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Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, welcher einen Ausgleichsbehälter aufweist, der mittels einer Zuführleitung mit einem einer Brennkraftmaschine oder einem zu kühlenden Aggregat der Brennkraftmaschine zugeordneten Wärmetauscher des Kühlmittelkreislaufs verbunden ist, wobei der Kühlmittelkreislauf weiterhin eine Entlüftungsleitung umfasst, durch die der Wärmetauscher mit dem Ausgleichsbehälter verbunden ist und die mit einer Auslassöffnung in den Ausgleichsbehälter mündet, und wobei die Entlüftungsleitung des Ausgleichsbehälters zumindest abschnittsweise unterhalb der im Betrieb vorgesehenen minimalen Füllstandshöhe in dem Ausgleichsbehälter angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Ausgleichsbehälter für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine.
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Ein derartiger Kühlmittelkreislauf sowie ein hierfür bestimmter Ausgleichsbehälter sind beispielsweise durch die
DE 29 44 865 A1 bekannt, die eine Anordnung für den Ausgleich der Kühlflüssigkeitsmenge bei Kühlanlagen von Brennkraftmaschinen betrifft. Ein Hauptkühlkreislauf umfasst dabei wenigstens einen Motorkühlraum, einen Kühler und eine Kühlflüssigkeitspumpe. Der Hauptkühlkreislauf ist durch wenigstens zwei stetig ansteigende Leitungen mit einem über ihm angeordneten Gasabscheidebehälter verbunden. Ein Gasabscheidebehälter weist einen verschließbaren Füllstutzen auf. Ober- oder unterhalb des Hauptkühlkreislaufs ist ein zweiter Behälter vorgesehen, dessen Boden durch wenigstens eine Leitung mit dem oberen Teil des Gasabscheidebehälters verbunden ist. Der Gasabscheidebehälter ist vollkommen oder nahezu vollkommen mit Kühlflüssigkeit gefüllt. Der zweite Behälter ist zum Teil mit Kühlflüssigkeit, zum Teil mit Reservekühlflüssigkeit und zum Teil mit aus dem Hauptkühlkreislauf ausgeschiedenen Gas- bzw. Dampfblasen sowie mit etwaige Volumenänderungen der Kühlflüssigkeit ausgleichender Luft gefüllt. Vom Hauptkühlkreislauf aus führen zwei Leitungen stetig nach oben und münden in einen über ihm angeordneten Gasabscheidebehälter, der an der höchsten Stelle einen mit einem Deckel verschlossenen Füllstutzen aufweist. Vom oberen Teil des Gasabscheidebehälters aus führt eine weitere Leitung zu einem tiefer liegenden zweiten Behälter und mündet in dessen Boden.
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Von den Leitungen dient eine als Zulauf und die andere als Ablauf. Bilden sich im Hauptkühlkreislauf Gas- bzw. Dampfblasen, steigen diese durch eine der Leitungen in den Gasabscheidebehälter bis in die Leitung auf. Dehnt sich die Kühlflüssigkeit infolge einer Temperaturänderung aus, drückt sie die Gas- bzw. Dampfblasen über die Leitung in den zweiten Behälter, wo sie sich ansammeln und nicht mehr in das System zurückkehren können. Voraussetzung ist, dass der Mindestflüssigkeitsstand im Behälter so hoch liegt, dass bei maximaler Schräglage der Anordnung die Luft nicht in die Leitung gelangen kann.
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Ferner beschreibt die
DE 41 39 767 A1 eine Verdampfungskühlung für eine Brennkraftmaschine, der ein Ölkühler zugeordnet ist, wobei sich eine Kühlmittelleitung zwischen der Kühlmittel-Dampfleitung, die die Maschine mit einem Kondensator verbindet, und einer von dem Kondensator abgehenden Kondensatleitung erstreckt, von der sie auf der Druckseite einer Kondensatpumpe abgeht.
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Eine Verdampfungskühlung ist auch aus der
DE 33 39 717 C2 bekannt, wobei die Kühlmittelleitung des Schmierölkühlers der Brennkraftmaschine von einem in der Dampfleitung angeordneten Tropfenabscheider abgeht und in einer Leitung für vom Kühlmitteldampf mitgerissenes flüssiges Kühlmittel einmündet.
