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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ausgleichsbehälter für ein Kühlmittelsystem, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiter ein entsprechendes, mit einem solchen Ausgleichsbehälter ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Im Bereich der Fahrzeugtechnik ebenso wie in anderen technischen Bereichen sind Kühlanforderungen verschiedener Einrichtungen oder Aggregate oftmals nur durch eine flüssigkeitsbasierte Kühlung erfüllbar. Entsprechende flüssigkeitsbasierte Kühlsysteme weisen häufig Ausgleichsbehälter für ein in dem Kühlsystem zirkulierendes Kühlmedium oder Kühlmittel auf. Derartige Ausgleichsbehälter dienen beispielsweise als Stelle für eine Entlüftung des jeweiligen Kühlsystems sowie zum Nachfüllen von Kühlmittel und können außerdem durch Temperaturänderungen bedingte Volumenänderungen des Kühlmittels auffangen. Dazu ist bestimmungsgemäß ein Teil des in einen Kühlsystem integrierten Ausgleichsbehälters leer bzw. luft- oder gasgefüllt, wodurch eine Beschädigung des Kühlmittelsystems durch einen übermäßigen Druckanstieg aufgrund der Inkompressibilität typischer Kühlmittel vermieden werden kann.
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Wird ein solches Kühlsystem bzw. ein solcher Ausgleichsbehälter jedoch in Anwendungen eingesetzt, wo es zu einer Bewegung bzw. einer Beschleunigung des Ausgleichsbehälters kommen kann, so kann die nur teilweise Füllung des Ausgleichsbehälters mit Kühlmittel dazu führen, dass das Kühlmittel innerhalb des Ausgleichsbehälters hin und her schwappt. Dies kann nachteilig beispielsweise dazu führen, dass ein Kühlmittel- oder Füllstandssensor fälschlich einen Kühlmittelverlust oder einen zu niedrigen Kühlmittelstand meldet und/oder Luft aus dem Ausgleichsbehälter in eine sich daran anschließende Kühlmittelleitung des Kühlmittelsystems gelangt bzw. durch eine Kühlmittelpumpe angesaugt wird. Dies kann zu Beschädigungen oder einer reduzierten Effektivität des Kühlmittelsystems führen.
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Vor diesem Hintergrund ist aus der
DE 10 2018 102 235 A1 ein Ausgleichsbehälter für Kühlkreisläufe mit unterschiedlichem Temperaturniveau und Druckaddition bekannt. Um dabei einen schnellen Druckaufbau in allen angeschlossenen Kühlkreisläufen zu erreichen, gleichzeitig aber den Wärmeübertrag zwischen den verschiedenen Kühlkreislauf möglichst minimal zu halten, ist der dort beschriebene Ausgleichsbehälter durch Trennwände in getrennte Kammern unterteilt. Der Ausgleichsbehälter umfasst mindestens zwei kühlmittelseitig und luftseitig gekoppelte Kühlmittelkammern und eine daran angeschlossene Reihenschaltung von mindestens zwei Luftkammern zum schnellen Druckaufbau mittels Druckaddition. Die Kühlmittelkammern können über Durchlassöffnungen in den Trennwänden kommunizieren. Über diese Durchlassöffnungen kann sich also ein Niveau des Kühlmittels über die mehreren Kammern hinweg ausgleichen. Problematisch kann dabei jedoch sein, dass ein derartiger Ausgleich in praktischen Anwendungen zu schnell erfolgen kann, wodurch es weiterhin zu einer problematischen Luftansaugung kommen könnte.
