Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeitsmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen

Abstract

 Ein Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeitsmaschi­nen, insbesondere Brennkraftmaschinen, enthält in einer Nebenstrom-Entlüftungsleitung (14) einen Luftabscheide­behälter (17), der am Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlau­fes (5) angeordnet ist. Ein Füllstutzen (19) mit Verbin­dungs-Öffnungen (5˝ und 17˝) zum Kühler-Vorlauf (5) und Luftabscheidebehälter (17) enthält einen Verschlußdeckel (20), der diese Verbindungs-Öffnungen gegeneinander verschließt. Im Verschlußdeckel (20) sind Überdruck-, Unterdruck- und Entlüftungs-Ventile (21 und 22) enthal­ten, die eine Leitungsverbindung (25) zu einem atmo­sphärischen oder Überdruck-Ausgleichsbehälter (27) steuern. Durch die zumindest bei niedriger Kühlmittel-­Temperatur mittels eines temperatur-gesteuerten Entlüf­tungs-Ventiles (22) geöffnete Leitungsverbindung (25) besteht eine hochwirksame Entlüftungs-Funktion in Verbindung mit einem Maschinen-Betrieb bei starkem Drehzahlwechsel. Die Anordnung und ein geringes Volumen des Luftabscheidebehälters (17) ergeben ein rasches Befüllen und eine verkürzte Warmlaufzeit der Maschine (1). Weitere Erfindungsmerkmale begünstigen Bauraumbe­darf, Kosten, Gewicht, Bauteilzuordnung und Betriebs­grenzbedingungen des Kühlkreises zur gesicherten vollen Nutzung der Kühlleistung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeitsmaschinen, insbesondere Brennkraft­maschinen, gemäß der Bauart des Patentanspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung Kühlkreise ähnlicher Bauarten der Patentansprüche 8, 10, 11 und 21.

[0002] Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Bauart gemäß DE-OS 32 26 508, entsprechend EP-A-0 100 917, JP-A-59­23029 und US-PS 4 510 893, ist der Luftabscheidebehälter über eine Rücksaugleitung als Befüll-Leitung mit der Saugseite der Kühlmittelpumpe verbunden. Beim Befüllen fließt dadurch das Kühlmittel vom Bodenbereich des Luftabscheidebehälters über die Rücksaugleitung zur tiefliegenden Kühlmittelpumpe und von dieser von unten in den Kühlmantel der Maschine. Da die unmittelbare Verbindung zwischen Kühlmittelpumpe und Rücklauf-Was­serkasten des Kühlers durch das Kühlerventil bei in der Kühler-Rücklaufleitung angeordnetem Thermostat beim Befüllen der dabei stets weitgehend kalten Maschine geschlossen ist, kann das Kühlmittel zunächst nur in den Kühlmantel fließen und diesen füllen. Dieser Füllvorgang wird auch bei Thermostat-Anordnungen am Kühlmantel-­Austritt jedoch durch den engen Innenquerschnitt der Entlüftungsleitung vom Kühler-Vorlauf zum Füllstutzen verzögert, durch den die zu verdrängende Luft aus dem Kühlmantel und aus dem Kühler ausschließlich entweichen kann. Die dadurch gegebene geringe Befüll-Geschwindig­keit erhöht nicht nur den notwendigen Arbeitszeitauf­wand, sondern auch die im Kühlmantel und anderen Lei­tungsabschnitten mit geringer oder fehlender Steigung verbleibenden Restluft-Volumenteile. In den Kühler gelangt das Kühlmittel schließlich erst, nachdem der Kühlmantel vollständig gefüllt ist, über die üblicher­weise kaum ein Gefälle aufweisende Vorlaufleitung, wodurch die Befüllgeschwindigkeit weiter verringert wird und verbleibende Restluft-Volumenteile auch im Kühler begünstigt werden. Ein zusätzlicher langwieriger Ent­lüftungsvorgang bei laufender Maschine und abgenommenem Verschlußdeckel ist dadurch notwendig. Dabei weiterhin im Kühlkreis verbleibende, insbesondere im Kühlmittel gelöste Restluft kann auch nach ihrem Ausfall aus der Lösung bei hoher Temperatur und ihrem Vorlagern an den Überdruckventilen nur dann über den als Luftsperre wirkenden Ausgleichsbehälter zur Atmosphäre ausgeschie­den werden, wenn die Überdruckventil-Öffnungswerte überschritten werden. Die Vorteile eines luftfreien Kühlkreises, wie steilerer Druckaufbau bei steigender Kühlmittel-Temperatur und verringerte Korrosionsgefahr für die Kühlkreisbauteile und das Kühlmittel selbst, aufgrund seiner weitestgehenden Entgasung, kommen somit kaum bzw. zumeist erheblich zeitverzögert nach zahl­reichen Warm-/Kalt-Zyklen der Maschine zur Wirkung. Zudem steht nach einem langwierigen Entlüftungsvorgang bis zu hoher Betriebstemperatur für einen anschließenden Betrieb der Maschine kein ausreichender Druckaufbau des Kühlmittels aus dessen Wärmedehnung mehr zur Verfügung. Aufgrund der dabei vor dem Schließen des Verschluß­deckels ohne Druckaufbau erfolgten Wärmedehnung des Kühlmittels wird dann beim weiteren Anstieg der Be­ triebstemperatur die Siedegrenze bzw. die Pumpenkavi­tationsgrenze rasch erreicht und eine Maschinen-Über­hitzung ist bei unmittelbar anschließendem Betrieb mit hoher Last unvermeidbar.

[0003] Im gegensätzlichen Sinne tritt im Kühlkreis von Brenn­kraftmaschinen, bei denen bei hoher Last Brenngas-Lecka­gen in den Kühlkreis eindringen und allgemein bei niedrigen Start-Temperaturen, insbesondere Minusgraden, ein im Bezug zu relativ niedriger Kühlmittel-Temperatur überhöhter Überdruck im Bereich der Öffnungswerte der Überdruckventile auf, der auch beim Abkühlen der Maschi­ne in Betriebspausen nicht ausreichend abgebaut wird. Zusätzlich wirken die im Kühlkreis verbleibenden Brenn­gas-Volumenteile ständig zerstörend auf die Kühlmittel­Zusätze sowie korrosiv auf das Innere der Kühlkreis-Bau­teile ein.

[0004] Schließlich stellt sich beim raschen Abstellen der Maschine aus hoher Last vielfach eine starke örtliche Überhitzung des Kühlmittels an Heißstellen im Kühlmantel mit entsprechenden Hochdruck-Dampfblasen ein, die zu stark überhöhtem Druck im gesamten Kühlkreis mit Kühl­mittelauswurf durch das Überdruckventil und sogar bis zum Überlaufen des Ausgleichsbehälters führen kann sowie isolierende Ablagerungen von Bestandteilen des Kühlmit­tels, insbesondere Wasserstein, gerade an den Heißstel­len bewirkt.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend beschrie­benen Nachteile im Bereich der Betriebs-Randbedingungen - Befüllen, Entlüften, Entgasen, Pumpen-Kavitation, Überhitzen, Abstell-Nachheizen, zum Verlauf der Kühl­mittel-Temperatur unnötig überhöhter Verlauf des Kühl­mittel-Druckes bei niedrigen Start- bzw. Umgebungstem­peraturen und bei Eindringen von Brenngasen in den Kühlkreis im Bereich mittlerer Betriebstemperatur - von flüssigkeitsgekühlten Maschinen zu überwinden sowie zugleich Bauaufwand, Kosten, Gewicht, Bauteil-Vielfalt, Fehlbedienungs-Möglichkeiten zu verringern. Ferner sollen Überdimensionierungen von Kühlkreis-Bauteilen und vor allem der Kühlleistung vermieden werden, die zum Ausgleich der beschriebenen Störeinflüsse bisher erfor­derlich sind.

[0006] Dies erreicht die Erfindung in überraschend vorteilhaf­ter Weise durch die Anwendung der Kennzeichen-Merkmale des Patentanspruches 1.

