Title:
Verschlussdeckel mit einem druck- oder temperaturgesteuerten Wegeventil für einen Ausgleichsbehälter und Kühlsystem einer Brennkraftmaschine
Kind Code:
U1


Abstract:

Verschlussdeckel (2) für einen Ausgleichsbehälter (1) eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine (61), umfassend ein Gehäuse (4), wobei in das Gehäuse (4) ein Wegeventil (8) integriert ist, wobei ein Auslass des Wegeventils (8) mit dem Ausgleichsbehälter (1) verbunden ist, ein Einlass des Wegeventils (8) mit einer Bypass-Leitung (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil (8) druckgesteuert oder temperaturgesteuert öffnet bzw. schließt.




Application Number:
DE202013003370U
Publication Date:
04/29/2013
Filing Date:
04/04/2013
Assignee:
REUTTER GMBH (DE)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Dreiss Patentanwälte Partnerschaft, 70188, Stuttgart, DE
Claims:
1. Verschlussdeckel (2) für einen Ausgleichsbehälter (1) eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine (61), umfassend ein Gehäuse (4), wobei in das Gehäuse (4) ein Wegeventil (8) integriert ist, wobei ein Auslass des Wegeventils (8) mit dem Ausgleichsbehälter (1) verbunden ist, ein Einlass des Wegeventils (8) mit einer Bypass-Leitung (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil (8) druckgesteuert oder temperaturgesteuert öffnet bzw. schließt.

2. Verschlussdeckel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) einen Ringraum (5) begrenzt, dass in dem Gehäuse (4) eine Ausnehmung (14) zur Aufnahme des Wegeventils (8) ausgebildet ist, und dass eine hydraulische Verbindung (28) zwischen einem den Ringraum (5) begrenzenden Abschnitt des Gehäuses (4) und der Ausnehmung (14) vorhanden ist.

3. Verschlussdeckel (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung (14) ein Ventilsitz (16) ausgebildet oder angeordnet ist.

4. Verschlussdeckel (2) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil (8) ein Ventilglied (18) aufweist, und dass das Ventilglied (18) mit dem Ventilsitz (16) zusammenwirkt.

5. Verschlussdeckel (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (18) federbelastet ist oder von einem Bi-Metall betätigt wird.

6. Verschlussdeckel (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilglied (18) und einem mindestens mittelbar am Gehäuse (4) befestigten Federteller (26) eine Druckfeder (24) angeordnet ist.

7. Verschlussdeckel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sperrfunktion des Wegeventils (8) von der Einschraubtiefe des Deckels (2) in einen Stutzen (1a) des Ausgleichsbehälters (1) abhängt.

8. Wegeventil (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventil (16) als Plattensitz ausgebildet ist.

9. Kühlkreislauf für eine Brennkraftmaschine (61) mit einem externen Kühlmittelkreislauf und einem Ausgleichsbehälter (1), wobei der externe Kühlmittelkreislauf einen Vorlauf und einen Rücklauf aufweist und die Abwärme der Brennkraftmaschine (61) einem Kühler (63) zuführt, und wobei der Ausgleichsbehälter (2) über eine Bypass-Leitung (6) und einen Auslass (5) hydraulisch an den Kühlmittelkreislauf angebunden ist, wobei der Ausgleichsbehälter (1) einen Stutzen (1a) und einen Verschlussdeckel (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussdeckel (2) ein Verschlussdeckel nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.

Description:

Zur Kühlung der beim Betrieb anfallenden Abwärme von Brennkraftmaschinen hat sich sowohl bei Pkws als auch bei Nutzfahrzeugen die Wasserkühlung durchgesetzt.

Die wichtigsten Komponenten einer solchen Wasserkühlung sind der Wassermantel an der Brennkraftmaschine selbst, eine Umwälzpumpe, auch als Wasserpumpe bezeichnet, ein Luft-Kühlmittel-Kühler, ein Kühlmittelausgleichsbehälter und ein Thermostat.

In der 7 ist ein solches Kühlsystem stark vereinfacht und schematisch dargestellt.

