DE19705036A1 - Überdruckventil für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges - Google Patents
Überdruckventil für ein Kühlsystem eines KraftfahrzeugesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Überdruckventil für einen Behäl
ter, insbesondere für einen Ausgleichsbehälter eines Kühlsy
stemes eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor, mit einem
Ventilgehäuse, das einen Überdruckanschluß und einen mit dem
Behälter verbundenen Systemdruckanschluß hat, wobei am Sy
stemdruckanschluß eine Dichtfläche vorgesehen ist, mit einem
elastischen Element, das ein Dichtungselement gegen die
Dichtfläche des Systemdruckanschlusses derart vorspannt, daß
bei einem am Dichtungselement wirkenden Druck, der kleiner
oder gleich einem Maximaldruck ist, der Systemdruckanschluß
verschlossen ist, und daß bei einem Druck, der größer als der
Maximaldruck ist, die Verbindung zwischen Systemdruckanschluß
und Überdruckanschluß freigegeben ist.
Das herkömmliche Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges oder eines
Lastkraftwagens mit Verbrennungsmotor ist konstruktiv so aus
gelegt, daß der normalerweise während des Betriebes des
Kraftfahrzeuges im Kühlsystem auftretende Systemdruck zu kei
nerlei Schädigungen des Kühlsystemes führt. Aus
Sicherheitsgründen und um unnötige Belastungen der Elemente
des Kühlsystemes bei einem zu hohen Systemdruck zu verhin
dern, wird ein Überdruckventil der vorstehend genannten Art
eingesetzt. Das bekannte Überdruckventil hat einen Überdruck
anschluß, der eventuell auftretenden Überdruck an die Umge
bung abgibt, und ein am Ventilgehäuse des Überdruckventils
vorgesehenen Systemdruckanschluß, der mit dem Ausgleichsbe
hälter des Kühlsystems in Verbindung steht. Ein innerhalb des
Ventilgehäuses angeordnetes elastisches Element spannt ein
Dichtungselement gegen die am Systemdruckanschluß vorgesehene
Dichtfläche derart vor, daß bei einem am Dichtungselement
wirkenden Druck, der kleiner oder gleich einem maximal zuläs
sigen Systemdruck ist, nachfolgend als Maximaldruck bezeich
net, der Systemdruckanschluß verschlossen ist. Bei einem
Druck, der größer als der Maximaldruck ist, gibt das Dich
tungselement dagegen die Verbindung zwischen Systemdruckan
schluß und Überdruckanschluß frei. Auf diese Weise verhindert
das bekannte Überdruckventil, daß der im Kühlsystem anlie
gende Systemdruck über einen Maximalwert steigt, und schützt
so das Kühlsystem vor einer zu hohen Belastung.
Bei laufendem Verbrennungsmotor wird das Kühlmittel durch die
Kühlmittelpumpe innerhalb des Kühlsystems gefördert, wobei
die vom Verbrennungsmotor an das Kühlmittel abgegebene Wärme
über den Kühler an die Umgebung abgegeben wird. Aus diesem
Grund tritt während des Betriebes des Verbrennungsmotors ein
Systemdruck im Kühlsystem auf, der deutlich unter dem zuläs
sigen Maximaldruck liegt. Nachdem der Verbrennungsmotor abge
schaltet worden ist, wird durch die noch vom Motor abgegebene
Wärme das Kühlmittel erhitzt, wobei sich der Systemdruck er
höht, aber normalerweise den Maximaldruck nicht übersteigt.
