GEHÄUSEELEMENT MIT INTEGRIERTEM WÄRMETAUSCHER

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (V), insbesondere eine Ölwanne, vorzugsweise für einen Motor und/oder eine Getriebeeinrichtung. Die Vorrichtung (V) umfasst ein Gehäuseelement (1) zur Bildung einer Seitenwandstruktur (1.1) und zur Aufnahme eines Betriebsmittels und einen durch Temperiermittel beaufschlagbaren, ein Wärmetauschelement (1.2) aufweisenden Wärmetauscher (2) zum Wärmeaustausch mit dem Betriebsmittel. Das Wärmetauschelement (1.2) bildet zumindest einen Durchflusskanal (B) zur Durchströmung mit dem Betriebsmittel und zumindest einem Durchflusskanal (T) zur Durchströmung mit dem Temperiermittel.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Gehäuseelement für ein Betriebsmittel, insbesondere Öl, mit integriertem Wärmetauscher.

[0002] Bei insbesondere modernen Motoren wird Öl (Motor-/Schmieröl) durch enorm hohe Wärme stark belastet, was insbesondere für sogenannte Aggregatsmotoren, die dauerhaft mit maximaler Leistung laufen, gilt. Aus wirtschaftlichen Gründen wird das Öl meist mittels Standardkühler gekühlt. Die Standardkühler sind, sofern sie in einer üblichen Größe ausgeführt sind, kühlleistungsmäßig limitiert. Das heißt, die Öltemperatur kann nur begrenzt reduziert werden. Dadurch reduziert sich die Standzeit des Öls. Ein zweiter Standardkühler oder ein leistungsfähigerer Kühler ist in der Regel wirtschaftlich oder konstruktionsbedingt nicht wünschenswert. Aus der DE 31 42 327 A1 ist bereits eine Ölwanne für eine Brennkraftmaschine mit einer Innenschale und einer Außenschale bekannt, zwischen denen ein Kühlmittel der Brennkraftmaschine strömt.

[0003] Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte und/oder alternative, einen Wärmetauscher umfassende Vorrichtung zur Aufnahme eines Betriebsmittels zu schaffen.

[0004] Diese Aufgabe kann mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst werden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung entnommen werden.

[0005] Die Erfindung schafft eine Vorrichtung, insbesondere eine Ölwanne, vorzugsweise für einen Motor (z. B. eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Aggregatsmotor), eine Kolbenmaschine und/oder eine Getriebeeinrichtung. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuseelement zur Bildung einer Seitenwandstruktur und zur Aufnahme eines Betriebsmittels (z. B. Öl, insbesondere Motor- und/oder Schmieröl) und einen durch Temperiermittel (z. B. Wasser) beaufschlagbaren, ein Wärmetauschelement aufweisenden Wärmetauscher zum Wärmeaustausch mit dem Betriebsmittel.

[0006] Die Vorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Wärmetauschelement zweckmäßig oberseitig zumindest einen Durchflusskanal zur Durchströmung mittels des Betriebsmittels und zweckmäßig unterseitig zumindest einen Durchflusskanal zur Durchströmung mittels des Temperiermittels bildet. Dadurch ist das Wärmetauschelement in das Gehäuseelement zweckmäßig integriert, so dass eine kosten- und/oder raumgünstige Zusatztemperierung des Betriebsmittels ermöglicht werden kann.

[0007] Es ist möglich, dass das Wärmetauschelement einen Teil des Gehäuseelements darstellt, vorzugsweise einen Bodenteil, so dass insbesondere das Wärmetauschelement und das Gehäuseelement aus ein und demselben Bauteil gebildet werden. Das Wärmetauschelement und das Gehäuseelement sind folglich vorzugsweise nicht aneinander montiert, sondern bilden ein einstückig-integrales Bauteil. Das Gehäuseelement selbst bildet somit zweckmäßig das Wärmetauschelement.

[0008] Es ist möglich, dass das Wärmetauschelement mehrere Durchflusskanäle für das Betriebsmittel und/oder mehrere Durchflusskanäle für das Temperiermittel umfasst.

