[0001] Die Erfindung betrifft einen Ausgleichsbehälter für die Kühlflüssigkeit einer flüssigkeitsgekühlten
Maschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
[0002] Aus der Praxis sind Ausgleichsbehälter für die Kühlflüssigkeit der eingangs genannten
Art bekannt, die der Aufnahme der expandierenden Kühlflüssigkeit dienen. Figur 1 zeigt
einen solchen bekannten Ausgleichsbehälter 10 in einer stark schematisierten Ansicht.
Der Ausgleichsbehälter 10 ist in der Regel so angebaut, dass er den höchsten Punkt
im Kühlsystem darstellt. Der Ausgleichsbehälter 10 weist einen im unteren Bereich
des Ausgleichsbehälters 10 angeordneten Zuflussanschluss und einen Abflussanschluss
zur Verbindung des Ausgleichsbehälters 10 mit dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine
auf (jeweils nicht dargestellt). Der Ausgleichsbehälter 10 verfügt ferner über einen
im oberen Bereich des Ausgleichsbehälters angeordneten Befüllstutzen 4, der zur Begrenzung
des Füllstandes eine von der Ausgleichsbehälterdecke 14 beabstandete Unterkante 9
aufweist. Ferner ist ein den Befüllstutzen 4 abdichtendes Ventil 5 vorgesehen, das
zur Sicherung des Kühlsystems gegen Überdruck dient und über das der Ausgleichsbehälter
10 mit dem Kühlmittel 1 befüllt werden kann. Die maximale Befüllung des Ausgleichsbehälters
10 entspricht üblicherweise einer Befüllung bei kaltem Motor mit Kühlmittel 1 bis
zur Unterkante 9 des Befüllstutzens 4, wie in Figur 1 gezeigt.
[0003] Im Betrieb stellt sich dann durch die Erwärmung und dadurch bedingte Ausdehnung des
Kühlmittels ein Vordruck im Luftvolumen 2 des Ausgleichsbehälters 10 ein. Über das
Ventil 5 im Ausgleichsbehälterverschlussdeckel erfolgt ein Druckausgleich im Kühlsystem.
Eine Erhöhung der Kühlmitteltemperatur führt zu einem Druckanstieg im Kühlsystem,
da sich das Kühlmittel ausdehnt. Dadurch steigt der Druck im Ausgleichsbehälter 10
an, worauf sich das Überdruckventil 5 im Verschlussdeckel öffnet und Luft und evtl.
auch Kühlmittel entweichen lässt. Bei Normalisierung der Kühlmitteltemperatur entsteht
ein Unterdruck im Kühlsystem. Kühlmittel wird aus dem Behälter 10 zurückgesaugt. Hierdurch
entsteht im Behälter 10 ebenfalls ein Unterdruck. Folglich öffnet sich das Unterdruckausgleichsventil
im Verschlussdeckel des Behälters 10. Luft strömt in den Behälter 10, bis ein Druckausgleich
erreicht ist. Mit dem Bezugszeichen 3 ist die Außenhaut bzw. Außenwandung des Ausgleichsbehälters
30 bezeichnet.
[0005] Herkömmliche Ausgleichsbehälter 10 haben bei maximaler Befüllung mit Kühlmittel 1
ein fest definiertes Luftvolumen 2. Wenn Brennkraftmaschinen mit unterschiedlichen
Kühlkreisläufen mit dem gleichen Ausgleichsbehälter 10 ausgestattet werden sollen,
hat dies die folgenden Nachteile zur Folge: In Kühlkreisläufen mit geringem Wärmeeintrag
stellt sich kein ausreichender Vordruck ein. In Kühlkreisläufen mit hohem Wärmeeintrag
wird dagegen der Vordruck über das Ventil 5 abgesteuert, bzw. es wird Kühlmittel ausgeworfen.
Diese Nachteile können durch Bereitstellung unterschiedlicher Ausgleichsbehälter vermieden
werden, die jeweils an die speziellen Kühlkreisläufe, in denen sie eingesetzt werden,
angepasst sind. Dadurch erhöhen sich jedoch die Variantenanzahl und damit die Entwicklungs-
und Bauteilekosten.
[0006] Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Ausgleichsbehälter bereitzustellen,
mit dem Nachteile herkömmlicher Ausgleichsbehälter vermieden werden können. Die Aufgabe
der Erfindung ist es insbesondere, einen Ausgleichsbehälter bereitzustellen, der besser
an die Anforderungen unterschiedlicher Kühlkreisläufe anpassbar ist. Der Erfindung
liegt ferner die Aufgabe einer kostensparenderen Gestaltung eines solchen Ausgleichsbehälters
zugrunde.
