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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Fahrzeug mit zumindest einem von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbaren Kühlkreislauf zur Kühlung zumindest einer Fahrzeugkomponente, wobei der Kühlkreislauf zur Aufnahme des sich bei einer Temperaturänderung ausdehnenden Kühlmittels einen Behälter mit einem Ausgleichsvolumen aufweist.
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Üblicherweise weisen Fahrzeuge ein oder mehrere Fahrzeugkomponenten, beispielsweise ein Antriebsaggregat wie eine Brennkraftmaschine und/oder Traktionsbatterie, auf, welche durch ein Kühlsystem gekühlt werden müssen. Das Kühlsystem umfasst hierzu einen von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbaren Kühlkreislauf und einen mit dem Kühlkreislauf verbundenen Ausgleichsbehälter. In dem Ausgleichsbehälter befindet sich neben dem Mindestvolumen an flüssigem Kühlmittel, durch welches ein Ansaugen von Luft in das Kühlsystem verhindert werden soll, auch eine sogenannte Luftvorlage. Als Luftvorlage wird das erforderliche Luftvolumen im Ausgleichsbehälter bezeichnet, welches eine Ausdehnung des flüssigen Kühlmittels im Kühlsystem infolge einer Temperaturänderung des Kühlmittels ausgleicht. Zur Gewährleistung der Funktion des Kühlsystems sollte sich der Flüssigkeitsspiegel des Kühlmittels im Ausgleichsbehälter bei einer Umgebungstemperatur des Kühlmittels immer zwischen einer Min-/Max-Markierung befinden, welche auf der Behälterwand angeordnet bzw. in die Behälterwand eingeformt ist.
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Große Kühlsysteme mit einer Vielzahl an zu kühlenden Komponenten und einer großen Menge an flüssigem Kühlmittel benötigen eine entsprechende größere Luftvorlage als kleinere Kühlsysteme mit lediglich einer bzw. wenigen zu kühlenden Fahrzeugkomponente mit einer kleinen Menge an flüssigem Kühlmittel. Um bei großen Kühlsystemen die größere Luftvorlage zur Verfügung stellen zu können, muss also der die Luftvorlage aufnehmende Ausgleichsbehälter entsprechend vergrößert werden. Aufgrund der vorhanden Bauraumeinschränkungen, insbesondere im Motorraum der Fahrzeuge, sind die Möglichkeiten, größere Ausgleichsbehälter zu verbauen, jedoch stark eingeschränkt bzw. fast ausgeschlossen.
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Die
DE 41 33 287 A1 beschreibt bereits einen von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbaren Kühlkreislauf eines Kühlsystems für eine verdampfungsgekühlte Verbrennungskraftmaschine. An den Kühlkreislauf ist ein Ausdehnungsbehälter angeschlossen, welcher durch eine elastische Trennmembran in einen das flüssige Kühlmittel aufnehmenden Raum und einen Ausdehnungsraum unterteilt ist. Der Ausdehnungsraum ist über eine Entlüftungsöffnung mit der umgebenden Atmosphäre verbunden, wobei die Trennmembran durch den Atmosphärendruck beaufschlagbar ist.
