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(11) | EP 1 136 673 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Druckregelventil für Kühlsysteme |
| (57) Eine Druckregelventilanordnung (28) für das Kühlsystem einer flüssigkeitsgekühlten
Brennkraftmaschine ist im Einfülldeckel (25) eines Ausgleichsbehälters eingebaut.
Ein hutförmiges Verschlussglied (37) bedeckt eine von einem Innenflansch (34) umgebene
mittlere Öffnung (36) und steht durch eine vorbelastete Druckfeder (41) unter Federvorspannung.
Radial einwärts einer ringförmigen Grenzfläche zwischen dem Flansch (34) und dem Verschlussglied
(37) befindet sich eine mit dem Verschlussglied (37) derart verklebte elastische Dichtung
(42), dass sie zwischen dem Verschlussglied und dem Flansch (34) abdichtet. In diesem
Zustand wird die Dichtung (42) zusammengedrückt und reagiert so gegen den Flansch
(34) mit einer elastischen Reaktionslast, die wesentlich geringer ist als die Vorbelastung
von der Feder (41). Im Gebrauch wird durch einen Druckanstieg im Kühlsystem auf das
Verschlussglied (37) eine Last ausgeübt, die der Vorbelastung der Feder (41) entgegenwirkt,
so dass sich der Außenrandteil (39) bei einem vorbestimmten Druck von seiner Stoßstelle
mit dem Flansch (34) abhebt und Luft oder Dampf aus der Öffnung (36) entweichen kann.
Die reduzierte Reaktionslast der Dichtung gegen die Oberseite (35) verringert die
Neigung der Dichtung (42), auf der Flanschoberseite (35) haftenzubleiben. |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft Druckregelventilanordnungen für die Kühlsysteme von flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen. Solche Anordnungen sind normalerweise in einem Verschlussdeckel für einen Ausgleichsbehälter eingebaut. Bei modernen Kraftfahrzeugen befinden sich solche Ausgleichsbehälter in der Regel als separates Bauteil abseits des Wärmetauscher in einer bequem erreichbaren Stelle im Motorraum. Früher wurden solche Ausgleichsbehälter jedoch normalerweise als Kühleroberkasten ausgebildet, und deshalb werden solche Verschlussdeckel immer noch häufig als Kühlerdeckel bezeichnet.
[0002] Seit vielen Jahren beruhen Kühlerdeckel auf einer Ausführung, bei der eine federbelastete Scheibe eine Öffnung an der Basis eines Einfüllstutzens schließt, so dass sich die Scheibe bei einem vorbestimmten Druck gegen die Feder anhebt, um den Druck im Kühlsystem zu begrenzen. Eine Stützplatte für die Scheibe enthielt ein sogenanntes Unterdruckventil, um zu verhindern, dass der Druck erheblich unter Atmosphärendruck abfällt, wenn das Kühlsystem sich abkühlt. Ein Beispiel für einen solchen Deckel wird in der US 2,164,450 gezeigt.
[0003] Die Tendenz zu Motorräumen mit verringerter Höhe führte zu Querstromkühlern und separaten Ausgleichsbehältern, wie oben erwähnt. Solche Ausgleichsbehälter werden häufig aus Kunststoff hergestellt und erfordern in der Regel die Verwendung eines Verschlussdeckels mit Schraubgewinde, der das Druckregelventil als eine integrierte Anordnung enthält, d.h. eine Sitz-Öffnung im Einfüllstutzen des Ausgleichsbehälters ist hier nicht erforderlich. Ein Beispiel für einen solchen Aufbau wird in der GB 1 534 318 gezeigt.
[0004] Ein Problem bei solchen Ventilanordnungen besteht darin, dass es lange Betriebszeiträume geben kann, während derer der Druck im Kühlsystem auf den Öffnungs-Druck des Überdruckventils ansteigen kann, es aber keinen Grund gibt, dass sich die Dichtscheibe des Überdruckventils gegen die Federvorspannung von ihrem Sitz abhebt, weil die Temperatur nicht genug angestiegen ist oder kein Bedarf besteht, Gasblasen aus dem Kühlsystem abzulassen. Infolgedessen neigt die Dichtscheibe dazu, auf ihrem Sitz zu haften, und zu ihrem Anheben ist ein wesentlich höherer Druck erforderlich als ursprünglich durch die Federvorbelastung eingestellt worden war.
