DE3716555C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeits-Kühlkreis für
Kraft- und Arbeitsmaschinen, insbesondere Brennkraft
maschinen, gemäß der Bauart nach Patentanspruch 1 sowie den Bauarten nach den Ansprüchen 4, 6 und 7.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Bauart, gemäß
DE-OS 32 26 508, entsprechend EP-A-01 00 917, JP-A-59-
23 029 und US-PS 45 10 893, ist der Luftabscheidebehälter
über eine Rücksaugleitung als Befüll-Leitung mit der
Saugseite der Kühlmittelpumpe verbunden. Beim Befüllen
fließt dadurch das Kühlmittel vom Bodenbereich des
Luftabscheidebehälters über die Rücksaugleitung zur
tiefliegenden Kühlmittelpumpe und von dieser von unten
in den Kühlmantel der Maschine. Da die unmittelbare
Verbindung zwischen Kühlmittelpumpe und Rücklauf-Was
serkasten des Kühlers durch das Kühlerventil bei in der
Kühler-Rücklaufleitung angeordnetem Thermostat beim
Befüllen der dabei stets weitgehend kalten Maschine
geschlossen ist, kann das Kühlmittel zunächst nur in den
Kühlmantel fließen und diesen füllen. Dieser Füllvorgang
wird auch bei Thermostat-Anordnungen am Kühlmantel-
Austritt jedoch durch den engen Innenquerschnitt der
Entlüftungsleitung vom Kühler-Vorlauf zum Füllstutzen
verzögert, durch den die zu verdrängende Luft aus dem
Kühlmantel und aus dem Kühler ausschließlich entweichen
kann. Die dadurch gegebene geringe Befüll-Geschwindig
keit erhöht nicht nur den notwendigen Arbeitszeitauf
wand, sondern auch die im Kühlmantel und anderen Lei
tungsabschnitten mit geringer oder fehlender Steigung
verbleibenden Restluft-Volumenteile. In den Kühler
gelangt das Kühlmittel schließlich erst, nachdem der
Kühlmantel vollständig gefüllt ist, über die üblicher
weise kaum ein Gefälle aufweisende Vorlaufleitung,
wodurch die Befüllgeschwindigkeit weiter verringert wird
und Restluft-Volumenteile verbleiben können.
Ein zusätzlicher langwieriger Ent
lüftungsvorgang bei laufender Maschine und abgenommenen
Verschlußdeckel ist daher notwendig. Dabei weiterhin
im Kühlkreis verbleibende, insbesondere im Kühlmittel
gelöste Restluft kann auch nach ihrem Ausfall aus der
Lösung bei hoher Temperatur und ihrem Vorlagern an den
Überdruckventilen nur dann über den als Luftsperre
wirkenden Ausgleichsbehälter zur Atmosphäre ausgeschie
den werden, wenn die Überdruckventil-Öffnungswerte
überschritten werden. Die Vorteile eines luftfreien
Kühlkreises, wie steilerer Druckaufbau bei steigender
Kühlmittel-Temperatur und verringerte Korrosionsgefahr
für die Kühlkreisbauteile und das Kühlmittel selbst,
aufgrund seiner weitestgehenden Entgasung, kommen somit
kaum bzw. zumeist erheblich zeitverzögert nach zahl
reichen Warm-/Kalt-Zyklen der Maschine zur Wirkung.
Zudem steht nach einem langwierigen Entlüftungsvorgang
bis zu hoher Betriebstemperatur bei zur Atmosphäre offenem Kühlkreis für einen anschließenden
Betrieb der Maschine bei verschlossenem Kühlkreis kein ausreichender Druckaufbau des
Kühlmittels aus dessen Wärmedehnung mehr zur Verfügung.
Aufgrund der dabei vor dem Schließen des Verschluß
deckels ohne Druckaufbau erfolgten Wärmedehnung des
Kühlmittels wird dann beim weiteren Anstieg der Be
triebstemperatur die Siedegrenze bzw. die Pumpenkavi
tationsgrenze rasch erreicht und eine Maschinen-Über
hitzung ist bei unmittelbar anschließendem Betrieb mit
hoher Last unvermeidbar.
Im gegensätzlichen Sinne tritt im Kühlkreis von Brenn
kraftmaschinen, bei denen bei hoher Last Brenngas-Lecka
gen in den Kühlkreis eindringen und allgemein bei
niedrigen Start-Temperaturen, insbesondere Minusgraden,
ein im Bezug zu relativ niedriger Kühlmittel-Temperatur
überhöhter Überdruck im Bereich der Öffnungswerte der
Überdruckventile auf, der bei Brenngas-Leckagen auch beim Abkühlen der Maschi
ne in Betriebspausen nicht ausreichend abgebaut wird.
Zusätzlich wirken die im Kühlkreis verbleibenden Brenn
gas-Volumenteile ständig zerstörend auf die Kühlmittel-
Zusätze sowie korrosiv auf das Innere der Kühlkreis-
Bauteile ein.
Schließlich stellt sich beim raschen Abstellen der
Maschine aus hoher Last vielfach eine starke örtliche
Überhitzung des Kühlmittels an Heißstellen im Kühlmantel
mit entsprechenden Hochdruck-Dampfblasen ein, die zu
stark überhöhtem Druck im gesamten Kühlkreis mit Kühl
mittelauswurf durch das Überdruckventil und sogar bis
zum Überlaufen des Ausgleichsbehälters führen kann sowie
isolierende Ablagerungen von Bestandteilen des Kühlmit
tels, insbesondere Wasserstein, gerade an den Heißstel
len bewirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend beschrie
benen Nachteile im Bereich der Betriebs-Randbedingungen
- Befüllen, Entlüften, Entgasen, Pumpen-Kavitation,
Überhitzen, Abstell-Nachheizen, zum Verlauf der Kühl
mittel-Temperatur unnötig überhöhter Verlauf des Kühl
mittel-Druckes bei niedrigen Start- bzw. Umgebungstem
peraturen und bei Eindringen von Brenngasen in den
Kühlkreis im Bereich mittlerer Betriebstemperatur - von
flüssigkeitsgekühlten Maschinen zu überwinden sowie
zugleich Bauaufwand, Kosten, Gewicht, Bauteil-Vielfalt,
Fehlbedienungs-Möglichkeiten zu verringern. Ferner
sollen Überdimensionierungen von Kühlkreis-Bauteilen und
vor allem der Kühlleistung vermieden werden, die zum
Ausgleich der beschriebenen Störeinflüsse bisher erfor
derlich sind.
Dies erreicht die Erfindung in überraschend vorteilhaf
ter Weise durch die Kennzeichen-Merkmale
des Patentanspruchs 1.
Dadurch wird das Befüllen des Kühlmantels und des
Kühlers beschleunigt und der Restluft-Einschluß ver
ringert, weil das Kühlmittel von der Einfüllöffnung
zugleich und rasch in den Kühlmantel und in den
Kühler fließen und die Luft im Gegenstrom direkt aus
strömen kann, so daß durch die hohe Kühlmittel-Fließ
geschwindigkeit die Restluftblasen weitestgehend mit
genommen werden und in den verschiedenen kühlmittel
führenden Leitungen und Hohlräumen des Kühlkreises nur
geringe Restluft-Volumenteile verbleiben. Beim an
schließenden ersten Betrieb der Maschine werden die
verbliebenen Restluftanteile aus dem Vorlauf-Hochpunkt
über die aus diesem ausmündende Entlüftungsleitung rasch
in den Luftabscheidebehälter gespült. Dabei wird bei
einer motornahen Anordnung dieser Ausmündung durch den
zum Kühler abfallenden Kühler-Vorlauf eine tiefliegende
Kühler-Anordnung für stark abfallende PKW-Fronten
begünstigt und eine zusätzliche Verringerung des in den
Warmlauf einbezogenen Kühlmittel-Volumens und dadurch
eine verkürzte Warmlaufzeit erreicht. Dies trifft in
erhöhtem Maße gegenüber einem Anschluß der Entlüftungs
leitung am Hochpunkt des Kühler-Vorlaufwasserkastens zu,
der dabei zumindest teilweise, bei Querstromkühlern
sogar zusammen mit einem Teil des Kühlerfeldes, in den
Warmlauf einbezogen ist.
