger dosieren und die Bremsbeläge können einfach und schnell ausgetauscht werden. Zudem bietet ein Scheibenbremssystem ausreichend Möglichkeiten, Kühlkanäle anzuordnen, um eine hohe Wärmeübertragung zu ermöglichen. Folglich kann das Temperiermittel effektiv auf eine hohe Temperatur erwärmt werden, was die Wärmeübertragung an die Kabinenluft verbessert.Disc brake systems are characterized by high braking performance, especially in wet conditions. Compared to drum brakes, the braking power can be dosed better and more evenly, and the brake linings can be replaced quickly and easily. In addition, a disc brake system offers sufficient options for arranging cooling ducts in order to enable high heat transfer. Consequently, the temperature control means can be effectively heated to a high temperature, which improves the heat transfer to the cabin air.

Das Scheibenbremssystem weist eine Bremsscheibe, ein Nabe zur Verbindung der Bremsscheibe mit den Fahrzeugrad und einen Bremssattel mit Bremsbelägen und Bremskolben, um zum Bremsen die Bremsbeläge axial gegen die Bremsscheibe drücken zu können.The disc brake system has a brake disc, a hub for connecting the brake disc to the vehicle wheel and a brake caliper with brake linings and brake pistons in order to be able to press the brake linings axially against the brake disc for braking.

Optional kann vorgesehen sein, dass die Kühlkanäle des Scheibenbremssystems nur im Bereich der Nabe des Scheibenbremssystems ausgebildet sind. Mit anderen Worten wird in einer Ausführungsvariante nur die Nabe des Scheibenbremssystems gekühlt. Im Bereich der Bremsscheibe verlaufen hingegen keine Kühlkanäle. Dadurch kann ein zu starkes Erwärmen des Temperiermittels über seine Siedetemperatur hinaus verhindert werden. Außerdem werden die Bremseigenschaften der Bremsscheibe durch die Kühlkanäle nicht beeinflusst.It can optionally be provided that the cooling channels of the disc brake system are only formed in the area of the hub of the disc brake system. In other words, only the hub of the disc brake system is cooled in one embodiment. In contrast, there are no cooling channels in the area of the brake disc. In this way, excessive heating of the temperature control medium above its boiling point can be prevented. In addition, the braking properties of the brake disc are not influenced by the cooling channels.

Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können die Kühlkanäle derart im Bremssystem ausgebildet sind, dass eine Siedetemperatur des Temperiermittels in einem aktiven Betriebszustand des Bremssystems nicht überschritten wird. Aktiver Betriebszustand bezeichnet einen Betriebszustand, während dem das Bremssystem im Einsatz ist.According to further design variants, the cooling channels can be designed in the brake system in such a way that a boiling point of the temperature control medium is not exceeded in an active operating state of the brake system. Active operating state refers to an operating state during which the braking system is in use.

Mit anderen Worten kann die Wärmeübertragung vom Bremssystem auf das Temperiermittel so begrenzt werden, dass ein Sieden des Temperiermittels vermieden wird. Dazu kann die Ausbildung der Kühlkanäle, d. h. beispielsweise ihre Länge, ihr Querschnitt, ihre Anordnung im Bremssystem etc. in Abhängigkeit des Temperiermittels und dessen Siedetemperatur variiert werden.In other words, the heat transfer from the brake system to the temperature control medium can be limited so that the temperature control medium does not boil. For this purpose, the formation of the cooling channels, d. H. For example, their length, their cross-section, their arrangement in the brake system, etc. can be varied depending on the temperature control medium and its boiling point.

Durch Vermeiden eines Siedens kann einer Beschädigung des Temperierkreislaufs entgegengewirkt werden. Zudem wird das Strömungsverhalten des Temperiermittels nicht negativ beeinflusst.Damage to the temperature control circuit can be counteracted by avoiding boiling. In addition, the flow behavior of the temperature control medium is not negatively influenced.

Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können sich die Kühlkanäle durch eine Radnabe und/oder einen Achsschenkel des Fahrzeugrads erstrecken.According to further design variants, the cooling channels can extend through a wheel hub and / or a steering knuckle of the vehicle wheel.

