EP2102467A2 - Entlüftung für einen flüssigkeitskreislauf - Google Patents

Entlüftung für einen flüssigkeitskreislauf

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EP2102467A2
EP2102467A2 EP08707863A EP08707863A EP2102467A2 EP 2102467 A2 EP2102467 A2 EP 2102467A2 EP 08707863 A EP08707863 A EP 08707863A EP 08707863 A EP08707863 A EP 08707863A EP 2102467 A2 EP2102467 A2 EP 2102467A2
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EP
European Patent Office
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circuit
section
venting
connection region
venting device
Prior art date
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Application number
EP08707863A
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English (en)
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EP2102467B1 (de
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Steffen Jahn
Ralph Willbrandt
Wolfgang Trommeshauser
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Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2102467A2 publication Critical patent/EP2102467A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2102467B1 publication Critical patent/EP2102467B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/028—Deaeration devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2025/00—Measuring
    • F01P2025/04—Pressure

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for a liquid circuit with ventilation, in particular for a cooling circuit.
  • the arrangement comprises a first circuit section of the fluid circuit, a second circuit section of the fluid circuit and a venting device for venting the first
  • the second circulation section is arranged in the flow direction after the first circulation section and before the venting.
  • the venting device opens to vent the first circuit section in a first connection region in the first circuit section and in a second connection region in the second circuit section. Furthermore, the invention relates to a corresponding
  • Fluid circuit a vehicle with such a fluid circuit and a corresponding method for venting a fluid circuit.
  • Liquid circuits such as cooling circuits for cooling components of a vehicle, must be vented continuously or at certain times.
  • venting is to be understood as meaning the separation of any gaseous substances from the fluid circuit. The venting is necessary to ensure the proper functioning of the liquid circuit, ie to ensure a sufficient liquid flow and to prevent damage to the installed components, for example by cavitation. Cavitation effects, as a rule, lead to severe damage to the affected components, including total damage to these components. The consequences are very expensive repairs to the complete replacement of the affected components.
  • a vent line for venting the component is therefore usually mounted at least at the highest point of the highest liquid-flow component. From this point, the vent line runs steadily increasing, a limited line length possibly also horizontally, to a higher air separator, such as a corresponding container in which air and / or other gaseous substances are separated from the liquid. Furthermore, it is known, for example, from the vehicle "Itino" of the Applicant to allow such steadily rising vent lines to re-open the cycle. The mouth takes place in a region of the circuit, from which there is a steady slope of the circuit to a higher component, in the area then the final venting of the circuit takes place, where
  • the present invention is therefore based on the object to provide an arrangement for a fluid circuit of the type mentioned, which does not have the disadvantages mentioned above or at least to a much lesser extent and in particular with simple and cost-effective manufacturability and reliable function of the fluid circuit a reliable venting of the fluid circuit allows.
  • the present invention solves this problem starting from an arrangement according to the preamble of claim 1 by the features stated in the characterizing part of claim 1. It continues to solve this task on the basis of a procedure according to the preamble of claim 19 by the features stated in the characterizing part of claim 19.
  • the present invention is based on the technical teaching that, with simple and cost-effective manufacturability and reliable operation of the fluid circuit, reliable venting of the fluid circuit is possible if the first circuit section to be vented is activated by a suction effect in the venting device extending between the first circuit section and the second circuit section is at least partially vented into the second cycle section inside.
  • the present invention therefore relates to an arrangement for a vented fluid circuit, in particular a cooling circuit comprising a first circuit section, a second circuit section and a venting device for venting the first circuit section.
  • the second circulation section is arranged in the flow direction after the first circulation section and before the venting.
  • the venting device for venting the first circuit section opens into the first circuit section in a first connection region and into the second cycle section in a second connection region.
  • the second circuit section and / or the venting device is designed and / or arranged in the second connection region in such a way that a suction effect in the venting device that is sufficient for at least partially venting the first circuit section arises in the venting device.
  • the venting device may be formed as an active device and comprise, for example, a corresponding pumping device, which achieves the suction effect required for at least partial venting of the first cycle section.
  • the venting device is designed as a passive device, so that a corresponding at least partial venting of the first cycle section sufficient suction effect is achieved by appropriate design or arrangement of the second circuit section or the venting device alone by the pressure conditions in the flow in the liquid circuit.
  • the at least partial venting of the first cycle section can be done at certain predetermined times.
  • the fluid circuit is operated only when predeterminable temporal and / or non-temporal events occur (for example when a predeterminable state of the fluid circuit is detected and / or at certain times) in a venting mode in which a suction effect sufficient for venting is produced. Likewise, it can be provided that the generation of the suction effect and thus the venting takes place continuously.
  • the second circuit section and / or the venting device is designed and / or arranged in the second connection region in such a way that the suction effect in the venting device that is sufficient for at least partially venting the first circuit section takes place during normal operation of the fluid circuit.
  • the suction effect in the venting device that is sufficient for at least partially venting the first circuit section takes place during normal operation of the fluid circuit.
  • a venting operation of the liquid circuit in which controlled by a corresponding control device for a certain time an increased flow velocity is generated in the circuit, from which only a sufficient for the vent suction effect results.
  • the pressure gradient required in the venting device for generating the suction effect can be achieved in any suitable manner.
  • the pressure gradient is simply generated via a corresponding difference in the static pressure between the first connection region and the second connection region.
  • the second circuit section and / or the venting device is designed and / or arranged in the second connection region such that the static pressure in the second connection region is lower than in the first connection region.
  • the first connection region is then arranged between the pump outlet of the pump device and the second connection region. Due to the flow losses between the first connection area and the second one Connection area occur, can already be achieved in the meantime a corresponding pressure difference for the first connection area and the second connection area.
  • the design and / or the length of the flow path between the first connection region and the second connection region is therefore preferably selected so that the pressure loss in the liquid circuit over the flow path is sufficient to produce the suction effect in the ventilation device that is sufficient for at least partially venting the first cycle section.
  • This can be achieved solely by a corresponding flow resistance of the lines used on this flow path or for other purposes existing components, such as check valves, etc. If appropriate, however, it is also possible to install a separate throttle device which is present only for this purpose in the flow path.
  • the second circuit section or the venting device can basically have any desired configuration.
  • the second circuit section or the venting device can be arranged in the region of a component to be cooled and thereby have a complex-shaped geometry.
  • the second circuit section and / or the venting device in the region of the second connection region has a tubular cross section, which can be achieved hereby a particularly simple design.
  • the second circuit section prefferably has a larger diameter in the second connection region than the venting device.
  • the diameter of the second circuit section is significantly larger than the diameter of the venting device, so that a relatively small disturbance is introduced into the liquid flow of the liquid circuit by the venting device.
  • the venting device has an outlet opening in the second connection region and the outlet opening of the venting device is arranged in the region of the second circulation section in which the highest flow velocities occur in the flow of the liquid circulation , In this area with the highest flow velocities, the lowest static pressures are present in the flow, so that the highest suction effect can advantageously be achieved here.
  • the venting device is arranged and designed so that the construction of a suction effect counteracting dynamic pressure in the venting device is avoided.
  • the venting device therefore preferably has an outlet opening in the second connection region which is delimited by at least one wall of the venting device.
  • the at least one wall is arranged in the flow of the liquid circuit in such a way that the outlet opening lies in the flow shadow of the wall. This can be prevented that the liquid from the liquid circuit penetrates into the venting device and builds up by the then occurring deceleration of the flow counteracting the suction suction back pressure.
  • the wall of the venting device is tubular, wherein it has a longitudinal axis.
  • the longitudinal axis of the tubular wall is inclined at most at an acute angle to the main flow direction of the flow in the second cycle section, so that the outlet opening can be easily arranged in the flow shadow of the wall.
  • the second connection region is arranged in the region of a reduction of the free flow cross section of the second cycle section. This can be achieved in a particularly simple manner a significant reduction of the static pressure in the second connection region and thus a high suction effect (Venturi effect).