Durch das temperatur-gesteuerte Entlüftungs-Ventil wird
zugleich sowohl die Entlüftung und Entgasung als auch
der Systemdruck-Aufbau über Temperatur und Drehzahl
verbessert sowie der aufgrund von Brenngas-Leckagen
überhöhte Kühlkreisdruck bei Abkühlphasen wieder abge
baut. Die dabei durch das Thermoventil bei niedriger
Betriebstemperatur geöffnete Leitungsverbindung vom
Luftabscheidebehälter zum Ausgleichsbehälter ermöglicht
ferner einen sehr einfachen Entlüftungsvorgang nach dem
Befüllen, wobei bei geschlossenem Verschlußdeckel durch
stark wechselnde Motordrehzahl ein fortwährendes Kühl
mittel- und Restluft-Ausströmen zum Ausgleichsbehälter
und Kühlmittel-Einströmen in den Luftabscheidebehälter
erreicht wird. Dies ergibt sich aus dem Anstieg des
Pumpen-Saugdruckes bei Drehzahlrückgang und dessen
Abfall bei Drehzahlanstieg. In Verbindung mit einem
Füllstands-Niveaugeber im Luftabscheidebehälter - gemäß
Anspruch 3 - kann die fortschreitende Entlüftung durch
den Aufleuchtbeginn einer zugeschalteten Anzeigeleuchte
bei immer höherer Drehzahl verfolgt bzw. beurteilt
werden. Die auf den von der Kühlkreis-Elastizität, vor
allem aus Schlauch-Länge und -Elastizität, von der
Temperatur und von der Pumpendrehzahl abhängigen Druck
aufbau abgestimmte Schließ-Temperatur des Entlüftungs-
Ventiles vermeidet einerseits unnötig hohe Kühlkreis-
Überdruckwerte bei relativ geringen Kühlmittel-Tem
peraturwerten und sichert andererseits einen dennoch
ausreichenden Abstand des Pumpensaugdruck-Verlaufes zum
Verlauf der Pumpenkavitationsgrenze. Hohe Pumpenförder
leistung durch hohe Motordrehzahl im Schaltpunkt des
Thermoventiles führt durch den dabei in Bezug auf den
durchschnittlichen Kühlkreis-Überdruck stark abgesenk
ten, jedoch aufgrund des geöffneten Entlüftungs-Ventiles
konstant atmosphärischen Pumpensaugdruck zu einem
entsprechend höheren Ausgangsdruck für den Druckaufbau
aus der Wärmedehnung des Kühlmittels beim weiteren
Temperaturanstieg. Dadurch wird bei Betrieb mit relativ
hohen Drehzahlen die Sicherheit gegen Pumpenkavitation
zusätzlich erhöht.
Durch die Anordnung aller Steuerelemente im Verschluß
deckel wird einerseits ein kompakter, kosten- und
gewichts-günstiger Aufbau und andererseits eine günstige
Wartungs- und Reparaturmöglichkeit erreicht.
Die Merkmale des Anspruches 2 ermöglichen eine besonders
gedrängte räumliche Zuordnung des Luftabscheidebehälters
zum Kühler-Vorlauf und zum Füllstutzen, wodurch ein sehr
geringer Bauraumbedarf erreicht wird.
Die Zuordnung eines Kühlmittel-Niveaugebers zum Luft
abscheidebehälter gemäß Anspruch 3 ergibt eine sichere
Füllstands-Überwachung des Überdruck-Kühlkreises und
eine Warnanzeige bereits bei noch betriebssicher aus
reichendem Kühlmittel-Inhalt, weil die temperaturbe
dingte Volumenänderung des Kühlmittels eine Anzeige bei
kaltem Kühlkreis schon dann auslöst, wenn das sich im
Betrieb erwärmende Kühlmittel das Anzeige-Niveau wieder
überschreitet und die Betriebs-Sicherheit gewährleistet.
Zusätzlich bildet die Füllstands-Warnanzeige hierbei
eine Überwachungsanzeige beim Entlüften des Kühlkreises
nach einem Neu- oder Wieder-Befüllen. Das dabei mögliche
Abpumpen der Restluft über den Ausgleichsbehälter zur
Atmosphäre mittels der einfachen Maßnahme eines Betrie
bes der Maschine mit starkem Drehzahlwechsel bei offener
Leitungsverbindung zwischen Luftabscheidebehälter und
Ausgleichsbehälter ergibt nämlich mit fallendem Rest
luft-Volumen einen stetig zu höherer Drehzahl hin sich
verschiebenden Aufleuchtbeginn einer üblichen Niveau-
Warnleuchte.
Die Merkmale des Anspruches 4 enthalten die grundsätz
liche Anordnung des Luftabscheidebehälters mit Füll
stutzen und Befülldeckel am Hochpunkt des Kühler-Vor
laufes im Verlauf der Entlüftungs-Nebenstromleitung,
wodurch ein Großteil der Vorteile unabhängig von Anord
nung und Ausbildung der Überdruck-, Unterdruck- und
Entlüftungs-Ventile nach Anspruch 1 erreicht wird,
nämlich vorteilhaftes Befüllen und Entlüften sowie
rascher Warmlauf. Die Ventile können dabei in jeder
bekannten oder vorstehend vorgeschlagenen Ausbildung und
Anordnung bzw. Verschaltung ausgewählt werden, nämlich
am Luftabscheidebehälter, am Ausgleichsbehälter oder an
beiden in Reihenschaltung, wobei bei den beiden letzt
genannten Anordnungen ein Ausgleichsbehälter mit Luft
ausdehnungs-Volumen erforderlich ist.
Anspruch 5 sieht die zusätzliche Ansteuerung eines
Überdruckventiles vom Druck im Kühler-Vorlauf für die
unmittelbare Begrenzung des den Kühler beaufschlagenden
Druckwertes vor, da die Ventile bei allen Anordnungen
nach Anspruch 4 im Kühler-Rücklauf wirksam sind.
Die Merkmale des Anspruches 6 sehen ein temperatur
gesteuertes Entlüftungs-Ventil vor, das in der Verbin
dungsleitung vom Luftabscheidebehälter zum Ausgleichs
behälter unabhängig von der Anordnung des Luftabscheidebehälters liegt. Abge
sehen von einem geringen zusätzlichen Bauaufwand und
Gewicht ermöglicht diese Ausbildung alle übrigen Funk
tions-Vorteile der Merkmale nach Anspruch 1, insbeson
dere hinsichtlich der Belüftungseigenschaften in Verbindung mit einem am Hochpunkt des Kühler-
Vorlaufes in bekannter Weise angeordneten zusätzlichen
Befülldeckel.
Die Ausbildung des Entlüftungs-Ventiles nach Anspruch 7
weist einen besonders geringen Bauaufwand auf und ergibt
einfachste Wartungs- und Reparatur-Möglichkeiten durch
Prüfen und/oder Austauschen des Verschlußdeckels als
Einheit. In der Kraftfahrzeugtechnik vielfach bewährte
Einzelbauteile werden dabei angewendet. Die Zuordnung
der Bauteile des Ventiles begünstigt auch dessen Funk
tion, da die Schnappfeder erst nach völligem Luftaus
schub von der Kühlmittel-Temperatur beaufschlagt wird,
so daß die Entlüftung über das Erreichen der Schließ-
Schalt-Temperatur durch das Kühlmittel selbst hinaus
begünstigt wird. Ein Schwimmer statt einer Schließfeder
ist somit nur bei besonders schwierigen Entlüftungs-
Gegebenheiten erforderlich. Das geschlossene Entlüf
tungs-Ventil wird mit steigendem Kühlmitteldruck auch
zunehmend in seiner Dichtfunktion begünstigt, weil die
Thermo-Schnappfeder dabei mehr und mehr gegen den
Dichtring gedrückt wird.
Diese Ventil-Ausbildung ist auch bei Kühlkreisen einer
Bauart vorteilhaft anwendbar, die von derjenigen nach
den Ansprüchen 1 und 6 abweicht, jedoch zumindest einen
atmosphärischen Ausgleichsbehälter aufweist.