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In der
DE 10 2008 018 276 A1 ist ein Kühlmittelkreislauf mit einer Ausdehnungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem offenbart. Die als Behälter ausgebildete Ausdehnungsvorrichtung weist eine biegsame Membran auf, welche den Behälterraum in einen das Kühlmittel aufnehmenden Raum und einen Luft aufnehmenden Raum unterteilt. Der die Luft aufnehmende Raum ist mit einem Verdichter verbunden, mittels welchem das Kühlmittel im Behälter über die Membran mit einem veränderlichen Luftdruck beaufschlagt wird.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2010 009 757 A1 ein von einem Kühlmittel durchströmbarer Fahrzeugkühlkreislauf mit einem hydrodynamischen Retarder bekannt. In einem Arbeitsmediumbehälter ist eine elastische Membran vorgesehen, welche sich bei einem durch das Einschalten des Retarders sinkenden Flüssigkeitsspiegel im Behälter bewegt, um das Volumen im Luftraum zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und der Membran konstant zu halten.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges Kühlsystem für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kühlsystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Kühlsystem für ein Fahrzeug vorgesehen, bei welchem das Ausgleichsvolumen zumindest anteilig durch ein in dem Behälter angeordnetes, geschlossenes Ausdehnungselement aus einem dünnwandigen und flexiblen Material gebildet ist, wobei in dem Ausdehnungselement ein gasförmiges Fluidvolumen fluiddicht eingeschlossen ist, welches durch das sich ausdehnende flüssige Kühlmittel komprimierbar ist. Hierbei ist das gasförmige Fluidvolumen, beispielsweise Luft, in dem als Luftbeutel oder Lufttasche ausgebildeten Ausdehnungselement hermetisch bzw. fluiddicht abgeriegelt. Nach der Befüllung und Positionierung des Ausdehnungselementes im Kühlsystem besteht während der Fahrzeugproduktion keine Möglichkeit mehr, gasförmiges Fluidvolumen in das Ausdehnungselement einzubringen oder abzulassen. Das Ausdehnungselement weist also weder ein Einlassöffnung noch eine Auslassöffnung auf, sondern ist zusammen mit dem gasförmigen Fluidvolumen als ein geschlossenes System ausgebildet. Das gasförmige Fluidvolumen in dem Ausdehnungselement wird vordefiniert und bildet zumindest einen Teil der zur Absicherung des Kühlsystems erforderlichen Luftvorlage. Üblicherweise befindet sich die Luftvorlage für das Kühlsystem im Ausgleichsbehälter, welcher darüber hinaus auch das Mindestvolumen an flüssigem Kühlmittel aufnimmt, durch welche ein Ansaugen von Luft in das Kühlsystem verhindert werden soll. Erfindungsgemäß wird also eine zusätzliche Luftvorlage für das Kühlsystem geschaffen, sodass für größere Kühlsysteme mit einer Vielzahl an zu kühlenden Fahrzeugkomponenten keine größeren Ausgleichsbehälter erforderlich sind. Die Größe des Ausdehnungselementes bzw. des im Ausdehnungselement eingeschlossenen gasförmigen Fluidvolumens wird bereits bei der jeweiligen Kühlkreislaufauslegung im Vorfeld der Fahrzeugproduktion festgelegt.
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Die Größe, Form und Position des Ausdehnungselementes im Kühlsystem sind frei wählbar. Der das Ausdehnungselement aufnehmende Behälter kann als zusätzliche Komponente in das Kühlsystem bzw. den Kühlkreislauf eingebunden oder aber in bereits vorhandene Behälter des Kühlsystems, beispielsweise in einen Ausgleichsbehälter oder einen Kühlwasserkasten, integriert sein. Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, dass das im Behälter angeordnete Ausdehnungselement vollständig von dem flüssigen Kühlmittel umschlossen ist. In diesem Fall wird das im Ausdehnungselement eingeschlossene gasförmige Fluidvolumen bei einer Temperaturerhöhung des flüssigen Kühlmittels von einer Umgebungstemperatur auf eine Betriebstemperatur gleichzeitig von allen Seiten von dem sich ausdehnenden flüssigen Kühlmittel komprimiert. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass sich das Ausdehnungselement zumindest abschnittsweise an einer Behälterwand abstützt. Hierdurch kann eine definierte Positionierung des Ausdehnungselementes im Behälter erreicht werden. Selbstverständlich kann das Ausdehnungselement auch durch anderweitige Maßnahmen, beispielsweise durch eine Trennwand oder eine Fixierung an der Behälterwand, definiert positioniert werden. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Ausdehnungselement die Einlassöffnung bzw. die Auslassöffnung des jeweiligen Behälters nicht verschließt.