[0007] Dadurch wird das Befüllen des Kühlmantels und des Kühlers beschleunigt und der Restluft-Einschluß ver­ringert, weil das Kühlmittel von der Einfüllöffnung gleichwertig und rasch in den Kühlmantel und in den Kühler fließen und die Luft im Gegenstrom direkt aus­strömen kann, so daß durch die hohe Kühlmittel-Fließ­geschwindigkeit die Restluftblasen weitestgehend mitge­nommen werden und in den verschiedenen kühlmittelfüh­renden Leitungen und Hohlräumen des Kühlkreises nur geringe Restluft-Volumenteile verbleiben. Beim an­schließenden ersten Betrieb der Maschine werden die verbliebenen Restluftanteile aus dem Vorlauf-Hochpunkt über die aus diesem ausmündende Entlüftungsleitung rasch in den Luftabscheidebehälter gespült. Dabei wird bei einer motornahen Anordnung dieser Ausmündung durch den zum Kühler abfallenden Kühler-Vorlauf eine tiefliegende Kühler-Anordnung für stark abfallende PKW-Fronten begünstigt und eine zusätzliche Verringerung des in den Warmlauf einbezogenen Kühlmittel-Volumens und dadurch eine verkürzte Warmlaufzeit erreicht. Dies trifft in erhöhtem Maße gegenüber einem Anschluß der Entlüftungs­leitung am Hochpunkt des Kühler-Vorlaufwasserkastens zu, der dabei zumindest teilweise, bei Querstromkühlern sogar zusammen mit einem Teil des Kühlerfeldes, in den Warmlauf einbezogen ist.

[0008] Durch das temperatur-gesteuerte Entlüftungs-Ventil wird zugleich sowohl die Entlüftung und Entgasung als auch der Systemdruck-Aufbau über Temperatur und Drehzahl verbessert sowie der aufgrund von Brenngas-Leckagen überhöhte Kühlkreisdruck bei Abkühlphasen wieder abge­baut. Die dabei durch das Thermoventil bei niedriger Betriebstemperatur geöffnete Leitungsverbindung vom Luftabscheidebehälter zum Ausgleichsbehälter ermöglicht ferner einen sehr einfachen Entlüftungsvorgang nach dem Befüllen, wobei bei geschlossenem Verschlußdeckel durch stark wechselnde Motordrehzahl ein fortwährendes Kühl­mittel- und Restluft-Ausströmen zum Ausgleichsbehälter und Kühlmittel-Einströmen in den Luftabscheidebehälter erreicht wird. Dies ergibt sich aus dem Anstieg des Pumpen-Saugdruckes bei Drehzahlrückgang und dessen Abfall bei Drehzahlanstieg. In Verbindung mit einem Füllstands-Niveaugeber im Luftabscheidebehälter - gemäß Anspruch 7 und 8 - kann die fortschreitende Entlüftung durch den Aufleuchtbeginn einer zugeschalteten Anzeige­leuchte bei immer höherer Drehzahl verfolgt bzw. beur­teilt werden. Die auf den von der Kühlkreis-Elastizität, vor allem aus Schlauch-Länge und -Elastizität, von der Temperatur und von der Pumpendrehzahl abhängigen Druck­aufbau abgestimmte Schließ-Temperatur des Entlüftungs­Ventiles vermeidet einerseits unnötig hohe Kühlkreis­Überdruckwerte bei relativ geringen Kühlmittel-Tempera­turwerten und sichert andererseits einen dennoch aus­reichenden Abstand des Pumpensaugdruck-Verlaufes zum Verlauf der Pumpenkavitationsgrenze. Hohe Pumpenförder­leistung durch hohe Motordrehzahl im Schaltpunkt des Thermoventiles führt durch den dabei in Bezug auf den durchschnittlichen Kühlkreis-Überdruck stark abgesenk­ten, jedoch aufgrund des geöffneten Entlüftungs-Ventiles konstant atmosphärischen Pumpensaugdruck zu einem entsprechend höheren Ausgangsdruck für den Druckaufbau aus der Wärmedehnung des Kühlmittels beim weiteren Temperaturanstieg. Dadurch wird bei Betrieb mit relativ hohen Drehzahlen die Sicherheit gegen Pumpenkavitation zusätzlich erhöht.
Durch die Anordnung aller Steuerelemente im Verschluß­deckel wird einerseits ein kompakter, kosten- und gewichts-günstiger Aufbau und andererseits eine günstige Wartungs- und Reparaturmöglichkeit erreicht.

[0009] Die Merkmale des Anspruches 2 ermöglichen eine besonders gedrängte räumliche Zuordnung des Luftabscheidebehälters zum Kühler-Vorlauf und zum Füllstutzen, wodurch ein sehr geringer Bauraumbedarf erreicht wird.

[0010] Die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 beinhalten eine ähnlich raumsparende Anordnung mit einem weiter verrin­gerten Bauaufwand, da der Nebenstrom-Leitungsteil im Luftabscheidebehälter vollständig im Verschlußdeckel und gemäß Anspruch 4 im daran befestigten Einsatz ausgebil­det ist. Der Einsatz trennt dabei den Luftabscheidebe­hälter vom Kühler-Vorlauf und gibt dessen Verbindung bei abgenommenem Verschlußdeckel frei, so daß ein gleichzei­tiges rasches Befüllen und Entlüften des Motor-Kühlman­tels, des Kühlers und des Luftabscheidebehälters erfol­gen kann.

[0011] Die Merkmale des Anspruches 5 nutzen einen Schlauchan­schluß als Volumen-Erweiterung des Luftabscheidebehäl­ters, wodurch sich dessen Abmessungen und Bauaufwand verringern.

[0012] Die Zuordnung eines Kühlmittel-Niveaugebers zum Luft­abscheidebehälter gemäß Anspruch 6 ergibt eine sichere Füllstands-Überwachung des Überdruck-Kühlkreises und eine Warnanzeige bereits bei noch betriebssicher aus­reichendem Kühlmittel-Inhalt, weil die temperaturbe­dingte Volumenänderung des Kühlmittels eine Anzeige bei kaltem Kühlkreis schon dann auslöst, wenn das sich im Betrieb erwärmende Kühlmittel das Anzeige-Niveau wieder überschreitet und die Betriebs-Sicherheit gewährleistet. Zusätzlich bildet die Füllstands-Warnanzeige hierbei eine Überwachungsanzeige beim Entlüften des Kühlkreises nach einem Neu- oder Wieder-Befüllen. Das dabei mögliche Abpumpen der Restluft über den Ausgleichsbehälter zur Atmosphäre mittels der einfachen Maßnahme eines Betrie­bes der Maschine mit starkem Drehzahlwechsel bei offener Leitungsverbindung zwischen Luftabscheidebehälter und Ausgleichsbehälter ergibt nämlich mit fallendem Rest­luft-Volumen einen stetig zu höherer Drehzahl hin sich verschiebenden Aufleuchtbeginn einer üblichen Niveau-­Warnleuchte.

[0013] Die Ausbildung des Niveaugebers nach Anspruch 7 ermög­licht dessen Kombination mit den Ausbildungen nach den Ansprüchen 3 und 4 bei einteiliger oder getrennter Ausführung des Niveaugeber-Gehäuses zum Luftabscheide­behälter.

[0014] Die Merkmale des Anspruches 8 enthalten die grundsätz­liche Anordnung des Luftabscheidebehälters mit Füll­stutzen und Befülldeckel am Hochpunkt des Kühler-Vor­laufes im Verlauf der Entlüftungs-Nebenstromleitung, wodurch ein Großteil der Vorteile unabhängig von Anord­nung und Ausbildung der Überdruck-, Unterdruck- und Entlüftungs-Ventile nach Anspruch 1 erreicht wird, nämlich vorteilhaftes Befüllen und Entlüften sowie rascher Warmlauf. Die Ventile können dabei in jeder bekannten oder vorstehend vorgeschlagenen Ausbildung und Anordnung bzw. Verschaltung ausgewählt werden, nämlich am Luftabscheidebehälter, am Ausgleichsbehälter oder an beiden in Reihenschaltung, wobei bei den beiden letzt­genannten Anordnungen ein Ausgleichsbehälter mit Luft­ausdehnungs-Volumen erforderlich ist.

[0015] Anspruch 9 sieht die zusätzliche Ansteuerung eines Überdruckventiles vom Druck im Kühler-Vorlauf für die unmittelbare Begrenzung des den Kühler beaufschlagenden Druckwertes vor, da die Ventile bei allen Anordnungen nach Anspruch 8 im Kühler-Rücklauf wirksam sind.