Damit wird neben einer Kühlung des Bremssystems auch eine Kühlung der Radnabe und/oder des Achsschenkels ermöglicht. Zudem schützt eine Integration der Kühlkanäle in die Radnabe bzw. den Achsschenkel den Temperierkreislauf vor Beschädigungen. Gegenüber freiliegenden Temperiermittelleitungen sind die Kühlkanäle weniger störanfällig, da z. B. ein Bersten nicht möglich ist.In addition to cooling the brake system, this also enables cooling of the wheel hub and / or the steering knuckle. In addition, an integration of the cooling channels in the wheel hub or the steering knuckle protects the temperature control circuit from damage. Compared to exposed temperature control lines, the cooling channels are less prone to failure, since z. B. bursting is not possible.

Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können die Kühlkanäle gegenüber einer Antriebswelle des Fahrzeugrads mittels Gleitringdichtungen abgedichtet sein.According to further design variants, the cooling channels can be sealed off from a drive shaft of the vehicle wheel by means of mechanical seals.

Dies ermöglicht ein Entlangführen der Kühlkanäle im Bereich der Antriebswelle. Beispielsweise können zwei Gleitringdichtungen, eine Innendichtung und eine Außendichtung, vorgesehen sein, um die Kühlkanäle gegenüber der Antriebswelle abzudichten und ein Austreten des Temperiermittels zu verhindern.This enables the cooling channels to be routed along in the area of the drive shaft. For example, two mechanical seals, an inner seal and an outer seal, can be provided in order to seal the cooling channels from the drive shaft and to prevent the temperature control medium from escaping.

Die Gleitringdichtungen können leichte Leckagen aufweisen, die optional in einem sogenannten Verdampfungsbehälter aufgefangen werden können.The mechanical seals can have slight leaks, which can optionally be collected in a so-called evaporation tank.

Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann der Temperierkreislauf mit einem Kühlkreislauf koppelbar sein. Die Kopplung kann beispielsweise thermisch mittels eines Wärmeüberträgers erfolgen. Alternativ kann die Kopplung durch Erweiterung des Temperierkreislaufs um den Kühlkreislauf erfolgen, so dass das Temperiermittel vom Temperierkreislauf in den Kühlkreislauf und wieder zurück strömt.According to further design variants, the temperature control circuit can be coupled to a cooling circuit. The coupling can take place, for example, thermally by means of a heat exchanger. Alternatively, the coupling can take place by expanding the temperature control circuit to include the cooling circuit, so that the temperature control medium flows from the temperature control circuit into the cooling circuit and back again.

Im Kühlkreislauf können zu beheizende Komponenten angeordnet sein, die mittels der Abwärme des Bremssystems erwärmt werden können. Folglich kann Energie für die Erwärmung der zu beheizenden Komponenten eingespart werden.Components to be heated, which can be heated by means of the waste heat from the brake system, can be arranged in the cooling circuit. As a result, energy for heating the components to be heated can be saved.

Außerdem kann im Kühlkreislauf ein Wärmeüberträger angeordnet sein, um Wärme an die Umgebungsluft abgeben zu können.In addition, a heat exchanger can be arranged in the cooling circuit in order to be able to give off heat to the ambient air.

Durch die Kopplung des Temperierkreislaufs mit dem Kühlkreislauf besteht vorteilhaft die Möglichkeit, Abwärme des Bremssystems auch dann abzugeben, wenn keine oder keine weitere Erwärmung der Kabinenluft gewünscht ist. Die Abwärme kann hierzu alternativ oder zusätzlich zur Kabinenluft auf die zu beheizende Komponenten übertragen werden und/oder an die Umgebung abgeführt werden.By coupling the temperature control circuit with the cooling circuit, there is advantageously the possibility of emitting waste heat from the brake system even when no or no further heating of the cabin air is desired. For this purpose, the waste heat can be transferred to the components to be heated as an alternative or in addition to the cabin air and / or dissipated to the environment.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugkabine und eine Anordnung gemäß vorstehender Beschreibung auf. Unter einem Fahrzeug kann jedes mobile Verkehrsmittel, insbesondere ein Landfahrzeug, verstanden werden.A further aspect of the invention relates to a vehicle with a vehicle cabin and an arrangement as described above. A vehicle can be understood to mean any mobile means of transport, in particular a land vehicle.