[0007] Diese Aufgaben werden durch einen Ausgleichsbehälter mit den Merkmalen des Hauptanspruchs
gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser
Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
[0008] Der erfindungsgemäße Ausgleichsbehälter für die Kühlflüssigkeit einer flüssigkeitsgekühlten
Maschine weist in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik mindestens einen im unteren
Bereich des Ausgleichsbehälters angeordneten Zuflussanschluss und einen Abflussanschluss
zur Verbindung des Ausgleichsbehälters mit einem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine
auf. Der Ausgleichsbehälter umfasst ferner einen im oberen Bereich des Ausgleichsbehälters
angeordneten Befüllstutzen, der zur Begrenzung des Füllstandes eine von einer Ausgleichsbehälterdecke
beabstandete Unterkante aufweist sowie mindestens ein den Befüllstutzen abdichtendes
Ventil zur Befüllung des Ausgleichsbehälters und zur Sicherung des Kühlsystems gegen
Überdruck. Die flüssigkeitsgekühlte Maschine kann insbesondere eine flüssigkeitsgekühlte
Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs sein. Eine hervorgehobenen Anwendung betrifft ein
maschinenbetriebenes Wasserfahrzeug oder ein Nutzfahrzeugs
[0009] Gemäß allgemeinen Gesichtspunkten der Erfindung werden die genannten Aufgaben dadurch
gelöst, dass ein bei einer maximalen Befüllung des Ausgleichsbehälters mit Kühlflüssigkeit
verbleibendes Luftvolumen im Ausgleichsbehälter einstellbar, d. h. variabel festlegbar,
ist.
[0010] Dies bietet den Vorteil, dass der Ausgleichsbehälter lediglich durch Veränderung
des verfügbaren Volumens für die Luft im Ausgleichsbehälter an unterschiedliche Anforderungen
verschiedener Kühlkreise angepasst werden kann.
[0011] In Kühlkreisläufen mit geringem Wärmeeintrag kann ein niedriges Luftvolumen eingestellt
werden, damit sich ein ausreichend hoher Vordruck aufbaut. In Kühlkreisläufen mit
hohem Wärmeeintrag kann dagegen ein hohes Luftvolumen eingestellt werden, damit sich
kein zu hoher Vordruck aufbaut bzw. damit kein Kühlmittel ausgeworfen wird.
[0012] Der Ausgleichsbehälter mit variablem Luftvolumen kann somit als einheitlich gleiches
Bauteil in Kühlkreisläufen eingesetzt werden, welche sich aufgrund ihrer Beschaffenheit,
insbesondere ihres Kühlmittelwärmeeintrags, unterscheiden. Ein besonderer Vorzug der
Erfindung ist somit die erhöhte Flexibilität bei der Vordruckeinstellung in den Kühlkreisläufen
und die Kostenersparnis durch Vereinheitlichung bzw. Variantenreduktion, da ein Bauteil
zum Einsatz in unterschiedlichen Kühlkreisläufen bzw. Kühlsystemen angepasst werden
kann.
[0013] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann zur Einstellbarkeit des
verbleibenden Luftvolumens im Ausgleichsbehälter mindestens eine Luftkammer, nachfolgend
auch als Lufttasche bezeichnet, vorgesehen sein, aufweisend eine im Innenraum des
Ausgleichsbehälters oberhalb der Unterkante des Befüllstutzens liegende Lufteintrittsöffnung,
welche mit einer zugeordneten Verschlusseinrichtung geöffnet und verschlossen werden
kann. Durch die Anordnung der Austrittsöffnung oberhalb der Untergrenze des Befüllstutzens
wird bei Befüllung des Ausgleichsbehälters mit Kühlflüssigkeit immer die gleiche Maximalbefüllung
sichergestellt.
[0014] Mit anderen Worten können zur Ausbildung eines veränderbaren Volumens für die Luft
oder allgemein eines Gases im Ausgleichsbehälter eine oder mehrere Lufttaschen vorgesehen
sein, die jeweils mit der zugeordneten Verschlusseinrichtung (Verschlussorgan) in
Fluidverbindung mit dem Basisgasvolumen des Ausgleichsbehälters gebracht werden können,
um das Gasvolumen im Ausgleichsbehälter zu erhöhen. In der Schließstellung des Verschlussorgans
ist die Lufttasche verschlossen, so dass das zur Verfügung stehende Gasvolumen nicht
erhöht ist.