Die Merkmale des Anspruchs 8 begünstigen einerseits
zusätzlich die Befüll- und die Betriebs-Entlüftung durch
Ableiten der Restluft zum Luftabscheidebehälter, die
beim Befüllen im Rücklauf-Wasserkasten von Querstrom
kühlern verbleibt bzw. die sich im Betrieb bevorzugt
dort sammelt. Ein Durchlauf kalten Kühlmittels wird im
normalen Warmlauf-Betrieb jedoch verhindert und so ein
Einfluß auf die Warmlaufzeit vermieden. Andererseits
werden durch das Öffnen des Entlüftungs-Ventiles nach
dem Warmlauf bei einer über der Umgebungstemperatur
liegenden Kühlmitteltemperatur von beispielsweise 60°C
im Rücklauf-Wasserkasten sich darin bevorzugt sammelnde
Brenngas-Leckagen sowie Restluft-Volumenteile sofort in
den Luftabscheidebehälter abgeleitet. Aus diesem strömen
sie bei offenem Überdruckventil über den Ausgleichsbe
hälter zur Atmosphäre ab, zumal der Überdruck im Kühl
kreis durch eindringende Brenngas-Leckagen die Öffnungs
werte des Überdruckventiles beschleunigt erreicht.
Gegebenenfalls dennoch verbleibende Leckagen-Volumen
teile werden beim Abkühlen des Kühlkreises unter die
Öffnungstemperatur des Entlüftungs-Ventiles nach den
Ansprüchen 1 und 6 über den Ausgleichsbehälter abge
leitet und dabei zugleich der Kühlkreis ständig auf
Atmosphärendruck gehalten solange die Schließ-Temperatur
dieses temperatur-gesteuerten Entlüftungs-Ventiles
unterschritten bleibt. Unterdruck im Kühlkreis und
dadurch bedingtes Eindringen von Luft - z. B. über die
Dichtung der Kühlmittelpumpe - ist dabei zusätzlich
ausgeschlossen.
Die Merkmale des Anspruches 9 enthalten eine funk
tionelle und baulich besonders vorteilhafte Ausbildung
des Entlüftungs-/Entgasungs-Ventiles nach Anspruch 8 in
Übereinstimmung mit dem Entlüftungs-Ventil nach Anspruch
7, abgesehen von der ausschließlichen Schwimmer-Anord
nung und der umgekehrten Temperatur-Steuerung mit Öffnen
statt Schließen über der Schalt-Temperatur des Ventiles.
Anstelle des Schwimmers ist auch eine übliche Schließ
feder und ein gesondertes Kugel- oder Schwengel-Entlüf
tungsventil anwendbar, wie dies in Kühlmittel-Thermo
stat-Ventilen üblich ist.
Die Merkmale des Anspruches 10 ermöglichen über dem mit
der Pumpenförderleistung steigenden Überdruck im Vor
laufbereich eine gleichbleibende Vorlauf-Druckansteue
rung des Überdruck-Ventiles im Verschlußdeckel ohne
diese dem notwendigen höchsten Überdruck-Öffnungswert
des jeweiligen Anwendungsfalles gesondert anzupassen.
Zugleich kann das Überdruck-Ventil für den Vor- und
Rücklaufbereich mit dem gleichen Überdruck-Öffnungswert
ausgeführt werden, was den Bauaufwand zusätzlich begün
stigt und die Ventil- bzw. Verschlußdeckel-Vielfalt für
unterschiedliche Motoren- bzw. Fahrzeugbaumuster ver
meidet oder zumindest verringert.
Die nach Anspruch 11 vorgesehene Reihenzuschaltung eines
weiteren Überdruckventiles hält den Kühlmitteldruck im
Normal-Betrieb auch bei Brenngas-Leckagen-Einleitung in
das Kühlmittel auf relativ geringem Niveau. Nur bei
zugleich hoher Betriebslast und Umgebungstemperatur wird
durch das temperaturabhängig zusätzlich geschaltete
Überdruckventil auf den dann notwendigen höheren Kühl
mitteldruck umgeschaltet. Unnötige hohe Überdruck-Be
lastungen des Kühlkreises aufgrund von Brenngas-Leckagen
werden dadurch vermieden und zugleich ein weitgehendes
laufendes Ableiten dieser Brenngas-Volumenteile aus dem
Kühlkreis erreicht, wodurch zusätzlich deren schädliche
Einwirkung auf die Kühlmittel-Zusätze verringert wird.
Der Anspruch 12 beinhaltet alternativ und/oder ergänzend
zu der Ventilsteuerung der Leitungsverbindung vom
Luftabscheidebehälter zum Ausgleichsbehälter nach den
Ansprüchen 1 und 6 eine manuell betätigbare Entlüf
tungsvorrichtung, die ohne - bei Entlüftungs-Drehstel
lung des Verschlußdeckels - bzw. mit sehr geringem
Bauaufwand - bei einer Entlüftungsschraube - über die
Schalttemperatur eines Thermoventiles hinaus eine
Kühlkreis-Entlüftung bei besonders schwierigen Bedin
gungen ermöglicht. Auch dabei begrenzt sich das Entlüf
tungs-Verfahren selbst auf einen Betrieb der Maschine
mit stark wechselnder Drehzahl, ggf. mit kurzen Ab
schaltpausen, um eventuellen Luftblasen-Ansammlungen am
Pumpeneintritt den Abzug zur Pumpen-Druckseite zu
ermöglichen.
Die Merkmale des Anspruches 13 ermöglichen es in ein
facher und gegen Drucküberlastung des Ausgleichsbehäl
ters gesicherter Weise, den projektierten Betriebs-Über
druck des Kühlkreises auch dann zu gewährleisten, wenn
bei Wartungs- und/oder Reparatur-Arbeiten der Kühlkreis
bei einer derart hohen Kühlmittel-Temperatur verschlos
sen wird, daß der erforderliche Druckaufbau durch
Wärmedehnung des Kühlmittels nicht mehr möglich ist.
Dies trifft insbesondere in Verbindung mit der manuell
bedienbaren Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 12 und
schwierigen Entlüftungs-Bedingungen bei diesbezüglichen
ungünstig ausgebildeten Kühlkreisen zu. Ein zusätzlicher
Bauaufwand für die vorgesehenen Konstruktions-Einzel
heiten läßt sich nach den Ausbildungs-Möglichkeiten
gemäß den Ansprüchen 14 und 15 gegenüber bekannten
Kühlkreisen vollständig vermeiden, da lediglich vorhan
dene bekannte Bauteile entsprechend zu bemessen sind,
nämlich die Druckfestigkeit des Ausgleichsbehälters, die
Befestigung des zugehörigen Befülldeckels und die
Abmessungen des Anschlußstutzens für den zugehörigen
Überlaufschlauch.
Durch die Merkmale des Anspruches 16 wird eine Fehlbe
dienung bei der Wartung des Kühlkreises weitestgehend
dadurch ausgeschlossen, daß ein unbeabsichtigtes Ablas
sen des Kühlkreisüberdruckes durch versehentliches
Öffnen des zugehörigen Verschlußdeckels anstelle des
Befülldeckels für den atmosphärischen Ausgleichsbehälter
ausgeschlossen ist. Der Verschlußdeckel ist hierbei erst
dann zugänglich, wenn der für das Nachfüllen abzunehmen
de Befülldeckel geöffnet ist. Ein Abnehmen des Ver
schlußdeckels ist sodann für das Wartungspersonal
insbesondere in Verbindung mit entsprechender üblicher
Warn-Beschriftung des Verschlußdeckels mit an Sicherheit
grenzender Wahrscheinlichkeit nicht mehr zu erwarten.
Der Bauaufwand dieser Maßnahme umfaßt lediglich eine
geringe Vergrößerung des Befülldeckels, der eine für das
Motorraum-Styling günstige Form- und Farbgebung aufwei
sen kann.
Durch die Merkmale des Anspruches 17 wird insbesondere
bei Fahrzeugen mit bereits vorhandener Heizkreis-Zu
satzpumpe mit dem geringen zusätzlichen Bauaufwand eines
Umschaltventiles und dessen Steuerteilen der Aufbau
eines den Überdruck-Öffnungswert des Überdruckventiles
erreichenden Überdruckes beim Nachheizen des Kühlmittels
nach dem Abstellen der Maschine aus hoher Betriebslast
weitestgehend vermieden, der durch an Heißstellen des
Kühlmantels örtlich überhöhtes Aufheizen des ruhenden
Kühlmittels entstehen kann. An den Heißstellen dabei
sich bildende Dampfblasen werden durch die von der
Heizkreis-Zusatzpumpe erzeugte Kühlmittelströmung
fortwährend weggespült und im übrigen Kühlmittel rasch
wieder kondensiert. Auf diese Weise wird eine sonst
auftretende Volumenzunahme des Kühlmittels im Kühlkreis
minimiert, die einen der örtlichen Kühlmittel-Temperatur
und dem zugehörigen Siededruck entsprechenden Überdruck
im gesamten Kühlkreis bewirkt. Ein übermäßiges Austrei
ben von Kühlmittel durch das Überdruckventil in den
Ausgleichsbehälter und nach dessen Überlaufen sogar ins
Freie wird somit ausgeschlossen.