[0016] Die Merkmale des Anspruches 10 sehen ein temperatur­gesteuertes Entlüftungs-Ventil vor, das in der Verbin­dungsleitung vom Luftabscheidebehälter zum Ausgleichs­behälter unabhängig von dessen Anordnung liegt. Abge­sehen von einem geringen zusätzlichen Bauaufwand und Gewicht ermöglicht diese Ausbildung alle übrigen Funk­tions-Vorteile der Merkmale nach Anspruch 1, insbeson­dere in Verbindung mit einem am Hochpunkt des Kühler-­Vorlaufes in bekannter Weise angeordneten zusätzlichen Befülldeckel.

[0017] Die Ausbildung des Entlüftungs-Ventiles nach Anspruch 11 weist einen besonders geringen Bauaufwand auf und ergibt einfachste Wartungs- und Reparatur-Möglichkeiten durch Prüfen und/oder Austauschen des Verschlußdeckels als Einheit. In der Kraftfahrzeugtechnik vielfach bewährte Einzelbauteile werden dabei angewendet. Die Zuordnung der Bauteile des Ventiles begünstigt auch dessen Funk­tion, da die Schnappfeder erst nach völligem Luftaus­schub von der Kühlmittel-Temperatur beaufschlagt wird, so daß die Entlüftung über das Erreichen der Schließ-­Schalt-Temperatur durch das Kühlmittel selbst hinaus begünstigt wird. Ein Schwimmer statt einer Schließfeder ist somit nur bei besonders schwierigen Entlüftungs-­Gegebenheiten erforderlich. Das geschlossene Entlüf­tungs-Ventil wird mit steigendem Kühlmitteldruck auch zunehmend in seiner Dichtfunktion begünstigt, weil die Thermo-Schnappfeder dabei mehr und mehr gegen den Dichtring gedrückt wird.

[0018] Diese Ventil-Ausbildung ist auch bei Kühlkreisen einer Bauart vorteilhaft anwendbar, die von derjenigen nach den Ansprüchen 1 und 10 abweicht, jedoch zumindest einen atmosphärischen Ausgleichsbehälter aufweist.

[0019] Die Merkmale des Anspruchs 12 begünstigen einerseits zusätzlich die Befüll- und die Betriebs-Entlüftung durch Ableiten der Restluft zum Luftabscheidebehälter, die beim Befüllen im Rücklauf-Wasserkasten von Querstrom­kühlern verbleibt bzw. die sich im Betrieb bevorzugt dort sammelt. Ein Durchlauf kalten Kühlmittels wird im normalen Warmlauf-Betrieb jedoch verhindert und so ein Einfluß auf die Warmlaufzeit vermieden. Andererseits werden durch das Öffnen des Entlüftungs-Ventiles nach dem Warmlauf bei einer über der Umgebungstemperatur liegenden Kühlmitteltemperatur von beispielsweise 60°C im Rücklauf-Wasserkasten sich darin bevorzugt sammelnde Brenngas-Leckagen sowie Restluft-Volumenteile sofort in den Luftabscheidebehälter abgeleitet. Aus diesem strömen sie bei offenem Überdruckventil über den Ausgleichsbe­hälter zur Atmosphäre ab, zumal der Überdruck im Kühl­kreis durch eindringende Brenngas-Leckagen die Öffnungs­werte des Überdruckventiles beschleunigt erreicht. Gegebenenfalls dennoch verbleibende Leckagen-Volumen­teile werden beim Abkühlen des Kühlkreises unter die Öffnungstemperatur des Entlüftungs-Ventiles nach den Ansprüchen 1 und 10 über den Ausgleichsbehälter abge­leitet und dabei zugleich der Kühlkreis ständig auf Atmosphärendruck gehalten solange die Schließ-Temperatur dieses temperatur-gesteuerten Entlüftungs-Ventiles unterschritten bleibt. Unterdruck im Kühlkreis und dadurch bedingtes Eindringen von Luft - z. B. über die Dichtung der Kühlmittelpumpe ist dabei zusätzlich ausgeschlossen.

[0020] Die Merkmale des Anspruches 13 enthalten eine funk­tionelle und baulich besonders vorteilhafte Ausbildung des Entlüftungs-/Entgasungs-Ventiles nach Anspruch 12 in Übereinstimmung mit dem Entlüftungs-Ventil nach Anspruch 11, abgesehen von der ausschließlichen Schwimmer-Anord­nung und der umgekehrten Temperatur-Steuerung mit Öffnen statt Schließen über der Schalt-Temperatur des Ventiles. Anstelle des Schwimmers ist auch eine übliche Schließ­feder und ein gesondertes Kugel- oder Schwengel-Entlüf­tungsventil anwendbar, wie dies in Kühlmittel-Thermo­stat-Ventilen üblich ist.

[0021] Die Merkmale des Anspruches 14 ermöglichen über dem mit der Pumpenförderleistung steigenden Überdruck im Vor­laufbereich eine gleichbleibende Vorlauf-Druckansteue­rung des Überdruck-Ventiles im Verschlußdeckel ohne diese dem notwendigen höchsten Überdruck-Öffnungswert des jeweiligen Anwendungsfalles gesondert anzupassen. Zugleich kann das Überdruck-Ventil für den Vor- und Rücklaufbereich mit dem gleichen Überdruck-Öffnungswert ausgeführt werden, was den Bauaufwand zusätzlich begün­stigt und die Ventil- bzw. Verschlußdeckel-Vielfalt für unterschiedliche Motoren- bzw. Fahrzeugbaumuster ver­meidet oder zumindest verringert.

[0022] Die nach Anspruch 15 vorgesehene Reihenzuschaltung eines weiteren Überdruckventiles hält den Kühlmitteldruck im Normal-Betrieb auch bei Brenngas-Leckagen-Einleitung in das Kühlmittel auf relativ geringem Niveau. Nur bei zugleich hoher Betriebslast und Umgebungstemperatur wird durch das temperaturabhängig zusätzlich zugeschaltete Überdruckventil auf den dann notwendigen höheren Kühl­mitteldruck umgeschaltet. Unnötige hohe Überdruck-Be­ lastungen des Kühlkreises aufgrund von Brenngas-Leckagen werden dadurch vermieden und zugleich ein weitgehendes laufendes Ableiten dieser Brenngas-Volumenteile aus dem Kühlkreis erreicht, wodurch zusätzlich deren schädliche Einwirkung auf die Kühlmittel-Zusätze verringert wird.

[0023] Der Anspruch 16 beinhaltet alternativ und/oder ergänzend zu der Ventilsteuerung der Leitungsverbindung vom Luftabscheidebehälter zum Ausgleichsbehälter nach den Ansprüchen 1 und 10 eine manuell betätigbare Entlüf­tungsvorrichtung, die ohne - bei Entlüftungs-Drehstel­lung des Verschlußdeckels - bzw. mit sehr geringem Bauaufwand - bei einer Entlüftungsschraube - über die Schalttemperatur eines Thermoventiles hinaus eine Kühlkreis-Entlüftung bei besonders schwierigen Bedin­gungen ermöglicht. Auch dabei begrenzt sich das Entlüf­tungs-Verfahren selbst auf einen Betrieb der Maschine mit stark wechselnder Drehzahl, ggf. mit kurzen Ab­schaltpausen, um eventuellen Luftblasen-Ansammlungen am Pumpeneintritt den Abzug zur Pumpen-Druckseite zu ermöglichen.

[0024] Die Merkmale des Anspruches 17 ermöglichen es in ein­facher und gegen Drucküberlastung des Ausgleichsbehäl­ters gesicherter Weise, den projektierten Betriebs-Über­druck des Kühlkreises auch dann zu gewährleisten, wenn bei Wartungs- und/oder Reparatur-Arbeiten der Kühlkreis bei einer derart hohen Kühlmittel-Temperatur verschlos­sen wird, daß der erforderliche Druckaufbau durch Wärmedehnung des Kühlmittels nicht mehr möglich ist. Dies trifft insbesondere in Verbindung mit der manuell bedienbaren Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 16 und schwierigen Entlüftungs-Bedingungen bei diesbezüglich ungünstig ausgebildeten Kühlkreisen zu. Ein zusätzlicher Bauaufwand für die vorgesehenen Konstruktions-Einzel­heiten läßt sich nach den Ausbildungs-Möglichkeiten gemäß den Ansprüchen 18 und 19 gegenüber bekannten Kühlkreisen vollständig vermeiden, da lediglich vorhan­dene bekannte Bauteile entsprechend zu bemessen sind, nämlich die Druckfestigkeit des Ausgleichsbehälters, die Befestigung des zugehörigen Befülldeckels und die Abmessungen des Anschlußstutzens für den zugehörigen Überlaufschlauch.

