DE2419266B2

DE2419266B2 - Ausgleichsgefaess fuer den volumenausgleich und die luftabscheidung eines in einem kreislauf insbesondere die maschinenkuehlraeume einer fluessigkeitsgekuehlten brennkraftmaschine durchstroemenden fluessigen waermetraegers

Info

Publication number: DE2419266B2
Application number: DE19742419266
Authority: DE
Inventors: Josef 7304 Ruit Merz
Original assignee: Zusatz in 24 33 049 Daimler Benz AG, 7000 Stuttgart
Priority date: 1974-04-22
Filing date: 1974-04-22
Publication date: 1977-08-25
Also published as: ES436691A1; FR2268157A1; DE2419266A1; US4002442A; DE2419266C3; FR2268157B1; GB1510175A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausgleichsgefäß nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Zylindrische Ausgleichsgefäße dieser Art sind bei Nutzfahrzeugen mit ihrer Zylinderachse in liegender Anordnung üblich und bestehen normalerweise aus einem dünnen Blechmantel, der durch eine oder mehrere senkrecht zur Zylinderachse angeordnete Trennwände versteift ist. Jede Trennwand endet mit freiem Abstand sowohl zum Behälterboden als auch zur Behälterdeckwand. Auf diese Weise stehen die durch die Trennwände abgeteilten Kammern sowohl am Behälterboden als auch an der Behälterwand miteinander in Verbindung. Während in eine oder mehrere der auf diese Weise gebildeten Abscheidekammern des Ausgleichsbehälters mittels Entlüftungsleitungen eine Nebenstrommenge der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine eingeleitet wird, steht eine dieser Abscheidekammern über eine in ihrem Boden vorgesehene Austrittsöffnung mit einer zum Kühlwasserkreislauf der

ss Brennkraftmaschine zurückführenden Nebenstrom-Rücklaufleitung in Verbindung. Auf diese Weise werden mindestens zwei der Abscheidekammern von der Nebensl rommenge nacheinander durchströmt, so daß ebenfalls mindestens zwei Entlüftungsstellen gebildet werden. Daher kann ein solches Ausgleichsgefäß mit einer größen zeitlichen Nebenstrommenge als ein Ausgleichsgefäß arbeiten, daß lediglich für das Prinzip einer stehenden, beruhigten Wassersäule für das Entweichen der Entlüftungsteilchen ausgebildet ist Derartige voluminöse Behälter beanspruchen naturgemäß in den Horizontalrichtungen sehr viel Bauraum, der bei Nutzfahrzeugen auch zur Verfügung steht
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe

besteht im wesentlichen darin, ein Ausgleichsgefäß mit ebenfalls mindestens zwei von der Nebenstrommenge nacheinander durchströmten Abscheidekammern zu schaffen, die jedoch in den Horizontalrichtungen auf einem kleinen Gesamtquerschnitt untergebracht werden sollten.

Ausgehend von einem Ausgleichsgefäß der eingangs genannten Art mit zwei durch eine Trennwand abgeteilten und über je eine Entlüfungsverbindung mit einem Luftsammeiraum unterhalb der Gefgßdeckvvand in Verbindung stehenden Abscheidekammern, bei dem die eine Abscheidekammer eine Eintrittsöffnung einer Brennkraftmaschine und die andere Abscheidekammer eine Austrittsöffnung für die Nebenstrommenge sowie die Trennwand an ihrem einen Ende eine die Abscheidekammer miteinander verbindende, die Nebenstrommenge ganz oder zum überwiegenden Teil führende Nebenstromöffnung aurweisen und die Nebenstromöffnung geodätisch zwischen Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung liegt, ist die erläuterte Aufgabe in vorteilhafter Weise dadruch gelöst, daß die Nebenstromkammern etagenartig übereinander angeordnet sind und die Austrittsöffnung horizontal gegenüber der Nebenstromöffnung in Richtung auf das andere Ende der Trennwand versetzt ist.

Bei dem Ausgleichsgefäß nach der Erfindung beanspruchen die Abscheidekammern aufgrund ihrer Etagenanordnung nur einen geringen Gesamtquerschnitt, wobei durch die Versetzung der Durchtrittsöffnungen für die Nebenstrommenge eine Strömungsumlenkung und damit eine lange Entlüftungsstiecke geschaffen ist.

