DE3728500A1 - Schutzeinrichtung gegen motorueberhitzung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schutzeinrichtungen gegen Überhitzung von Brennkraftmaschinen und insbesondere auf Einrichtungen zum Schutz gegen den Verlust von Motor-Kühlmittel.

Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen hängen in kritischer Weise von ihren Kühlsystemen ab. Insbesondere bei größeren Motoren, wie sie für schwere Last­ wagen, Baumaschinen oder große stationäre Einrichtungen verwendet werden, kann der Verlust von Motor-Kühlmittel eine Zerstörung der Maschine in Bruchtei­ len einer Minute zur Folge haben. Der Schaden tritt ein, lange bevor selbst ein aufmerksamer Fahrer das Problem erkennen könnte. Ein Verlust von Kühlmittel ist kritischer als nur eine ungenügende Menge von Kühlmittel oder als andere Situationen, in denen die Maschine heißläuft, sich aber noch in einem Bereich befindet, in dem das Problem rechtzeitig erkannt werden kann, um die Maschine abzustellen, bevor sie sich selbst zerstören kann. Während sich die Erfindung wenigstens teilweise mit diesen Umständen befaßt, ist die Ermittlung dieser Probleme nicht der primäre Gegenstand der Erfindung.

Durch die Erfindung wird vielmehr das Problem des Verlustes von Kühlmittel angesprochen, insbesondere des im wesentlichen vollständigen Verlusts des Kühlmittels. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Kühlmittelverlust prompt ermitteln und anzeigen zu können. Dabei soll die Einrichtung jedoch andere, möglicherweise irritierende Situationen aussondern, so daß sie nicht unnötigen Alarm auslöst. Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Schutzeinrichtung zu schaffen, die einen Kühlmittelverlust feststellt und das Bedienungspersonal darauf aufmerksam macht.

Durch die Erfindung soll dabei ein druckempfindliches System geschaffen werden, das auf den Druck in einem Kühlmittelsystem reagiert und die Bedienungsperson alarmiert, wenn der Druck plötzlich auf Werte abfällt, bei denen eine hieraus folgende Überhitzung gefährlich ist.

Die Schutzeinrichtung soll darüber hinaus an bestehende Systeme von Brenn­ kraftmaschinen und Kühleinrichtungen anpaßbar sein, so daß die Schutzein­ richtung einfach mechanisch in den Strömungsweg des Kühlmittels bei be­ stehenden Systemen eingebaut oder eingeschaltet werden kann.

Die Erfindung schafft eine Einrichtung zum Feststellen eines Kühlmittelver­ lusts, die einen Druckverlust des Kühlmittels in dem System feststellt und dadurch dem Fahrer oder dem Benutzer der Maschine den Verlust an Kühlmittel bei bestimmten Maschinentemperaturen anzeigt.

Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung weist einen Druckfühler und einen Temperaturfühler auf. Jeder dieser Fühler weist einen Schalter auf, der ent­ weder leitend oder nicht-leitend sein kann. Die inaktivierte Stellung der Schalter wird als normalerweise geschlossen bzw. als normalerweise offen bezeichnet. Diese Fühler sind dem Kühlmittel ausgesetzt, vorzugsweise da­ durch, daß sie in das Kühlmittelsystem eingebaut sind. Die Umschaltparameter der Schalter sind derart, daß sie auf Kaltstart, Motoraufwärmung, Normalbe­ trieb und Druckverlust bei hoher Temperatur ansprechen. Eine Alarmeinrich­ tung ist vorgesehen, um beim Auftreten der letzten der genannten Bedingungen Alarm zu geben.

Als wahlweise, aber bevorzugte Merkmale der Erfindung können in Reihe mit den Druck- und Temperaturfühlern Verriegelungs-, Zeitverzögerungs- und/oder Geräuschunterdrückungs-Schaltkreise angeschlossen sein. Der Verriegelungs- Schaltkreis kann ein impulsbetätigter Schaltkreis sein, der den Alarm eingeschaltet hält, wenn einmal ein Alarmimpuls durch die Reihenschaltung von Druck- und Temperaturfühler geflossen ist. Alternativ kann die Verrie­ gelungseinrichtung ein Zeitverzögerungsglied sein, das den Alarm für eine vorbestimmte Zeitdauer eingeschaltet hält und dann abschaltet, wenn die Betriebsbedingungen innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer auf den Normalzu­ stand zurückkehren sollten. Das Zeitverzögerungsglied kann auch als inter­ mittierend arbeitender Geräuschunterdrückungs-Schaltkreis arbeiten, so daß momentane Abfälle oder Saugzustände im Druck nicht den Alarm auslösen. Nur wenn der Druck plötzlich abfällt und für mehrere Sekunden auf niedrigem Niveau bleibt, wird der Alarm ausgelöst.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgen­ den Beschreibung an Hand der Zeichnung, die eine halb-schematische Darstel­ lung des Aufbaus und der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt.