[0025] Durch die Merkmale des Anspruches 20 wird eine Fehlbe­dienung bei der Wartung des Kühlkreises weitestgehend dadurch ausgeschlossen, daß ein unbeabsichtigtes Ablas­sen des Kühlkreisüberdruckes durch versehentliches Öffnen des zugehörigen Verschlußdeckels anstelle des Befülldeckels für den atmosphärischen Ausgleichsbehälter ausgeschlossen ist. Der Verschlußdeckel ist hierbei erst dann zugänglich, wenn der für das Nachfüllen abzunehmen­de Befülldeckel geöffnet ist. Ein Abnehmen des Ver­schlußdeckels ist sodann für das Wartungspersonal insbesondere in Verbindung mit entsprechender üblicher Warn-Beschriftung des Verschlußdeckels mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit nicht mehr zu erwarten. Der Bauaufwand dieser Maßnahme umfaßt lediglich eine geringe Vergrößerung des Befülldeckels, der eine für das Motorraum-Styling günstige Form- und Farbgebung aufwei­sen kann.

[0026] Durch die Merkmale des Anspruches 21 wird insbesondere bei Fahrzeugen mit bereits vorhandener Heizkreis-Zu­satzpumpe mit dem geringen zusätzlichen Bauaufwand eines Umschaltventiles und dessen Steuerteilen der Aufbau eines den Überdruck-Öffnungswert des Überdruckventiles erreichenden Überdruckes beim Nachheizen des Kühlmittels nach dem Abstellen der Maschine aus hoher Betriebslast weitestgehend vermieden, der durch an Heißstellen des Kühlmantels örtlich überhöhtes Aufheizen des ruhenden Kühlmittels entstehen kann. An den Heißstellen dabei sich bildende Dampfblasen werden durch die von der Heizkreis-Zusatzpumpe erzeugte Kühlmittelströmung fortwährend weggespült und im übrigen Kühlmittel rasch wieder kondensiert. Auf diese Weise wird eine sonst auftretende Volumenzunahme des Kühlmittels im Kühlkreis minimiert, die einen der örtlichen Kühlmittel-Temperatur und dem zugehörigen Siededruck entsprechenden Überdruck im gesamten Kühlkreis bewirkt. Ein übermäßiges Austrei­ben von Kühlmittel durch das Überdruckventil in den Ausgleichsbehälter und nach dessen Überlaufen sogar ins Freie wird somit ausgeschlossen.

[0027] Aus zahlreichen Druckschriften zählen zwar kennzeich­nende Einzel-Merkmale der Patentansprüche 1 bis 21 bereits zum Stand der Technik. Eine gezielte Kombination derselben entsprechend den gattungsgemäßen mit den Kennzeichen-Merkmalen der Patentansprüche ist aus diesen Druckschriften jedoch weder angeregt noch ohne erfin­derische Tätigkeit ableitbar. Insbesondere wird auf die Wartungsanleitung 1984 zum PKW-Baumuster Nissan ZX-300 - ­Modellreihe Z 31 - Blätter LC-8/-13 und /18, die DE-PS 25 09 995 und 28 17 976, die DE-GM 1 931 736, die GB-PS 1 415 698, die EP-PS 0 101 339, sowie die US-PS 2,195,266, 3,047,235, 3,284,004, 4,167,159 und 4,489,883 hingewiesen.

[0028] In der Zeichnung sind bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Kühlkreis für Brennkraftmaschinen einschließlich Heizkreis für eine Fahr­zeuginnenraum-Heizung als Blockschalt­bild,

Fig. 2 den gemäß Fig. 1 angeordneten und ausgebildeten Füllstutzen mit Verschluß­deckel und Luftabscheidebehälter im Schnitt,

Fig. 3 den Hochpunkt des Rücklauf-Wasserkastens eines Querstromkühlers mit Entlüftungs­ventil gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ein Diagramm des temperaturabhängigen Druckverlaufes im Kühlkreis nach Fig. 1,

Fig. 5 - 10 eine Übersicht mehrerer erfindungsgemäßer Kühlkreis-Alternativen in schematischer Darstellung und

Fig. 11 einen Füllstutzen gemäß Fig. 1 in baulich vereinfachter und fertigungs­günstigerer Ausbildung im Schnitt.

[0029] Eine Brennkraftmaschine 1 enthält einen Kühlmantel 2 (Pfeil), in den das Kühlmittel durch eine Kühlmittel­pumpe 3 unter Druck gefördert wird. Am Austritt 4 des Kühlmantels 2 ist ein Kühler-Vorlauf 5 mit freiem Durchgang zu einem Querstromkühler 6 angeschlossen und mündet in dessen Vorlauf-Wasserkasten 7. Vom Kühler­Vorlauf 5 zweigt ein Kurzschluß 8 zu einem Mischthermo­stat 9 ab. Vom Rücklauf-Wasserkasten 10 führt eine Rücklaufleitung 11 aus dem Kühler 6 gleichfalls in das Thermostat 9. Eine Pumpen-Saugleitung 12 verbindet das Thermostat 9 mit der Saugseite 13 der Pumpe 3.

[0030] An einem möglichst motornahen Hochpunkt 5′ des Kühler-­Vorlaufes 5 ist eine Nebenstrom-Entlüftungsleitung 14 angeschlossen, die ungedrosselt in eine Vorlaufdruck-­ Steuerkammer 15 und über eine Drosselstelle 16 in den Bodenbereich eines Luftabscheidebehalters 17 mündet. Diese Einmündung ist zur Sicherung der Luftabscheidung von der Ausmündestelle der Nebenstrom-Entlüftungsleitung 14 aus dem Bodenbereich abgewendet, die zur Saugseite 13 der Pumpe 3 weiterführt. An der Unterseite des Luftab­scheidebehälters 17 ist ein elektrischer Niveaugeber 18 angeordnet, der in handelsüblicher Ausbildung bei einer funktions-gefährdenden Luft- und/oder Gas-Ansammlung im Luftabscheidebehälter 17 ein Warninstrument ansteuert.

[0031] Der Luftabscheidebehälter 17 umschließt den Bereich des Hochpunktes 5′ des Kühler-Vorlaufes 5 und den daran steigend angeschlossenen Bereich der Nebenstrom-Entlüf­tungsleitung 14 konzentrisch (Fig. 2). Dieser Bereich der Nebenstrom-Entlüftungsleitung 14 ist zugleich als Füllstutzen 19 ausgebildet und zu einem Teil innerhalb eines Verschlußdeckels 20 angeordnet. In Richtung des Entlüftungs-Nebenstroms sind dabei nacheinander der Füllstutzen 19, die Steuerkammer 15 und die Drossel­stelle 16 im Verschlußdeckel 20 sowie der Leitungsteil im Bodenbereich des Luftabscheidebehälters 17 durch­strömt. Im Verschlußdeckel 20 sind die üblichen Über- ­und Unterdruckventile 21 und 22 angeordnet, jedoch erfindungsgemäß wesentlich abgewandelt und funktionell weitergebildet.

[0032] Das Überdruckventil 21 ist einerseits über eine Lei­tungsverbindung 21′ zum Hochpunkt des Luftabscheide­behälters 17 vom Überdruck in diesem unmittelbar und andererseits mittels einer Steuermembrane 15′ vom Vorlauf-Überdruck in der Steuerkammer 15 mittelbar angesteuert und öffnet in beiden Fällen die Leitungs­verbindung 21′ aus dem Hochpunkt des Luftabscheidebe­hälters 17 zur Atmosphäre hin.