[0005] Die in der US 2,164,450 dargestellte ältere Deckelausführung war nicht mit diesem Problem behaftet. Folglich war es üblich, den Deckel abzunehmen, um den Kühlmittelstand zu überprüfen; also blieben die Scheibe und ihre Gegenfläche nicht über lange Zeiträume in Kontakt. Des weiteren konnten geringfügige Verbrennungsgasmengen durch unzulängliche Abdichtung der Zylinderkopfdichtungen in das Kühlsystem entweichen und wurden durch den Verschlussdeckel des Kühlsystems abgelassen.
[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung bereitzustellen, bei der die Tendenz des Ventils zu klemmen und erst bei erhöhtem Überdruck zu reagieren, wesentlich reduziert ist.
[0008] Die Form der Dichtung kann derart sein, dass sich die Kraft der Dichtung gegen das Verschlussglied und das Gehäuse mit steigendem Druck im Kühlsystem erhöht.
[0009] Die elastische Dichtung kann entweder vom Verschlussglied oder vom Gehäuse getragen werden und kann eine radial nach innen gerichtete Lippe zur Abdichtung, je nachdem, gegen das Gehäuse bzw. das Verschlussglied aufweisen.
[0010] Das Verschlussglied kann so angeordnet sein, dass es an einer ringförmigen Grenzfläche direkt an die ringförmige Stoßstelle anstößt, wobei sich die Dichtung dann radial einwärts der ringförmigen Grenzfläche befinden kann.
[0011] Die Dichtung kann von dem Verschlussglied getragen werden und zum Beispiel damit verklebt sein.
[0012] Das Verschlussglied kann hutförmig sein und einen zylindrischen Teil und einen Außenrandteil aufweisen, wobei sich die Dichtung an der Innenseite des zylindrischen Teils am Schnittpunkt mit dem Außenrandteil befindet. Hierbei kann dann das Verschlussglied am Schnittpunkt des zylindrischen Teils und des Außenrandteils einen nach außen aufgeweiteten Teil aufweisen. Die Dichtung kann auch einen dreieckigen Querschnitt aufweisen.
[0013] Die Federvorspannung kann zweckmäßigerweise durch eine zwischen dem Gehäuse und dem Verschlussglied wirkende Druckfeder bereitgestellt werden.
[0014] Das Verschlussglied kann als Unterdruckventil ein Rückschlagventil enthalten, um das Kühlsystem zu belüften. Solch ein Rückschlagventil kann ein pilzförmiges Ventilglied mit einem sich durch eine Öffnung im Verschlussglied erstreckenden Schaft und einem Kopf, der gegen das Verschlussglied abdichten kann, umfassen. Wenn die Dichtung von dem Verschlussglied getragen wird, kann die Dichtung radial nach innen verlängert sein, um eine Dichtung für das Ventilglied bereitzustellen.
[0015] Die Dichtung kann durch eine getrennte Stützscheibe gestützt werden, die lose im Gehäuse angeordnet ist. Eine solche Dichtung kann einen rauten- oder rhombusförmigen Querschnitt aufweisen und sich in einer V-Nut am Innenumfangsrand der Stützscheibe befinden. Als Alternative kann eine solche Dichtung nach innen gerichtete Lippen sowohl an ihrer Ober- als auch an ihrer Unterseite aufweisen, wo sie gegen das Verschlussglied und das Gehäuse abdichtet.
[0016] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Druckregelventilanodnung in einem Verschlussdeckel eingebaut sein.
[0017] Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigt:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung des Kühlsystems einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, das eine erfindungsgemäße Druckregelventilanordnung enthält;
- Figur 2
- einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Druckregelventilanordnung, die in einem Verschlussdeckel eines in Figur 1 gezeigten Ausgleichsbehälters angeordnet ist;
- Figur 3
- einen vergrößerten Querschnitt eines Teils der in Figur 2 gezeigten Druckregelventilanordnung;
- Figur 4
- eine ähnliche Ansicht wie Figur 3, die eine erste Modifikation zeigt;
- Figur 5
- eine ähnliche Ansicht wie Figur 3, die eine zweite Modifikation zeigt;
- Figur 6
- eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Figur 5; und
- Figur 7
- eine ähnliche Ansicht wie Figur 6, die eine weitere Modifikation zeigt.