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Ein weiterer Ausgleichsbehälter, spezifisch für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs, ist in der
EP 2 762 696 A1 beschrieben. Der dort beschriebene Ausgleichsbehälter weist eine Kühlmittelkammer sowie eine von dieser durch eine Trennwand abgetrennte Expansionskammer auf. Die Expansionskammer ist dabei unterhalb der Kühlmittelkammer angeordnet, wobei ein oberer Bereich der Kühlmittelkammer mit einem unteren Bereich der Expansionskammer durch eine Überströmleitung verbunden ist. Der Ausgleichsbehälter soll einen durch mindestens zwei Abdeckelemente fluiddicht verschlossenen Grundkörper aufweisen, der in Form eines Abschnittes eines extrudierten Profils ausgebildet ist. Die Kühlmittelkammer und/oder die Expansionskammer können durch Schwallwände durchgriffen sein, um eine Kühlmittelbewegung innerhalb der Kühlmittelkammer bzw. der Expansionskammer dämpfen und eine Steifigkeit des Ausgleichsbehälters zu erhöhen. Auch dort wird jedoch letztlich keine Lösung für die angesprochenen Problematiken angeboten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Risiko einer Luftansaugung aus einem Ausgleichsbehälter eines Kühlmittelsystems auf besonders bauraumsparende Weise zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Mögliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Ausgleichsbehälter für ein Kühlmittelsystem, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, weist ein Gehäuse auf, dessen Innenvolumen durch wenigstens eine darin verlaufende, also darin angeordnete Schwallwand zum Dämpfen einer Bewegung eines Kühlmittels oder Kühlmediums in dem Ausgleichsbehälter in mehrere Kammern unterteilt ist. Die wenigstens eine Schwallwand weist wenigstens eine fluiddurchströmbare untere Durchlassöffnung und wenigstens eine fluid- oder luftdurchströmbare obere Durchlassöffnung auf. Die untere Durchlassöffnung ist dabei bezogen auf eine Schwerkraftrichtung in einer bestimmungsgemäßen Einbaulage des Ausgleichsbehälters unterhalb eines bestimmungsgemäßen, also vorgegebenen Mindestfüllstands eines Kühlmittels in dem Ausgleichsbehälter angeordnet. Die obere Durchlassöffnung ist hingegen bezogen auf die Schwerkraftrichtung in der bestimmungsgemäßen Einbaulage des Ausgleichsbehälters oberhalb eines bestimmungsgemäßen, also vorgegebenen Maximalfüllstands des Kühlmittels in dem Ausgleichsbehälter angeordnet. Durch die Durchlassöffnungen sind die Kammern miteinander gekoppelt. Die Kammern können also über die Durchlassöffnungen miteinander kommunizieren, sodass durch die Durchlassöffnungen einen Niveauausgleich des Kühlmittels in dem Ausgleichsbehälter möglich ist, beispielsweise bei einer Beschleunigung des Ausgleichsbehälters bzw. des damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs oder einer Schrägstellung des Ausgleichsbehälters relativ zu einer lokalen Schwerkraftrichtung.
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Erfindungsgemäß weist für einen vorgegebenes Medium die obere Durchlassöffnung einen größeren Durchströmungswiderstand auf als die untere Durchlassöffnung. Mit anderen Worten kann die obere Durchlassöffnung einem diese durchströmenden oder durchfließenden Stoff bei einem bestimmten Druck einen größeren Widerstand entgegensetzen als die untere Durchlassöffnung. Bei einem gegebenen Druck würde damit ein geringerer Volumenstrom des vorgegebenen Mediums durch die obere Durchlassöffnung fließen als durch die untere Durchlassöffnung. Dazu können die obere Durchlassöffnung und die untere Durchlassöffnung entsprechend unterschiedlich voneinander ausgestaltet sein. Verschiedene Möglichkeiten dafür werden weiter unten noch näher erläutert.
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Durch die Schwallwände können bei dynamischer Bewegung des Ausgleichsbehälters, etwa bei dynamischer Fahrt des Kraftfahrzeugs, Bewegungen des Kühlmittels innerhalb des Ausgleichsbehälters reduziert werden. Dabei kann durch die untere Durchlassöffnung, welche die Schwallwand senkrecht zu deren Haupterstreckungsebene vollständig durchbricht oder durchgreift, im unteren Bereich des Ausgleichsbehälters stets eine ausreichende Menge von Kühlmittel vorhanden sein bzw. bereitgestellt werden, beispielsweise in eine dort angeordnete Auslassöffnung bzw. eine dort angeschlossene Kühlmittelleitung. Die untere Durchlassöffnung kann dabei dauerhaft oder zumindest zwischenzeitlich vollständig durch Kühlmittel bedeckt oder ausgefüllt sein. In einer solchen Situation kann Luft oberhalb eines Füllstands oder Niveaus des Kühlmittels in dem Ausgleichsbehälter durch die obere Durchlassöffnung von einer der Kammern in die oder eine andere Kammer strömen, wodurch der Niveauausgleich des Kühlmittels innerhalb des Ausgleichsbehälters, also über alle Kammern hinweg ermöglicht wird.