[0033] Das Unterdruckventil 22 ist in üblicher Weise im Ven­tilgehäuse des Überdruckventiles 21 eingebaut und zugleich als Temperatur- und alternativ zusätzlich schwimmer-gesteuertes Entlüftungs-Ventil ausgebildet (Fig. 2). Außer bei herrschendem Unterdruck im Luftab­scheidebehälter 17 schließt das Unterdruckventil 22 durch das Zusammenwirken einer Bimetall-Schnapp-Teller­feder 23 mit einer O-Ring-Dichtung einerseits und alternativ mit einer Feder 24 oder einem Schwimmer 24′ andererseits nur dann, wenn sowohl die Schalttemperatur der Bimetall-Feder 23 überschritten als auch der Luft­abscheidebehälter 17 entlüftet ist, denn die Bimetall-­Feder 23 wird stets erst beim Beaufschlagen durch Kühlmittel mit ausreichend hoher Temperatur in Schließ­lage geschaltet. Das Entlüften wird dadurch zusätzlich begünstigt. Ein Schwimmer öffnet zusätzlich das Entlüf­tungs-Ventil bei erneuter Luft-Anlage unabhängig von dessen Schaltzustand, solange keine Druckdifferenz anliegt und führt zu noch weiterer Rest-Entlüftung. Ein Überdruck im Luftabscheidebehälter hält die Bimetall-­Feder 23 aber auch bei Ansammeln von Luft und/oder Brenngas im Luftabscheidebehälter 17 in Schließstellung, wodurch während des Betriebes der Maschine 1 ein gefähr­licher Abfall des Kühlmittel-Druckes ausgeschlossen bleibt. Bei jedem Abkühlen und nächstfolgendem Kaltstart mit Warmlauf erfolgt jedoch andererseits ein voll­ständiges Entlüften des Luftabscheidebehälters 17 und damit des gesamten Kühlkreises. Die Bimetall-Feder 23 schließt darüberhinaus aufgrund ihrer Schalttemperatur (50°C in Fig. 4) den Kühlkreis erst bei einer Temperatur des aus dem Luftabscheidebehälter 17 durch das Unter­druckventil 21 verdrängten Kühlmittels, bei der der Aufbau des bei Leerlauf-Drehzahl und Abstellen der Maschine wirksamen statischen Systemdruckes SD durch weitere Wärmedehnung des Kühlmittels im Zusammenwirken mit der Elastizität des gesamten Kühlkreises, insbeson­ dere der Kühlmittel-Schlauchleitungen, einen im Bezug zur Pumpen-Kavitationsgrenze KG und zur Kühlmittel-­Siedegrenze SG ausreichenden Verlauf des bei Höchst­drehzahl niedrigstmöglichen Pumpensaugdruckes PD ergibt (Fig. 4). Im Zusammenwirken mit der aus der DE-OS 32 26 508 bekannten Bemessungsregel für das Überdruckventil 21 werden somit sowohl ein gefährlich niedriger Pumpensaug­druck PD als auch ein unnötig hoher Kühler-Vorlaufdruck VD ausgeschlossen.

[0034] An die Über- und Unterdruckventile 21 und 22 ist eine Leitungsverbindung 25 zur Atmosphäre über ein tempera­tur-gesteuertes weiteres Überdruckventil 26 zum Boden­bereich eines atmosphärischen Ausgleichs-, Vorrats- und Luftsperrbehälters 27 geführt. Dieses weitere Überdruck­ventil 26 enthält - wie das Unterdruckventil 22 - eine Bimetall-Schnapp-Tellerfeder 28, die mit einer O-Ring-­Dichtung zusammenwirkt und von einer den Überdruckwert bestimmenden Kegelfeder 29 gegen die Dichtung angedrückt wird. Das Gehäuse dieses Überdruckventiles 26 ist derart in thermischer Verbindung mit der Vorlaufleitung 5 und/oder dem Gehäuse des Luftabscheidebehälters 17 angeordnet, daß die dortige Temperatur des Kühlmittels die Bimetall-Feder 28 beaufschlagt. Deren Schalttem­peratur ist etwa der Obergrenze des Regeltemperatur-­Bereiches des Thermostats 9 entsprechend festgelegt, üblicherweise etwa 90 - 100°C. Die Summe der Überdruck­werte der Überdruckventile 21 und 26 kommt somit nur dann (Fig. 4) zur Wirkung, wenn der Thermostat-Regel­bereich überschritten wird, also nur dann, wenn zugleich hohe Umgebungstemperatur und hohe Motorlast auftreten. Auch durch Brenngas-Leckagen bei hoher Motorlast wird der Kühlkreis daher nicht unnötig mit überhöhtem System­druck SD, Vorlaufdruck VD und Pumpen-Saugdruck PD belastet, sondern die Brenngas-Leckagen werden fort­laufend durch das allein wirksame erste Überdruckventil 21 über den Ausgleichsbehälter 27 zur Atmosphäre ausge­schieden.

[0035] Der Ausgleichsbehälter 27 enthält zu einem Teil seines Volumens einen Kühlmittelvorrat 30 und zum übrigen Teil ein Ausdehnungsvolumen 31. Der Befülldeckel 32 des Ausgleichsbehälters 27 ist mit einer üblichen Rast­wulst-Befestigung ausgestattet, die jedoch erfindungs­gemäß derart abgestimmt ist, daß zugleich eine Über­druck-Ventil-Funktion durch Ablösen des Deckels 32 bei einem bestimmten Überdruck im Ausgleichsbehälter 27 erreicht wird. Zum Einbringen des Überdruckes von z. B. 1 bar in den Ausgleichsbehälter 27 und über das Unter­druckventil 22 auch in den gesamten Kühlkreis ist der Deckel 32 mit einem Schlauchstutzen 33 versehen, der sowohl einen Überlaufschlauch 34 trägt als auch nach dessen Abziehen für den Anschluß eines Reifenfüll-Ge­rätes bzw. einer Luftpumpe geeignet ist. Damit kann auf einfache kostengünstige Weise die Funktionssicherheit des Kühlkreises auch nach einem Verschließen desselben bei bereits bestehender Betriebstemperatur der Maschine gewährleistet werden, insbesondere nach einem langwie­rigen Entlüftungs-Vorgang oder nach einem reparaturbe­dingten Druck-Ablassen mit anschließendem Hochlast-Be­trieb bei hoher Umgebungstemperatur.

[0036] Am Hochpunkt 10′ des Rücklauf-Wasserkastens 10 des Querstromkühlers 6, der eine besonders wirksame Luft- ­und Leckgas-Sammelstelle bildet, ist über ein Entlüf­tungsventil 35 und eine Drosselstelle 36 eine weitere Entlüftungsleitung 37 zur Nebenstrom-Entlüftungsleitung 14 angeschlossen. Das Entlüftungsventil 35 besteht dabei wiederum aus einer Bimetall-Schnapp-Tellerfeder 38, die mit einer O-Ring-Dichtung zusammenwirkt und die von einem Schwimmer 39 in und außer Funktion gebracht wird, wenn Kühlmittel bzw. Luft oder Brenngas im Hochpunkt 10′ anliegt. Die Bimetall-Tellerfeder 38 weist eine Schalt­temperatur von etwa 60°C auf, so daß bei normaler Betriebstemperatur des Kühlkreises ein ständiger Entlüf­tungs- und Entgasungs-Nebenstrom zum Luftabscheidebe­hälter 17 besteht. Während des Maschinen-Warmlaufes ist dagegen das Entlüftungsventil 35 nach dem Abströmen von Luft oder Brenngas stets geschlossen, so daß der Warm­lauf der Maschine nicht durch eine Kühlwirkung dieses Entlüftungsstromes verlängert wird.