Wird der Verbrennungsmotor aber abgeschaltet, nachdem er sehr
stark belastet worden ist, beispielsweise nach einer längeren
Fahrt mit sehr hohen Geschwindigkeiten oder nach einer Berg
fahrt, staut sich Wärme im Motor, die an das Kühlmittel im
Kühlsystem abgegeben wird. Dadurch kommt es nachträglich zu
einer sehr starken Erwärmung des Kühlmittels und der im Kühl
system wirkende Systemdruck steigt über den zulässigen Maxi
malwert, so daß das Überdruckventil sich öffnet. Demzufolge
muß das gesamte Kühlsystem für einen deutlich höheren System
druck ausgelegt werden, als es eigentlich bei normalem Be
trieb des Verbrennungsmotors notwendig wäre.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Überdruckventil bereitzu
stellen, das sich abhängig vom Betriebszustand des Verbren
nungsmotors bei unterschiedlichen Systemdrücken im Kühlsystem
öffnet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Überdruckventil
eingangs genannter Art dadurch, daß das Ventilgehäuse einen
Unterdruckanschluß hat, daß im Ventilgehäuse ein Ventilein
satz angeordnet ist, der zusammen mit dem Systemdruckanschluß
einen Arbeitsraum definiert, daß das Dichtungselement eine im
Ventileinsatz angeordnete Dichtungsmembran ist, die den Ar
beitsraum in eine Unterdruckkammer und eine Überdruckkammer
unterteilt, wobei der Unterdruckanschluß mit der Unterdruck
kammer verbunden ist und der Systemdruckanschluß über die
Überdruckkammer mit dem Überdruckanschluß verbindbar ist, und
daß das elastische Element einen im Ventileinsatz axial in
Richtung zu einer Längsachse des Systemdruckanschlusses ver
schieblich aufgenommenen, an der Dichtungsmembran anliegenden
Membranhalter vorspannt, wobei die Dichtungsmembran zwischen
der Dichtfläche und dem Membranhalter angeordnet ist.
Durch die Unterteilung des Arbeitsraumes in eine Unterdruck
kammer und eine Überdruckkammer entstehen zwei getrennte
Drucksysteme. Abhängig vom Betriebszustand des Verbrennungs
motors herrscht in der Unterdruckkammer bei abgeschaltetem
Verbrennungsmotor Umgebungsdruck, während bei laufendem Ver
brennungsmotor in der Unterdruckkammer ein Unterdruck an
liegt. Ist der Verbrennungsmotor außer Betrieb, d. h. in der
Unterdruckkammer herrscht Umgebungsdruck, wirkt auf die Dich
tungsmembran nur der am Systemdruckanschluß wirkende System
druck. Damit sich das Überdruckventil öffnet, muß der am Sy
stemdruckanschluß wirkende Systemdruck so groß sein, daß er
die durch die Kraft des elastischen Elementes gegen den Sy
stemdruckanschluß vorgespannte Dichtungsmembran abheben kann.
Ist der Verbrennungsmotor dagegen in Betrieb, wirkt in der
Unterdruckkammer ein Unterdruck, der die Dichtungsmembran ge
gen die Kraft des elastischen Elementes ansaugt, dabei den
Systemdruckanschluß allerdings nicht öffnet. Übersteigt der
am Systemdruckanschluß wirkende Systemdruck jedoch einen ma
ximal zulässigen Druck, der geringer ist als der Maximaldruck
bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor, wird die Dichtungsmem
bran durch den Systemdruck gegen die Kraft des elastischen
Elementes angehoben und das unter Druck stehende Fluid strömt
über die Überdruckkammer und den Überdruckanschluß ab. Je
nach Bauart und Typ liegen die maximal zulässigen Druckwerte
bei Kraftfahrzeugen ca. in einem Bereich von 1,0 bis 2,5 bar
und bei Lastkraftwagen in etwa in einem Bereich von 0,4 bis
1,1 bar. Der Unterdruck kann, abhängig von den an das Kühlsy
stem zu stellenden Anforderungen, in einem Bereich von 0,1
bis 0,7 bar liegen. Selbstverständlich sind auch andere, hö
here Maximalwerte für den Systemdruck und den Unterdruck
denkbar.
Vorzugsweise steht der Unterdruckanschluß mit einem Unter
druckaggregat in Verbindung, das während des Betriebes des
Verbrennungsmotors einen konstanten Unterdruck von beispiels
weise 0,5 bar erzeugt. Als Unterdruckaggregat eignet sich
beispielsweise der Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeuges,
allerdings kann auch der Ansaugtrakt des Motors verwendet
werden. Es ist auch denkbar, beispielsweise durch Verwendung
einer Drossel, den in der Unterdruckkammer wirkenden Druck
gezielt zu variieren, um den Maximaldruck am Überdruckventil
zu beeinflussen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform gibt die Dichtungsmem
bran die Verbindung zwischen dem Systemdruckanschluß und dem
Überdruckanschluß bei einem an der Dichtungsmembran wirksamen
Druck, der größer als ein Maximalwert, vorzugsweise größer
als 1,9 bar, ist, frei. Bei einem am Unterdruckabschluß an
liegenden Unterdruck von beispielsweise 0,5 bar ergeben sich
bei einem Ausführungsbeispiel mit einem maximal wirksamen
Druck von 1,9 bar zwei Maximaldrücke, bei denen das Über
druckventil öffnet. Bei einem laufenden Verbrennungsmotor er
gibt sich ein Maximaldruck von 1,4 bar und bei stillstehendem
Verbrennungsmotor ein Maximaldruck von 1,9 bar.
