DE3226508A1 - Kuehlkreislauf fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Kuehlkreislauf fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
Kühlkreislauf für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft einen Kühlkreis gemäß der Bauart des Patentanspruches 1. Bei Kühlkreisen dieser Bauart ist
es üblich im Füllverschlußdeckel ein überdruckventil und
ein Unter druckventil anzuordnen. Zur Nutzung einer Arbeitstemperatur des aus Wasser, Gefrierschutz und Korrosionsschutz
zusammengesetzten Kühlmittels, die über der Siedetemperatur bei Atmosphäre liegt, werden Überdruckventile
mit einem Öffnungswert von ca. 0,8 bis 1,5 bar über-
2^ druck verwendet. Die Füllverschlußdeckel und die Überdruckventile
sind entweder im Vorlauf oder im Rücklauf des Kühlkreises angeordnet, beispielsweise kurz nach dem
Austritt aus dem Kühlmantel der Maschine und nach dem dort angeordneten Kühlerventil eines Thermostats, in der Vorlaufleitung
selbst, im Vorlauf- oder Rücklaufwasserkasten von Vertikal- oder Querstrom-Kühlern oder auch in einem
die Wärmedehnung des Kühlmittels mit einem Luftpolster aufnehmenden bzw. zur Luftsammlung und -Ausscheidung
dienenden Ausgleichsbehälter mit einer Nebenstrom- und
Befüllverbindungsleitung zur Saugseite der Kühlmittelpumpe.
Bei der Anordnung des überdruckventiles im Vorlaufbereich
des Kahlkreises ergibt sich beim Betrieb der Maschine mit
höchster Förderleistung der Kühlmittelpumpe und damit höchster Druckdifferenz zwischen der Saugseite der Kühlmittelpumpe
und der Anschlußstelle des überdruckventiles
regelmäßig ein Absinken des Kühlmitteldruckes an der Saugseite der Kühlmittelpumpe auf den Siededruck des
Kühlmittels. Aus physikalischen Gesetzmäßigkeiten ist ein weitergehender Druckabfall nicht möglich, weil zumindest
der Anteil an Wasser im Kühlmittel bei Absinken auf den Siededruck zu einem solchen Teil in Dampf übergeht, der
dazu ausreicht, um einen Gleichgewichtszustand zwischen flüssigen und dampfförmigen Teilen bei Siededruck einzustellen.
Die dabei von der Kühlmittelpumpe angesaugten Dampfblasen kondensieren zwar aufgrund des Druckanstieges
in der Pumpe wiederum, jedoch wird die Förderleistung der Kühlmittelpumpe um das angesaugte Volumen des entstandenen
Dampfes verringert und in der Pumpe selbst tritt durch das schlagartige Zusammenfallen der Dampfblasen Kavitation mit
seinen bekannten Auswirkungen auf die Pumpenlebensdauer ein.
ehern ca. 1-bar-
Bei der Anordnung des Füllverschlußdeckels mit/überdruckventil
im Druckbereich der Saugseite der Kühlmittelpumpe ergibt sich zwar im Kühlkreis ein um die Druckdifferenz
zwischen den verschiedenen Anordnungen höher liegender Druck auch an der Saugseite der Kühlmittelpumpe. Dieser
Druck stimmt dabei äußerstens mit dem öffnungswert des überdruckventiles unmittelbar überein. Bei stetiger Erwärmung
des Kühlmittels und stetigem Ansteigen der Förderleistung der Kühlmittelpumpe durch stetiges Ansteigen der Motordrehzahl
liegt hierbei der Überdruck an der Saugseite der Kühlmittelpumpe auch stets mit ausreichender Sicherheit
über dem Siededruck des Kühlmittels, so daß Dampfblasenbildung an der Saugseite und weitestgehend auch
Kavitation innerhalb der Kühlmittelpumpe ausgeschlossen sind. Sobald jedoch nach dem Erreichen des Öffnungswertes
des überdruckventiles ein mindestens kurzzeitiger Abfall der Motordrehzahl, insbesondere bis zum Leerlauf, auftritt,
ergibt sich sowohl ein Abfall des Vorlaufdruckes als auch ein Anstieg des Überdruckes an der Pumpensaugseite.
Da an letzterer der öffnungswert des überdruckven-
tiles jedoch bereits erreicht war, wird dort ein solcher Volumenanteil des Kühlmittels oder des im Ausgleichsbehälter
befindlichen Luftpolsters durch das Überdruckventil ausgeworfen, daß sich im gesamten Kühlkreis nach dem
Gesetz der kommunizierenden Gefäße der Überdruck gemäß dem Öffnungswert des überdruckventiles einstellt. Zwischen der
Saugseite der Kühlmittelpumpe und ihrer Druckseite besteht nämlich bei Leerlaufdrehzahl regelmäßig nur eine geringe
Druckdifferenz, die bei dieser Betrachtung vernachlässigt werden kann. Wird nun anschließend die Motordrehzahl wiederum
auf den vorhergehenden Höchstwert gebracht, so steigt der Druck im Vorlaufbereich um einen derart verringerten
Anteil, der dem am Überdruckventil ausgetretenen Volumensteil entspricht. Der Druck an der Saugseite der
Kühlmittelpumpe fällt dabei zugleich um einen dementsprechenden Wert bis zum Siededruck des Kühlmittels bei der
gegebenen Kühlmitteltemperatur ab. Durch diesen Funktionsablauf ist nach einem einmaligen Abfall der Motordrehzahl
auch bei dieser Anordnung und Bemessung des Überdruckventiles keine Sicherheit gegen "ieden an der Saugseite der
Kühlmittelpumpe und Kavitation in der Kühlmittelpumpe gegeben. Darüber hinaus tritt durch den geringeren Druck
und die dadurch verringerte Förderleistung der Kühlmittelpumpe auch eine verstärkte Dampfblasenbildung an den
heißesten Stellen des Kühlmantels der Maschine auf, vor allem im Zylinderkopf. Dadurch wird der Wärmeübergang auf
das Kühlmittel durch eine isolierende Dampfgrenzschicht beeinträchtigt und der Wirkungsgrad der Kühlung als ganzes
verringert. Hierzu trägt schließlich auch noch der durch die geringere Strömungsgeschwindigkeit im Kühler auftretende
verringerte Wärmeübergang an die Umgebung bei.