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Die
DE 10 2006 002 459 A1 bezieht sich auf ein Kühlmittelzirkulationssystem. Wenn die Temperatur des Kühlmittels ansteigt und der Thermostat offen ist, strömt das durch den Motor zirkulierende Kühlmittel in den oberen Kühlerbehälter und zirkuliert dann innerhalb des Kühlers, wo es Blasen erzeugt. Das Kühlmittel wird dann in den Motor zurückgeführt. Die in dem Kühler erzeugten Blasen strömen mit dem Kühlmittel über die Kühlerabzweigleitung in den Ausgleichsbehälter. In dem Ausgleichsbehälter wird die Luft in dem Kühlmittel unter Druck gesetzt, weil das Niveau des Kühlmittels infolge einer durch Aufwärmung verursachten Expansion des Kühlmittels ansteigt. Wenn der Druck der Luft einen vorbestimmten Grenzdruck an der Druckkappe erreicht, wird die unter Druck gesetzte Luft aus dem Ausgleichsbehälter ausgelassen, bis das Kühlmittel keine Luft mehr enthält. Ein unterer Teil des Ausgleichsbehälters ist mit dem Kühlmittel, ein oberer Teil ist mit Luft gefüllt. Die Kühlerabzweigleitung ist mit dem unteren Teil des Ausgleichsbehälters verbunden. Daher ist ein Rückschlagventil in der Kühlerabzweigleitung vorgesehen, um einen Rückstrom des Kühlmittels und der Luft aus dem Ausgleichsbehälter in den Kühler zu verhindern.
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Die
DE 1 206 211 B zeigt eine Kühlanlage mit einem Primärkühlmittelkreis, der zur Kühlung der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dient. Die Kühlanlage weist außerdem einen Sekundärkühlmittelkreis auf, der zur Kühlung eines Fluids oder eines Aggregate des Kraftfahrzeugs, beispielsweise der Ladeluft der Brennkraftmaschine, dient. Für beide Kühlmittelkreise ist ein gemeinsamer Ausgleichsbehälter vorgesehen, der zum Ausgleich von Kühlmittelvolumenschwankungen in den Kühlmittelkreisen und vorzugsweise auch zur Entlüftung der Kühlmittelkreise dient.
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Die gattungsgemäße
DE 199 12 138 A1 betrifft eine Kühlanlage für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Dabei werden der Primärkühlmittelkreis und der Sekundärkühlmittelkreis jeweils separat an den Ausgleichsbehälter angeschlossen, wobei die Anschlussstellen so gewählt sind, dass bei einem sinkenden Kühlmittelpegel im Ausgleichsbehälter zuerst der Kühlmittelabfluss aus dem Ausgleichsbehälter in den Sekundärkühlmittelkreis beendet wird, während ein Kühlmittelabfluss in den Primärkühlmittelkreis weiterhin noch möglich ist. Auf diese Weise kann im Falle eines Kühlmittelverlusts der ordnungsgemäße Betrieb des Primärkühlmittelkreises länger aufrechterhalten werden. Insbesondere kann eine Leckage im Sekundärkühlmittelkreis nicht zu einer Fehlfunktion des Primärkühlmittelkreises führen. Dieser Gedanke wird dadurch realisiert, dass die Mündung des Sekundärkühlmittelkreises im Ausgleichsbehälter bei einem hydrostatisch höher liegenden Niveau angeordnet ist als die Mündung des Primärkühlmittelkreises. Dabei ist die Entlüftungsleitung des Ausgleichsbehälters unterhalb der minimalen Füllstandshöhe in dem Ausgleichsbehälter angeordnet.
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Grundsätzlich werden bei bekannten Kühlmittelkreisläufen alle zu kühlenden Funktionselemente, insbesondere Wärmetauscher, in denen das Kühlmittel zirkuliert, unterhalb des Kühlmittelniveaus innerhalb des Ausgleichsbehälters angeordnet. Auf diese Weise fließt das Kühlmittel selbsttätig in die tieferliegenden, angeschlossenen Funktionselemente und Leitungsbereiche, sodass ein ausreichender Füllgrad sichergestellt ist.
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In der Praxis hat es sich gezeigt, dass die Anordnung einzelner Funktionselemente oberhalb des Ausgleichsbehälters hinsichtlich der Bauraumausnutzung wünschenswert ist, um so die Gestaltungsfreiheit bei der Anordnung durchströmter Wärmetauscher zu verbessern.
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Man könnte daran denken, den Volumenstrom indem Kühlmittelkreislauf derart einzustellen, dass eine zuverlässige Durchströmung und ein ausreichender Füllgrad des Wärmetauschers auch dann gewährleistet sind, wenn dieser oberhalb des Ausgleichsbehälters angeordnet ist. Ausgehend von diesem dynamischen Betriebszustand erweist es sich jedoch als hinderlich, dass das Kühlmittel bei fehlender Durchströmung, also im Stillstand der Kühlmittelpumpe, in die unteren Bereiche des Kühlmittelkreislaufs strömt.
