DE2545458B2

DE2545458B2 - Wasserkasten für einen Querstromkühler

Info

Publication number: DE2545458B2
Application number: DE19752545458
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.-Ing. 3180 Wolfsburg Krueger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1975-10-10
Filing date: 1975-10-10
Publication date: 1978-03-23
Also published as: DE2545458A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserkasten für einen Querstromkühler von Brennkraftmaschinen mit einer durch eine im wesentlichen vertikale Trennwand von einem Hauptstromsammelraum abgetrennten, im Nebenstrom durchflossenen Ausgleichskammer, die unterhalb eines mit einem Überdruckventil verschließbaren Einfüllstutzens angeordnet ist.

Da sich das in einem Kühlkreislauf, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, umlaufende Kühlmittel infolge der Erwärmung im Betrieb ausdehnt, wird üblicherweise bei solchen Kühlern ein Ausgleichsbehälter vorgesehen, in dem ein Luftvolumen als Puffer vorhanden ist. Im allgemeinen befindet sich auch der Einfüllstutzen zum Ein- und Nachfüllen von Kühlmittel an dem Ausgleichsbehälter ebenso wie auch ein Überdruckventil, das bei Überschreiten eines maximal zulässigen Druckes in dem Kühlsystem öffnet und dabei zunächst einen Teil des Luftvolumens abbläst. Aus der US-PS 34 55 377 ist eine Kühlerkonstruktion der eingangs genannten Bauart bekannt, bei der der mit der Ausgleichs- oder Luftabscheidekammer versehene Wasserkasten aus einer Vielzahl von Einzelteilen zusammengesetzt ist, was einen erheblichen Material- und Fertigungsaufwand nicht nur für die Herstellung der einzelnen Teile, sondern auch für deren wasserdichte Verbindung erfordert. Auch bei der aus der DE-OS <>5 35 632 bekannten Kühlerausführung wird bei der aus einem besonderen Teil gefertigte Einfüllstutzen erst in einem zusätzlichen, aufwendigen Montagegang unter Verwendung einer Dichtung und eines an einem Seitenteil vorgesehenen Kranzes an einer Schulter des Wasserkastens befestigt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist daher darin zu sehen, einen Wasserkasten für einen Querstromkühler der oben bezeichneten Bauart zu schaffen, der sich durch eine einfachere Gestaltung auszeichnet und dadurch neue Möglichkeiten einer zweckmäßigen und weniger aufwendigen Herstellung eröffnet. Daneben soll eine sichere Abscheidung der in dem Kühlersystem enthaltenen Luft innerhalb der Ausgleichskammer erreicht werden und die Anordnung so getroffen werden, daß bei einem in dem Kühlsystem vorhandenen Überdruck zunächst nur Luft und nicht auch das flüssige Kühlmittel über das Überdruckventil abgeblasen wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Wasserkasten einstückig als Spritz- oder Druckgußteil ausgebildet ist und daß die Ausgleichskammer koaxial zum Einfüllstutzen mit einem gegenüber diesem gleichen oder kleineren Querschnitt angeordnet ist. Erst dadurch, daß die Ausgleichskammer koaxial zum Einfüllstutzen und mit einer zweckmäßigerweise sich nach unten zu verjüngenden Querschnittsfläche ausgebildet ist, die an ihrer obersten Stelle höchstens so groß wie der Querschnitt des Einfüllstutzens ist, ergibt sich die Möglichkeit, den Wasserkasten in einem Stück im Spritz- oder Druckgußverrahren z. B. auch aus Kunststoff oder Aluminium herzustellen. Der die Ausgleichskammer bildende Gießkern kann dann nämlich durch den Einfüllstutzen entfernt werden, während der den Hauptstromsammelraum bildende Gießkern nach der offenen Stirnseite des Wasserkastens hin entfernt wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung soll die Ausgleichskammer in ihrem oberen Bereich über eine in der Trennwand angeordnete, an sich bekannte Überstromdrosselöffnung mit dem Hauptstromsammelraum und in ihrem unteren Bereich über einen im wesentlichen horizontal verlaufenden Verbindungskanal mit wenigstens einer unteren, zur Saugseite führenden Rohrreihe des Kühlers verbunden sein. Dieser Verbindungskanal kann dabei durch eine horizontale Rippe des Wasserkastens von dem Hauptstromsammelraum abgeteilt sein. Über diesen Kanal wird dann beim Betrieb des Kühlers das im Nebenstrom über die Überströmdrosselöffnung in die Ausgleichskammer gelangte Kühlmittel zum saugseitigen Wasserkasten des Kühlers abgesaugt, so daß sich in der Ausgleichskammer ein Kühlmittelspiegel einstellt, dessen Höhe durch entsprechende Bemessung der Querschnitte der Überstromdrosselöffnung und des Verbindungskanals bestimmt werden kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 einen U-förmig durchströmten Querstromkühler in schematischer Darstellung und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Wasserkasten.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 ein U-förmig durchströmter Querstromkühler bezeichnet, wie er in einem Kühlkreislauf einer wassergekühlten Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors verwendet werden kann. Dieser Querstromkühler 1 weist auf seinem in der Zeichnung links liegenden Ende einen Wasserkasten 2 auf, der durch eine Trennwand 3 in zwei Sammelräume 4 und 5 unterteilt ist. Der