Bei Kühlkreisen, bei denen ein Überdruckventil mit einem
Öffnungswert von etwa 1,5 bar Überdruck an der Saugseite der Kühlmittelpumpe zur Wirkung kommt, wie dies insbesondere
an Sport- und Rennmotoren zur Anwendung kommt, treten zwar auch bei dem vorbeschriebenen Funktionsablauf
-Λ-
keine Einbußen am Wirkungsgrad der Kühlung ein, jedoch baut sich bei diesem Öffnungsdruckwert des Überdruckventiles
beim ebenfalls vorbeschriebenen ersten Erwärmen des Kühlmittels und Ansteigen der Motordrehzahl im Vorlaufbereich
des Kühlkreises ein weit über die Dauerhaltbarkeitsgrenze üblicher Kühler liegender überdruck auf. Aus einem
Überdruck von etwa 1,5 bar an der Pumpensaugseite ergibt sich nämlich bei einer Druckdifferenz zum Vorlaufbereich
von etwa 1 bis 1,5 bar ein überdruck im Vorlaufbereich von etwa 2,5 bis 3 bar.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlkreis für Brennkraftmaschinen
so auszubilden, daß sowohl ein Abfallen des Druckes an der Saugseite der Kühlmittelpumpe auf den
Siededruck vermieden wird als auch ein übermäßig hoher Druckaufbau im Vorlaufbereich, insbesondere im Vorlauf-Wasserkasten
des Kühlers, ausgeschlossen wird. Vielmehr soll bei eindeutiger Begrenzung beider Druckwerte nach
unten und nach oben ein Kühlkreis geschaffen werden, der über den gesamten Arbeitsbereich einen weitgehend gleichbleibend
hohen Wirkungsgrad aufweist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Anordnung und Bemessung des Überdruckventiles gemäß dem Kennzeichen des
Patentanspruches 1. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß der Druck an der Saugseite der Kühlmittelpumpe nicht
auf den Siededruck des Kühlmittels bei der höchstzulässigen Kühlmitteltemperatur an dieser Stelle abfällt und daß
zugleich der Druck im Vorlaufbereich des Kühlkreises keine
höheren Werte erreicht als dies bisher schon üblicherweise bei bekannten Kühlkreisen der Fall ist.
Die Merkmale des Anspruches 2 sehen Werte des überdruckventiles
vor, die den bisher üblichen Bemessungen von Kühlkreisen angepaßt sind. Die Anordnung des überdruckventiles
nach Anspruch 3 ergibt im Zusammenhang mit dem Druckabfall am Austritt des Kühlmantels der Maschine den
Vorteil, daß während des Betriebes der Maschine der Druckverlauf des Kühlmittels in üblichen Grenzen liegt, daß
jedoch nach dem Abstellen der Maschine für den Nachheizvorgang durch den Temperaturausgleich zwischen den Bauteilen
und dem Kühlmittel ein um den genannten Druckabfall höher liegender Überdruck zum Vermeiden eines Nachkochens
zur Verfügung steht. Da dabei lediglich eine statische Druckbelastung des Kühlkreises auftritt, hält sich diese
in den üblichen Grenzen.
Das Merkmal des Anspruches 4 ermöglicht eine getrennte
Anordnung des Überdruckventiles von seiner Anschlußstelle, wodurch das Überdruckventil in seiner Anordnung von der
Stelle des abzusteuernden Druckes unabhängig ist und auch das Absteuern an einer Stelle mit vom Steuerdruck abweichendem
Kühlmitteldruck ermöglicht wird. Die Merkmale de^ Ansprüche 5 und 6 ergeben die Ausbildung der Steuerleitung
des überdruckventiles zugleich als Abströmleitung für das abzusteuernde Kühlmittel und als Entlüftungsleiturig für
den Kühlkreis.
Die Merkmale der Ansprüche 7 bis 9 zeigen vorteilhafte konstruktive Ausbildungen zum Zusammenfassen verschiedener
Bauteile des Kühlkreises an einem Füllstutzen auf, wodurch der Bauaufwand des Kühlkreises verringert wird. Dabei
ergeben die Merkmale des Anspruches 9 eine Zusammenfassung aller für die Drucksteuerung und die Niveauanzeige im
Kühlkreis vorgesehenen Steuerelemente.
Die Merkmale des Anspruches 10 beinhalten die Anordnung
und Bemessung eines weiteren überdruckventiles, das gewährleistet,
daß bei niedrigen Motordrehzahlen und dadurch Pumpenförderleistungen im gesamten Kühlkreis ein geringerer
Überdruck aufgebaut wird, als er durch das überdruckventil nach Anspruch 1 bestimmt wird. Dadurch wird einerseits
die Druckbelastung des Kühlkreises bei Teillastbetrieb der Maschine verringert und die Entlüftungswirkung
durch Öffnen des weiteren überdruckventiles mit Ausschieben
von evtl. dort angesammelter Luft bei geringerem Druck erreicht, ohne daß andererseits bei niedrigen Motordrehzahlen
oder bei plötzlichem Anstieg auf Höchstdrehzahl die vorteilhaften Eigenschaften des Kühlkreises beeinträchtigt
werden.
Die Merkmale der Ansprüche 11 und 12 beinhalten eine baulich vorteilhafte Zusammenfassung der beiden überdruckventil-Funktionen
in einem Doppelventil gemäß Anspruch 11 und in einem einzigen durch zwei verschiedene Überdruckbereiche
angesteuerten überdruckventil gemäß Anspruch 12.
Die Merkmale des Anspruches 13 ermöglichen ein Abstimmen des einzigen \fentiles in gleicher Weise wie dies bei den getrennten
Überdruckventilen nach den Ansprüchen 10 und 11 möglich ist, und zwar derart, daß wahlweise entweder im
Vorlauf und an der Pumpensaugseite der gleiche Überdruck als Höchstdruck festgelegt wird oder an der Pumpensaugseite
ein höherer überdruck bestimmt wird als im Vorlauf und umgekehrt. Die erste Abstimmung stellt gegen ein überkochen
beim Nachheizen des Kühlmittels den gleichen statischen Überdruck im gesamten Kühlkreis zur Verfügung, wie
er während des Betriebes der Maschine im Vorlauf als dynamischer Höchstdruck begrenzt ist. Die zweite Abstimmung
bewirkt beim Nachheizen einen höheren statischen Druck als den im Vorlauf begrenzten Betriebs-Höchstdruck , und die
dritte Abstimmung ermöglicht ein umgekehrtes Überdruckverhältnis, bei dem der überdruck an der Saugseite der Kühlmittelpumpe
auf denjenigen etwa mittleren Wert eingestellt wird, der sich beim Abfallen von Höchstdrehzahl auf Leerlauf
oder Stillstand der Maschine durch den Entfall der Druckdifferenz aus der Pumpenförderleistung ergibt. Dadurch
entfällt bei Drehzahlwechsel ein jeweiliges Ansprechen eines oder beider Überdruckventile mit Auswurf von
Kühlmittel und/oder Luft und eines Unterdruckventiles zum Rücksaugen sowie darüber hinaus ein aufgrund der Drossel-
Wirkung derartiger Ventile auftretendes überschwingen des
Überdruckes im Vorlauf mit Drucküberlastung des Kühlers. Vor allem wird auch bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen
der Maschine ein unnötig hoher Druckaufbau vermieden, zumal der dabei sich einstellende niedrigste Überdruck an
der Pumpensaugseite noch stets erheblich über dem Siededruck des Kühlmittels liegt. Schließlich wird auch noch
gewährleistet, daß bei relativ geringem Überdruck ein Entlüften des Kühlmittels im Druckbereich der Saugseite der
Kühlmittelpumpe, also auch bei Kurzstreckenbetrieb von Fahrzeugen mit geringer Last, gewährleistet ist.
Die Merkmale des Anspruches 14 beinhalten eine besonders
vorteilhafte konstruktive Ausbildung des zweifach angesteuerten überdruckventiles in Verbindung mit einem Neben-3trom-Ausgleichsbehälter
mit Ausdehnungs-Luftraum, derart, daß durch das überdruckventil und das Unterdruckventil
jeweils nur Anteile des Luftraum-Inhaltes zu- und abgeleitet werden und daß der Entlüftungs-Nebenstrom als
Entlüftungswirbel in den Ausgleichsbehälter eingeleitet wird, um im Kühlkreis verteilte Luftreste wirksam aus dem
Kühlmittel auszuscheiden.