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Durch den im Vergleich zu der unteren Durchlassöffnung größeren Durchströmungswiderstand der oberen Durchlassöffnung wird, beispielsweise im Vergleich zu einer identischen Ausbildung der oberen und unteren Durchlassöffnungen, eine für diesen Niveauausgleich des Kühlmittels innerhalb des Ausgleichsbehälters benötigte Zeit verlängert. Durch den größeren Durchströmungswiderstand fungiert die obere Durchlassöffnung also als Dämpfung für den Niveauausgleich, also als Luft-Drossel. Durch diese Dämpfungs- oder Drosselwirkung der oberen Durchlassöffnung kann die Bewegung des Kühlmittels innerhalb des Ausgleichsbehälters verlangsamt werden, ohne vollständig verhindert zu werden. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass durch eine Schwingungsbewegung, also ein Hin-und-her-Schwappen des Kühlmittels in dem Ausgleichsbehälter ein unterer Bereich, beispielsweise eine Auslass- oder Anschlussöffnung in einem Boden des Ausgleichsbehälters, bei einer Beschleunigung oder Schrägstellung des Ausgleichsbehälters trockenfällt. Dadurch kann das Risiko einer Luftansaugung aus dem Ausgleichsbehälter, beispielsweise durch eine Kühlmittelpumpe des Kühlmittelsystems, im Vergleich zu herkömmlichen Ausgleichsbehältern ohne Schwallwände oder mit identischen oberen und unteren Durchlassöffnungen reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung dabei für Ausgleichsbehälter unterschiedlichster, insbesondere auch nicht-optimaler Grundgeometrien anwendbar. Da zudem durch die vorliegende Erfindung der Ausgleichsbehälter insgesamt kleiner als ein herkömmlicher Ausgleichsbehälter ausgebildet sein kann, ohne dadurch ein erhöhtes Risiko für die Luftansaugung in Kauf zu nehmen, können somit durch den erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälter auch anspruchsvolle Packaginganforderungen erfüllt bzw. ein begrenzter oder asymmetrischer Bauchraum zur Anordnung des Ausgleichsbehälters genutzt werden.
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In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die oberen und unteren Durchlassöffnungen derart aufeinander abgestimmt, dass die obere Durchlassöffnung diese durchströmender Luft zumindest im Wesentlichen den gleichen Durchströmungswiderstand entgegensetzt wie die untere Durchlassöffnung einem diese durchströmenden Kühlmittel. Mit anderen Worten sind die Durchströmungswiderstände der unteren und oberen Durchlassöffnungen zwar für ein einziges Medium unterschiedlich. Die Durchströmungswiderstand die oberen Durchlassöffnung für Luft und der unteren Durchlassöffnung für ein vorgegebenes Kühlmittel können jedoch zumindest im Wesentlichen gleich sein. Dies wird hier durch eine entsprechende Ausgestaltung der Durchlassöffnungen erreicht, wodurch die Unterschiede im Strömungsverhalten zwischen Luft und Kühlmittel berücksichtigt bzw. ausgeglichen werden. Als Kühlmittel kann beispielsweise Wasser, Glykol, eine Salzlösung, ein Öl und/oder dergleichen mehr vorgegeben sein bzw. verwendet werden. Durch die hier vorgeschlagene Abstimmung der unteren und oberen Durchlassöffnungen aufeinander kann im praktischen Einsatz des Ausgleichsbehälters ein Gleichgewicht bezüglich eines Druckaustausches zwischen den Kammern erreicht werden.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nimmt die obere Durchlassöffnung in der Schwallwand eine kleinere Fläche ein als die untere Durchlassöffnung. Mit anderen Worten ist die obere Durchlassöffnung also kleiner als die untere Durchlassöffnung, insbesondere oder zumindest hinsichtlich ihrer Fläche oder Ausdehnung in einer Haupterstreckungsebene der Schwallwand. Die oberen und unteren Durchlassöffnungen können dabei die gleiche Form aufweisen oder unterschiedlich geformt sein. Gleiche Formen der oberen und unteren Durchlassöffnungen können dann eine besonders einfache Bestimmung ihres Flächen- oder Größenverhältnisses ermöglichen und zudem besonders einfach zu fertigen sein. Durch unterschiedliche Formen der oberen und unteren Durchlassöffnungen können hingegen deren unterschiedliche Größen unabhängig von einer oder angepasst an eine komplexe oder unregelmäßige Form der Schwallwand bzw. des Ausgleichsbehälters ermöglichen. Die kleinere Ausgestaltung der oberen Durchlassöffnung stellt eine besonders einfach realisierbare Möglichkeit zum Einstellen des größeren Durchströmungswiderstand der oberen Durchlassöffnung im Vergleich zu der unteren Durchlassöffnung dar.