Der Kühlmittelausgleichsbehälter, nachfolgend auch als Ausgleichsbehälter bezeichnet, hat mehrere Funktionen. Zum Einen dient er dazu, die bei der Kavitation vor allem auf der Saugseite der Pumpe entstehenden Gasblasen zuverlässig abzuscheiden.

Außerdem dient das Luftvolumen im Ausgleichsbehälter dazu, einen raschen Druckaufbau bei Erwärmung und Ausdehnung des Kühlmittels zu ermöglichen und das Austreten von Kühlmitteln beim Abstellen zu verhindern.

Weil die heutigen Kühlsysteme mit Überdruck betrieben werden, wird der Ausgleichsbehälter mit einer Verschlusskappe oder einem Deckel verschlossen, der beim Überschreiten des zulässigen Maximaldrucks ein Abblasen in die Umgebung ermöglicht. Eine weitere Funktion dieses Verschlussdeckels besteht darin, das Öffnen des Ausgleichsbehälters zu verhindern, solange die Temperatur des Kühlmittels erhöht und infolgedessen auch der Druck des Kühlmittels deutlich höher als der Umgebungsdruck ist.

Aus Umweltschutzgründen und Komfortgründen ist man bestrebt, ein Kühlsystem bereitzustellen, das beim Kaltstart der Brennkraftmaschine eine möglichst rasche Erwärmung der Brennkraftmaschine erlaubt. Dadurch wird der Kraftstoffverbrauch in der Kaltstartphase verringert und auch die Emissionen in der Kaltstartphase werden deutlich reduziert. Ein weiteres Ziel ist es, den Innenraum des Fahrzeugs möglichst rasch aufheizen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verschlussdeckel und ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, welche diese Ziele unterstützen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Verschlussdeckel gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wegeventils und dessen Integration in den Verschlussdeckel werden in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend in den Zeichnungen und deren Beschreibung im Detail erläutert.

Weil das erfindungsgemäße Wegeventil mit seinem Auslass in den Ausgleichsbehälter mündet, ist der Ausgleichsbehälter solange vom Rest des Kühlsystems hydraulisch getrennt, bis das im restlichen Teil des Kühlsystems zirkulierende Kühlwasser eine gewisse Mindesttemperatur erreicht hat und sich infolgedessen ein vorgegebener Überdruck im Kühlsystem eingestellt hat.

Solange die Mindesttemperatur bzw. der Überdruck nicht erreicht sind, ist das Wegeventil geschlossen und das Volumen des Kühlmittelkreislaufs wird in der Kaltstartphase um den Inhalt des Ausgleichsbehälters reduziert, so dass der „aktive” Teil des Kühlsystems und die Brennkraftmaschine sich schneller aufheizen.

Der Vorteil eines druckgesteuerten Wegeventils ist darin zu sehen, dass unabhängig von der Positionierung des Ausgleichsbehälters, der Druck auf der Einlassseite des Wegeventils dem im Kühlsystem herrschenden Druck entspricht. Somit ist der Druck ein sehr direktes und zuverlässiges Kriterium zum Öffnen des Wegeventils nach Erreichen einer Betriebstemperatur. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle eines druckgesteuerten Wegeventils, ein temperaturgesteuertes Wegeventil in dem Verschlussdeckel vorzusehen.

Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn sich die Druckfeder einen Endes gegen ein im Gehäuse fixierten Federteller abstützt und sich die Druckfeder anderen Endes gegen das Ventilglied abstützt.

In einer Servicestellung des Deckels wird das gesamte Wegeventil aus einer dichtenden Anlage mit einem Gehäuse heraus verlagert, sodass das Kühlwasser das Wegeventil umgehen kann. Durch die Integration des Wegeventils in den Verschlussdeckel wird diese Funktionalität ohne zusätzliche Kosten realisiert.

In anderen Worten: Wenn der Deckel fest zugeschraubt ist und somit ein Druckaufbau im Kühlsystem möglich ist, dann öffnet das erfindungsgemäße Wegeventil erst, sobald ein konstruktiv vorgegebener Überdruck im System herrscht.