  • the reduction of the free flow area may be achieved in any suitable manner.
  • a constriction of the flow cross section may be provided.
  • the reduction of the free flow cross-section is at least partially formed by a projecting into the second circuit section portion of the venting device.
  • the section of the venting device projecting into the second circuit section is widened at its free end, in order to achieve in a simple manner a strong reduction of the free flow cross section and thus a high suction effect.
  • the invention can be applied to any course of the venting device. In particular, it can also be used in a ventilation direction constantly increasing course of the venting device, since in this case the vent is further improved.
  • the invention can be used to particular advantage in the case of an at least partially falling course of the venting device in the venting direction, since it also opens up the possibility of reliable venting here. It is therefore preferably provided that the venting device has at least one venting section, the highest point of which lies in the normal operation of the fluid circuit below the first connection area. Thus, the invention can therefore also be used particularly advantageously if the second connection region lies below the first connection region in normal operation of the fluid circuit.
  • a second venting device in particular a separating vessel, is provided as venting of the liquid circuit.
  • the second venting device is arranged in the normal operation of the fluid circuit at least at the level of the second circuit section, in particular above the second circuit section. This can be achieved in a simple manner a reliable venting of the fluid circuit.
  • the present invention further relates to a fluid circuit, in particular a cooling circuit, with an inventive arrangement.
  • the invention can be used in any liquid circuits for any applications. Particularly advantageous it can be used because of the usually limited space conditions in conjunction with vehicles.
  • a vehicle in particular a rail vehicle, with a fluid circuit according to the invention.
  • the liquid circuit is designed as a cooling circuit of a component of the vehicle, in particular an engine of the vehicle.
  • the present invention relates to a method for venting a liquid circuit, in particular a cooling circuit, wherein the liquid circuit comprises a first circuit section, a second circuit section, a first venting device for venting the first circuit section and a second venting device, the second circuit section in the flow direction after the first circuit section and is arranged in front of the second venting device and the liquid circuit is vented via the second venting device.
  • the first circuit section is vented at least partially into the second circuit section via a suction effect in the first venting device.
  • Figure 1 is a schematic side view of a preferred embodiment of the vehicle according to the invention with a fluid circuit according to the invention, comprising an inventive arrangement;
  • Figure 2 is a schematic section through a detail of the vehicle of Figure 1;
  • FIG 3 shows a schematic section through a detail of a further preferred embodiment of the fluid circuit according to the invention.
  • Figures 1 and 2 show schematic representations of a vehicle according to the invention in the form of a rail vehicle 101.
  • the rail vehicle 101 comprises a car body 102 which is supported in the region of its two ends on two trolleys 103.1 and 103.2.
  • the vehicle body 102 has a passenger compartment 102.1 with a bottom 102.2, wherein a high-floor area 102.3 and a low-floor area 102.4 are formed.
  • a motor 104 is located below the floor.
  • the engine 104 is cooled by a liquid circuit 105 serving as a cooling circuit.
  • the cooling circuit 105 includes a pump 105. 1, which generates a liquid flow with a flow direction F in the cooling circuit 105.
  • the cooling circuit 105 has a first circuit section 105. 2 which runs inside the motor 104.
  • the cooling circuit is led to a roof cooling system 106, in which the heated by the waste heat of the engine 104 liquid is cooled in the cooling circuit again.
  • the lines of the cooling circuit 105 must be guided a certain distance below the bottom 102.2 in the low-floor area 102.4, before they are guided in the side wall of the car body 102 upwards in the roof area of the car body 102.
  • When filling the cooling circuit 105 and in its operation collect at the highest point of the first circuit section 105.2 air and other gases. In order to ensure the proper functioning of the cooling circuit 105, a venting of the cooling circuit 105 at this highest point is required.
  • Circuit portion 105.2 formed as a first connection portion 105.3, in which a first venting device is connected in the form of a first vent line 105.4.
  • the first vent line 105.4 is laid underground and extends from the first connection area 105.3 to a second circuit section 105.5 of the cooling circuit 105, which is arranged in the low-floor area 102.4.
  • the first vent line 105.4 is connected to the second circuit section 105.5 in a second connection region 105.6, which is shown in more detail in FIG.
  • the second connection region 105.6 lies in the region of the cooling circuit 105, starting from which the cooling circuit 105 is continuously ascending upwards to the roof cooling system 106.
  • a vent in the form of a second venting device with a second vent line 105.7 and a separating vessel 105.8 is connected.
  • the second vent line 105.7 leads to the separation vessel 105.8, in which the separation of air and other gases from the liquid of the cooling circuit 105 and thus the venting of the cooling circuit 105 takes place.
  • the first connection area 105.3 of the first ventilation line 105.4 lies above the second connection area 105.6 during normal operation of the vehicle when the route is horizontal. This has the consequence that the first vent line 105.4 in the venting direction E over a certain section at the transition from the high-floor area 102.3 to the low-floor area 102.4 sloping, so that sets no venting effect alone due to the lower density of the discharged gaseous substances.
  • a suction effect is generated in the first vent line 105.4, which conveys gaseous substances accumulating in the first connection region 105.3 through the first vent line 105.4 to the second connection region 105.6.
  • the pressure difference .DELTA.P is chosen to be sufficiently large in order to achieve reliable venting of the first circulation section 105.2 during normal operation of the cooling circuit 105.
  • the suction effect is set so high that preferably a substantially complete venting of the first circulation section 105.2 is achieved. However, it is not necessary to achieve a complete venting of the first circulation section 105.2. Rather, it is sufficient that a venting of the first cycle section is achieved, which is sufficient to avoid an impairment of the function of the cooling circuit 105. Optionally, therefore, a certain residual amount of gaseous substances remain in the first connection region.
  • the pressure difference .DELTA.P is achieved in the present example on the one hand by the fact that the first connection region 105.3 in the flow direction F is significantly closer to the pump 105.1 than the second connection region 105.6, and therefore there is a flow path between the first connection region 105.3 and the second connection region 105.6.
  • the length of the flow path between the first connection region 105.3 and the second connection region 105.6 and the design of the cooling circuit 105 in the region of this flow path are chosen such that the resulting on this flow path flow losses (for example at throttle points and / or by the flow resistance of the lines used and / or by the internal friction in the liquid) already sets a certain pressure difference, which is sufficient to produce a suction effect in the first vent line 105.4. If appropriate, the height difference between the first connection region 105.3 and the second connection region 105.6 is also taken into account here.
  • the reduction of the free flow cross-section is achieved in the present example, that the first vent line 105.4 opens into the tubular second circuit section 105.5, wherein the free end 105.9 of the first vent line 105 protrudes into the second circuit section 105.5.
  • the vent line 105.4 has a diameter which corresponds approximately to a quarter of the diameter of the second circuit section 105.5. However, the free end 105.9 of the first vent line 105.4 is widened to about one third of the diameter of the second circuit section 105.5.
  • vent line 105.4 thus represents an obstacle that reduces the free flow cross-section, with the consequences described above with regard to the lowering of the static pressure, wherein an acceptable disability of the flow in the cooling circuit 105 is achieved by the selected diameter ratios. It goes without saying that the widening of the vent line 105.4 is not absolutely necessary. Rather, in other variants of the invention, the vent line can also be designed as a simple tube with a constant diameter, as indicated in FIG. 2 by the dashed contour 108.
  • the free end 105.9 has an outlet opening 105.10, which is preferably arranged in the region of the second circuit section 105.5, in which the highest
  • the outlet opening 105.10 is therefore arranged in the region of the center axis 105.1 1 of the second circuit section 105.5, since there prevail in the highest flow velocities, as can be seen from the velocity profile 109 of the flow from FIG.