In der Zeichnung ist eine Einrichtung zum Feststellen eines Kühlmittelver­ lusts dargestellt. Die Einrichtung weist ein Gehäuse 10 auf, das ein Rohr­ oder Schlauchnippel 12 zum Anschließen der Einrichtung an ein bestehendes Kühlmittelsystem aufweist. Ein an einem T-Stück 16 befestigter Schlauch 14 oder ein entsprechendes Rohr kann vorzugsweise in einen Kühlmittelschlauch 18 oder in ein entsprechendes Kühlmittelrohr in einem bestehenden Kühlsystem einer Brennkraftmaschine eingeschaltet sein. Die dargestellte Verbindung gestattet es dem durch den Schlauch 18 bzw. das entsprechende Rohr strömenden Kühlmittel, auch durch das Rohr bzw. den Schlauch 14 zu dem Nippel 12 zu strömen.

In dem Gehäuse 10 ist ein Druckfühler 20 angeordnet, der aus einer Membran 22 und einem Kolben 24 besteht, der durch eine Feder 26 belastet ist. Der Kolben 24 ist in Kontakt mit einem Arm 28 eines normalerweise geschlossenen Schalters 30. Mit "normalerweise geschlossen" ist gemeint, daß der Schalter leitet oder eine Verbindung herstellt bei niedrigen Drücken, bei denen er inaktiviert ist, bei denen die Membran 22 in ihrer Ruhestellung ist, und wobei der Kolben 24 durch die Feder 26 gegen einen Anschlag 32 gedrückt ist. Der Schalter 30 bleibt somit bei niedrigen Drücken geschlossen und öffnet bei Drücken geeigneter Höhe.

In dem Gehäuse 10 ist auch ein Temperaturfühler 34 mit einem thermischen Schalter 35 angeordnet, der in Reihe mit dem Druckschalter 30 verbunden ist. Der Schalter 35 ist normalerweise offen, d.h. er unterbricht den Stromkreis bei niedrigen Temperaturen, wenn er inaktiviert ist, und verhindert damit das Fließen eines Stroms. Der Schalter schließt und leitet Strom bei einer Temperatur geeigneter Höhe. Der Fühler 34 fühlt die Wärme ab, die durch ein Gehäuse hindurchgeleitet wird, das entweder an der Maschine selbst oder in enger Nachbarschaft zu einer durch die Maschine beheizten Oberfläche ange­ ordnet ist, um die Betriebstemperaturen abzufühlen. Da der Fühler 34 einen in Reihe mit dem Schalter 30 verbundenen Anschluß 36 und einen mit Erde verbundenen Anschluß 38 hat, kann kein Strom durch das System zur Ermitt­ lung eines Kühlmittelverlusts fließen, solange entweder der Druckfühler 20 oder der Temperaturfühler 34 offen ist.

In dem Stromkreis ist auch ein Ein-Aus-Schalter 40 und eine Alarmeinrichtung 42 angeordnet. Wahlweise kann auch eine Verriegelungsvorrichtung 44 vorge­ sehen sein, die später im einzelnen beschrieben wird. Solange entweder der Druckschalter 30 oder der Temperaturfühler 34 offen ist, kann kein Strom fließen, um die Alarmeinrichtung 42 bei geschlossenem Schalter 40 zu akti­ vieren. Die Alarmeinrichtung 42 arbeitet nur, wenn sowohl der Druckschalter 30 als auch der Fühler 34 geschlossen sind. Dies bedeutet, daß Strom durch den Stromkreis fließt, wenn die Temperatur hoch ist und der Druck niedrig ist, wodurch die Alarmeinrichtung 42 aktiviert wird, die ein hörbares oder ein sichtbares Alarmsignal oder beides liefert. Der Alarmstromkreis arbei­ tet gemäß den folgenden Bedingungen:

