Verschlussdeckel für die Füllöffnung eines Kühlmittelbehälters in Kfz-Kühlanlagen

Abstract

 Bei einem Verschlußdeckel für die Füllöffnung (12) eines Kühlmittelbehälters (10) in Kfz-Kühlanlagen umfassend ein in die Füllöffnung (12) eingreifendes Deckelgehäuse (16, 24) mit einem den zu verschließenden Behälterraum mit der Außenluft verbindenden Kanal und ein Ventil (82, 84, 86, 88, 90, 98) zum Absperren desselben mit einer Ventilmem­bran (86), die mit einer Dichtfläche (84) unter der Kraft einer in Richtung der Kanalachse wirkenden und sich an einer gehäusefesten Fläche (92) abstützenden Feder (90) an einem den Kanal umgebenden Ventilsitz (82) anliegt und von diesem durch Überdruck in dem Behälterraum gegen die Federkraft abhebbar ist, ist der Ventilsitz (82) an einer in dem Deckelgehäuse (26) axial gegen die Kraft der Feder (90) verstellbaren Hülse (46) ausgebildet, die mit einer der Feder (90) abgewandten, mindestens annähernd achsnormalen Fläche (76) an einen Druckraum (116) angrenzt, der in der Schließstellung des Verschlußdeckels (14) gegen­über der Außenluft und dem Behälterraum abgeschlossen und mit der Saugseite einer das Kühlmittel in der Kühlanlage umwälzenden Kühlmittelpumpe verbindbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Verschlußdeckel für die Füll­öffnung eines Kühlmittelbehälters in Kfz-Kühlanlagen um­fassend ein in die Füllöffnung eingreifendes Deckelgehäuse mit einem den zu verschließenden Behälterraum mit der Außenluft verbindenden Kanal und ein Ventil zum Absperren desselben mit einer Ventilmembran, die mit einer Dichtflä­che unter der Kraft einer in Richtung der Kanalachse wir­kenden und sich an einer gehäusefesten Fläche abstützenden Feder an einem den Kanal umgebenden Ventilsitz anliegt und von diesem durch Überdruck in dem Behälterraum gegen die Federkraft abhebbar ist.

[0002] Durch die Wahl der Federvorspannung wird der Druckwert ein­gestellt, bei dem das Ventil öffnet, um einen in der Kühl­anlage herrschenden Überdruck bis auf einen vorgegebenen Wert abzubauen und damit ein Platzen des Kühlers infolge Überdrucks zu verhindern. Beim Start des Fahrzeuges wird auch eine das Kühlmittel in der Kühlanlage umwälzende Kühlmittelpumpe in Betrieb gesetzt, durch die innerhalb der Kühlanlage eine Druckdifferenz zwischen Saugseite und Druckseite der Kühlmittelpumpe entsteht. Auf der Saugseite der Kühlmittelpumpe vermindert sich der Innendruck des Kühlers um einen bestimmten Betrag. Um genau diesen Be­trag wächst damit die Druckdifferenz, die zu überwinden ist, bis das Sicherheitsventil im Verschlußdeckel infolge des Überdrucks öffnet. Liegt beispielsweise der Druck­schwellwert, bei dem das Ventil öffnet, bei einem Über­druck von 1,2 Bar und vermindert sich der Druck auf der Saugseite beim Anlaufen der Kühlmittelpumpe um 0,6 Bar, so ist bei laufendem Motor eine Druckdifferenz von 1,8 Bar zu überwinden, bis das Ventil im Verschlußdeckel öffnet.