[0009] Das Wärmetauschelement umfasst vorzugsweise eine Wellen- und/oder Auf-und-Ab-Struktur, so dass hierdurch einerseits, zweckmäßig zur Oberseite hin, der zumindest eine Durchflusskanal für das Betriebsmittel gebildet wird und/oder andererseits, zweckmäßig zur Unterseite hin, der zumindest eine Durchflusskanal für das Temperiermittel gebildet wird. Die Auf-und-Ab-Struktur kann z. B. wellenförmig, zweckmäßig mit Rundungen oder im Wesentlichen rechteckförmig, trapezförmig, zick-zack-förmig etc. ausgebildet sein. Es ist möglich, dass der Querschnitt des zumindest einen Durchflusskanals für das Betriebsmittel und/oder der Querschnitt des zumindest einen Durchflusskanals für das Temperiermittel z. B. im Wesentlichen U-, im Wesentlichen Rechteck- oder im Wesentlichen Trapez-förmig ausgestaltet ist.

[0010] Die Durchflusskanäle für das Betriebsmittel erstrecken sich vorzugsweise benachbart und parallel zu den Durchflusskanälen für das Temperiermittel. Alternativ oder ergänzend können sich die Durchflusskanäle für das Betriebsmittel und die Durchflusskanäle für das Temperiermittel einander zweckmäßig seitlich wechselweise (z. B. abwechselnd) überlappen, so dass insbesondere eine Vielzahl an Sandwich-Strukturen aus Betriebsmittel-Durchflusskanälen und Temperiermittel-Durchflusskanälen gebildet werden kann.

[0011] Es ist möglich, dass innerhalb des Gehäuseelements zumindest eine zweckmäßig untere Öffnung ausgebildet ist, über die Betriebsmittel dem zumindest einen Durchflusskanal für das Betriebsmittel zugeführt werden kann. Vorzugsweise dient eine Öffnung dazu, Betriebsmittel mehreren Durchflusskanälen für Betriebsmittel zuzuführen.

[0012] Innerhalb des Gehäuseelements ist vorzugsweise ein Bodenelement angeordnet und zwar insbesondere über dem Wärmetauschelement. Das Bodenelement ist zweckmäßig zwischen der Seitenwandstruktur angeordnet und vorzugsweise an die Seitenwandstruktur montiert oder angegossen.

[0013] Es ist möglich, dass das Bodenelement den zumindest einen Durchflusskanal für das Betriebsmittel zumindest abschnittsweise überspannt. Das Bodenelement kann hierbei das Wärmetauschelement kontaktieren oder beabstandet dazu verlaufen. Alternativ oder ergänzend kann das Bodenelement stirnseitig von dem Gehäuseelement, insbesondere der Seitenwandstruktur, beabstandet bleiben, so dass dadurch die zumindest eine Öffnung ausgebildet wird. Ebenso kann die zumindest eine Öffnung in das Bodenelement eingearbeitet sein. Die zumindest eine Öffnung kann z. B. als Loch, Langloch, Aussparung etc. ausgebildet sein.

[0014] Das Bodenelement dient somit vorzugsweise zur abschnittsweisen Trennung und abschnittsweisen Bildung eines Betriebsmitteldurchlasses zwischen dem oberen Abschnitt des Gehäuseelements und dem Wärmetauschelement.

[0015] Das Bodenelement kann z. B. bewegbar, zweckmäßig verschiebbar, innerhalb des Gehäuseelements montiert sein, so dass durch Bewegen, zweckmäßig Verschieben, des Bodenelements die zumindest eine Öffnung schließbar ist und/oder eine Bypass-Öffnung erzeugbar ist, vorzugsweise so, dass Betriebsmittel unter Umgehung des zumindest einen Durchflusskanals für das Betriebsmittel abführbar ist, zweckmäßig aus dem Gehäuseelement oder allgemein der Vorrichtung. Wird demnach das Bodenelement bewegt, zweckmäßig verschoben, so kann dadurch einerseits die zumindest eine Öffnung geschlossen werden und andererseits zugleich die Bypass-Öffnung erzeugt werden. Dadurch kann eine betriebspunkteabhängige Temperierleistung für den Motor, die Kolbenmaschine und/oder die Getriebeeinrichtung ermöglicht werden. Läuft z. B. der Motor im Teillastpunkt, könnte auf die Extra-Temperierleistung des Wärmetauschers verzichtet werden und das Temperiermittel über den Bypass abgeführt werden, wodurch die Temperierleistung reduzierbar ist.