Die Dichtungsmembran soll vorzugsweise so ausgebildet sein,
daß sie glatt an der Dichtfläche anliegt, gleichzeitig aber
so elastisch sein, daß sie sich durch den in der Unterdruck
kammer wirkenden Unterdruck verformen kann. In einer bevor
zugten Ausführungsform hat die Dichtungsmembran einen zwi
schen der Dichtfläche und dem Membranhalter angeordneten
Dichtungsabschnitt, der glatt an der Dichtfläche und am Mem
branhalter anliegt. An den Dichtungsabschnitt schließt sich
annähernd rechtwinklig ein umlaufender, im Querschnitt U-för
miger Abschnitt an, dessen Innenschenkel in den Dichtungsab
schnitt übergeht und der am Ende seines Außenschenkels einen
radial nach außen abstehenden, ringförmigen Wulst hat. Durch
den im Querschnitt U-förmigen Abschnitt ist eine Bewegung der
Dichtungsmembran axial in Richtung der Längsachse des System
druckanschlusses möglich, ohne daß die Dichtungsmembran ela
stisch verformt wird. Über den außen abstehenden, ringförmi
gen Wulst ist eine Befestigung der Dichtungsmembran innerhalb
des Ventileinsatzes möglich. Anstelle eines im Querschnitt U-förmigen
Abschnittes sind auch Abschnitte mit anderen Quer
schnittsformen, wie einem mäanderförmigen Querschnittsver
lauf, denkbar. Des weiteren kann der sich an den Dichtungsab
schnitt anschließende, aufgrund seines Querschnitts dehnbare
U-förmige Abschnitt durch einen Abschnitt ersetzt werden, der
eine höhere Elastizität besitzt als der Dichtungsabschnitt.
Dadurch ist eine Bewegung der Dichtungsmembran gleichfalls
möglich.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Ventileinsatz
zweistückig aus einem topfförmigen Oberteil und einem damit
verbundenen ringförmigen Unterteil ausgebildet. Zwischen den
einander zugewandten Stirnflächen des Oberteils bzw. Unter
teils ist die Dichtungsmembran eingespannt. Vorzugsweise ist
zum Einspannen der Dichtungsmembran an der dem Unterteil zu
gewandten Stirnfläche des Oberteils eine umlaufende Nut aus
gebildet, die den Wulst der Dichtungsmembran aufnimmt. Ferner
kann, soweit es erforderlich ist, auf der dem Oberteil zuge
wandten Stirnfläche des Unterteils eine Nut zur Aufnahme des
Wulstes vorgesehen sein. In zusammengesetztem Zustand des
Oberteils und des Unterteils sind die beiden Nuten derart zu
einander ausgerichtet, daß der Wulst der Dichtungsmembran in
den Nuten aufgenommen ist und die Dichtungsmembran gehalten
wird.
Vorzugsweise ist das Oberteil und das Unterteil dabei über
eine Rastverbindung fest miteinander verbunden. Zu diesem
Zweck ist an der Stirnfläche des Unterteils ein sich axial in
Richtung der Längsachse des Symmetrieanschlusses erhebender
Ringabschnitt mit einer radial nach innen abstehenden, umlau
fenden Rasterhebung vorgesehen. Das Oberteil hat einen ent
sprechend ausgebildeten, axial in Richtung der Längsachse des
Symmetrieanschlusses sich erhebenden Ringabschnitt, an dem
radial nach außen abstehende, umlaufende Rasterhebungen vor
gesehen sind, die in die Rasterhebungen des Unterteils ein
greifen, wodurch das Oberteil fest mit dem Unterteil verbun
den ist. Es ist auch denkbar, das Oberteil und das Unterteil
durch andere Befestigungsmittel, wie Schrauben oder ähnli
chem, miteinander zu verbinden. Des weiteren wäre es möglich,
das Oberteil bzw. das Unterteil mit einem Außengewinde und
das entsprechende Gegenstück mit einem Innengewinde zu verse
hen.