  • the vent line 105.4 is arranged so that its longitudinal axis 105.12 in the region of the free end 105.9 substantially parallel to the main flow direction F of Liquid runs, in the present example thus coincides with the center axis 105.1 1 of the second circuit section 105.5.
  • the surface normal A of the outlet opening 105.10 pointing in the venting direction E points in the direction of the main flow direction F.
  • the outlet opening 105.10 thus lies with respect to the liquid flow in the second circulation section 105.5 in the flow shadow of the wall of the first vent line 105.4, which defines the free end 105.9 and thus the outlet opening 105.10 trains. This avoids that the liquid of the cooling circuit 105 flows into the first vent line 105.4 and builds there by the deceleration of the flow of the vent counteracting backpressure.
  • the cooling circuit 105 is designed in the present example so that the pressure difference .DELTA.P is built in the normal operation of the cooling circuit 105 and is substantially continuously present.
  • the pressure difference .DELTA.P is built only in a temporary venting operation, which is carried out upon occurrence of any predeterminable temporal or non-temporal conditions or events.
  • the pump 105.1 in this venting operation controlled by a control device 105.13, promotes a correspondingly increased volume flow through the cooling circuit 105.
  • FIG. 3 shows a detail of a further exemplary embodiment of a cooling circuit 205, as can be used in the rail vehicle 101 from FIG. Except for the part shown in FIG. 3, the cooling circuit 205 corresponds to the cooling circuit 105 from FIG. 1, so that reference is made to the above statements with regard to the further design of the cooling circuit 205 and only the differences are discussed here.
  • the first venting line 205.4 projects obliquely into the tubular second circulating section 205.5 in the second connecting region 205.6.
  • the first vent line 205.4 ends approximately halfway between the wall of the second circuit section 205.5 and the center axis 205.1 1 of the tubular circuit section 205.5.
  • outlet 205.10 is again in the range of the highest
  • the outlet opening 205.10 is also arranged in this example so that it lies in the flow shadow of the wall of the first vent line 205.4 with respect to the liquid flow in the cooling circuit 205 (with the flow direction F), so that the structure of the vent in FIG the vent direction E counteracting back pressure is avoided.
  • the second circuit section is designed in the second connection region in the manner of a Venturi tube with a constricted flow cross section, so that in the region of the outlet opening of the first vent line Decrease in static pressure is achieved.
  • the first vent line does not protrude into the second circuit section, but ends in the region of the wall, as indicated in FIG. 3 by the dashed contour 211.
  • Pressure difference was generated in the two circuit sections. It is understood, however, that in other variants of the invention, a separate pumping device may be provided in the venting device for generating the suction effect.

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Abstract

Anordnung für einen Flüssigkeitskreislauf mit Entlüftung (105.7, 105.8), insbesondere einen Kühlkreislauf, umfassend einen ersten Kreislaufabschnitt (105.2), einen zweiten Kreislaufabschnitt (105.5) und eine Entlüftungseinrichtung (105.4) zum Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts (105.2), wobei der zweite Kreislaufabschnitt (105.5) in Fliessrichtung nach dem ersten Kreislaufabschnitt (105.2) und vor der Entlüftung (105.7, 105.8) angeordnet ist und die Entlüftungseinrichtung (105.4) zum Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts (105.2) in einem ersten Anschlussbereich (105.3) in den ersten Kreislaufabschnitt (105.2) mündet und in einem zweiten Anschlussbereich (105.6) in den zweiten Kreislaufabschnitt (105.6) mündet, und wobei der zweite Kreislaufabschnitt (105.5) und/oder die Entlüftungseinrichtung (105.4) in dem zweiten Anschlussbereich (105.6) derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass in der Entlüftungseinrichtung (105.4) eine zum zumindest teilweisen Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts (105.2) ausreichende Sogwirkung in der Entlüftungseinrichtung (105.4) entsteht.

Description

Entlüftung für einen Flüssigkeitskreislauf
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für einen Flüssigkeitskreislauf mit Entlüftung, insbesondere für einen Kühlkreislauf. Die Anordnung umfasst dabei einen ersten Kreislaufabschnitt des Flüssigkeitskreislaufs, einen zweiten Kreislaufabschnitt des Flüssigkeitskreislaufs und eine Entlüftungseinrichtung zum Entlüften des ersten
Kreislaufabschnitts. Der zweite Kreislaufabschnitt ist in Fließrichtung nach dem ersten Kreislaufabschnitt und vor der Entlüftung angeordnet. Die Entlüftungseinrichtung mündet zum Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts in einem ersten Anschlussbereich in den ersten Kreislaufabschnitt und in einem zweiten Anschlussbereich in den zweiten Kreislaufabschnitt. Weiterhin betrifft die Erfindung einen entsprechenden
Flüssigkeitskreislauf, ein Fahrzeug mit einem solchen Flüssigkeitskreislauf sowie ein entsprechendes Verfahren zum Entlüften eines Flüssigkeitskreislaufs.
Flüssigkeitskreisläufe, beispielsweise Kühlkreisläufe für die Kühlung von Komponenten eines Fahrzeugs, müssen kontinuierlich oder zu bestimmten Zeitpunkten entlüftet werden. Unter dem Begriff "Entlüftung" soll dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung die Abscheidung jedweder gasförmiger Stoffe aus dem Flüssigkeitskreislauf verstanden werden. Die Entlüftung ist erforderlich, um die ordnungsgemäße Funktion des Flüssigkeitskreislaufs zu gewährleisten, mithin also einen ausreichenden Flüssigkeitsstrom sicherzustellen sowie Beschädigungen der eingebauten Komponenten, beispielsweise durch Kavitation, zu verhindern. Im Kreislauf führen insbesondere Kavitationseffekte in der Regel zu starken Beschädigungen der betroffenen Komponenten bis hin zum Totalschaden dieser Komponenten. Die Folgen sind sehr teure Reparaturarbeiten bis hin zum vollständigen Austausch der betroffenen Komponenten.
Bei herkömmlichen Flüssigkeitskreisläufen ist daher in der Regel zumindest an dem höchsten Punkt der am höchsten angeordneten flüssigkeitsdurchströmten Komponente eine Entlüftungsleitung zur Entlüftung der Komponente angebracht. Von diesem Punkt verläuft die Entlüftungsleitung stetig steigend, eine begrenzte Leitungslänge gegebenenfalls auch horizontal, zu einem höher gelegenen Luftabscheider, beispielsweise einem entsprechenden Behälter, in dem Luft und/oder andere gasförmige Stoffe von der Flüssigkeit abgeschieden werden. Weiterhin ist es beispielsweise aus dem Fahrzeug "Itino" der Anmelderin bekannt, solche stetig steigenden Entlüftungsleitungen wieder in den Kreislauf münden zu lassen. Die Mündung erfolgt dabei in einem Bereich des Kreislaufs, von dem aus eine stetige Steigung des Kreislaufs zu einer höher gelegenen Komponente vorliegt, in deren Bereich dann die endgültige Entlüftung des Kreislaufs erfolgt, wo
Insbesondere bei Schienenfahrzeugen mit einer Unterfluranordnung der Antriebskomponenten ist es häufig nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand möglich, eine stetig steigende oder zumindest teilweise horizontale Verlegung der Entlüftungsleitungen zu erzielen. Mit den herkömmlichen Methoden ist daher eine kontinuierliche Abscheidung gasförmiger Stoffe aus einem Flüssigkeitskreislauf, beispielsweise dem Kühlkreislauf eines unterflur angeordneten Motors, nicht möglich.
Um in diesen Fällen die erforderliche Entlüftung zu ermöglichen, wurden bisher Entlüftungsstellen in den Flüssigkeitskreislauf eingebaut, die bei der Befüllung des Flüssigkeitskreislaufes manuell geöffnet werden mussten . Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass der Flüssigkeitskreislauf sich nicht kontinuierlich selbst entlüftet. Luft oder andere Gase, die während der Befüllung des Flüssigkeitskreislaufes in den Komponenten verbleiben oder sich dort im Betrieb infolge von Undichtigkeiten ansammeln, werden nicht oder nur sehr langsam zur Entlüftung, beispielsweise einem Abscheidebehälter, transportiert.