Die Bildung einer gefäßinneren Entlüftungsverbindung für die untere Abscheidekammer kann bei dem Ausgleichsgefäß nach der Erfindung so getroffen sein, daß das der Nebenstromöffnung abgewandte Ende der Trennwand einen aufrechten, in Nähe einer parallelen Gefäßwand angeordneten Wandabschnitt aufweist, der zum Luftsammeiraum führt, und daß die Entlüftungsverbindung der die Austrittsöffnung aufweisenden Abscheidekammer zwischen dem aufrechten Wandabschnitt und der Gefäßwand verläuft.

Eine hinterschneidungsfreie Ausbildung der Abscheidekammern zur Vermeidung von Luftsäcken ist bei dem Ausgleichsgefäß nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Trennwand geneigt ist.

Um die Gefahr zu verringern, daß die übsr die Eintrittsöffnung der einen Abscheidekammer eintretende Nebenstrommenge bereits im Luftsammeiraum vorhandene Luftteilchen mitreißen kann, ist es bei dem Ausgleichsgefäß nach der Erfindung vorteilhaft, daß die in den Luftsammeiraum mündende öftnung der Entlüftungsverbindung der die Eintrittsöffnung aufweisenden Abscheidekammer horizontal gegenüber der Eintrittsöffnung versetzt liegt.

Aus der US-PS 34 55 377 ist es bekannt, ein lediglich eine Abscheidekammer zur Durchleitung einer Nebenstrommenge der Kühlflüssigkeit aufweisendes Ausgleichsgefäß so in einen Querstromkühler zu integrieren, daß Ein- und Austrittsöffnung der Abscheidekammer an den eine Hauptstromkammer bildenden austrittsseitigen Wasserkasten des Querstromkühlers angeschlossen sind.

Bei einer derartigen Anordnung ist die Abscheidefunktion des Ausgleichsgefäßes nach der Erfindung dadurch verbessert, daß die Hauptstromkammer eine die Abscheidekammer umgehende Entlüftungsbypaßverbindung aufweist, die in den Luftsammeiraum ausmündet. Hierdurch ist eine von den Strömungsgeschwindigkeiten im Nebenstrom unabhängige Entlüftungsstelle in der Hauptstromkammer geschaffen, an der auch Luftteilchen noch abgschieden werden, die nicht in den Nebenstrom eingetreten sind und· an sich beim bekannten Ausgleichsgefäß mindestens zu einem weiteren Kreislauf gezwungen sind.

Hierbei werden auch noch im Nebenstrom nicht abgeschiedene und in die Hauptstromkammer über den Nebenstrom-Austritt austretende Luftteilchen über die Entlüftungsbypaßverbindung in den Luftraum des Ausgleichsgefäßes geleitet, wenn dafür Sorge getroffen ist, daß die in die Hauptstromkammer mündende öffnung der Entlüftungsbypaßverbindung geodätisch höher liegt als die in der Hauptstromkammer liegende Mündung der Austrittsöffnung der Abscheidekammer.

Um mit Sicherheit die über den Hauptstrom in die Hauptstromkammer eingetretenen Luftteilchen von der Entlüftungsbypaßverbindung zu erfassen, kann vorgesehen sein, daß die in die Hauptstromkammer mündende öffnung der Entlüftungsbypaßverbindung über dem Strömungsbereich zwischen Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung für die Hauptstrommenge liegt.

Es ist üblich, das Ausgleichsgefäß mit einem an den Luftsammeiraum angeschlossenen Einfüllstutzen für KühlflüsEigkeit zu versehen. Um beim Füllen des Ausgleichgefäßes zu vermeiden, daß der einfließenden Flüssigkeit aufsteigende Luft- oder Flüssigkeitsteilchen über die Entlüftungsverbindung der den Nebenstrom-Eintritt aufweisenden Abscheidekammer entgegenströmen, ist es bei dem Ausgleichsgefäß nach der Erfindung vorteilhaft, daß die Entlüftungsbypaßverbindung eine geneigte Schirmwand aufweist, die unterhalb des Einfüllstutzens angeordnet und zum Luftsammeiraum geführt ist.

