DE19838220A1 - Modulares Ausdehnungsgefäß für den Kühlkreislauf eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Ausdehnungsgefäße für Kreis­ läufe eines Wärmeträgermediums, insbesondere für die Kühlkreisläufe zur Kühlung der Antriebsmotoren von Kraftfahrzeugen.

Die FR-A-2 745 069 beschreibt ein Ausdehnungsgefäß, das die Volumenänderungen eines Wärmeträgermediums ausgleichen kann, das zumindest teilweise in flüssi­ gem Zustand in einem Kühlkreislauf zur Kühlung des Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs zirkuliert, wobei das besagte Ausdehnungsgefäß ein Gehäuse umfaßt, das durch die dichte Zusammenfügung verschiedener Bau­ teile aus Kunststoff gebildet wird und einen durch Außenwände begrenzten Innenraum aufweist.

In diesem bekannten Ausdehnungsgefäß besteht das Ge­ häuse aus zwei als Formteile ausgeführten Bauteilen in Form von Halbschalen, die durch Thermoschweißen entlang einer in etwa mittleren Ebene des Ausdeh­ nungsgefäßes zusammengefügt sind. Die verschiedenen hergestellten Fahrzeuge erfordern verschiedene Typen von Ausdehnungsgefäßen, die sehr unterschiedliche Formen und Abmessungen aufweisen. Für jeden Ausdeh­ nungsgefäßtyp sind wiederum zwei Formwerkzeuge für das Spritzgießen der beiden Bauteile des Gehäuses er­ forderlich, wobei die Herstellung dieser Formwerkzeu­ ge kostenaufwendig ist, vor allem wenn sie für volu­ minöse Ausdehnungsgefäße, wie etwa bei Nutzfahrzeugen oder bei öffentlichen Verkehrsmitteln, bestimmt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzahl und die Kosten der Werkzeuge zu verringern, die für die Herstellung der Gehäuse von Ausdehnungsgefäßen erforderlich sind.

Die Erfindung bezieht sich vor allem auf ein Ausdeh­ nungsgefäß, das die Volumenänderungen eines Wärmeträ­ germediums ausgleichen kann, das zumindest teilweise in flüssigem Zustand in einem Kreislauf zirkuliert, insbesondere in einem Kühlkreislauf zur Kühlung des Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs, wobei das besag­ te Ausdehnungsgefäß ein Gehäuse umfaßt, das durch die dichte Zusammenfügung verschiedener Bauteile gebildet wird und einen durch Außenwände begrenzten Innenraum aufweist, wobei vorgesehen ist, daß mindestens eines der besagten Bauteile ein Profilelement ist, das durch Extrusion hergestellt wird und an seinen beiden Enden mit zwei anderen Bauteilen zusammengefügt wird, wobei das besagte Profilelement teilweise die besag­ ten Außenwände bildet.

Ein Teil des Gehäuse wird daher durch Extrusion aus­ geführt, eine Technik, für die ein weniger kostenauf­ wendiges Werkzeug als für das Spritzgießen erforder­ lich ist, wobei die für die Ausführung der anderen Bauteile benötigten Formwerkzeuge kleiner und daher weniger kostenaufwendig als bei einem bekannten Aus­ dehnungsgefäß sind. Darüber hinaus können Ausdeh­ nungsgefäße mit unterschiedlichen Größen mit dem gleichen Werkzeug hergestellt werden, indem die Länge des extrudierten Elements entsprechend verändert wird.