Wie sich aus der vorhergehenden Tabelle ergibt, bleibt der Alarm unter den meisten Betriebsbedingungen nicht aktiviert, ausgenommen bei einem Druck­ verlust, der durch einen Bruch in einem Schlauch, in einem Rohr oder in einer Leitung, durch einen losen Verschluß oder durch übermäßiges Verdam­ pfen von Kühlmittel auftreten kann, wenn die Maschine heiß ist. Dieser Zu­ stand zeigt einem Fahrer oder einer Bedienungsperson an, daß er die Maschine unverzüglich stoppen muß, um Schaden zu vermeiden, da der Verlust von Kühl­ mittel ein solch übermäßiges und schnelles Überhitzen verursachen kann, daß die Maschine beschädigt wird. Ein normales Überhitzen ohne Druckverlust verursacht normalerweise nicht die schweren Schäden, die bei Verlust von Kühlmittel und Druck eintreten können.

Eine Verriegelungsvorrichtung 44 kann in dem Stromkreis vorgesehen sein, um den Alarm 42 aktiviert zu halten, wenn er einmal angesprochen hat, und zwar unbeeinflußt durch irgendwelche nachfolgende Veränderungen in der Tem­ peratur oder im Druck. Somit wird der einmal ausgelöste Alarm 42 weiter­ arbeiten, bis er durch einen Schalter S 1 deaktiviert wird, der mit dem Zünd­ system der Maschine gekoppelt sein kann oder nicht. Das gesamte System wird dadurch zurückgestellt, daß der Schalter S 1 eingeschaltet, ausgeschal­ tet und dann wieder eingeschaltet wird. Sollte dann noch niedriger Druck vorliegen, wird der Alarm wieder ausgelöst. Die Verriegelungsvorrichtung 44 kann auch in der Form eines Zeitverzögerungsglieds vorliegen, das den Stromkreis unempfindlich gegenüber momentanen Druckabfällen oder Saugzu­ ständen macht. Ein solches Zeitverzögerungsglied kann auch als Geräusch­ unterdrückungs-Vorrichtung wirken und das Auslösen des Alarms verhindern, wenn nicht der Zustand des niedrigen Drucks für eine vorbestimmte Zeitdauer bestehen bleibt. Z.B. kann eine integrierte Zeitgeberanordnung und ein ge­ eigneter Schaltkreis angeordnet sein, die nach einer Dauer von einer Se­ kunde oder zwei Sekunden oder selbst nach einem Teil einer Sekunde akti­ viert werden können, sofern der durch den Druckfühler 20 abgefühlte Druck unter sein vorbestimmtes Niveau fallen und dort für mehr als einen Augen­ blick bleiben sollte. Wenn diese fakultativen Vorrichtungen nicht verwendet werden, können die Schalter direkt mit der Alarmeinrichtung verbunden wer­ den. Das System ist mit einer Batterie und mit Erde wie dargestellt ver­ bunden. Das dargestellte und beschriebene System kann an jede bestehende Maschine angepaßt werden, die mit einem Kühlmittel arbeitet. Es erfordert keine Ver­ änderung des bestehenden Kühlmittelsystems, außer daß ein Anschluß an einem Strömungsweg des Kühlmittels hergestellt werden muß. Die Einrichtung kann irgendwo an der Druckseite des Kühlmittelsystems installiert werden, aber vorzugsweise am Heizschlauch oder an der Heizleitung. Die Einrichtung ist nicht primär eine Temperaturfühleinrichtung, sondern sie zeigt die Kühl­ mittelströmung oder eine geringe Kühlmittelversorgung an, da übermäßige Temperaturen im allgemeinen keinen Schaden verursachen, sofern sie nicht für eine ausreichende Zeitdauer zusammen mit einem Kühlflüssigkeitsverlust auftreten oder bestehen. Dann ist der Schaden schnell und ernsthaft. Die Schutzeinrichtung gibt Alarm, wenn beispielsweise die Kühlerkappe locker ist, und ebenso, wenn Kühlmittel verloren geht. Die Einrichtung fühlt einen extremen Abfall oder einen Verlust von Kühl­ mittel, beispielsweise einen Bruch in einem Kühlmittelschlauch oder -rohr oder eine lose Kühlerkappe, was verhindern kann, daß der Kühlmitteldruck ausreichend ansteigt, um hierdurch Schutz zu bieten. Vorzugsweise ändert der Thermostat 34 seine Stellung von offen nach geschlossen bei Tempera­ turen im Bereich von etwa 71°C (160°F). Die Empfindlichkeit des Druckschal­ ters 30 wird gesteuert durch die Nachgiebigkeit der Feder 26 und der Mem­ bran 22, aber sie sollte allgemein im Bereich von etwa 0,138 bar (2 psi) liegen. In größeren Systemen kann die Druckempfindlichkeit im Bereich von 0,345 bar (5 psi) liegen. Das Vorhandensein des fakultativen Verriegelungsmechanismus hält den Alarm­ kreis eingeschaltet, selbst wenn das System in seine Normalstellung zurück­ gehen kann, und bietet damit eine Anzeige dafür, daß ein möglicherweise ernsthafter Zustand aufgetreten ist. Vorzugsweise sind der Druckschalter, der Thermostat, der Alarmstromkreis und die anderen geeigneten Stromkreise alle in einer einzigen Umhüllung untergebracht, die leicht an bestehenden Kühlmittelsystemen angebracht oder installiert werden kann. Wie zuvor fest­ gestellt wurde, kann der Schalter S 1 ein bestehender Zündschalter oder, falls erwünscht, ein separater Schalter sein. Die Einrichtung läßt sich so­ mit leicht an vorhandene Fahrzeuge anpassen, ohne wesentliche Veränderungen außer einem Anschluß an einem Kühlmittelschlauch oder -rohr. Der auf Wärme­ leitung ansprechende Thermostat 34 fühlt Wärme entweder von dem Gehäuse 10 selbst ab, oder er kann stattdessen eine wärmeleitende Sonde zum Feststellen der Temperatur aufweisen.

