BRPI0712947A2 - permutador de calor com vÁlvula bypass integrada - Google Patents

Abstract

PERMUTADOR DE CALOR COM VÁLVULA BYPASS INTEGRADA. A presente invenção refere-se a uma caixa de mudança (8) que apresenta uma caixa da transmissão (26), que compreende uma região onde giram rodas dentadas (66, 68), e um permutador de calor (30) que absorve o calor gerado na caixa de mudança (8), transmite para um lubrificante de caixa de mudança e o transfere para um agente de refrigeração para a remoção do calor da caixa de mudança (8). Na caixa da transmissão (26), externamente à região onde giram as rodas dentadas (66, 68), é previsto um recesso (56) que é percorrido pelo lubrificante de caixa de mudança e onde está disposto o permutador de calor (30). Uma válvula bypass (48) que possibilita contornar o permutador de calor (30) a partir de uma baixa pressão, respectivamente pressão excessiva, predeterminada está disposta no permutador de calor (30).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PERMUTA- DOR DE CALOR COM VÁLVULA BYPASS INTEGRADA".

A presente invenção refere-se a um permutador de calor e a uma caixa de mudança com um permutador de calor do tipo definido deta- Ihadamente de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

Nas caixas de mudança modernas de veículos sob carga eleva- da, o óleo da caixa de mudança tem que ser resfriado para temperaturas não-críticas para o sistema. Especialmente em regiões com uma alta tempe- ratura ambiente e nos veículos em que é prevista uma encapsulação da cai- xa de mudança por razões de redução de ruído, são previstos dispositivos de refrigeração correspondentes sob a forma de permutador de calor. Ge- ralmente, os permutadores de calor são empregados para o resfriamento adicional do óleo da caixa de mudança, embora também possam ser empre- gados para o aquecimento do óleo da caixa de mudança durante a fase de funcionamento a quente da caixa de mudança.

Os permutadores de calor hoje conhecidos são permutadores de óleo/ar ou de óleo/água e são montados como componentes adicionais em locais apropriados no veículo. Permutadores de calor de óleo/água também podem ser integrados ao circuito de refrigeração do motor do veículo. No DE 103 15 684 A1 é revelada uma caixa de mudança que

apresenta uma caixa da transmissão, a qual compreende uma região onde giram rodas dentadas. A caixa de mudança apresenta também um permuta- dor de calor que absorve o calor gerado na caixa de mudança, transmite pa- ra um lubrificante de caixa de mudança e o transfere para um agente de re- frigeração para a eliminação do calor da caixa de mudança. Na caixa da transmissão externamente à região onde giram as rodas dentadas é previsto um recesso que é percorrido pelo lubrificante de caixa de mudança e no qual fica disposto o permutador de calor. Uma forma de configuração mostra que sobre o lado de aspiração de uma bomba que bombeia o lubrificante de cai- xa de mudança é prevista uma válvula bypass, a qual possibilita contornar o permutador de calor no caso de temperaturas do lubrificante de caixa de mudança abaixo de um valor limite predeterminado. Uma desvantagem do estado da técnica, entre outras, é que pa- ra a válvula bypass separada construtivamente são requeridas interseções adicionais, que precisam ser vedadas contra vazamentos. Além disso, uma bypass separada construtivamente do permutador de calor e do agregado a ser resfriado ou aquecido requer um dispêndio construtivo correspondente e, portanto, custos adicionais de produção.

A presente invenção tem como objetivo configurar de modo mais eficiente um sistema de refrigeração e eliminar as desvantagens do estado da técnica.

O objetivo em que se baseia a invenção é alcançado por meio

de uma caixa de mudança do gênero, que também apresenta as caracterís- ticas caracterizantes da reivindicação 1, com um permutador de calor com válvula bypass integrada, respectivamente por meio de um permutador de calor com as características da reivindicação 14. Uma caixa de mudança apresenta uma caixa da transmissão

que compreende uma região onde giram rodas dentadas. A caixa de mu- dança apresenta também um permutador de calor que absorve o calor gera- do na caixa de mudança, transmite para um lubrificante de caixa de mudan- ça e o transfere para um agente de refrigeração para a eliminação do calor da caixa de mudança. Na caixa da transmissão externamente à região onde giram as rodas dentadas é previsto um recesso que é percorrido pelo lubrifi- cante da caixa de mudança e no qual fica disposto o permutador de calor.

