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Die
Erfindung betrifft einen Ausgleichsbehälter für ein Kühlsystem nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 und eine Kühlanordnung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
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Es
ist bekannt, in ein Fahrzeug- Kühlsystem einen
Ausgleichsbehälter
zu integrieren. Dieser dient unter anderem zur Abscheidung von Luft
aus dem Kühlkreislauf,
zum Ausgleich des Volumenzuwachses des Kühlmittels bei Erwärmung, zum
Befüllen des
Kühlsystems
sowie zum Aufbau eines Druckpolsters zur Vermeidung des Siedens
des Kühlmittels.
Zur Entgasung des Kühlkreislaufes
ist eine Einbindung des Ausgleichsbehälters sowohl in den internen
Motorkreislauf als auch in den üblicherweise über den
Thermostaten geführten
Gesamtkühlkreislauf
möglich.
Ausgleichsbehälter
sind z.B. aus der
DE 195
38 239 C1 oder der
DE 202 17 307 U1 bekannt.
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Nach
dem Motorstart ist eine sofortige Entlüftung des Kühlkreislaufes notwendig, so
dass der Ausgleichsbehälter
zwangsläufig
auch bei Einbindung in den kleinen Kreislauf des Verbrennungsmotors
mit aufgeheizt wird, was die Warmlaufphase mit entsprechenden Verbrauchs-
und Heizleistungsnachteilen verlängert.
Um ein Abscheiden der im Kühlmittel
gebundenen Luft trotz Verschäumens
des Kühlmittels
zu vermeiden, muss vom Eintritt aus eine relativ lange Beruhigungsstrecke
bis zum Auslauf aus dem Ausgleichsbehälter vorgesehen werden, was
ein relativ großes
Volumen des Ausgleichsbehälters
bewirkt. Wird der Ausgleichsbehälter
in den großen
Gesamtkreislauf mit Verbrennungsmotor, Fahrzeugkühler und Thermostat eingebunden,
entfällt
zwar das Mitaufheizen in der Warmlaufphase, eine Entlüftung ist
jedoch erst bei geöffnetem
Thermostaten möglich,
was bei der Befüllung
des Kühlsystems
zu Problemen führen
kann.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ausgleichsbehälter für ein Kühlsystem zu
ermöglichen,
der die bekannten Nachteile im Stand der Technik vermeidet.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 11 gelöst.
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Der
erfindungsgemäße Ausgleichsbehälter für einen
Kühlkreislauf
sowie die erfindungsgemäße Kühlanordnung
sehen neben den gattungsgemäßen Merkmalen
vor, dass die Zulaufleitung und die Ablaufleitung so am Gehäuse angeordnet
sind, dass das von der Zulaufleitung zugeführte Kühlmittel nahezu vollständig in
die Ablaufleitung gelangt, ohne sich mit dem Kühlmittel in dem Ausgleichsbehälter zu mischen,
während
Gasblasen aus dem Kühlmittel
in den Ausgleichsbehälter
abgegeben werden. Damit kann vorteilhaft auch eine Wärmeabgabe
an das Kühlmittel
im Ausgleichsbehälter
vermieden werden. Nur die Gasblasen werden in das Kühlmittel
im Ausgleichsbehälter
abgegeben. Das mit der Zulaufleitung zugeführte Kühlmittel streift das Kühlmittel
im Ausgleichsbehälter
nur. Es gelangt im Normalbetrieb allenfalls nur eine minimale Menge
des zugeführten Kühlmittels
in den Ausgleichsbehälter.
Praktisch das ganze zugeführte
Kühlmittel
wird unmittelbar über
die Ablaufleitung wieder abgeführt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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In
einer günstigen
Ausgestaltung sind die Zulaufleitung austrittseitig und die Ablaufleitung
eintrittseitig eng benachbart, wodurch eine Durchmischung des zuströmenden Kühlmittels
mit dem Kühlmittel
im Ausgleichsbehälter
vermieden werden kann.