Die Merkmale des Anspruches 15 geben eine Lehre zur Ab-Stimmung von Elastizität des Kühlkreises und Druckverlauf
des Kühlmittels über der Temperaturänderung, wodurch bei geeigneter Wahl elastischer Leitungsteile, wie Schlauchleitungen,
und/oder elastisch nachgiebiger Hohlraumwandungen, wie feder- oder gaspolster-belasteter Kolben oder
Membrane, beim Absinken der Kühlmitteltemperatur ein Unterschreiten des Siededruckes aufgrund des relativ
schnelleren Druckabfalles bei relativ starren Wandungen ausgeschlossen werden kann.
Die Merkmale des Anspruches 16 erschweren bzw. verhindern
das offnen des Füllverschlusses bei Überdruck im Kühlkreis, wodurch sowohl ein funktionell für den unmittelbar
-M-
nachfolgenden Betrieb nachteiliger Abbau des Überdruckes als auch ein Verbrühen der hantierenden Person durch ausströmendes
Kühlmittel weitestgehend ausgeschlossen wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Kühlkreis für Brennkraftmaschinen in schematischer Darstellung mit einem erfin-
IQ dungsgemäßen Überdruckventil im Vorlaufwasser
kasten eines Kühlers,
Fig. 2 einen Kühlkreis gemäß Fig. 1 mit einem erfindungsgemäßen Überdruckventil in einem an der
Saugseite der Kühlmittelpumpe angeschlossenen
Füllverschluß,
Fig. 3 einen Kühlkreis entsprechend Fig. 1 und 2 mit einem erfindungsgemäßen Überdruckventil, das
an der Saugseite der Kühlmittelpumpe ange
schlossen, jedoch zusätzlich über einen Stellmotor vom Druck im Vorlauf-Wasserkasten des
Kühlers angesteuert wird,
Fig. 4 einen Füllstutzen mit im Deckel eingebauten
erfindungsgemäßen Ventilen für einen Nebenstrom-Ausgleichsbehälter
mit Ausdehnungs-Luftraum gemäß Fig. 3 und
Fig. 5 den Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 4.
Eine Brennkraftmaschine 1 enthält einen durch einen Pfeil 2 angedeuteten Kühlmantel, in den das Kühlmittel mittels
einer Kühlmittelpumpe 3 unter Druck gefördert wird. Am Austritt 4 des Kühlmantels 2 ist ein Vorlauf 5 als Leitungsverbindung
mit freiem Durchgang zu einem Kühler 6 angeschlossen. Der Vorlauf 5 mündet in einen Kühler-Vor-
lauf-Wasserkasten 7. Vom Vorlauf 5 zweigt ein Kurzschluß
ab und mündet in einen Mischthermostat 9, wobei diese Mündung durch ein Kurzschlußventil 10 des Mischthermostats 9
gesteuert wird. Von einem Kühler-Rücklauf-Wasserkasten 11 führt eine den Rücklauf 12 aus dem Kühler 6 bildende Leitung
gleichfalls in den Mischthermostat 9, der ein Kühlerventil 13 für die Steuerung der Einmündung des Rücklaufes
12 enthält. Von einer Mischkammer 14 des Mischthermostats
9 mündet eine Saugleitung 15 aus und mündet in die Saug-"LQ
seite 16 der Kühlmittelpumpe 3.
Am Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 ist ein überdruckventil
17 angeordnet, das mittels einer Abströmleitung 18 mit einem zur Atmosphäre offenen Ausgleichsbehälter 19 verbunden
ist, der gegen Verdunsten des Kühlmittels in seiner Befüll-Öffnung mit einer geschlitzten Dichtscheibe 19'
ausgestattet ist. Das überdruckventil 17 kann alternativ (17' bzw. 17") am Vorlauf 5 oder am Kühlmantel 2 der
Maschine 1 angeschlossen sein. Über eine Nachsaugleitung 20 und ein bevorzugt als Rückschlagventil drucklos ansprechendes
Unterdruckventil 21 ist der Ausgleichsbehälter 19 mit der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 verbunden.
Während die Abströmleitung 18 alternativ (18') auch mit dem oberen Bereich des Innenraums des Ausgleichsbehälters
19 verbunden sein kann, mündet die Naehsaugleitung 20 in Bodennähe aus dem Innenraum des Ausgleichsbehälters 19
aus. Die Abströmleitung 18 kann schließlich auch gesondert (18") in Bodennähe des Ausgleichsbehälters 19 in diesen
einmünden. Das Unterdruckventil 21 ist mit einem Füllstutzen 21' zu einer Baueinheit vereinigt.
Parallel zum überdruckventil 17, 17' bzw. 17" ist der Abströmleitung
18 ein Entlüftungsventil 22 zugeschaltet, das durch seine Ausbildung als Schnüffel-, Rückschlag- oder
Schwimmer-Ventil oder dgl. bei Anlage von Luft und drucklosem Kühlkreis durch Schwerkrafteinwirkung geöffnet ist.
Nach Fig. 1 ist dieses Entlüftungsventil 22 am Hochpunkt
des Kühler-Vorlauf-Wasserkastens 7 eines Vertikalstromkühlers
6 angeordnet, von dem die Abströmleitung 18 ausgeht. Ein Querstromkühler ist für diese Anordnung zur besonders
wirksamen Entlüftung des Kühlkreises aus dem Grunde noch besser geeignet, weil von seinem Kühler-Vorlauf-Wasserkasten
ausgehend durch die obersten Kühlerrohre nur eine sehr geringe Kühlmittelströmung im Kühler-Rücklauf-Wasserkasten
erzeugt wird, die ein Abscheiden von Luft im Bereich des üntlüftungsventiles begünstigt. Das Entlüftungsventil
22 kann unabhängig von seiner Anordnung entsprechend dem überdruckventil 17, 17' bzw. 17" auch als
Schwimmerventil ausgebildet sein, dessen Dichtsitz-Fläche mit dem Eigengewicht des Schwimmers so abgestimmt ist, daß
das Schwimmerventil bei Ansammlung von Luft auch dann öffnet, wenn im Kühlkreis relativ niedrige Überdruckwerte
herrschen. Dadurch ist eine Entlüftung des Kühlkreises auch noch während des Betriebes der Maschine mit relativ
niedriger Last gewährleistet. Ein dichtes Abschließen des Kühlkreises bei erreichter Entlüftung ist auch hierbei
gewährleistet, so daß außer nach einem Neubefüllen des Kühlkreises oder nach einem sonstigen selbsttätigen Entlüften
das Entlüftungsventil 22 ständig dicht verschlossen ist. Ein oder mehrere relativ großflächige Feinsiebe 23
vermeiden zusätzlich ein durch vom Kühlmittel mitgerissene Schmutzteilchen verursachtes Undichtwerden der Ventile.