[0015] Die mindestens eine Luftkammer kann innenseitig im oberen Bereich des Ausgleichsbehälters
angeordnet sein. Gemäß einer weiteren Variante kann die mindestens eine Luftkammer
auch außerhalb vom Ausgleichsbehälter angeordnet sein und über eine Schlauch- oder
Rohrleitung mit dem oberen Bereich des Ausgleichsbehälters verbunden sein. Diese Variante
bieten den Vorzug einer modularen Bauweise.
[0016] Zur Erhöhung der Flexibilität bei der Vordruckeinstellung in den Kühlkreisläufen
kann der Ausgleichsbehälter mindestens zwei Luftkammern aufweisen. Die Anzahl und
das Volumen der Luftkammern können in Abhängigkeit von der gewünschten Luftvolumenabstufung
festgelegt sein. Eine Möglichkeit der erfindungsmäßen Realisierung sieht vor, dass
das Innenvolumen der Luftkammern unterschiedlich groß ausgeführt ist. Das Innenvolumen
der Luftkammern kann jedoch auch gleich groß ausgeführt sein.
[0017] Die einer Luftkammer zugeordnete Verschlusseinrichtung kann als eine Verschlussschraube,
ein Verschlussdeckel oder eine Klappe ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine kostengünstige
Ausführungsvariante, um das verfügbare Volumen für die Luft im Ausgleichsbehälter
manuell einzustellen.
[0018] Gemäß einer weiteren Variante kann die Verschlusseinrichtung als Rückschlagventil,
als federbelastetes Ventil oder als pneumatisch oder elektrisch angesteuertes Ventil
ausgeführt sein. Die bietet den Vorteil, dass das Öffnen und Verschließen der Luftkammern
druckabhängig und/oder automatisiert, insbesondere im laufenden Betrieb des Kühlkreislaufes,
erfolgen kann.
[0019] Um ein Eintreten von Kühlflüssigkeit in die wenigstens eine Luftkammern zu verhindern,
ist es vorteilhaft, die Lufteintrittsöffnung der wenigstens einen Luftkammer so anzuordnen,
dass im Betrieb des Ausgleichsbehälters kein Kühlmittel in die wenigstens eine Luftkammer
eintreten kann, wenn diese geöffnet ist. Gemäß einer weiteren Variante ist hierzu
eine separate Kanalführung und/oder eine Spritzblende vorgesehen.
[0020] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug oder ein Schiff mit einem
Ausgleichsbehälter wie hierin offenbart.
[0021] Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung
sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung
werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1
- eine stark schematisierte Ansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten Ausgleichsbehälters;
- Figur 2
- eine stark schematisierte Ansicht eines Ausgleichsbehälters gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung; und
- Figur 3
- eine stark schematisierte Ansicht eines Ausgleichsbehälters gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
[0022] Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hierbei hinsichtlich
der Funktionsweise der Teile 1 bis 5 und 9 der Figuren 2 und 3 auf die diesbezügliche
Beschreibung der Figur 1 verwiesen.
[0023] Die Besonderheit der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausgleichsbehälter 20 und 30
liegt in den zusätzlich vorgesehen zwei Lufttaschen 6, die jeweils ein zugeordnetes
Verschlussorgan 7 aufweisen, mit dem jede Lufttasche 6 wahlweise geöffnet oder verschlossen
werden kann. Im geöffneten Zustand steht eine Lufttasche 6 in Fluidverbindung mit
dem Basisgasvolumen des Ausgleichsbehälters 20 bzw. 30. Jede der Lufttaschen 6 weist
eine Lufteintrittsöffnung 8 auf, die oberhalb der Unterkante 9 des Befüllstutzens
4 im oberen Innenbereich des Ausgleichsbehälters liegt und mit dem Verschlussorgan
7 verschlossen werden kann. Im geöffneten Zustand der Lufteintrittsöffnung 8 ist die
jeweilige Lufttasche mit dem oberen Innenraum des Ausgleichbehälters fluidisch verbunden,
so dass Luft aus dem Basisvolumen in die geöffnete Lufttasche 6 einströmen kann. In
einer konstruktiv einfachen Ausführungsvariante ist das Verschlussorgan 7 als eine
Verschlussschraube ausgeführt.