Um diesem Nachteil abzuhelfen, wurden automatisch arbeitende Entlüftungsventile an den betroffenen Komponenten eingebaut. Diese Ventile haben jedoch den Nachteil, dass sie eine regelmäßige Wartung erfordern. Weiterhin können Undichtigkeiten des Ventils auftreten, die dann zum Austreten von Flüssigkeit aus dem Kreislauf führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung für einen Flüssigkeitskreislauf der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in deutlich geringerem Maße aufweist und insbesondere bei einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit und zuverlässiger Funktion des Flüssigkeitskreislaufs eine zuverlässige Entlüftung des Flüssigkeitskreislaufs ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Sie löst diese Aufgabe weiterhin ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 19 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 19 angegebenen Merkmale.
Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass man bei einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit und zuverlässiger Funktion des Flüssigkeitskreislaufs eine zuverlässige Entlüftung des Flüssigkeitskreislaufs ermöglicht, wenn der zu entlüftende erste Kreislaufabschnitt über eine Sogwirkung in der zwischen dem ersten Kreislaufabschnitt und dem zweiten Kreislaufabschnitt verlaufenden Entlüftungseinrichtung zumindest teilweise in den zweiten Kreislaufabschnitt hinein entlüftet wird.
Hiermit ist es je nach erzielter Sogwirkung in der Entlüftungseinrichtung möglich, die Entlüftungseinrichtung nahezu beliebig zu gestalten, insbesondere sie nahezu beliebig zu führen, wodurch erhebliche konstruktive Freiheit gewonnen wird. Insbesondere ist es dank der Sogwirkung sogar möglich, die Entlüftungseinrichtung in Richtung der Absaugung zumindest teilweise abfallend zu gestalten und dennoch eine ausreichende Entlüftung des ersten Kreislaufabschnitts zu erzielen.
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher eine Anordnung für einen Flüssigkeitskreislauf mit Entlüftung, insbesondere einen Kühlkreislauf, umfassend einen ersten Kreislaufabschnitt, einen zweiten Kreislaufabschnitt und eine Entlüftungseinrichtung zum Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts. Der zweite Kreislaufabschnitt ist in Fließrichtung nach dem ersten Kreislaufabschnitt und vor der Entlüftung angeordnet. Die Entlüftungseinrichtung zum Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts mündet in einem ersten Anschlussbereich in den ersten Kreislaufabschnitt und in einem zweiten Anschlussbereich in den zweiten Kreislaufabschnitt. Der zweite Kreislaufabschnitt und/oder die Entlüftungseinrichtung ist in dem zweiten Anschlussbereich derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass in der Entlüftungseinrichtung eine zum zumindest teilweisen Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts ausreichende Sogwirkung in der Entlüftungseinrichtung entsteht.
Die Sogwirkung kann auf beliebige geeignete Weise erzeugt werden. So kann beispielsweise die Entlüftungseinrichtung als aktive Einrichtung ausgebildet sein und beispielsweise eine entsprechende Pumpeinrichtung umfassen, welche die zur zumindest teilweisen Entlüftung des ersten Kreislaufabschnitts erforderliche Sogwirkung erzielt. Bevorzugt ist die Entlüftungseinrichtung aber als eine passive Einrichtung ausgebildet, sodass durch entsprechende Gestaltung bzw. Anordnung des zweiten Kreislaufabschnitts bzw. der Entlüftungseinrichtung alleine durch die Druckverhältnisse in der Strömung im Flüssigkeitskreislauf eine entsprechende zur zumindest teilweisen Entlüftung des ersten Kreislaufabschnitts ausreichende Sogwirkung erzielt wird. Die zumindest teilweise Entlüftung des ersten Kreislaufabschnitts kann zu bestimmten vorgegebenen Zeitpunkten erfolgen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Flüssigkeitskreislauf nur bei Eintritt vorgebbarer zeitlicher und/oder nicht-zeitlicher Ereignisse (beispielsweise bei Erfassung eines vorgebbaren Zustande des Flüssigkeitskreislaufs und/oder zu bestimmten Zeitpunkten) in einem Entlüftungsmodus betrieben wird, in dem eine zur Entlüftung ausreichende Sogwirkung erzeugt wird. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Erzeugung der Sogwirkung und damit die Entlüftung kontinuierlich erfolgt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zweite Kreislaufabschnitt und/oder die Entlüftungseinrichtung in dem zweiten Anschlussbereich derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass die zum zumindest teilweisen Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts ausreichende Sogwirkung in der Entlüftungseinrichtung im Normalbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs erfolgt. Mithin liegt also schon im Normalbetrieb eine ausreichende Sogwirkung vor. Dies hat den Vorteil, dass eine zusätzliche Steuerung in der Entlüftung nicht erforderlich ist.
Ebenso kann ein Entlüftungsbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs vorgesehen sein, bei dem gesteuert durch eine entsprechende Steuereinrichtung für eine gewisse Zeit eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit im Kreislauf erzeugt wird, aus der erst eine für die Entlüftung ausreichende Sogwirkung resultiert. Dies hat wiederum den Vorteil, dass der Flüssigkeitskreislauf nur für diesen gesonderten Entlüftungsbetrieb auf die Erzeugung der zur Entlüftung ausreichenden Sogwirkung ausgelegt sein muss.
Das für die Erzeugung der Sogwirkung erforderliche Druckgefälle in der Entlüftungseinrichtung kann auf beliebige geeignete Weise erzielt werden. Bevorzugt wird das Druckgefälle einfach über eine entsprechende Differenz im statischen Druck zwischen dem ersten Anschlussbereich und den zweiten Anschlussbereich erzeugt. Bei bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Anordnung ist daher vorgesehen, dass der zweite Kreislaufabschnitt und/oder die Entlüftungseinrichtung in dem zweiten Anschlussbereich derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass der statische Druck in dem zweiten Anschlussbereich geringer ist als in dem ersten Anschlussbereich.
Bei besonders einfachen Varianten der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine
Pumpeinrichtung zur Erzeugung der Flüssigkeitsströmung in dem Flüssigkeitskreislauf vorgesehen. Der erste Anschlussbereich ist dann zwischen dem Pumpauslass der Pumpeinrichtung und dem zweiten Anschlussbereich angeordnet. Durch die Strömungsverluste, die zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich auftreten, kann schon eine entsprechende zur Entlüftung ausreichende Druckdifferenz inzwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich erzielt werden.
Vorzugsweise ist daher die Gestaltung und/oder die Länge der Strömungsstrecke zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich derart gewählt, dass der über die Strömungsstrecke entstehende Druckverlust in dem Flüssigkeitskreislauf zur Erzeugung der zum zumindest teilweisen Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts ausreichenden Sogwirkung in der Entlüftungseinrichtung ausreicht. Dies kann alleine durch einen entsprechenden Strömungswiderstand der auf dieser Strömungsstrecke verwendeten Leitungen oder zu anderen Zwecken vorhandenen Komponenten, wie Rückschlagventilen etc., erzielt werden. Gegebenenfalls kann aber auch eine nur für diesen Zweck vorhandene, gesonderte Drosseleinrichtung in die Strömungsstrecke eingebaut sein.
Der zweite Kreislaufabschnitt bzw. die Entlüftungseinrichtung können grundsätzlich eine beliebige Gestaltung aufweisen. Beispielsweise kann der zweite Kreislaufabschnitt oder die Entlüftungseinrichtung im Bereich einer zu kühlenden Komponente angeordnet sein und dabei eine komplex geformte Geometrie aufweisen. Vorzugsweise weist der zweite Kreislaufabschnitt und/oder die Entlüftungseinrichtung im Bereich des zweiten Anschlussbereichs einen rohrförmigen Querschnitt auf, der hiermit eine besonders einfache Gestaltung erzielt werden kann.