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In
einer günstigen
Ausgestaltung ist eine Zulaufleitung einen Zulaufleitungsquerschnitt
aufweist, der wenigstens doppelt so groß ist wie ein Ablaufleitungsquerschnitt
einer Ablaufleitung. Vorzugsweise ist der Querschnitt der Zulaufleitung
sehr groß gegenüber dem
Querschnitt der Ablaufleitung. Durch den großen Querschnitt ist die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels
sehr niedrig. Ein Verschäumen
des Kühlmittels
wird vermieden. Durch die geringe Strömungsgeschwindigkeit beim Vorbeiströmen des
Kühlmittels
an dem Ausgleichsbehälter
kann eine Beruhigungsstrecke verkürzt oder vermieden werden.
Der Ausgleichsbehälter
kann daher relativ klein ausgeführt
sein. Im zuströmenden
Kühlmittel enthaltene
Gase oder Luft können
trotzdem zuverlässig
abgeschieden werden. Eine übliche
statische Befüllung
des Ausgleichsbehälters
mit Kühlmittel
kann über
die Zulaufleitung, die dann als Einfüllstutzen fungiert, erfolgen.
Die Luft aus dem Kühlkreislauf kann über einen üblichen
Entlüftungsstutzen
im Luftpolsterbereich des Ausgleichsbehälters abgeschieden werden.
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In
einer weiteren günstigen
Ausgestaltung ist die Zulaufleitung und die Ablaufleitung in eingebautem
Zustand in nahe eines Bodens des Gehäuses angeordnet. Das zuströmende Kühlmittel
strömt
von unten in Richtung des Ausgleichsbehälters und dann an diesem vorbei.
Dadurch wird erreicht, dass sich das zuströmende Kühlmittel praktisch nicht mit
dem im Ausgleichsbehälter
enthaltene Kühlmittel
durchmischt. Eine Aufheizung des Ausgleichsbehälters unterbleibt. Der Ausgleichsbehälter kann
daher günstig in
den sogenannten kleinen Kühlkreislauf
eines Fahrzeugs integriert werden, ohne die Warmlaufphase des Verbrennungsmotors
zu verlängern.
Der kleine Kühlkreislauf
führt durch
dem Verbrennungsmotor und ist von einem üblichen Kühlkreislauf-Thermostaten sowie
vom Fahrzeugkühler
unabhängig.
Beim Start der Verbrennungskraftmaschine wird erst der kleine Kühlkreislauf
aktiviert, um den Verbrennungsmotor in der Warmlaufphase schnell
auf Betriebstemperatur aufzuheizen. Zulaufleitung und Ablaufleitung können aber
auch an anderen Bereichen des Gehäuses angeordnet sein.
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In
einer günstigen
Ausgestaltung mündet
die Zulaufleitung im eingebauten Zustand mit ihrer Stirnseite von
unten in den Boden. Dadurch kann die Luft aus dem zuströmenden Kühlmittel
nach oben entweichen. Zwischen der Zulaufleitung und der Ablaufleitung
ist bevorzugt eine Schottwand angeordnet, die eine direkte Ansaugung
des Kühlmittels
in die Ablaufleitung begünstigt.
Dadurch erfolgt auch eine Strömungsumlenkung
des Kühlmittels
zwischen Zulaufleitung und Ablaufleitung, was die Abscheidung der Luft
aus dem zuströmenden
Kühlmittel
erleichtert, besonders in Verbindung mit der geringen Strömungsgeschwindigkeit
des zuströmenden
Kühlmittels.
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In
einer alternativen günstigen
Ausgestaltung verläuft
die Zulaufleitung parallel zum Boden. Die Zulaufleitung weist dabei
vorzugsweise eine in axialer Strömungsrichtung
verlaufende Öffnung
zum Gehäuse
auf. Bevorzugt geht die Zulaufleitung in axialer Strömungsrichtung
in die Ablaufleitung über.
Das zuströmende
Kühlmittel
strömt
praktisch nur am Ausgleichsbehälter
vorbei, ohne sich mit dem Kühlmittel im
Ausgleichsbehälter
zu mischen.
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Weitere
Ausbildungsformen und Aspekte der Erfindung werden unabhängig von
einer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung der
Allgemeinheit im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigen
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1 eine
Prinzipskizze einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälters mit
stirnseitig anstoßender
Zulaufleitung;
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2a:
eine Prinzipskizze einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälters mit
einer parallel unter dem Boden verlaufenden Zulaufleitung und b:
einen Schnitt durch die Zulaufleitung;
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3 eine
Prinzipskizze einer bevorzugten Kühlanordnung.