Zum Vorspannen der Dichtungsmembran wird das elastische Ele
ment verwendet, das in einer bevorzugten Ausführungsform als
Druckfeder ausgebildet ist. Denkbar wären auch andere elasti
sche Elemente, wie beispielsweise Formstücke aus elastischem
Material, Tellerfedern oder ähnliches, die besondere elasti
sche Eigenschaften besitzen. Durch gezielte Auswahl eines
solchen elastischen Elements könnte das Schließverhalten des
Überdruckventils beeinflußt werden. Zum Führen der Feder kann
am Membranhalter und am Oberteil des Ventileinsatzes ein in
den Arbeitsraum ragender Absatz und ein Führungselement vor
gesehen sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an der Dichtungs
membran ein abstehender Nippel vorgesehen, der in eine im
Membranhalter ausgebildete Öffnung aufnehmbar ist. Durch die
sen Nippel wird ein Verrutschen der Dichtungsmembran vom Mem
branhalter verhindert, derart, daß ein glattes Anliegen der
Dichtungsmembran am Dichtungssitz sichergestellt ist. Bei
Verwendung eines Nippels besteht ferner der Vorteil, daß eine
verschlissene Dichtungsmembran ohne großen Aufwand aus dem
Überdruckventil ausgebaut und durch eine neue Dichtungsmem
bran ersetzt werden kann. Die Dichtungsmembran kann anderer
seits auch durch andere Befestigungsmittel, wie Kleben, Auf
vulkanisieren oder ähnliches, fest mit dem Membranhalter ver
bunden werden.
Schließlich ist es denkbar, das Ventilgehäuse des Überdruck
ventils einstückig mit dem Behälter auszubilden. In einer an
deren Ausführungsform wird das Ventilgehäuse über ein An
schlußelement, beispielsweise ein Fitting, mit dem Behälter
gasdicht verbunden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand ei
nes Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen
näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine geschnittene Ansicht eines Überdruckventils in
geschlossenem Zustand;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Überdruckventils nach
Fig. 1;
Fig. 3 eine geschnittene Ansicht des Überdruckventils nach
Fig. 1 in geöffnetem Zustand; und
Fig. 4 ein Diagramm, das den Druckverlauf mit sich ändernder
Durchflußmenge zeigt.
Fig. 1 zeigt eine geschnittene Ansicht eines für ein Kühlsy
stem eines Kraftfahrzeugs verwendeten Überdruckventils 10 mit
einem Ventilgehäuse 12 in geschlossenem Betriebszustand. Das
Ventilgehäuse 12 ist im wesentlichen zylindrisch und hat eine
obere Stirnfläche 14, in der eine kegelförmige Öffnung 16
vorgesehen ist, die innerhalb des Ventilgehäuses 12 in eine
zylindrische Aussparung übergeht, die einen zylindrischen
Raum definiert. Eine untere Stirnfläche 20 des Ventilgehäuses
12 geht in einen Ausgleichsbehälter 22 des Kühlsystems (nicht
dargestellt) über, so daß das Ventilgehäuse 12 einstückig mit
dem Ausgleichsbehälter 22 ausgebildet ist. Der zylindrische
Raum 18 ist von einem Gehäusemantel 24 umgeben, von dem lot
recht ein Unterdruckanschluß 26 absteht (in Fig. 1 links zu
sehen), der mit dem zylindrischen Raum 18 in Verbindung
steht. Auf der gegenüberliegenden (rechten) Seite des Gehäu
semantels 24 ist ein Überdruckanschluß 28 vorgesehen, der
gleichfalls lotrecht vom Gehäusemantel 24 absteht und mit dem
zylindrischen Raum 18 verbunden ist.