[0003] Im Betrieb heizt sich nun das Kühlmittel auf, wodurch sich der Druck im Kühlsystem erhöht. Aufgrund der vergrößerten Druckdifferenz an der Saugseite der Kühlmittelpumpe, in deren Nähe auch der Verschlußdeckel liegt, kann der Druck auf einen Wert steigen, der über dem Öffnungsdruck oder Druckschwellwert liegt, bei dem das Ventil im Verschluß­deckel bei stillstehender Kühlmittelpumpe öffnen würde. Wird in diesem Zustand der Motor abgestellt und damit auch die Kühlmittelpumpe stillgesetzt, entfällt augenblicklich die Druckminderung an der Saugseite der Kühlmittelpumpe. Der Druck in dem Kühlsystem liegt über dem Öffnungsdruck des Ventils des Verschlußdeckels, so daß dieses schlagar­tig öffnet. Dadurch kann es nicht nur zu Kühlmittelver­lusten, sondern auch zu Verletzungen von Personen durch schlagartig austretendes heißes Kühlmittel oder Kühlmittel­dampf kommen.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verschluß­deckel der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Druckdifferenz bis zum Erreichen des Öffnungsdruckes des Ventiles des Verschlußdeckels unabhängig davon ist, ob die Kühlmittelpumpe arbeitet oder nicht.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilsitz an einer in dem Deckelgehäuse axial gegen die Kraft der Feder verstellbaren Hülse ausgebildet ist, die mit einer der Feder abgewandten, mindestens annähernd achs­normalen Fläche an einen Druckraum angrenzt, der in der Schließstellung des Verschlußdeckels gegenüber der Außen­luft und dem Behälterraum abgeschlossenen und mit der Saug­seite einer das Kühlmittel in der Kühlanlage umwälzenden Kühlmittelpumpe verbindbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird bei arbeitender Kühl­mittelpumpe in dem Druckraum gegenüber dem Zustand bei stillstehender Kühlmittelpumpe ein Unterdruck erzeugt, wo­durch die Hülse in Richtung der auf die Ventilmembran einwirkenden Ventilfeder verstellt wird. Da sich dabei die Ventilfeder entspannt, öffnet sie nun bei einem - absolut betrachtet - geringeren Überdruck. Durch den einstellbaren Stellweg der Hülse, kann die Änderung des Öffnungsdruckes oder Schwellwertes gerade so gewählt werden, daß sie der durch das Einschalten der Kühlmittelpumpe an der Saugseite derselben bewirkten Druckminderung entspricht. Wird die Kühlmittelpumpe abgestellt, so herrscht in dem Druckraum wieder der Ausgangsdruck. Die den Ventilsitz tragende Hülse und damit auch die Ventilfeder werden wieder in ihre der stillstehenden Kühlmittelpumpe entsprechende Ausgangsstel­lung verstellt. Die Öffnung des Ventiles erfolgt somit sowohl bei stillstehender als auch bei laufender Antriebs­maschine unabhängig von der durch die Kühlmittelpumpe be­wirkten Druckänderung jeweils bei derselben Drucksteigerung in dem Kühlmittelbehälter. Eine schlagartige Öffnung des Ventils nach dem Abstellen der Kühlmittelpumpe kann nicht mehr auftreten.

[0006] Die Führung der Hülse in dem Deckelgehäuse muß so ausge­bildet sein, daß zwischen der Hülse und dem sie umgebenden Gehäuseabschnitt kein Druckausgleich zwischen dem Behälter­innenraum und der Außenluft stattfinden kann. Dies läßt sich auf einfache und wirksame Weise dadurch erreichen, daß zwischen der Hülse und dem sie umgebenden Gehäuseab­schnitt eine die Hülsenbewegung ermöglichende Dichtmembran angeordnet ist.

[0007] Um die Einstellung definierter Schwellwerte zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, wenn der Stellweg der Hülse durch gehäu­sefeste Axialanschläge begrenzt ist.

[0008] Die Abdichtung des Druckraumes läßt sich auf konstruktiv einfache Weise dadurch erreichen, daß der Druckraum als die Hülse umgebender Ringraum ausgebildet ist, der mindestens teilweise von einem entgegen der Federkraft dehnbaren Balg eingeschlossen ist. Dadurch ist eine Abdichtung von gegen­einander verschiebbaren Teile nicht erforderlich.

[0009] Der Anschluß des Druckraumes an die Saugseite der Kühlmit­telpumpe kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß der Druckraum eine zur Umfangsfläche des Deckelgehäuses hin of­fene Anschlußöffnung aufweist und daß axial beiderseits desselben an der Umfangsfläche des Deckelgehäuses Dichtringe angeordnet sind, die zur Anlage an eine die Füllöffnung be­grenzenden Wand bestimmt sind, wobei an dieser Wand ein mit der Saugseite der Kühlmittelpumpe verbindbarer Anschlußkanal mündet. Wird der Verschlußdeckel somit in die Füllöffnung eingesetzt, wird automatisch die Verbindung zwischen der Saugseite der Kühlmittelpumpe und dem Druckraum hergestellt.

