DE10246590A1

DE10246590A1 - Behälter für flüssige und/oder gasförmige Medien und Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10246590A1
Application number: DE10246590A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dipl.-Ing. Bittner (FH); Jürgen Dipl.-Ing. Schreiber (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2002-10-05
Filing date: 2002-10-05
Publication date: 2004-04-22
Also published as: US20040099227A1

Abstract

Es wird ein Behälter (5) vorgeschlagen, der eine Öffnung (3), einen Deckel (1) zum Verschließen der Öffnung (3) sowie mindestens eine Sperreinrichtung (13) zum Sperren des Deckels (1) gegen Öffnen bei einem Überdruck im Behälter (5) umfasst. Der Behälter (5) zeichnet sich dadurch aus, dass die Sperreinrichtung (13) den Deckel (1) mittels Formschluss sperrt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Kühlsystem nach Anspruch 10.

Behälter der hier angesprochenen Art sind bekannt ( DE 32 26 508 A1 ). Sie werden zum Beispiel im Zusammenhang mit einem Kühlsystem für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen als Ausgleichsbehälter eingesetzt und dienen zur Speicherung einer Kühlflüssigkeit. Der Behälter weist eine mit einem Deckel verschließbare Öffnung auf. Im Betrieb steigt der Druck im Kühlsystem aufgrund der Erwärmung der Kühlflüssigkeit an. Um ein Öffnen des Behälters in diesem Betriebszustand zu verhindern, weil heiße Flüssigkeit und Dampf austreten können, ist eine Sperreinrichtung zum Sperren des Deckels gegen Öffnen bei einem Überdruck im Behälter vorgesehen. Die bekannte Sperreinrichtung weist einen Sperrstift auf, der bei Überdruck im Behälter in Anlage mit einem Bereich der Innenwand des Deckels gebracht wird, wobei die Sperreinrichtung so ausgebildet ist, dass die durch Reibschluss erzeugte Sperrwirkung des Sperrstifts sich mit steigendem Überdruck verstärkt. Ob sich der Behälter bei einem bestimmten Überdruck noch öffnen lässt, ist also von der Kraft des Bedieners abhängig. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann nicht ausgeschlossen werden, dass sich der Deckel trotz Überdruck im Behälter lösen und abnehmen lässt, wodurch es zu Verletzungen des Bedieners in Folge austretender heißer Flüssigkeit und Dampf kommen kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Behälter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Verletzungsgefahr beim Öffnen des Behälters in Folge austretender heißer Flüssigkeit und/oder Dampf ausgeschlossen werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Behälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens eine Sperreinrichtung den Deckel mittels Formschluss sperrt. Die Sperreinrichtung weist also mindestens ein in eine Sperrstellung verlagerbares Sperrelement zur Ausbildung des Formschlusses auf, das in Sperrstellung beim Versuch den Deckel zu lösen auf Abscherung beansprucht wird. Die Sperrwirkung der Sperreinrichtung, das heißt, die Kräfte, die beim Versuch, den Deckel zu lösen dem entgegenwirken, sind also – anders als bei bekannten Sperreinrichtungen – nicht abhängig vom Druck oder der Temperatur im Inneren des Behälters und daher immer gleich groß.

In bevorzugter Ausführungsform weist die Sperreinrichtung mindestens einen am Behälter angeordneten, verschiebbar gelagerten Sperrstift auf, der in eine Ausnehmung im Deckel einfahrbar ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich die Ausnehmung am Behälter befindet und der Sperrstift am Deckel angeordnet ist.

Der Deckel ist vorzugsweise als Schraubdeckel ausgebildet, der auf den Behälter, insbesondere einen daran vorgesehenen Stutzen aufschraubbar ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Deckel mittels einer Rast- und/oder Klipsverbindung, beispielsweise Bajonett-Verbindung, am Behälter befestigt ist. Weitere Ausführungsvarianten sind möglich.

Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Behälters, bei dem der Sperrstift mittels einer Kolben-/Zylindereinheit in eine Sperrstellung und mittels Federkraft in eine Freigabestellung verlagerbar ist. Die Verlagerung in Freigabestellung erfolgt also selbsttätig, wenn die Federkraft die mittels der Kolben-/Zylindereinheit auf den Sperrstift aufgebrachten Kräfte um ein bestimmtes Maß übersteigen. Hierdurch kann der Aufbau der Sperreinrichtung vereinfacht werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betätigung der Sperreinrichtung mittels des im Innenraum des Behälters vorliegenden Drucks gesteuert ist. Es sind also keine zusätzlichen Mittel zur Verlagerung des Sperrstifts in die Sperrstellung erforderlich. Der Sperrstift wird bei Erreichen eines bestimmten Grenzdrucks im Behälterinneren selbsttätig entgegen der Federkraft in Sperrstellung verlagert. Wenn sich der Überdruck im Behälter auf ein unschädliches Maß abbaut, beispielsweise durch Abkühlen des im Behälter befindlichen flüssigen und/oder gasförmigen Mediums, drückt oder zieht das mindestens eine mit dem Sperrstift zusammenwirkende Federelement den Sperrstift zurück in seine Freigabestellung, so das der Deckel gefahrlos gelöst und vom Behälter abgenommen werden kann.

Nach einer anderen Ausführungsform des Behälters ist vorgesehen, dass die Betätigung der Sperreinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur im Behälter gesteuert ist. Die Sperrwirkung/der Formschluss der Sperreinrichtung wird erst dann aufgehoben, wenn die Temperatur des im Behälter befindlichen Mediums so gering ist, dass bei einem Kontakt des Bedieners mit dem Medium Verbrühungen des Bedieners ausgeschlossen werden können. Die temperaturabhängige Steuerung kann in einfacher Weise beispielsweise mittels eines mit dem Sperrstift zusammenwirkenden Bimetallelements erfolgen, das mit dem Behälterinnenraum in Verbindung steht und sich bei einer Temperaturerhöhung verformt und dabei den Sperrstift zwangsweise in die Sperrstellung verlagert, das heißt, in die Ausnehmung einfährt. Alternativ zu einem Bimetallelement können auch andere Stellelemente eingesetzt werden, die bei einer Temperaturänderung sich in Form und/oder Größe so reversibel ändern, dass hierdurch – vorzugsweise unmittelbar – der Sperrstift in Sperrstellung verlagerbar ist. Um eine besonders kompakte Bauweise der Sperreinrichtung zu realisieren, ist das vorstehend genannte Stellelement direkt mit dem Sperrstift gekoppelt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Sperreinrichtung derart ausgebildet sein, dass das Verstellen des mindestens einen Sperrstifts in seine Sperr- und Freigabestellung sowohl druckabhängig als auch temperaturabhängig steuerbar ist, wie vorstehend beschrieben. Es ist ohne weiteres auch möglich, dass die Sperreinrichtung wenigstens zwei Sperrstifte aufweist, von denen einer druckabhängig und der andere Sperrstift temperaturabhängig in Sperr- und Freigabestellung verlagerbar sind. Das heißt, überschreitet der Druck im Behälter und die Temperatur des darin befindlichen Mediums vorgegebene Grenzwerte, können beide Sperrstifte gleichzeitig oder gegebenenfalls auch nur einer der beiden Sperrstifte in Sperrstellung verlagert werden. Die Sperrstifte sind also unabhängig voneinander verlagerbar, wobei vorzugsweise jedem der Sperrstifte jeweils ein Federelement zum Zurückbewegen in Freigabestellung und vorzugsweise jeweils mindestens eine Ausnehmung zur Ausbildung des Formschlusses in Sperrstellung zugeordnet sind.