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Aufgrund der bereits genannten Bauraumeinschränkungen, insbesondere im Motorraum des Fahrzeuges, erweist es sich als besonders zweckmäßig, dass der das Ausdehnungselement aufnehmende Behälter als Ausgleichsbehälter für das flüssige Kühlmittel ausgebildet ist, welcher einen durch eine Deckel verschließbare Befüllöffnung und eine mit dem Kühlkreislauf verbundene Absaugöffnung aufweist. Durch die Integration des Ausdehnungselementes in den ohnehin vorhandenen Ausgleichsbehälter wird kein zusätzlicher Bauraum für die Unterbringung eines zusätzlichen Behälters benötigt. Da die Größe des im Ausdehnungselementes bzw. des eingeschlossenen gasförmigen Fluidvolumens im Ausgleichsbehälter schon bei der Kühlkreislaufauslegung festgelegt wird, kann der Flüssigkeitsspiegel des im Ausgleichsbehälters angeordneten Mindestvolumens angehoben werden, sodass auch bei einem geneigt angeordneten Flüssigkeitsspiegel, beispielsweise in Folge einer dynamischen Fahrt des Fahrzeuges, gewährleistet ist, dass die Absaugöffnung und ein Kühlmittelpegelsensor jederzeit unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegen.
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In diesem Fall erweist es sich als besonders sinnvoll, dass der Ausgleichsbehälter eine das Behältervolumen in einen ersten Teilraum und einen zweiten Teilraum unterteilende Trennwand aufweist, welche zumindest eine die beiden Teilräume verbindende Durchlassöffnung für das Kühlmittel aufweist, wobei die Absaugöffnung in dem ersten Teilraum und das Ausdehnungselement mit dem gasförmigen Fluidvolumen in dem zweiten Teilraum angeordnet ist. Hierdurch wird das Ausdehnungselement zuverlässig und prozesssicher im Ausgleichsbehälter positioniert und ein Abdecken und Verschließen der Absaugöffnung durch ein sich innerhalb der Behältervolumens frei bewegendes Ausdehnungselement auf einfache Art und Weise verhindert. Somit ist sichergestellt, dass sich im ersten Teilraum, in welchem sich auch die mit dem Kühlkreislauf verbundene Absaugöffnung befindet, immer das erforderliche Mindestvolumen an flüssigem Kühlmittel befindet, durch welche ein Ansaugen von Luft in den Kühlkreislauf verhindert wird.
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Es erweist sich als besonders zweckmäßig, dass sich die Trennwand in vertikaler Richtung im Behältervolumen erstreckt und die Durchlassöffnung in einem unteren Bereich der Trennwand angeordnet ist. Hierbei weist der Ausgleichsbehälter im Bereich des ersten Teilraumes, in welchem das Mindestvolumen an flüssigem Kühlmittel angeordnet ist, die Min-/Max-Markierungen auf, anhand welchen der ordnungsgemäße Füllstand des Kühlmittels im Kühlkreislauf ablesbar ist.
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Außerdem weist die Trennwand zumindest eine den Luftaustausch zwischen den beiden Teilräumen ermöglichende Durchtrittsbohrung auf. Diese ist in zweckmäßiger Weise im oberen Bereich der Trennwand angeordnet. Durch die Durchtrittsbohrung im oberen Bereich und die Durchlassöffnung im unteren Bereich der Trennwand können sich Luft und Kühlmittel frei zwischen den beiden Teilräumen bewegen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass zumindest ein Abschnitt des im Ausdehnungselement eingeschlossenen gasförmigen Fluidvolumens unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels des im ersten Teilraum des Ausgleichsbehälters angeordneten flüssigen Kühlmittels angeordnet ist. Durch den unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordneten gasförmigen Fluidvolumenanteil im zweiten Teilraum, kann der Flüssigkeitsspiegel im ersten Teilraum angehoben werden. Hierdurch wird gewährleistet, dass auch bei einem geneigt angeordneten Kühlmittelspiegel im ersten Teilraum, beispielsweise in Folge einer dynamischen Fahrt des Fahrzeuges, die Absaugöffnung ein Kühlmittelpegelsensor im ersten Teilraum unterhalb des Kühlmittelspiegels liegen.
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Durch das Ausdehnungselement kann also das Volumen der Luftvorlage angepasst werden, ohne dass eine Veränderung der Min-/Max-Markierung im Ausgleichsbehälter erforderlich ist. Hierdurch können auch bei unterschiedlich großen Kühlsystemen mit unterschiedlichen Kühlmittelmengen identisch große Ausgleichsbehälter verwendet werden.