[0018] Gemäß Figur 1 enthält eine Brennkraftmaschine 11 eine Pumpe 12, die flüssiges Kühlmittel (zum Beispiel ein Gemisch aus Wasser und Gefrierschutzmittel) durch den Motor und eine Vorlaufleitung 13 zu einen Wärmetauscher in Form eines herkömmlichen luftgekühlten Kühlers 14 pumpt. Vom Kühler 14 strömt das Kühlmittel zur Pumpe 12 durch eine Rücklaufleitung 15 und eine Pumpenvorlaufleitung 16. Ein Thermostat- und Bypass-Ventil 17 steuert die Strömung in Rücklaufleitung 15 und in eine Bypassleitung 18 derart, dass ein Großteil der Kühlmittelströmung vom Motor 11 durch die Bypassleitung 18 verläuft und durch den Kühler 14 keine Strömung verläuft, bis das Kühlmittel höhere Temperaturen erreicht.
[0019] Ein Ausgleichsbehälter 21 weist eine mit der Vorlaufleitung 13 verbundene Versorgungsleitung 22 und eine mit der Pumpenvorlaufleitung 16 verbundene Rücklaufleitung 23 auf. Der Ausgleichsbehälter 21 weist einen Einfüllstutzen 24 auf, der durch einen Verschluss oder einen Einfülldeckel 25 verschlossen ist, welcher eine in Figur 2 ausführlich gezeigte Druckregelventilanordnung 26 enthält. Des weiteren ist ein Heizkörper 19 zur Heizung des Fahrzeuginnenraums zwischen der Vorlaufleitung 13 und der Pumpenvorlaufleitung 16 vorgesehen.
[0020] Gemäß Figur 2 enthält der Einfülldeckel 25 einen Verschlussteil 27 mit einem Innengewinde 28 zum Eingriff mit einem entsprechenden Schraubgewinde am Ausgleichsbehälter 21 und ein Ventilteil 29, das über einen ringförmigen Ansatz 31 an dem Verschlussteil 27 befestigt ist, zum Beispiel durch Rotationsschweißen oder eine Schnapp-Verbindung. Dichtungen 32 und 33 sind zur Abdichtung gegen den Innenraum des Einfüllstutzens 24 vorgesehen. Der Verschlussteil 27 und das Ventilteil 29 bilden ein Gehäuse für die Druckregelventilanordnung 26.
[0021] Das Ventilteil 29 weist einen Innenflansch 34 auf, der an einer Oberseite 35 eine die mittlere Öffnung 36 umgebende ringförmige Stoßstelle bildet. Die Öffnung 36 wird von einem hutförmigen Verschlussglied 37 mit einem zylindrischen Teil 38 und einem Außenrandteil 39 bedeckt. Das Verschlussglied 37 steht durch eine vorbelastete Druckfeder 41 so unter Federvorspannung, dass es an einer ringförmigen Grenzfläche an der Oberseite 35 direkt an den Flansch 34 anstößt. Radial einwärts dieser ringförmigen Grenzfläche befindet sich eine elastische Dichtung 42 aus Gummi oder Kunstgummi, die mit dem Verschlussglied 37 so verklebt ist, dass sie zwischen dem Verschlussglied und dem Flansch 34 abdichtet. In diesem Zustand wird die Dichtung 42 zusammengedrückt, so dass sie gegen den Flansch 34 mit einer elastischen Reaktionslast reagiert, die wesentlich geringer ist als die Vorbelastung von der Feder 41.
[0022] Dies ist in Figur 3 besser zu sehen, in der die zusammengedrückte Form der Dichtung in durchgezogener Linie und der freie Zustand bei 42A gestrichelt gezeigt wird.
[0023] Es sei darauf hingewiesen, dass die Dichtung 42 einen allgemein dreieckigen Querschnitt aufweist, während sie sich entlang der Innenfläche des zylindrischen Verschlussgliedteils 38 und in eine einen allgemein dreieckigen Querschnitt aufweisende Aussparung erstreckt, die durch die Oberseite 35 des Flansches und einen nach außen aufgeweiteten Teil an der Grenzfläche des zylindrischen Teils und des Außenrandteils begrenzt wird.
[0024] Des weiteren enthält das Verschlussglied 37 ein Rückschlagventil 45, das ein Ventilglied 46 mit pilzförmigem Kopf aufweist, das gegen die Unterseite des Verschlussglieds 37 federbelastet ist und eine Dichtung 47 zum Schließen einer Öffnung 48 enthält.