Es hat sich in vielen Fällen als vorteilhaft erwiesen, wenn der Dichtsitz als Plattensitz ausgebildet ist. Dadurch ist die Herstellung vereinfacht, eine ausreichende Dichtheit wird ebenfalls erzielt und das erfindungsgemäße Wegeventil ist robust gegenüber kleineren Verunreinigungen oder Ablagerungen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sind den nachfolgenden Zeichnungen, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnungen

Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, druckgeregelten Wegeventils in geschlossenem Zustand

2 das druckgeregelte Wegeventils in geöffnetem Zustand,

3 der Verschlussdeckel in der Serviceposition und

4 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der 1 ist ein Teil eines Ausgleichsbehälters 1 mit aufgeschraubtem Sicherheitsverschlussdeckel 2 geschnitten dargestellt. Der Sicherheitsverschlussdeckel 2 umfasst im oberen Teil ein Überdruckventil, ein Unterdruckventil und eine Aufschraubsicherung (ohne Bezugszeichen), die nicht näher erläutert werden.

Im Zusammenhang mit der Erfindung ist jedoch von Bedeutung, dass der Deckel 2 in einen Stutzen 1a eines Ausgleichsbehälters 1 eingeschraubt ist. In der 1 ist die sog. Schließstellung erreicht. Das heißt, der Deckel 2 kann nicht mehr tiefer in den Stutzen (ohne Bezugszeichen) des Ausgleichsbehälters 1 eingeschraubt werden.

In der Schließstellung dichtet der Deckel 2 den Ausgleichsbehälter 1 gegenüber der Umgebung ab. Das in den Deckel 2 integrierte Sicherheitsventil (ohne Bezugszeichen) öffnet erst bei Erreichen eines voreingestellten Überdrucks, um unzulässig hohe Druckbelastungen des Kühlsystems zu vermeiden. Alternativ kann das Wegeventil auch temperaturabhängig öffnen.

In dem in 1 unteren Abschnitt des Deckels 2 ist ein erfindungsgemäßes druckgesteuertes Wegeventil 8 integriert.

Das Wegeventil 8 ist in ein Gehäuse 4 integriert, das Teil des Deckels 2 ist. Das Gehäuse 4 begrenzt zusammen mit dem Stutzen 1a des Ausgleichsbehälters 1 einen Ringraum 5. In den Ringraum 5 mündet eine Bypassleitung 6, die Teil des Kühlkreislaufs der Brennkraftmaschine ist (siehe 4). Der Ringraum 5 wird von zwei O-Ring-Dichtungen 10 und 12 begrenzt. Der Abschnitt des Gehäuses 4 zwischen den O-Ringen 10 und 12 wird mit dem Bezugszeichen 13 versehen.

Das Wegeventil 8 ist in einer Ausnehmung 14 im Inneren des Gehäuses 4 angeordnet.

An einem Absatz (ohne Bezugszeichen) der Ausnehmung 14 ist ein ringförmiger Ventilsitz 16 vorgesehen. Der Ventilsitz 16 wirkt mit einem topfförmig ausgebildeten Ventilglied 18 zusammen. An einem Kragen oder Bund 20 des Ventilglieds 18 ist eine Dichtkante 22 ausgebildet, die mit dem Ventilsitz 16 zusammenwirkt.

In dem Topf des Ventilglieds 18 ist eine Druckfeder 24 eingesetzt, die sich gegen einen Federteller 26 abstützt. Der Federteller 26 ist fest mit dem Gehäuse 4 verbunden.

In der in 1 dargestellten Schließstellung presst die Druckfeder 24 das Ventilglied 18 mit seiner Dichtkante 22 gegen den Ventilsitz 16 und unterbricht die hydraulische Verbindung zwischen der Bypass-Leitung 6 und dem Ausgleichsbehälter 1. Die Bypass-Leitung 6 ist hydraulisch mit dem Einlass des Wegeventils 8 verbunden, während der Auslass des Wegeventils 8 mit dem dem Ausgleichsbehälter 1 verbunden ist.