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Es hat sich als besonders praxisgerecht erweisen, dass das Ausgleichsvolumen des Kühlsystems durch das im Ausdehnungselement eingeschlossene gasförmige Fluidvolumen und ein oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des flüssigen Kühlmittels im ersten Teilraum angeordnetes Luftvolumen gebildet ist. Hierdurch befindet sich die gesamte für das Kühlsystem erforderliche Luftvorlage innerhalb des Ausgleichsbehälters. Außerhalb des Ausgleichsbehälters müssen keine Änderungen des Kühlkreislaufes erfolgen. Es müssen insbesondere keine zusätzliche Behälter in den eingeschränkten Bauraum des Fahrzeuges integriert werden. Ein Anpassung der unterschiedlich großen Luftvorlagen für die unterschiedlich großen Kühlsysteme bzw. Kühlmittelvolumen erfolgt ausschließlich durch das in dem Ausgleichsbehälter platzierte Ausdehnungselement bzw. das in dem Ausdehnungselement eingeschlossene gasförmige Fluidvolumen.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass das im Ausdehnungselement eingeschlossene gasförmige Fluidvolumen bei einer Umgebungstemperatur des Kühlmittels kleiner ist als ein maximales Füllvolumen des Ausdehnungselementes. Die Befüllung des Kühlsystems bzw. des Kühlkreislaufes mit dem flüssigen Kühlmittel erfolgt bei einem Unterdruck, bei welchem sich das Ausdehnungselement entsprechend aufbläst. Durch das Aufblasen des Ausdehnungselementes wird das Ausgleichsbehältervolumen und dadurch auch das mit dem Kühlmittel zu befüllende Kühlkreislaufvolumen reduziert. Nach der Befüllung ergibt sich weniger Restluft im Kühlsystem.
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In diesem Fall erweist es sich als zweckmäßig, dass das maximale Füllvolumen des Ausdehnungselementes und das Volumen des zweiten Teilraumes des Ausgleichsbehälters die gleiche Größe aufweisen. Bei einer Unterdruckbefüllung des Kühlsystems wird dann das gesamte Volumen des zweiten Teilraumes des Ausgleichsbehälters durch das Ausdehnungselement ausgefüllt und kann dadurch nicht mit dem flüssigen Kühlmittel gefüllt werden. Hierdurch wird die Kühlmittelbefüllmenge des Gesamtsystems um das Volumen des zweiten Teilraumes reduziert.
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Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht dagegen vor, dass das Ausdehnungselement bei einer Umgebungstemperatur des Kühlmittels einen Überdruck aufweist. Ein Ausdehnungselement mit Überdruck hat bei einer Temperaturänderung des flüssigen Kühlmittels von der Umgebungstemperatur auf eine Betriebstemperatur den Vorteil, dass der Kühlmitteldruck im Kühlsystem schnell steigt und dadurch ein Kühlmittelsieden bei stehendem Kühlmittel im Kühlsystem, beispielsweise im Kurbelgehäuse einer als Verbrennungsmotor ausgebildeten Fahrzeugkomponente, vermieden werden kann.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems für ein Fahrzeug mit einem Kühlkreislauf zur Kühlung einer Fahrzeugkomponente;
- 2 eine Prinzipdarstellung eines Behälters mit einem Ausdehnungselement und einem Umgebungstemperatur aufweisenden flüssigen Kühlmittel;
- 3 den in 2 abgebildeten Behälter mit einem komprimierten Ausdehnungselement;
- 4 den in 3 abgebildeten Behälter mit einem expandierten Ausdehnungselement;
- 5 eine Prinzipdarstellung eines Ausgleichsbehälters mit einem Ausdehnungselement und einem Umgebungstemperatur aufweisenden flüssigen Kühlmittel;
- 6 den in 5 abgebildeten Ausgleichsbehälter mit einem Betriebstemperatur aufweisenden flüssigen Kühlmittel;
- 7 den in 5 abgebildeten Ausgleichsbehälter mit einem markierten Ausgleichsvolumen;