Bevorzugt wird auch ein Ausführungsbeispiel des Behälters, das sich dadurch auszeichnet, dass der Deckel auf einen die Öffnung aufweisenden Stutzen aufdrehbar, insbesondere aufschraubbar ist und ein im aufgedrehten Zustand in den Stutzen hineinragendes Verschlussteil aufweist. Die Ausnehmung, in die der Sperrstift zur Ausbildung des Formschlusses einfährt, ist gemäß einer ersten Ausführungsvariante am Umfang des Verschlussteils vorgesehen und kann beispielsweise von einer umlaufenden Nut gebildet sein. Die Verlagerungsrichtung des Sperrstifts verläuft hier in radialer Richtung zum Außenumfang des Verschlussteils. Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante verläuft die am Verschlussteil angeordnete Ausnehmung in Richtung der Längserstreckung des Stutzens und kann bei spielsweise von einer Bohrung gebildet sein. Die Verlagerungsrichtung des Sperrstifts verläuft hier parallel oder im Wesentlichen parallel zur Einfahr- beziehungsweise Ausfahrbewegung des Verschlussteils in den Stutzen.

Um sicherzustellen, dass nach dem Aufdrehen des Deckels auf den Behälter die Ausnehmung über dem Sperrstift steht, so dass dieser in die Ausnehmung einfahren kann, sind bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Behälters Mittel zur positionsgenauen, reproduzierbaren Anordnung des Deckels gegenüber der Sperreinrichtung vorgesehen. Diese können beispielsweise ein federndes Rastelement umfassen, das beim Aufdrehen des Deckels in eine Vertiefung einrastet. Das Rastelement ist entweder am Deckel oder am Behälter angeordnet, während die Vertiefung sich jeweils am anderen Teil befindet. In bevorzugter Ausführungsform ist das Rastelement am Deckel beziehungsweise einem Deckelteil, beispielsweise dem Verschlussteil, angeformt.

Der erfindungsgemäße Behälter ist allgemein zur Aufnahme von flüssigen und gasförmigen Medien einsetzbar, beispielsweise als Ausgleichsbehälter für ein eine Kühlflüssigkeit aufweisendes Kühlsystem, das zum Beispiel zur Kühlung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dient.

Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Behälters ergeben sich aus Kombinationen der in den Unteransprüchen genannten Merkmale.