Mit dem Bezugszeichen 28 ist eine hydraulische Verbindung zwischen dem Ringraum 5 und dem in 1 oberhalb des Ventilglieds 18 angeordneten Teils der Ausnehmung bezeichnet.

Wegen der hydraulischen Verbindung 28 wirkt auf das Ventilglied 18 der gleiche Druck wie im Ringraum 5 und in der Bypass-Leitung 6. Die daraus resultierende hydraulische Kraft wirkt der von der Druckfeder 24 ausgeübten Kraft entgegen. Wenn die auf das Ventilglied 18 wirkende hydraulische Kraft größer ist als die Kraft der Druckfeder 24, hebt das Ventilglied 18 von dem Ventilsitz 16 ab und stellt eine hydraulische Verbindung zwischen der Bypass-Leitung 6 und dem Ausgleichsbehälter 1 her.

Dabei wird unterstellt, dass der Druck im Ausgleichsbehälter 1 in etwa dem Umgebungsdruck entspricht, auf jeden Fall aber niedriger als im Ringraum 5 ist, solange das Wegeventil 8 geschlossen ist.

Der Öffnungsdruck des Wegeventils 8 wird von der Vorspannung der Druckfeder 24 und der von der Dichtkante 22 umschlossenen Fläche bestimmt.

In der 2 ist das geöffnete Wegeventil 8 dargestellt. Sobald das Wegeventil 8 geöffnet ist, kann Kühlflüssigkeit von der Bypass-Leitung 6 in den Ausgleichsbehälter 1 strömen, so dass der Ausgleichsbehälter 1 Teil des Kühlwasserkreislaufs wird.

In der 3 ist der Deckel 2 in der sogenannten Serviceposition dargestellt. In der Serviceposition ist der Deckel 2 gegenüber der in 1 dargestellten Schließstellung um etwa eine Drehung, entsprechend 360 Grad oder etwa 3 mm, aus dem Stutzen des Ausgleichsbehälters 1 herausgedreht. Die Servicestellung ist dann von Bedeutung, wenn das erfindungsgemäße druckgesteuerte Wegeventil 8 von einem Kfz-Mechaniker in der Werkstatt deaktiviert werden soll, um die Funktion des Kühlsystems prüfen zu können, ohne das Kühlsystem bzw. die Brennkraftmaschine zuvor auf Betriebstemperatur bringen zu müssen.

Wenn der Deckel 2 in die in 3 dargestellte Servicestellung gebracht wird, hebt der in 3 untere O-Ring 12 von der kegelstumpfförmigen Durchmesserverengung 30 des Stutzens 1a ab, so dass ein hydraulischer „Kurzschluss” zwischen der Bypass-Leitung 6 und dem Ausgleichsbehälter 1 entsteht. Dann ist der Ausgleichsbehälter 1 in den Kühlwasserkreislauf integriert, unabhängig vom Druck- bzw. Temperaturniveau des Kühlwassers.

In der 4 wird nun schematisch ein Kühlsystem mit einem Ausgleichsbehälter 1 dargestellt, wobei der Ausgleichsbehälter 1 mit einem erfindungsgemäßen Deckel 2 ausgestattet, bzw. verschlossen ist.

Eine Brennkraftmaschine trägt das Bezugszeichen 61. Ein Luft-Wasser-Kühler trägt das Bezugszeichen 63. Eine Kühlmittelpumpe 65 wälzt das Wasser über Leitungen (ohne Bezugszeichen) in dem Kühlkreislauf um. Ein Thermostatventil ist mit dem Bezugszeichen 67 versehen. Nur schematisch angedeutet sind der Ausgleichsbehälter 1 und der dazugehörige Deckel 2.

Die Bypassleitung 6, die den Ausgleichsbehälter 1 mit dem Kühlwasserkreislauf verbindet, wenn das Wegeventil im Verschlussdeckel 2 geöffnet ist, hat auch in 4 das Bezugszeichen 6.