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Wasserkasten für einen Querstromröhren
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kühler Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserkasten bir einen
Querstromröhrenkühler mit einem Hauptstromsammelraum, in den die Kühlmittelrohre
des Kühlers einmünden, und mit einer im Tebenstrom durchflossenen Ausgleichskammer,
die einen mit einem Überdruckventil versehenen Einfüllstutzen aufweist.
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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 sich die in dem Kühlkreislauf
enthaltene Luft unter Bildung eines eine Kühlmittelausdchnung erlaubenden Puffers
abscheidet. Im allgemeinen befir'et sich auch der durch eine Verschlußkeppe verschließbare
Einfüllstutzen zun Ein- und Nachfüllen von Kühlmittel an den Ausgleichsbehälter
und die Verschlußkappe weist dann ein Überdruckventil auf, das bei Überschreiten
eines maximal zulässigen Druckes in dem Kühlsystem öffnet und dabei einen Teil des
Luftvolumens abbläst. Es sind bereits auch Kühlerausführungen bekannt, bei denen
kein getrennter Ausgleichsbehälter vorgesehen ist, sondern bei denen dieser Ausgleichsbehälter
als von dem Hauptstromsammelraum durch eine Trennwand abgeteilte Ausgleichskammer
in dem Wasserkasten integriert ist. Die Trennwand weist dann üblicherweise eine
Überströmdrosselöffnung auf, durch die während des Betriebes das Kühlmittel und
gegebenenfalls in dem Kühlmittel enthaltene Luft im Nebenstrom durch den Ausgleichsbehälter
tritt. Dasu ist diese Überströmdrosselöffnung im allgemeinen an einer möglichst
hoch liegenden Stelle dr den Eauptstromsammelraum von dem Ausgleichsbehälter trennenden
Trennwand angeordnet um suf diese Weise zu erreichen, daß möglichst die gesamte,
in dem Kühimittelkreislauf entnaltene Luft sich in dem Ausgleichsbehälter sammelt.
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Da diese Überstromdrosselöffnung jedoch auch nicht weit von dem in
die bschluBkappe des Einfüllstutzers integrierten Überdruckventil entfernt ist,
kann bei Auftreten eines Überdruckes in dem Kühlsystem mit der Luft auch ein Teil
des durch die Über-Strömdrosselöffnung hindurchtretenden Kühlmittels abgeblasen
werden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, einen
Wasserkasten für einen Querstromkühler der eingangs genannten Bauart zu schaffen,
bei dem die Abscheidung der in den Kühlsystem enthaltcnen Luft noch weiter verbessert
wird und bei dem durch eine geeignete Gestaltung sichergestellt wird, daß beim Öffnen
des Überdruckventils zunächst nur Luft und nicht auch das flüssige Kühlmittel austritt.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß
zwischen dem Hauptstromsammelraum und der Ausgleichskammer eine mit beiden in Verbindung
stehende, der Luftvorabscheidung dienende Zwischenkammer angeordnet ist. Durch diese
Zwischenschaltung einer Zwischenkammer zwischen dem Hauptstrom3ammelraum und der
Ausgleichskammer wird nicht nur das Luftausgleichsvolumen des Kühlers erhöht, sondern
auch eine vorteilhafte und wirkungsvolle Abscheidung der in dem Kühlkreislauf enthaltenen
Luft sichergestellt. Dabei erfolgt in der Zwischenkammer zunächst eine Luftcorabscheidung,
während die Res tabscheidun0 in der nachfolgenden Ausgleichskammer vorgenommen wird.
