DE3533094A1 - Ausgleichsbehaelter fuer kuehlfluessigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ausgleichsbehälter für Kühl­ flüssigkeit eines Kühlflüssigkeitskreislaufes eines Verbren­ nungsmotors mit einer Auffüllkammer zur Aufnahme von Kühl­ flüssigkeit, einer mittels einer Trennwand davon abgetrennten Ausdehnungskammer und einer Verbindungsleitung, die einen oberen Bereich der Auffüllkammer mit einem unteren Bereich der Ausdehnungskammer verbindet.

Ein derartiger Kühlmittelausgleichsbehälter ist aus der DE-OS 28 52 725 bekannt. Dort ist der Behälter mittels einer senk­ recht angeordneten Trennwand in eine Auffüllkammer und eine Ausdehnungskammer aufgeteilt. Der obere Bereich der Auffüll­ kammer ist über eine Leitung mit dem unteren Bereich der Aus­ dehnungskammer verbunden. Normalerweise ist die Auffüllkammer bis zu einer bestimmten Höhe mit Kühlflüssigkeit gefüllt. Bei starker Erwärmung und damit volumenmäßiger Ausdehnung der Kühl­ flüssigkeit läuft diese von der Auffüllkammer über die Leitung in die Ausdehnungskammer und wird bei nachfolgender Abkühlung der Kühlflüssigkeit wieder in die Auffüllkammer mittels Unter­ druck zurückgezogen. Von der Unterseite der Auffüllkammer des bekannten Behälters führt eine Leitung zu einer Saugpumpe, die die angesaugte Kühlflüssigkeit zurück in den Kühlkreislauf fördert. Durch die Aufteilung des bekannten Behälters in Auf­ füllkammer und Ausdehnungskammer wird erreicht, daß bei einem hohen Kühlflüssigkeitsstand im Auffüllbehälter die Möglichkeit von Kavitationserscheinungen der Kühlflüssigkeit in der zur Pumpe führenden Leitung, also die Möglichkeit des Auftretens von Dampfblasen aufgrund des von der Pumpe erzeugten Unter­ drucks verringert wird. Sinkt jedoch der Kühlflüssigkeitsstand in der Auffüllkammer aufgrund eines Verlustes von Kühlflüssig­ keit auf einen minimalen Stand, so erhöht sich aufgrund der reduzierten geodätischen Höhe dadurch die Gefahr von Kavita­ tionserscheinungen in der zur Pumpe führenden Leitung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ausgleichsbehälter für Kühlflüssigkeit der eingangs genannten Art so auszubilden, daß in jedem Betriebszustand, also auch bei Kühlmittelverlust, eine Schädigung der zu kühlenden Bauteile weitestgehend ausge­ schlossen ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Aus­ dehnungskammer im wesentlichen unterhalb der Auffüllkammer an­ geordnet ist.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß selbst bei einem Kühl­ flüssigkeitsverlust, der ein Absinken des Kühlmittelstands in der Auffüllkammer zur Folge hat, immer noch bis zur Höhe der unter der Auffüllkammer liegenden Ausdehnungskammer Kühlflüs­ sigkeit über der zur Pumpe führenden Leitung vorhanden ist und somit aufgrund der immer noch relativ hohen geodätischen Höhe Kavitationserscheinungen in der Leitung vermindert.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Ver­ bindungsleitung an der Verbindungsstelle zum oberen Bereich der Auffüllkammer zu einem Luftraum ausgebildet, dessen höchster Punkt über den höchsten Punkt der Auffüllkammer liegt. Weiter ist es möglich, die Verbindungsleitung an der Verbindungsstelle zum unteren Bereich der Ausdehnungskammer zu einem Sammelraum auszuformen, dessen tiefster Punkt unter dem tiefsten Punkt der Ausdehnungskammer liegt. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß selbst bei einer vollständig mit Kühlflüssigkeit gefüllten Auffüllkammer der Luftraum nicht mit Flüssigkeit gefüllt ist und daher eine Gasabscheidung aus der Kühlflüssigkeit der Ausgleichskammer in diesen Luftraum möglich ist. Durch den Sammelraum an der Verbindungsstelle zur Ausdehnungskammer wird ermöglicht, daß sämtliche Kühlflüssigkeit aus der Ausdehnungs­ kammer in die Auffüllkammer mittels Unterdruck zurückgesaugt werden kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich an der Oberseite des Behälters ein Ventilstutzen, der mit Hilfe eines Kanals mit der Ausdehnungskammer verbunden ist und der mittels eines als Überdruckventil ausgebildeten Ventildeckes verschließbar ist. Steigt der Druck in der Aus­ dehnungskammer über einen bestimmten Wert, so öffnet das Über­ druckventil und begrenzt aufgrund des Ausströmens von Gas den Druck im gesamten Kühlkreislauf.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht einen Ab­ saugstutzen vor, der sich an der Unterseite des Behälters be­ findet und der über eine Verbindung, insbesondere einer mittels einer Schräge ausgebildeten Vertiefung an die Auffüllkammer angeschlossen ist. Durch diesen Absaugstutzen wird Kühlflüssig­ keit aus der Auffüllkammer abgeleitet.