Nach wahlweisen, zusätzlichen oder alternativen Merk­ malen des erfindungsgemäßen Ausdehnungsgefäßes ist folgendes vorgesehen:

• - Das Gehäuse besteht aus zwei endseitigen Bauteilen und aus einem Profilelement, das mit diesen an seinen beiden Enden zusammengefügt ist.
• - Die Außenwände umfassen zwei endseitige Wände, die durch die beiden endseitigen Bauteile gebildet werden und durch eine ringförmige Seitenwand miteinander verbunden sind, die zumindest im wesentlichen durch das Profilelement gebildet wird.
• - Die endseitigen Bauteile sind, vorzugsweise durch Spritzgießen ausgeführte, Formteile aus Kunststoff.
• - Es umfaßt Organe, die ausschließlich an den endsei­ tigen Bauteilen angebracht sind, wie Einfüllöffnung und Einfüllverschluß, Verbindungsstutzen für den An­ schluß an den Rest des Kreislaufs, Ventile, Befesti­ gungsansätze.
• - Das Profilelement weist Rippen auf, deren Längsen­ den sich an entsprechende Vorsprünge der endseitigen Bauteile anschließen.
• - Die besagten Bauteile sind durch Schweißen oder Lö­ ten zusammengefügt.
• - Jedes Profilelement umfaßt mindestens eine Scheibe, die zwei Seitenkanten aufweist, die sich jeweils an die Seitenwand oder an eine andere Scheibe anschlie­ ßen.
• - Mindestens eine Scheibe jedes Profilelements ist dicht an die anderen Bauteile angeschlossen, um min­ destens eine Trennwand zu bilden, die den besagten Innenraum in mindestens zwei Kammern unterteilt.
• - Es umfaßt mindestens einen Verbindungskanal zwi­ schen zwei Kammern, der zumindest teilweise durch das oder die Profilelemente gebildet wird.
• - Es umfaßt mindestens einen Verbindungskanal zwi­ schen zwei Kammern, der in ein endseitiges Bauteil eingearbeitet ist.
• - Der Verbindungskanal ist in Form einer Auskehlung ausgeführt, die in die zum Profilelement gerichtete Kante des endseitigen Bauteils eingearbeitet und durch eine Zwischenplatte verschlossen ist, die zwi­ schen den beiden vorgenannten Bauteilen eingefügt und dicht an diese angeschlossen ist.
• - Mindestens eine Scheibe jedes Profilelements ist eine Verstärkung, die im Innern einer Kammer des be­ sagten Innenraums enthalten ist.
• - Jedes Profilelement ist an die anderen Bauteile in Ebenen angefügt, die senkrecht zu seiner axialen Richtung verlaufen.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eingehender dargelegt. Darin zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene schematische Per­ spektivansicht eines erfindungsgemäßen Ausdehnungsge­ fäßes für den Kühlkreislauf zur Kühlung des Antriebs­ motors eines Kraftfahrzeugs;

Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht des Ausdehnungsgefäßes;

Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht des Teils A von Fig. 1;

Fig. 4 und 5 Schnittansichten von zwei ande­ ren erfindungsgemäßen Ausdehnungsgefäßen;

Fig. 6 eine auseinandergezogene Perspektivansicht eines vierten erfindungsgemäßen Ausdehnungsgefäßes; und

Fig. 7 eine Teilschnittansicht des Ausdehnungsge­ fäßes von Fig. 6.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausdehnungs­ gefäß umfaßt ein Gehäuse 1, das aus drei Bauteilen aus Kunststoff besteht, und zwar aus einem Zwischen­ bauteil 2 und zwei endseitigen, oberen und unteren Bauteilen 3, 4. Das Bauteil 2 ist ein durch Extrusion hergestelltes Profilelement. Seine Längs- oder Axial­ richtung bzw. seine Extrusionsrichtung verläuft ver­ tikal in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausrichtung, die der normalen Betriebsposition des Ausdehnungsgefäßes entspricht. Aufgrund seiner Her­ stellungstechnik besitzt das Element 2, im Schnitt durch eine horizontale Ebene, einen über seine ganze Höhe konstanten Querschnitt. Es weist obere und unter Enden 5, 6 auf, die sich in horizontalen Ebenen be­ finden. Das Element 2 bildet eine ringförmige Außen­ wand 7, die einen Innenraum begrenzt, der durch drei Scheiben 8, 9, 10 unterteilt ist, die in vertikalen Ebenen senkrecht zur Ebene von Fig. 2 angeordnet sind und in dieser Reihenfolge, von links nach rechts in dieser Figur, aufeinanderfolgen. Zwei andere Wände 11, 12 mit U-förmigem Profil bilden zusammen mit den Scheiben 9 und 10 vertikale Schächte 13, 14.