Im Füllstutzen 21' ist neben dem Unterdruckventil 21 ein
weiteres überdruckventil 24 angeordnet. Dieses weitere Überdruckventil 24 ist über die Nachsaugleitung 20 unmit-
^O telbar an der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 und damit
an deren Saugdruck wirksam. In den Innenraum des Füllstutzens 21' mündet eine Entlüftungsleitung 25, die mit einer
Drossel 26 zum Abbau der Druckdifferenz zwischen ihren Anschlüssen einerseits am Vorlauf-Wasserkasten 7 und
andererseits über die Nachsaugleitung 20 an der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 liegt, in den Füllstutzen 21'
27
bzw. in den Füllstutzen-Deckel ist ein Niveau-Schwimmer-
bzw. in den Füllstutzen-Deckel ist ein Niveau-Schwimmer-
/* dort angeordneten
schalter 21" eingebaut, der bei Luftansammlung im Füllstutzen 21 f einen Anzeigestromkreis ansteuert, und zwar
unabhängig davon, ob im Ausgleichsbehälter 19 noch eine optisch erkennbare Reservemenge enthalten ist oder nicht.
Das Befüllen des Kühlkreises mit Kühlmittel erfolgt in den Füllstutzen 21'. Durch die Nachsaugleitung 20 und die
Kühlmittelpumpe 3 füllt sich die Maschine 1, während gleichzeitig die darin enthaltene Luft durch den Vorlauf
5, den Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 und die Entlüftungsleitung 25 in den Füllstutzen 21 ' sowie durch das offene
Entlüftungsventil 22 und die Abströmleitung 18 in den Ausgleichsbehälter 19 zur Atmosphäre entweicht. Sobald in der
Maschine 1 und gleichzeitig durch die Saugleitung 15, die Mischkammer 14 und das offene Kurzschlußventil 10 des
Mischthermostats 9 im Kurzschluß 8 das Niveau des Vorlaufs
5 vom Kühlmittel erreicht ist, füllt sich auch der Kühler
6 sowie der Rücklauf 12 bis zum Kühlerventil 13, das zusätzlich mit einer üblichen Entlüftungsvorrichtung ausgerüstet
sein kann. Das Entlüftungsventil 22 im Kühler 6 schließt den gefüllten Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 zur
Abströmleitung 18 hin ab, während sich die Entlüftungsleitung 25 und der Füllstützen 21 vollständig füllen. Der Niveau-Schwimraerschalter
21" steuert nach Verschließen des Füllstutzens eine elektrische Anzeige-Lampe an den Armaturen
der Maschine bzw. des Fahrzeuges an. Mit einer zusätzlichen Reservemenge kann der Ausgleichsbehälter 19
teilweise befüllt werden. In diesen fließt bei Wärmedehnung durch Umgebungs- und Kühlkreis-Temperaturschwankungen
^O sowie vor allem durch die Betriebs-Erwärmung der durch die
Überdruckventile 17, 17' bzw. 17" und 24 aus dem Kühlkreis verdrängte Teil des Kühlmittels.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1, der üblicherweise
nach längerem Abkühlen mit einem Kaltstart beginnt, bei dem der ebenfalls abgekühlte Kühlmittelinhalt des gesamten
Kühlkreises ein bestimmtes i'inimal-Volumen aufweist, ent-
hält der Ausgleichsbehälter 19 einen entsprechenden Minimalinhalt.
Beim vorhergehenden Abkühlen fließt nämlich aus dem -Ausgleichsbehälter 19 durch die Nachsaugleitung 20 und
durch das Unterdruckventil 21 sowie durch die Kühlmittelpumpe 3 ein dem Volumenschwund entsprechendes Kühlmittelvolumen
in den ansonsten durch das überdruckventil 17 allseits verschlossenen Kühlkreis, der sich aus dem Kühlmantel
2, dem Vorlauf 5, dem Kühler 6, dem Rücklauf 12, der Saugleitung 15 und dem Kurzschluß 8 zusammensetzt. Der
XO Inhalt des Ausgleichsbehälters 19 ist aus diesem Grunde so
bemessen, daß bei den ortsüblichen tiefsten Umgebungstemperaturen ein völliges Entleeren des Ausgleichsbehälters
19 weitgehend ausgeschlossen ist. Jedoch ist der Kühlkreis auch dann noch unverändert funktionsfähig, wenn bei außergewöhnlich
niedrigen Umgebungstemperaturen eine bestimmte Luftmenge in den Kühlkreis gesaugt wird, weil durch die
während des Anwärmlaufes der Maschine auftretende Volumendehnung des Kühlmittels dieser Luftanteil vor dem Erreichen
der Betriebstemperatur durch das überdruckventil 17 wieder in den Ausgleichsbehälter 19 verdrängt wird. Der
Schaltweg des Niveau-Schwimmerschalters 21" kann auf diese Volumenänderung aber auch auf ein geringstes Luftvolumen
im Füllstutzen 21' abgestimmt werden.
Das Gesamtvolumen des Ausgleichsbehälters 19 bestimmt sich schließlich zusätzlich aus dem Gesamtinhalt des Kühlkreises,
der höchstmöglichen Wärmedehnung des Kühlmittels im Kühlkreis und einem zusätzlichen Aufnahme-Volumen für eine
evtl. überhitzungsbedingte Auswurfmenge durch das Überdruckventil 17-
Beim Starten der abgekühlten Maschine führt der erste Drehzahlanstieg sofort zum Aufbau einer Förderhöhe der
Kühlmittelpumpe 3, die einerseits ein Absinken des Pumpensaugdruckes
unter den vor dem Start im gesamten Kühlkreis gegebenen Umgebungsdruck und andererseits einen Aufbau
eines Überdruckes in den der Kühlmittelpumpe 3 nachge-
schalteten Kühlkreisabschnitten, Kühlmantel 2, Vorlauf 5, Kurzschluß 8, Kühler 6 und Rücklauf 12 bewirkt- Während
dieser überdruck den Öffnungsdruckwert des Überdruckventiles
17 nicht erreicht, wird durch das auf geringste Druckdifferenz ansprechende Unterdruckventil 21 und durch die
Nachsaugleitung 20 aus dem Ausgleichsbehälter 19 so lange Kühlmittel in den Kühlkreis gesaugt, bis an der Saugseite
16 der Kühlmittelpumpe 3 der Umgebungsdruck erreicht ist. Bei diesem Vorgang steigt gleichzeitig der überdruck in
den der Kühlmittelpumpe 3 nachgeschalteten Teilen des
Kühlkreises weiter an. Die elastischen Schlauchleitungen und evtl. Restlufteinschlüsse in diesem Bereich ermöglichen
dabei eine Zunahme des darin enthaltenen Volumens an Kühlmittel, das bei diesem Vorgang aus dem Ausgleichsbehalter
19 nachgesaugt wird.