Besonders vorteilhaft ist es, die Trennwand zwischen der Auf­ füllkammer und der Ausdehnungskammer im wesentlichen horizontal auszubilden. Ebenfalls zweckmäßig ist es, die Verbindungslei­ tung an einer Behälterwand anzubringen. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, bei einer vertikalen Teilung des gesamten Behälters in zwei Schalen, diese beiden Teile mit Hilfe eines Spritzverfahrens aus Kunststoff herzustellen und mittels ent­ sprechender Verbindungsmethoden zusammenzufügen. Die entstehen­ de Teilungsfuge schneidet dann die Verbindungsleitung, wodurch ein einfaches Ausformen derselben möglich ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung zur Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines er­ findungsgemäßen Ausgleichsbehälters,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf den Aus­ gleichsbehälter gemäß der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Ansicht der Schmalseite des Ausgleichsbehälters gemäß den Fig. 1 und 2.

Es ist bekannt, einen Ausgleichsbehälter parallel zum eigent­ lichen Kühlkreislauf mit dem Wärmetauscher und der Brenn­ kraftmaschine zu verbinden. Dieser Behälter hat die Aufgabe, aufgrund von Erwärmung auftretende Ausdehnungen der Kühl­ flüssigkeit aufzufangen. Außerdem wird durch eine geringere Umlaufgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit im Ausgleichsbehälter eine Gasabscheidung ermöglicht, so daß eventuell im Kühlkreis­ lauf entstandene Gasblasen im Ausgleichsbehälter wieder ausge­ schieden werden. Der Ausgleichsbehälter ist im Kraftfahrzeug bezüglich seiner Höhe über dem Wärmetauscher und der Brenn­ kraftmaschine angeordnet, damit bei einem Verlust von Kühlflüs­ sigkeit zuerst der Kühlmittelstand im Ausgleichsbehälter sinkt, ohne den Kühlflüssigkeitsstand im Wärmetauscher zu verändern. Zur Vermeidung von Kavitationserscheinungen, die bei Ansaugen von Kühlflüssigkeit aus dem Ausgleichsbehälter in die Brenn­ kraftmaschine des Kraftfahrzeugs entstehen können, ist es weiterhin wichtig, daß der Kühlflüssigkeitsstand im Ausgleichs­ behälter möglichst hoch ist, um dadurch den Saug-Unterdruck zu erniedrigen. Schließlich muß bei der Ausgestaltung eines Aus­ gleichsbehälters für Kühlflüssigkeit insbesondere im Zusammen­ hang mit einem Kraftfahrzeug noch beachtet werden, daß im Motorraum des Kraftfahrzeugs meist wenig Bauraum vorhanden ist und daher nicht beliebige Ausgestaltungen des Behälters möglich sind.