Die untere Stirnfläche 20 bildet einen Teil eines System
druckanschlusses 30, dessen Längsachse 32 koaxial zur Symme
trieachse des zylindrischen Ventilgehäuses 12 verläuft. Der
Systemdruckanschluß 30 endet in einer Erhebung 34, die sich
in den zylindrischen Raum 18 erstreckt und auf deren Ober
seite eine achsnormal zur Längsachse 32 verlaufende Dichtflä
che 36 vorgesehen ist.
Innerhalb des zylindrischen Raums 18 ist ein Ventileinsatz 38
aufgenommen, der ein topfförmiges Oberteil 40 und ein ring
förmiges Unterteil 42 hat, die, wie nachfolgend noch erläu
tert wird, fest miteinander verbunden sind. Auf seiner Man
telfläche trägt der Ventileinsatz 38 drei Umlaufnuten 44, in
die O-Ring-Dichtungen 46 eingelegt sind, deren Funktion wei
ter unten noch beschrieben wird.
Der Ventileinsatz 38 bildet mit dem Systemdruckanschluß 30
einen Arbeitsraum 48. Eine zwischen dem Oberteil 40 und dem
Unterteil 42 eingespannte Dichtungsmembran 50 unterteilt die
sen Arbeitsraum 48 in eine Unterdruckkammer 52 und eine Über
druckkammer 54. Die Unterdruckkammer 52 ist über einen in der
Mantelfläche des Oberteils 40 radial zur Längsachse 32 ver
laufenden Unterdruckkanal 56 mit dem Unterdruckanschluß 26
verbunden. Ein in der Mantelfläche des Unterteils 42 ausge
bildeter umlaufender Überdruckkanal 58 steht mit der Über
druckkammer 54 und dem Überdruckanschluß 28 in Verbindung.
Die O-Ring-Dichtungen 46 sind dabei oberhalb und unterhalb
des Unterdruckanschlusses 26 bzw. des Überdruckanschlusses 28
derart angeordnet, daß der Übergang zwischen Unterdruckan
schluß 26 und Unterdruckkanal 56 und der Übergang zwischen
Überdruckanschluß 28 und Überdruckkanal 58 gegenüber dem zy
lindrischen Raum 18 abgedichtet ist.
Innerhalb des Oberteils 40 ist ein axial in Richtung zur
Längsachse 32 des Systemdruckanschlusses 30 verschieblicher
Membranhalter 60 aufgenommen, der mit seiner dem Systemdruck
anschluß 30 zugewandten Seite an der Dichtungsmembran 50 an
liegt und mit dieser, wie später noch erläutert wird, fest
verbunden ist. Zwischen dem Membranhalter 60 und dem Oberteil
40 ist eine Druckfeder 62 angeordnet, die den Membranhalter
60 axial in Richtung zur Längsachse 32 derart vorspannt, daß
die Dichtungsmembran 50 gegen die Dichtfläche 36 des System
druckanschlusses 30 gedrückt wird, wodurch das Überdruckven
til 10 verschlossen ist. Die Druckfeder 62 ist über einen auf
der Innenseite des Oberteils 40 ausgebildeten Führungsabsatz
64 gehalten. Ferner ist auf der dem Führungsabsatz 64 zuge
wandten Seite des Membranhalters 60 ein Führungselement 66
ausgebildet, das die Druckfeder 62 führt.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Überdruckventils
10 in geschlossenem Zustand. Bei dem gezeigten Ausführungs
beispiel hat die Dichtungsmembran 50 einen kreisförmigen
Dichtungsabschnitt 68, dessen Oberseite an dem Membranhalter
60 anliegt, während die Unterseite durch die Wirkung der
Druckfeder 62 auf die Dichtfläche 36 des Systemdruckanschlus
ses 30 gepreßt ist. Auf der Oberseite des Dichtungsabschnit
tes 68 ist ferner ein Nippel 70 ausgebildet, der in eine am
Membranhalter 60 vorgesehen Öffnung 72 eingerastet ist, wo
durch ein seitliches Verrutschen der Dichtungsmembran 50 ver
hindert wird. An den Dichtungsabschnitt 68 schließt sich an
nähernd rechtwinklig ein umlaufender, im Querschnitt U-förmi
ger Abschnitt 74 an, dessen Innenschenkel in den Dichtungsab
schnitt 68 übergeht und an dessen Außenschenkel in einen ra
dial nach außen abstehenden ringförmigen Wulst 76 mündet.