Während des weiteren Betriebes der Brennkraftmaschine 1 steigt aufgrund des Wärmeüberganges im Kühlmantel 2 auf
das Kühlmittel dessen Temperatur stetig an bis der Öffnungstemperaturwert des Mischthermostats 9 von etwa 80° C
erreicht wird. Daran schließt sich der Regelbereich des Mischthermostats 9 mit zunehmendem öffnen des Kühlerventils
13 und Schließen des Kurzschlußventils 10 sowie ebenfalls zunehmendem Durchströmen des Kühlers 6 an. Ein weiterer
Temperaturanstieg bis über ca. 95° C1führt über den
Regelbereich des Mischthermostats 9 hinaus bei geschlossenem Kurzschlußventil 10 zum alleinigen Durchströmen des
Kühlers 6 mit dadurch erhöhter Durchflußmenge, Durchflußgeschwindigkeit, Wärmeabfuhr und auch erhöhtem Strömungsart
° widerstand und Druckaufbau im Vorlauf 5 und Kühler-Vorlauf-Wasserkasten
7· Je nach Volumeninhalt und Elastizität
des Kühlkreises, insbesondere der Schlauchleitungen des Vorlaufes 5, des Kurzschlusses 8, des Rücklaufes 12 und
der Saugleitung 15 sowie ferner je nach der Ausgangstemperatur des Kühlmittelinhalts beim Startvorgang und je nach
augenblicklicher Motordrehzahl wird der Öffnungsdruckwert des überdruckventiles 17 oder des überdruckventiles 24
- ΙΑ -
mehr oder weniger frühzeitig vor oder nach dem Öffnen des
Kühlerventiles 13 des Mischthermostats 9 erreicht. Die Motordrehzahl ist deshalb ausschlaggebend, weil die auftretende
Förderhöhe der Kühlmittelpumpe 3 bei niedrigen § bis mittleren Drehzahlen zuerst ein Ansprechen des überdruckventiles
24 ermöglicht, das mit einem Überdruck-öffnungswert anspricht, der gerade um diejenige Druckdifferenz
niedriger liegt als der Überdruck-Öffnungswert des überdruckventiles 17, die sich zwischen Stillstand der
IQ Maschine oder Leerlaufdrehzahl und Höchstdrehzahl an der
Stelle des überdruckventiles 17, 17' bzw. 17" aufbaut. Bei
geringen Motordrehzahlen spricht somit jeweils das Überdruckventil
24 an, das auf der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 über die Nachsaugleitung 20 angeschlossen ist.
Nur im Bereich der Höchstdrehzahl der Maschine ist der Überdruck-Öffnungswert des Überdruckventils 17, 17' bzw.
17" maßgebend. Dabei treten jedoch andererseits aufgrund der Strömungswiderstände des Kühlkreises in Strömungsrichtung
nach dem überdruckventil 17, 17' bzw. 17" jeweils niedrigere Drücke auf. Der Druck an der Saugseite 16 der
Kühlmittelpumpe 3 liegt dabei sogar wesentlich unter dem Überdruck-öffnungswert des dort wirksamen überdruckventiles
24. Dies ist in der Saugwirkung der Kühlmittelpumpe 3 und in den über den gesamten Kühlkreis verteilten Elastizitäten
vor allem der Schlauchleitungen begründet. Bei niedrigster Leerlaufdrehzahl der Maschine sind die Druckdifferenzen
sehr gering und damit nimmt, wie auch beim Stillstand der Maschine 1, der gesamte Kühlkreis einen
Überdruck entsprechend dem Öffnungswert des Überdruckventils
24 an.
Insgesamt kann somit im Kühlkreis regelmäßig ein Innendruck vom Umgebungsdruck bis zum Öffnungsdruckwert des
Überdruckventils 17 sowie darüber hinaus während des Betriebes der Maschine 1 im Kühlmantel 2 und im Vorlauf 5
sowie im Kurzschluß 8 ein darüber hinausgehender, vom Strömungswiderstand des Kühlkreises abhängiger überdruck
auftreten. Die eindeutige Begrenzung der Höchst- und Niedrigst-Druckwerte im Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 bzw.
an der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 vermeiden einerseits eine Drucküberlastung des Kühlers 6 mit entsprechender
überdimensionierung in seiner Festigkeit und andererseits einen Druckabfall mit erhöhter Kavitationsgefahr in
der Kühlmittelpumpe.
Der durch das Überdruckventil 24 nach dem Abstellen der Maschine im gesamten Kühlkreis einheitlich zur Verfügung
stehende Überdruck wirkt einer Dampfbildung beim Nachheizen bzw. Temperaturausgleich zwischen der Maschine und dem
Kühlmittel entgegen. Eine Drucküberlastung der Kühlkreis-Bauteile ist durch diesen relativ geringen ausschließlich
statisch wirksamen Überdruck nicht gegeben. Der vom Überdruckventil 17, 17' bzw. 17" bestimmte höhere dynamisch
wirksame Überdruck ist auf den Betrieb der Maschine 1 mit
relativ hohen Motordrehzahlen begrenzt, bei denen die Druckdifferenz zwischen Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3
und Anschlußstelle des Überdruckventiles 17, 17» bzw. 17"
größer ist als die Differenz der Überdruck-Öffnungswerte
zwischen den an diesen Stellen angeordneten Überdruckventilen 17, 17' bzw. 17" einerseits und 24 andererseits.
Dieser höhere Überdruck ist somit auf einen relativ geringen Anteil der Betriebszeit der Maschine, insbesondere
beim Antrieb von Fahrzeugen, begrenzt. Die Dauerhaltbarkeit der Kühlkreis-Bauteile, insbesondere des Kühlers und
der Schlauchleitungen, wird dadurch begünstigt.
Bei einem Abkühlen der Maschine 1 und des Kühlmittels aufgrund einer Rücknahme der Motorlast fällt aufgrund der
dann negativen Wärmedehnung des Kühlmittels auch der Überdruck im Kühlkreis ab. Damit dabei der Überdruck vor allem
an der Saugseite der Kühlmittelpumpe 3 nicht unter den Siededruck zur jeweiligen Temperatur des Kühlmittels
sinkt, sind die elastischen Wandungen des Kühlkreises, vor allem die Schlauchleitungen und ein ggf. vorgesehenes ela-
ZZ -
322650B
stisches Gas- oder Luftpolster oder eine elastische Kolben-
oder Membran-Federvorrichtung, in ihrer Gesamt-Elastizität entsprechend abgestimmt.