Bei bevorzugten Varianten in der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, dass der zweite Kreislaufabschnitt im zweiten Anschlussbereich einen größeren Durchmesser als die Entlüftungseinrichtung aufweist. Bevorzugt ist der Durchmesser des zweiten Kreislaufabschnitts deutlich größer als der Durchmesser der Entlüftungseinrichtung, sodass durch die Entlüftungseinrichtung eine vergleichsweise geringe Störung in den Flüssigkeitsstrom des Flüssigkeitskreislaufs eingebracht wird.
Um eine möglichst hohe Sogwirkung zu erzielen, ist bei bevorzugten Varianten der Erfindung vorgesehen, dass die Entlüftungseinrichtung im zweiten Anschlussbereich eine Auslassöffnung aufweist und die Auslassöffnung der Entlüftungseinrichtung in dem Bereich des zweiten Kreislaufabschnitts angeordnet ist, in dem die höchsten Strömungsgeschwindigkeiten in der Strömung des Flüssigkeitskreislaufs auftreten. In diesem Bereich mit den höchsten Strömungsgeschwindigkeiten liegen die geringsten statischen Drücke in der Strömung vor, sodass hier in vorteilhafter Weise die höchste Sogwirkung erzielt werden kann. Bevorzugt ist die Entlüftungseinrichtung so angeordnet und ausgebildet, dass der Aufbau eines der Sogwirkung entgegenwirkenden Staudrucks in der Entlüftungseinrichtung vermieden wird. Bevorzugt weist die Entlüftungseinrichtung im zweiten Anschlussbereich daher eine Auslassöffnung auf, die durch wenigstens eine Wandung der Entlüftungseinrichtung begrenzt ist. Die wenigstens eine Wandung ist derart in der Strömung des Flüssigkeitskreislaufs angeordnet ist, dass die Auslassöffnung im Strömungsschatten der Wandung liegt. Hiermit kann verhindert werden, dass die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitskreislaufs in die Entlüftungseinrichtung eindringt und durch das dann eintretende Abbremsen der Strömung einen der Saugwirkung entgegenwirkenden Gegendruck aufbaut.
Vorzugsweise ist die Wandung der Entlüftungseinrichtung rohrförmig ausgebildet, wobei sie eine Längsachse aufweist. Die Längsachse der rohrförmigen Wandung höchstens unter einem spitzen Winkel zur Hauptströmungsrichtung der Strömung in dem zweiten Kreislaufabschnitt geneigt verläuft, sodass die Auslassöffnung einfach im Strömungsschatten der Wandung angeordnet werden kann. Bevorzugt verläuft die
Längsachse der Wandung im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung, sodass der Aufbau eines der Sogwirkung entgegenwirken den Staudrucks zuverlässig vermieden wird.
Bei weiteren bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer besonders einfachen Erzeugung einer zu Entlüftung des ersten Kreislaufabschnitts ausreichenden Druckdifferenz zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich ist der zweite Anschlussbereich im Bereich einer Verringerung des freien Strömungsquerschnitts des zweiten Kreislaufabschnitts angeordnet. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise eine erhebliche Absenkung des statischen Drucks im zweiten Anschlussbereich und damit eine hohe Sogwirkung erzielt werden (Venturi- Effekt).
Die Verringerung des freien Strömungsquerschnitts kann auf beliebige geeignete Weise erzielt werden. So kann beispielsweise eine Einschnürung des Strömungsquerschnitts vorgesehen sein. Bevorzugt wird die Verringerung des freien Strömungsquerschnitts zumindest teilweise durch einen in den zweiten Kreislaufabschnitt hineinragenden Abschnitt der Entlüftungseinrichtung ausgebildet. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass der in den zweiten Kreislaufabschnitt hineinragende Abschnitt der Entlüftungseinrichtung an seinem freien Ende aufgeweitet ist, um auf einfache Weise eine starke Reduzierung des freien Strömungsquerschnitts und damit eine hohe Sogwirkung zu erzielen. Die Erfindung lässt sich bei einem beliebigen Verlauf der Entlüftungseinrichtung anwenden. Insbesondere lässt sie sich auch bei einem in Entlüftungsrichtung stetig steigenden Verlauf der Entlüftungseinrichtung anwenden, da hierbei die Entlüftung noch weiter verbessert wird. Besonders vorteilhaft lässt sich Erfindung aber bei einem zumindest abschnittsweise in Entlüftungsrichtung fallenden Verlauf der Entlüftungseinrichtung anwenden, da sie auch hier die Möglichkeit einer zuverlässigen Entlüftung eröffnet. Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass die Entlüftungseinrichtung wenigstens einen Entlüftungsabschnitt aufweist, dessen höchster Punkt im Normalbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs unterhalb des ersten Anschlussbereichs liegt. Die Erfindung lässt sich mithin also auch besonders vorteilhaft einsetzen, wenn der zweite Anschlussbereich im Normalbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs unterhalb des ersten Anschlussbereichs liegt.
Bei bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Anordnung ist als Entlüftung des Flüssigkeitskreislaufs eine zweite Entlüftungseinrichtung, insbesondere ein Abscheidebehälter, vorgesehen. Die zweite Entlüftungseinrichtung ist im Normalbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs zumindest auf dem Niveau des zweiten Kreislaufabschnitts, insbesondere oberhalb des zweiten Kreislaufabschnitts angeordnet. Hiermit kann auf einfache Weise eine zuverlässige Entlüftung des Flüssigkeitskreislaufs erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Flüssigkeitskreislauf, insbesondere einen Kühlkreislauf, mit einer erfindungsgemäßen Anordnung. Die Erfindung lässt sich bei beliebigen Flüssigkeitskreisläufen für beliebige Anwendungen einsetzen. Besonders vorteilhaft lässt sie sich dabei wegen der in der Regel begrenzten Bauraumverhältnisse in Verbindung mit Fahrzeugen einsetzen. Weiterhin betrifft sie daher ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen Flüssigkeitskreislauf. Vorzugsweise ist der Flüssigkeitskreislauf dabei als Kühlkreislauf einer Komponente des Fahrzeugs, insbesondere eines Motors des Fahrzeugs, ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zum Entlüften eines Flüssigkeitskreislaufs, insbesondere einen Kühlkreislaufs, wobei der Flüssigkeitskreislauf einen ersten Kreislaufabschnitt, einen zweiten Kreislaufabschnitt, eine erste Entlüftungseinrichtung zum Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts und eine zweite Entlüftungseinrichtung umfasst, der zweite Kreislaufabschnitt in Fließrichtung nach dem ersten Kreislaufabschnitt und vor der zweiten Entlüftungseinrichtung angeordnet ist und der Flüssigkeitskreislauf über die zweite Entlüftungseinrichtung entlüftet wird. Erfindungsgemäß wird der erste Kreislaufabschnitt über eine Sogwirkung in der ersten Entlüftungseinrichtung zumindest teilweise in den zweiten Kreislaufabschnitt hinein entlüftet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die oben beschriebenen Vorteile und Varianten in demselben Maße realisieren, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Flüssigkeitskreislaufs, der eine erfindungsgemäßen Anordnung umfasst;
Figur 2 einen schematischen Schnitt durch ein Detail des Fahrzeugs aus Figur 1 ;
Figur 3 einen schematischen Schnitt durch ein Detail einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitskreislaufs.
Die Figuren 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Form eines Schienenfahrzeugs 101. Das Schienenfahrzeug 101 umfasst einen Wagenkasten 102, der im Bereich seiner beiden Enden auf zwei Fahrwerken 103.1 und 103.2 abgestützt ist.