1st das Ausgleichsgefäß nach der Erfindung an eine Hauptstromkammer mit einer Entlüftungsbypaßverbindung angeschlossen und zwischen Ausgleichsgefäß und Hauptstromkammer lediglich eine Trennwand vorgesehen, dann hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Trennwand der Hauptstromkammer geneigt ist und sich zwischen den in der Hauptstromkammer liegenden Mündungen der Entlüftungsbypaßverbindung und der Austrittsöffnung der Abscheidekammer erstreckt. Auf diese Weise ist ein hinterschneidungsfreier Strömungsverlauf zwischen dem Aasgleichsgefäß und der Entlüftungsbypaßverbindung geschaffen.

In baulicher Zusammenfassung von Hauptstromkammer und erfindungsgemäßem Ausgleichsgefäß kann die Anordnung so getroffen sein, daß eine aufrechte Wand in Nähe einer parallelen Gefäßwand verläuft und die Entlüftungsbypaßverbindung zwischen dieser aufrechten Wand und der Gefäßwand verläuft.

Um bei dem Ausgleichsgefäß nach der Erfindung mit wenigen Gefäßwänden auskommen zu können, ist es vorteilhaft, daß die Schirmwand der Entlüftungsbypaßverbindung und die Wand der Hauptstromkammer einteilig sind.

Aus dem gleichen Grund hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß Trennwand und die aufrechte Wand der hauptstromkammer einteilig sind.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Querstromkühler mit einem in den austrittsseitigen Wasserkasten integrierten Ausgleichsgefäß nach der Erfindung gemäß Linie I-I in F i g. 2,

F i g. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch den Querstromkühler in F i g. 1 nach Linie U-II und

Fig.3 eine perspektivische Schemadarstellung der Innenteile des austrittsseitigen Wasserkastens des Querstromkühlers der F i g. 1.

Der Querstromkühler 10 ist auf seiner einen Seite mit einem eintrittsseitigen Wasserkasten U und auf seiner anderen Seite mit einem austrittsseitigen Wasserkasten 12 versehen. Der Wasserkasten 12 ist durch eine dachförmige Trennwand 13 in eine Sammelkammer 14 und in ein kastenförmiges Ausgleichsgefäß 15 unterteilt. Der Wasserkasten 11 und die Sammelkammer 14 sind durch quer verlaufende Kühlwasserbahnen 16 miteinander verbunden. Das Kühlwasser wird dem Wasserkasten 11 über einen oberen Zulaufstutzen zugeleitet, durchströmt die KUhlwasserbahnen 16 und tritt anschließend in die Sammelkammer 14 aus. Am Boden

18 des Ausgleichsgefäßes 15 liegt eine Hauptstromkammer 19, die über eine untere öffnung 20 in der Trennwand 13 mit der Sammelkammer 14 in Verbindung steht, so daß das Kühlwasser aus der Sammelkammer 14 über die öffnung 20 in die Hauptstromkammer

19 eintritt. In die Hauptstromkammer 19 mündet der Rücklaufstutzen 21 des Wasserkastens 12, über den das Kühlwasser aus der Hauptstromkammer 19 austritt.

In das Ausgleichsgefäß 15 ist eine U-förmige Trennwand 22 eingesetzt, deren Stegwand 23 parallel und im Abstand zur hinteren Stirnwand 24 des Wasserkastens 12 verläuft und auf diese Weise eine Entlüftungsbypaßverbindung 25 zwischen der Haupt-Stromkammer 19 und dem Luftraum 26 unter der Deckwand 27 des Ausgleichsgefäßcs 15 bzw. des Wasserkastens 12 bildet. Die Trennwand 23 ist sowohl mit der Trennwand 13 als auch mit der Seitenwand 28 des Wasserkastens 12 dicht verbunden. Die aufgesprcizten Schenkelwände 29 und 30 der U förmigen Trennwand 23 bilden gegenüber der vorderen Stirnwand 31 des Wasserkastens 12 ein offenes U und sind mit ihren freien Enden jeweils mit Abstand sowohl zur Stirnwand 31 als auch zur Deckwand 27 bzw. Bodenwand 18 angeordnet.