- 8 den in 5 abgebildeten Ausgleichsbehälter mit einem Ausdehnungselement während einer Unterdruckbefüllung des Kühlkreislaufes mit flüssigem Kühlmittel;
- 9 den in 5 abgebildeten Ausgleichsbehälter mit einem geneigt angeordneten Flüssigkeitsspiegel im ersten Teilraum des Ausgleichsbehälters;
- 10 den in 5 abgebildeten Ausgleichsbehälter mit einem geneigt angeordneten Flüssigkeitsspiegel im ersten Teilraum des Ausgleichsbehälters;
- 11 eine Prinzipdarstellung eines Ausgleichsbehälters mit einem einen Überdruck aufweisenden Ausdehnungselement und einem Umgebungstemperatur aufweisenden flüssigen Kühlmittel;
- 12 den in 11 abgebildeten Ausgleichsbehälter mit einem flüssigen Kühlmittel während der Erwärmung auf Betriebstemperatur;
- 13 den in 11 abgebildeten Ausgleichsbehälter mit einem Betriebstemperatur aufweisenden flüssigen Kühlmittel.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 1 für ein nicht dargestelltes Fahrzeug mit zumindest einem von einem flüssigen Kühlmittel 2 durchströmbaren Kühlkreislauf 3 zur Kühlung einer als Verbrennungsmotor ausgebildeten Fahrzeugkomponente 4. Als flüssiges Kühlmittel 2 wird beispielweise Wasser mit einem Frostschutz verwendet. Neben der zu kühlenden Fahrzeugkomponente 4 weist der Kühlkreislauf 3 weitere Bauelemente, beispielsweise einen Kühler 5, eine Kühlmittelpumpe 6, einen Ausgleichsbehälter 7, sowie die Bauelemente strömungstechnisch miteinander verbindende Leitungen 8 auf. Der Ausgleichsbehälter 7 dient unter anderem zur Aufnahme eines Mindestvolumens an Kühlmittel 2, welches ein Ansaugen von Luft in den Kühlkreislauf 3 verhindert. Außerdem enthält der Ausgleichsbehälter 7 üblicherweise auch ein als Luftvorlage bezeichnetes Ausgleichsvolumen, welches eine Ausdehnung des flüssigen Kühlmittels 2 im Kühlsystem 1 infolge einer Temperaturerhöhung des Kühlmittels 2 von einer Umgebungstemperatur auf eine Betriebstemperatur ausgleicht.
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2 zeigt einen mit Kühlmittel 2 befüllten Behälter 9 mit einem ebenfalls im Behälter 9 angeordneten geschlossenes Ausdehnungselement 10 aus einem dünnwandigen, flexiblen und nicht elastisch verformbaren Material aus Kunststoff. Der Behälter 9 ist über eine Leitung 8 an den Kühlkreislauf 3 angebunden. In dem Ausdehnungselement 10 ist ein gasförmiges Fluidvolumen 11, beispielweise Luft, fluiddicht eingeschlossen, welches zumindest anteilig das Ausgleichsvolumen des Kühlsystems 1 bildet. Wie in 2 gut zu erkennen ist, umschließt das im Behälter 9 angeordnete Kühlmittel 2 das Ausdehnungselement 10 vollständig. In dem in 2 dargestellten Zustand weist das flüssige Kühlmittel 2 Umgebungstemperatur auf und im Kühlsystem 1 bzw. im Kühlkreislauf 3 liegt Umgebungsdruck an.
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In Folge des Fahrzeugbetriebes und einer Erwärmung der Fahrzeugkomponente 4, beispielsweise des Verbrennungsmotors, erhöht sich die Temperatur des im Kühlkreislauf 3 zirkulierenden flüssigen Kühlmittels 2 von der Umgebungstemperatur und einem Umgebungsdruck (siehe 2) auf eine Betriebstemperatur und einen Betriebsdruck (siehe 3). Wie in 3 gut zu erkennen ist, dehnt sich das Kühlmittel 2 durch diese Temperaturerhöhung aus und komprimiert das Ausdehnungselement 10 mit dem eingeschlossenen gasförmige Fluidvolumen 11. Die Komprimierung des Ausdehnungselementes 10 bzw. das Ausdehnen des Kühlmittels 2 ist in 3 durch mehrere Richtungspfeile 12 dargestellt. Durch die Komprimierung des Ausdehnungselementes 10 ist im Behälter 9 bei einer Betriebstemperatur und einem Betriebsdruck (3) ein größeres Kühlmittelvolumen angeordnet als bei einer Umgebungstemperatur und einem Umgebungsdruck (2).