De modo vantajoso, o permutador de calor representa um com- ponente separado, que pode ser inserido no recesso da caixa da transmis- são. O permutador de calor pode ser retido por meio de apenas um flange vedado por um meio de vedação, flange este que é apoiado, por exemplo, por um anel de segurança. O meio de vedação e o flange também podem ser configurados em uma só peça com o permutador de calor.

Para fins de manutenção e de montagem, o permutador de calor no recesso é acessível vantajosamente por fora da caixa. O permutador de calor pode ser configurado, por exemplo, como permutador de calor de feixe de tubos ou como permutador de calor de placas. Em uma variante de configuração, o agente de refrigeração para a eliminação do calor da caixa de mudança encontra-se ligado com um radi- ador fora da caixa de mudança. Essa configuração é particularmente vanta- josa quando o agente de refrigeração para a eliminação do calor da caixa de mudança for um agente de refrigeração no circuito de refrigeração de um motor de combustão, que aciona a caixa de mudança.

De preferência, o agente de refrigeração é um líquido baseado em água e o lubrificante de caixa de mudança é um líquido baseado em ó- leo.

Devido a uma forma vantajosa de configuração e a uma disposi-

ção dos canais para o lubrificante de caixa de mudança, a caixa de trans- missão forma diretamente a caixa para o permutador de calor. Devido a isso, ocorre uma condução forçada de todo o lubrificante de caixa de mudança através do permutador de calor. Desse modo, o grau de eficiência do permu- tador de calor é aperfeiçoado e se obtém uma construção pequena e com- pacta. Devido a canais curtos e a uma grande seção transversa de fluxo, que podem ser representados pela integração conseqüente à caixa da transmissão, obtém-se uma queda de pressão muito reduzida. Para a con- dução do óleo, para a vedação e fixação, são necessárias apenas peças de adaptação econômicas. Fica garantida uma técnica simples e comprovada também em relação à conexão do agente de refrigeração sem elementos de vedação adicionais.

Apesar do alto grau de integração, é possível uma viabilidade simples de remontagem e de desmontagem, sem ser preciso desmontar to- da a caixa de mudança. A construção simples e as poucas interseções ge- ram baixos custos de produção. Ao mesmo tempo, obtém-se uma proteção muito boa do permutador de calor contra avarias ou quaisquer outras interfe- rências.

De acordo com a invenção, o permutador de calor apresenta uma válvula bypass disposta no permutador de calor, a qual possibilita con- tornar o permutador de calor a partir de uma baixa pressão, respectivamente pressão excessiva, predeterminada. Uma baixa pressão se forma quando aumentar a resistência ao fluxo no recesso, que é percorrido pelo lubrificante de caixa de mudança e onde fica disposto o permutador de calor, e o lado de aspiração de uma bomba que bombeia lubrificante de caixa de mudança estiver conectado com uma abertura de saída do recesso.

Uma pressão excessiva se forma quando aumentar a resistência

ao fluxo no recesso e a bomba que bombeia lubrificante de caixa de mudan- ça estiver disposta entre um coletor de óleo da caixa de mudança e uma a- bertura de entrada do recesso. Uma maior resistência ao fluxo pode se for- mar, por exemplo, quando a temperatura do lubrificante de caixa de mudan- ça se situar abaixo de um valor limite predeterminado e/ou houver impurezas no lubrificante de caixa de mudança. Quando predominar uma tal baixa pressão, respectivamente pressão excessiva, então será estabelecida uma conexão para os correspondentes canais de bypass através da válvula by- pass disposta no permutador de calor. Esses canais de bypass estão vanta- josamente integrados diretamente à caixa da transmissão. A função do per- mutador de calor e a função do bypass são separadas uma da outra por um elemento de vedação. O elemento de vedação pode ser configurado, por exemplo, como tubo de material sintético ou metálico.