Mit Beginn des Betriebes der Maschine 1 nach dem Befüllen
des Kühlkreises mit Kühlmittel beginnt auch ein selbsttätiges Entlüften des Kühlkreises von Restluftanteilen, die
während des Befüllens an verschiedenen Stellen zurückgeblieben sind oder während des Betriebes, beispielsweise
durch die jeweils kurzzeitig beim Kaltstart mit Unterdruck belasteten Dichtungen der Kühlmittelpumpe 3, in den Kühlkreislauf
gelangen. Diese Restluftanteile werden mit der Strömung des Kühlmittels von der Maschine 1 durch den frei
durchgehenden Vorlauf 5 in den Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 gespült, in den während des Anwärmens der Maschine bei
geschlossenem Kühlerventil 13 des Thermostats 9 lediglich die von der Drossel 26 bestimmte relativ geringe Entlüftungsströmung
gelangt. Dadurch kann sich nach der Abzweigung des Kurzschlusses 8 im restlichen Teil des Vorlaufes
5 und im Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 bei beruhigter Strömung ein großer Teil der Restluft vom Kühlmittel abscheiden
und bei größerer Ansammlung durch das dann öffnende Entlüftungsventil 22 über die Abströmleitung 18 und
ggf. 18" zum Ausgleichsbehälter 19 abströmen. Ein entsprechendes Volumen an Kühlmittel kann gleichzeitig durch die
Nachsaugleitung 20 und das Unterdruckventil 21 in den Füllstutzen 21' gesaugt werden, was aufgrund der Auswirkung
des Pumpensaugdruckes über die zur Saugseite 16 führende Nachsaugleitung 20 zustandekommt. Durch die Entlüf-
tungsleitung 25 und die Drossel 26 fließt der Entlüftungsstrom zum Füllstutzen 21', der die verbleibenden kleineren
R'jstluftanteile in den Füllstutzen leitet und dort dem weiteren Überdruckventil 24 vorlagert. Sobald durch das
Anwärmen der Maschine 1 und des Kühlmittels sowie durch die dabei gegebene Wärmedehnung und Druckerhöhung des
Kühlmittels der überdruckwert von etwa 1,5 bar dieses überdruckventiles 24 erreicht wird, öffnet dieses und läßt
--TT-
die gesammelte Restluft durch die Nachsaugleitung 20 in den Ausgleichsbehälter 19 strömen. Dieser Vorgang setzt
sich fort bzw. wiederholt sich, bis der Wärme-Beharrungszustand des Kühlkreises erreicht ist. Ein Entlüften tritt
auch dann ein, wenn der Überdruck-Öffnungswert des Überdruckventiles
17 im Kühler-Vorlauf-Wasserkasten erreicht wird. Jedoch werden dabei keine vorgelagerten Restluftanteile,
sondern lediglich unmittelbar im austretenden Kühlmittel enthaltene oder gelöste Restluftanteile in den Ausgleichsbehälter
19 und damit an die Atmosphäre ausgeschieden. Ein weiteres Entlüften und Ausschieben von Kühlmittel
mit Restluft aus dem Füllstutzen 21' in den Ausgleichsbehälter 19 durch das Überdruckventil 24 tritt auch immer
dann ein, wenn nach einer Anwärm-Betriebszeit mit hoher Motordrehzahl von etwa 5000 bis 6000/min und hoher Druckdifferenz
von etwa 1 bar zwischen Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 und Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 die Motordrehzahl
erheblich, insbesondere bis auf Leerlaufdrehzahl, abfällt. Der Überdruck-Öffnungswert von etwa 2 bar des
überdruckventiles 17 ist dabei nämlich zuerst wenigstens annähernd erreicht und dagegen der Überdruck-öffnungswert
von etwa 1,5 bar des weiteren Überdruckventiles 24 wesentlich unterschritten. Beim Abfallen der Motordrehzahl gleichen
sich die überdruckwerte dann weitestgehend einander an, so daß der Überdruck im Füllstutzen 21' etwa auf den
Überdruck-öffnungswert des dortigen überdruckventiles 24
steigt. Bei der regelmäßig dann anschließenden weiteren Erwärmung des Kühlmittels durch den Temperaturausgleich
zwischen der hoch aufgeheizten Maschine 1 und dem Kühlmit-
QU tel wird durch die entsprechende Wärmedehnung des Kühlmittels
der Überdruck-Öffnungswert des überdruckventiles 24 überschritten. Die im Füllstutzen 21' bis dahin evtl. vorgelagerte
Restluft wird dabei zusammen mit einem Anteil an Kühlmittel in den Ausgleichsbehälter 19 ausgeschieden.
Im Ausgleichsbehälter 19 scheidet sich bei atmosphärischem Druck und Umgebungstemperatur, z. B. Motorraumtemperatur
von Fahrzeugen, die im Kühlmittel als Blasen oder in Lösung enthaltene Luft in die Atmosphäre ab. Eine verschnittfrei
geschlitzte Dichtscheibe 19' läßt zwar zum Volumenausgleich einen Luftaus- und -eintritt aus bzw. in
den Ausgleichsbehälter 19 zu, verhindert jedoch eine ständige Luftbewegung durch Konvektionsströmung. Dadurch werden
Verdunstungsverluste an Kühlmittel weitestgehend vermieden.
Die Ausbildungen des Kühlkreises nach den Fig. 2 und 3 stimmen sowohl im Aufbau als in der Funktion weitestgehend
mit derjenigen nach Fig. 1 überein. Lediglich die beiden Überdruckventile 17 und 24 sind hierbei im Füllstutzen 21'
bzw. im Deckel 27 des Füllstutzens 21 ' eines Nebenstrom-Ausgleichsbehälters
28 mit Luftraum 29 zusammengefaßt. Ferner ist das Entlüftungsventil 22 weggelassen, die Abströmleitung
18 mit dem Füllstutzen 21' bzw. dessen Deckel 27 über das überdruckventil 17 verbunden und die Drossel
26' im Deckel 27 parallel zum überdruckventil 17 angeordnet.
In Fig. 2 sind alternative Anschlüsse 18' der Abströmleitung
18 am Vorlauf 5 und am Kühlmantel 2 entsprechend den alternativen Anordnungen des überdruckventiles 17' und 17"
gezeigt. Die Überdruckventile 17 und 24 in Fig. 2 sind in entgegengesetzten Schließrichtungen von einer einzigen
Ventilfeder 24' betätigt. Die unterschiedlichen Überdruck-Öffnungswerte
von etwa 1,5 bzw. 2 bar werden durch eine umgekehrt proportionale Bemessung der Öffnungsquerschnitte
der beiden Ventile erreicht. Der jeweilige Anschluß der Abströmleitung 18 und der Nachsaugleitung 20 bzw. der in
Fig. 3 alternativ vorgesehenen Abdampfleitung 20' am Deckel 27 erfolgt über abgedichtete Ringnuten 30 und 31,
die zwischen Füllstutzen 21' und Deckel 27 angeordnet sind.
In Fig. 3 ist darüber hinaus der Nebenstrom-Ausgleichsbehälter 28 alternativ auch als Füllstutzen 2i'ohne Luftraum
29 gestrichelt eingezeichnet. Die an die Atmosphäre mündende Abdampfleitung 20' soll daher ausschließlich in Korabination
mit einem Luftraum 29 vorgesehen sein, während der Ausgleichsbehälter 19 und die Nachsaugleitung 20 sowohl
mit einem Nebenstrom-Ausgleichsbehälter 28 ohne Luftraum 29 als auch mit einem Füllstutzen 21' ohne Luftraum
zusammenwirken können.
Das Überdruckventil 17 in Fig. 2 weist die gleiche Funktion
wie in Fig. 1 auf. Es wird jedoch in Fig. 2 nicht unmittelbar, sondern über die Abströmleitung 18 vom überdruck
im Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 angesteuert. Die
!5 Drossel 26' ist derart parallel zum Überdruckventil 17 im
Deckel 27 angeordnet, daß der Druckabfall in der Drossel 26' sich nicht auf die Funktion des überdruckventiles 17
auswirken kann. Die Abströmleitung 18 wirkt somit auch als Steuerleitung für das überdruckventil 17 und als Entlüftungsleitung
für die Befüll- und Betriebs-Entlüftung in den Füllstutzen 21'.
Bei der Ausbildung gemäß den Fig. 3 bis 5 ist abweichend von Fig. 2 anstelle eines weiteren Überdruckventils 24 ein
als Stellmotor wirksamer Kolben 32 im Deckel 27 des Füllstutzens 21' angeordnet. Der Kolben 32 wird durch die nur
als Steuer- und Entlüftungsleitung wirksame Abströmleitung 18 vom überdruck im Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 beaufschlagt.