[0024] Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform zeigt den in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellten
im unteren Bereich des Ausgleichsbehälters 10 angeordneten und in diesen hineinragenden
Zuflussanschluss 11 und Abflussanschluss 12 zur Verbindung des Ausgleichsbehälters
10 mit dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine. Der Ausgleichsbehälter 30 umfasst
ferner, wie vorstehend bereits ausgeführt, einen im oberen Bereich des Ausgleichsbehälters
30 angeordneten Befüllstutzen 4, der zur Begrenzung des Füllstandes eine von der Ausgleichsbehälterdecke
14 beabstandete Unterkante 9 aufweist, sowie ein den Befüllstutzen 4 abdichtendes
Ventil 5, das zur Sicherung des Kühlsystems gegen Überdruck dient und über das der
Ausgleichsbehälter 30 mit dem Kühlmittel 1 befüllt werden kann. Unterhalb des Ventils
5 ist ein Überlaufrohr 16 angeordnet, über das bei Öffnen des Ventils 5 Kühlflüssigkeit
ausströmen kann. Im Ausgleichsbehälter 30 sind ferner ein Anschluss 15 für eine Niveausonde
zur Füllstandsmessung und ein Anschluss 17 für die Vordruckmessung vorgesehen.
[0025] Im unteren Innenbereich des Ausgleichbehälters 30 ist zur Verbesserung der Luftblasenabscheidung
ein Prallelement vorgesehen, das vorzugsweise als Trennwand 13 ausgebildet ist. Eine
derartige Trennwand hat die Funktion, die Strömungsrichtung der Flüssigkeit zu verändern
und die Fließstrecke des Kühlmittels im Ausgleichsbehälter zu erhöhen, um möglichst
viel Luft abzuscheiden.
[0026] Wie vorstehend bereit erwähnt, sind unterhalb der Ausgleichbehälterdecke 14 im oberen
Bereich des Ausgleichsbehälters 30 auf der dem Ventil 4 gegenüberliegenden Seite die
zwei Luftkammern 6 vorgesehen, deren Lufteintrittsöffnung 8 jeweils mit einer Verschlussschraube
7 verschlossen oder geöffnet werden kann. Der Schraubenkopf ragt hierbei aus der Oberseite
des Ausgleichbehälters 30 heraus und kann von außen betätigt werden. Durch Verstellen
der Verschlussschrauben 7 können die Luftkammern 6 geöffnet werden, um das im Innern
des Ausgleichbehälters verfügbare Volumen für die Luft im Ausgleichbehälter zu variieren
und an den vorliegenden Kühlkreislauf optimal anzupassen.
[0027] Nachfolgend wird beispielhaft ein Vorgehen beschrieben, um den Ausgleichsbehälter
durch Einstellen des verfügbaren Luftvolumens an einen Kühlkreislauf anzupassen, z.
B. im Rahmen der Installation des Ausgleichsbehälters 6 im Fahrzeug. Hierbei wird
zunächst das benötigte Luftvolumen abhängig von der Kühlmittelausdehnung, dem geforderten
Vordruck und dem Öffnungsdruck des Ventils 5 ermittelt. Das benötigte Luftvolumen
wird im Ausgleichsbehälter durch das Basisvolumen eingestellt, d. h., alle Lufttaschen
6 sind geschlossen, oder ggf. durch das Basisvolumen und die ermittelte Anzahl an
benötigten Lufttaschen 6, falls ein erhöhtes Luftvolumen ermittelt wurde.
[0028] Die benötigte Anzahl von Lufttaschen 6 wird dann ggf. mittels der Verschlussschraube
7 geöffnet, d. h. fluidisch mit dem Basisvolumen verbunden. Der Kühlkreislauf wird
dann zur Erstbefüllung mit Kühlmittel bis zur Unterkante 9 des Befüllstutzens 4 gefüllt.
Der Motor wird nachfolgend betrieben bis der Kühlkreislauf vollständig entlüftet ist,
um alle evtl. noch vorhanden Luftblasen aus dem Kühlkreislauf zu entfernen. Danach
wird bei kaltem Motor Kühlmittel nachgefüllt, wiederum bis zur Unterkante 9 des Befüllstutzens
4. Anschließend wird der Vordruck über den Anschluss 17 im realen Motorbetrieb gemessen,
um die Funktionsweise des Ausgleichsbehälters 30 zu überprüfen. Wenn sich ein zu hoher
Vordruck einstellt bzw. wenn es zu früh zum Abblasen über das Ventil 5 kommt, kann
eine weitere Lufttasche 6 geöffnet werden. Wenn sich ein zu niedriger Vordruck einstellt,
kann eine Lufttasche 6 geschlossen werden. Dies bietet den Vorteil, dass der Ausgleichsbehälter
30 lediglich durch Veränderung des verfügbaren Volumens für die Luft im Ausgleichsbehälter
an den speziellen Kühlkreislauf angepasst werden kann.