A válvula bypass disposta no permutador de calor é montada automaticamente junto com a montagem do permutador de calor na caixa da transmissão, garantindo-se assim uma alta segurança do sistema. Devido à válvula bypass disposta no permutador de calor e aos canais bypass inte- grados na caixa da transmissão torna-se possível realizar a função de by- pass por meio de uma construção bastante compacta. Devido à função de bypass, comparativamente a uma função de bypass separada construtiva- mente, torna-se possível reduzir as correspondentes interseções e, desse modo, pode-se evitar o problema dos vazamentos. Por meio de uma dispo- sição adequada dos canais de bypass na caixa da transmissão, o dispêndio construtivo para a função de bypass torna-se mínimo e, portanto, econômi- co.

A válvula bypass disposta no permutador de calor pode ser con- figurada, de preferência, como válvula de assento, a qual compreende uma tampa de válvula e uma mola de tampa de válvula. Também é concebível que a válvula bypass seja configurada como válvula de esfera ou válvula corrediça.

A seguir será explicado detalhadamente como exemplo o princí- pio básico da invenção que admite várias formas de execução, com base em um desenho.

Mostra-se:

Figura 1: uma exposição esquemática de um veículo com per- mutador de calor e válvula bypass de acordo com o estado da técnica; Figura 2: uma forma de execução de um permutador de calor

com válvula bypass integrada, durante um resfriamento do óleo de caixa de mudança;

Figura 3: o permutador de calor da figura 2 durante uma função

de bypass.

A figura 1 mostra uma exposição esquemática de um veículo 2

com um motor de acionamento 4, o qual atua sobre uma caixa de mudança 8 por meio de uma embreagem de fricção 6. A caixa de mudança 8 está co- nectada, através de um eixo de saída de acionamento 10, com um diferenci- al 12, o qual aciona uma roda de veículo 16 por meio de cada semi-eixo 14. A embreagem de fricção 6 é manobrada por um atuador 18, o qual está co- nectado com uma unidade de controle 22 por meio de um linha de sinais 20. A caixa de mudança 8 é manobrada por um regulador de caixa de mudança 24, o qual está disposto sobre a caixa 26 da caixa de mudança 8 e o qual está conectado com a unidade de controle 22 através de uma linha 28. Na caixa 26 encontra-se inserido um permutador de calor 30, o qual está conec- tado com o motor 4 e com o seu agente de refrigeração por meio de dois dutos de agente de refrigeração 32 e 34. O agente de refrigeração aquecido é resfriado em um radiador de veículo 36. Alternativamente, um radiador 38 montado no veículo 2 pode estar conectado com o permutador de calor 30 através dos dutos de agente de refrigeração 40, 42, no qual, então é resfria- do o agente de refrigeração do permutador de calor 30. O permutador de calor 30 está conectado, através de uma abertura de entrada de óleo 58, com um coletor de óleo 64 e, através de uma abertura de saída de óleo 60, com uma bomba de óleo 62, a qual conduz o óleo para rodas dentadas 66, 68 em uma região da caixa da transmissão 26. No caso de temperaturas do óleo abaixo de um valor limite predeterminado, o óleo de caixa de mudança não percorre o permutador de calor 30, mas sim é bombeado através de uma válvula bypass 70 separada construtivamente, fazendo com que o per- mutador de calor 30 seja contornado.

A figura 2 mostra o permutador de calor 30 de acordo com a in- venção com válvula bypass 48 integrada, o qual está disposto na caixa da transmissão 26. Através de uma abertura de entrada 44, o agente de refrige- ração chega ao interior do permutador de calor 30 e sai do permutador de calor 30 através de uma abertura de saída 46. Na caixa da transmissão 26, o permutador de calor 30 está disposto em um recesso 56 de um modo tal que o óleo de caixa de mudança aspirado pela bomba de óleo 62 a partir do co- Ietor de óleo 64 entre no recesso 56 através de uma abertura de entrada de óleo e lá possa percorrer o permutador de calor 30. De modo forçado, o óleo de caixa de mudança sai do recesso 56 em uma abertura de saída de óleo e é aspirado na direção da bomba de óleo 62, a qual conduz o óleo para rodas dentadas 66, 68 em uma região da caixa da transmissão 26. Devido à disposição do permutador de calor 30 no recesso 56 da

caixa da transmissão 26, através do qual por meio da bomba de óleo 62 o óleo de caixa de mudança é conduzido de modo forçado, obtém-se uma re- frigeração ótima de todo o óleo de caixa de mudança.