Bei den Bauteilen 3 und 4 handelt es sich um Spritz­ gußteile. Jedes dieser Teile besteht aus der Aneinan­ derfügung von 4 Schalen, deren ringförmige Kanten 14 mit den Enden 5, 6 des Elements 2 in Übereinstimmung stehen, wobei die Kanten 15 von zwei benachbarten Schalen einen gemeinsamen Teil 16 in Entsprechung zu einem Ende 17 einer der Scheiben 8-10 aufweisen.

Die Kanten 15 der Teile 3 und 4 sind gegenüber den Wärmeträgermedien dicht an den Enden 5 bzw. 6 des Elements 2 verschweißt, um einen Innenraum zu begren­ zen, der durch drei Trennwände, die im wesentlichen durch die Scheiben 8, 9 und 10 gebildet werden, in vier Kammern 18-21 unterteilt ist, wobei jede dieser Scheiben nach oben und nach unten durch Trennwandab­ schnitte 22 verlängert wird, die zu den Teilen 3 und 4 gehören und die an die Kanten 16 angrenzen und je­ weils zwei benachbarten Schalen gemeinsamen sind.

Die Teile 3 und 4 umfassen Ansätze 23 zur Befestigung des Ausdehnungsgefäßes am Fahrzeug. Die Schale des unteren Teils 4, die an die Kammer 19 angrenzt, ist mit einem Stutzen 24 versehen, der die Wärmeträger­ verbindung zwischen dieser und dem Rest des Kreis­ laufs ermöglicht. Die Schale des oberen Teils 2, die an die Kammer 18 angrenzt, ist mit einer durch einen abnehmbaren Verschluß 25 verschlossenen Einfüllöff­ nung sowie mit zwei Entlüftungsstutzen 26 versehen, um in diese Kammer Luft einleiten zu können, die aus bestimmten Organen des Kreislaufs stammt, etwa aus dem Fahrzeugmotor oder aus dessen Kühlradiator. Die Schalen des Teils 3, die an die Kammern 20 und 21 an­ grenzen, sind mit Druckreglern 27 bzw. 28 versehen, die jeweils ein Überdruckventil, das sich nur dann öffnet, wenn der Druck in der entsprechenden Kammer einen ersten Schwellenwert überschreitet, und ein Un­ terdruckventil enthalten, das sich nur dann öffnet, wenn dieser Druck einen Schwellenwert unter dem er­ sten Schwellenwert unterschreitet. Der Druckregler 28 verbindet das obere Ende der Kammer 21 mit einem Stutzen 29, der ins Freie führt. Der Druckregler 27 verbindet das obere Ende der Kammer 20 mit dem oberen Ende des Schachtes 14, dessen unteres Ende frei mit der Kammer 21 in Verbindung steht. Was den Schacht 13 betrifft, so stehen seine oberen und unteren Enden frei mit der Kammer 19 mittels eines im entsprechen­ den Trennwandelement 22 ausgebildeten Umlenkteils 30 bzw. mit der Kammer 20 in Verbindung. Es sind Ausneh­ mungen 31 in die Trennwandelemente 22 der Teile 3 und 4 eingearbeitet, die gegenüber der Scheibe 8 angeord­ net sind, so daß die Kammern 18 und 19 sowohl oben als auch unten miteinander in Verbindung stehen kön­ nen. Dank dieser Verbindung bilden die Kammern 18 und 19 eine einheitliche Kammer, wobei die Scheibe 8 im wesentlichen dazu dient, das Gehäuse 1 mechanisch zu verstärken.