Der in der Fig. 1 gezeigte Ausgleichsbehälter für Kühlflüssig­ keit besteht hauptsächlich aus einer Flüssigkeits- bzw. Auf­ füllkammer 10 und einer Luft- bzw. Ausdehnungskammer 11. Beide Kammern 10 und 11 sind durch eine horizontale Trennwand 12 voneinander abgetrennt und liegen übereinander. Ein oberer Bereich 35 der Auffüllkammer 10 ist über eine Verbindungs­ leitung 13 mit einem unteren Bereich 36 der Ausdehnungskammer 11 verbunden. Die Verbindungsleitung 13 weist an der Ver­ bindungsstelle mit dem oberen Bereich 35 der Auffüllkammer 10 einen Luftraum 37 auf, dessen höchster Punkt über dem höchsten Punkt der Auffüllkammer 10 liegt. Des weiteren befindet sich an der Verbindungsstelle der Verbindungsleitung 13 mit dem unteren Bereich 36 der Ausdehnungskammer 11 ein Sammelraum 38, dessen tiefster Punkt unter dem tiefsten Punkt der Ausdehnungskammer 11 liegt. An der Oberseite der Auffüllkammer und damit an der Oberseite 41 des Ausgleichsbehälters ist ein Einfüllstutzen 15 mit einer Einfüllbegrenzung 15′ angebracht, der mit Hilfe eines Einfülldeckels 16 verschließbar ist. Ebenfalls an der Oberseite 41 des Ausgleichsbehälters ist ein Ventilstutzen 18 angeformt, der mittels eines Ventildeckels 19 verschließbar ist. Der Ventilstutzen 18 ist mit Hilfe eines Kanals 21 mit dem oberen Bereich der Ausdehnungskammer 11 verbunden. Der Ventildeckel 19 enthält ein Überdruckventil, so daß nach dem Überschreiten eines bestimmten Drucks in der Ausdehnungskammer 11 dieses Überdruckventil öffnet und den Kanal 21 mit einer Überström­ leitung 20 verbindet. Im oberen Bereich 35 der Auffüllkammer 10 befinden sich zwei Zulaufstutzen 25, durch die Kühlflüssigkeit der Auffüllkammer zugeführt wird. An der Unterseite der Ausdeh­ nungskammer 11 und damit an der Unterseite 42 des Ausgleichsbe­ hälters ist ein tiefgelegter Absaugstutzen 26 für die Auffüll­ kammer 10 angeordnet. Die Auffüllkammer 10 ist im Bereich des Absaugstutzens 26 mit Hilfe einer Schräge 28, die von der Trennwand 12 zum Boden 42 des Ausgleichsbehälters verläuft zu einer Vertiefung 27 erweitert, die zu dem im Boden 42 angeord­ neten Absaugstutzen führt.

Die in der Fig. 2 dargestellte Draufsicht auf den Ausgleichsbe­ hälter der Fig. 1 zeigt die Position des Einfülldeckels 16, des Ventildeckels 19, des Absaugstutzens 26, der Zulaufstutzen 25 sowie die aufgeschnittene Auffüllkammer 10 und Verbindungs­ leitung 13. Die Verbindungsleitung 13 befindet sich an einer Außenwand 40, und zwar an einer Schmalseite des Ausgleichsbe­ hälters und hat einen rechteckigen Querschnitt. Schließlich ist in der Fig. 2 eine Teilungsfuge 30 zu erkennen, in der eine erste Schale 45 und eine zweite Schale 46 des Ausgleichsbehäl­ ters verbunden sind. Diese Teilungsfuge 30 teilt auch die Verbindungsleitung 13, die dadurch zusammen mit den zugehörigen Schalen leicht ausformbar ist. Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Schnittbereich der Verbindungsleitung 13 der Fig. 1 dem Schnitt A der Fig. 2, der Schnittbereich des Kanals 21 der Fig. 1 dem Schnitt B der Fig. 2 und der Schnittbereich der Verbin­ dungsleitung 13 der Fig. 2 dem Schnitt C der Fig. 1 entspricht.

In der Fig. 3 ist die Schmalseite des Ausgleichsbehälters der Fig. 1 und 2 gezeigt. Aus dieser Figur ist zu entnehmen, daß die Teilungsfuge 30 parallel zur Verbindungsleitung 13 ver­ läuft, während die Trennwand 12 im rechten Winkel zu dieser Verbindungsleitung 13 steht und damit horizontal angeordnet ist. Ebenfalls sind die beiden Zulaufstutzen 25 in einer horizontalen Lage angebracht, während der Einfüllstutzen 15, der Ventilstutzen 18 und der Absaugstutzen 26 im wesentlichen senkrecht ausgebildet sind.

Wird der beschriebene Ausgleichsbehälter in ein Kraftfahrzeug eingebaut, so werden die Zulaufstutzen 25 mit der höchsten Stelle des Wärmetauschers und/oder der höchsten Stelle des Kühlmantels der Brennkraftmaschine verbunden und bilden damit eine Entlüftung für den Wärmetauscher und die Brennkraftmaschi­ ne. Gleichzeitig ist der Absaugstutzen 26 über eine Leitung an eine Pumpe angeschlossen, die Kühlflüssigkeit aus dem Aus­ gleichsbehälter ansaugt und in den normalen Kühlkreislauf ein­ speist, der aus dem Wärmetauscher, einer Pumpe und dem Kühlman­ tel der Brennkraftmaschine besteht. Der Ausgleichsbehälter ist derart in das Kraftfahrzeug eingebaut, daß der Einfüllstutzen 15 und der Ventilstutzen 18 von oben zugänglich sind und sich der gesamte Behälter in einer horizontalen Lage befindet. Über den Einfüllstutzen 15 wird Kühlflüssigkeit bis zur Einfüllbe­ grenzung in die Auffüllkammer 10 des Ausgleichsbehälters eingefüllt, so daß ein ausreichender Luftraum in der Auffüll­ kammer zur Aufnahme des durch Erwärmung bei normaler Betriebs­ temperatur entstehenden Ausdehnungsvolumens der Kühlflüssig­ keit verbleibt. Im Normalfall wird sich also der anfängliche Kühlflüssigkeitsstand durch Erwärmung und Ausdehnung erhöhen, jedoch keine Kühlflüssigkeit über die Verbindungsleitung 13 in die Ausdehnungskammer 11 überlaufen.