Die Fahrzeugkabine bildet einen Innenraum, in dem sich die Kabinenluft befindet. In der Fahrzeugkabine können sich beispielsweise Personen aufhalten und/oder Waren transportiert werden. Die Kabinenluft kann mittels des Temperierkreislaufs erwärmt werden, indem mittels des Wärmeüberträgers Wärme vom Temperiermittel auf die Kabinenluft übertragen wird. Die Fahrzeugkabine kann auch in verschiedene Bereiche unterteilt sein, die unterschiedlich temperierbar sein können.The vehicle cabin forms an interior space in which the cabin air is located. For example, people can be present in the vehicle cabin and / or goods can be transported. The cabin air can be heated by means of the temperature control circuit in that heat is transferred from the temperature control medium to the cabin air by means of the heat exchanger. The vehicle cabin can also be divided into different areas, which can be temperature controlled differently.

Das Fahrzeug kann als Kraftfahrzeug, d. h. als ein durch einen Motor antreibbares Fahrzeug, z. B. als Personenkraftwagen, ausgebildet sein. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrzeugs entsprechen denen der erfindungsgemäßen Anordnung. Darüber hinaus wirkt sich die Erfindung bei einem Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft aus, da sie die Einhaltung strenger gesetzlicher Vorgaben hinsichtlich der zulässigen Emission von Luftschadstoffen ermöglicht, indem die beim Bremsen erzeugte Wärmeenergie zum Beheizen der Kabinenluft in der Fahrzeugkabine genutzt wird und somit die Energiebilanz insgesamt verbessert wird.The vehicle can be used as a motor vehicle, i. H. as a vehicle drivable by an engine, e.g. B. be designed as a passenger car. The advantages of the vehicle according to the invention correspond to those of the arrangement according to the invention. In addition, the invention has a particularly advantageous effect on a motor vehicle because it enables strict legal requirements with regard to the permissible emission of air pollutants to be complied with, in that the thermal energy generated during braking is used to heat the cabin air in the vehicle cabin, thus improving the overall energy balance .

Optional kann das Fahrzeug als elektrisch betreibbares Fahrzeug, z. B. als Elektro- oder Hybridelektrofahrzeug, ausgebildet sein. Wie bereits erwähnt, weisen solche Fahrzeuge üblicherweise aufgrund der vorhandenen Traktionsbatterie eine hohe Masse auf und bedürfen daher eines Bremssystems, das größer als bei einem ausschließlich mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeug dimensioniert ist. Folglich wird beim Bremsvorgang mehr Reibungswärme erzeugt und die Kabinenluft kann besonders effektiv erwärmt werden.Optionally, the vehicle can be used as an electrically operated vehicle, e.g. B. be designed as an electric or hybrid electric vehicle. As already mentioned, such vehicles usually have a high mass due to the existing traction battery and therefore require a braking system that is larger than that of a vehicle operated exclusively with an internal combustion engine. As a result, more frictional heat is generated during the braking process and the cabin air can be heated particularly effectively.

Indem weniger elektrische Energie zum Beheizen der Kabinenluft benötigt wird, kann die Reichweite des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs erhöht werden. Außerdem kann das Bremssystem aufgrund der Kühlung mittels des Temperiermittels kleiner dimensioniert werden, so dass Bauraum und Kosten eingespart werden können.Since less electrical energy is required to heat the cabin air, the range of the electrically operated vehicle can be increased. In addition, the braking system can be made smaller due to the cooling by means of the temperature control means, so that installation space and costs can be saved.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung der Kabinenluft eines Fahrzeugs mittels einer Anordnung oder mittels eines Fahrzeugs gemäß vorstehender Beschreibung. Das Verfahren weist auf: Ausbilden eines Temperiermittelstroms im Temperierkreislauf, Erwärmen des Temperiermittels in den Kühlkanälen des mechanischen Bremssystems, Leiten des erwärmten Temperiermittels zum Wärmeüberträger und Übertragen von Wärme von dem erwärmten Temperiermittel auf die Kabinenluft.A further aspect of the invention relates to a method for heating the cabin air of a vehicle by means of an arrangement or by means of a vehicle as described above. The method includes: forming a temperature control medium flow in the temperature control circuit, heating the temperature control medium in the cooling channels of the mechanical brake system, guiding the heated temperature control medium to the heat exchanger and transferring heat from the heated temperature control medium to the cabin air.

Mit dem Verfahren sind die Vorteile der Anordnung bzw. des Fahrzeugs entsprechend verbunden.The advantages of the arrangement or of the vehicle are correspondingly associated with the method.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Abbildungen und der zugehörigen Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

• 1 ein Fahrzeug in einer beispielhaften Ausgestaltung; und
• 2 ein Bremssystem einer Anordnung zur Erwärmung der Kabinenluft in einer beispielhaften Ausgestaltung.

The invention is explained in more detail below with reference to the figures and the associated description. Show it:

• 1 a vehicle in an exemplary embodiment; and
• 2 a brake system of an arrangement for heating the cabin air in an exemplary embodiment.

Das beispielhafte, in 1 dargestellte Fahrzeug 3 weist vier Räder 4 und eine Fahrzeugkabine 16 auf, in der sich die Kabinenluft 2 befindet. Das Fahrzeug 3 kann beispielsweise als Elektrofahrzeug ausgebildet sein.The exemplary in 1 depicted vehicle 3 has four wheels 4th and a vehicle cabin 16 on, in which the cabin air 2 is located. The vehicle 3 can for example be designed as an electric vehicle.

Um die Kabinenluft 2 erwärmen zu können, verfügt das Fahrzeug 3 über eine Anordnung 1 mit einem Temperierkreislauf 5. Im Temperierkreislauf 5 strömt ein Temperiermittel 8, wobei die Strömung mittels der Pumpeinrichtung 10 ausgebildet wird. Im Temperierkreislauf 5 ist ein Wärmeüberträger 9 angeordnet, um Wärme von einem erwärmten Temperiermittel 8 auf die Kabinenluft 2 übertragen zu können. Die in den Wärmeüberträger 9 ein- und ausströmender Kabinenluft 2 ist mit Blockpfeilen gekennzeichnet.To the cabin air 2 The vehicle has the ability to warm up 3 about an arrangement 1 with a temperature control circuit 5 . In the temperature control circuit 5 a temperature control medium flows 8th , the flow by means of the pumping device 10 is trained. In the temperature control circuit 5 is a heat exchanger 9 arranged to heat from a heated temperature control medium 8th on the cabin air 2 to be able to transfer. The in the heat exchanger 9 incoming and outgoing cabin air 2 is marked with block arrows.

Nach der Wärmeabgabe im Wärmeüberträger 9 gelangt das abgekühlte Temperiermittel 8 in das mechanische Bremssystem 6. Bei dem Bremssystem 6 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein Scheibenbremssystem. Das Bremssystem 6 kann beispielsweise wie in 2 gezeigt ausgebildet sein.After the heat release in the heat exchanger 9 the cooled temperature control medium arrives 8th into the mechanical braking system 6th . With the braking system 6th In the exemplary embodiment, it is a disk brake system. The braking system 6th can for example as in 2 be formed shown.

Im Bremssystem 6 erwärmt sich das Temperiermittel 8 erneut, in dem beim Bremsvorgang entstehende Wärme an das Temperiermittel 8 abgegeben wird. Im Gegenzug wird das Bremssystem 6 gekühlt. Das erwärmte Temperiermittel 8 strömt über die Pumpeinrichtung 10 wieder in den Wärmeüberträger 9.In the braking system 6th the temperature control medium heats up 8th again, in the heat generated during the braking process to the temperature control medium 8th is delivered. In turn, the braking system will 6th chilled. The heated temperature control medium 8th flows over the pumping device 10 back into the heat exchanger 9 .

Optional kann stromabwärts des Wärmeüberträgers 9 im Kreislauf der Kabinenluft 2 ein Heizelement zur direkten elektrischen Beheizung der Kabinenluft 2 angeordnet sein (nicht dargestellt). Dieses kann ein zusätzliches Erwärmen der Kabinenluft 2 ermöglichen, falls nicht genügend Abwärme des Bremssystems 6 zur Verfügung steht.Optionally, downstream of the heat exchanger 9 in the cabin air circuit 2 a heating element for direct electrical heating of the cabin air 2 be arranged (not shown). This can cause additional heating of the cabin air 2 enable if there is not enough waste heat from the braking system 6th is available.

2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsvariante eines mechanischen Bremssystems 6, das als Scheibenbremssystem ausgebildet ist. Das Bremssystem 6 weist eine Bremsscheibe 17 auf, die über eine Nabe 11 des Scheibenbremssystems mit der Radnabe 12 des Fahrzeugrads 4 verbunden ist. 2 shows an exemplary embodiment of a mechanical brake system 6th , which is designed as a disc brake system. The braking system 6th has a brake disc 17th on that via a hub 11 of the disc brake system with the wheel hub 12th of the vehicle wheel 4th connected is.