[0010] Bei Ausbildung des Verschlußdeckels als Schraubdeckel ist es zweckmäßig, wenn der Deckel aus einem mit einem Außengewin­destutzen versehenen ersten Gehäuseteil und einem mit die­sem frei drehbar verbundenen zweiten Gehäuseteil besteht, welches das Ventil aufnimmt und die Dichtringe trägt. Wird dieser Verschlußdeckel in die Füllöffnung eingesetzt, so läßt sich das erste Gehäuseteil einschrauben, ohne daß dabei das die Dichtringe tragende zweite Gehäuseteil gedreht wird. Es wird lediglich beim Einschrauben des ersten Gehäuseteils axial verschoben.

[0011] Die folgende Beschreibung erläutert in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung die Erfindung anhand eines Ausführungs­beispiels. Es zeigt:

Fig. 1 einen die Deckelachse enthaltenden Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Verschlußdeckel, der in die Füllöffnung eines schematisch an­gedeuteten Ausgleichsgefäßes eines Kraftfahr­zeugkühlers eingeschraubt ist, wobei die Dar­stellung dem Fahrbetrieb entspricht, und

Fig. 2 einen der Figur 1 entsprechenden Teilschnitt, welcher den Verschlußdeckel bei stillstehen­dem Fahrzeug zeigt.

[0012] In Figur 1 ist mit 10 ein Ausgleichsbehälter eines Kraft­fahrzeugkühlers bezeichnet, in dessen Einfüllstutzen 12 ein allgemein mit 14 bezeichneter Verschlußdeckel einge­schraubt ist. Dieser umfaßt ein erstes Deckelteil 16 mit einem Griffteil 18 und einem Außengewindestutzen 20, der in einem Innengewindeabschnitt 22 der Einfüllöffnung 12 ein­geschraubt ist.

[0013] Mit dem ersten Deckelteil 16 ist ein zweites Deckelteil 24 verbunden. Dieses weist ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 26 auf, das an seinem dem ersten Deckelteil 16 zuge­wandten Ende mit einem ringförmigen Ansatz 28 versehen ist, der in einen rohrförmigen Ansatz 30 des ersten Deckelteiles 16 eingreift und mit einer radial nach außen gerichteten Ringklaue 32 eine radial nach innen gerichtete Ringklaue 34 des rohrförmigen Ansatzes 30 hintergreift, wobei der An­satz 28 aufgrund der an den Ringklauen 32 und 34 ausgebilde­ten Schrägflächen 36 bzw. 38 in den Rohransatz 30 eingeklipst werden kann. Damit ist das zweite Deckelteil 24 frei drehbar an dem ersten Deckelteil 16 gehalten. Wird der Verschlußdek­ kel 14 in die Füllöffnung 12 eingesetzt, so legen sich Dicht­ringe 40, die in axial beabstandeten Nuten 42 an der Außen­umfangsfläche des Gehäuses 26 liegen, an die Innenumfangs­fläche 44 der Einfüllöffnung 12 an. Die freie Drehbarkeit zwischen den beiden Deckelteilen 16 und 24 erlaubt es, das erste Deckelteil 16 einzuschrauben, ohne daß sich das zwei­te Deckelteil 24 mitdreht, was zu einem höheren Verschleiß der Dichtringe 40 führen würde.

[0014] In dem Gehäuse 26 ist eine Hülse 46 axial verschiebbar ge­halten. Diese umfaßt einen dem ersten Deckelteil 16 zuge­wandten durchmessergrößeren Abschnitt 48 und einen dem In­nenraum des Ausgleichsbehälters 10 zugewandten durchmesser­kleineren Abschnitt 50. Der Zwischenraum zwischen der Hülse 46 und dem Gehäuse 26 wird durch eine ringförmige Dichtmem­bran 52 abgedichtet, die mit ihrem inneren wulstförmigen Rand 54 in eine Nut 56 der Hülse 46 eingreift und mit ihrem äußeren wulstförmigen Rand 58 zwischen einer Schulter 60 an dem Gehäuse 26 und einem in diesen eingreifenden Stützring 62 eingeklemmt ist. Der Stützring 62 trägt ferner einen sich ra­dial nach innen erstreckenden ringförmigen Balg 64, der zu­sammen mit dem Stützring 62 einen abgeschlossenen Ringraum bildet, welcher nur über eine den Stützring 62 durchsetzen­de Bohrung66 zugänglich ist. Der Stützring 62 und der Balg 64 werden durch ein Verschlußteil 68 gehalten, das in das dem Innenraum des Druckausgleichsbehälters 10 zugekehrte freie Ende des Gehäuses 26 eingesetzt und durch eine eine Ringklaue an dem Verschlußteil 68 sowie eine Ringklaue 72 an dem Ge­häuse 26 umfassende Klipsverbindung gesichert ist. Mit seiner dem Verschlußteil 68 abgewandten Ringfläche 74 liegt der Balg 64 an einer achsnormalen Ringfläche 76 der Hülse an.