Aus zahlreichen Druckschriften zählen zwar kennzeich
nende Einzel-Merkmale der Patentansprüche 1 bis 17
bereits zum Stand der Technik. Eine gezielte Kombination
derselben entsprechend den gattungsgemäßen mit den
Kennzeichen-Merkmalen der Patentansprüche ist aus diesen
Druckschriften jedoch weder angeregt noch ohne erfin
derische Tätigkeit ableitbar. Insbesondere wird auf die
Wartungsanleitung 1984 zum PKW-Baumuster Nissan ZX-300 -
Modellreihe Z 31 - Blätter LC-8/-13/-18, die DE-PS 25 09
995, 34 24 580 und 28 17 976, die DE-AS 28 21 872, die DE-GM 19 31 736, die GB-PS 14 15
698, die EP-PS 01 01 339, sowie die US-PS 21 95 266,
30 47 235, 32 84 004, 41 67 159 und 44 89 883 sowie auf
"MTZ" 46 (1985), S. 84 u. 86 und "Krafthand" H. 9 (1985), S. 611, hingewiesen.
In der Zeichnung sind bevorzugte Ausgestaltungen der
Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 einen Kühlkreis für Brennkraftmaschinen
einschließlich Heizkreis für eine Fahr
zeuginnenraum-Heizung als Blockschalt
bild,
Fig. 2 den gemäß Fig. 1 angeordneten und
ausgebildeten Füllstutzen mit Verschluß
deckel und Luftabscheidebehälter im
Schnitt,
Fig. 3 den Hochpunkt des Rücklauf-Wasserkastens
eines Querstromkühlers mit Entlüftungs
ventil gemäß Fig. 1,
Fig. 4 ein Diagramm des temperaturabhängigen
Druckverlaufes im Kühlkreis nach Fig. 1
und
Fig. 5-10 eine Übersicht mehrerer erfindungsgemäßer
Kühlkreis-Alternativen in schematischer
Darstellung.
Eine Brennkraftmaschine 1 enthält einen Kühlmantel 2
(Pfeil), in den das Kühlmittel durch eine Kühlmittel
pumpe 3 unter Druck gefördert wird. Am Austritt 4 des
Kühlmantels 2 ist ein Kühler-Vorlauf 5 mit freiem
Durchgang zu einem Querstromkühler 6 angeschlossen und
mündet in dessen Vorlauf-Wasserkasten 7. Vom Kühler-
Vorlauf 5 zweigt ein Kurzschluß 8 zu einem Mischthermo
stat 9 ab. Vom Rücklauf-Wasserkasten 10 führt eine
Rücklaufleitung 11 aus dem Kühler 6 gleichfalls in das
Thermostat 9. Eine Pumpen-Saugleitung 12 verbindet das
Thermostat 9 mit der Saugseite 13 der Pumpe 3.
An einem möglichst motornahen Hochpunkt 5′ des Kühler-
Vorlaufes 5 ist eine Nebenstrom-Entlüftungsleitung 14
angeschlossen, die ungedrosselt in eine Vorlaufdruck-
Steuerkammer 15 und über eine Drosselstelle 16 in den
Bodenbereich eines Luftabscheidebehälters 17 mündet.
Diese Einmündung ist zur Sicherung der Luftabscheidung
von der Ausmündestelle der Nebenstrom-Entlüftungsleitung
14 aus dem Bodenbereich abgewendet, die zur Saugseite 13
der Pumpe 3 weiterführt. An der Unterseite des Luftab
scheidebehälters 17 ist ein elektrischer Niveaugeber 18
angeordnet, der in handelsüblicher Ausbildung bei einer
funktions-gefährdenden Luft- und/oder Gas-Ansammlung im
Luftabscheidebehälter 17 ein Warninstrument ansteuert.
Der Luftabscheidebehälter 17 umschließt den Bereich des
Hochpunktes 5′ des Kühler-Vorlaufes 5 und den daran
steigend angeschlossenen Bereich der Nebenstrom-Entlüf
tungsleitung 14 konzentrisch (Fig. 2). Dieser Bereich
der Nebenstrom-Entlüftungsleitung 14 ist zugleich als
Füllstutzen 19 ausgebildet und zu einem Teil innerhalb
eines Verschlußdeckels 20 angeordnet. In Richtung des
Entlüftungs-Nebenstroms sind dabei nacheinander der
Füllstutzen 19, die Steuerkammer 15 und die Drossel
stelle 16 im Verschlußdeckel 20 sowie der Leitungsteil
im Bodenbereich des Luftabscheidebehälters 17 durch
strömt. Im Verschlußdeckel 20 sind die üblichen Über-
und Unterdruckventile 21 und 22 angeordnet, jedoch
erfindungsgemäß wesentlich abgewandelt und funktionell
weitergebildet.
Das Überdruckventil 21 ist einerseits über eine Lei
tungsverbindung 21′ zum Hochpunkt des Luftabscheide
behälters 17 vom Überdruck in diesem unmittelbar und
andererseits mittels einer Steuermembrane 15′ vom
Vorlauf-Überdruck in der Steuerkammer 15 mittelbar
angesteuert und öffnet in beiden Fällen die Leitungs
verbindung 21′ aus dem Hochpunkt des Luftabscheidebe
hälters 17 zur Atmosphäre hin.
Das Unterdruckventil 22 ist in üblicher Weise im Ven
tilgehäuse des Überdruckventiles 21 eingebaut und
zugleich als temperatur- und alternativ zusätzlich
schwimmer-gesteuertes Entlüftungs-Ventil ausgebildet
(Fig. 2). Außer bei herrschendem Unterdruck im Luftab
scheidebehälter 17 schließt das Unterdruckventil 22
durch das Zusammenwirken einer Bimetall-Schnapp-Teller
feder 23 mit einer O-Ring-Dichtung einerseits und
alternativ mit einer Feder 24 oder einem Schwimmer 24′
andererseits nur dann, wenn sowohl die Schalttemperatur
der Bimetall-Feder 23 überschritten als auch der Luft
abscheidebehälter 17 entlüftet ist, denn die Bimetall-
Feder 23 wird stets erst beim Beaufschlagen durch
Kühlmittel mit ausreichend hoher Temperatur in Schließ
lage geschaltet. Das Entlüften wird dadurch zusätzlich
begünstigt. Ein Schwimmer öffnet zusätzlich das Entlüf
tungs-Ventil bei erneuter Luft-Anlage unabhängig von
dessen Schaltzustand, solange keine Druckdifferenz
anliegt und führt zu noch weiterer Rest-Entlüftung. Ein
Überdruck im Luftabscheidebehälter hält die Bimetall-
Feder 23 aber auch bei Ansammeln von Luft und/oder
Brenngas im Luftabscheidebehälter 17 in Schließstellung,
wodurch während des Betriebes der Maschine 1 ein gefähr
licher Abfall des Kühlmittel-Druckes ausgeschlossen
bleibt. Bei jedem Abkühlen und nächstfolgendem Kaltstart
mit Warmlauf erfolgt jedoch andererseits ein voll
ständiges Entlüften des Luftabscheidebehälters 17 und
damit des gesamten Kühlkreises. Die Bimetall-Feder 23
schließt darüber hinaus aufgrund ihrer Schalttemperatur
(50°C in Fig. 4) den Kühlkreis erst bei einer Temperatur
des aus dem Luftabscheidebehälter 17 durch das Unter
druckventil 21 verdrängten Kühlmittels, bei der der
Aufbau des bei Leerlauf-Drehzahl und Abstellen der
Maschine wirksamen statischen Systemdruckes SD durch
weitere Wärmedehnung des Kühlmittels im Zusammenwirken
mit der Elastizität des gesamten Kühlkreises, insbeson
dere der Kühlmittel-Schlauchleitungen, einen im Bezug
zur Pumpen-Kavitationsgrenze KG und zur Kühlmittel-
Siedegrenze SG ausreichenden Verlauf des bei Höchst
drehzahl niedrigstmöglichen Pumpensaugdruckes PD ergibt
(Fig. 4). Im Zusammenwirken mit der aus der DE-OS 32 26
508 bekannten Bemessungsregel für das Überdruckventil 21
werden somit sowohl ein gefährlich niedriger Pumpensaug
druck PD als auch ein unnötig hoher Kühler-Vorlaufdruck
VD ausgeschlossen.