Claims (7)

1. Schutzeinrichtung für das Kühlsystem einer Brennkraftmaschine, gekennzeich­ net durch

• - ein Gehäuse (10),
• - einen normalerweise geschlossenen Schalter (30) in dem Gehäuse (10),
• - einen Druckfühler (20) für den Kühlflüssigkeitsdruck, der so konstruiert und angeordnet ist, daß er den normalerweise geschlossenen Schalter (30) so betätigt, daß der Schalter (30) bei niedrigem Druck geschlossen bleibt und bei hohem Druck öffnet,
• - eine Flüssigkeitsverbindung (12, 14, 16), die den Druckfühler (20) so anschließt, daß er den Druck der Kühlflüssigkeit abfühlt und darauf reagiert,
• - einen temperaturempfindlichen Schalter (35), der in dem Gehäuse (10) angeordnet ist und der normalerweise bei niedriger Temperatur offen und bei hoher Temperatur geschlossen ist,
• - wobei der normalerweise geschlossene Schalter (30) und der temperaturem­ pfindliche Schalter (35) in Reihe verbunden sind,
• - eine Alarmeinrichtung (42), die in Reihe mit dem normalerweise geschlos­ senen Schalter (30) und dem temperaturempfindlichen Schalter (35) ange­ schlossen ist, und
• - eine mit der Alarmeinrichtung (42) verbundene elektrische Energieversor­ gung,
• - wodurch ein Alarm ausgelöst wird, wenn der Flüssigkeitsdruck niedrig und die Temperatur hoch ist um Kühlmittelverlust und höhere Tempera­ turen anzuzeigen, wenn diese gleichzeitig auftreten.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsdruckfühler (20) folgende Bauteile aufweist:

• - eine flexible Membran (22),
• - einen mit einer Feder (26) belasteten Kolben (24), der so konstruiert und angeordnet ist, daß er durch die Membran (22) beaufschlagt ist,
• - wobei der normalerweise geschlossene Schalter (30) durch den Kolben (24) betätigt ist,
• - wobei die Flüssigkeitsverbindung (12, 14, 16) die Membran (22) mit dem Kühlmittel verbindet, das in dem Kühlmittelsystem (18) fließt.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verriegelungseinrichtung (44) vorgesehen ist, die die Alarmeinrichtung (42) in aktivierter Stellung verriegelt.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ riegelungseinrichtung (44) Zeitverzögerungsmittel zum Verzögern des Ansprechens der Alarmeinrichtung (42) aufweist, um eine Aktivierung durch vorübergehende Druckveränderungen selbst bei höheren Temperatu­ ren zu verhindern.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Kühlflüssigkeitsdruck ansprechende Druckfühler (20) seine Stel­ lung bei Drücken oberhalb etwa 0,138 bar (2 psi) ändert.

6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Kühlflüssigkeitsdruck ansprechende Druckfühler (20) seine Stel­ lung bei Drücken oberhalb etwa 0,345 bar (5 psi) ändert.

7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturempfindliche Schalter (35) seine Stellung bei etwa 71°C (160°F) ändert.