DE2419266C3

DE2419266C3 - Ausgleichsgefäß fur den Volumenausgleich und die Luftabscheidung eines in einem Kreislauf insbesondere die Maschinenkühlraume einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine durchströmenden flüssigen Wärmeträgers

Info

Publication number: DE2419266C3
Application number: DE2419266A
Authority: DE
Inventors: Josef 7304 Ruit Merz
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-04-22
Filing date: 1974-04-22
Publication date: 1978-04-27
Also published as: ES436691A1; FR2268157A1; DE2419266A1; US4002442A; FR2268157B1; DE2419266B2; 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

jo Ausgleichsbehälters mittels Entlüftungsleitungen eine Nebenstrommenge der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine eingeleitet wird, steht eine dieser Abrcheidekammern über eine in ihrem Boden vorgesehene Austrittsöffnung mit einer zum Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine zurückführenden Nebenstrom-Rücklaufleitung in Verbindung. Auf diese Weise werden mindestens zwei der Abscheidekammern von der Nebenstrommenge 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 !deinen Gesamtquerschnitt untergebracht werden sollten.

Ausgehend von einem AusgleichsgefäQ der eingangs genannten Art mit zwei durch eine Trennwand abgeteilten und über je eine Entlüfungsverbsndung mit einem Luftsammeiraum unterhalb der Gefäßdeckwand in Verbindung stehenden Abscheidekammern, bei dem die Näine: 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 aufweisen und die Nebenstromöffnung geodätisch zwischen Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung liegt, ist die erläuterte Aufgabe in vorteilhafter Weise dadmch 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 Entlüftungsstrecke 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 d.r 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 T rennwaiid geneigt ist.

Um die Gefahr zu verringern, daß die über die Eintrittsöffnung der einen Abscheidekammer eintretende Nebenstrommenge bereits im Luftsammeiraum vorhandene Luftteilchtn mitreißen kann, ist es bei dem Ausgleichsgefäß nach der Erfindung vorteilhaft, daß die in den Luftsammeiraum mündende öffnung der Entlüftungsverbindung der die Eintrittsöffnung aufweisenden Abscheidekamnier 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 Aiisgleichsgefäßes nach der Erfindung dadurch verbessert, daß die Hauptstromkammer eine die Abscheidekamme; 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

to Nebenstrom-Austritt austretende Luftteilchen über die EntlüftungsbypaBverbindung in den Luftraum des Ausgleichsgefäßes geleitet, wenn dafür Sorgt- 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 Entlüftur.gsbypaßverbindung über dem Strömungsbereich zwischen Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung für die Hauptstrommenge liegt.

Es ist üblich, das Ausgleichsgefäß mit einem an den Luftsammeiraum angeschlossenen Einfüllstutzen für Kühlflüssigkeit 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.

Ist das Ausgleichsgefäß nach der Erfindung an eine Hauptstromkammer mit einer Entlüftungsbypaßverbindung angeschlossen und zwischen Ausghichsgcfäß 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 E.ntlüftungsbypaßverbin<lung und der Austrittsöffnung der Abscheidekammer erstreckt. Auf diese Weise ist ein hinterschneidungsireier Strömungsverlauf zwischen dem Ausgleichsgefäß 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 Entlüitungsbypaßverbindung zwischen dieser aufrechten Wand und der Gefäßwand verläuft.
Um bei dem Ausgleichsgefäß nach der Erfindung mit wenigen Gefäßvänden auskommen zu können, ist es vorteilhaft, daß die Schirmwand der Entlüftungsbypaßverbindung und die Wand der Hauptstromkammer einteilig sind.
Aus dem gleicnen Grund hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß Trennwand und die aufrechte Wand der Hauptslromkammer einteilig sind.

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

Fig. I eine scnematische Schnittdarstellung durch einen Querstromkühler mit einem in den austrittsseitigen Wasserkasten integrierten AusgleichsgefäB nach der Erfindung gemäß Linie I-l in F i e. 2.