An die Über- und Unterdruckventile 21 und 22 ist eine
Leitungsverbindung 25 zur Atmosphäre über ein tempera
tur-gesteuertes weiteres Überdruckventil 26 zum Boden
bereich eines atmosphärischen Ausgleichs-, Vorrats- und
Luftsperrbehälters 27 geführt. Dieses weitere Überdruck
ventil 26 enthält - wie das Unterdruckventil 22 - eine
Bimetall-Schnapp-Tellerfeder 28, die mit einer O-Ring-
Dichtung zusammenwirkt und von einer den Überdruckwert
bestimmenden Kegelfeder 29 gegen die Dichtung angedrückt
wird. Das Gehäuse dieses Überdruckventiles 26 ist derart
in thermischer Verbindung mit der Vorlaufleitung 5
und/oder dem Gehäuse des Luftabscheidebehälters 17
angeordnet, daß die dortige Temperatur des Kühlmittels
die Bimetall-Feder 28 beaufschlagt. Deren Schalttem
peratur ist etwa der Obergrenze des Regeltemperatur-
Bereiches des Thermostats 9 entsprechend festgelegt,
üblicherweise etwa 90-100°C. Die Summe der Überdruck
werte der Überdruckventile 21 und 26 kommt somit nur
dann (Fig. 4) zur Wirkung, wenn der Thermostat-Regel
bereich überschritten wird, also nur dann, wenn zugleich
hohe Umgebungstemperatur und hohe Motorlast auftreten.
Auch durch Brenngas-Leckagen bei hoher Motorlast wird
der Kühlkreis daher nicht unnötig mit überhöhtem System
druck SD, Vorlaufdruck VD und Pumpen-Saugdruck PD
belastet, sondern die Brenngas-Leckagen werden fort
laufend durch das allein wirksame erste Überdruckventil
21 über den Ausgleichsbehälter 27 zur Atmosphäre ausge
schieden.
Der Ausgleichsbehälter 27 enthält zu einem Teil seines
Volumens einen Kühlmittelvorrat 30 und zum übrigen Teil
ein Ausdehnungsvolumen 31. Der Befülldeckel 32 des
Ausgleichsbehälters 27 ist mit einer üblichen Rast
wulst-Befestigung ausgestattet, die jedoch erfindungs
gemäß derart abgestimmt ist, daß zugleich eine Über
druck-Ventil-Funktion durch Ablösen des Deckels 32 bei
einem bestimmten Überdruck im Ausgleichsbehälter 27
erreicht wird. Zum Einbringen des Überdruckes von z. B.
1 bar in den Ausgleichsbehälter 27 und über das Unter
druckventil 22 auch in dem gesamten Kühlkreis ist der
Deckel 32 mit einem Schlauchstutzen 33 versehen, der
sowohl einen Überlaufschlauch 34 trägt als auch nach
dessen Abziehen für den Anschluß eines Reifenfüll-Ge
rätes bzw. einer Luftpumpe geeignet ist. Damit kann auf
einfache kostengünstige Weise die Funktionssicherheit
des Kühlkreises auch nach einem Verschließen desselben
bei bereits bestehender Betriebstemperatur der Maschine
gewährleistet werden, insbesondere nach einem langwie
rigen Entlüftungs-Vorgang oder nach einem reparaturbe
dingten Druck-Ablassen mit anschließendem Hochlast-Be
trieb bei hoher Umgebungstemperatur.
Am Hochpunkt 10′ des Rücklauf-Wasserkastens 10 des
Querstromkühlers 6, der eine besonders wirksame Luft-
und Leckgas-Sammelstelle bildet, ist über ein Entlüf
tungsventil 35 und eine Drosselstelle 36 eine weitere
Entlüftungsleitung 37 zur Nebenstrom-Entlüftungsleitung
14 angeschlossen. Das Entlüftungsventil 35 besteht dabei
wiederum aus einer Bimetall-Schnapp-Tellerfeder 38, die
mit einer O-Ring-Dichtung zusammenwirkt und die von
einem Schwimmer 39 in und außer Funktion gebracht wird,
wenn Kühlmittel bzw. Luft oder Brenngas im Hochpunkt 10′
anliegt. Die Bimetall-Tellerfeder 38 weist eine Schalt
temperatur von etwa 60°C auf, so daß bei normaler
Betriebstemperatur des Kühlkreises ein ständiger Entlüf
tungs- und Entgasungs-Nebenstrom zum Luftabscheidebe
hälter 17 besteht. Während des Maschinen-Warmlaufes ist
dagegen das Entlüftungsventil 35 nach dem Abströmen von
Luft oder Brenngas stets geschlossen, so daß der Warm
lauf der Maschine nicht durch eine Kühlwirkung dieses
Entlüftungsstromes verlängert wird.
Über je eine Heizungs-Vor- und -Rücklaufleitung 40 bzw.
41 ist an den Kühlkreis eine Fahrzeug-Innenraum-Heizung
mit je einem linken und rechten Heizungs-Wärmetauscher
42 bzw. 43 und je einem linken und rechten Heizungs-
Regelventil 44 bzw. 45 sowie einer elektrischen Hei
zungs-Zusatzpumpe 46 in üblicher Weise angeschlossen.
Die Heizungs-Vorlaufleitung 40 zweigt dabei vom Kühler-
Vorlauf 5 ab und die Heizungs-Rücklaufleitung 41 mündet
in das hochliegend angeordnete Thermostat 9. Zwischen
der Heizungs-Zusatzpumpe 46 und den Regelventilen 44 und
45 ist ein Umschaltventil 47 angeordnet, das mittels
einer nicht dargestellten elektrischen Steuerschaltung
bei einem Abstellen der Maschine 1 mit hoher Betriebs
temperatur die Heizungs-Vorlaufleitung 40 in eine
Zylinderkopf-Rücklaufleitung 48 umsteuert. Die dadurch
bei abgestellter Maschine 1 erreichbare Kühlmittel-
Durchströmung des heißen Zylinderkopfes spült an Heiß
stellen entstehende Kühlmittel-Dampfblasen sofort weg
und erreicht deren sofort anschließende Kondensation im
weiteren Kühlmittelstrom, wodurch örtliche Dampfblasen-
Ansammlungen mit entsprechendem Druckaufbau im gesamten
Kühlkreis sowie dadurch bedingtem Auswurf von Kühlmit
tel, im Extremfall sogar bis zum Überlaufen des Aus
gleichsbehälters 27, vermieden wird.
Die Fig. 5 bis 10 zeigen bei gleichem Grundprinzip
unterschiedliche Zuordnungsmöglichkeiten der erfindungs
gemäßen Kühlkreis-Bauelemente.
In Fig. 5 sind die Anordnungen des Luftabscheidebehäl
ters 17 am Hochpunkt 5′ des Kühler-Vorlaufes 5, des
atmosphärischen Ausgleichsbehälters 27 in getrennter
Ausbildung und des Entlüftungs-Ventiles 35 am Rücklauf-
Wasserkasten 10 übereinstimmend mit den Fig. 1 bis 3
dargestellt.
In Fig. 6 ist dagegen der Kühler-Vorlauf 5 an ihrem
Hochpunkt 5′ lediglich mit einem Füllstutzen 19 und
einem ventillosen Verschlußdeckel 20′ ausgerüstet. Der
Luftabscheidebehälter 17 ist am Rücklauf-Wasserkasten 10
angebaut bzw. angeformt und mit dem Ausgleichsbehälter
27 zusammengefaßt. Dessen Befülldeckel 32 weist eine
angeformte Abdeckung 32′ für den Verschlußdeckel 20 des
Ausgleichsbehälters 27 auf, der eine Fehlbedienung beim
Nachfüllen in den Ausgleichsbehälter 27 und damit einen
Überdruckverlust bei betriebswarmem Kühlmittel weitest
gehend ausschließt.
In den Fig. 7 bis 10 sind der Luftabscheidebehälter 17
und der atmosphärische Ausgleichsbehälter 27 in Über
einstimmung mit Fig. 6 zusammengefaßt, jedoch unabhängig
von Kühler 6 gesondert angeordnet. Dabei ist die Neben
strom-Entlüftungsleitung 14 in Fig. 7 am Hochpunkt 5′
des Kühler-Vorlaufes 5, in Fig. 8 am Hochpunkt des Vor
lauf-Wasserkastens 7 und in den Fig. 9 und 10 unmittel
bar an einem Hochpunkt des Kühlmantels 2 der Maschine 1
angeschlossen.