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Bei einer Abkühlung des Kühlmittels 2 zieht sich dieses zusammen und der Druck im Kühlsystem 1 sinkt bzw. stabilisiert sich. In Folge dessen expandiert das im Ausdehnungselement 10 eingeschlossene gasförmige Fluidvolumen (in 4 durch Richtungspfeile 13 dargestellt), das Ausdehnungselement 10 aus dünnwandigem, flexiblen Material wird aufgeblasen und Kühlmittel 2 aus dem Behälter 9 wird durch die Leitung 8 zurück in den Kühlkreislauf 3 gedrückt. Beim Aufblasen des Ausdehnungselementes 10 erfolgt keine elastische Beanspruchung des Materials.
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5 bis 10 zeigen eine alternative Ausgestaltung der Erfindung, nach welcher das Ausdehnungselement 10 mit dem eingeschlossenen gasförmigen Fluidvolumen 11 in dem in 1 abgebildeten und im Kühlkreislauf 3 eingebundenen Ausgleichsbehälter 7 angeordnet ist.
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Wie in 5 und 6 zu erkennen ist, umfasst der Ausgleichsbehälter 7 eine sich vertikal erstreckende Trennwand 14, welche das Behältervolumen des Ausgleichsbehälters 7 in einen ersten Teilraum 15 und einen zweiten Teilraum 16 unterteilt. Die beiden Teilräume 15, 16 sind durch eine Durchlassöffnung 17 und eine Durchtrittsbohrung 21 in der Trennwand 14 strömungstechnisch miteinander verbunden. Im ersten Teilraum 15 ist eine mit dem Kühlsystem 1 verbundene Absaugöffnung 18 und eine nicht dargestellte und mit einem Deckel verschließbare Befüllöffnung für das flüssige Kühlmittel 2 angeordnet. In dem benachbarten zweiten Teilraum 16 ist das Ausdehnungselement 10 mit dem eingeschlossenen gasförmigen Fluidvolumen 11 angeordnet. Die Trennwand 14 sorgt dafür, dass das Ausdehnungselement 10 auch bei einem dynamischen Fahrzeugbetrieb in dem zweiten Teilraum 16 verbleibt. Ein Verschließen der Absaugöffnung 18 durch ein sich bewegendes Ausdehnungselement 10 wird hierdurch unterbunden.
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5 zeigt den Ausgleichsbehälter 7 bei anliegendem Umgebungsdruck und einem Umgebungstemperatur aufweisenden flüssigen Kühlmittel 2, während 6 denselben Ausgleichsbehälter 7 bei einem Betriebsdruck und einem Betriebstemperatur aufweisenden flüssigen Kühlmittel 2 zeigt
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Wie in 5 bis 7 zu erkennen ist, ist zumindest ein Teil des im zweiten Teilraum 16 angeordneten gasförmigen Fluidvolumens 11 unterhalb eines durch einen Flüssigkeitsspiegel 19 des Kühlmittels 2 im ersten Teilraum 15 definierten Niveaus angeordnet. Bei einer aus dem Betrieb der Fahrzeugkomponente 4 resultierenden Temperaturerhöhung dehnt sich das zirkulierende Kühlmittel 2 aus und komprimiert das Ausdehnungselement 10 bzw. das eingeschlossene gasförmige Fluidvolumen 11. Hieraus resultierend strömt das sich ausdehnende Kühlmittel 2 durch die Durchlassöffnung 17 in der Trennwand 14 hindurch vom ersten Teilraum 15 in den zweiten Teilraum 16.
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Das die Ausdehnung des flüssigen Kühlmittels 2 im Kühlsystem 1 kompensierende und als Luftvorlage bezeichnete Ausgleichsvolumen wird durch ein oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 19 des Kühlmittels 2 im ersten Teilraum 15 angeordnetes Luftvolumen 20 und dem im Ausdehnungselement 10 eingeschlossenen gasförmigen Fluidvolumen 11 gebildet. Dieses Ausgleichsvolumen ist in 7 durch gestrichelte Linien dargestellt.