[0025] Im Gebrauch zirkuliert flüssiges Kühlmittel über die Versorgungs- und Rücklaufleitung 22 und 23 durch den Ausgleichsbehälter 21. Nach einem Kaltstart wird die Luft über dem Stand des flüssigen Kühlmittels erwärmt, und es erfolgt ein Druckanstieg im Kühlsystem. Dadurch wird auf das Verschlussglied 37 eine Kraft ausgeübt, die der Vorbelastung der Feder 41 entgegenwirkt, so dass sich der Außenrandteil 39 bei einem vorbestimmten Druck von seiner Stoßstelle mit dem Flansch 34 abhebt und Luft oder Dampf über radiale Durchgänge 51 im Verschlussteil 27 und im Ventilglied 29 durch die Öffnung 36 in die Atmosphäre entweichen kann. Somit ist der Maximaldruck im Kühlsystem begrenzt und kann nicht wesentlich über die durch die Vorspannung der Feder 41 eingestellte Höhe ansteigen. Es versteht sich, dass, wenn das Verschlussglied 37 an der Flanschoberseite 35 aufliegt, hierdurch ein direkter Lastweg für die Federvorspannung zwischen dem Verschlussglied und dem Flansch 34 derart bereitgestellt wird, dass die Dichtung bis zu einem Ausmaß zusammengedrückt wird, wo ihre Reaktionskraft gegen das Verschlussglied und die Flanschoberseite 35 wesentlich geringer ist als die Vorspannung durch die Feder 41. Dies bedeutet, dass die Dichtung 42 nicht so sehr dazu neigt, an der Flanschoberseite 35 haftenzubleiben, da jegliche Haftreibung oder Losbrechkraft tendenziell mit der normalen stationären Druckkraft in Verbindung steht.
[0026] Die Form der Dichtung 42 ist derart, dass sich die Kraft der Dichtung gegen die Flanschoberseite 35 mit steigendem Druck im Kühlsystem erhöht, da die Dichtung in zusammengedrücktem Zustand einen radial nach innen gerichteten Wulst 42B bildet (Figur 3). Des weiteren ist die Form derart, dass die Oberfläche der Dichtung 42 dazu neigt, von der Flanschoberseite 35 abgezogen zu werden, wenn sich das Verschlussglied 37 unter Kühlsystemdruck von dem Flansch 34 wegbewegt, wobei auch dies dazu dient, ein Haftenbleiben zu verhindern. Darüber hinaus könnte die Dichtung 42 auch tendenziell an der Flanschoberseite 35 reiben und dies kann auch dazu beitragen, die miteinander in Eingriff stehenden Flächen der Grenzfläche sauber zu halten und weiterhin ein Haftenbleiben zu verhindern.
[0027] Bei Abstellen des Motors 11 und Abkühlen des Kühlsystems wirkt das Rückschlagventil 45 als herkömmliches Unterdruckventil, um zu verhindern, dass der Druck im Kühlsystem deutlich unter Atmosphärendruck abfällt.
[0028] Bei der in Figur 4 gezeigten ersten Modifikation sind Teile, die mit den in den Figuren 2 und 3 gezeigten identisch sind oder diesen ähneln, mit der gleichen Bezugszahl plus 100 versehen. Bei dieser Modifikation weist die Dichtung 142 eine radial nach innen gerichtete Lippe 142A auf, wenn sie unbelastet ist. Diese bildet einen Teil einer kappenförmigen Membran 149 aus einem elastomeren Material, das mit der Unterseite des Verschlussglieds 137 verklebt ist. Bei dieser Modifikation dient die Membran 149 auch als Dichtung für das Ventilglied 146 des Rückschlagventils 145.
[0029] Bei der in den Figuren 5 und 6 gezeigten zweiten Modifikation sind Teile, die mit den in den Figuren 2 und 3 gezeigten identisch sind oder diesen ähneln, mit der gleichen Bezugszahl plus 200 versehen. Bei dieser Modifikation wird die Dichtung 242 durch eine getrennte Scheibe 251 aus Metall oder einem relativ harten Kunststoffmaterial gestützt. Die Scheibe 251 ist durch Rippen 252 im Ventilglied 229 lose angeordnet. Figur 6 zeigt die Dichtung 242 im unbelasteten Zustand, in dem sie erkennbar einen rauten- oder rhombusförmigen Querschnitt aufweist und in einer V-Nut am Innenumfangsrand der Stützscheibe 251 angeordnet ist. Solche Scheiben und Dichtungen sind im Handel als vollständige Einheit erhältlich und sind allgemein als Dowty (RTM)-Washers bekannt.