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die untere Durchlassöffnung als freier Durchbruch durch die jeweilige Schwallwand ausgebildet, wobei in der oberen Durchlassöffnung eine teildurchlässige, insbesondere teilweise luftdurchlässige, Membran angeordnet ist. Die obere Durchlassöffnung kann also durch die teildurchlässige Membran ausgefüllt oder verdeckt sein. Eine derartige teildurchlässige Membran kann aufgrund ihrer teilweisen Durchlässigkeit weiterhin einen Druck- bzw. Niveauausgleich zwischen den Kammern ermöglichen. Gleichzeitig stellt die teildurchlässige Membran eine Möglichkeit dar, den Durchströmungswiderstand der oberen Durchlassöffnung im Vergleich zu der unteren Durchlassöffnung bzw. einer als freier Durchbruch ausgebildeten Durchlassöffnung zu vergrößern. Eine Ausbildung oder Ausgestaltung einer Durchlassöffnung als freier Durchbruch bedeutet hier, dass die jeweilige Durchlassöffnung effektiv ein Loch in der Schwallwand darstellt, das nicht durch ein anderes Material des Ausgleichsbehälters verdeckt oder ausgefüllt ist. Durch diese Ausgestaltung der unteren Durchlassöffnung kann sichergestellt werden, dass ein Kühlmittelfluss zwischen den Kammern nicht behindert oder beeinträchtigt wird und somit stets ausreichend Kühlmittel aus den Kammern beispielsweise zu einer Auslassöffnung oder einem Anschluss einer Kühlmittelleitung des Kühlmittelsystems fließen kann.
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Die Möglichkeiten zur Realisierung des größeren Durchströmungswiderstand zwischen der oberen Durchlassöffnung im Vergleich zu der unteren Durchlassöffnung können auch miteinander kombiniert werden.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Innenvolumen des Gehäuses in mehr als zwei Kammern unterteilt. Dies kann beispielsweise durch mehrere, das Gehäuse bzw. dessen Innenvolumen ganz oder teilweise durchgreifende Schwallwände realisiert sein. Dabei können mehrere Schwallwände parallel oder senkrecht zueinander oder in einem anderen Winkel zueinander angeordnet sein. Alle Paare von zueinander benachbarten, also nur durch genau eine der Schwallwände voneinander getrennte oder gegeneinander abgegrenzte Kammern sind dabei durch eine jeweilige obere Durchlassöffnung und eine jeweilige untere Durchlassöffnung miteinander gekoppelt. Mit anderen Worten weist also jede Schwallwand oder jeder Abschnitt einer der Schwallwände die bzw. der eine gemeinsame Wand oder Begrenzung von zwei an die jeweilige Schwallwand bzw. den jeweiligen Abschnitt angrenzenden Kammern bildet, sowohl eine obere Durchlassöffnung als auch eine untere Durchlassöffnung auf. Dadurch können Kühlmittel und Luft aus einer Kammer auf direktem Wege, das heißt, ohne zunächst eine der anderen Kammern zu durchlaufen, in sämtliche dieser benachbarten Kammern strömen. Auf diese Weise kann ein besonders guter und zuverlässiger Ausgleich für beliebige Beschleunigungs- oder Kipprichtungen des Ausgleichsbehälters erreicht bzw. sichergestellt werden. Es gibt in dieser Ausgestaltung also keine zwei benachbarten Kammern voneinander abgrenzende Schwallwand, die nicht zumindest eine obere und untere Durchlassöffnung aufweist und damit als undurchdringliche Barriere für das Kühlmittel oder die Luft fungieren könnte.