[0016] Es ist möglich, dass der Wärmetauscher ein Bodenabschlusselement aufweist und vorzugsweise das Wärmetauschelement sich zwischen dem Bodenabschlusselement und dem Bodenelement erstreckt. Daraus folgt, dass der Wärmetauscher aus zweckmäßig zumindest drei, vorzugsweise im Wesentlichen horizontal ausgerichteten, sich übereinander erstreckenden Teilen ausgebildet wird, nämlich dem Bodenelement, dem Wärmetauschelement und dem Bodenabschlusselement.

[0017] Zu erwähnen ist, dass das Bodenelement und/oder das Bodenabschlusselement vorzugsweise im Wesentlichen eben und/oder plattenförmig ausgeführt ist.

[0018] Es ist möglich, dass das Bodenelement zweckmäßig innen und/oder das Bodenabschlusselement zweckmäßig außen an das Gehäuseelement angegossen oder montiert ist, z. B. angeklebt, angeschweißt etc.

[0019] Das Gehäuseelement kann z. B. ein Aluminium- und/oder Guss-Gehäuseelement sein.

[0020] Das Gehäuseelement ist vorzugsweise wannenförmig ausgeführt.

[0021] Das Temperiermittel kann zum Kühlen oder Heizen des Betriebsmittels genutzt werden.

[0022] Der zumindest eine Betriebsmittel-Durchflusskanal und/oder der zumindest eine Temperiermittel-Durchflusskanal erstreckt sich vorzugsweise rohr- oder rinnenförmig.

[0023] Die Erfindung umfasst auch einen Motor, insbesondere Fahrzeugmotor (z. B. Kraftfahrzeugmotor, Schiffsmotor, Omnibus- oder Lastkraftwagenmotor etc.) oder Aggregatsmotor, eine Getriebeeinrichtung oder eine Kolbenmaschine mit einer Vorrichtung wie hierin offenbart.

[0024] Die Erfindung umfasst ebenfalls ein Nutzfahrzeug, z. B. ein Lastkraftwagen oder Omnibus, mit einem Motor, einer Kolbenmaschine und/oder einer Getriebeeinrichtung, die mit einer Vorrichtung wie hierin offenbart versehen sind.

[0025] Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind miteinander kombinierbar. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart oder ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren.

Figur 1

zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2

zeigt eine andere perspektivische Schnittansicht der Vorrichtung der Figur 1, und

Figur 3

zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung der Figuren 1 und 2, insbesondere mit Erläuterung zu deren Funktionsweise.

[0026] Figur 1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer Vorrichtung V, nämlich einer Ölwanne, für einen nicht gezeigten Motor, eine nicht gezeigte Kolbenmaschine und/oder eine nicht gezeigte Getriebeeinrichtung.

[0027] Die Ölwanne umfasst ein Gehäuseelement 1 zur Bildung einer Seitenwandstruktur 1.1 und zur Aufnahme eines Betriebsmittels, insbesondere Öls, und einen Wärmetauscher 2. Der Wärmetauscher 2 ist durch Temperiermittel (z. B. Wasser) beaufschlagbar und umfasst ein Wärmetauschelement 1.2, mittels dem ein Wärmeaustausch zwischen dem Öl und dem Wasser erzielt werden kann.

[0028] Das Wärmetauschelement 1.2 umfasst mehrere Durchflusskanäle B, durch die im Betrieb Öl durchströmt, und mehrere Durchflusskanäle T, durch die im Betrieb Wasser durchströmt. Das Öl kann im Betrieb z. B. von dem Motor oder einer Ölpumpe angesaugt werden.

[0029] Das Wärmetauschelement 1.2 bildet einen (Boden-) Teil des Gehäuseelements 1, so dass das Wärmetauschelement 1.2 und das Gehäuseelement 1 aus ein und demselben Bauteil gebildet werden. Die Ölwanne und insbesondere das Gehäuseelement 1 ist somit mit einem integrierten Wärmetauscher 2 versehen.