[0030] Figur 7 zeigt bei 242A einen alternativen Querschnitt für die Dichtung 242, welche sowohl an ihrer Ober- als auch an ihrer Unterseite nach innen gerichtete Lippen 242B aufweist. Die Scheibe 251A weist eine alternative Nut mit U-förmigem Querschnitt für die Dichtung 242A auf.
[0031] Anstatt von dem Verschlussglied 37, 137 könnte die Dichtung 42, 142 auch von dem Flansch 34, 134 getragen werden. In der Flanschoberseite 35 könnte beispielsweise eine ringförmige Aussparung zur Aufnahme eines elastomeren O-Rings oder einer Lippendichtung, der bzw. die die benachbarte Fläche des Außenrandteils 39 des Verschlussglieds berührt, ausgebildet sein.
1. Druckregelventilanordnung (26) für das Kühlsystem einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine
(11), bestehend aus einem eine Öffnung (36) definierendes Gehäuse, einen die Öffnung
(36) umgebenden Flansch (34) im Gehäuse, einem Verschlussglied (37), das die Öffnung
(36) verschließt und durch Druck im Kühlsystem gegen eine Federvorspannung (Feder
41) im Gehäuse beweglich ist, und aus einer elastischen Dichtung (42), die zur Abdichtung
zwischen dem Verschlussglied und dem Gehäuse so angeordnet ist, dass ein vorbestimmter
Druck im Kühlsystem ein Abheben des Verschlussglieds gegen die Federspannung von dem
Flansch bewirkt und eine Entlüftung des Kühlsystems durch die Öffnung (36) und an
der elastischen Dichtung (42) vorbei gestattet, wobei ein direkter Kraftverlauf für
die Federvorspannung zwischen dem Verschlussglied (37) und dem ringförmigen Flansch
(34) besteht, so dass die Dichtung zusammengedrückt wird, um gegen das Verschlussglied
(37) und das Gehäuse mit einer elastischen Reaktionskraft zu reagieren, die wesentlich
geringer ist als die Kraft der Federvorspannung.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Dichtung (42) derart ist, dass sich die Anpresskraft der Dichtung (42)
gegen das Verschlussglied (37) und das Gehäuse mit steigendem Druck im Kühlsystem
erhöht.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Dichtung (42) entweder vom Verschlussglied (37) oder vom Gehäuse getragen
wird.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (42) eine radial nach innen gerichtete Lippe zur Abdichtung entweder
gegen das Gehäuse oder das Verschlussglied (37) aufweist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussglied (37) so angeordnet ist, dass es an einer ringförmigen Grenzfläche
direkt an den ringförmigen Flansch (34) anstößt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dichtung (42) radial einwärts der ringförmigen Grenzfläche befindet.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (42) von dem Verschlussglied (37) getragen wird und mit ihm verklebt
ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussglied hutförmig ist und einen zylindrischen Teil (38) und einen Außenrandteil
(39) aufweist, wobei sich die Dichtung (42) an der Innenseite des zylindrischen Teils
(38) am Schnittpunkt mit dem Außenrandteil (39) befindet.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussglied (37) am Schnittpunkt des zylindrischen Teils (38) und des Außenrandteils
(39) einen nach außen aufgeweiteten Teil aufweist.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (42) einen dreieckigen Querschnitt aufweist.
11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorspannung durch eine zwischen dem Gehäuse und dem Verschlussglied (37)
wirkende Druckfeder (41) bereitgestellt wird.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussglied (37) ein Rückschlagventil (45) enthält, um eine Strömung von
der Umgebung in das Kühlsystem zu gestatten.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (45) ein pilzförmiges Ventilglied (46) mit einem sich durch
eine Öffnung (48) im Verschlussglied (37) erstreckenden Schaft und einem Kopf, der
gegen das Verschlussglied (37) abdichten kann, umfasst.
14. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (42) radial nach innen verlängert ist, um eine Dichtung für das Ventilglied
(46) bereitzustellen.
15. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (242) durch eine getrennte Stützscheibe (251) gestützt wird, die lose
im Gehäuse angeordnet ist.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (242) einen rauten- oder rhombusförmigen Querschnitt aufweist und sich
in einer V-Nut am Innenumfangsrand der Stützscheibe (251) befindet.
17. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (26) in einen Einfülldeckel (25) eingebaut ist.