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die wenigstens eine Schwallwand mehrere untere Durchlassöffnungen und/oder mehrere obere Durchlassöffnungen, insbesondere im Bereich jeweils einer der Kammern, auf. Der individuelle Durchströmungswiderstand jeder einzelnen in dem jeweiligen Bereich angeordneten oberen Durchlassöffnungen ist dabei größer als der individuelle Durchströmungswiderstand jeder einzelnen der in diesem Bereich angeordneten unteren Durchströmungsöffnungen. Zudem ist der gemeinsame oder kombinierte Durchströmungswiderstand aller oberen Durchlassöffnungen in dem jeweiligen Bereich zusammengenommen größer als der gemeinsame oder kombinierte Durchströmungswiderstand aller unteren Durchlassöffnungen in dem jeweiligen Bereich. Dies gilt jeweils für ein vorgegebenes Medium und/oder einen vorgegebenen Druck. Durch die Verwendung mehrerer oberer und/oder mehrere untere Durchlassöffnungen kann die beabsichtigte beschriebene Funktionsweise des Ausgleichsbehälters, also die Möglichkeit des Kühlmittel-Niveauausgleichs zwischen den Kammern dauerhaft besonders zuverlässig sichergestellt werden. Beispielsweise kann der Niveauausgleich auch dann weiterhin stattfinden, wenn eine der Durchlassöffnungen verstopft ist, da jeweils zwei benachbarte Kammern über mehrere obere Durchlassöffnungen und/oder mehrere untere Durchlassöffnungen unmittelbar miteinander verbunden oder gekoppelt sind, also kommunizieren können. Durch die hier vorgeschlagene konsistente Ausgestaltung der Durchströmungswiderstände der bzw. die Durchlassöffnungen hinsichtlich ihrer Durchströmungswiderstände kann trotz der mehreren unteren und/oder oberen Durchlassöffnungen besonders zuverlässig der beschriebene Dämpfungs- oder Drosseleffekt der oberen Durchlassöffnungen realisiert werden.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Ausgleichsbehälter als Druckbehälter ausgebildet. Mit anderen Worten kann der Ausgleichsbehälter also beispielsweise - zumindest bis auf einen Ausgang oder Ausfluss oder Anschluss für das Kühlmittelsystem bzw. eine Kühlmittelleitung - luft- oder druckdicht ausgebildet sein, sodass er eine Druckdifferenz zwischen seinem Innenvolumen und seiner äußeren Umgebung aufrechterhalten kann. Dadurch kann das Kühlmittel unter einem gegenüber der äußeren Umgebung erhöhten Druck stehen und auf besonders einfache Weise gehalten werden. Dabei kann dann der Durchströmungswiderstand der Durchlassöffnungen bzw. das Verhältnis der Durchströmungswiderstand der oberen und unteren Durchlassöffnungen für einen bestimmten vorgegebenen Innendruck des Kühlmittelsystems bzw. des Ausgleichsbehälters, etwa durch entsprechend angepasste Ausgestaltung der Durchlassöffnungen, eingestellt sein, um die gewünschte Drosselwirkung der oberen Durchlassöffnungen besonders genau und zuverlässig zu erreichen.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Ausgleichsbehälter eine Anschlussöffnung zum Verbinden mit einer Kühlmittelleitung auf. Diese Anschlussöffnung ist dabei bezogen auf eine Schwerkraftrichtung in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Ausgleichsbehälters unterhalb der unteren Durchlassöffnung angeordnet. Durch die Anschlussöffnung kann im Betrieb oder im Einsatz des Ausgleichsbehälters bzw. des Kühlmittelsystems beispielsweise Kühlmittel durch eine Kühlmittelpumpe aus dem Ausgleichsbehälter angesaugt werden. Die Anordnung der Anschlussöffnung unterhalb der unteren Durchlassöffnung kann dazu beitragen, einen Kühlmittelverlust aus dem Ausgleichsbehälter, beispielsweise bei einem Leck oder einer Beschädigung des Ausgleichsbehälters, zu begrenzen und sicherzustellen, dass im regulären Betrieb ausreichend Kühlmittel zu der Anschlussöffnung gelangen kann. Insbesondere kann die Anschlussöffnung ringsum durch unterhalb der jeweiligen unteren Durchlassöffnung verbleibende Bereiche der Schwallwände umgeben sein, sodass auch bei einer Beschädigung des Ausgleichsbehälters in einer angrenzenden Kammer zumindest ein Minimalvorrat von Kühlmittel im Bereich der Anschlussöffnung gehalten werden kann.