[0037] Über je eine Heizungs-Vor- und -Rücklaufleitung 40 bzw. 41 ist an den Kühlkreis eine Fahrzeug-Innenraum-Heizung mit je einem linken und rechten Heizungs-Wärmetauscher 42 bzw. 43 und je einem linken und rechten Heizungs-­Regelventil 44 bzw. 45 sowie einer elektrischen Hei­zungs-Zusatzpumpe 46 in üblicher Weise angeschlossen. Die Heizungs-Vorlaufleitung 40 zweigt dabei vom Kühler-­Vorlauf 5 ab und die Heizungs-Rücklaufleitung 41 mündet in das hochliegend angeordnete Thermostat 9. Zwischen der Heizungs-Zusatzpumpe 46 und den Regelventilen 44 und 45 ist ein Umschaltventil 47 angeordnet, das mittels einer nicht dargestellten elektrischen Steuerschaltung bei einem Abstellen der Maschine 1 mit hoher Betriebs­temperatur die Heizungs-Vorlaufleitung 40 in eine Zylinderkopf-Rücklaufleitung 48 umsteuert. Die dadurch bei abgestellter Maschine 1 erreichbare Kühlmittel-­Durchströmung des heißen Zylinderkopfes spült an Heiß­stellen entstehende Kühlmittel-Dampfblasen sofort weg und erreicht deren sofort anschließende Kondensation im weiteren Kühlmittelstrom, wodurch örtliche Dampfblasen-­Ansammlungen mit entsprechendem Druckaufbau im gesamten Kühlkreis sowie dadurch bedingtem Auswurf von Kühlmit­tel, im Extremfall sogar bis zum Überlaufen des Aus­gleichsbehälters 27, vermieden wird.

[0038] Die Figuren 5 bis 10 zeigen bei gleichem Grundprinzip unterschiedliche Zuordnungsmöglichkeiten der erfindungs­gemäßen Kühlkreis-Bauelemente.

[0039] In Fig. 5 sind die Anordnungen des Luftabscheidebehäl­ters 17 am Hochpunkt 5′ des Kühler-Vorlaufes 5, des atmosphärischen Ausgleichsbehälters 27 in getrennter Ausbildung und des Entlüftungs-Ventiles 35 am Rücklauf-­Wasserkasten 10 übereinstimmend mit den Fig. 1 bis 3 dargestellt.

[0040] In Fig. 6 ist dagegen der Kühler-Vorlauf 5 an ihrem Hochpunkt 5′ lediglich mit einem Füllstutzen 19 und einem ventillosen Verschlußdeckel 20′ ausgerustet. Der Luftabscheidebehälter 17 ist am Rücklauf-Wasserkasten 10 angebaut bzw. angeformt und mit dem Ausgleichsbehälter 27 zusammengefaßt. Dessen Befülldeckel 32 weist eine angeformte Abdeckung 32′ für den Verschlußdeckel 20 des Ausgleichsbehälters 27 auf, der eine Fehlbedienung beim Nachfüllen in den Ausgleichsbehälter 27 und damit einen Überdruckverlust bei betriebswarmem Kühlmittel weitest­gehend ausschließt.

[0041] In den Fig. 7 bis 10 sind der Luftabscheidebehälter 17 und der atmosphärische Ausgleichsbehälter 27 in Über­einstimmung mit Fig. 6 zusammengefaßt, jedoch unabhängig von Kühler 6 gesondert angeordnet. Dabei ist die Neben­strom-Entlüftungsleitung 14 in Fig. 7 am Hochpunkt 5′ des Kühler-Vorlaufes 5, in Fig. 8 am Hochpunkt des Vor­lauf-Wasserkastens 7 und in den Fig. 9 und 10 unmittel­bar an einem Hochpunkt des Kühlmantels 2 der Maschine 1 angeschlossen.

[0042] In den Fig. 9 und 10 ist ferner eine zusätzliche Be­füll-Leitung 19′ vom Kühler-Vorlauf 5 abgezweigt, die vom Verschlußdeckel 20 unmittelbar abgeschlossen ist. Dabei ist in Fig. 9 ein Füllstutzen 19 neben dem Luft­abscheidebehälter 17 angeordnet, während in Fig. 10 die Befüll-Leitung 19′ innerhalb des Luftabscheidebehälters 17 an den Verschlußdeckel 20 anschließt.

[0043] Die hydraulische Verschaltung der Funktionselemente ist in allen Ausführungen übereinstimmend mit den Fig. 1 bis 3.

[0044] In Fig. 11 sind im Gegensatz zu Fig. 2 der Kühler-Vor­lauf 5 einerseits sowie der Luftabscheidebehälter 17 und der Füllstutzen 19 andererseits nicht gleichachsig und konzentrisch zueinander sondern sich gegenseitig an­schneidend seitlich nebeneinander angeordnet. - Dabei kann der Füllstutzen 19 auch zentrisch innerhalb eines ringförmig verzweigten Teilbereiches des Kühler-Vorlau­fes 5 angeordnet sein, wobei der Einsatz 49 eine dann ebenfalls ringförmig umlaufende Verbindungsöffnung zwischen Füllstutzen 19 und Kühler-Vorlauf 5 ver­schließt. - Der Füllstutzen 19 mündet dadurch in beiden Fällen nach unten in den gleichachsigen Luftabscheide­behälter 17 und zur Seite hin in den Kühler-Vorlauf 5, so daß zum raschen Befüllen je eine große Verbindungs­öffnung 17′ und 5˝ bei abgenommenen Verschlußdeckel 20 zur Verfügung stehen. Der Verschlußdeckel 20 verschließt neben der Einfüll-Öffnung des Füllstutzens 19 auch die Verbindungsöffnungen 17′ und 5˝ gegeneinander. Hierzu schließt an die Unterseite des Verschlußdeckels 20 ein hohlzylindrischer Einsatz 49 dicht an und stützt sich mit seiner unteren Stirnseite über einen O-Dichtring 50 am oberen Rand des Luftabscheidebehälters 17 ab. Das Innere des Einsatzes 49 setzt den Luftabscheidebehälter 17 nach oben zur Unterseite des Verschlußdeckels 20 hin fort. Der Innenaufbau des Verschlußdeckels 20 stimmt zwar mit demjenigen nach Fig. 2 überein, jedoch ist dessen Vorlaufdruck-Steuerkammer 15 in umgekehrter Richtung von außen aus dem Hochpunkt 5′ des Kühler-Vor­laufes 5 radial-einwärts und axial-abwärts durch die entsprechende Drosselstelle 16 und einen daran an­schließenden Teil der Nebenstrom-Entlüftungsleitung 14 durchströmt, der im Einsatz 49 als koaxiales Rohr 51 einstückig ausgebildet ist. Die Unterseite des Ver­schlußdeckels 20 ist über radial verteilte Öffnungen 52 mit seinen innenliegenden Überdruck- und Unterdruck- ­Ventilen 21 und 22 (Fig. 2) verbunden, so daß stets Luft- und Gas-Ansammlungen zuerst durch die Ventilöff­nungen aus dem Hochpunkt des Luftabscheidebehälters 17 abströmen können. Dem Luftabscheidebehälter 17 ist an der Unterseite ein Schlauchanschlußstutzen 53 für einen Schlauch 54 mit relativ großem Querschnitt angeformt, die beide das Volumen des Luftabscheidebehälters 17 und damit auch seine Funktion zusätzlich erweitern und verbessern.

[0045] Über seitliche Anschlüsse 55 und 56 ist unten an den Luftabscheidebehälter 17 und oben an die Ventile 21 und 22 im Verschlußdeckel 20 eine Schwimmerkammer 57 eines elektrischen Kühlmittel-Niveaugebers 18 angeschlossen. Eine weitere Entlüftungsleitung 37, die vom Rücklauf-­Wasserkasten 10 des Querstromkühlers 6 ausgeht (Fig. 1 und 3) kann in einfacher Weise an die Schwimmerkammer 57 angeschlossen sein, da sich diese aufgrund seiner Anschlüsse ebenfalls als wirksames Entlüftungs- und Entgasungs-Volumen eignet. Neben der dargestellten Steck-Anschlüsse 55 und 56 ist auch eine einstückige Ausbildung mit dem Füllstutzen 19, dem Luftabscheide­behälter 17 und dem Kühler-Vorlauf-Teilstück (5) vor­teilhaft ausführbar.

[0046] Zum Schutz gegen Funktions-Störungen der Ventile 21 und 22 im Verschlußdeckel 20 sind an der Unterseite des Einsatzes 50 und im oberen Bereich der Schwimmerkammer 57 je ein Feinsieb 58 angeordnet, die ausschließlich von dem durch die Ventile 21 und 22 ein- und aus-strömenden Kühlmittel beaufschlagt sind und somit keiner unnötigen Schmutzbelastung aus umlaufendem Kühlmittel unterliegen.