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Es sind auch bereits Überlegungen angestellt worden, das unerwünschte Rückfließen des Kühlmittels durch Rückschlagventile oder steuerbare Ventile zu verhindern. Mit der Realisierung eines solchen Lösungsvorschlags ist jedoch ein zusätzlicher Herstellungsaufwand verbunden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Gestaltungsfreiraum hinsichtlich der Anordnung des Ausgleichsbehälters einerseits und des durchströmbaren Wärmetauschers andererseits zu erhöhen. Insbesondere soll erfindungsgemäß eine relative Position des Wärmetauschers oberhalb der Füllstandshöhe mit einem geringen konstruktiven Aufwand sowie geringem Herstellungsaufwand realisiert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kühlmittelkreislauf gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird also ein Kühlmittelkreislauf vorgeschlagen, bei dem der Wärmetauscher zumindest abschnittsweise oberhalb der im Betrieb vorgesehenen minimalen Füllstandshöhe in dem Ausgleichsbehälter, also mit einem relativen lotrechten Abstand in Wirkrichtung der Schwerkraft, angeordnet ist, sodass beispielsweise eine Einlassöffnung für die Zuführleitung an dem Ausgleichsbehälter unterhalb der Eintrittsöffnung der Zuführleitung an dem Wärmetauscher liegt. Zugleich ist die Querschnittsfläche der Entlüftungsleitung derart bemessen, dass der im Betrieb erzeugbare Volumenstrom zur Luftabsaugung aus dem Wärmetauscher geeignet ist und sich auch bei fehlender Durchströmung in einem Leitungsabschnitt der Entlüftungsleitung ein Kühlmittelvolumen sammelt, welches die Querschnittsfläche ausfüllt und den Leitungsabschnitt im Wesentlichen gasdicht verschließt. Dadurch, dass sowohl der Ausgleichsbehälter als auch dessen Entlüftungsleitung zumindest abschnittsweise unterhalb des Wärmetauschers angeordnet sind, bleibt der durch den dynamischen Prozess während des Betriebs des Kühlmittelkreislaufs sowie durch die Luftabsaugung mittels der Entlüftungsleitung erreichte Füllgrad des Wärmetauschers auch dann erhalten, wenn dieser die dynamische Strömung des Kühlmittels unterbrochen wird. Während nämlich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen die Entlüftungsleitung in den Ausgleichsbehälter mit seiner Auslassöffnung oberhalb der Füllstandshöhe mündet, sodass es zu einem Druckausgleich zwischen dem Wärmetauscher und dem Ausgleichsbehälter und in der Folge zu einem Rückfluss des Kühlmittels aus dem Wärmetauscher durch die Zuführleitung in den Ausgleichsbehälter kommt, ist dieser unerwünschte Entleerungsvorgang des Wärmetauschers erfindungsgemäß ausgeschlossen. Der Rückfluss aus dem Wärmetauscher in den Ausgleichsbehälter wird vielmehr in überraschend einfacher Weise dadurch verhindert, dass die Entlüftungsleitung, vorzugsweise im Bereich der Auslassöffnung, sowohl im dynamischen Betrieb als auch im statischen Zustand durch das Kühlmittelvolumen in dem Ausgleichsbehälter verschlossen ist. Das Kühlmittelvolumen innerhalb der Entlüftungsleitung verschließt somit die Entlüftungsleitung und verhindert einen Druckausgleich, sodass in dem Wärmetauscher ein Unterdruck erhalten wird, welcher den Rückstrom des Kühlmittels zuverlässig verhindert. Dabei sind zusätzliche Ventile, insbesondere Rückschlagventile entbehrlich, sodass der Herstellungsaufwand reduziert ist. Die relative Anordnung des Wärmetauschers gegenüber dem Ausgleichsbehälter ist somit annähernd beliebig, sodass die Raumausnutzung ohne zusätzliche Bauteile wesentlich verbessert werden kann. Die hierzu erforderliche Entlüftung kann herstellerseitig durch Befüllung des Kühlmittelkreislaufs unter entsprechenden Unterdruckbedingungen oder im Betrieb bei einer entsprechenden konstruktiven Auslegung der Entlüftungsleitung erreicht werden. Diese ermöglicht im Betrieb hohe Strömungsgeschwindigkeiten, die in einer an sich bekannten Weise zu einem Mitreißen der in dem Wärmetauscher eingeschlossenen Luft zusammen mit dem zurückströmenden Kühlmittel und damit zu einer Luftabsaugung in tiefer liegende Bereiche bis unterhalb der Füllstandshöhe in dem Ausgleichsbehälter führt. Dabei ist erfindungsgemäß die Bezeichnung ”unterhalb” auf einen relativen lotrechten Abstand, also in Wirkrichtung der Schwerkraft, bezogen.