O permutador de calor 30 apresenta uma válvula bypass 48 dis- posta no permutador de calor 30, a qual possibilita contornar o permutador de calor 30 a partir de uma baixa pressão predeterminada. A válvula bypass 48 está configurada como válvula de assento e compreende uma tampa de válvula 52 e uma mola de tampa de válvula 50. A caixa da transmissão 26 apresenta um assento de válvula 54, no qual encosta a tampa de válvula 52 da válvula bypass 48 no estado não-acionado. Quando a válvula bypass 48 não estiver acionada, então o permutador de calor 30 será percorrido pelo óleo de caixa de mudança aspirado através da bomba de óleo 62 a partir do coletor de óleo 64. Através de dutos hidráulicos 74, o óleo de caixa de mu- dança é conduzido desde o coletor de óleo 64 para dentro no recesso 56, no qual está disposto o permutador de calor 30, e de lá ele é conduzido para a bomba de óleo 62, respectivamente para as rodas dentadas 66, 68. A função do permutador de calor 30 e a função de bypass são separadas uma da ou- tra por um elemento de vedação 72.

A figura 3 mostra o permutador de calor 30 da figura 2 durante a função de bypass. A válvula bypass 48 é mostrada ainda no estado não- acionada. A mola de tampa de válvula 50 acha-se configurada de tal modo que a partir de uma determinada baixa pressão no recesso 56, onde está disposto o permutador de calor 30, através da tampa de válvula 52 da válvu- la bypass 48 se estabelece uma conexão para canais de bypass 76 corres- pondentes. Esses canais de bypass 76 acham-se vantajosamente integra- dos diretamente à caixa da transmissão 26. A função do permutador de calor 30 e a função bypass estão separadas uma da outra pelo elemento de veda- ção 72. No estado acionado da válvula bypass 48, ou seja, quando predomi- nar uma determinada baixa pressão no recesso 56, a tampa de válvula 52 não mais encostará no assento de válvula 54. Desse modo, o permutador de calor 30, que está disposto no recesso 56, não será mais percorrido pelo óleo de caixa de mudança aspirado pela bomba de óleo 62 a partir do cole- tor de óleo 64. Através de dutos hidráulicos 74, o óleo de caixa de mudança é conduzido desde o coletor de óleo 64, por meio da válvula bypass 48, a- través da região delimitada pelo elemento de vedação 72 e dos canais de bypass 76, para a bomba de óleo 62, respectivamente para as rodas denta- das 66, 68.

LISTAGEM DE REFERÊNCIA

2 veículo

4 motor de acionamento

6 embreagem de fricção

8 caixa de mudança

eixo de saída de acionamento

12 diferencial 14 semi-eixo 16 roda de veículo 18 atuador 20 linha de sinais 22 unidade de controle 24 regulador de caixa de mudança 26 caixa 28 linha 30 permutador de calor 32 duto de agente de refrigeração 34 duto de agente de refrigeração 36 radiador de veículo 38 radiador 40 duto de agente de refrigeração 42 duto de agente de refrigeração 44 abertura de entrada 46 abertura de saída 48 válvula bypass integrada 50 mola de tampa de válvula 52 tampa de válvula 54 assento de válvula 56 recesso 58 abertura de entrada de óleo 60 abertura de saída de óleo 62 bomba de óleo 64 coletor de óleo 66 roda dentada 68 roda dentada 70 válvula bypass 72 elemento de vedação 74 dutos hidráulicos 76 canais de bypass

Claims (18)

1. Caixa de mudança (8) com uma caixa da transmissão (26), que compreende uma região onde giram rodas dentadas (66, 68), com um permutador de calor (30), o qual absorve o calor gerado na caixa de mudan- ça (8), transmite para um lubrificante de caixa de mudança e o transfere para um agente de refrigeração para afastar o calor da caixa de mudança (8), ca- racterizada pelo fato de que é prevista uma válvula bypass integrada (48) que possibilita contornar o permutador de calor (30) a partir de uma baixa pressão, respectivamente pressão excessiva, predeterminada, sendo que a válvula bypass (48) está configurada como válvula de assento e compreende um assento de válvula (54) que é formado pela caixa da transmissão (26).

