Die Erfindung betrifft einen Ausgleichsbehälter für die Kühlflüssigkeit einer flüssigkeitsgekühlten Maschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Praxis sind Ausgleichsbehälter für die Kühlflüssigkeit der eingangs genannten Art bekannt, die der Aufnahme der expandierenden Kühlflüssigkeit dienen.
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.
Weitere aus dem Stand der Technik bekannte Ausgleichsbehälter sind beispielsweise aus der
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.
Aus der Offenlegungsschrift
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
Zur Einstellbarkeit des verbleibenden Luftvolumens ist im Ausgleichsbehälter mindestens eine Luftkammer, nachfolgend auch als Lufttasche bezeichnet, vorgesehen, 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.
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.
Die mindestens eine Luftkammer ist innenseitig im oberen Bereich des Ausgleichsbehälters angeordnet. Gemäß einer nicht erfindungsgemäßen 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.
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.
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.
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.
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.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug oder ein Schiff mit einem Ausgleichsbehälter wie hierin offenbart.
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:
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
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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.
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.
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.
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.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt 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.
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.