Auf die Radnabe 12 wird ein Antriebsdrehmoment mittels der Antriebswelle 14 übertragen, die in einem Radlager 20 gelagert ist. Anzumerken ist, dass die Erfindung nicht auf angetriebene Achsen beschränkt ist, sondern auch für nicht angetriebene Achsen genutzt werden kann. Der Achsschenkel 13 stellt eine Verbindung zur Karosserie des Fahrzeugs 3 her, die gefedert und gedämpft sein kann. Ferner kann der Achsschenkel 13 die Bremszylinder und den Bremssattel (nicht dargestellt) des Scheibenbremssystems tragen.On the wheel hub 12th becomes a drive torque by means of the drive shaft 14th transferred that in a wheel bearing 20th is stored. It should be noted that the invention is not limited to driven axles, but can also be used for non-driven axles. The steering knuckle 13th provides a connection to the body of the vehicle 3 here, which can be sprung and dampened. Furthermore, the steering knuckle 13th the brake cylinders and the caliper (not shown) of the disc brake system carry.

Durch die Nabe 11 des Scheibenbremssystems, die Radnabe 12 sowie den Achsschenkel 13 verlaufen Kühlkanäle 7, in denen das Temperiermittel 8 zirkuliert und die Bestandteil einer Anordnung 1 zum Erwärmen der Kabinenluft, z. B. der in 1 gezeigten Anordnung 1, sind. Kühles Temperiermittel 8 strömt über den Temperiermitteleingang 19 in den Kühlkanal 7 ein und erwärmt sich auf dem Weg durch den Achsschenkel 13, die Radnabe 12, sowie die Nabe 11 des Scheibenbremssystems. Anschließend wird das erwärmte Temperiermittel 8 über den Temperiermittelausgang 18 aus dem Bremssystem 6 abgeleitet und einem Wärmeüberträger 9 zugeführt.Through the hub 11 of the disc brake system, the wheel hub 12th as well as the steering knuckle 13th run cooling channels 7th in which the temperature control medium 8th circulates and forms part of an arrangement 1 for heating the cabin air, e.g. B. the in 1 shown arrangement 1 , are. Cool temperature control medium 8th flows through the temperature control medium inlet 19th in the cooling duct 7th one and heats up on the way through the steering knuckle 13th who have favourited the wheel hub 12th , as well as the hub 11 of the disc brake system. Then the heated temperature control medium 8th via the temperature control medium outlet 18th from the braking system 6th derived and a heat exchanger 9 fed.

Die Kühlkanäle 7 sind gegenüber der Antriebswelle 14 mit einer Außendichtung 22 und einer Innendichtung 23 abgedichtet, die beide als Gleitringdichtungen 15 ausgeführt sind. Optional kann ein Verdampfungsbehälter (nicht dargestellt) vorhanden sein, um aus der Gleitringdichtung 15 leckendes Gleitmittel aufzufangen.The cooling channels 7th are opposite the drive shaft 14th with an outer seal 22nd and an inner seal 23 sealed, both as mechanical seals 15th are executed. Optionally, an evaporation tank (not shown) can be present to remove the mechanical seal 15th to catch any leaking lubricant.

Im Bereich der Gleitringdichtungen 15 sind die Kühlkanäle 7 für Zu- und Rücklauf des Temperiermittels 8 zur Nabe 11 des Scheibenbremssystems mittels einer Trenndichtung 21 voneinander getrennt.In the area of mechanical seals 15th are the cooling channels 7th for supply and return of the temperature control medium 8th to the hub 11 of the disc brake system by means of a separating seal 21st separated from each other.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11

Anordnungarrangement

22

KabinenluftCabin air

33

Fahrzeugvehicle

44th

FahrzeugradVehicle wheel

55

TemperierkreislaufTemperature control circuit

66

BremssystemBraking system

77th

KühlkanalCooling duct

88th

TemperiermittelTemperature control medium

99

WärmeüberträgerHeat exchanger

1010

PumpeinrichtungPumping device

1111

Nabe des ScheibenbremssystemsHub of the disc brake system

1212

Radnabewheel hub

1313

AchsschenkelSteering knuckle

1414th

Antriebswelledrive shaft

1515th

GleitringdichtungMechanical seal

1616

FahrzeugkabineVehicle cabin

1717th

BremsscheibeBrake disc

1818th

KühlmittelausgangCoolant outlet

1919th

KühlmitteleingangCoolant inlet

2020th

RadlagerWheel bearings

2121st

TrenndichtungSeparating seal

2222nd

AußendichtungOuter seal

2323

InnendichtungInner seal

Claims (10)