Unter extremen Betriebsbedingungen, zum Beispiel bei sehr hohen Betriebstemperaturen der Brennkraftmaschine oder auch nach dem Abschalten der heißen Brennkraftmaschine, erhitzt sich aufgrund der nicht ausreichenden oder nicht vorhandenen Kühlung die Kühlflüssigkeit derart stark, daß durch die dadurch bewirkte Ausdehnung die Kühlflüssigkeit über die Verbindungsleitung 13 von der Auffüllkammer 10 in die Ausdehnungskammer 11 überläuft. Da die Ausdehnungskammer 11 durch den Ventildeckel 19 dicht abgeschlossen ist, erhöht sich der Druck in der Ausdehnungs­ kammer 11, so daß nach einem Wiederabkühlen der Kühlflüssigkeit aufgrund des Überdrucks in der Ausdehnungskammer und des ent­ stehenden Unterdrucks in der Auffüllkammer 10 die Kühlflüssig­ keit aus der Ausdehnungskammer 11 in die Auffüllkammer 10 über die Verbindungsleitung 13 zurückgesaugt wird. Zu diesem Zweck ist der Sammelraum 38 vorgesehen, in dem sich die in der Ausdehnungskammer 11 vorhandene Kühlflüssigkeit sammeln kann. Analog dazu verbleibt im Luftraum 37 auch dann eine gewisse Restluftmenge, wenn die gesamte Auffüllkammer 10 wieder mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Dadurch ist es möglich, daß eventuelle Gasblasen aus der Kühlflüssigkeit 10 aufsteigen und in den Luftraum 37 ausgeschieden werden können.

Übersteigt der Druck in der Ausdehnungskammer 11 einen vorbe­ stimmten Wert, so öffnet das im Ventildeckel 19 befindliche Überdruckventil, so daß Gas oder Flüssigkeit über die Über­ strömleitung 20 ausströmen kann und dadurch sich der Druck wieder verringert. Dabei ist es möglich, das genannte Über­ druckventil mit einem Unterdruckventil zu kombinieren, so daß bei einem in der Ausdehnungskammer 11 entstehenden Unterdruck, der zum Beispiel beim Erkalten der Kühlflüssigkeit entstehen kann, Luft in die Ausdehnungskammer 11 eingelassen wird und dadurch ein Druckausgleich stattfindet.

Durch die mit dem Absaugstutzen 26 verbundene Pumpe, die Kühlflüssigkeit aus dem Ausgleichsbehälter ansaugt, besteht die Gefahr, daß in der Verbindungsleitung vom Ausgleichsbehälter zur Pumpe Kavitationserscheinungen auftreten, sich also durch ein Aufreißen des Flüssigkeitsstromes Blasen bilden. Zur Ver­ meidung von Kavitationserscheinungen in der Verbindungsleitung vom Absaugstutzen 26 zur Pumpe ist es erforderlich, in jedem Betriebszustand einen bestimmten Kühlflüssigkeitsstand über dem Absaugstutzen 26 zu gewährleisten. Durch die Anordnung der Auffüllkammer 10 über der Ausdehnungskammer 11, also dadurch, daß sich die Kühlflüssigkeit immer im oberen Bereich des Ausgleichsbehälters befindet, ist gewährleistet, daß der Flüssigkeitsstand normalerweise sich ausreichend hoch über dem Absaugstutzen 26 befindet. Selbst wenn aufgrund eines Verlustes von Kühlflüssigkeit der Kühlmittelstand in der Auffüllkammer 10 sinkt, ist der Kühlmittelstand noch so lange ausreichend hoch, wie die Vertiefung 27 mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Erst wenn auch die Vertiefung 27 keine Kühlflüssigkeit mehr enthält, also sich im gesamten Ausgleichsbehälter kein Kühlmittel mehr befindet, besteht die Gefahr einer Blasenbildung in der Kühl­ flüssigkeit und damit einer Verminderung der Kühlleistung.