Auf einer dem Unterteil 42 zugewandten Stirnseite 78 des
Oberteils 40 ist eine ringförmige Nut 80 ausgebildet, deren
Symmetrieachse koaxial zur Längsachse 32 verläuft. An der
Stirnseite 78 des Oberteils 40 liegt eine Stirnseite 82 des
Unterteils 42 an, in der gleichfalls eine koaxial zur Längs
achse 32 angeordnete ringförmige untere Nut 84 ausgebildet
ist, die mit der oberen Nut 80 einen im Querschnitt rechteckigen
Raum bildet, in dem der ringförmige Wulst 76 der Dich
tungsmembran 50 aufgenommen ist. Ferner ist auf der Stirn
seite 78 des Oberteils 40 ein ringförmiger oberer Absatz 86
mit radial nach außen gerichteten Rasterhebungen ausgebildet.
Die Stirnseite 82 des Unterteils 40 trägt einen ringförmigen
unteren Absatz 88, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmes
ser des oberen Absatzes 86 angepaßt ist. Ferner ist am unte
ren Absatz 88 eine radial nach innen gerichtete Rasterhebung
ausgebildet, die mit der radial nach außen gerichteten Ra
sterhebung dem oberen Absatzes 86 derart in Eingriff steht,
daß das Oberteil 40 fest mit dem Unterteil 42 verbunden ist,
wobei die Dichtungsmembran 50 über ihren ringförmigen Wulst
76 fest zwischen Oberteil 40 und Unterteil 42 eingespannt
ist.
Der Unterdruckanschluß 26 ist über eine Leitung mit einem ei
nen konstanten Unterdruck p1 erzeugenden Unterdruckaggregat
(nicht dargestellt), beispielsweise dem Bremskraftverstärker
des Kraftfahrzeuges, verbunden. Bei diesem Ausführungsbei
spiel erzeugt das Unterdruckaggregat keinen Unterdruck, wenn
der Verbrennungsmotor außer Betrieb ist. Bei laufendem Ver
brennungsmotor erzeugt das Unterdruckaggregat einen konstan
ten Unterdruck P1 von ca. 0,5 bar.
Der Systemdruckanschluß 30 steht, wie oben bereits erläutert,
mit dem Ausgleichsbehälter 22 des Kühlsystems des Kraftfahr
zeugs in Verbindung. Da das Kühlsystem des Kraftfahrzeugs für
einen maximalen Systemdruck p2 von 2,5 bar ausgelegt ist,
soll das Überdruckventil 10 bei einem an der Dichtungsmembran
50 wirkenden Mindestdruck p3 von annähernd 1,9 bar öffnen, um
Spielraum für eventuell auftretende höhere Druckstöße zu bie
ten. Zu diesem Zweck drückt die Druckfeder 62 mittels des
Membranhalters 60 die Dichtungsmembran 50 gegen die Dichtflä
che 36 mit einer Kraft, die so hoch ist, daß die Dichtungs
membran 50 von der Dichtfläche 36 erst abhebt, wenn der an
der Dichtungsmembran 50 wirkende Druck größer als 1,9 bar
ist.
In Fig. 3 ist das Überdruckventil 10 in geöffnetem Zustand
dargestellt. In diesem Fall ist die Druckfeder 62 innerhalb
des Ventileinsatzes 38 durch den an der Dichtungsmembran 50
wirkenden Druck axial in Richtung der Längsachse 32 derart
zusammengedrückt, daß zwischen der Dichtungsmembran 50 und
der Dichtfläche 36 ein Spalt 90 entsteht. Durch diesen Spalt
90 kann das unter hohem Druck stehende Fluid über den System
druckanschluß 30 in die Überdruckkammer 54 strömen und ge
langt von dort durch den Überdruckkanal 58 in den Überdruck
anschluß 28. Der Überdruckanschluß 28 ist wiederum über eine
Leitung (nicht dargestellt) mit der Umgebungsatmosphäre ver
bunden, an die das Fluid abgegeben wird.