Die Böden der Schalen des Teils 3 bilden eine obere Wand 32 des Gehäuses, während die Böden der Schalen des Teils 4 eine untere Wand 33 bilden, wobei die Wände 32 und 33 mit der Seitenwand 7 zusammenwirken, um den Innenraum des Gehäuses 1 zu begrenzen.

Das Element 2 weist Rippen 34, von denen einige in den Fig. 1 und 3 dargestellt sind, im dem der Kam­ mer 21 zugekehrten Bereich der Seitenwand 7 auf. Im veranschaulichten Beispiel sind diese Rippen zum In­ nern des Gehäuses gerichtet. Sie dienen dazu, dieses zu verstärken und, im Zusammenwirken mit nicht darge­ stellten Vorsprüngen, die gegenüber ihren Enden an den Teilen 3 und 4 vorgesehen sind, die Schweißfläche der Bauteile zu vergrößern. Diese Rippen und Vor­ sprünge können auf dem gesamten Umfang der Seitenwand und außerdem auf den Trennwänden und den Verstär­ kungsscheiben vorgesehen sein.

Das beschriebene und dargestellte Ausdehnungsgefäß weist eine herkömmliche Funktionsweise auf. Im Normablbetrieb ist die Kammer 18, 19 mit Wärmeträger­ medium in flüssigem Zustand bis zu einem Füllstand N befüllt, der sich in etwa am oberen Ende des Profile­ lements 2 befindet. Oberhalb dieses Füllstands und in den Kammern 20 und 21 ist Luft vorhanden. Im Falle einer Vergrößerung des Flüssigkeitsvolumens dient der Schacht 13 als Überlauf, um die überschüssige Flüs­ sigkeit zum Boden der Kammer 20 zu leiten. Durch den Druckregler 27 kann der Druck in der Kammer 20 und demzufolge auch in der Kammer 8, 9 und im restlichen Kreislauf mittels Übertragung von Luft zu oder von der Kammer 21 in einem Normalbereich gehalten werden. Der Druckregler 28 ermöglicht die Ableitung von Luft nach außen oder die Zuführung von Außenluft, um das Auftreten von extremen Drücken zu verhindern.

An der beschriebenen Ausführungsart können Änderungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So müssen die Trenn- oder Verstärkungs­ scheiben nicht unbedingt eben oder parallel sein. Sie können sich insbesondere auch aneinander anschließen, was beispielsweise zu einer sternförmigen statt einer linienförmigen Anordnung der Kammern führt. Außerdem ist es möglich zwei oder mehr Profilelemente zwischen zwei endseitigen Bauteilen aneinanderzureihen, bei­ spielsweise um aus den gleichen Bauteilen unter­ schiedliche Gehäuse mit einem profilierten Zwischen­ teil auszuführen, dessen Länge dem Vielfachen einer Elementarlänge entspricht.

Fig. 4 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Ausdeh­ nungsgefäß mit einheitlicher Kammer, das heißt ohne Trennwand. Dieses Ausdehnungsgefäß enthält auch keine Verstärkungsscheibe, da derartige Scheiben im allge­ meinen nicht von Nutzen sind, wenn die Seitenwand des Gehäuses einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das Profilelement 41 ist daher ein einfaches extru­ diertes Rohr, dessen Achse A hier horizontal ausge­ richtet ist. Das Gehäuse wird durch zwei endseitige Bauteile 42 und 43 vervollständigt, die die allgemei­ ne Form von einfachen Schalen mit radialen Flanschen 44 haben, die an den Enden des Rohrs 41 angefügt wer­ den. Die Bauteile 42 und 43 weisen außerdem einen Einfüllkanal 45, Ein- und Auslaßstutzen für das Wär­ meträgermedium 46, 47 und Befestigungsansätze 48 auf.