[0030] Das Wärmetauschelement 1.2 umfasst eine Auf-und-Ab-Struktur, insbesondere eine Wellenform (z. B. rundlich, rechteckförmig, trapezförmig etc.), so dass dadurch auf dessen Oberseite die Durchflusskanäle B für das Öl gebildet werden und auf dessen Unterseite die Durchflusskanäle T für das Wasser gebildet werden. Durch die Auf-und-Ab-Struktur erfolgt eine Oberflächenvergrößerung, was die Effektivität des Wärmetauschers 2 stark erhöht.

[0031] Die Durchflusskanäle B für das Öl erstrecken sich parallel zu den Durchflusskanälen T für das Wasser und sind benachbart hierzu angeordnet. Die Durchflusskanäle T für das Wasser und die Durchflusskanäle B für das Öl überlappen einander wechselseitig, so dass eine Vielzahl an Sandwich-Strukturen gebildet wird.

[0032] Innerhalb des Gehäuseelements 1 ist eine zweckmäßig langlochförmige Öffnung 1.3 ausgebildet, über die Öl den Durchflusskanälen B für das Öl zugeführt werden kann.

[0033] Innerhalb des Gehäuseelements 1 ist außerdem ein plattenförmiges Bodenelement 3 angeordnet. Das Bodenelement 3 überspannt die Durchflusskanäle B zur Oberseite hin und ist stirnseitig von dem Gehäuseelement 1 beabstandet, so dass dadurch die Öffnung 1.3 gebildet wird. Das Bodenelement 3 kann zweckmäßig oberseitig und unterseitig mit dem Öl in Kontakt kommen.

[0034] Der Wärmetauscher 2 umfasst ein plattenförmiges Bodenabschlusselement 4, so dass das Wärmetauschelement 1.2 zwischen dem Bodenabschlusselement 4 und dem Bodenelement 3 angeordnet ist. Der Wärmetauscher 2 wird somit zweckmäßig aus einer 3-Platten-Konstruktion gebildet, nämlich aus dem Bodenelement 3, dem wellenförmigen Wärmetauschelement 1.2 und dem Bodenabschlusselement 4.

[0035] Das Bodenelement 3 und das Bodenabschlusselement 4 sind zweckmäßig an das Gehäuseelement 1 montiert.

[0036] Bezugszeichen 5 kennzeichnet einen Wasseraustritt, über den Wasser aus der Vorrichtung V bzw. dem Wärmetauscher 2 abgeführt werden kann.

[0037] Figur 2 zeigt eine andere perspektivische Schnittansicht der Vorrichtung V aus Figur 1.

[0038] Darin zeigt Bezugszeichen 6 auf einen Wassereintritt, über den Wasser in die Vorrichtung V bzw. den Wärmetauscher 2 einführbar ist, während Bezugszeichen 7 einen Ölaustritt zeigt, über den Öl aus dem Gehäuseelement 1 bzw. aus dem Wärmetauscher 2 abgeführt werden kann.

[0039] Figur 3 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung V der Figuren 1 und 2 mit Kommentierung zu deren Funktionsweise.

[0040] Aus Figur 3 wird ersichtlich, dass Öl durch die Durchflusskanäle B befördert wird, um sich in Figur 3 von rechts nach links abzukühlen, während Wasser durch die Durchflusskanäle T befördert wird, um sich in Figur 3 von links nach rechts aufzuwärmen.

[0041] Es ist möglich, dass das Bodenelement 3 innerhalb des Gehäuseelements 1 fest fixiert montiert ist. Alternativ ist es aber möglich, dass das Bodenelement 3 zweckmäßig im Wesentlichen horizontal verschiebbar im Gehäuseelement 1 angeordnet ist. Wenn das Bodenelement 3 verschiebbar ausgeführt ist, so kann durch dessen Verschiebung einerseits die Öffnung 1.3 geschlossen werden und sogleich andererseits eine in Figur 3 schematisch angedeutete Bypass-Öffnung 8 erzeugt werden, so dass Öl unter Umgehung der Durchflusskanäle B abführbar ist. Dadurch kann die Wärmetauscherleistung reduziert werden. Die Kühlleistung kann dadurch Motor-Betriebspunkte-abhängig angepasst werden. Läuft der Motor z. B. im Teillastpunkt, so könnte auf die Wärmetauscherkühlung verzichtet werden und das Wasser durch die Bypass-Öffnung 8 abgeführt werden.