Sammelraum 4 weist einen Kühlmittelanschluß 6 auf, über den er das in den Kühlmänteln der Brennkraftmaschine erwärmte Kühlmittel erhält. Demgegenüber führt ein am Boden des Sammelraums 5 vorgesehener Kühlmittelanschluß 7 zu einer hier nicht näher gezeigten Kühlmittelpumpe, die den Kühlmittelumlauf in dem Kühlkreislauf in gang hält.

Mit 8 ist ein Bündel von horizontal angeordneten Kühlmittelrohren bezeichnet, in denen das Kühlmittel die in der Brennkraftmaschine aufgenommene Wärmemenge an die umgebende Luft, insbesondere an den mit Phongeschwindigkeiien vorbeiströmenden Fahrtwind, abgibt. Auf der in der Zeichnung rechten Seite des Kühlmittelrohrbündels 8 ist ein zweiter Wasserkasten 9 befestigt, in dem ein Hauptstromsammelraum 10 durch eine Trennwand 11 von einer Ausgleichskammer 12 getrennt ist. Diese Ausgleichskammer 12 weist einen durch einen Deckel 14 verschließbaren Einfüllstutzen 13 auf, wobei in den Einfüllstutzen 13 ein Überdruckventil integriert ist. Die Ausgleichskammer 12 wird im Nebenstrom von dem Kühlmittel durchströmt, wozu in der Trennwand 11 an möglichst hochliegender Stelle eine Überströmdrosselöffnüng 15 vorgesehen ist. An ihrem unteren Ende ist die Ausgleichskammer 12 über einen Verbindungskanal 16, der durch eine Rippe 17 von dem Hauptstromsammelraum 10 abgeteilt ist, mit einer oder mehreren der untersten Reihen des Kühlrohrbündels 8 verbunden, die zu der saugseitigen Sammelkammer 5 des linken Wasserkastens 2 führen. Je nach den Querschnittsverhältnissen der Überströmdrosselöffnung 15 und des Verbindungskanals 16, der gegebenenfalls auch eine öffnung zum Hauptstromsammelraum 10 aufweisen kann, stellt sich in der Ausgleichskammer 12 ein Kühlmittelspiegel in bestimmter Höhe ein, über dem eine als elastisches Polster zum Ausgleich der durch Temperatursteigerungen bedingten Wärmedehnung des Kühlmittels dienenden Luftsäule steht.

Aus der Fig. 2 der Zeichnung ist noch ein mit 18 bezeichneter Befestigungsfuß sowie ein am Einfüllstutzen vorgesehenes Gewinde 19 zu erkennen. Darüber hinaus ist an der Innenkontur der beispielsweise zylindrischen oder, wie in der Zeichnung angedeutet ist, konisch sich nach unten verjüngenden Ausgleichskammer 12 eine Rippe 20 angebracht, an der Einfüllmarken 21 und 22 zur Kontrolle des Einfüllstandes des Kühlmittels vorgesehen sind.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine strömt nun das Kühlmittel in Richtung der in der F i g. 1 eingetragenen Pfeile, wobei es durch die hier nicht gezeigte Kühlmittelpumpe angetrieben wird. Dabei gelangt es zunächst nach Durchströmung der Brennkraftmaschine über den Kühlmittelanschluß 6 in den druckseitigen Sammelraum 4 des Wasserkastens 2, von wo es durch die obere Hälfte des Rohrbündels 8 zum Haaptstromsammelraum 10 des rechten Wasserkastens 9 fließt. Hier kehrt die Strömung um und erreicht über die untere Hälfte des Kühlrohrbündels 8 die saugseitige Sammelkammer 5 des linken Wasserkastens 2, von wo es von der Kühlmittelpumpe über den Kühlmittelanschluß 7 angesaugt wird. Ein Teil des in den Hauptstromsammeiraum 10 gelangenden Kühlmittels tritt nun über die Überströmdrosselöffnung 15 in die Ausgleichskammer 12 ein und wird von dort über den Verbindungskanal 16 zu den untersten Rohrreihen des Kühlrohrbündels 8 herangeführt, die ebenfalls mit der saugseitigen Sammelkammer 5 verbunden sind. Der Sinn dieses durch die Ausgleichskammer tretenden Kühlmittelnebenstroms ist, daß sich dort die in dem Kühlmittel enthaltene Luft abscheidet und das für die Ausdehnung des Kühlmittels erforderliche Puffervolumen bildet. Dazu ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Ausgleichskammer 12 durch entsprechende Bemessung der Überströmdrosselöffnung 15 bzw. des Verbindungskanals 16 kleiner als in dem Hauptstromsammelraum 10, so daß genügend Zeit zur vollständigen und wirkungsvollen Luftabscheidung gegeben ist.