Der Gegenstand der Erfindung betrifft auch ein Kühlsystem, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, das einen Ausgleichsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Deckels für einen Ausgleichsbehälter eines Kühlsystems und eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sperreinrichtung;
2 einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels des Ausgleichsbehälters mit daran angebrachter Sperreinrichtung gemäß 1 im Längsschnitt;
3 eine Draufsicht auf den Ausgleichsbehälter schräg von oben auf eine mittels des Deckels verschließbare Öffnung in perspektivischer Darstellung;
4 einen Ausschnitt des Ausgleichsbehälters mit Blickrichtung vom Behälterinnenraum auf die Öffnung in perspektivischer Darstellung und
5 einen Ausschnitt des Ausgleichsbehälters mit aufgesetztem Deckel in perspektivischer Darstellung.
1 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Deckels 1 zum Verschließen einer Öffnung 3 eines in den 2 bis 5 ausschnittsweise dargestellten Ausgleichsbehälters 5 eines nicht dargestellten Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs.
Der Deckel 1 ist mehrteilig ausgebildet und umfasst ein Außenteil 7 zum Auf- und Abschrauben des Deckels 1 auf den Ausgleichsbehälter 5 und ein Verschlussteil 9, das im aufgeschraubten Zustand in einen die Öffnung 3 aufweisenden Stutzen 11 des Ausgleichsbehälters 5 hineinragt beziehungsweise darin angeordnet ist. In 2 ist ein am Stutzen 11 vorgesehenes Außengewinde erkennbar, auf das das mit einem entsprechenden, nicht dargestellten Innengewinde versehene Außenteil 7 aufschraubbar ist. Die Öffnung 3 im Ausgleichsbe hälter 5, über die Kühlflüssigkeit ein- beziehungsweise nachgefüllt werden kann, wird üblicherweise mittels des Verschlussteils 9 verschlossen, das hierzu entsprechende Dichtmittel (nicht dargestellt) aufweisen kann. Der Deckel 1 umfasst ferner eine nicht dargestellte Überdruckventilanordnung. Aufbau und Funktion des Deckels 1 ist grundsätzlich bekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen wird.
Im Betrieb des Kühlsystems erwärmt sich die darin befindliche Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, was zu einem Druckanstieg führt. Wird in diesem Zustand der Deckel 1 vom Ausgleichsbehälter 5 abgenommen, kann es zu einem gegebenenfalls schlagartigen Austritt der Kühlflüssigkeit kommen. Um dies zu verhindern ist eine in den 1 bis 4 erkennbare Sperreinrichtung 13 vorgesehen, die bei Überdruck im Ausgleichsbehälter 5 den Deckel 1 gegen Öffnen sperrt.
Die Sperreinrichtung 13 ist hier am Ausgleichsbehälter 5 ortsfest angeordnet und weist einen Sperrstift 15 auf, der mit einem in einem Zylinder 17 geführten Kolben 19 verbunden ist. Der Sperrstift 15 ist bei aufgeschraubtem Deckel 1 in eine Ausnehmung 20 (1) am Verschlussteil 9 einfahrbar, worauf noch näher eingegangen wird.
Der Sperrstift 15 durchgreift eine Durchgangsöffnung 21 im Zylinder 17 und ist in diesen ein- und ausfahrbar. Der Zylinder 17 ist mittels eines Zylinderdeckels 23 verschlossen, der mit einer Durchgangsbohrung 25 versehen ist. Hierdurch ist der Kolben 19 mit dem Innenraum des Ausgleichsbehälters 5 verbunden. Im Zylinder 17 ist ferner ein Federelement 27 vorgesehen, das auf der einem über die Durchgangsbohrung 25 mit dem Behälterinnenraum verbundenen Druckraum 29 abgewandten Seite des Kolbens 19 angeordnet ist. Das hier von einer Schraubenfeder gebildete Federelement 27 drückt im drucklosen Zustand des Kühlsystems beziehungsweise bei geringem Druck den Kolben 19 gegen den Zylinderdeckel 23, wodurch der Sperrstift 15 in eine Freigabestellung (1) verlagert wird, in der Sperrstift 15 nicht in die Ausnehmung 20 im Deckel 1 eingreift, so dass der Deckel 1 vom Ausgleichsbehälter 5 abgeschraubt werden kann. Bei auf den Ausgleichsbehälter 5 aufgeschraubtem Deckel 1 wird der Kolben 19 mit ansteigendem Druck im Ausgleichsbehälter 5 entgegen der Kraft des Federelements 27 vom Zylinderdeckel 23 weg gedrückt, wodurch der mit dem Kolben 19 verbundene Sperrstift 15 in die Ausnehmung 20 im Deckel 1 einfährt und diesen dadurch gegen ein Abschrauben vom Ausgleichsbehälter 5 sichert.
In 2 ist der Sperrstift 15 in Sperrstellung angeordnet, der Deckel 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Fällt der Druck im Behälterinnenraum, so dass die mittels des Federelements 27 auf die eine Stirnseite des Kolbens 19 aufgebrachte Federkraft die auf der gegenüberliegenden Kolbenstirnseite wirkenden Druckkräfte übersteigen, wird der Kolben 19 wieder in Richtung des Zylinderdeckels 23 zurück verlagert und somit der Sperrstift 15 in seine Freigabestellung verfahren. Aus den vorstehenden Ausführung wird deutlich, dass die Betätigung der Sperreinrichtung 13 hier mittels des im Ausgleichsbehälter 5 vorliegenden Drucks gesteuert ist.
Festzuhalten bleibt, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Sperreinrichtung 13 die Verlagerung des Sperrstifts 15 in seine Freigabe- und Sperrstellung selbsttätig erfolgt. Die Sicherung des Deckels 1 gegen ein Öffnen des Ausgleichsbehälters 5 bei einem Überdruck im Kühlsystem wird durch Formschluss erreicht, der bei dem anhand der 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel durch eine "Zapfen-Loch-Verbindung" realisiert wird.
In 1 ist erkennbar, dass die beispielsweise von einer Bohrung gebildete Ausnehmung 20 an einem umlaufenden Ringbund 31 am Verschlussteil 9 vorgesehen ist.
Wie aus 3 ersichtlich, weist der Stutzen 11 auf seiner Innenseite eine umlaufende Ringstufe 33 auf, die mit einer Durchgangsöffnung 35 versehen ist, durch die der Sperrstift 15 vom Behälterinnenraum her bei seiner Verlagerung in Sperrstellung hindurchgreift. Die Sperreinrichtung 13 selbst ist in einer vom Behälterinnenraum her zugänglichen Aufnahme 37 angeordnet und beispielsweise durch Einpressen des Zylinders 17 in die Aufnahme 37 am Ausgleichsbehälter 5 daran befestigt.
Damit nach dem Aufdrehen des Deckels 1 auf den Ausgleichsbehälter 5 die Ausnehmung 20 im Deckel 1, in die der Sperrstift 15 bei Überdruck im Ausgleichsbehälter 5 einfahren soll, um den Deckel 1 gegen abschrauben zu sichern, über dem in ortsfester Position angeordneten Sperrstift 15 steht, sind Mittel 39 vorgesehen. Diese umfassen bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel einstöckig am Außenteil 7 des Deckels 1 ausgebildete Anschlagelemente 41A und 41B, die bei ordnungsgemäß aufgeschraubtem Deckel 1 an am Ausgleichsbehälter 5 vorgesehenen Anschlägen 43A beziehungsweise 43B anschlagen und dadurch ein Weiterdrehen des Deckels 1 verhindern. Dadurch kann eine positionsgenaue Anordnung der Ausnehmung 20 gegenüber dem Sperrstift 15 gewährleistet werden.