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In möglicher Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Anschlussöffnung in einem mittigen Bereich eines Bodens des Ausgleichsbehälters angeordnet. Beispielsweise können die Anschlussöffnung in oder an einer zentralen Kammer des Ausgleichsbehälters angeordnet sein, die zumindest in den Haupterstreckungsrichtungen des Bodens ringsum von weiteren Kammern umgeben sein kann. Dadurch kann besonders zuverlässig eine Beschädigung des Ausgleichsbehälters im Bereich der Anschlussöffnung vermieden und somit besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass auch bei einer solchen Beschädigung wie beschrieben zumindest ein Minimalvorrat von Kühlmittel im Bereich der Anschlussöffnung gehalten werden kann. Zudem kann durch die mittige oder zentrale Anordnung der Anschlussöffnung für sämtliche Beschleunigungs- oder Kipprichtungen des Ausgleichsbehälters eine konsistente Kühlmittelversorgung sichergestellt werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das ein Kühlmittelsystem aufweist. Dieses Kühlmittelsystem umfasst seinerseits eine Kühlmittelleitung und einen damit fluidleitend verbundenen erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälter. Das Kühlmittelsystem des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann beispielsweise zum Kühlen eines Aggregats oder einer Antriebskomponente und/oder einer oder mehrerer weiterer Einrichtungen des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälter genannte Fahrzeug sein und dementsprechend einige oder alle der in diesem Zusammenhang genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Querschnittansicht eines Ausgleichsbehälters für ein Kühlmittelsystem in einer ersten Richtung; und
- 2 eine schematische Querschnittansicht des Ausgleichsbehälters in einer zweiten Richtung.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine erste schematische Querschnittansicht eines Ausgleichsbehälters 10, beispielsweise für ein Kühlmittelsystem eines Kraftfahrzeugs. Gerade bei den heutzutage immer weitere Verbreitung findenden elektrischen Kraftfahrzeugen können regelmäßig Beschleunigungen und Verzögerungen im Bereich von 1 g auftreten. Dies kann dazu führen, dass sich Flüssigkeiten in dem Kraftfahrzeug bzw. dessen Systemen, wie etwa dem Kühlmittelsystem, aufgrund ihrer Trägheit und Beweglichkeit relativ zu dem Kraftfahrzeug entgegen einer jeweiligen Beschleunigungsrichtung verlagern. Dies kann aus verschiedenen Gründen problematisch sein.
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Um dieser Problematik zu begegnen, wird der hier dargestellte Ausgleichsbehälter 10 vorgeschlagen. Der Ausgleichsbehälter 10 weist ein äußeres Gehäuse 12 auf. Dieses Gehäuse 12 kann beispielsweise aus mehreren miteinander verbundenen Teilen, beispielsweise einer Oberschale und einer damit verklebten oder verschweißten Unterschale, gefertigt sein, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial. Vorliegend weist der Ausgleichsbehälter 10 an einer bezüglich einer Schwerkraftrichtung in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Ausgleichsbehälters 10 oberen Seite für dessen Befüllung eine Einfüllstelle 14 auf. Die Einfüllstelle 14 kann beispielsweise eine durch einen Deckel oder Verschluss dicht verschließbare Öffnung des Gehäuses 12 sein. Weiter weist der Ausgleichsbehälter 10, insbesondere an einer der Einfüllstelle 14 entgegengesetzten Unterseite, einen Leitungsanschluss 16 zum Verbinden mit einem Kühlmittelsystem, also zum Anschließen einer Kühlmittelleitung auf. Der Leitungsanschluss 16 kann also einen Zu- und Ablauf darstellen. Ebenso kann an dem Leitungsanschluss 16 beispielsweise ein Ventil angeordnet sein.