Eine Druckstange 32' überträgt die Steuerbewegung
des Kolbens 32 auf das Überdruckventil 17. Die wirksamen
Querschnitte des Kolbens 32 und des Überdruckventiles 17
sind mit der Ventilfeder 24' des Überdruckventils 17 derart abgestimmt, daß das überdruckventil beispielsweise bei
etwa 2 bar überdruck an der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe 3 unmittelbar von diesem Überdruck geöffnet wird,
während es bei etwa 1 bar überdruck an der Saugseite 16 und gleichzeitig etwa 2 bar überdruck im Kühler-Vorlauf-
Wasserkasten 7 von der überwiegenden Druckkraft des Kolbens
32 über die Druckstange 32' betätigt wird. Auf diese Weise wird bei Stillstand oder Leerlauf der Maschine
1 und somit fehlender bzw. nur geringer Förderhöhe der Kühlmittelpumpe 3 für den Nachheizvorgang mit Temperatur-
und Druckanstieg gegen ein Nachkochen in der Maschine im gesamten Kühlkreis ein statischer Druck von etwa 2 bar zur
Verfügung gestellt. Während des Betriebes der Maschine 1 wird dagegen der Druckverlauf im mit relativ hohem örtlichen
überdruck beaufschlagten Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 ebenfalls auf den dynamisch wirksamen Höchstwert von
etwa 2 bar begrenzt. An der Saugseite 16 der Kühlmittelpumpe und an allen Kühlkreisstellen, die in Strömungsrichtung
hinter dem Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 liegen, treten dabei geringere überdruckwerte auf. Bei einer maximalen
Druckdifferenz von etwa 1 bar zwischen Saugseite 16 und Kühler-Vorlauf-Wasserkasten 7 fällt somit der überdruck
an der Saugseite 16 nicht unter etwa 1 bar, so daß ein Unterschreiten des Siededruckes bei üblichen Höchsttemperaturen
an dieser Stelle von ca. 12O0C nicht eintreten
kann.
In den Fig. U und 5 ist die konstruktive Ausbildung und
Anordnung des Füllstutzens 21' und des zugehörigen schraubbaren Deckels 27 am Nebenstrom-Ausgleichsbehälter 28 mit
Luftraum 29 bzw. alternativ an einem Füllstutzen 21* ohne
Luftraum 29 dargestellt. Der Füllstutzen 21' ist als einteiliges Kunststoff-Formteil ausgeführt, dem je ein
Schlauchanschlußstutzen 34 und 35 für die Abströmleitung
18 und für die Überlaufleitung 20' bzw. Nachsaugleitung angeformt sind. Die Abströmleitung 1.8 mündet in einen engeren
unteren zylindrischen Teil 36 der Füllstutzen-Innenwand
37, dem eine beiderseits abgedichtete Ringnut 38 des Deckels 27 zugeordnet ist. Die überlauf- bzw. Nachs.au.gleitung
20' bzw. 20 mündet in einen weiteren oberen zylindrischen
Teil 39, der mit einem oberen Raum des Deckels 27 außerhalb der überdruck- und Unterdruckventile 17 und 22
verbunden ist. Der Deckel 27 ist als zweiteiliges verklebtes oder verschweißtes Kunststoff-Formteil ausgebildet. Er
weist neben den Bohrungen und Verbindungsöffnungen für das überdruckventil 17 mit Ventilfeder 24" und Federhülse 40,
für den Kolben 32 und dem zugehörigen letzten Abschnitt der als Steuerleitung wirksamen Abströmleitung 18 und für
das Unterdruckventil 22 einen zylindrischen Luftabscheideraum 41 auf, in den eine enge Entlüftungsbohrung 26" als
der in Fig. 3 entsprechende Drossel 26· tangential einmündet. Die dadurch im Betrieb entstehende Kreiselströmung
begünstigt das Abscheiden der im Entlüftungsstrom mitgeführten Restluft.
In Fig. 2 ist eine Sperrvorrichtung 42 schematisch dargestellt, die den Deckel 27 gegen gefährliches öffnen
sperrt, wenn im Kühlkreis ein überdruck besteht. Sie besteht aus einem Sperrkolben oder dgl., der einen Sperrstift
mit einem gerippten, verzahnten oder ähnlich ausgebildeten Bereich der Innenwand des Füllstutzens 21' in
Eingriff hält. Die Sperrwirkung verstärkt sich mit steigendem überdruck und erschwert bzw. verhindert ein unach'tsames
öffnen des Deckels 27 mit einem dabei zu erwartenden
Heißwasser- oder Dampf-Austritt und mit der Gefahr von Brand- oder Verbrühverletzungen der hantierenden Person.
25
Positionsliste
1 | Maschine |
2 | Kühlmantel |
3 | Kühlmittelpumpe |
4 | Austritt des Kühlmantels |
5 | Vorlauf |
6 | Kühler |
7 | Kühler-Vorlauf-Wasserkästen |
8 | Kurzschluß |
9 | Thermostat |
10 | Kurzschlußventil |
1 1 | Kühler-Rücklauf-Wasserkasten |
12 | Rücklauf |
13 | Kühlerventil |
14 | Mischkammer |
15 | Saugleitung |
16 | Saugseite der Kühlmittelpumpe |
17, | 17», 17" überdruckventil |
18, | 18», 18" Abströmleitung |
19 | Ausgleichsbehälter |
19 ? | Dichtscheibe |
20 | Nachsaugleitung |
21 | Unterdruckventil |
21 ' | Füllstutzen |
22 | Entlüftungsventil |
23 | Feinsieb |
24 | weiteres überdruckventil |
25 | Entlüftungsleitung |
26 ' | Drossel |
26" | Drosselbohrung |
27 | Deckel |
28 | Nebenstrom-Ausgleichsbehälter |
29 | Luftraum |
30 | Ringnut |
_ 23-
1 31 | Ringnut |
32 | Kolben |
32» | Druckstange |
34 | Schlauchstutzen |
5 35 | Schlauchstutzen |
36 | unteres zylindrisches Teil |
37 | Füllstutzen-Innenwand |
39 | oberer zylindrischer Teil |
40 | Federhülse |
10 41 | Luftabscheideraum |
42 | Sperrvorrichtung |
Claims (16)
- Patentansprüche:ί 1./Kühlkreis für Brennkraftmaschinen,- mit einer Kühlmittelpumpe (3) am Zulauf zum Kühlmantel (2) der Maschine (1),- mit einem als Wärmetauscher zwischen Kühlmittel und Umgebungsluft bzw. Außenkühlflüssigkeit ausgebildeten Kühler (6),- dessen Vorlauf (5) am Austritt (4) des Kühlmantels(2) und dessen Rücklauf (12) an der Saugseite (16) der Kühlraittelpumpe (3) angeschlossen sind,- mit einem Kühlerventil (13) eines Thermostats (9),- das zwischen dem Austritt (4) des Kühlmantels (2) und der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) im Voroder Rücklauf (5 bzw. 12) des Kühlers (6) angeordnet ist, und- mit einem überdruckventil (17) zur Begrenzung des Höchstdruckes,dadurch gekennzeichnet,- daß das Überdruckventil (17, 17', 17") vom Bereich zwischen dem Kühlmantel (2) einerseits und dem Kühlerventil (13) des Thermostats (9) und/oder einem Kühler-Vorlauf-Wasserkasten (7) andererseits angesteuert ist und- daß das überdruckventil (17) einen überdruck-öff-nungswert aufweist, der wenigstens annähernd um diejenige Druckdifferenz über dem Siededruck des Kühlmittels bei an der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe(3) höchstzulässiger Kühlmitteltemperatur liegt,- die zwischen der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) und der Anschlußstelle des Überdruckventils (17, 17' , 17") dann auftritt,- wenn im wesentlichen die höchste Förderleistung der Kühlmittelpumpe (3) bei voll geöffnetem Kühlerventil(13) des Thermostats (9) gegeben ist.