Der Wagenkasten 102 weist einen Passagierraum 102.1 mit einem Boden 102.2 auf, wobei ein Hochflurbereich 102.3 und einem Niederflurbereich 102.4 ausgebildet sind. Im Hochflurbereich 102.3 ist unterflur ein Motor 104 angeordnet. Der Motor 104 wird über einen als Kühlkreislauf dienenden Flüssigkeitskreislauf 105 gekühlt.
Der Kühlkreislauf 105 umfasst eine Pumpe 105.1 , welche einen Flüssigkeitsstrom mit einer Strömungsrichtung F in dem Kühlkreislauf 105 erzeugt. In Strömungsrichtung nach der Pumpe 105.1 weist der Kühlkreislauf 105 einen ersten Kreislaufabschnitt 105.2 auf, der innerhalb des Motors 104 verläuft. Nach dem Motor 104 wird der Kühlkreislauf zu einer Dachkühlanlage 106 geführt, in welcher die durch die Abwärme des Motors 104 erhitzte Flüssigkeit im Kühlkreislauf wieder abgekühlt wird. Auf dem Weg zur Dachkühlanlage 106 müssen die Leitungen des Kühlkreislaufs 105 eine gewisse Strecke unterhalb des Bodens 102.2 im Niederflurbereich 102.4 geführt werden, bevor sie in der Seitenwand des Wagenkastens 102 nach oben in den Dachbereich des Wagenkastens 102 geführt werden. Beim Befüllen des Kühlkreislaufs 105 sowie in seinem Betrieb sammeln sich an der höchsten Stelle des ersten Kreislaufabschnitts 105.2 Luft und andere Gase. Um die ordnungsgemäße Funktion des Kühlkreislauf 105 sicherstellen zu können, ist eine Entlüftung des Kühlkreislaufs 105 an dieser höchsten Stelle erforderlich.
Zur Entlüftung des Kühlkreislaufs 105 ist diese höchste Stelle des ersten
Kreislaufabschnitts 105.2 als erster Anschlussbereich 105.3 ausgebildet, in dem eine erste Entlüftungseinrichtung in Form einer ersten Entlüftungsleitung 105.4 angeschlossen ist. Die erste Entlüftungsleitung 105.4 ist unterflur verlegt und verläuft von dem ersten Anschlussbereich 105.3 zu einem zweiten Kreislaufabschnitt 105.5 des Kühlkreislaufs 105, der im Niederflurbereich 102.4 angeordnet ist. Die erste Entlüftungsleitung 105.4 ist mit dem zweiten Kreislaufabschnitt 105.5 in einem zweiten Anschlussbereich 105.6 verbunden, der in Figur 2 näher dargestellt ist.
Der zweite Anschlussbereich 105.6 liegt in dem Bereich des Kühlkreislaufs 105, ausgehend von dem der Kühlkreislauf 105 stetig ansteigend nach oben zu der Dachkühlanlage 106 geführt wird. An der höchsten Stelle des Kühlkreislaufs 105 im Bereich der Dachkühlanlage 106 ist eine Entlüftung in Form einer zweiten Entlüftungseinrichtung mit einer zweiten Entlüftungsleitung 105.7 und einem Abscheidebehälter 105.8 angeschlossen. Die zweite Entlüftungsleitung 105.7 führt zu dem Abscheidebehälter 105.8, in dem die Abscheidung von Luft und anderen Gasen aus der Flüssigkeit des Kühlkreislaufs 105 und somit die Entlüftung des Kühlkreislaufs 105 erfolgt.
Wegen des Übergangs vom Hochflurbereich 102.3 in den Niederflurbereich 102.4 liegt der erste Anschlussbereich 105.3 der ersten Entlüftungsleitung 105.4 im Normalbetrieb des Fahrzeugs bei horizontaler Fahrstrecke oberhalb des zweiten Anschlussbereichs 105.6. Dies hat zur Folge, dass die erste Entlüftungsleitung 105.4 in Entlüftungsrichtung E über einen gewissen Abschnitt am Übergang vom Hochflurbereich 102.3 zum Niederflurbereich 102.4 abfallend verläuft, sodass sich keine Entlüftungswirkung alleine aufgrund der geringeren Dichte der abzuführenden gasförmigen Stoffe einstellt.
Um eine Entlüftung des ersten Kreislaufabschnitts 105.2 zu erzielen, wird in der ersten Entlüftungsleitung 105.4 eine Sogwirkung erzeugt, welche sich im ersten Anschlussbereich 105.3 ansammelnde gasförmigen Stoffe durch die erste Entlüftungsleitung 105.4 hindurch zum zweiten Anschlussbereich 105.6 befördert. Die Sogwirkung wird durch eine Differenz ΔP zwischen dem statischen Druck P1 in der Flüssigkeit des Kühlkreislaufs 105 im ersten Anschlussbereich 105.3 und dem statischen Druck P2 in der Flüssigkeit des Kühlkreislaufs 105 im zweiten Anschlussbereich 105.6 erzeugt, wobei gilt: AP = P\ - P2 > 0 . (1 )
Die Druckdifferenz ΔP ist dabei ausreichend groß gewählt, um eine zuverlässige Entlüftung des ersten Kreislaufabschnitts 105.2 im Normalbetrieb des Kühlkreislaufs 105 zu erzielen. Dabei ist die Sogwirkung so stark eingestellt, dass bevorzugt eine im Wesentlichen vollständige Entlüftung des ersten Kreislaufabschnitts 105.2 erzielt wird. Es muss jedoch nicht notwendigerweise eine vollständige Entlüftung des ersten Kreislaufabschnitts 105.2 erzielt werden. Vielmehr reicht es aus, dass eine Entlüftung des ersten Kreislaufabschnitts erzielt wird, die ausreicht um eine Beeinträchtigung der Funktion des Kühlkreislaufs 105 zu vermeiden. Gegebenenfalls kann also eine gewisse Restmenge an gasförmigen Stoffen in dem ersten Anschlussbereich verbleiben.
Die Druckdifferenz ΔP wird im vorliegenden Beispiel zum einen dadurch erreicht, dass der erste Anschlussbereich 105.3 in Strömungsrichtung F deutlich näher an der Pumpe 105.1 liegt als der zweite Anschlussbereich 105.6, mithin also eine Strömungsstrecke zwischen dem ersten Anschlussbereich 105.3 und dem zweiten Anschlussbereich 105.6 vorliegt. Die Länge der Strömungsstrecke zwischen dem ersten Anschlussbereich 105.3 und dem zweiten Anschlussbereich 105.6 sowie die Gestaltung des Kühlkreislaufs 105 im Bereich dieser Strömungsstrecke sind so gewählt, dass sich über die auf dieser Strömungsstrecke ergebenden Strömungsverluste (beispielsweise an Drosselstellen und/oder durch den Strömungswiderstand der verwendeten Leitungen und/oder durch die innere Reibung in der Flüssigkeit) schon eine gewisse Druckdifferenz einstellt, welche zur Erzeugung einer Sogwirkung in der ersten Entlüftungsleitung 105.4 ausreicht. Hierbei wird gegebenenfalls auch der Höhenunterschied zwischen dem ersten Anschlussbereich 105.3 und dem zweiten Anschlussbereich 105.6 berücksichtigt.
Es versteht sich, dass es bei bestimmten Ausführungen der vorliegenden Erfindung ausreichen kann, die Druckdifferenz ΔP ausschließlich über die Strömungsverluste zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich zu erzeugen. Hierbei kann es vorgesehen sein, zur Erzeugung eines ausreichenden Strömungsverlusts noch eine separate, ausschließlich zur Erzeugung eines gewünschten Strömungsverlusts dienende Drosselstelle oder dergleichen vorzusehen, wie in Figur 1 durch die gestrichelte Kontur 107 angedeutet ist.