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1 zeigt
eine Prinzipskizze eines Ausgleichsbehälters 10 für einen
Kühlkreislauf
eines Fahrzeugs. Der Ausgleichsbehälter 10 umfasst ein Gehäuse 24 mit
einem Entlüftungsstutzen 14 an
einer Entlüftungsöffnung 14', der im oberen
Bereich 23 des Gehäuses 24 im
Bereich eines Luftpolsters 12 angeordnet ist. Ein Überdruckventil 13 ist
im oberen Bereich 23 angeschlossen.
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Über eine
Zulaufleitung 15 im unteren Bereich des Bodens 22 des
Gehäuses 24 wird
Kühlmittel 11' zum Ausgleichsbehälter 10 zugeführt und über eine
mit der Zulaufleitung 15 verbundene Ablaufleitung 18 abgeführt. Luftblasen 20 können zwar
aus dem zuströmenden
Kühlmittel 11' in das Luftpolster 12 abgeschieden
und über
den Entlüftungsstutzen 14 abgeführt werden,
das zuströmende
Kühlmittel 11' wird aber praktisch
vollständig über die
Ablaufleitung 18 abgeführt.
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Die
Zulaufleitung 15 weist einen Zulaufleitungsquerschnitt 15' auf, der wesentlich
größer ist wie
ein Ablaufleitungsquerschnitt 18' der Ablaufleitung 18.
Die Zulaufleitung 15 ist austrittseitig mit der Eintrittseite
der Ablaufleitung 18 eng benachbart, so dass mit geringer
Strömungsgeschwindigkeit
zuströmendes
Kühlmittel 11' praktisch nur
am Boden 22 des Ausgleichsbehälters 10 eintritt
und gleich wieder in die Ablaufleitung 18 austritt und
dabei vor dem Austritt die mitgeführte Luft als Luftblasen 20 abscheidet,
ohne sich nennenswert mit dem Kühlmittel 11 im
Ausgleichsbehälter 10 zu
mischen.
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Die
Zulaufleitung 15 mündet
mit ihrer Stirnseite von unten in den Boden 22 und Kühlmittel 11' tritt in Strömungsrichtung 16 in
den Ausgleichsbehälter 10 und
gelangt unmittelbar wieder in die Ablaufleitung 18. Die
Ablaufleitung 18 führt
zur Seite weg in Strömungsrichtung 19.
Durch die wegen des großen Zulaufleitungsquerschnitts 15' geringe Strömungsgeschwindigkeit
und die Umlenkung der Strömungsrichtung
von 16 nach 19 kann Luft aus dem zuströmenden Kühlmittel 11' effizient durch
das Kühlmittel 11 in
Richtung Luftpolster 12 abgeschieden werden. Zwischen der
Zulaufleitung 15 und der Ablaufleitung 18 ist
eine Schottwand 17 angeordnet, die eine direkte Ansaugung
des Kühlmittels 11' in den Ablaufleitung 18 begünstigt und
die Ablaufleitung 18 gegen den Ausgleichsbehälter 10 abschirmt.
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2a zeigt
eine alternative Ausgestaltung des Ausgleichsbehälters 10. 2b zeigt
einen Schnitt durch die Zulaufleitung 15. In dieser Ausgestaltung
verläuft
die Zulaufleitung 15 parallel zum Boden 22 des
Gehäuses 24 und
weist eine in axialer Strömungsrichtung 16 verlaufende Öffnung 21 zum Gehäuse 24 auf.
Die Zulaufleitung 15 geht in axialer Strömungsrichtung 16, 19 in
die Ablaufleitung 18 über.
Es gibt keine Unterbrechung in dem sich verjüngenden Rohr. 2b zeigt
einen Schnitt durch die Zulaufleitung 15, in dem die zum
Ausgleichsbehälter 10 hin
gerichtete Öffnung 21 zu
erkennen ist. Das zuströmende
Kühlmittel 11' strömt praktisch
nur am Gehäuse 24 bzw.
dem Kühlmittel 22 im
Ausgleichsbehälter 10 vorbei
und gibt dadurch seine Gasblasen 20 in den Ausgleichsbehälter 10 ab,
ohne sich mit dem Kühlmittel 11 darin
zu mischen.
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3 zeigt
eine bevorzugte Kühlanordnung beispielhaft
für ein
Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 27 mit zwei Zylinderbänken, mit
einem Ausgleichsbehälter 10 mit
einer Zulaufleitung 15 und einer Ablaufleitung 18.
