[0001] Die Erfindung betrifft einen Ausgleichsbehälter für Kühlflüssigkeit eines Kühlflüssigkeitskreislaufes
eines Verbrennungsmotors mit einer Auffüllkammer zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit,
einer mittels einer Trennwand davon abgetrennten Ausdehnungskammer und einer Verbindungsleitung,
die einen oberen Bereich der Auffüllkammer mit einem unteren Bereich der Ausdehnungskammer
verbindet.
[0002] Ein derartiger Kühlmittelausgleichsbehälter ist aus der DE-OS 28 52 725 bekannt.
Dort ist der Behälter mittels einer senkrecht angeordneten Trennwand in eine Auffüllkammer
und eine Ausdehnungskammer aufgeteilt. Der obere Bereich der Auffüllkammer ist über
eine Leitung mit dem unteren Bereich der Ausdehnungskammer verbunden. Normalerweise
ist die Auffüllkammer bis zu einer bestimmten Höhe mit Kühlflüssigkeit gefüllt. Bei
starker Erwärmung und damit volumenmäßiger Ausdehnung der Kühlflüssigkeit läuft diese
von der Auffüllkammer über die Leitung in die Ausdehnungskammer und wird bei nachfolgender
Abkühlung der Kühlflüssigkeit wieder in die Auffüllkammer mittels Unterdruck 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 Auffüllkammer 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
Unterdrucks verringert wird. Sinkt jedoch der Kühlflüssigkeitsstand in der Auffüllkammer
aufgrund eines Verlustes von Kühlflüssigkeit auf einen minimalen Stand, so erhöht
sich aufgrund der reduzierten geodätischen Höhe dadurch die Gefahr von Kavita tionserscheinungen
in der zur Pumpe führenden Leitung.
[0003] 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 ausgeschlossen ist. Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ausdehnungskammer im wesentlichen unterhalb
der Auffüllkammer angeordnet ist.
[0004] Durch diese Anordnung wird erreicht, daß selbst bei einem Kühlflüssigkeitsverlust,
der ein Absinken des Kuhlmittelstands in der Auffüllkammer zur Folge hat, immer noch
bis zur Höhe der unter der Auffüllkammer liegenden Ausdehnungskammer Kühlflüssigkeit
über der zur Pumpe führenden Leitung vorhanden ist und somit aufgrund der immer noch
relativ hohen geodätischen Höhe Kavitationserscheinungen in der Leitung vermindert.
[0005] Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindungsleitung 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 Ausdehnungskammer
in die Auffüllkammer mittels Unterdruck zurückgesaugt werden kann.
[0006] 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 Ausdehnungskammer über einen bestimmten
Wert, so öffnet das Überdruckventil und begrenzt aufgrund des Ausströmens von Gas
den Druck im gesamten Kühlkreislauf.
[0007] Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht einen Absaugstutzen vor, der
sich an der Unterseite des Behälters befindet und der über eine Verbindung, insbesondere
einer mittels einer Schräge ausgebildeten Vertiefung an die Auffüllkammer angeschlossen
ist. Durch diesen Absaugstutzen wird Kühlflüssigkeit aus der Auffüllkammer abgeleitet.
[0008] Besonders vorteilhaft ist es, die Trennwand zwischen der Auffüllkammer und der Ausdehnungskammer
im wesentlichen horizontal auszubilden. Ebenfalls zweckmäßig ist es, die Verbindungsleitung
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 entsprechender
Verbindungsmethoden zusammenzufügen. Die entstehende Teilungsfuge schneidet dann
die Verbindungsleitung, wodurch ein einfaches Ausformen derselben möglich ist.
[0009] 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 erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälters,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf den Ausgleichsbehälter gemäß der
Fig. 1 und
Fig. 3 eine Ansicht der Schmalseite des Ausgleichsbehälters gemäß den Fig. 1 und 2.
[0010] Es ist bekannt, einen Ausgleichsbehälter parallel zum eigentlichen Kühlkreislauf
mit dem Wärmetauscher und der Brennkraftmaschine zu verbinden. Dieser Behälter hat
die Aufgabe, aufgrund von Erwärmung auftretende Ausdehnungen der Kühlflüssigkeit
aufzufangen. Außerdem wird durch eine geringere Umlaufgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit
im Ausgleichsbehälter eine Gasabscheidung ermöglicht, so daß eventuell im Kühlkreislauf
entstandene Gasblasen im Ausgleichsbehälter wieder ausgeschieden werden. Der Ausgleichsbehälter
ist im Kraftfahrzeug bezüglich seiner Höhe über dem Wärmetauscher und der Brennkraftmaschine
angeordnet, damit bei einem Verlust von Kühlflüssigkeit 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 Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs entstehen
können, ist es weiterhin wichtig, daß der Kühlflüssigkeitsstand im Ausgleichsbehälter
möglichst hoch ist, um dadurch den Saug-Unterdruck zu erniedrigen. Schließlich muß
bei der Ausgestaltung eines Ausgleichsbehälters für Kühlflüssigkeit insbesondere
im Zusammenhang 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.