[0015] Die Hülse 46 weist an dem freien Ende des durchmesserkleineren Abschnittes 50 einen radial nach außen weisenden Flansch 78 auf, der in eine Ringnut 80 des Verschlußteiles 68 eingreift, deren axiale Ausdehnung größer als die axiale Ausdehnung des Flansches 78 ist. Dadurch kann sich die Hülse 46 bei einer Ausdehnung des Balges 64 zwischen der in Figur 1 dargestell­ten Stellung und der in Figur 2 dargestellten Stellung axial verschieben.

[0016] Der dem ersten Deckelteil 16 zugekehrte Rand des Hülsenab­schnittes 48 ist als Ventilsitz 82 für eine Ringdichtung 84 ausgebildet, die zwischen einer ersten Stahlmembran 86 und einer zweiten Stahlmembran 88 eingespannt ist. Die erste Stahlmembran 86 wird durch eine Schraubendruckfeder 90 gegen den Ventilsitz 82 vorgespannt, wobei sich die Schraubendruck­feder 90 einerseits in einer topfförmigen Vertiefung 92 in dem Deckel 94 des Gehäuses 26 und andererseits in einer topf­förmigen Vertiefung der ersten Membran 86 abstützt. Die zwei­te Membran 88 wird durch eine Schraubendruckfeder 98 gegen die der Hülse 46 zugekehrte Fläche der Ringdichtung 84 gespannt, wobei sich diese Schraubendruckfeder 98 einerseits an der Membran 88 und andererseits an einer Innenschulter 100 der Hülse 46 abstützt. Die Membranen 86 und 88 und der zwischen ihnen eingeschlossene Dichtring 84 bilden in Verbindung mit den Federn 90 und 98 ein Ventil, das sowohl bei Überdruck als auch bei Unterdruck in dem Ausgleichsbehälter 10 öffnen kann, wobei die Öffnungsschwellwerte durch die jeweilige Fe­derkraft und Federvorspannung vorgegeben sind. Bei einer Öff­nung des Ventils aufgrund eines Überdruckes hebt die Ring­dichtung 84 von dem Ventilsitz 82 ab, so daß ein Druckaus­gleich durch die Hülse 46 und Öffnungen 102 in der Gehäuse­deckfläche 94 hindurch in den Deckelraum 104 erfolgen kann, der über einen oder mehrere Spalte 106 in dem ringförmigen Ansatz 28 und eine Entlüftungsöffnung 108 in dem Ausgleichs­behälter 10 mit der Außenluft in Verbindung steht.

[0017] Bei Unterdruck hebt die Membran 88 von der Ringdichtung 84 ab, so daß ein Druckausgleich zwischen diesen beiden Teilen und eine zentrale Öffnung 109 in der Membran 86 hindurch er­folgen kann.