In das Ausgleichsgefäß 15 ist ferner eine zweite L-förmige Trennwand 42 eingesetzt und gleichfalls sowohl mit der Trennwand 13 als auch mit der Seitenwand 28 dicht verbunden. Die eine Schenkelwand 33 der Trennwand 32 verläuft parallel zur Stirnwand 31 als auch, jeweils mit freiem Abstand zur Stirnwand 31 und zur Schenkelwand 29. Die andere, aufgespreizte Schenkelwand 34 der Trennwand 32 unterteilt den von der Stirnwand 31 und der anderen Trennwand 22 so eingeschlossenen Gefäßraum in zwei Nebenstromkammern 35 und 36, die über eine durch einen Abstand zwischen dem freien Wandende der Schenkelwand 34 und der Schenkelwand 30 gebildete Nebenstromverbindung 37 miteinander verbunden sind. Dabei bilden SS einerseits Stirnwand 31 und Schenkelwand 33 eine Entlüftungsverbindung 38 für die Nebenstromkammer 36 zum Luftraum 26 und andererseits Schenkelwsind 33 und Schenkelwand 29 eine Entlüftungsverbindung 39 für die Nebenstromkammer 35 zum Luftraum 26.

In der Trennwand 13 ist eine öffnung 40 vorgesehen,

die die Sammelkammer 14 mit der Nebenstromkammer 35 verbindet und so den Nebenstrom-Eintritt des Ausgleichsgefäßes bildet. Durch den freien Abstand zwischen der Schenkelwand 30 und der Stirnwand 31 bzw. der Bodenwand 18 ist ein Nebenstrom-Austritt 41 geschaffen, der die Nebenstromkammer 36 mit der Hauptstromkammer 19 verbindet Eine Teilmenge des Kühlwasserstromes in der Sammelkammer 14 wird über die öffnung 40 abgezweigt und als Nebenstrom über die Nebenstromkammern 35 und 36 in die Hauptstromkammer 19 geleitet, in der sie wieder mit dem über die öffnung 20 eintretenden Kühlwasserhauptstrom aus der Sammelkammer 14 vereinigt wird. In den Nebenstromkammern 35 und 36 scheidet sich Luft aus dem Nebenstrom ab, die mittels der Entlüftungsverbindung 39 bzw. 38 in den Luftstrom 26 geleitet wird.

Die Entlüftungsverbindung 25 stellt eine zusätzliche Entlüftungsstelle des Ausgleichsgefäßes 15 für die Luftabscheidung des von der öffnung 20 zum Rücklaufstutzen 21 geführten Hauptstromes dar. Zu diesem Zweck liegt, die in die Hauptstromkammer 19 mündende öffnung 42 dieser Entlüftungsverbindung 25 oberhalb des Bereiches 43 zwischen der öffnung 20 und der in die Hauptstromkammer 19 mündenden öffnung 44 des Rücklaufstutzens 21. Dabei weist die öffnung 42 gegenüber dem Nebenstrom-Austritt 41 eine geodätisches Gefälle 45 auf, so daß auch noch über den Nebenstrom in die Hauptstromkammer 19 eintretende Luftteilchen über die Entlüftungsbypaßverbindung 25 in den Luftraum 26 abgeschieden werden.

Die Entlüftungsverbindung 39 der Nebenstromkammer 35 ist gegenüber der Öffnung 40 horizontal um einen Abstand 46 versetzt, so daß vermieden ist, daß durch die Strömung der öffnung 40 Luftteilchen aus dem Luftraum 26 in den Nebenstrom mitgerissen werden. In dem Bereich 47 oberhalb der die öffnung 40 überdeckenden Schenkelwand 29 ist der in den Luftraum 26 mündende Einfüllstutzen 48 an der Deckwand 27 angeordnet, so daß der Einfüllstrom von der öffnung 40 ferngehalten wird.

Die Schenkclwiinde 30 und 34 stellen eine die Nebenstromkammer 35 untergreifende Ausbuchtung dar, die eine lediglich einen engen Gefäßquerschnitt erfordernde Etagenanordnung der Nebenstromkammern 35 und 36 ermöglicht.

Die den Nebenstrom-Eintritt bildende öffnung 40 liegt um den Höhenabstand 49 höher als die Ncbcnstromvcrbiridung 37, die durch ihre Anordnung nn der weitesten Stelle der Ausbuchtung 30, 34 eine Umlenkung des Nebenstromes erzwingt. Infolge de; Höhenabstandes 49 sind die durch die Strömungsumlen kung eintretenden Druckvcrluste gering.

Aus dem gleichen Grund weist die Nebenstromver bindung 37 gegenüber dem horizontal versetzt liegen den und daher gleichfalls eine Strömungsumlenkuni erzwingenden Nebenstrom-Austritt 41 einen geodäti sehen Höhenabstsmd SO auf.