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Ein Innenvolumen des Ausgleichsbehälters 10 bzw. des Gehäuses 12 ist hier von mehreren Schwallwänden 18 durchgegriffen, durch die das Innenvolumen des Gehäuses 12 in mehrere Kammern 20 unterteilt ist. Beispielsweise kann der Ausgleichsbehälter 10 neun derartige Kammern 20 aufweisen, von denen hier in Betrachtungsrichtung die drei mittleren erkennbar sind. Es können also beispielsweise vor und hinter Ebene jeweils drei weitere Kammern 20 angeordnet sein. Dementsprechend können die Einfüllstelle 14 und der Leitungsanschluss 16 hier also an einer zentralen Kammer 20 angeordnet sein.
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In der vorliegend dargestellten Situation ist der Ausgleichsbehälter 10 teilweise mit einem flüssigen Kühlmittels 22 befüllt. Dieses Kühlmittel 22 kann sich bei zunehmender Temperatur dementsprechend in einen leeren oder luftgefüllten verbleibenden Teil der Kammern 20 ausdehnen.
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Bei den angesprochenen Beschleunigungen ebenso wie bei einem Kippen des Ausgleichsbehälters 10 kann sich das Kühlmittel 22 innerhalb des Ausgleichsbehälters 10 relativ zu diesem verlagern. Dadurch kann sich ein Füllstand oder eine Bedeckung mit dem Kühlmittel 22 im Bereich des Leitungsanschluss 16 verändern, insbesondere letztlich verringern. Gleichzeitig kann eine hier nicht dargestellte Kühlmittelpumpe ihren Bedarf zur Geltung bringen, also Kühlmittel 22 aus dem Ausgleichsbehälter 10 ansaugen. Dadurch ist ein Risiko für eine Luftansaugung gegeben, welche problematisch sein kann und daher unerwünscht ist. Vorliegend dienen die Schwallwände 18 zur Reduzierung entsprechender Schwellbewegungen des Kühlmittels 22 innerhalb des Gehäuses 12. Da jedoch weiterhin unabhängig von der Beschleunigung oder Lage des Ausgleichsbehälters 10 das Kühlmittel 22 zu dem Leitungsanschluss 16 gelangen können soll, weisen die Schwallwände 18 jeweils wenigstens eine untere Durchlassöffnung 26 auf, durch die das Kühlmittel 22 strömen kann.
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Vorliegend ist der Ausgleichsbehälter 10 in einer Ruhestellung dargestellt, in der sich ein über die Kammern 20 hinweg ausgeglichener Ruhefüllstand 28 des Kühlmittels 22 eingestellt hat, insbesondere senkrecht zur Schwerkraftrichtung in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Ausgleichsbehälters 10. Wird der Ausgleichsbehälter 10 nun beispielsweise in der Zeichenebene gekippt oder erfährt eine entsprechende Beschleunigung in der Zeichenebene senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Schwallwände 18, also senkrecht zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen der Einfüllstelle 14 und dem Leitungsanschluss 16, so wird sich initial das Kühlmittel 22 verlagern, sodass sich beispielsweise hier angedeutete Zwischenfüllstände 30 in den einzelnen Kammern 20 einstellen können. Um die Versorgung oder Bedeckung des Leitungsanschluss 16 auch in solchen Beschleunigungs- oder Kippsituationen sicherzustellen, ist ein Niveauausgleich des Kühlmittels 22 über die Kammern 20 hinweg wünschenswert. Um dies zu ermöglichen, weisen die Schwallwände 18 oberhalb des Ruhefüllstands 28 jeweils wenigstens eine obere Durchlassöffnung 24 auf. Durch diese oberen Durchlassöffnungen 24 kann ein Luftaustausch zwischen den Kammern 20 stattfinden, wodurch letztlich auch der Füllstands- oder Niveauausgleich des Kühlmittels 22 über die Kammern 20 hinweg ermöglicht wird. Nach einer gewissen Zeit der Beschleunigung oder der Kippung oder Schrägstellung des Ausgleichsbehälters 10 wird sich damit ein hier ebenfalls schematisch angedeuteter Ausgleichsfüllstand 32 des Kühlmittels 22 einstellen.