Claims

Behälter (5) mit einer Öffnung (3), mit einem Deckel (1) zum Verschließen der Öffnung (3) sowie mit mindestens einer Sperreinrichtung (13) zum Sperren des Deckels (1) gegen Öffnen bei einem Überdruck im Behälter (5), dadurch gekennzeichnet , dass die Sperreinrichtung (13) den Deckel (1) mittels Formschluss sperrt.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (13) mindestens einen am Behälter (1) angeordneten, verschiebbar gelagerten Sperrstift (15) aufweist, der in eine Ausnehmung (20) im Deckel (1) einfahrbar ist.
Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrstift (15) mittels einer Kolben-/Zylindereinheit (17, 19) in eine Sperrstellung und mittels Federkraft in eine Freigabestellung verlagerbar ist.
Behälter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Sperreinrichtung (13) mittels des im Innenraum des Behälters (5) vorliegenden Drucks gesteuert ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Sperreinrichtung (13) in Abhängigkeit der Temperatur im Behälter (5) gesteuert ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (1) auf einen die Öffnung (3) aufweisenden Stutzen (11) aufdrehbar, insbesondere aufschraubbar ist, und ein im aufgedrehten Zustand in den Stutzen (11) hineinragendes Verschlussteil (9) aufweist, und dass die Ausnehmung (20) am Umfang des Verschlussteils (9) vorgesehen ist oder in Richtung der Längserstreckung des Stutzens (11) verläuft.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Mittel (39) zur positionsgenauen, reproduzierbaren Anordnung des Deckels (1) gegenüber der Sperreinrichtung (13), derart, dass bei aufgedrehtem Deckel (1) der Sperrstift (15) in die Ausnehmung (20) einfahrbar ist.
Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ der Sperrstift (15) am Deckel (1) angeordnet und die Ausnehmung (20) am Behälter (5) vorgesehen ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Ausgleichsbehälter (5) eines eine Kühlflüssigkeit aufweisenden Kühlsystems zur Kühlung einer Brennkraftmaschine ist.
Kühlsystem, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einem Ausgleichsbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9.