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Das im Ausdehnungselement 10 eingeschlossene gasförmige Fluidvolumen 11 ist bei einer Umgebungstemperatur des Kühlmittels 2 kleiner als ein maximales Füllvolumen des Ausdehnungselementes 10. Hierdurch ergeben sich bei der Unterdruckbefüllung des Kühlsystems 1 mit Kühlmittel 2 Vorteile, da sich bei einem Unterdruck im Kühlkreislauf 3 das bei einem Umgebungsdruck nicht vollständig mit dem gasförmigen Fluidvolumen 11 befüllte Ausdehnungselement 10 aufbläst und, wie in 8 dargestellt, das gesamte Volumen des zweiten Teilraumes 16 einnimmt. Hierdurch wird das Ausgleichsbehältervolumen und dadurch auch das mit dem Kühlmittel 2 zu befüllende Kühlkreislaufvolumen reduziert. Nach der Befüllung ergibt sich weniger Restluft im Kühlsystem 1.
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Durch die zuvor beschriebene Ausgestaltung des Ausgleichsbehälters 7 bzw. des Ausdehnungselementes 10 wird das Mindestvolumen an Kühlmittel 2 reduziert, welches erforderlich ist, um ein Absaugen von Luft aus der Absaugöffnung 18 in das Kühlsystem 1 zu verhindern. Auch bei reduziertem Mindestvolumen an Kühlmittel 2 ist gewährleistet, dass bei einem geneigt angeordneten Flüssigkeitsspiegel 19 im ersten Teilraum 15, beispielsweise in Folge einer dynamischen Fahrt des Fahrzeuges, die Absaugöffnung 18 und ein nicht dargestellter Kühlmittelpegelsensor im ersten Teilraum 15 jederzeit unterhalb des geneigten Flüssigkeitsspiegels 19 liegen. 9 und 10 zeigen jeweils einen bei entgegengesetzten Kurvenfahrten geneigt angeordneten Flüssigkeitsspiegel 19 in dem ersten Teilraum 15 des Ausgleichsbehälters 7 mit einer unterhalb des geneigten Flüssigkeitsspiegels 19 angeordneten Absaugöffnung 18.
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11 bis 13 zeigen eine andere Ausgestaltung der Erfindung, nach welcher das Ausdehnungselement 10 bei einer Umgebungstemperatur des Kühlmittels 2 einen Überdruck aufweist. Ein Ausdehnungselement 10 mit Überdruck hat bei einer Temperaturänderung des flüssigen Kühlmittels 2 von einer Umgebungstemperatur auf eine Betriebstemperatur den Vorteil, dass der Kühlmitteldruck im Kühlsystem 1 schnell steigt und dadurch ein Kühlmittelsieden bei stehendem Kühlmittel 2 im Kühlsystem 1, beispielsweise im Kurbelgehäuse einer als Verbrennungsmotor ausgebildeten Fahrzeugkomponente 4, vermieden werden kann. 11 zeigt das Ausdehnungselement 11, welches bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck von 1 atm einen Überdruck von beispielsweise 1,5 atm aufweist. Bei einer Erhöhung der Temperatur des Kühlmittels 2 von der Umgebungstemperatur auf die Betriebstemperatur erfolgt zunächst eine rapide Druckerhöhung im Kühlsystem 1 auf 1,5 atm, wobei das Ausdehnungselement 10 in diesem Fall noch nicht komprimiert wurde. Anschließend erfolgt dann eine Komprimierung des Ausdehnungselementes 11 in Verbindung mit einer gleichmäßige Druckerhöhung im Kühlsystem 1 auf ca. 1,8 atm.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlsystem
- 2
- Kühlmittel
- 3
- Kühlkreislauf
- 4
- Fahrzeugkomponente
- 5
- Kühler
- 6
- Kühlmittelpumpe
- 7
- Ausgleichsbehälter
- 8
- Leitung
- 9
- Behälter
- 10
- Ausdehnungselement
- 11
- gasförmiges Fluidvolumen
- 12
- Richtungspfeil
- 13
- Richtungspfeil
- 14
- Trennwand
- 15
- erster Teilraum
- 16
- zweiter Teilraum
- 17
- Durchlassöffnung
- 18
- Absaugöffnung
- 19
- Flüssigkeitsspiegel
- 20
- Luftvolumen
- 21
- Durchtrittsbohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4133287 A1 [0004]
- DE 102008018276 A1 [0005]
- DE 102010009757 A1 [0006]