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Ein solcher dynamische Ausgleich des Kühlmittels 22 zwischen den Kammern 20, also das Erreichen des Ausgleichsfüllstand 32, soll vorliegend verzögert oder gedämpft werden. Dazu weisen die oberen Durchlassöffnungen 24 für ein vorgegebenes Medium vorliegend einen größeren Durchströmungswiderstand als die unteren Durchlassöffnungen 26 auf. Um dies zu erreichen, sind hier die oberen Durchlassöffnungen 24 kleiner als die unteren Durchlassöffnungen 26 ausgebildet. Durch den größeren Durchströmungswiderstand der oberen Durchlassöffnungen 24 ergibt sich ein entsprechend angepasstes Druckverlustverhalten zur Dämpfung von Schwell- oder Schwappbewegungen des Kühlmittels 22 bzw. des Niveauausgleichs des Kühlmittels 22 zwischen den Kammern 20 bei dynamischer Belastung.
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2 zeigt den Ausgleichsbehälter 10 in einer zweiten Querschnittsansicht entlang der in 1 angedeuteten Schnittlinie B-B. In der in 2 dargestellten anderen Perspektive ist erkennbar, dass die unteren Durchlassöffnungen 26 nicht nur größer als die oberen Durchlassöffnungen 24, sondern auch anders als diese geformt sind. Im vorliegenden Beispiel sind die oberen Durchlassöffnungen 24 rund, während die unteren Durchlassöffnungen 26 als abgerundete Rechtecke ausgebildet sind. Ebenso sind jedoch andere, insbesondere gleiche Formgebungen der Durchlassöffnungen 24, 26 möglich. Die genauen Größen, Größenverhältnisse und/oder Formen der Durchlassöffnungen 24, 26 können, beispielsweise für das im jeweiligen Anwendungsfall vorgesehene Kühlmittel 22 und/oder einen jeweils vorgesehenen Innendruck des Ausgleichsbehälters 10, durch eine computer- bzw. modellgestützte Simulation oder Optimierung ermittelt werden. Bei einem Einsatz des Ausgleichsbehälters 10 bzw. des entsprechenden Kühlmittelsystems in einem Kraftwagen können die oberen Durchlassöffnungen 26 für ein wasserbasiertes Kühlmittel 22 und ansonsten luftgefüllte Kammern 20 beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von 1,5 mm bis 4 mm, bevorzugt von ungefähr 2 mm aufweisen.
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Vorliegend weist der Ausgleichsbehälter 10 auch eine Entlüftungsleitung 34 auf, die in Richtung eines Bodens, in dem der Leitungsanschluss 16 angeordnet ist, also einer Unterseite des Ausgleichsbehälters 10 bis in den Bereich oder eine Höhe der unteren Durchlassöffnungen 26 geführt ist. An ihrem anderen, oberseitigen Ende ist die Entlüftungsleitung 34 bis in einen oberhalb des Ruhefüllstand 28 liegenden Bereich des Ausgleichsbehälters 10, insbesondere einer der Kammern 20 geführt. Zur externen Entlüftung ist die Entlüftungsleitung 34 hier zudem mit einem nach außen, also in eine Umgebung des Ausgleichsbehälters 10 geführten Entlüftungsstutzen 36 verbunden bzw. versehen. Ebenso kann der Ausgleichsbehälter 10 weitere Details oder Merkmale aufweisen, beispielsweise eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen und/oder dergleichen mehr.
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Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie eine Schwelldämpfung für einen Kühlmittel-Ausgleichsbehälter, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, durch eine angepasste geometrische Ausgestaltung und damit auf besonders einfache Weise realisiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ausgleichsbehälter
- 12
- Gehäuse
- 14
- Einfüllstelle
- 16
- Leitungsanschluss
- 18
- Schwallwände
- 20
- Kammern
- 22
- Kühlmittel
- 24
- obere Durchlassöffnungen
- 26
- untere Durchlassöffnungen
- 28
- Ruhefüllstand
- 30
- Zwischenfüllstände
- 32
- Ausgleichsfüllstand
- 34
- Entlüftungsleitung
- 36
- Entlüftungsstutzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018102235 A1 [0004]
- EP 2762696 A1 [0005]