Wie in Figur 2 zu entnehmen ist, ist im vorliegenden Beispiel zur Erzeugung der Sogwirkung in der ersten Entlüftungsleitung 105.4 zusätzlich zu dem über den Strömungsverlust auf der Strömungsstrecke zwischen dem ersten Anschlussbereich 105.3 und dem zweiten Anschlussbereich 105.6 erzielten Effekt im zweiten Anschlussbereich 105.6 eine Verringerung des freien Strömungsquerschnitts der Flüssigkeit des Kühlkreislaufs 105 vorgesehen. Durch diese Verringerung des freien Strömungsquerschnitts wird eine Erhöhung des dynamischen Drucks in der Flüssigkeit und damit eine zusätzliche Absenkung des statischen Drucks in der Flüssigkeit erzielt. Hiermit ist es in einfacher Weise möglich, eine entsprechende Druckdifferenz ΔP zu erzielen, welche zur Entlüftung des ersten Kreislaufabschnitts 105.2 über die Entlüftungsleitung 105.4 ausreicht.
Die Verringerung des freien Strömungsquerschnitts wird im vorliegenden Beispiel dadurch erzielt, dass die erste Entlüftungsleitung 105.4 in den rohrförmig ausgebildeten zweiten Kreislaufabschnitt 105.5 mündet, wobei das freie Ende 105.9 der ersten Entlüftungsleitung 105 in den zweiten Kreislaufabschnitt 105.5 hineinragt.
Die Entlüftungsleitung 105.4 weist einen Durchmesser auf, der etwa einem Viertel des Durchmessers des zweiten Kreislaufabschnitts 105.5 entspricht. Das freie Ende 105.9 der ersten Entlüftungsleitung 105.4 ist jedoch auf etwa ein Drittel des Durchmessers des zweiten Kreislaufabschnitts 105.5 aufgeweitet.
Die Entlüftungsleitung 105.4 stellt somit ein den freien Strömungsquerschnitt verringerndes Hindernis mit den oben beschriebenen Konsequenzen hinsichtlich der Absenkung des statischen Drucks dar, wobei durch die gewählten Durchmesserverhältnisse eine noch akzeptable Behinderung der Strömung im Kühlkreislauf 105 erreicht wird. Es versteht sich hierbei, dass die Aufweitung der Entlüftungsleitung 105.4 nicht zwingend erforderlich ist. Vielmehr kann die Entlüftungsleitung bei anderen Varianten der Erfindung auch als einfaches Rohr mit gleichbleibendem Durchmesser ausgebildet sein, wie in Figur 2 durch die gestrichelte Kontur 108 angedeutet ist.
Das freie Ende 105.9 weist eine Auslassöffnung 105.10 auf, die bevorzugt in dem Bereich des zweiten Kreislaufabschnitts 105.5 angeordnet ist, in dem die höchsten
Strömungsgeschwindigkeiten und damit der geringste statische Druck in der Flüssigkeit des Kühlkreislaufs 105 vorliegt. Im gezeigten Beispiel mit einem rohrförmigen ausgebildeten zweiten Kreislaufabschnitt 105.5 ist die Auslassöffnung 105.10 daher im Bereich der Mittenachse 105.1 1 des zweiten Kreislaufabschnitts 105.5 angeordnet, da dort in die höchsten Strömungsgeschwindigkeiten vorherrschen, wie dem Geschwindigkeitsprofil 109 der Strömung aus Figur 2 zu entnehmen ist.
Die Entlüftungsleitung 105.4 ist dabei so angeordnet, dass ihre Längsachse 105.12 im Bereich des freien Endes 105.9 im wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung F der Flüssigkeit verläuft, im vorliegenden Beispiel also mit der Mittenachse 105.1 1 des zweiten Kreislaufabschnitts 105.5 zusammenfällt. Die in Entlüftungsrichtung E weisende Flächennormale A der Auslassöffnung 105.10 weist dabei in Richtung der Hauptströmungsrichtung F. Mithin liegt die Auslassöffnung 105.10 also bezüglich der Flüssigkeitsströmung in dem zweiten Kreislaufabschnitt 105.5 im Strömungsschatten der Wandung der ersten Entlüftungsleitung 105.4, welche das freie Ende 105.9 und damit die Auslassöffnung 105.10 ausbildet. Hiermit wird vermieden, dass die Flüssigkeit des Kühlkreislaufs 105 in die erste Entlüftungsleitung 105.4 einströmt und sich dort durch das Abbremsen der Strömung ein der Entlüftung entgegenwirkender Gegendruck aufbaut.
Der Kühlkreislauf 105 ist im vorliegenden Beispiel so ausgelegt, dass die Druckdifferenz ΔP im Normalbetrieb des Kühlkreislaufs 105 aufgebaut wird und im Wesentlichen kontinuierlich vorhanden ist. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass die Druckdifferenz ΔP nur in einem zeitlich begrenzten Entlüftungsbetrieb aufgebaut wird, der bei Eintreten beliebiger vorgebbarer zeitlicher oder nicht-zeitlicher Bedingungen bzw. Ereignisse durchgeführt wird. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Pumpe 105.1 in diesem Entlüftungsbetrieb gesteuert durch eine Steuereinrichtung 105.13 einen entsprechend erhöhten Volumenstrom durch den Kühlkreislauf 105 fördert.
Die Figur 3 zeigt ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kühlkreislaufs 205, wie er in dem Schienenfahrzeug 101 aus Figur 1 zum Einsatz kommen kann. Der Kühlkreislauf 205 entspricht dabei bis auf den in Figur 3 dargestellten Teil dem Kühlkreislauf 105 aus Figur 1 , sodass bezüglich der weiteren Gestaltung des Kühlkreislaufs 205 auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird und hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird.
Wie Figur 3 zu entnehmen ist, ragt die erste Entlüftungsleitung 205.4 in diesem Beispiel in dem zweiten Anschlussbereich 205.6 schräg in den rohrförmigen zweiten Kreislaufabschnitt 205.5 hinein. Die erste Entlüftungsleitung 205.4 endet dabei etwa auf halber Strecke zwischen der Wandung des zweiten Kreislaufabschnitts 205.5 und der Mittenachse 205.1 1 des rohrförmigen Kreislaufabschnitts 205.5.
Auch hier ist die Auslassöffnung 205.10 also wieder im Bereich der höchsten
Strömungsgeschwindigkeiten in der Flüssigkeit des Kühlkreislaufs 205 angeordnet, wobei sie allerdings nur eine relativ geringes Strömungshindernis für die Flüssigkeit im Kühlkreislauf 205 darstellt. Dies kann im Hinblick auf die für den Kühlkreislauf 205 erforderliche Förderleistung der Pumpe des Kühlkreislaufs von Vorteil sein. Wie Figur 3 weiterhin zu entnehmen ist, ist auch in diesem Beispiel die Auslassöffnung 205.10 so angeordnet, dass sie bezüglich der Flüssigkeitsströmung im Kühlkreislauf 205 (mit der Strömungsrichtung F) im Strömungsschatten der Wandung der ersten Entlüftungsleitung 205.4 liegt, sodass der Aufbau eines der Entlüftung in der Entlüftungsrichtung E entgegenwirkenden Gegendrucks vermieden wird.
Wie in Figur 3 durch die gestrichelte Kontur 210 angedeutet ist, kann bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der zweite Kreislaufabschnitt in dem zweiten Anschlussbereich nach Art eines Venturirohrs mit einem eingeschnürten Strömungsquerschnitt ausgebildet ist, sodass im Bereich der Auslassöffnung der ersten Entlüftungsleitung ein Absinken des statischen Drucks erzielt wird. In diesem Fall kann auch vorgesehen sein, dass die erste Entlüftungsleitung nicht in den zweiten Kreislaufabschnitt hineinragt, sondern im Bereich der Wandung endet, wie in Figur 3 durch die gestrichelte Kontur 211 angedeutet ist.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen beschrieben, bei denen die Sogwirkung in der Entlüftungseinrichtung über eine
Druckdifferenz in den beiden Kreislaufabschnitten erzeugt wurde. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine gesonderte Pumpeinrichtung in der Entlüftungseinrichtung zur Erzeugung der Sogwirkung vorgesehen sein kann.