Fig. 2 eine üchematische Schnittdarstellung durch den Querstromkühler in F i g. 1 nach Linie 11-11 und

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

Der Querstromkühler 1Oi ist auf seiner einen Seite mit einem eintrittsseitigen Wasserkasten 11 und auf seiner anderen Seite mit einem austrittsseitigen Wasserkasten 12 versehen. Der Wasserkasten 12 ist durch eine dachförmige Trennwand 13 in eine Sammelkammer 14 urd 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 Kühlwasserbahnen 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 ij mit der Sammeikammer i4 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 Wasserkasten:; 12 verläuft und auf diese Weise eine Entlüftungsbypaßverbindung 25 zwischen der Haupt-Stromkammer 19 und dem Luftraum 26 unter der Deckwand 27 des Ausgleichsgefäßes 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 aufgespreizten 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-fömige 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 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 einerseits Stirnwand 31 und Schenkelwand 33 eine Enilüftungsverbindung 38 für die Nebenstromkammer 36 zum Luftraum 26 und andererseits Schenkelwand 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 Nebensirom-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 Kückiaufstutzcn 2i 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 Luftteilchcn 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 Schenkelwände 30 und 34 stellen eine die Nebenstromkammer 35 untergreifende Ausbuchtung dar, die eine lediglich einen engen Gefäßquerschnitl erfordernde Etagenanordnung der Nebenstromkammern 35 und 36 ermöglicht.

Die den Nebenstrom-Eintritt bildende Öffnung 40 liegt um den Höhenabstand 49 höher als die Nebenstromverbindung 37, die durch ihre Anordnung an der weitesten Stelle der Ausbuchtung 30, 34 eine Umlenkung des Nebenstromes erzwingt. Infolge de; Höhenabstandes 49 sind die durch die Strcmungsumlen kung eintretenden Drackverluste gering.

Aus dem gleichen Grund weist die Nebenstromver bindung 37 gegenüber dem horizontal versetzt liegen den und daher gleichfalls eine Strömungsumlenkun§ erzwingenden Nebenstrom-Austritt 41 einen geodäti sehen Höhenabstand 50 auf.

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Ausgleichsgefäß mit zwei durch eine Trennwand abgeteilten und Ober je eine Entlßltungsverbinduni; 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 Abscheidekarcmer eine Austrittsöffnung Tür die Nebenstrommeirge sowie die Trennwand an ihrem einen Ende eine die Abscheidekammer miteinander verbindende, die Nebenstrommenge ganz oder zum üben»'legenden 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 gegenüijef der Nebenstromöffnung (37) in Richtung auFdas andere Ende der Trennwand (32) versetzt isL

2. A-jsgleichspifäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Nebenstromöffnung (37) abj;ewandte Ende der Trennwand (32) einen aufrechten, in Nähe einer parallelen Gefäßwand (31) angeordneten Wandabschniit (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. Ausgleichsgcl'äß nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (34) geneigt ist.

4. Aui.gleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Luftsammeiraum (26) mündende öf^:nung der Entlüftungsverbindung (39) der die Eintrittsöffnung (40) aufweisenden Abscheidekammer (35) horizontal gegenüber der Eiritrittsöffnung (40) versetzt liegt.

5. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einer durch eine Tiennwand von einer Abscheidekammer zum Durchle ten einer Nebenstrommen«: der Kühlflüssigkeit ein-:r Brennkraftmaschine abgeteilten Hauptstromkanmer, die eine Eintrittsöffnung für die Einleitung einer Hauptstrommenge der Kühlflüssigkeit und eine Austritt.söffnung für das Ableiten der Hauptstrommenge aufweist, dadurch gekennzeichnet daß die Hauptstromkammer (19) eine die Abscheidskammer (35 bzw. 36) umgehende Entlüftungsbypaßverbindung (2ii) aufweist, die in den Luftsammeiraum (26) mündet.

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

7. Ausgleichsgefäß nach einem oder beiden dnr Ansprüche 5 und 6. dadurch gekennzeichnet, dal! die in die Hauptstromkammer (19) mündende öffnung (42) der Entliifungsbypaüvcrbindung (25) über dem Strömurgsbereich (43) zwischen Eintriitsöffnung (20) und Austrittsöffnung (44) für die Hauptstrom menge liegt.

8. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, mit einem aq ijen Luftsammelraum angeschlossenen EinfülI.stuUien für Kühlflüs-

S sigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsbypaßverbindung (25) ein« geneigte Stirnwand (29) aufweist, die unterhalb des Einfüllstutzens (48) angeordnet und zum Luftsammeiraum (26) geführt ist.

ίο 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 tier Hauptstromkammer (19) liegenden Mündungen der Entlüftungs-

k* bypaßverbindung (25) und der Auslrittsöffnung (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 Enlliifungsbypaßverbindung (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.