[0047] Abweichend von der hydraulischen Schaltung gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 1 kann auch der Befülldeckel 32 (Fig. 1) des Ausgleichsbehälters 27 mit entsprechen­den Überdruck- und Unterdruck-Ventilen ausgestattet werden, die die Ventile 21 und 22 im Verschlußdeckel 20 des Füllstutzens 19 ersetzen oder zu diesen in Reihe liegen, so daß sich ein Überdruck-Ausgleichsbehälter mit Luftpolster ergibt. Die Wirkungsweise des Luftabscheide­behälters 17 mit verbessertem Befüllen und Entlüften sowie verkürztem Warmlauf des Maschinen-Kühlkreises wird dabei gleichfalls genutzt.

Ansprüche

1. Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeits­maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,
mit einem Luftabscheidebehälter (17), der in einer Nebenstrom-Entlüftungsleitung (14) von einem Hochpunkt (5′) im Kühler-Vorlauf (5 - den Maschinen-Kühlmantel (2) und den Kühler-Eintritts-­Wasserkasten (7) umfassend) zum Kühler-Rücklauf (11 - den Kühler-Austritts-Wasserkasten (10) und die Saugseite (13) einer Kühlmittelpumpe (3) am Maschi­nen-Kühlmantel-Eintritt umfassend) liegt, der an seinem Hochpunkt einen Füllstutzen (19) mit Einfüll-Öffnung und Verschlußdeckel (20) aufweist und
dessen Hochpunkt über je ein Überdruck- und Unter­druck-Ventil (21 und 22) im Verschlußdeckel (20) mit dem Bodenbereich eines atmosphärischen Aus­gleichsbehälters (27) leitungs-verbunden ist,
wobei mindestens ein Überdruck-Ventil (21) den Druck im Luftabscheidebehälter (17) und mittels einer Steuerleitung im Kühler-Vorlauf (5) begrenzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Luftabscheidebehälter (17) am Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufes (5) angeordnet ist,
daß der Füllstutzen (19) Verbindungs-Öffnungen zu den Hochpunkten sowohl des Kühler-Vorlaufes (5) als auch des Luftabscheidebehälters (17) aufweist,
daß der Verschlußdeckel (20) neben der Einfüll­öffnung des Füllstutzens (19) auch die Verbin­dungs-Öffnungen gegeneinander verschließt,
daß vom Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufes (5) zum bodennahen Bereich des Luftabscheidebehälters (17) eine gedrosselte Leitungsverbindung (Drossel 16) als Teil der Nebenstrom-Entlüftungsleitung (14) führt,
daß der Verschlußdeckel (20) eine unmittelbare Lei­tungs-Verbindung als Steuerleitung zwischen der Verbindungs-Öffnung von Füllstutzen (19) und Kühler-Vorlauf (5) einerseits und dem den Druck im Kühler-Vorlauf (5) begrenzenden Überdruck-Ventil (21) bzw. dessen Stellmotor (Steuermembran 15′) andererseits aufweist und
daß in der Leitungsverbindung vom Hochpunkt des Luftabscheidebehälters (17) zum Ausgleichsbehälter (27) ein temperatur-gesteuertes Entlüftungs-Ventil (Thermo-Schnappfeder 23) mit einer Schließ-Schalt-­Temperatur angeordnet ist, die unter der thermosta­tisch geregelten Normal-Betriebs-Temperatur des Kühlmittels liegt und ab der der wärmedehnungs-, elastizitäts- und pumpenbetriebs-bedingte Kühl­mittel-Druckverlauf an der Saugseite (13) der Kühlmittelpumpe (3) für deren kavitationsfreien Betrieb gewährleistet ist.

2. Kühlkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Füllstutzen (19) unmittelbar in einen Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufs (5) mündet,
daß der Luftabscheidebehälter (17) den Füllstutzen (19) konzentrisch umschließt sowie über deren Verbindungsöffnung dessen Hochpunkt an die Ventile (21 und 22) im Verschlußdeckel (20) angeschlossen ist und
daß der Kühler-Vorlauf (5) im Bereich der Einmün­dung des Füllstutzens (19) den Luftabscheidebe­hälter (17) durchdringt.

3. Kühlkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß Füllstutzen (19) und Kühler-Vorlauf (5) seit­lich leitungs-verbunden sind, sich anschneiden und/oder durchdringen,
daß der Luftabscheidebehälter (17) nach unten an den Füllstutzen (19) und an die Vorlaufleitung (5) anschließt,
daß im Verbindungs-, Anschneide- und/oder Durch­dringungsbereich von Füllstutzen (19) und Kühler-­Vorlauf (5) ein am Verschlußdeckel (20) und am Luftabscheidebehälter (17) dicht anschließender hohlzylindrischer Einsatz (49) angeordnet ist,
daß der Innenraum des Einsatzes (49) den Luftab­scheidebehälter (17) nach oben zur Unterseite des Verschlußdeckels (20) hin fortsetzt sowie über eine Öffnung (52) in der Unterseite des Verschlußdeckels (20) mit den Ventilen (21 und 22) im Verschluß­deckel (20) verbunden ist und
daß in den Innenraum des Einsatzes (49) die Entlüf­tungs-Nebenstromleitung (14) einmündet, die vom Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufs (5) über die ungedrosselte Leitungs-Verbindung als Steuerleitung in den Verschlußdeckel (20) einmündet und gedros­selt (Drossel 16) aus diesem an der Unterseite des Verschlußdeckels (20) in den Einsatz (49) bzw. in den Luftabscheidebehälter (17) ausmündet.

4. Kühlkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Einsatz (49) am Verschlußdeckel (20) befestigt ist und konzentrisch einen Entlüftungs­leitungs-Abschnitt (51) enthält, der an eine Aus­trittsöffnung (Drossel 16) des Verschlußdeckels (20) anschließt und mit dem Innenraum des Einsatzes (49) bzw. mit dem Luftabscheidebehälter (17) eine Luft-Rückstromsperre bildet.

5. Kühlkreis nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Luftabscheidebehälter (17) mit relativ großem Querschnitt in einem Schlauchanschlußstutzen (53) und einem daran anschließenden Schlauchab­schnitt (54) fortsetzt.

6. Kühlkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Luftabscheidebehälter (17) einen Kühlmit­tel-Niveaugeber (18) aufweist.

7. Kühlkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlmittel-Niveaugeber (18) eine vom Luftabscheidebehälter (17) getrennte Schwimmer­kammer (57) aufweist, die unten mit dem Luftab­scheidebehälter (17) und oben mit der Ventilkammer des Verschlußdeckels (20) leitungsverbunden ist.

8. Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeits­maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,
mit einem Füllstutzen (19) und einem Befülldeckel (20) in dessen Einfüll-Öffnung an einem Hochpunkt (5′) im Kühler-Vorlauf (5),
mit einem Ausgleichsbehälter (27) mit Befülldeckel (32), Ausdehnungs- und Vorrats-Volumen (30 und 31),
mit Über- und Unterdruck-Ventilen (21 und 22) in einem der Befülldeckel (20 und 32) und
mit einer Leitungs-Verbindung (25) vom Hochpunkt des Füllstutzens (19) zum Bodenbereich des Aus­gleichsbehälters (27),
dadurch gekennzeichnet,
daß am Füllstutzen (19) des Kühler-Vorlaufs (5) ein Luftabscheidebehälter (17) angeordnet ist, der in einer Entlüftungs-Nebenstromleitung (14) von einem Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufes (5) zum Kühler-Rücklauf (11) mit einer Querschnitts-Dros­selstelle (16) zwischen Kühler-Vorlauf (5) und Luftabscheidebehälter (17) liegt und dessen Hochpunkt an die Leitungs-Verbindung vom Füllstutzen (19) zum Bodenbereich des Ausgleichs­behälters (27) angeschlossen ist.

9. Kühlkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Überdruckventil (21) im Verschlußdeckel (20) über eine Steuerleitung vom Druck im Kühler-­Vorlauf (5) gesteuert ist.

10. Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeits­maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,
mit einem Luftabscheidebehälter (17), der in einer Nebenstrom-Entlüftungsleitung (14) von einem Hochpunkt (5′) im Kühler-Vorlauf (5) zum Kühler-Rücklauf (11) liegt, der an seinem Hochpunkt einen Füllstutzen (19) mit Einfüll-Öffnung und Verschlußdeckel (20) aufweist und
dessen Hochpunkt über je ein Überdruck- und Unter­druck-Ventil (21 und 22) im Verschlußdeckel (20) mit dem Bodenbereich eines atmosphärischen Aus­gleichsbehälters (27) leitungs-verbunden ist,
wobei die Entlüftungsleitung (14) vor der Einmün­dung in den Luftabscheidebehälter (17) eine Dros­selstelle (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in in der Leitungsverbindung (25) vom Hochpunkt des Luftabscheidebehälters (17) zum Ausgleichsbe­hälter (27) ein temperatur-gesteuertes Entlüf­ tungs-Ventil (23) mit einer Schließ-Schalt-Tempera­tur angeordnet ist, die unter der thermostatisch geregelten Normal-Betriebs-Temperatur des Kühl­mittels liegt und ab der der wärmedehnungs-, elastizitäts- und pumpenbetriebs-bedingte Kühl­mittel-Druckverlauf an der Saugseite (13) der Kühlmittelpumpe (3) für deren kavitationsfreien Betrieb gewährleistet ist.

11. Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeits­maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,
mit einem atmosphärischen Ausgleichsbehälter (27), der Überdruck-, Unterdruck- und Entlüftungs-Ven­tilen (21 und 22) zur Atmosphäre hin nachgeschaltet ist,
insbesondere Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das temperatur-gesteuerte Entlüftungs-Ventil (23) zugleich als Unterdruck-Ventil (22) im Ver­schlußdeckel (20) ausgebildet ist,
dessen Ventilkörper eine Thermo-Schnappfeder (23) bildet, mit einem Dichtring als Ventilsitz und -öffnung zusammenwirkt und durch eine Feder (24) und/oder einen Schwimmer (24′) zum Dichtring hin beaufschlagt ist,
wobei Feder (24) bzw. Schwimmer (24′), Ventilkörper (23) und Dichtring in dieser Reihenfolge gleich­achsig vertikal übereinander im Ventilkörper des Überdruck-Ventiles (21) mit einer zu dessen Ventil­öffnung parallel-angeordneten Ventilöffnung ange­ordnet sind.

12. Kühlkreis nach Anspruch 1, 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß in den Luftabscheidebehälter (17) eine weitere Entlüftungsleitung (37) einmündet,
die vom Hochpunkt (10′) des Kühler-Austritts-­Wasserkastens (10) ausgeht und am dortigen Anschluß mindestens ein einerseits luft-/gas- und anderer­seits temperatur-gesteuertes Entlüftungs-/Ent­gasungs-Ventil (35) aufweist,
das bei Luft- und/oder Gas-Anlage bzw. ab einer vorbestimmten Warmlauf-Temperatur des Kühlkreises öffnet.

13. Kühlkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Entlüftungs-/Entgasungs-Ventil (35) einen Schwimmer (39) als Schließorgan, eine Thermo-­Schnappfeder (38) als Ventilkörper und einen O-Dichtring als Ventilsitz und -öffnung in dieser Reihenfolge gleichachsig vertikal übereinander in einer Ventilkammer aufweist.

14. Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekenn­zeichnet,
daß der Anschluß der Steuerleitung (14) am Kühler-­Vorlauf (5) eine saugstrahlpumpen-artige Ausbildung derart aufweist, daß der bei ansteigender Maschi­nen-Drehzahl bzw. Kühlmittelpumpen-Förderleistung ansteigende Überdruck im Kühler-Vorlauf (5) gezielt verändert in die Steuerleitung (14) eingeleitet wird.

15. Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekenn­zeichnet,
daß zu dem (den) Überdruck-Ventil(en) (21) in der Leitungs-Verbindung (25) zwischen Luftabscheide­behälter (17) und Ausgleichsbehälter (27) ein weiteres temperatur-abhängig zuschaltendes Über­druck-Ventil (26) in Reihe liegt,
dessen Zuschalt-Temperatur über der thermostatisch geregelten Normal-Betriebs-Temperatur des Kühl­mittels liegt,
wobei die Überdruck-Ventile (21 und 26) derart abgestimmte Öffnungswerte aufweisen,
daß bei der Zuschalt-Temperatur des weiteren Überdruck-Ventiles (26) und zugleich höchster Maschinendrehzahl bzw. Pumpenförderleistung der Überdruck am Pumpeneintritt (13) zur Pumpen-Kavi­tationsgrenze einen ausreichenden Abstand abweist und
daß bei höchster projektierter Betriebs-Temperatur die vorstehende Bedingung durch den Additions-Öff­nungswert der Überdruck-Ventile (21 und 26) er­reicht wird sowie dieser Wert über dem Siededruck liegt, der nach dem Abstellen der Maschine (1) aus hoher Last der örtlich auftretenden höchsten projektierten Kühlmitteltemperatur entspricht.

16. Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekenn­zeichnet,
daß die Leitungsverbindung (25) zwischen Luftab­scheidebehälter (17) und Ausgleichsbehälter (27) eine manuell betätigbare Entlüftungs-Vorrichtung aufweist,
die in ihrer Entlüftungsstellung mittels einer Entlüftungsschraube oder einer Entlüftungs-Dreh­stellung des Verschlußdeckels (20) eines der Überdruck-, Unterdruck-, Entlüftungs- und/oder Thermo-Ventile (21, 22 und 23) bzw. eine zu diesen parallel liegende Entlüftungs-Öffnung öffnet.

17. Kühlkreis nach Anspruch 1, 10 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgleichsbehälter (27) über seinem Füll­standsbereich einen Anschluß (33) für eine vorüber­gehend auf den Kühlmittelpegel leitbare Druckgas-­Förderung aufweist, die eine Kühlmittel-Förderung durch die Leitungsverbindung (25) zum Luftabschei­debehälter (17) und durch die Unterdruck-, Ent­lüftungs- und/oder Thermo-Ventile (22, 23) bzw. die Entlüftungs-Öffnung in den Kühlkreis mit entspre­chendem Druckaufbau in diesem bewirkt.

18. Kühlkreis nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgleichsbehälter (17) bis etwa dem mittleren Kühlkreis-Betriebsdruck entsprechend druckfest ausgebildet ist und ein Überdruck-Sicher­heitsventil aufweist.

19. Kühlkreis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß der Befülldeckel (32) des Ausgleichsbehälters (27) als Überdruck-Sicherheitsventil ausgebildet ist,
wobei dessen Befestigung am Ausgleichsbehälter (27) auf sein Lösen bei überhöhtem Druckwert abgestimmt ist und
wobei als Anschluß für die Druckgas-Förderung ein Anschlußstutzen (33) für einen abziehbaren Über­laufschlauch (34) dient.

20. Kühlkreis nach Anspruch 1, 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Luftabscheidebehälter (17) und der Aus­gleichsbehälter (27) sowie deren Befülldeckel (20 und 32) jeweils unmittelbar nebeneinander ange­ordnet sind und
daß der Befülldeckel (32) des Ausgleichsbehälters (27) in seiner Schließlage denjenigen (20) des Luftabscheidebehälters (17) überdeckt.

21. Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeits­maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,
mit einem Heiz-Nebenkreis (40,41), der von einem hochliegenden Kühlmantel-Austritt abzweigt, eine elektrische Zusatzpumpe (46) und eine Heizvorrich­tung (42, 43) enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzpumpe (46) beim Heiß-Abstellen der Maschine (1) in Abhängigkeit von einer dabei bestehenden Kühlmittel- und/oder Bauteil-Mindest­temperatur einschaltbar ist,
daß ein dabei gleichfalls betätigtes Umschaltventil (47) das aus dem Kühlmantel (2) austretende Kühl­mittel statt in die Heizvorrichtung (42, 43) in den Kühlmantel (2) durch einen dem Austritt gegenüber­liegenden Eintritt zurücklenkt und
daß die Strömung des Kühlmittels durch den Kühl­mantel (2), insbesondere durch den Zylinderkopf-­Kühlmantel von Brennkraftmaschinen, derart bemessen ist, daß an Heißstellen eine dampfblasen-ablösende und -kondensierende Intensität gewährleistet ist.

Zeichnung