- 2. Kühlkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,- daß das überdruckventil (17, 17', 17") einen Über-druck-öffnungswert von etwa 1,5 bis 2,2 bar bei einer höchstzulässigen Kühlmittel-Temperatur an der Pumpensaugseite von etwa 90 bis 12O0C und bei einer Druckdifferenz zwischen der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) und der Anschlußstelle des Überdruckventiles (17, 17', bzw. 17") von etwa 0,5 bis 1,2 bar aufweist.
- 3. Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,- daß das überdruckventil (17") am Kühlmantel (2) vor dessen Austritt (4) angeschlossen ist.
- 4. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,_ daß das überdruckventil (17') an einer von seiner Anschlußstelle entfernten Stelle angeordnet ist und durch eine Steuerleitung (Abströmleitung 18) vom Überdruck beaufschlagt wird.
- 5. Kühlkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (Abströmleitung 18) zugleich als Abströmleitung für das durch das überdruckventil (17') abzuleitende Kühlmittel ausgebildet ist.
- 6. Kühlkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,- daß die Steuerleitung (Abströmleitung 18) zugleich als Entlüftungsleitung (25) ausgebildet ist,- die parallel zum überdruckventil (17) eine mit einer Entlüftungsstelle (Füllstutzen 21') und mit der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) in Verbindung stehende Drossel (26') aufweist.
- 7. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,- daß das Überdruckventil (17) und/oder die Drossel (26') in einem Füllstutzen (21·) angeordnet sind, - der mit der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) in Verbindung steht.
- 8. Kühlreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,- daß der Füllstutzen (21') Bestandteil eines Entlüftungs-Behälters und/oder ein^s Volumen-Ausgleichsbehälters (28) mit Ausdehnungs-Luftraum (29) ist.
- 9- Kühlkreis nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,- daß der Füllstutzen (21') und/oder ein im Füllstutzen angeordneter Füllstutzen-Deckel neben dem Überdruckventil (17) und der Drossel (26') auch ein Unterdruckventil (21), ein Entlüftungsventil und/oder einen Niveau-Schwimmer-Schalter (21") aufnimmt. (
- 10. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet ,- daß an die Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) ein weiteres überdruckventil (24) angeschlossen ist,3^ _ dessen Überdruck-Öffnungswert wenigstens annähernd um diejenige Druckdifferenz (etwa 0,2 bis 0,6 barjüber dem Siededruck des Kühlmittels bei höchstzulässiger Kühlmitteltemperatur liegt,- die an der Pumpensaugseite zwischen der geringsten 3^ Pumpenförderleistung und der höchsten Pumpenförderleistung bei Mindest- bzw. Höchstdrehzahl der Maschine ( 1 ) gegeben ist.
- 11. Kühlkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,- daß das überdruckventil (17) und das weitere überdruckventil (24) einander koaxial gegenüberliegend angeordnet sind,- daß die Öffnungsquerschnitte der beiden Ventile (17 und 24) im umgekehrten Größenverhältnis ihrer Überdruck-Öffnungswerte bemessen sind und- daß beide Ventile (17 und 24) von einer einzigen Ventilfeder (24·) in entgegengesetzten Richtungen geschlossen gehalten werden.
- 12. Kühlkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,- daß ein einziges an der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) absteuerndes Überdruckventil (24) sowohl vom überdruck im Bereich des Vorlaufes (5) zwischen Kühlmantel (2) und Kühler (7) über eine Steuerleitung (Abströmleitung 18) und einen Stellmotor (Kolben 32 oder Membrane) als auch vom überdruck an der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) unmittelbar betätigt wird.
- 13. Kühlkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,- daß Stellmotor (Kolben 32) und überdruckventil (24) in ihren druckbeaufschlagten Flächen und/oder ihren Schließfederkräften wahlweise derart aufeinander abgestimmt sind,- daß entweder gleiche oder unterschiedliche Überdruck-Öffnungswerte des Vorlaufes (5) und der Pumpensaugseite (16) das Öffnen des Überdruckventiles (24) be-UU wirken.
- 14. Kühlkreis nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,- daß Stellmotor (Kolben 32) und überdruckventil (24) sowie ein Unterdruckventil (21) in einem Deckel (27) des Füllstutzens 21' eines Ausgleichsbehälters (28) angeordnet sind,-δ ι - der einen Luftraum als Wärmedehnungs- und Druckausgleichs-Raum enthält,- daß der Stellmotor (Kolben 32) über eine Steuerleitung (Abströmleitung 18) beaufschlagt ist, - die andernends an einem Hochpunkt des Vorlaufes (5) und/oder des Kühlers (6) angeschlossen ist,- die in den Füllstutzen-Deckel über eine Ringnut (3D einmündet und- die parallel zum Stellmotor (Kolben 32) in einer gedrosselten Entlüftungsbohrung (26") endet,- die tangential in einen etwa zylindrischen Luftabscheideraum (41) des Füllstutzens-Deckels (27) mündet, und- daß der Ausgleichsbehälter (28) einen .Füllstutzen !5 (21') und je einen Schlauchanschlußstutzen (34 und35) für die Steuerleitung (Abströmleitung 18) und eine überlaufleitung (20') aufweist,- die ins Innere des Ausgleichsbehälters (28), in einen Teil (36) der zylindrischen Füllstutzen-Innenwand(37) im Bereich der Ringnut (38) des Füllstutzen-Deckels (27) bzw. in die zylindrische Innenwand (37) eines außerhalb der Ventile (24 und 21) liegenden Hohlraumes (39) des Füllstutzens (21') und des Füllstutzen-Deckels (27) münden.
- 15. Kühlkreis nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet,- daß die Überdruck-öffnungswerte der Überdruckventile (17 und 24) und die Elastizität der Kühlmittel und/- oder Gas bzw. Luft unter Überdruck enthaltenden Hohlräume und Leitungen derart auf die Wärmedehnung des Kühlmittels abgestimmt sind,- daß der überdruck an der Saugseite (16) der Kühlmittelpumpe (3) bei wechselnder Durchschnittstemperaturdes Kühlmittels und Förderleistung der Kühlmittelpumpe (3) stets über dem Siededruck des Kühlmittels liegt.1
- 16. Kühlkreis nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet,- daß eine Sperrvorrichtung (42) mit einem Füllstutzen-Deckel (27) zusammenwirkt,5 - die dessen öffnen bei bestehendem überdruck erschwert bzw. ausschließt.
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3226508A DE3226508C2 (de) | 1982-07-15 | 1982-07-15 | Kühlkreis für Brennkraftmaschinen |
JP58124888A JPH071005B2 (ja) | 1982-07-15 | 1983-07-11 | 内燃機関用冷媒循環路 |
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