Bei einer Ausdehnung des Kühlmittels durch Erwärmung während des Betriebs einer
mit einem solchen Kühler ausgerüsteten Brennkraftmaschine wird beim Ansprechen des
ttberdruckventils dann tatsächlich nur Luft abgeblasen, eo daß kein Verlust an flüssigem
Kühlmittel eintritt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soll die Zwischenkammer von
dem Hauptstromsammelraum durch eine mit einer möglichst hoch liegenden Drosselöffnung
versehene vertikale Zwischenwand abgetrennt
sein. Weiter soll eine
zwischen der Zwischenkammer und der Ausgleichskammer vorgesehene Trennwand eine
rste im oberen Bereich und eine zweite im unteren Bereich liegende Drosselöffnung
aufweisen. Schließlich wird vorgeschlagen, daß die zur gleichkammer koaxial zum
Einfüllstutzen mit einem diesem gegenüber gleichen oder kleineren Querschnitt angeordnet
i3t. inso Vorschläge ermöglichen es, den Wasserkasten weitgehend einstückkig im
Spritz- oder DruckguBverfahrsn beispielsweise US Kunststoff herzustellen, wobai
lediglich die die Zwiscnenkaniaier von dem Hauptstromsammelraum abtrennende Zwischenwand
nachträglich und flüssigkeitsdicht einzufugen ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
das im folgenden naher erläutert wird. Dabei zeigt die Zeichnung in schenatischer
Darestellungsweise eine Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen, U-förmig durchströmten
Querstromkühler einer Brennkraftmaschine. Der Querstromlühler weist Luf seinem in
der Zeichnung rechts liegenden Ende einen Wasserkasten 1 auf, in dem neben einem
Hauptstromsammelraum 4 und einer Ausgleichskammer 3 noch eine zwischen diesen beiden
angeordnete Zwischenkammer 2 vorgesehen ist. Dabei ist die Zwisch-cnkarniner 2 von
dem Hauptstromsammelraum 4 durch eine im wesentlichen vertikale Zwischenwand 5 abgetrennt,
die an einer möglichst hoch liegenden Stelle eine Überströmdrosselöffnung 6 aufweist.
Eine Trennwand 7, die zwischen der Zwischenkammer 2 und der Ausgleichskammer 3 angeordnet
ist, weist dagegen zwei Überstromdrosselöggnungen 6 und 9 auf, von denen die mit
8 bezeichnete an einer möglichst hoch liegenden Stelle und die mit 9 bezeichnete
an einer möglichst tief gelegenan Stelle angeordnet ist. Die Ausgleichskammer 3
weist einen Einfüllstutzen 10 auf, der durch einen Dekkel 11 verschließbar ist,
in den ein Überdruckventil intagriert ist.
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An ihrem unteren Ende ist die Ausgleichskanmer 3 über einen Verbindungekanal
19, der durch eine Rippe 20 von d-a Hauptstromsammelraum
4 abgeteilt
ist, mit einer oder mehreren der untersten Reihen eines Kühlrohrbündels 18 verbunden,
das den in der Zeichnung recht liegenden Wasserkasten 1 mit einem zweiten in der
Zeichnung links liegenden Wasserkasten 12 verbindet. Dieser zwei te Wasoerkasten
12 ist durch eine Trennwand 13 in zwei Sammelräume 14 und 15 unterteilt. Der Sammelraum
14 weist einen Kühlmittelanschluß 15 auf, über den er das in den Kühlmänteln der
Brennkraftmaschine erwärmte Kühlmittel erhält. Demgegenüber führt ein am Boden das
Sammelraums 15 vorgesehener Kühlmittelanschluß 17 zu einer hier nicht näher gezeigten
Kühlmittelpumpe, die den Kühlnittelumlauf in dem Kühikreislauf in Gang hält.