Da sich nach einem längeren Stillstand der Brennkraftmaschine ein einheitliches Kühlmittelniveau im gesamten Kühler 1 einstellt, das bei ausreichender Füllung des Kühlers zwischen den Marken 21 und 22 steht, sind zunächst die obersten Reihen des Rohrbündels 8 nicht mit Kühlmittel gefüllt. Nach dem Start der Brennkraftmaschine und damit auch der Kühlmittelpumpe drückt das aus der Brennkraftmaschine kommende Kühlmittel zunächst die in den obersten Kühlmittelrohren vorhandene Luft in den Hauptstromsammelraum 10. Da nicht sofort die gesamte Luft durch die Überströmdrosselöffnung 15 in die Ausgleichskammer 12 gedrückt werden kann, wird bei den ersten Kühlmittelumläufen noch ein gewisser Anteil an Luft in dem Kühlkreislauf mitgeführt. Nach einiger Zeit wird sich jedoch die gesamte in dem Kühlkreislauf vorhandene Luft in der Ausgleichskammer 12 gesammelt haben und über die Überströmöffnung 15 gelangt dann nur noch eine Kühlmittelnebenmenge zur Beaufschlagung der untersten Reihen des Kühlrohrbündels 8 in die Ausgleichskammer.

Tritt infolge einer besonders starken Erwärmung des Kühlmittels und der dadurch verursachten Ausdehnung des Kühlmittelvolumens ein Überdruck in dem Kühlkreislauf auf, dann erfolgt ein Abblasen von Luft über das in dem Verschlußdeckel 14 des Einfüllstutzens 13 integrierte Überdruckventil. Auch beim öffnen des Verschlußdeckels 14 im betriebswarmen Zustand der Brennkraftmaschine tritt zunächst nur die Luft und dann erst das heiße Kühlmittel aus.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung ist nun darin zu sehen, daß die Ausgleichskammer 12 koaxial und unmittelbar unterhalb des Einfüllstutzens 13 angeordnet ist und daß ihre Querschnittsfläche höchstens gleich der des Einfüllstutzens ist. Vorzugsweise verjüngt sich die Ausgleichskammer nach unten zu etwas. Dadurch wird es möglich, den gesamten, den Hauptstromsammelraum 10, den Verbindungskanal !6 und die Ausgleichskammer 12 enthaltenden Wasserkasten 9 einstückig als Spritzoder Druckgußteil herzustellen, wobei ein den Hauptstromsammelraum 10 und den Verbindungskanal 16 bildender Gießkern in der Zeichnung nach links und der die Ausgleichskammer 12 bildende zylindrische oder konische Gießkern nach schräg oben entfernt werden kann. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung sichert also eine kompakte Bauweise des Wasserkastens und eine einfache und wenig kostenaufwendige Herstellung, wobei auch Aluminium oder Kunststoff, beispielsweise ein glasfaserverstärkertes Polyamid verwendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wasserkasten für einen Querstromkühler von Brennkraftmaschinen mit einer durch eine im wesentlichen vertikale Trennwand von einem s Hauptstromsammelraum abgetrennten, im Nebenstrom durchflossenen Ausgleichskammer, die unterhalb eines mit einem Oberdruckventil verschließbaren Einfüllstutzens angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkasten (9) einstückig als Spritz- oder Druckgußteil ausgebildet ist und daß die Ausgleichskammer (12) koaxial zum Einfüllstutzen (13) mit einem gegenüber diesem gleichen oder kleineren Querschnitt angeordnet ist

2. Wasserkasten nach Anspruch 1, dadurch ge- is kennzeichnet, daß die Ausgleichskammer (12) einen sich nach unten zu verjüngenden Querschnitt aufweist.

3. Wasserkasten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskammer (12) in ihrem oberen Bereich über eine in der Trennwand (11) angeordnete Überströmdrosselöffnung (15) mit dem Hauptstromsammelraum (10) und in ihrem unteren Bereich über einen im wesentlichen horizontal verlaufenden Verbindungskanal (16) mit wenigstens einer unteren, zu einer saugseitigen Sammelkammer führenden Rohrreihe des Kühlers (1) verbunden ist.

4. Wasserkasten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (16) durch eine horizontale Rippe (17) des Wasserkastens (9) von dem Hauptstromsammelraum (10) abgeteilt ist.

5. Wasserkasten nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß sein Material aus einem Kunststoff besteht.