[0018] Der zwischen den Dichtringen 40 liegende Wandabschnitt der Füllöffnung 12 besitzt einen gegenüber dem Außenumfang des Deckelgehäuses 26 größeren Durchmesser, so daß dadurch ein Ringraum 110 gebildet ist, der über einen radialen Anschluß­kanal 112 mit einem Anschlußstutzen 114 in Verbindung steht. Gleichzeitig ist dieser Ringraum 110 über eine Bohrung 115 in dem Deckelgehäuse 26 und die mit der Bohrung 114 fluch­tende Bohrung 66 mit dem Innenraum 116 des Balges 64 verbun­den. Der Anschlußstutzen 114 wird mit der Saugseite der das Kühlmedium in der Kraftfahrzeug-Kühlanlage umwälzenden Kühl­mittelpumpe verbunden. Bei stillstehendem Motor des Kraft­fahrzeuges, wobei auch die Kühlmittelpumpe stillsteht, herrscht in dem Ausgleichsbehälter 10 und in dem Ringraum 116 des Bal­ges 64 zumindest annähernd derselbe Druck. Die Hülse 46 be­findet sich in ihrer in Figur 2 dargestellten Stellung. Bei einem in dem Ausgleichsbehälter auftretenden Überdruck öff­net das Ventil somit bei Überschreiten des durch die Vorspan­nung der Feder 90 in dieser Stellung vorgegebenen Schwell­wertes. Wird der Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges angelassen und damit auch die Kühlmittelpumpe in Betrieb gesetzt, wird an deren Saugseite der Kühlmitteldruck vermindert. Durch die Verbindung des Innenraums 116 des Balges 64 mit der Saugseite der Kühlmittelpumpe, zieht sich durch den verminderten Druck der Balg zusammen, wodurch die Hülse 46 durch die Kraft der Feder 90 nach unten in die Stellung der Fig. 1 verschoben wird. Dadurch wird die Feder 90 entspannt und damit der Überdruck­schwellwert herabgesetzt, so daß die Druckdifferenz, um die der Druck im Kühlmittelbehälter bis zum Öffnen des Ventils steigen muß, bei stillstehender und bei arbeitender Kühlmit­telpumpe gleich groß ist.

Ansprüche

1. Verschlußdeckel für die Füllöffnung (12) eines Kühlmit­telbehälters (10) in Kfz-Kühlanlagen umfassend ein in die Füllöffnung (12) eingreifendes Deckelgehäuse (16, 24) mit einem den zu verschließenden Behälterraum mit der Außenluft verbindenden Kanal und ein Ventil (82, 84, 86, 88, 90, 98) zum Absperren desselben mit einer Ventilmem­bran (86), die mit einer Dichtfläche (84) unter der Kraft einer in Richtung der Kanalachse wirkenden und sich an einer gehäusefesten Fläche (92) abstützenden Fe­der (90) an einem den Kanal umgebenden Ventilsitz (82) anliegt und von diesem durch Überdruck in dem Behälter­raum gegen die Federkraft abhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (82) an einer in dem Deckelgehäuse (26) axial gegen die Kraft der Feder (90) verstellbaren Hülse (46) ausgebildet ist, die mit einer der Feder (90) abgewandten, mindestens an­nähernd achsnormalen Fläche (76) an einen Druckraum (116) angrenzt, der in der Schließstellung des Verschlußdeckels (14) gegenüber der Außenluft und dem Behälterraum abge­schlossen und mit der Saugseite einer das Kühlmittel in der Kühlanlage umwälzenden Kühlmittelpumpe verbindbar ist.

2. Verschlußdeckel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß zwischen der Hülse (46) und dem sie umgebenden Gehäuseabschnitt (26) eine die Hülsenbewegung ermöglichende Dichtmembran (52) angeordnet ist.

3. Verschlußdeckel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Stellweg der Hülse (46) durch gehäusefeste Axialanschläge begrenzt ist.

4. Verschlußdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (116) als die Hülse (46) umgebener Ringraum ausgebildet ist, der mindestens teilweise von einem entgegen der Federkraft dehnbaren Balg (64) eingeschlossen ist.

5. Verschlußdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (116) eine zur Umfangsfläche des Deckelgehäuses (26) hin offene Anschlußöffnung (66, 114) aufweist, und daß axial beider­seits derselben an der Umfangsfläche des Deckelgehäuses (26) Dichtringe (40) angeordnet sind, die zur Anlage an einer die Füllöffnung (12) begrenzenden Wand (44) bestimmt sind, wobei an dieser Wand (44) ein mit der Saugseite der Kühlmittelpumpe verbindbarer Anschlußkanal (112) mündet.

6. Verschlußdeckel nach Anspruch 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß er als Schraubdeckel ausgebildet ist und ein mit einem Außengewindestutzen (20) versehenes erstes Gehäuseteil (16) und ein mit diesem frei drehbar verbundenes zweites Gehäuseteil (24) umfaßt, welches das Ventil (82, 84, 86, 88, 90, 98) aufnimmt und die Dicht­ringe (40) trägt.

Zeichnung