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Beim Betrieb der Brennkraftmaschine strömt das Kühlmittel in Richtung
der in der Zeichnung eingetragenen Pfeile durch den Querstromkühler. Dabei gelangt
es zunächst nach Durchströmung des Kühlmantels der Brennkraftmaschine über den Kühlmittelanschluß
16 in den druckseitigen Sammelraum 14 des Wasserkastens 12, von wo es durch die
obere Hilfte des Rohrbündels 8 zum Rauptstromsammelraum 10 des rechten Wasserkastens
1 fließt. Hier kehrt die Strömung um und erreicht über die untere Hälfte des Kühlrohrbündels
8 die saugseitige Sammelkammer 15 des linken Wasserkastens 12, von wo es von der
Xühlmittelpumpe über den Kühlmittelanschluß 7 angesaugt wird. Ein Teil des in den
Hauptstromsammelraum 10 gelangenden Kühlnittels zweigt von diesem Hauptstrom ab
und tritt über die Überströmdrosselöffnung 6 in die Zwischenkammer 2 ein. Von dort
gelangt es über die untere Überströmdrosselöffnung 9 in der Trennwand 7 in die Ausgleichskammar
3 und fließt dann weiter über den Verbindungskanal 19 zu den untersten Rohrreihen
des Kühlrohrbündels 18, die ebenfalls mit der saugseitigen Sammelkammer 15 des zweiten
Wasserkastens 12 verbunden sind. Der Sinn dieses durch die Zwischenkammer 2 und
die Ausgleichskammer 3 tretenden Kühlmittelnebenstroms ist, daß sich die in dem
Kühlkreislauf enthaltene Luft abscheiden und ein für die Ausdehnung des Kühlmittels
erforderliches Puffervolumen bilden kann. Dabei tritt in der Zwischenkammer zunächst
eine Vorabscheidung der Luft
auf, die in der Ausgleichskammer zu
Ende geführt wird. Duch die Vorabscheidung in der Zwischenkammer 2 und die getrennte
Überführung von Luft und Kühlmittel in die Ausgleichkammer 3, wobei die Luft über
die Überströmdrosselöffnung 8 und das flüssige Eühlmittel durch die Überströmdrosselöffnung
9 in die Ausgleichskammer gelagt, wird sichergestellt, daß bei einem Abblasen des
in dem Deckel 11 integrierten Überdruckventils auf jeden Fall nur Luft und nicht
zusätzlich auch das flüssige Kühlmittel austreten kein. Je nach Festlegung der Querschnitte
der Überströmdrosselöffnungen 6, 8 und 9 sowie des Verbindungskanals 19 stellen
sich in der Zwischenkammer 2 und der Ausgleichskammer 3 Kühlmittelspiegel in unterschiedlicher
Höhe ein, über denen Luftsaulen als elastische Polster zur Ausgleich der durch Temperatursteigerungen
bedingten Wärmedehnung des flüssigen, inkompressiblen Kühlmittels stehen. Die Strömungsgeschwindigkeit
in der Zwischenkaimer 2 und in der Ausgleichskammer 3 kann ebenfalls durch entsprechende
Bemessung der Überströmdrosselöffnungen 6, 8 und 9 bzw. des Verbindungskanals 19
so festlegt werden, daß genügend Zeit zur vollständigen und wirkungsvollen Luftabscheidung
in diesen beiden Räumen gegeben ist.
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Diese Luftabscheidung wird sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine
nach einem längeren Stillstand derselben erst nach einiger Zeit einstellen, wenn
die zunächst in den obersten Reihen des Kühlmittelbündels 18 angesammelte Luft mit
dem Kühlmittelnebenstrom in die Zwischenkammer und von dort in die Ausgleichskan:ner
transportiert wird. Danach gelangt nur noch die zur Beaufschlagung der untersten
Reihen des Kühlrohrbündels benötigte Kühlmittelnebenmenge aus dem Hauptstromsammelraum
4 in die Zwischenkammer 2 und von dort in die Ausgleichskammer. Tritt dann infolge
einer besonders starken Erwärmung des Kühlmittels und der dadurch verursaahten Ausdehnung
des Kühlmittelvolumens ein Überdruck in dem Kühlkreislauf auf, dann erfolgt ein
Abblasen von Luft über das in dem Verschlußdeckel 11 des Einfüllstutzens 10 integrierte
Überdruckventil. Auch beim Öffnen des Verschlußdeckels 11 im betriebswarmen
Zustand
der Brennkraftmaschine tritt dort zunächst nur die Luft und wenigstens nicht gleich
auch heißes Kühlmittel aus.
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Dadurch,daß die Ausgleichskammer 3 koaxial und unmittelbar unterhalb
des Einfüllstutzens 10 angeordnet ist und daß ihre Querschnittsfläcne höchstens
gleich der des Einfüllstutzens ist, wird eine einfache Fertigung des Wasserkastens
1 als im wesentlichen einstückiges Spritz- oder Druckgußteil möglich. Lediglich
die vertikale Zwischenwand 5, di die Zwischenkammer 2 von des Hauptstrorsammelraum
4 abtrennt, müßte nachträglich flüssigkeitsdicht befestigt werden. Die erfindungsgemäße
Ausgestaltung sichert also eine kompakte Bauweise das Wasserkastens ind eine einfache
und wenig kostenaufwendige Herstellung, wobei auch Aluminium oder Kunststoff, beispielsweise
ein glasfaserverstärktes Polyamid, als Werkstoff veruendet werden kann.