In Fig. 5 werden die gleichen Bezugsnummern wie in Fig. 4 verwendet, um jeweils identische oder gleich­ artige Elemente zu bezeichnen. Das veranschaulichte Ausdehnungsgefäß unterscheidet sich vom dem der Fig. 4 einerseits dadurch, daß die Längsachse des Profile­ lements 41 vertikal verläuft, wie beim Ausdehnungsge­ fäß der Fig. 1 bis 3, und andererseits dadurch, daß das Profilelement zwei Scheiben 49 umfaßt, die sich in parallel zueinander angeordneten Ebenen er­ strecken. Derartige Scheiben können zur mechanischen Verstärkung des Gehäuses und/oder zur Begrenzung der Bewegungen der Flüssigkeit im Gehäuse dienen. Die Ab­ schlußkanten 50 der Scheiben 49 sind völlig frei, wo­ bei der Innenraum des Gehäuses eine einheitliche Kam­ mer bildet.

Das Gehäuse 60 des in den Fig. 6 und 7 dargestell­ ten Ausdehnungsgefäßes umfaßt ebenfalls ein extru­ diertes Profilelement 61 und zwei als Formteile aus­ geführte endseitige Bauteile 62 und 63. Das Profilelement 61, dessen Achse horizontal verläuft, umfaßt ein Trennwandelement 64, das in einer vertika­ len Ebene angeordnet und dazu bestimmt ist, den In­ nenraum des Gehäuses in zwei Kammern 65 und 66 zu un­ terteilen.

Jedes der endseitigen Bauteile 62 und 63 bildet eine endseitige Wand 67 und ein ringförmiges Wandelement 68, das sich axial gegenüber der Außenwand des Pro­ filelements erstreckt, um zusammen mit dieser die Seitenwand des Gehäuses zu bilden. In der Dicke des Wandelements 68 des Bauteils 63 ist, von dessen frei­ er Kante 70 aus, eine Auskehlung 69 eingearbeitet, die sich in Längsrichtung auf einem Teil des Umfangs des Gehäuses erstreckt. In der Nähe ihrer beiden Längsenden steht die Auskehlung 69 durch Ausnehmungen 71 bzw. 72 mit dem oberen Teil der Kammer 65 bzw. mit dem unteren Teil der Kammer 66 in Verbindung, wie dies in Fig. 7 zu erkennen ist, deren obere Hälfte einen Vertikalschnitt in Höhe der Kammer 66 zeigt. Die Ausnehmungen 71 und 72, die ebenfalls an der Kan­ te 70 münden, gehen durch die Dicke des Wandelements 68 zwischen der Auskehlung 69 und dem Innern des Ge­ häuses hindurch. Um den dichten Verschluß der Auskeh­ lung 69 und der Ausnehmungen 71, 72 in axialer Rich­ tung zu vereinfachen, ist zwischen dem Profilelement 61 und dem endseitigen Bauteil 63 eine Zwischenplatte 73 eingefügt, die sich dicht an die Kante 70 über de­ ren ganze Dicke sowie an die Abschlußkante 74 des Profilelements 61 anschließt. Durch die Platte 73 ge­ hen zwei Öffnungen 75 hindurch, die die Durchgängig­ keit der Kammern 65 bzw. 66 bewirken. Die Öffnungen 75 sind durch eine Querleiste 76 voneinander ge­ trennt, die sich dicht an die Abschlußkante des Trennwandelements 64 und an die freie Kante eines nicht dargestellten Trennwandelements anschließt, das im endseitigen Bauteil 63 ausgebildet ist, um die Trennwand zwischen den beiden Kammern zu bilden.

Bei einer Vergrößerung des Volumens, das die Flüssig­ keit in der Kammer 65 einnimmt, wird die über ihr be­ findliche Luft durch die Öffnung 71 in die Auskehlung 69 gedrückt, durch die sie hindurchströmt, um durch die Öffnung 72 auszutreten und in die Kammer 66 zu gelangen, was in Richtung der Pfeile F erfolgt.

Anstelle ihrer Ausführung aus Kunststoff können die Bauteile des Gehäuses auch aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, ausgeführt sein. Sie können dann durch Löten zusammengefügt sein, insbesondere unter Verwen­ dung eines Lötwerkstoffs, der zuvor auf die endseiti­ gen Bauteile aufgebracht wird.