Im Vergleich zu dem eingangs beschriebenen bekannten Aus­ gleichsbehälter, der eine senkrechte Trennwand von Auffüll­ kammer und Ausdehnungskammer aufweist, ergibt sich mit einem erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälter, wie er zum Beispiel in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, eine wesentliche Verminderung der Gefahr von Kavitationserscheinungen. Dies wird hauptsäch­ lich dadurch erreicht, daß bei einem erfindungsgemäßen Aus­ gleichsbehälter die Höhe der Ausdehnungskammer 11 im Prinzip immer zur effektiven Höhe des Flüssigkeitsstands in der Auf­ füllkammer 10 über dem Absaugstutzen 11 hinzu gezählt werden kann. Weiter haben bei einem erfindungsgemäßen Ausgleichsbehäl­ ter auch Änderungen der Menge der Kühlflüssigkeit zum Beispiel infolge von Kühlflüssigkeitsverlusten aufgrund der im wesent­ lichen flachen Bauform des Ausgleichsbehälters nur geringfügige Auswirkungen auf den Füllstand in der Auffüllkammer 10 des Behälters. Schließlich ist diese flache Bauform des Ausgleichs­ behälters, die durch die Anordnung der Auffüllkammer 10 über der Ausdehnungskammer 11 erreicht wird, auch für einen Einbau des Ausgleichsbehälters in den Motorraum eines Kraftfahrzeugs vorteilhaft.

Claims (14)

1. Einstückiger Ausgleichsbehälter für Kühlflüssigkeit eines Kühlflüssigkeitskreislaufes eines Verbrennungsmotors mit einer Auffüllkammer zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit, einer mittels einer Trennwand davon abgetrennten Ausdeh­ nungskammer und einer Verbindungsleitung, die einen oberen Bereich der Auffüllkammer mit einem unteren Bereich der Ausdehnungskammer verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskammer (11) im wesentlichen unterhalb der Auffüllkammer (10) angeordnet ist.

2. Ausgleichsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Trennwand (12) zwischen der Auffüllkammer (10) und der Ausdehnungskammer (11) im wesentlichen einen horizontalen Verlauf aufweist.

3. Ausgleichsbehälter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (13) an der Verbindungsstelle zum oberen Bereich (35) der Auf­ füllkammer (10) zu einem Luftraum (37) ausgebildet ist, dessen höchster Punkt über dem höchsten Punkt der Ausgleichskammer (10) liegt.

4. Ausgleichsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (13) an der Verbindungsstelle zum unteren Bereich (36) der Ausdeh­ nungskammer (11) zu einem Sammelraum (38) ausgeformt ist, dessen tiefster Punkt unter dem tiefsten Punkt der Aus­ dehnungskammer (11) liegt.

5. Ausgleichsbehälter nach einem der Ansprüch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (13) an eine Behälterwand (40) angeformt ist.

6. Ausgleichsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einfüllstutzen (15) an der Oberseite (41) der Auffüllkammer (10) angebracht und mittels eines Einfülldeckels (16) verschließbar ist.

7. Ausgleichsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilstutzen (18) mit der Ausdehnungskammer (11) verbunden und mittels eines als Überdruckventil ausgebildeten Ventildeckels (19) ver­ schließbar ist.

8. Ausgleichsbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ventilstutzen (18) sich an der Oberseite (41) der Auffüllkammer (10) befindet und mit Hilfe eines Kanals (21) an die Ausdehnungskammer (11) angeschlossen ist.

9. Ausgleichsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich (35) der Auffüllkammer (10) wenigstens ein Zulaufanschluß (25) für Kühlflüssigkeit angebracht ist.

10. Ausgleichsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absauganschluß (26) für Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, der sich an der Unterseite (42) der Ausdehnungskammer (11) befindet und über eine Vertiefung (27) an die Auffüllkammer (10) angeschlossen ist.

11. Ausgleichsbehälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vertiefung (27) mit Hilfe wenigstens einer Schräge (28) ausgebildet ist, die von der Trennwand (12) zur Unterseite (42) der Ausdehnungskammer (11) verläuft.

12. Ausgleichsbehälter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Absauganschluß (26) sich am Rand des Behälters befindet.

13. Ausgleichsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus zwei Schalen mit einer vertikalen, durch die Verbindungsleitung (13) laufenden Teilungsfuge (30) zusammengesetzt ist.

14. Ausgleichsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen als Spritzgußteil aus Kunststoff hergestellt und im Bereich der Teilungsfuge miteinander verschweißt sind.