[0042] Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Merkmalen und Ansprüchen.

Bezugszeichenliste

[0043] 

1

Gehäuseelement

1.1

Seitenwandstruktur

1.2

Wärmetauschelement

1.3

Zumindest eine Öffnung

2

Wärmetauscher

3

Bodenelement

4

Bodenabschlusselement

5

Wasseraustritt

6

Wassereintritt

7

Ölaustritt

8

Bypass-Öffnung

B

Durchflusskanal für Betriebsmittel, insbesondere Öl

T

Durchflusskanal für Temperiermittel, insbesondere Wasser

Ansprüche

1. Vorrichtung (V), insbesondere Ölwanne, vorzugsweise für einen Motor, eine Kolbenmaschine und/oder eine Getriebeeinrichtung, mit einem Gehäuseelement (1) zur Bildung einer Seitenwandstruktur (1.1) und zur Aufnahme eines Betriebsmittels und einem durch Temperiermittel beaufschlagbaren, ein Wärmetauschelement (1.2) aufweisenden Wärmetauscher (2) zum Wärmeaustauch mit dem Betriebsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschelement (1.2) zumindest einen Durchflusskanal (B) zur Durchströmung mit dem Betriebsmittel und zumindest einen Durchflusskanal (T) zur Durchströmung mit dem Temperiermittel bildet.

2. Vorrichtung (V) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschelement (1.2) ein Teil des Gehäuseelements (1) ist, so dass insbesondere das Wärmetauschelement (1.2) und das Gehäuseelement (1) aus ein und demselben Bauteil gebildet werden.

3. Vorrichtung (V) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschelement (1.2) mehrere Durchflusskanäle (B) für das Betriebsmittel und vorzugsweise mehrere Durchflusskanäle (T) für das Temperiermittel umfasst.

4. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschelement (1.2) eine Wellen- oder Auf-und-Ab-Struktur umfasst, so dass einerseits der zumindest eine Durchflusskanal (B) für das Betriebsmittel und andererseits der zumindest eine Durchflusskanal (T) für das Temperiermittel gebildet wird.

5. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusskanäle (B) für das Betriebsmittel sich benachbart und parallel zu den Durchflusskanälen (T) für das Temperiermittel erstrecken.

6. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusskanäle (B) für das Betriebsmittel und die Durchflusskanäle (T) für das Temperiermittel einander wechselweise überlappen.

7. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuseelements (1) zumindest eine Öffnung (1.3) ausgebildet ist, über die Betriebsmittel dem zumindest einen Durchflusskanal (B) für das Betriebsmittel zuführbar ist.

8. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuseelements (1) ein Bodenelement (3) über dem Wärmetauschelement (1.2) angeordnet ist, vorzugsweise zwischen der Seitenwandstruktur (1.1).

9. Vorrichtung (V) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenelement (3) den zumindest einen Durchflusskanal (B) für das Betriebsmittel zumindest abschnittsweise überspannt.

10. Vorrichtung (V) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenelement (3) stirnseitig von dem Gehäuseelement (1) beabstandet ist, um die zumindest eine Öffnung (1.3) auszubilden, oder die zumindest eine Öffnung (1.3) in dem Bodenelement (3) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung (V) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenelement (3) bewegbar, insbesondere verschiebbar, ist, um die zumindest eine Öffnung (1.3) zu schließen und/oder um eine Bypassöffnung (8) zu erzeugen, vorzugsweise so, dass Betriebsmittel unter Umgehung des zumindest einen Durchflusskanals (B) für das Betriebsmittel abführbar ist.

12. Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) ein Bodenabschlusselement (4) aufweist und vorzugsweise das Wärmetauschelement (1.2) sich zwischen dem Bodenabschlusselement (4) und dem Bodenelement (3) erstreckt.

13. Vorrichtung (V) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenelement (3) und/oder das Bodenabschlusselement (4) an das Gehäuseelement (1) angegossen oder montiert ist.

14. Motor, Kolbenmaschine oder Getriebeeinrichtung, mit einer Vorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

15. Nutzfahrzeug, mit einem Motor, einer Kolbenmaschine oder einer Getriebeeinrichtung nach Anspruch 14.

Zeichnung