[0029] Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben
worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt
werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich
der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden,
ohne den zugehörigen Bereich zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die
offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele
umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere
beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche
unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste
[0030]
- 1
- Kühlmittel
- 2
- Luftvolumen
- 3
- Außenwandung
- 4
- Befüllstutzen
- 5
- Ventil
- 6
- Luftkammer
- 7
- Verschlusseinrichtung
- 8
- Lufteintrittsöffnung
- 9
- Unterkante
- 10
- Ausgleichsbehälter
- 11
- Zuflussanschluss
- 12
- Abflussanschluss
- 13
- Trennwand
- 14
- Ausgleichsbehälterdecke
- 15
- Anschluss für Niveausonde
- 16
- Überlaufrohr
- 17
- Anschluss für Vordruckmessung
- 20
- Ausgleichsbehälter
- 30
- Ausgleichsbehälter
1. Ausgleichsbehälter (20; 30) für die Kühlflüssigkeit einer flüssigkeitsgekühlten Maschine,
insbesondere einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, umfassend
mindestens einen im unteren Bereich des Ausgleichsbehälters (20; 30) angeordneten
Zuflussanschluss (11) und einen Abflussanschluss (12) zur Verbindung des Ausgleichsbehälters
(20; 30) mit einem Kühlkreislauf der Maschine;
einen im oberen Bereich des Ausgleichsbehälters angeordneten Befüllstutzen (4), der
zur Begrenzung des Füllstandes eine von einer Ausgleichsbehälterdecke (14) beabstandete
Unterkante (9) aufweist;
mindestens ein den Befüllstutzen (4) abdichtendes Ventil (5) zur Befüllung des Ausgleichsbehälters
(20; 30) und zur Sicherung des Kühlsystems gegen Überdruck;
dadurch gekennzeichnet,
dass ein bei einer maximalen Befüllung des Ausgleichsbehälters (20; 30) mit Kühlflüssigkeit
verbleibendes Luftvolumen (2) im Ausgleichsbehälter (20; 30) einstellbar ist.
2. Ausgleichsbehälter (20; 30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellbarkeit des verbleibenden Luftvolumens im Ausgleichsbehälter (20; 30)
mindestens eine Luftkammer (6) vorgesehen ist, aufweisend eine im Innenraum des Ausgleichsbehälters
(20; 30) oberhalb der Unterkante (9) des Befüllstutzens (5) liegende Lufteintrittsöffnung
(8), welche mit einer zugeordneten Verschlusseinrichtung (7) geöffnet und verschlossen
werden kann.
3. Ausgleichsbehälter (20; 30) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
(a) dass die mindestens eine Luftkammer (6) innenseitig im oberen Bereich des Ausgleichsbehälters
(20; 30) angeordnet ist; und/oder
(b) dass die mindestens eine Luftkammer außenhalb vom Ausgleichsbehälter angeordnet ist und
über eine Fluidleitung mit dem oberen Bereich des Ausgleichsbehälters verbunden ist.
4. Ausgleichsbehälter (20; 30) nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch mindestens zwei Luftkammern (6).
5. Ausgleichsbehälter (20; 30) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenvolumen der Luftkammern (6) gleich groß oder unterschiedlich groß ist.
6. Ausgleichsbehälter (20; 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusseinrichtung (7) als eine Verschlussschraube, ein Verschlussdeckel oder
eine Klappe ausgeführt ist.
7. Ausgleichsbehälter (20; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusseinrichtung (7) als Rückschlagventil, als federbelastetes Ventil oder
als pneumatisch oder elektrisch angesteuertes Ventil ausgeführt ist.
8. Ausgleichsbehälter (20; 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteintrittsöffnung (8) der wenigstens einen Luftkammer (6) so angeordnet ist,
dass im Betrieb des Ausgleichsbehälters (20; 30) kein Kühlmittel in die wenigstens
eine Luftkammer (6) eintreten kann, wenn diese geöffnet ist.
9. Nutzfahrzeug oder Schiff, mit einem Ausgleichsbehälter (20; 30) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche.