DE3702754A1 - Vorrichtung zum erwaermen von windschutzscheiben-waschwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Wind­ schutzscheiben-Waschwasser, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem im Waschwasserbehälter angeordneten Heizelement und einem die Temperatur des Heizelements regelnden Steuerelement.

Zum Reinigen der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs wird in der Regel Waschwasser benutzt, das mittels einer Pumpe aus ei­ nem Vorratsbehälter zu einer im Bereich der Windschutzscheibe liegenden Düse gefördert wird. Diesem Waschwasser werden Ge­ frierschutzmittel zugegeben, die auch bei leichtem Frost noch ein einwandfreies Fließen des Waschwassers gewähren. Bei tiefe­ ren Temperaturen, insbesondere in kalten Winternächten, ge­ friert das Waschwasser trotz Zusatz von Gefrierschutzmittel, und eine Reinigung der Windschutzscheibe ist nicht mehr mög­ lich. Es wurde versucht Abhilfe zu schaffen, indem in den Waschwasserbehälter Heizelemente eingebaut wurden, wobei als Heizelemente elektrische Widerstandselemente verwendet wurden. Diese Heizelemente weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie zu­ sätzlich zu den übrigen am Fahrzeug vorgesehenen Verbrauchern elektrische Energie benötigen, so daß die Batterie des Fahr­ zeugs unter Umständen überlastet wird, bzw. das Fahrzeug mit einer größeren und leistungsstärkeren Batterie zu versehen ist.

Da das Waschwasser außerdem mit Reinigungszusätzen versehen ist, und diese Reinigungszusätze oftmals leicht flüchtige Be­ standteile aufweisen, ist das Heizelement mit einem Überhit­ zungsschutz auszustatten. Dieser Überhitzungsschutz schaltet das Heizelement ab, wenn das Waschwasser die Nenntemperatur aufweist. Dadurch wird ein vorzeitiges Verdunsten der Rei­ nigungszusätze und eventuell des Gefrierschutzmittels verhin­ dert. Es ist bekannt, hierfür temperaturgesteuerte Schalter und Ventile zu verwenden, die den Stromkreis des Heizelements un­ terbrechen. Diese Steuerelemente besitzen jedoch den Nachteil, daß sie gegenüber der zu messenden Flüssigkeit abgedichtet werden müssen, große Abmessungen und einen komplizierten Aufbau aufweisen und zu teuer sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Heizelement zum Erwärmen von Windschutzscheiben-Waschwasser be­ reitzustellen, das keine zusätzliche, vom Motor des Fahrzeugs zu erzeugende Energie benötigt, und das Heizelement mit einem Steuerelement zu versehen, das einfach aufgebaut ist, geringe Abmessungen aufweist und relativ preisgünstig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Heizelement als von Motorkühlflüssigkeit durchströmter Rippen­ rohrheizkörper ausgebildet ist, und daß dem Heizkörper ein den Massenstrom der Kühlflüssigkeit steuerndes thermostatisches Ventil zugeordnet ist.

Der Vorratsbehälter der Waschflüssigkeit ist mit einem innen­ liegenden Rippenrohrheizkörper ausgestattet. Dieser Heizkörper weist eine Zu- und Abflußleitung auf, die mit dem Kühlflüssig­ keitskreislauf des Motors verbunden sind. Der Rippenrohrheiz­ körper wird demnach von der Motorkühlflüssigkeit durchströmt und überträgt die Wärme an die sich im Vorratsbehälter befin­ dende Waschflüssigkeit. Vorteilhaft ist die Zuflußleitung des Heizkörpers mit dem Motorkühlflüssigkeitskreislauf vor dessen Thermostatventil gekoppelt. Dies gewährt schon nach kurzer Be­ triebsdauer des Motors eine Erwärmung der Waschflüssigkeit und somit die Funktionstüchtigkeit der Waschanlage.

Um einer Überhitzung vorzubeugen, ist dem Rippenrohrheizkörper ein thermostatisches Ventil zugeordnet, das den Zustrom von Mo­ torkühlflüssigkeit dann unterbricht, wenn das Waschwasser die Nenntemperatur erreicht hat. Vorteilhaft kann dieses thermosta­ tische Ventil auch derart ausgebildet sein, daß es den Massen­ strom regelt, und somit bei wärmer werdendem Waschwasser ein geringerer Massenstrom den Rippenrohrheizkörper durchfließt. Dadurch ist die Temperatur des Waschwassers sehr genau steuer­ bar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Ventil eine auf einen flexiblen Schlauchabschnitt der Kühlflüssigkeitslei­ tung wirkende gasdruckgesteuerte Membran auf. Dabei ist der flexible Schlauchabschnitt von einem im Ventil angeordneten mit der Kühlflüssigkeitsleitung verbundenen Neopren- oder Gummi­ schlauch gebildet. Über diesen flexiblen Schlauchabschnitt, der sowohl vor als auch hinter dem Heizkörper in der Kühlflüssig­ keitsleitung angeordnet sein kann, ist der Massenstrom der Kühlflüssigkeit steuerbar. Hierfür ist eine Membran vorgesehen, die mit einem Gasdruck beaufschlagbar ist und auf die Schlauch­ leitung wirkt. Dadurch wird der Querschnitt der Schlauchleitung verringert, was den Massenstrom begrenzt. Bei Erreichen der Nenntemperatur des Waschwassers wird die Membran mit dem maxi­ malen Gasdruck beaufschlagt, wodurch der flexible Schlauchab­ schnitt vollständig zusammengepreßt wird.

Zum Ansteuern der Membran ist diese über ein Kapillarrohr mit einem im Waschwasserbehälter sich befindenden thermostatischen Arbeitselement verbunden. Dieses Arbeitselement spricht auf die Temperatur des Waschwassers an und steuert den Gasdruck der Membran, so daß diese den Durchfluß der Kühlflüssigkeit durch Querschnittsverengung der Schlauchleitung steuern kann.

Vorteilhaft ist das Arbeitselement ein ein bei Nenntemperatur verdampfendes Medium beinhaltender Behälter. Dieser Behälter ist im Vorratsbehälter des Waschwassers angeordnet und taucht in die Waschflüssigkeit ein. Dadurch erfährt das sich in dem Arbeitselement befindende Medium die Temperatur des Waschwas­ sers. Dieses Medium ist z.B. eine bei Nenntemperatur des Wasch­ wassers verdampfende Flüssigkeit, wie Freon o.dgl., oder ein sich ausdehnendes Wachs. Dadurch, daß das Medium sich bei Nenn­ temperatur ausdehnt, z.B. verdampft, und die Membran über ein Kapillarrohr mit dem Arbeitselement verbunden ist, wird die Membran mit dem Gasdruck der verdampften Flüssigkeit beauf­ schlagt und dehnt sich aus. Bei Unterschreiten der Nenntempera­ tur verflüssigt sich das Arbeitsmedium, so daß der Gasdruck in der Membran absinkt. Die Membran ist dabei so ausgebildet, daß sie in Ruhelage den flexiblen Schlauchabschnitt freigibt, so daß der Rippenrohrheizkörper mit dem maximalen Massenstrom der Motorkühlflüssigkeit durchströmt werden kann.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß das ther­ mostatische Ventil ein die Membran und den flexiblen Schlauch aufnehmendes Gehäuse aufweist. Dieses Gehäuse ist mit Anschluß­ stutzen versehen, die mit der Kühlflüssigkeitsleitung verbunden werden. Innerhalb des Gehäuses ist die Membran angeordnet, und zwar derart, daß sie bei ihrer Bewegung aus der Ruhelage in die Arbeitslage auf die flexible Schlauchleitung derart wirkt, daß diese zusammengepreßt wird. Dabei kann das Gehäuse z.B. U-för­ mig ausgebildet sein, wobei an der Innenseite des einen Schen­ kels die Schlauchleitung vorgesehen ist und auf der gegenüber­ liegenden Seite, d.h. an der Innenseite des zweiten Schenkels die Membran sitzt, die in der Arbeitsstellung einerseits auf die Schlauchleitung drückt, andererseits sich am zweiten Schen­ kel abstützt.

Weiterhin weist das Gehäuse einen mit der Membran verbundenen und die Kapillare aufnehmenden Lötstutzen auf. Über diesen Löt­ stutzen ist die Membran mit der Kapillarröhre verbunden, die das Arbeitsgas aus dem Arbeitselement zuführt. Vorteilhaft dient der Lötstutzen gleichzeitig als Halterung für die Membran im Gehäuse.

Um die Schlauchleitung exakt im Wirkungsbereich der Membran zu fixieren, weist das Gehäuse Führungen für den flexiblen Schlauchabschnitt auf. Dadurch wird sichergestellt, daß die Membran in ihrer Arbeitsstellung vollständig auf den flexiblen Schlauchabschnitt wirkt, so daß dieser bei Erreichen der Nenn­ temperatur vollständig zusammenpreßbar ist. Eine Schonung des Schlauchabschnitts in dieser Lage wird dadurch erreicht, daß das Gehäuse mit einem beiderseits des Schlauchabschnitts ange­ ordneten Anschlag für eine auf den Schlauchabschnitt wirkende Druckplatte der Membran ausgestattet ist. Dies hat den Vorteil, daß in der Arbeitslage der Membran der Schlauchabschnitt zwar derart zusammengepreßt wird, daß keine Kühlflüssigkeit mehr hindurchfließen kann, jedoch die Druckplatte der Membran sich an einem den Schlauchabschnitt umgebenden Anschlag abstützt, so daß eine weitere Bewegung in Richtung des Schlauches verhindert wird, wodurch dieser eventuell Schaden nehmen könnte. In den Sommermonaten, in denen die Außentemperatur oberhalb der Nenn­ temperatur liegt, wird die Membran ständig mit Druckgas beauf­ schlagt und befindet sich ausschließlich in der Arbeitsstel­ lung. Nunmehr dient der Anschlag als Lager für die Druckplatte der Membran, so daß diese nicht mit der ganzen Kraft, die bei steigender Temperatur noch zunimmt, auf dem flexiblen Schlauch­ abschnitt liegt, und diesen eventuell bleibend verformt. Der Anschlag ist demnach so ausgestaltet, daß der Schlauchabschnitt nur so weit zusammengepreßt wird, daß eine Durchströmung der Kühlflüssigkeit unterbrochen wird.

Eine hohe Wartungsfreundlichkeit wird dadurch erreicht, daß die Membran auswechselbar im Gehäuse angeordnet ist. Ebenfalls sitzt die Schlauchleitung leicht auswechselbar in den Führungen des Gehäuses, so daß ein Austausch der mechanisch beanspruchten Teile leicht durchführbar ist. Außerdem bietet diese Festlegung der einzelnen Teile im Gehäuse eine leichte und schnelle Mon­ tage des Ventils.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Behälters für Windschutzscheiben-Waschwasser mit einem Rippen­ rohrheizkörper und einem thermostatischen Ventil;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das thermostatische Ventil gemäß Schnitt II-II der Fig. 3;

Fig. 3 einen Schnitt III-III durch das thermostatische Ventil gemäß Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt IV-IV durch das thermostatische Ventil gemäß Fig. 2 mit der Membran in Ruhelage und

Fig. 5 einen Schnitt IV-IV durch das thermostatische Ventil gemäß Fig. 2 mit der Membran in Arbeits­ lage.

In Fig. 1 ist schematisch ein Vorratsbehälter (1) für Wind­ schutzscheiben-Waschwasser gezeigt, das über eine elektrische Pumpe (2) zu einer nicht gezeigten Düse gefördert wird. Der Vorratsbehälter (1) weist innenseitig einen Rippenrohrheizkör­ per (3) auf, der nahezu vollständig in das Waschwasser (4) ein­ taucht. Dieser Rippenrohrheizkörper (3) ist mit Kühlwasserlei­ tungen (5, 6) verbunden, die mit dem Kühlwasserkreislauf des Motors eines Kraftfahrzeuges in Verbindung stehen. Die Kühlwas­ serleitung (5), über die der Zulauf zum Rippenrohrheizkörper (3) erfolgt, ist mit dem Kühlwasserkreislauf des Motors vor dem Thermostatventil verbunden. Außerdem weist diese Kühlwasserlei­ tung (5) ein thermostatisches Ventil (7) auf, mit dem der Mas­ senstrom der Kühlflüssigkeit in den Leitungen (5 und 6) und im Rippenrohrheizkörper (3) gesteuert werden kann. Dieses Thermo­ statventil (7) ist über ein Kapillarrohr (8) mit einem thermo­ statischen Arbeitselement (9) verbunden, das ebenfalls im Waschwasser (4) des Vorratsbehälters (1) angeordnet ist. Über dieses thermostatische Arbeitselement (9) wird das thermostati­ sche Ventil (7) derart gesteuert, daß dieses bei Nenntemperatur des Waschwassers (4) den Durchfluß von Kühlflüssigkeit durch die Leitungen (5 und 6) unterbricht.

Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das thermostatische Ventil (7) gemäß dem Schnitt II-II der Fig. 3. Von einer Membran (10) mit kreisförmigem Querschnitt teilweise überdeckt, ist der eine Schenkel (11) eines Gehäuses (12) erkennbar, das seitlich von den Enden eines flexiblen Schlauchabschnitts (13) überragt wird. Dieser flexible Schlauchabschnitt (13) ist mit der Kühlwasserleitung (5) mittels Schlauchklemmen (14) verbunden. Weiterhin sind an den Längsseiten des Gehäuses (12) Führungen (15) erkennbar, die den flexiblen Schlauchabschnitt (13) in korrekter Lage zwischen der Membran (10) und dem unteren Schenkel (11) halten. Die Membran (10) ist zentral mit einem Lötstutzen (16) versehen, über den sie am oberen Schenkel (17, Fig. 3) des Gehäuses (12), z.B. mittels eines Sicherungsrings (18) festgelegt ist, und der zur Aufnahme des Kapillarrohres (8) dient. Auf der dem flexiblen Schlauchabschnitt (13) zuge­ wandten Seite der Membran (10) ist eine Druckplatte (19) vor­ gesehen, über die die Membran (10) auf den Schlauchabschnitt (13) wirkt. Dabei stützt sich die Membran (10) über den Löt­ stutzen (16) am oberen Schenkel (17) des Gehäuses (12) ab. Die exakte Zentrierung des flexiblen Schlauchabschnitts (13) unterhalb der Druckplatte (19) wird über die Führungen (15) erreicht.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ansicht ist das U-förmige Gehäuse (12) erkennbar, zwischen dessen Schenkel (11 und 17) die Mem­ bran (10) und der flexible Schlauchabschnitt (13) angeordnet sind. Bei der hier gezeigten Ruhelage der Membran (10) befindet sich die Druckplatte (19) oberhalb des Schlauchabschnitts (13), so daß dieser den maximalen Querschnitt aufweist.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Arbeitslage der Membran (10) ist die Druckplatte (19) derart in Richtung des flexiblen Schlauch­ abschnitts (13) verschoben, daß dieser vollständig zusammenge­ drückt ist. Dabei stützt sich die Druckplatte (19) an einem An­ schlag (20) ab. Dieser Anschlag (20) schützt den flexiblen Schlauchabschnitt (13) vor einem übermäßigen Zusammenpressen, so daß dieser kein Schaden nimmt und sich nicht bleibend ver­ formt.

Eine leichte Montage des thermostatischen Ventils (7) wird da­ durch erreicht, daß der Lötstutzen (16) der Membran (10) über einen Sicherungsring (18) im oberen Schenkel (17) des Gehäuses (12) festgelegt ist und dadurch die Membran (10) sicher in der korrekten Lage hält. Der flexible Schlauchabschnitt (13) ist lediglich zwischen Führungen (15) in dem Gehäuse (12) festge­ legt.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise des thermostatischen Ventils (7) kurz näher erläutert:

In Ruhelage der Membran (10), wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, befindet sich diese mit Abstand zum flexiblen Schlauchab­ schnitt (13). Dabei besitzt das im thermostatischen Arbeitsele­ ment (9) sich befindende Medium eine Temperatur, die unterhalb der Nenntemperatur des Waschwassers (4) liegt. Bei dieser ge­ ringeren Temperatur befindet sich das Medium z.B. in flüssigem oder wachsweichem Zustand, und es herrscht ein geringer Druck im Kapillarrohr (8) und in der Membran (10). Dadurch, daß der flexible Schlauchabschnitt (13) seinen maximalen Querschnitt aufweist, kann die Kühlflüssigkeit des Motors ungehindert über die Kühlwasserleitung (5) und den Schlauchabschnitt (13) durch den Rippenrohrheizkörper (3) und über die Kühlwasserleitung (6) wieder zurück in den Kühlkreislauf des Motors fließen. Dabei erwärmt sich der Rippenrohrheizkörper (3), der diese Wärme an das Waschwasser (4) im Vorratsbehälter (1) abgibt. Hierdurch erwärmt sich ebenfalls das Medium im Arbeitselement (9), das, bei Erreichen der Nenntemperatur des Waschwassers (4), zu verdampfen beginnt, wodurch der Gasdruck im Arbeitselement (9), dem Kapillarrohr (8) und der Membran (10) steigt. Ab einem gewissen Druck dehnt sich die Membran (10) aus, wodurch die Druckplatte (19) in Richtung auf den flexiblen Schlauchab­ schnitt (13) bewegt wird. Diese Druckplatte (9) wirkt derart auf den Schlauchabschnitt (13), daß dieser seinen freien Querschnitt verringert. Dadurch wird der Massenstrom der durch die Kühlwasserleitung (5 und 6) fließenden Kühlflüssigkeit vermindert. Bei Erreichen der maximalen Arbeitslage, die der Nenntemperatur des Waschwassers (4) im Vorratsbehälter (1) entspricht, liegt die Druckplatte (19) an einem Anschlag (20) am unteren Schenkel (11) des Gehäuses (12) an und preßt den flexiblen Schlauchabschnitt (13) vollständig zusammen. Die Flüssigkeitsströmung des Kühlwassers durch den Schlauchab­ schnitt (13) ist somit vollständig unterbunden, so daß sich die Temperatur des Waschwassers (4) im Vorratsbehälter (1) nicht weiter erhöht. Bei einem Absinken der Temperatur erniedrigt sich der Gasdruck im Arbeitselement (9), im Kapillarrohr (8) und somit in der Membran (10), wodurch die Druckplatte (19) geringfügig aus der in Fig. 5 gezeigten Lage zurückweicht und den Querschnitt des flexiblen Schlauchabschnitts (13) ein wenig öffnet. Durch diesen freigegebenen Querschnitt kann nunmehr die warme Kühlflüssigkeit fließen, so daß sich das Waschwasser (4) wieder erwärmt. Das durch die Kühlwasserleitung (5, 6) und den Rippenrohrheizkörper (3) strömende Kühlwasser und das Arbeitselement (9), das Kapillarrohr (8) und das thermostatische Ventil (7) bilden einen Regelkreis.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Erwärmen von Windschutzscheiben-Wasch­ wasser, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem im Waschwas­ serbehälter angeordneten Heizelement und einem die Temperatur des Heizelements regelnden Steuerelement, dadurch gekennzeich­ net, daß das Heizelement als von Motorkühlflüssigkeit durch­ strömter Rippenrohrheizkörper (3) ausgebildet ist, und daß dem Heizkörper (3) ein den Massenstrom der Kühlflüssigkeit steuern­ des thermostatisches Ventil (7) zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (7) eine auf einen flexiblen Schlauchabschnitt (13) der Kühlflüssigkeitsleitung (5, 6) wirkende gasdruckge­ steuerte Membran (10) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Schlauchabschnitt (13) von einem im Ventil (7) angeordneten mit der Kühlflüssigkeitsleitung (5, 6) verbundenen Neopren- oder Gummischlauch gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membran (10) über ein Kapillarrohr (8) mit einem im Waschwasserbehälter (1) sich befindenden thermostati­ schen Arbeitselement (9) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitselement (9) ein ein bei Nenntemperatur verdamp­ fendes Medium beinhaltender Behälter ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) in Ruhelage den flexiblen Schlauchabschnitt (13) freigebend ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) in Arbeitslage den flexib­ len Schlauchabschnitt (13) zusammenpreßt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das thermostatische Ventil (7) ein die Mem­ bran (10) und den flexiblen Schlauchabschnitt (13) aufnehmendes Gehäuse (12) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) einen mit der Membran (10) verbundenen und das Kapillarrohr (8) aufnehmenden Lötstutzen (16) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (12) Führungen (15) für den flexiblen Schlauchabschnitt (13) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) mit einem beiderseits des flexiblen Schlauchabschnitts (13) angeordneten Anschlag (20) für eine auf den Schlauchabschnitt (13) wirkende Druckplatte (19) der Membran (10) ausgestattet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) auswechselbar im Gehäuse (12) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeitsleitung (5, 6) direkt mit dem Motorkühlkreislauf in Verbindung steht.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmedium für das thermostatische Arbeitselement (9) Freon oder ein ähnliches Medium verwendet wird.