Der stetige geneigte Verlauf der Schenkelwände 29 30 und 34 sowie die hinterschneidungsfreie Ausbilduni der Stegwand 23 und des Wandschenkels 33 verhinder die Ausbildung von Luftsäcken im Ausgleichsgeföß,

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ausgleichsgefäß mit zwei durch eine Trennwand abgeteilten und über je eine Entlüftungsverbindung mit einem Luftsammeiraum unterhalb der Gefäßdeckwand in Verbindung stehenden Abscheidekammern, bei dem die eine Abscheidekammer eine Eintrittsöffnung für das Einleiten einer Nebenstrommenge der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine und die andere Abscheidekammer eine Austrittsöffnung für die Nebenstrommenge sowie die Trennwand an ihrem einen Ende eine die Abscheidekammer miteinander verbindende, die Nebenstrommenge ganz oder zum überwiegenden Teil führende Nebenstromöffnung aufweisen und die Nebenstromöffnung geodätisch zwischen Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenstromkammern (35 und 36) etagenartig übereinander angeordnet sind und die Austrittsöffnung (41) horizontal gegenüber der Nebenstromöffnung (37) in Richtung auf das andere Ende der Trennwand (32) versetzt ist.

2. Ausgleichsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Nebenstromöffnung (37) abgewandte Ende der Trennwand (32) einen aufrechten, in Nähe einer parallelen Gefäßwand (31) angeordneten Wandabschnitt (33) aufweist, der zum Luftsammeiraum (26) führt, und daß die Entlüftungsverbindung (38) der die Austrittsöffnung (41) aufweisenden Abscheidekammer (36) zwischen dem aufrechten Wandabschnitt (33) und der Gefäßwand (31) verläuft.

3. Ausgleichsgefäß nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (34) geneigt ist.

4. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Luftsammeiraum (26) mündende öffnung der Entlüftungsverbindung (39) der die Eintrittsöffnung (40) aufweisenden Abscheidekammer (35) horizontal gegenüber der Eintrittsöffnung (40) versetzt liegt.

5. Ausgleichigefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einer durch eine Trennwand von einer Abscheidekammer zum Durchleiten einer Nebenstrommenge der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine abgeteilten Hauptstromkammer, die eine Eintrittsöffnung für die Einleitung einer Hauptstrommenge der Kühlflüssigkeit und eine Austrittsöffnung für das Ableiten der Hauptstrommenge aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstromkammer (19) eine die Abscheidekammer (35 bzw. 36) umgehende Entlüftungsbypaßverbindung (25) aufweist, die in den Luftsammeiraum (26) mündet.

6. Ausgleichsgefäß nach Anspruch 5, bei dem die Austrittsöffnung der Abscheidekammer in die Hauptstromkammer mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Hauptstromkammer (19) mündende öffnung (42) der Entlüftungsbypaßverbindung (25) geodätisch höher liegt als die in der Hauptstromkammer (19) liegende Mündung der Austrittsöffnung (41) der Abscheidekammer (36).

7. Ausgleichsgefäß nach einem oder beiden der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Hauptstromkammer (19) mündende öffnung (42) der Entlüfungsbypaßverbindung (25) über dem Strömungsbereich (43) zwischen Eintrittsöffnung (20) und Austrittsöffnung (44) für die Hauptstrom-

menge liegt.

8. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, mit einem an den Luftsammelraum angeschlossenen Einfüllstutzen für Kühlflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsbypaßverbindung (25) eine geneigte Stirnwand (29) aufweist, die unterhalb des Einfüllstutzens (48) angeordnet und zum Luftsammeiraum (26) geführt ist.

9. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (30) der Hauptstromkammer (19) geneigt ist und sich zwischen den in der Hauptstromkammer (19) liegenden Mündungen der Entlüftungsbypaßverbindung (25) und der Austrittsöffnung (41) der Abscheidekammer (36) erstreckt.

10. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine aufrechte Wand (23) in Nähe einer parallelen Gefäßwand (24) verläuft und die Entlüftungsbypaßverbindung (25) zwischen dieser aufrechten Wand (23) und der Gefäßwand (24) verläuft.

11. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmwand (29) der Entlüfungsbypaßverbindung (25) und die Wand (23) der Hauptstromkammer (19) einteilig sind.

12. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Trennwand (30) und die aufrechte Wand (23) der Hauptstromkammer (19) einteilig sind.