2. Caixa de mudança (8) de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizada pelo fato de que na caixa da transmissão (26), externamente à região onde giram as rodas dentadas (66, 68), é previsto um recesso (56), o qual é percorrido pelo lubrificante de caixa de mudança e no qual fica dis- posto o permutador de calor (30).

3. Caixa de mudança (8) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a válvula bypass (48) configurada como vál- vula de assento compreende uma tampa de válvula (52) e uma mola de tampa de válvula (50), que estão disostas no permutador de calor (30).

4. Caixa de mudança (8) de acordo com a reivindicação 3, ca- racterizada pelo fato de que no estado não-acionado da válvula bypass (48), a tampa de válvula (52) encosta no assento de válvula (54) da caixa da transmissão (26).

5. Caixa de mudança (8) de acordo com uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fato de que, no estado acionado da válvula by- pass (48), o lubrificante de caixa de mudança é conduzido através de uma região delimitada por um elemento de vedação (72) e através de canais de bypass (76).

6. Caixa de mudança (8) de acordo com a reivindicação 5, ca- racterizada pelo fato de que o elemento de vedação (72) está configurado sob a forma de um tubo de material sintético ou de metal.

7. Caixa de mudança (8) de acordo com uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizada pelo fato de que canais de bypass (76) requeridos para a função de bypass estão integrados diretamente à caixa da transmissão (26).

8. Caixa de mudança (8) de acordo com uma das reivindicações de 3 a 7, caracterizada pelo fato de que a mola de tampa de válvula (50) es- tá projetada de tal modo que a tampa de válvula (52) se abre a partir de uma baixa pressão, respectivamente pressão excessiva, predeterminada e, desse modo, libera a conexão para os canais de bypass (76).

9. Caixa de mudança (8) de acordo com uma das reivindicações de 2 a 8, caracterizada pelo fato de que o permutador de calor (30) com vál- vula bypass integrada (48) representa um componente separado, o qual po- de ser inserido no recesso (56) na caixa da transmissão (26).

10. Caixa de mudança (8) de acordo com uma das reivindica- ções de 2 a 9, caracterizada pelo fato de que o permutador de calor (30) no recesso (56) fica acessível por fora da caixa (26) para fins de manutenção e de montagem.

11. Caixa de mudança (8) de acordo com uma das reivindica- ções anteriores, caracterizada pelo fato de que o permutador de calor (30) está configurado como o permutador de calor de feixe de tubos.

12. Caixa de mudança (8) de acordo com uma das reivindica- ções anteriores, caracterizada pelo fato de que o agente de refrigeração, para remover o calor da caixa de mudança (8), está conectado com um radi- ador (38) externamente à caixa de mudança (8).

13. Caixa de mudança (8) de acordo com uma das reivindica- ções de 1 a 12, caracterizada pelo fato de que o agente de refrigeração, pa- ra a remoção do calor da caixa de mudança (8), é um agente de refrigeração no circuito de refrigeração de um motor de combustão (4) que aciona a caixa de mudança (8).

14. Permutador de calor (30), que absorve calor e o transfere para um agente de refrigeração para a remoção do calor, caracterizado pelo fato de que o permutador de calor (30) está configurado de tal modo que ele, juntamente com uma caixa da transmissão (26) servindo de assento e válvu- la (54), forma uma válvula bypass (48) configurada como válvula de assento.

15. Permutador de calor (30) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a válvula bypass (48) configurada como vál- vula de assento compreende uma tampa de válvula (52) e uma mola de tampa de válvula (50), que estão dispostas no permutador de calor (30).

16. Permutador de calor (30) de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a mola de tampa de válvula (50) está projeta- da de tal modo que a partir de uma baixa pressão, respectivamente uma pressão excessiva, a tampa de válvula (52) se abre e, desse modo, libera uma conexão para canais de bypass (76).

17. Permutador de calor (30) de acordo com uma das reivindica- ções de 14 a 16, caracterizado pelo fato de que o permutador de calor (30) está configurado como permutador de calor de feixe de tubos.

18. Permutador de calor (30) de acordo com uma das reivindica- ções de 14 a 17, caracterizado pelo fato de que o permutador de calor (30) representa um componente separado, o qual, por exemplo, pode ser inserido em um recesso (56) em uma caixa da transmissão (26), para a remoção do calor gerado em uma caixa de mudança (8) e transferido para um lubrificante de caixa de mudança.