In den Fig. 9 und 10 ist ferner eine zusätzliche Be
füll-Leitung 19′ vom Kühler-Vorlauf 5 abgezweigt, die
vom Verschlußdeckel 20 unmittelbar abgeschlossen ist.
Dabei ist in Fig. 9 ein Füllstutzen 19 neben dem Luft
abscheidebehälter 17 angeordnet, während in Fig. 10 die
Befüll-Leitung 19′ innerhalb des Luftabscheidebehälters
17 an den Verschlußdeckel 20 anschließt.
Die hydraulische Verschaltung der Funktionselemente ist
in allen Ausführungen übereinstimmend mit den Fig. 1 bis
3.
Claims (17)
1. Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeits
maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,
mit einem Luftabscheidebehälter (17),
der in einer Nebenstrom-Entlüftungsleitung (14) von einem Hochpunkt (5′) im Kühler-Vorlauf (5 - den Maschinen-Kühlmantel (2) und den Kühler-Eintritts- Wasserkasten (7) umfassend) zum Kühler-Rücklauf (11 - den Kühler-Austritts-Wasserkasten (10) und die Saugseite (13) einer Kühlmittelpumpe (3) am Maschi nen-Kühlmantel-Eintritt umfassend) liegt,
der an seinem Hochpunkt einen Füllstutzen (19) mit Einfüll-Öffnung und Verschlußdeckel (20) aufweist und
dessen Hochpunkt über je ein Überdruck- und Unter druck-Ventil (21 und 22) im Verschlußdeckel (20) mit dem Bodenbereich eines atmosphärischen Aus gleichsbehälters (27) leitungs-verbunden ist,
wobei mindestens ein Überdruck-Ventil (21) den Druck im Luftabscheidebehälter (17) und mittels einer Steuerleitung im Kühler-Vorlauf (5) begrenzt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Luftabscheidebehälter (17) am Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufes (5) angeordnet ist,
daß der Füllstutzen (19) Verbindungs-Öffnungen zu den Hochpunkten sowohl des Kühler-Vorlaufes (5) als auch des Luftabscheidebehälters (17) aufweist,
daß der Verschlußdeckel (20) neben der Einfüll öffnung des Füllstutzens (19) auch die Verbin dungs-Öffnungen gegeneinander verschließt,
daß vom Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufes (5) zum bodennahen Bereich des Luftabscheidebehälters (17) eine gedrosselte Leitungsverbindung (Drossel 16) als Teil der Nebenstrom-Entlüftungsleitung (14) führt,
daß der Verschlußdeckel (20) eine unmittelbare Lei tungs-Verbindung als Steuerleitung zwischen der Verbindungs-Öffnung von Füllstutzen (19) und Kühler-Vorlauf (5) einerseits und dem den Druck im Kühler-Vorlauf (5) begrenzenden Überdruck-Ventil (21) bzw. dessen Stellmotor (Steuermembran 15′) andererseits aufweist und
daß in der Leitungsverbindung vom Hochpunkt des Luftabscheidebehälters (17) zum Ausgleichsbehälter (27) ein temperatur-gesteuertes Entlüftungs-Ventil (Thermo-Schnappfeder 23) mit einer Schließ-Schalt- Temperatur angeordnet ist, die unter der thermosta tisch geregelten Normal-Betriebs-Temperatur des Kühlmittels liegt und ab der der wärmedehnungs- elastizitäts- und pumpenbetriebs-bedingte Kühl mittel-Druckverlauf an der Saugseite (13) der Kühlmittelpumpe (3) für deren kavitationsfreien Betrieb gewährleistet ist.
mit einem Luftabscheidebehälter (17),
der in einer Nebenstrom-Entlüftungsleitung (14) von einem Hochpunkt (5′) im Kühler-Vorlauf (5 - den Maschinen-Kühlmantel (2) und den Kühler-Eintritts- Wasserkasten (7) umfassend) zum Kühler-Rücklauf (11 - den Kühler-Austritts-Wasserkasten (10) und die Saugseite (13) einer Kühlmittelpumpe (3) am Maschi nen-Kühlmantel-Eintritt umfassend) liegt,
der an seinem Hochpunkt einen Füllstutzen (19) mit Einfüll-Öffnung und Verschlußdeckel (20) aufweist und
dessen Hochpunkt über je ein Überdruck- und Unter druck-Ventil (21 und 22) im Verschlußdeckel (20) mit dem Bodenbereich eines atmosphärischen Aus gleichsbehälters (27) leitungs-verbunden ist,
wobei mindestens ein Überdruck-Ventil (21) den Druck im Luftabscheidebehälter (17) und mittels einer Steuerleitung im Kühler-Vorlauf (5) begrenzt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Luftabscheidebehälter (17) am Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufes (5) angeordnet ist,
daß der Füllstutzen (19) Verbindungs-Öffnungen zu den Hochpunkten sowohl des Kühler-Vorlaufes (5) als auch des Luftabscheidebehälters (17) aufweist,
daß der Verschlußdeckel (20) neben der Einfüll öffnung des Füllstutzens (19) auch die Verbin dungs-Öffnungen gegeneinander verschließt,
daß vom Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufes (5) zum bodennahen Bereich des Luftabscheidebehälters (17) eine gedrosselte Leitungsverbindung (Drossel 16) als Teil der Nebenstrom-Entlüftungsleitung (14) führt,
daß der Verschlußdeckel (20) eine unmittelbare Lei tungs-Verbindung als Steuerleitung zwischen der Verbindungs-Öffnung von Füllstutzen (19) und Kühler-Vorlauf (5) einerseits und dem den Druck im Kühler-Vorlauf (5) begrenzenden Überdruck-Ventil (21) bzw. dessen Stellmotor (Steuermembran 15′) andererseits aufweist und
daß in der Leitungsverbindung vom Hochpunkt des Luftabscheidebehälters (17) zum Ausgleichsbehälter (27) ein temperatur-gesteuertes Entlüftungs-Ventil (Thermo-Schnappfeder 23) mit einer Schließ-Schalt- Temperatur angeordnet ist, die unter der thermosta tisch geregelten Normal-Betriebs-Temperatur des Kühlmittels liegt und ab der der wärmedehnungs- elastizitäts- und pumpenbetriebs-bedingte Kühl mittel-Druckverlauf an der Saugseite (13) der Kühlmittelpumpe (3) für deren kavitationsfreien Betrieb gewährleistet ist.
2. Kühlkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Füllstutzen (19) unmittelbar in einen Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufs (5) mündet,
daß der Luftabscheidebehälter (17) den Füllstutzen (19) konzentrisch umschließt sowie über deren Verbindungsöffnung dessen Hochpunkt an die Ventile (21 und 22) im Verschlußdeckel (20) angeschlossen ist und
daß der Kühler-Vorlauf (5) im Bereich der Einmün dung des Füllstutzens (19) den Luftabscheidebe hälter (17) durchdringt.
daß der Füllstutzen (19) unmittelbar in einen Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufs (5) mündet,
daß der Luftabscheidebehälter (17) den Füllstutzen (19) konzentrisch umschließt sowie über deren Verbindungsöffnung dessen Hochpunkt an die Ventile (21 und 22) im Verschlußdeckel (20) angeschlossen ist und
daß der Kühler-Vorlauf (5) im Bereich der Einmün dung des Füllstutzens (19) den Luftabscheidebe hälter (17) durchdringt.
3. Kühlkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Luftabscheidebehälter (17) einen Kühlmit
tel-Niveaugeber (18) aufweist.
4. Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeits
maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,
mit einem Füllstutzen (19) und einem Befülldeckel (20) in dessen Einfüll-Öffnung an einem Hochpunkt (5′) im Kühler-Vorlauf (5),
mit einem Ausgleichsbehälter (27) mit Befülldeckel (32), Ausdehnungs- und Vorrats-Volumen (30 und 31),
mit Über- und Unterdruck-Ventilen (21 und 22) in einem der Befülldeckel (20 und 32) und
mit einer Leitungs-Verbindung (25) vom Hochpunkt des Füllstutzens (19) zum Bodenbereich des Aus gleichsbehälters (27),
dadurch gekennzeichnet, daß am Füllstutzen (19) des Kühler-Vorlaufs (5) ein Luftabscheidebehälter (17) angeordnet ist,
der in einer Entlüftungs-Nebenstromleitung (14) von einem Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufes (5) zum Kühler-Rücklauf (11) mit einer Querschnitts-Dros selstelle (16) zwischen Kühler-Vorlauf (5) und Luftabscheidebehälter (17) liegt und
dessen Hochpunkt an die Leitungs-Verbindung vom Füllstutzen (19) zum Bodenbereich des Ausgleichs behälters (27) angeschlossen ist.
mit einem Füllstutzen (19) und einem Befülldeckel (20) in dessen Einfüll-Öffnung an einem Hochpunkt (5′) im Kühler-Vorlauf (5),
mit einem Ausgleichsbehälter (27) mit Befülldeckel (32), Ausdehnungs- und Vorrats-Volumen (30 und 31),
mit Über- und Unterdruck-Ventilen (21 und 22) in einem der Befülldeckel (20 und 32) und
mit einer Leitungs-Verbindung (25) vom Hochpunkt des Füllstutzens (19) zum Bodenbereich des Aus gleichsbehälters (27),
dadurch gekennzeichnet, daß am Füllstutzen (19) des Kühler-Vorlaufs (5) ein Luftabscheidebehälter (17) angeordnet ist,
der in einer Entlüftungs-Nebenstromleitung (14) von einem Hochpunkt (5′) des Kühler-Vorlaufes (5) zum Kühler-Rücklauf (11) mit einer Querschnitts-Dros selstelle (16) zwischen Kühler-Vorlauf (5) und Luftabscheidebehälter (17) liegt und
dessen Hochpunkt an die Leitungs-Verbindung vom Füllstutzen (19) zum Bodenbereich des Ausgleichs behälters (27) angeschlossen ist.
5. Kühlkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Überdruckventil (21) im Verschlußdeckel
(20) über eine Steuerleitung vom Druck im Kühler-
Vorlauf (5) gesteuert ist.
6. Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeits
maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,
mit einem Luftabscheidebehälter (17),
der in einer Nebenstrom-Entlüftungsleitung (14) von einem Hochpunkt (5′) im Kühler-Vorlauf (5) zum Kühler-Rücklauf (11) liegt,
der an seinem Hochpunkt einen Füllstutzen (19) mit Einfüll-Öffnung und Verschlußdeckel (20) aufweist und
dessen Hochpunkt über je ein Überdruck- und Unter druck-Ventil (21 und 22) im Verschlußdeckel (20) mit dem Bodenbereich eines atmosphärischen Aus gleichsbehälters (27) leitungs-verbunden ist,
wobei die Entlüftungsleitung (14) vor der Einmün dung in den Luftabscheidebehälter (17) eine Dros selstelle (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitungsverbindung (25) vom Hochpunkt des Luftabscheidebehälters (17) zum Ausgleichsbe hälter (27) ein temperatur-gesteuertes Entlüf tungs-Ventil (23) mit einer Schließ-Schalt-Tempera tur angeordnet ist, die unter der thermostatisch geregelten Normal-Betriebs-Temperatur des Kühl mittels liegt und ab der der wärmedehnungs-, elastizitäts- und pumpenbetriebs-bedingte Kühl mittel-Druckverlauf an der Saugseite (13) der Kühlmittelpumpe (3) für deren kavitationsfreien Betrieb gewährleistet ist.
der in einer Nebenstrom-Entlüftungsleitung (14) von einem Hochpunkt (5′) im Kühler-Vorlauf (5) zum Kühler-Rücklauf (11) liegt,
der an seinem Hochpunkt einen Füllstutzen (19) mit Einfüll-Öffnung und Verschlußdeckel (20) aufweist und
dessen Hochpunkt über je ein Überdruck- und Unter druck-Ventil (21 und 22) im Verschlußdeckel (20) mit dem Bodenbereich eines atmosphärischen Aus gleichsbehälters (27) leitungs-verbunden ist,
wobei die Entlüftungsleitung (14) vor der Einmün dung in den Luftabscheidebehälter (17) eine Dros selstelle (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitungsverbindung (25) vom Hochpunkt des Luftabscheidebehälters (17) zum Ausgleichsbe hälter (27) ein temperatur-gesteuertes Entlüf tungs-Ventil (23) mit einer Schließ-Schalt-Tempera tur angeordnet ist, die unter der thermostatisch geregelten Normal-Betriebs-Temperatur des Kühl mittels liegt und ab der der wärmedehnungs-, elastizitäts- und pumpenbetriebs-bedingte Kühl mittel-Druckverlauf an der Saugseite (13) der Kühlmittelpumpe (3) für deren kavitationsfreien Betrieb gewährleistet ist.
7. Flüssigkeits-Kühlkreis für Kraft- und Arbeits
maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,
mit einem atmosphärischen Ausgleichsbehälter (27), der Überdruck-, Unterdruck- und Entlüftungs-Ven tilen (21 und 22) zur Atmosphäre hin nachgeschaltet ist,
insbesondere Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das temperatur-gesteuerte Entlüftungs-Ventil (23) zugleich als Unterdruck-Ventil (22) im Ver schlußdeckel (20) ausgebildet ist,
dessen Ventilkörper eine Thermo-Schnappfeder (23) bildet, mit einem Dichtring als Ventilsitz und -öffnung zusammenwirkt und durch eine Feder (24) und/oder einen Schwimmer (24′) zum Dichtring hin beaufschlagt ist,
wobei Feder (24) bzw. Schwimmer (24′), Ventilkörper (23) und Dichtring in dieser Reihenfolge gleich achsig vertikal übereinander im Ventilkörper des Überdruck-Ventiles (21) mit einer zu dessen Ventil öffnung parallel-angeordneten Ventilöffnung ange ordnet sind.
mit einem atmosphärischen Ausgleichsbehälter (27), der Überdruck-, Unterdruck- und Entlüftungs-Ven tilen (21 und 22) zur Atmosphäre hin nachgeschaltet ist,
insbesondere Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das temperatur-gesteuerte Entlüftungs-Ventil (23) zugleich als Unterdruck-Ventil (22) im Ver schlußdeckel (20) ausgebildet ist,
dessen Ventilkörper eine Thermo-Schnappfeder (23) bildet, mit einem Dichtring als Ventilsitz und -öffnung zusammenwirkt und durch eine Feder (24) und/oder einen Schwimmer (24′) zum Dichtring hin beaufschlagt ist,
wobei Feder (24) bzw. Schwimmer (24′), Ventilkörper (23) und Dichtring in dieser Reihenfolge gleich achsig vertikal übereinander im Ventilkörper des Überdruck-Ventiles (21) mit einer zu dessen Ventil öffnung parallel-angeordneten Ventilöffnung ange ordnet sind.
8. Kühlkreis nach Anspruch 1, 4 oder 6, dadurch
gekennzeichnet,
daß in den Luftabscheidebehälter (17) eine weitere Entlüftungsleitung (37) einmündet,
die vom Hochpunkt (10′) des Kühler-Austritts- Wasserkastens (10) ausgeht und am dortigen Anschluß mindestens ein einerseits luft-/gas- und anderer seits temperatur-gesteuertes Entlüftungs-/Ent gasungs-Ventil (35) aufweist,
das bei Luft- und/oder Gas-Anlage bzw. ab einer vorbestimmten Warmlauf-Temperatur des Kühlkreises öffnet.
daß in den Luftabscheidebehälter (17) eine weitere Entlüftungsleitung (37) einmündet,
die vom Hochpunkt (10′) des Kühler-Austritts- Wasserkastens (10) ausgeht und am dortigen Anschluß mindestens ein einerseits luft-/gas- und anderer seits temperatur-gesteuertes Entlüftungs-/Ent gasungs-Ventil (35) aufweist,
das bei Luft- und/oder Gas-Anlage bzw. ab einer vorbestimmten Warmlauf-Temperatur des Kühlkreises öffnet.
9. Kühlkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Entlüftungs-/Entgasungs-Ventil (35) einen
Schwimmer (39) als Schließorgan, eine Thermo-
Schnappfeder (38) als Ventilkörper und einen
O-Dichtring als Ventilsitz und -öffnung in dieser
Reihenfolge gleichachsig vertikal übereinander in
einer Ventilkammer aufweist.
10. Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet,
daß der Anschluß der Steuerleitung (14) am Kühler-
Vorlauf (5) eine saugstrahlpumpen-artige Ausbildung
derart aufweist, daß der bei ansteigender Maschi
nen-Drehzahl bzw. Kühlmittelpumpen-Förderleistung
ansteigende Überdruck im Kühler-Vorlauf (5) gezielt
verändert in die Steuerleitung (14) eingeleitet
wird.
11. Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet,
daß zu dem (den) Überdruck-Ventil(en) (21) in der Leitungs-Verbindung (25) zwischen Luftabscheide behälter (17) und Ausgleichsbehälter (27) ein weiteres temperatur-abhängig zuschaltendes Über druck-Ventil (26) in Reihe liegt, dessen Zuschalt-Temperatur über der thermostatisch geregelten Normal-Betriebs-Temperatur des Kühl mittels liegt,
wobei die Überdruck-Ventile (21 und 26) derart abgestimmte Öffnungswerte aufweisen,
daß bei der Zuschalt-Temperatur des weiteren Überdruck-Ventiles (26) und zugleich höchster Maschinendrehzahl bzw. Pumpenförderleistung der Überdruck am Pumpeneintritt (13) zur Pumpen-Kavi tationsgrenze einen ausreichenden Abstand abweist und
daß bei höchster projektierter Betriebs-Temperatur die vorstehende Bedingung durch den Additions-Öff nungswert der Überdruck-Ventile (21 und 26) er reicht wird sowie dieser Wert über dem Siededruck liegt, der nach dem Abstellen der Maschine (1) aus hoher Last der örtlich auftretenden höchsten projektierten Kühlmitteltemperatur entspricht.
daß zu dem (den) Überdruck-Ventil(en) (21) in der Leitungs-Verbindung (25) zwischen Luftabscheide behälter (17) und Ausgleichsbehälter (27) ein weiteres temperatur-abhängig zuschaltendes Über druck-Ventil (26) in Reihe liegt, dessen Zuschalt-Temperatur über der thermostatisch geregelten Normal-Betriebs-Temperatur des Kühl mittels liegt,
wobei die Überdruck-Ventile (21 und 26) derart abgestimmte Öffnungswerte aufweisen,
daß bei der Zuschalt-Temperatur des weiteren Überdruck-Ventiles (26) und zugleich höchster Maschinendrehzahl bzw. Pumpenförderleistung der Überdruck am Pumpeneintritt (13) zur Pumpen-Kavi tationsgrenze einen ausreichenden Abstand abweist und
daß bei höchster projektierter Betriebs-Temperatur die vorstehende Bedingung durch den Additions-Öff nungswert der Überdruck-Ventile (21 und 26) er reicht wird sowie dieser Wert über dem Siededruck liegt, der nach dem Abstellen der Maschine (1) aus hoher Last der örtlich auftretenden höchsten projektierten Kühlmitteltemperatur entspricht.
12. Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet,
daß die Leitungsverbindung (25) zwischen Luftab scheidebehälter (17) und Ausgleichsbehälter (27) eine manuell betätigbare Entlüftungs-Vorrichtung aufweist,
die in ihrer Entlüftungsstellung mittels einer Entlüftungsschraube oder einer Entlüftungs-Dreh stellung des Verschlußdeckels (20) eines der Überdruck-, Unterdruck-, Entlüftungs- und/oder Thermo-Ventile (21, 22 und 23) bzw. eine zu diesen parallel liegende Entlüftungs-Öffnung öffnet.
daß die Leitungsverbindung (25) zwischen Luftab scheidebehälter (17) und Ausgleichsbehälter (27) eine manuell betätigbare Entlüftungs-Vorrichtung aufweist,
die in ihrer Entlüftungsstellung mittels einer Entlüftungsschraube oder einer Entlüftungs-Dreh stellung des Verschlußdeckels (20) eines der Überdruck-, Unterdruck-, Entlüftungs- und/oder Thermo-Ventile (21, 22 und 23) bzw. eine zu diesen parallel liegende Entlüftungs-Öffnung öffnet.
13. Kühlkreis nach Anspruch 1, 6 oder 12, dadurch
gekennzeichnet,
daß der Ausgleichsbehälter (27) über seinem Füll
standsbereich einen Anschluß (33) für eine vorüber
gehend auf den Kühlmittelpegel leitbare Druckgas-
Förderung aufweist, die eine Kühlmittel-Förderung
durch die Leitungsverbindung (25) zum Luftabschei
debehälter (17) und durch die Unterdruck-, Ent
lüftungs- und/oder Thermo-Ventile (22, 23) bzw. die
Entlüftungs-Öffnung in den Kühlkreis mit entspre
chendem Druckaufbau in diesem bewirkt.
14. Kühlkreis nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgleichsbehälter (17) bis etwa dem
mittleren Kühlkreis-Betriebsdruck entsprechend
druckfest ausgebildet ist und ein Überdruck-Sicher
heitsventil aufweist.
15. Kühlkreis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Befülldeckel (32) des Ausgleichsbehälters (27) als Überdruck-Sicherheitsventil ausgebildet ist,
wobei dessen Befestigung am Ausgleichsbehälter (27) auf sein Lösen bei überhöhtem Druckwert abgestimmt ist und
wobei als Anschluß für die Druckgas-Förderung ein Anschlußstutzen (33) für einen abziehbaren Über laufschlauch (34) dient.
daß der Befülldeckel (32) des Ausgleichsbehälters (27) als Überdruck-Sicherheitsventil ausgebildet ist,
wobei dessen Befestigung am Ausgleichsbehälter (27) auf sein Lösen bei überhöhtem Druckwert abgestimmt ist und
wobei als Anschluß für die Druckgas-Förderung ein Anschlußstutzen (33) für einen abziehbaren Über laufschlauch (34) dient.
16. Kühlkreis nach Anspruch 1, 4 oder 6, dadurch
gekennzeichnet,
daß der Lüftabscheidebehälter (17) und der Aus gleichsbehälter (27) sowie deren Befülldeckel (20 und 32) jeweils unmittelbar nebeneinander ange ordnet sind und
daß der Befülldeckel (32) des Ausgleichsbehälters (27) in seiner Schließlage denjenigen (20) des Luftabscheidebehälters (17) überdeckt.
daß der Lüftabscheidebehälter (17) und der Aus gleichsbehälter (27) sowie deren Befülldeckel (20 und 32) jeweils unmittelbar nebeneinander ange ordnet sind und
daß der Befülldeckel (32) des Ausgleichsbehälters (27) in seiner Schließlage denjenigen (20) des Luftabscheidebehälters (17) überdeckt.
17. Flüssigkeits-Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß einem Heiz-Nebenkreis (40, 41), der von einem hochliegenden Kühlmantel-Austritt abzweigt, eine elektrische Zusatzpumpe (46) und eine Heizvorrich tung (42, 43) enthält,
daß die Zusatzpumpe (46) beim Heiß-Abstellen der Maschine (1) in Abhängigkeit von einer dabei bestehenden Kühlmittel- und/oder Bauteil-Mindest temperatur einschaltbar ist,
daß ein dabei gleichfalls betätigtes Umschaltventil (47) das aus dem Kühlmantel (2) austretende Kühl mittel statt in die Heizvorrichtung (42, 43) in den Kühlmantel (2) durch einen dem Austritt gegenüber liegenden Eintritt zurücklenkt und
daß die Strömung des Kühlmittels durch den Kühl mantel (2), insbesondere durch den Zylinderkopf- Kühlmantel von Brennkraftmaschinen, derart bemessen ist, daß an Heißstellen eine dampfblasen-ablösende und -kondensierende Intensität gewährleistet ist.
daß einem Heiz-Nebenkreis (40, 41), der von einem hochliegenden Kühlmantel-Austritt abzweigt, eine elektrische Zusatzpumpe (46) und eine Heizvorrich tung (42, 43) enthält,
daß die Zusatzpumpe (46) beim Heiß-Abstellen der Maschine (1) in Abhängigkeit von einer dabei bestehenden Kühlmittel- und/oder Bauteil-Mindest temperatur einschaltbar ist,
daß ein dabei gleichfalls betätigtes Umschaltventil (47) das aus dem Kühlmantel (2) austretende Kühl mittel statt in die Heizvorrichtung (42, 43) in den Kühlmantel (2) durch einen dem Austritt gegenüber liegenden Eintritt zurücklenkt und
daß die Strömung des Kühlmittels durch den Kühl mantel (2), insbesondere durch den Zylinderkopf- Kühlmantel von Brennkraftmaschinen, derart bemessen ist, daß an Heißstellen eine dampfblasen-ablösende und -kondensierende Intensität gewährleistet ist.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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