[0011] Der in der Fig. l gezeigte Ausgleichsbehälter für Kühlflüssigkeit besteht hauptsächlich
aus einer Flüssigkeits- bzw. Auffüllkammer 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
Verbindungsleitung 13 mit einem unteren Bereich 36 der Ausdehnungskammer 11 verbunden.
Die Verbindungsleitung 13 weist an der Verbindungsstelle 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 Überströmleitung 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 Ausdehnungskammer
11 und damit an der Unterseite 42 des Ausgleichsbehälters ist ein tiefgelegter Absaugstutzen
26 für die Auffüllkammer 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 angeordneten Absaugstutzen
führt.
[0012] Die in der Fig. 2 dargestellte Draufsicht auf den Ausgleichsbehälter der Fig. 1
zeigt die Position des Einfülldeckels 16, des Ventildeckels 19, des Absaugstutzens
26, der Zulaufstutzen 25 sowie die aufgeschnittene Auffüllkammer 10 und Verbindungsleitung
13. Die Verbindungsleitung 13 befindet sich an einer Außenwand 40, und zwar an einer
Schmalseite des Ausgleichsbehälters 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 Ausgleichsbehälters 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 Verbindungsleitung
13 der Fig. 2 dem Schnitt C der Fig. 1 entspricht.
[0013] 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 verläuft, 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.
[0014] 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 Brennkraftmaschine. Gleichzeitig ist der Absaugstutzen
26 über eine Leitung an eine Pumpe angeschlossen, die Kühlflüssigkeit aus dem Ausgleichsbehälter
ansaugt und in den normalen Kühlkreislauf einspeist, der aus dem Wärmetauscher, einer
Pumpe und dem Kühlmantel 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 Einfüllbegrenzung
in die Auffüllkammer 10 des Ausgleichsbehälters eingefüllt, so daß ein ausreichender
Luftraum in der Auffüllkammer zur Aufnahme des durch Erwärmung bei normaler Betriebstemperatur
entstehenden Ausdehnungsvolumens der Kühlflüssigkeit 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.
[0015] 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 Ausdehnungskammer 11, so daß nach einem Wiederabkühlen der
Kühlflüssigkeit aufgrund des Überdrucks in der Ausdehnungskammer und des entstehenden
Unterdrucks in der Auffüllkammer 10 die Kühlflüssigkeit 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.
[0016] Übersteigt der Druck in der Ausdehnungskammer 11 einen vorbestimmten Wert, so öffnet
das im Ventildeckel 19 befindliche Überdruckventil, so daß Gas oder Flüssigkeit über
die Überströmleitung 20 ausströmen kann und dadurch sich der Druck wieder verringert.
Dabei ist es möglich, das genannte Überdruckventil 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.
[0017] 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 Vermeidung 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 Kühlflüssigkeit und damit einer Verminderung der Kühlleistung.
[0018] Im Vergleich zu dem eingangs beschriebenen bekannten Ausgleichsbehälter, der eine
senkrechte Trennwand von Auffüllkammer 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 hauptsächlich dadurch erreicht, daß bei einem erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälter
die Höhe der Ausdehnungskammer 11 im Prinzip immer zur effektiven Höhe des Flüssigkeitsstands
in der Auffüllkammer 10 über dem Absaugstutzen 11 hinzu gezählt werden kann. Weiter
haben bei einem erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälter auch Änderungen der Menge der
Kühlflüssigkeit zum Beispiel infolge von Kühlflüssigkeitsverlusten aufgrund der im
wesentlichen flachen Bauform des Ausgleichsbehälters nur geringfügige Auswirkungen
auf den Füllstand in der Auffüllkammer 10 des Behälters. Schließlich ist diese flache
Bauform des Ausgleichsbehälters, 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.
1. Einstückiger Ausgleichsbehälter für Kühlflüssigkeit eines Kühlflüssigkeitskreislaufes
eines Verbrennungsmotors mit einer Auffüllkammer zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit,
einer mittels einer Trennwand davon abgetrennten Ausdehnungskammer 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 gekennzeichnet, 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 Auffüllkammer
(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
Ausdehnungskammer (11) zu einem Sammelraum (38) ausgeformt ist, dessen tiefster Punkt
unter dem tiefsten Punkt der Ausdehnungskammer (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) verschließbar ist.
8. Ausgleichsbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, 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.