Nachfolgend werden die verschiedenen Betriebszustände des
Überdruckventils 10 anhand der Fig. 4 näher erläutert:
Fig. 4 zeigt die Durchflußmenge mit sich änderendem Druck
verlauf, d. h. bei steigendem Druck p nimmt die Durchflußmenge
linear zu, sobald das Überdruckventil 10 geöffnet ist. Zum
Öffnen des Überdruckventils 10 muß jedoch, abhängig vom Be
triebszustand des Fahrzeuges, d. h. bei eingeschaltetem bzw.
ausgeschaltetem Verbrennungsmotor, am Systemdruckanschluß 30
ein Mindestdruck p3 bzw. p4 anliegen.
Bei ausgeschaltetem Motor, bei dem in der Unterdruckkammer 52
kein Unterdruck p1 anliegt, muß der erforderliche Mindest
druck p3 etwa 1,9 bar betragen (gestrichelte Linie), damit
sich das Überdruckventil 10 öffnet.
Bei laufendem Verbrennungsmotor erzeugt das Unterdruckaggre
gat dagegen einen konstanten Unterdruck p1 von 0,5 bar. Die
ser Unterdruck p1 von 0,5 bar wirkt über den Unterdruckan
schluß 26 und den Unterdruckkanal 56 in der Unterdruckkammer
52. Durch diesen Unterdruck p1 wird die Dichtungsmembran 50
mit einer Kraft, die von der Größe der Oberfläche und dem
Druck abhängt, gegen die Kraft der Druckfeder 62 angesaugt.
Auf diese Weise öffnet das Überdruckventil 10 bereits bei ei
nem am Systemdruckanschluß 30 anliegenden Mindestdruck p4,
der geringer als der bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor er
forderliche Mindestdruck p3 ist und in diesem Ausführungsbei
spiel bei etwa 1,4 bar liegt (siehe durchgezogene Linie).
Sollte das Unterdruckaggregat ausfallen, beispielsweise auf
grund eines technischen Defektes, so öffnet das Überdruckven
til 10 erst bei einem Systemdruck am Systemdruckanschluß 30,
der dem Mindestdruck p3, also etwa 1,9 bar, entspricht.
Durch Verwendung des Überdruckventils 10 können verschiedene
Betriebszustände des Verbrennungsmotors unterschieden werden,
wobei das Überdruckventil 10 bei unterschiedlichen im Aus
gleichsbehälter 22 wirkenden Systemdrücken von 1,4 bar bzw.
1,9 bar öffnet.
Claims (17)
1. Überdruckventil für einen Behälter, insbesondere für ei
nen Ausgleichsbehälter eines Kühlsystems eines Kraftfahr
zeugs mit Verbrennungsmotor, mit einem Ventilgehäuse
(12), das einen Überdruckanschluß (28) und einen mit dem
Behälter (22) verbundenen Systemdruckanschluß (30) hat,
wobei am Systemdruckanschluß (30) eine Dichtfläche (36)
vorgesehen ist, mit einem elastischen Element (62), das
ein Dichtungselement (50) gegen die Dichtfläche (36) des
Systemdruckanschlusses (30) derart vorspannt, daß bei ei
nem am Dichtungselement (50) wirkenden Druck, der kleiner
oder gleich einem Maximaldruck ist, der Systemdruckan
schluß (30) verschlossen ist, und daß bei einem Druck,
der größer als der Maximaldruck ist, die Verbindung zwi
schen Systemdruckanschluß (30) und Überdruckanschluß (28)
freigegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil
gehäuse (12) einen Unterdruckanschluß (26) hat, daß im
Ventilgehäuse (12) ein Ventileinsatz (38) angeordnet ist,
der zusammen mit dem Systemdruckanschluß (30) einen Ar
beitsraum (48) definiert, daß das Dichtungselement eine
im Ventileinsatz angeordnete Dichtungsmembran (50) ist,
die den Arbeitsraum (48) in eine Unterdruckkammer (52)
und eine Überdruckkammer (54) unterteilt, wobei der Un
terdruckanschluß (26) mit der Unterdruckkammer (52) ver
bunden ist und der Systemdruckanschluß (30) über die
Überdruckkammer (54) mit dem Überdruckanschluß (28) ver
bindbar ist, und daß das elastische Element (62) einen im
Ventileinsatz (38) axial in Richtung zu einer Längsachse
(32) des Systemdruckanschlusses (30) verschieblich aufge
nommenen, an der Dichtungsmembran (50) anliegenden Mem
branhalter (60) vorspannt, wobei die Dichtungsmembran
(50) zwischen der Dichtfläche (36) und dem Membranhalter
(60) angeordnet ist.
2. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der an der Dichtungsmembran (50) wirksame Druck
aus dem am Systemdruckanschluß (30) anliegenden Druck und
dem am Unterdruckanschluß (26) anliegenden Druck ergibt.
3. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmembran (50) die
Verbindung zwischen dem Systemdruckanschluß (30) und dem
Überdruckanschluß (28) bei einem an der Dichtungsmembran
(50) wirksamen Druck, der größer als ein Maximalwert p3,
vorzugsweise größer als 1,9 bar ist, freigibt.
4. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß am Unterdruckanschluß (26)
ein Unterdruck p1, vorzugsweise von bis zu 0,5 bar, an
liegt.
5. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmembran (50) ei
nen zwischen der Dichtfläche (36) und dem Membranhalter
(60) angeordneten Dichtungsabschnitt (68) hat, an den
sich annähernd rechtwinklig ein umlaufender, im Quer
schnitt U-förmiger Abschnitt (74) anschließt, dessen In
nenschenkel in den Dichtungsabschnitt (68) übergeht, wäh
rend am Ende seines Außenschenkels ein radial nach außen
abstehender, ringförmiger Wulst (76) vorgesehen ist.
6. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtungsmembran (50) einen zwi
schen der Dichtfläche (36) und dem Membranhalter (60) an
geordneten Dichtungsabschnitt (68) hat, an den sich ein
umlaufender Abschnitt anschließt, dessen Elastizität grö
ßer ist als die des Dichtungsabschnitts (68) und der ei
nen radial nach außen abstehenden, ringförmigen Wulst
(76) hat.
7. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ventileinsatz (38) ein
topfförmiges Oberteil (40) und ein damit verbundenes
ringförmiges Unterteil (42) hat, zwischen denen die Dich
tungsmembran (50) eingespannt ist.
8. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Systemdruckan
schluß (30) zugewandten Stirnfläche (78) des Oberteils
(40) eine umlaufende Nut (80) zur Aufnahme des Wulstes
(76) der Dichtungsmembran (50) vorgesehen ist.
9. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Oberteil (40) zu
gewandten Stirnfläche (82) des Unterteils (42) eine um
laufende Nut (84) zur Aufnahme des Wulstes (76) der Dich
tungsmembran (50) vorgesehen ist.
10. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, da
durch gekennzeichnet, daß am Unterteil (42) ein sich
axial in Richtung der Längsachse (32) des Systemdruckan
schlusses (30) erhebender Ringabschnitt (88) mit einer
radial nach innen abstehenden Rasterhebung vorgesehen
ist, wobei die Rasterhebung in eine von einem sich vom
Oberteil (40) axial in Richtung der Längsachse (32) erhe
benden Ringabschnitt (86) radial nach außen abstehende
Rasterhebung einrastbar ist.
11. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine
Druckfeder (62) ist.
12. Überdruckventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß am Ventileinsatz (38) ein in Richtung der Längsachse
(32) des Systemdruckanschlusses (30) in den Arbeitsraum
(48) ragender Absatz (64) vorgesehen ist, der die Druck
feder (62) führt.
13. Überdruckventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß auf der dem Systemdruckanschluß (30) abge
wandten Seite des Membranhalters (60) ein in Richtung der
Längsachse (32) des Systemdruckanschlusses (30) ragendes
Führungselement (66) vorgesehen ist, das die Druckfeder
(62) hält.
14. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Systemdruckan
schluß (30) abgewandten Seite der Dichtungsmembran (50)
ein abstehender Nippel (70) vorgesehen ist, der in eine
im Membranhalter (60) ausgebildete Öffnung (72) aufnehm
bar ist.
15. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß die dem Systemdruckanschluß
(30) abgewandte Seite der Dichtungsmembran (50), vorzugs
weise durch Kleben oder Aufvulkanisieren, mit dem Mem
branhalter (60) fest verbunden ist.
16. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (12) ein
stückig mit dem Behälter (22) ausgebildet ist.
17. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche 1
bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse
(12) über Anschlußelemente mit dem Behälter (22) verbind
bar ist.
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