Claims (14)

1. Ausdehnungsgefäß, das die Volumenänderungen eines Wärmeträgermediums ausgleichen kann, das zumindest teilweise in flüssigem Zustand in einem Kreislauf zirkuliert, insbesondere in einem Kühlkreislauf zur Kühlung des Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs, wo­ bei das besagte Ausdehnungsgefäß ein Gehäuse (1) um­ faßt, das durch die dichte Zusammenfügung verschie­ dener Bauteile gebildet wird und einen durch Außenwände (7, 32, 33) begrenzten Innenraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens eines der besagten Bauteile ein Profilelement (2) ist, das durch Extrusion hergestellt und an sei­ nen beiden Enden mit zwei anderen Bauteilen (3, 4) zusammengefügt wird, wobei das besagte Profilelement teilweise die besagten Außenwände bildet.

2. Ausdehnungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse aus zwei endseitigen Bauteilen (3, 4) und aus einem Profilele­ ment (2) besteht, das mit diesen an seinen beiden En­ den (5, 6) zusammengefügt ist.

3. Ausdehnungsgefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände zwei endseitige Wände (32, 33) umfassen, die durch die beiden endseitigen Bauteile gebildet werden und durch eine ringförmige Seitenwand (7) miteinander verbunden sind, die zumindest im wesentlichen durch das Profil­ element gebildet wird.

4. Ausdehnungsgefäß nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die endseitigen Bauteile, vorzugsweise durch Spritzgießen ausgeführte, Formteile aus Kunststoff sind.

5. Ausdehnungsgefäß nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es Organe umfaßt, die ausschließlich an den endseitigen Bauteilen angebracht sind, wie Einfüllöffnung und Einfüllverschluß (25), Verbindungsstutzen (24, 26) für den Anschluß an den Rest des Kreislaufs, Ventile (27, 28), Befestigungsansätze (23).

6. Ausdehnungsgefäß nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilelement Rippen (34) aufweist, deren Längsenden sich an entsprechende Vorsprünge der endseitigen Bau­ teile anschließen.

7. Ausdehnungsgefäß nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Bauteile durch Schweißen oder Löten zusammengefügt sind.

8. Ausdehnungsgefäß nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Profilelement mindestens eine Scheibe (8) umfaßt, die zwei Seitenkanten aufweist, die sich je­ weils an die Seitenwand oder an eine andere Scheibe anschließen.

9. Ausdehnungsgefäß nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Scheibe jedes Profilelements dicht an die anderen Bauteile angeschlossen ist, um mindestens eine Trenn­ wand (9, 10) zu bilden, die den besagten Innenraum in mindestens zwei Kammern (18-21) unterteilt.

10. Ausdehnungsgefäß nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens einen Verbindungskanal (13, 14) zwischen zwei Kammern um­ faßt, der zumindest teilweise durch das oder die Pro­ filelemente gebildet wird.

11. Ausdehnungsgefäß nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens einen Verbindungskanal (69) zwischen zwei Kammern (65, 66) umfaßt, der in ein endseitiges Bauteil (63) eingear­ beitet ist.

12. Ausdehnungsgefäß nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal in Form einer Auskehlung (69) ausgeführt ist, die in die zum Profilelement (61) gerichtete Kante (70) des endseitigen Bauteils eingearbeitet und durch eine Zwischenplatte (73) verschlossen ist, die zwischen den beiden vorgenannten Bauteilen eingefügt und dicht an diese angeschlossen ist.

13. Ausdehnungsgefäß nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Scheibe jedes Profilelements eine Verstärkung (8) ist, die im Innern einer Kammer (18, 19) des besagten Innenraums enthalten ist.

14. Ausdehnungsgefäß nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Profilelement an die anderen Bauteile in Ebenen angefügt ist, die senkrecht zu seiner axialen Richtung verlaufen.