Die Zulaufleitung 15 und die Ablaufleitung 18 sind
so angeordnet, dass sie praktisch ineinander übergehen, entsprechend dem
Ausführungsbeispiels
in 2a und sind z.B. am Boden des Ausgleichsbehälters 10 angeordnet.
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Der
Ausgleichsbehälter 10 ist
in einen von einem Thermostaten 29 abhängigen kleinen Kühlkreislauf 25 integriert,
der mit dünn
ausgezogenen Linien gezeichnet ist. Die Zulaufleitung 15 weist
einen deutlich größeren Querschnitt
auf als die Ablaufleitung 18. Im oberen Bereich des Ausgleichsbehälters ist eine
Entlüftungsleitung 14 mit
einem Rückschlagventil 31 angeordnet.
An einen üblichen
Thermostaten 29, der als Zweitellerthermostat ausgebildet
ist, sind Anschlüsse
für eine
nicht näher
bezeichnete Kurzschlussleitung, einen Kühlerrücklauf zum Kühler 26 und
ein Heizungsrücklauf
zu einer Heizung 28 angeschlossen. Stromabwärts des
Thermostaten 29 ist eine Kühlmittelpumpe 30 angeordnet.
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Der
Ausgleichsbehälter 10 wird
zur Entgasung des Kreislaufs in der gezeigte Weise in den kleinen
Kühlkreislauf 25 eingebunden.
Eine Durchströmung
ab Motorstart ist gewährleistet.
Die Zulaufleitung 15 hat einen relativ großen Durchmesser,
z.B. 16 mm. Die Strömungsgeschwindigkeit
ist damit gering und eine Verschäumung
des Kühlmittels
findet nicht statt.
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Durch
den großen
Durchmesser kann, wie normalerweise üblich, auch die Befüllung des
Kühlkreislaufs
erfolgen. Eine Entlüftung
des Kreislaufs beim Befüllen
ist über
die Entlüftungsleitung 14 gewährleistet.
Das Rückschlagventil 31 verhindert
im Betrieb des Verbrennungsmotors 27 eine Durchströmung der
Entlüftungsleitung 14 und
damit die thermische Kopplung. Die Zulaufleitung 15 wird
dabei ein einer geodätisch
relativ hohen Stelle des Kühlkreislaufs
angeschlossen, welche einerseits die Entlüftung des Kreislaufs gewährleistet
und andererseits eine Befüllung
möglich
macht, z.B. am Kühlervorlaufschlauch 32 bzw.
Kühlereintrittskasten 33 oben.
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Die
Ablaufleitung 18 hat einen relativ kleinen Durchmesser
und fungiert als Drossel, um den Volumenstrom und damit die Strömungsgeschwindigkeit in
der Zulaufleitung 15 gering zu halten. Aufgrund der speziellen
Anordnung von Zulaufleitung 15 und Ablaufleitung 18,
wie in den 1 und 2 dargestellt
ist, kann nun sehr gut Gas bzw. Luft aus dem zuströmenden Kühlmittel
abgeschieden werden. Die thermische Kopplung ist minimal und der
Wärmeverlust
dadurch sehr gering.
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- 10
- Ausgleichsbehälter
- 11
- Kühlmittel
- 11'
- zuströmendes Kühlmittel
- 12
- Luftpolster
- 13
- Überdruckventil
- 14
- Entlüftungsstutzen
- 14'
- Entlüftungsöffnung
- 15
- Zulaufleitung
- 15'
- Zulauföffnungsquerschnitt
- 16
- Zulaufrichtung
- 17
- Schottwand
- 18
- Ablaufleitung
- 18'
- Ablaufleitungsquerschnitt
- 19
- Ablaufrichtung
- 20
- Luftblasen
- 21
- axial
verlaufende Öffnung
- 22
- Boden
- 23
- oberer
Bereich
- 24
- Gehäuse
- 25
- kleiner
Kühlkreislauf
- 26
- Kühler
- 27
- Verbrennungskraftmaschine
- 28
- Heizung
- 29
- Thermostat
- 30
- Pumpe
- 31
- Rückschlagventil
- 32
- Kühlervorlaufschlauch
- 33
- Kühlereintrittskasten