Anordnung (1) zur Erwärmung der Kabinenluft (2) eines Fahrzeugs (3) mit einem Fahrzeugrad (4) mittels eines Temperierkreislaufs (5), der Temperierkreislauf (5) aufweisend: - ein mechanisches Bremssystem (6) mit Kühlkanälen (7) zum Bremsen des Fahrzeugrads (4), wobei die Kühlkanäle (7) von einem Temperiermittel (8) durchströmbar ausgebildet sind, - einen Wärmeüberträger (9), ausgebildet zur Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermittel (8) und der Kabinenluft (2), und - eine Pumpeinrichtung (10).Arrangement (1) for heating the cabin air (2) of a vehicle (3) with a vehicle wheel (4) by means of a temperature control circuit (5), the temperature control circuit (5) having: - A mechanical braking system (6) with cooling channels (7) for braking the vehicle wheel (4), wherein the cooling channels (7) are designed so that a temperature control medium (8) can flow through them, - A heat exchanger (9) designed to transfer heat between the temperature control means (8) and the cabin air (2), and - a pumping device (10). Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Bremssystem (6) als Scheibenbremssystem ausgebildet ist.Arrangement (1) according to Claim 1 , wherein the brake system (6) is designed as a disc brake system. Anordnung (1) nach Anspruch 2, wobei die Kühlkanäle (7) des Scheibenbremssystems nur im Bereich einer Nabe (11) des Scheibenbremssystems ausgebildet sind.Arrangement (1) according to Claim 2 , wherein the cooling channels (7) of the disc brake system are only formed in the area of a hub (11) of the disc brake system. Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühlkanäle (7) derart im Bremssystem (6) ausgebildet sind, dass eine Siedetemperatur des Temperiermittels (8) in einem aktiven Betriebszustand des Bremssystems (6) nicht überschritten wird.Arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the cooling channels (7) are designed in the brake system (6) in such a way that a boiling point of the temperature control medium (8) is not exceeded in an active operating state of the brake system (6). Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die Kühlkanäle (7) durch eine Radnabe (12) und/oder einen Achsschenkel (13) des Fahrzeugrads (4) erstrecken.Arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the cooling channels (7) extend through a wheel hub (12) and / or a steering knuckle (13) of the vehicle wheel (4). Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühlkanäle (7) gegenüber einer Antriebswelle (14) des Fahrzeugrads (4) mittels Gleitringdichtungen (15) abgedichtet sind.Arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the cooling channels (7) are sealed off from a drive shaft (14) of the vehicle wheel (4) by means of mechanical seals (15). Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend: - einen mit dem Temperierkreislauf (5) koppelbaren Kühlkreislauf.Arrangement (1) according to one of the preceding claims, comprising: - A cooling circuit that can be coupled to the temperature control circuit (5). Fahrzeug (3) mit einer Fahrzeugkabine (16) und einer Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.Vehicle (3) with a vehicle cabin (16) and an arrangement (1) according to one of the preceding claims. Fahrzeug (3) nach Anspruch 8, ausgebildet als elektrisch betreibbares Fahrzeug.Vehicle (3) after Claim 8 , designed as an electrically operated vehicle. Verfahren zur Erwärmung der Kabinenluft (2) eines Fahrzeugs (3) mittels einer Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder mittels eines Fahrzeugs (3) nach Anspruch 8 oder 9, aufweisend: - Ausbilden eines Temperiermittelstroms im Temperierkreislauf (5), - Erwärmen des Temperiermittels (8) in den Kühlkanälen (7) des mechanischen Bremssystems, - Leiten des erwärmten Temperiermittels (8) zum Wärmeüberträger (9) und - Übertragen von Wärme von dem erwärmten Temperiermittel (8) auf die Kabinenluft (2).Method for heating the cabin air (2) of a vehicle (3) by means of an arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 7th or by means of a vehicle (3) Claim 8 or 9 , comprising: - Formation of a temperature control medium flow in the temperature control circuit (5), - Heating of the temperature control medium (8) in the cooling channels (7) of the mechanical braking system, - Conducting the heated temperature control medium (8) to the heat exchanger (9) and - Transferring heat from the heated temperature control medium (8) to the cabin air (2).

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