Weiterhin wurde die vorliegende Erfindung vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen aus dem Bereich der Schienenfahrzeuge beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch in Verbindung mit beliebigen anderen Fahrzeugen ebenso wie für stationäre Anwendungen zum Einsatz kommen kann.
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Claims

Patentansprüche
1. Anordnung für einen Flüssigkeitskreislauf mit Entlüftung (105.7, 105.8), insbesondere einen Kühlkreislauf, umfassend einen ersten Kreislaufabschnitt (105.2), einen zweiten Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5) und eine Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) zum Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts (105.2), wobei
- der zweite Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5) in Fließrichtung nach dem ersten Kreislaufabschnitt (105.2) und vor der Entlüftung (105.8) angeordnet ist und
- die Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) zum Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts (105.2) in einem ersten Anschlussbereich (105.3) in den ersten Kreislaufabschnitt (105.2) mündet und in einem zweiten Anschlussbereich (105.6;
205.6) in den zweiten Kreislaufabschnitt (105.6; 205.6) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass
- der zweite Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5) und/oder die Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) in dem zweiten Anschlussbereich (105.6; 205.6) derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass in der Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) eine zum zumindest teilweisen Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts (105.2) ausreichende Sogwirkung in der Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) entsteht.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5) und/oder die Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) in dem zweiten Anschlussbereich (105.6; 205.6) derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass die zum zumindest teilweisen Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts (105.2) ausreichende Sogwirkung in der Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) im Normalbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs (105; 205) oder in einem Entlüftungsbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs (105; 205) mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit entsteht.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5) und/oder die Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) in dem zweiten Anschlussbereich (105.6; 205.6) derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass der statische Druck in dem in dem zweiten Anschlussbereich (105.6; 205.6) geringer ist als in dem ersten Anschlussbereich (105.3).
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Pumpeinrichtung (105.1 ) zur Erzeugung der Flüssigkeitsströmung in dem Flüssigkeitskreislauf (105; 205) vorgesehen ist und - der erste Anschlussbereich zwischen dem Pumpauslass der Pumpeinrichtung
(105.1 ) und dem zweiten Anschlussbereich (105.5; 205.5) angeordnet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestaltung und/oder die Länge der Strömungsstrecke zwischen dem ersten Anschlussbereich (105.3) und dem zweiten Anschlussbereich (105.5; 205.5) derart gewählt ist, dass der über die Strömungsstrecke entstehende Druckverlust in dem Flüssigkeitskreislauf (105; 205) zur Erzeugung der zum zumindest teilweisen Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts (105.2) ausreichenden Sogwirkung in der Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) ausreicht.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5) und/oder die Entlüftungseinrichtung
(105.4; 205.4) im Bereich des zweiten Anschlussbereichs (105.6; 205.6) einen rohrförmigen Querschnitt aufweist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kreislaufabschnitt im zweiten Anschlussbereich (105.6; 205.6) einen größeren Durchmesser als die Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) aufweist.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) im zweiten Anschlussbereich (105.6; 205.6) eine Auslassöffnung (105.10; 205.10) aufweist und
- die Auslassöffnung (105.10; 205.10) der Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) in dem Bereich des zweiten Kreislaufabschnitts (105.5; 205.5) angeordnet ist, in dem die höchsten Strömungsgeschwindigkeiten in der Strömung des Flüssigkeitskreislaufs (105; 205) auftreten.
9. Anordnung nach den einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) im zweiten Anschlussbereich eine Auslassöffnung (105.10; 205.10) aufweist, die durch wenigstens eine Wandung der Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) begrenzt ist und - die wenigstens eine Wandung derart in der Strömung des Flüssigkeitskreislaufs
(105; 205) angeordnet ist, dass die Auslassöffnung (105.10; 205.10) im Strömungsschatten der Wandung liegt.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Wandung rohrförmig ausgebildet ist und eine Längsachse (105.12) aufweist, wobei
- die Längsachse (105.12) der Wandung höchstens unter einem spitzen Winkel zur Hauptströmungsrichtung der Strömung in dem zweiten Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5) geneigt verläuft, insbesondere im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung verläuft.
1 1. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlussbereich (105.6; 205.6) im Bereich einer Verringerung des freien Strömungsquerschnitts des zweiten Kreislaufabschnitts (105.5; 205.5) angeordnet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass - die Verringerung des freien Strömungsquerschnitts zumindest teilweise durch einen in den zweiten Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5) hineinragenden Abschnitt der Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) ausgebildet ist, wobei
- der in den zweiten Kreislaufabschnitt (105.5) hineinragende Abschnitt der Entlüftungseinrichtung (105.4) insbesondere an seinem freien Ende (105.9) aufgeweitet ist.
13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) wenigstens einen Entlüftungsabschnitt aufweist, dessen höchster Punkt im Normalbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs (105; 205) unterhalb des ersten Anschlussbereichs (105.3) liegt.
14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlussbereich (105.5; 205.5) im Normalbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs (105; 205) unterhalb des ersten Anschlussbereichs (105.3) liegt.
15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- als Entlüftung des Flüssigkeitskreislaufs eine zweite Entlüftungseinrichtung (105.7, 105.8), insbesondere ein Abscheidebehälter (105.8), vorgesehen ist, wobei
- die zweite Entlüftungseinrichtung (105.7, 105.8) im Normalbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs (105; 205) zumindest auf dem Niveau des zweiten
Kreislaufabschnitts(105.5; 205.5), insbesondere oberhalb des zweiten Kreislaufabschnitts (105.5; 205.5) angeordnet ist.
16. Flüssigkeitskreislauf, insbesondere Kühlkreislauf, mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
17. Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem Flüssigkeitskreislauf (105; 205) nach Anspruch 16.
18. Fahrzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskreislauf als Kühlkreislauf (105; 205) einer Komponente des Fahrzeugs (101 ), insbesondere eines Motors (104) des Fahrzeugs (101 ), ausgebildet ist.
19. Verfahren zum Entlüften eines Flüssigkeitskreislaufs, insbesondere einen Kühlkreislaufs, wobei
- der Flüssigkeitskreislauf (105; 205) einen ersten Kreislaufabschnitt (105.2), einen zweiten Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5), eine erste Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) zum Entlüften des ersten Kreislaufabschnitts (105.2) und eine zweite Entlüftungseinrichtung (105.7, 105.8) umfasst,
- der zweite Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5) in Fließrichtung nach dem ersten Kreislaufabschnitt (105.2) und vor der zweiten Entlüftungseinrichtung (105.7, 105.8) angeordnet ist,
- der Flüssigkeitskreislauf (105; 205) über die zweite Entlüftungseinrichtung (105.7, 105.8) entlüftet wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Kreislaufabschnitt (105.2 über eine Sogwirkung in der ersten Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) zumindest teilweise in den zweiten Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5) hinein entlüftet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Sogwirkung in der Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) im Normalbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs (105; 205) oder in einem Entlüftungsbetrieb des Flüssigkeitskreislaufs (105; 205) mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Entlüftungseinrichtung (105.4; 205.4) in einem ersten Anschlussbereich
(105.3) in den ersten Kreislaufabschnitt (105.2) mündet und in einem zweiten Anschlussbereich (105.6; 205.6) in den zweiten Kreislaufabschnitt (105.5; 205.5) mündet und
- der statische Druck zur Erzielung der Sogwirkung in dem in dem zweiten Anschlussbereich (105.6; 205.6) gegenüber dem ersten Anschlussbereich (105.3) abgesenkt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der freie Strömungsquerschnitt zur Erzielung der Sogwirkung in dem zweiten Anschlussbereich (105.6; 205.6) verringert wird.
* * * * *
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