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Der Leitungsabschnitt der Entlüftungsleitung, welcher innerhalb des Ausgleichsbehälters unterhalb der Füllstandshöhe in dem Ausgleichsbehälter verläuft, könnte durch einen beispielsweise S-förmigen Rohrbogen ähnlich einem Siphon gebildet werden, wobei die untere Biegung stets mit Kühlmittel gefüllt bleibt und damit den Durchlass von Gas wesentlich vermindert bzw. nahezu ausschließt. Besonders vorteilhaft ist hingegen eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Entlüftungsleitung mit ihrer Auslassöffnung unterhalb der Füllstandshöhe, insbesondere im Bereich eines Behälterbodens des Ausgleichsbehälters, angeordnet ist. Hierbei tritt die Entlüftungsleitung seitlich oder von oben in den Ausgleichsbehälter ein, wobei die Auslassöffnung stets unterhalb der Füllstandshöhe liegt. Ein Rückströmen des Kühlmittels durch die Zuführleitung wird dadurch auch dann wirksam verhindert, wenn es im Fahrbetrieb zu einem dynamischen oder statischen Fließen des Kühlmittels innerhalb des Ausgleichsbehälters kommt, weil die Auslassöffnung benachbart zu dem Behälterboden angeordnet ist und daher selbst ein geringer Füllstand noch eine zuverlässige Abdichtung gegenüber einem unerwünschten Lufteintritt in die Entlüftungsleitung sicherstellt.
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Bei einer anderen, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Abwandlung der Erfindung ist die Entlüftungsleitung im Bereich innerhalb des Ausgleichsbehälters mit einem Rohrabschnitt mit einer wesentlichen Querschnittserweiterung ausgestattet. Hierdurch tritt im Bereich dieses Rohrleitungsabschnitts eine deutliche Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit ein, sodass ein unerwünschtes Aufschäumen vermieden werden kann und eine Beruhigung des Kühlmittels mit der darin dispergierten Luft eintritt. Indem also das durch die Entlüftungsleitung zurückströmende Kühlmittel innerhalb des Rohrabschnitts mit einer im Wesentlichen vertikalen Haupterstreckung langsam aufsteigt und dabei niedrige Strömungsgeschwindigkeiten bei konstantem Volumenstrom erzeugt werden, können unnötige Verwirbelungen des gesamten Ausgleichsvolumens verhindert werden. Der Rohrabschnitt bildet demnach einen Überlauf, durch den das Kühlmittel aufsteigt und durch den die Auslassöffnung des Rohrabschnitts in das übrige Kühlmittelvolumen innerhalb des Ausgleichsbehälters überströmt. Zugleich bildet der vorzugsweise vertikale Rohrabschnitt einen Schwalltopf, der auch bei starken dynamischen Einflüssen ein ausreichendes Füllvolumen aufweist. Aufgrund des Rohrabschnitts bleibt die Entlüftungsleitung bei der erstmaligen oder erneuten Befüllung des Kühlmittelkreislaufs zunächst frei von Kühlmittel, solange das Wasserniveau in dem Ausgleichsbehälter nicht höher ist als die Auslassöffnung des Rohrabschnitts, wodurch eine statische Befüllung oder eine Unterdruckbefüllung ermöglicht wird. Der obere Rand des Rohrabschnitts kann dabei ober- oder unterhalb der Füllstandshöhe angeordnet sein.
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Weiterhin hat es sich als besonders Erfolg versprechend erwiesen, wenn die Entlüftungsleitung einen Rohrstutzen hat, welcher tangential in den Rohrabschnitt einmündet. Indem also das Kühlmittel nicht etwa auf eine Innenwandfläche des Rohrabschnitts als Prallwand trifft, sondern im Wesentlichen tangential in den vertikalen, zylindrischen Rohrabschnitt eintritt, wird ein wesentlicher Teil der kinetischen Energie der Strömung in eine Wirbelströmung umgesetzt, die aufgrund der Querschnittserweiterung zuverlässig beruhigt wird, ohne dass das Kühlmittel durch die Auslassöffnung am oberen Rand des Rohrabschnitts überschäumend austritt. Durch den tangentialen Einlauf wird zudem das unerwünschte Zerplatzen der Luftblasen und die damit verbundene Bildung kleinerer Luftblasen im Wasser vermindert. Die kleinen Luftblasen steigen viel langsamer auf als große Luftblasen im Wasser und sind somit für eine Verhinderung der Verschäumung hinderlich.
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Eine weitere besonders Erfolg versprechende Ausgestaltung der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Entlüftungsleitung im Bereich einer über dem Kühlmittelniveau angeordneten Position an dem Wärmetauscher angeordnet ist. Hierdurch werden Lufteinschlüsse, die durch die Entlüftungsleitung anderenfalls nicht entfernt werden können, zuverlässig vermieden.
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Bevorzugt ist die Entlüftungsleitung in dem höchstgelegenen Bereich des Wärmetauschers angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist die Funktion des Kühlmittelkreislaufs von der relativen vertikalen Position des Ausgleichsbehälters gegenüber dem Wärmetauscher weitgehend unabhängig, sodass bei einer bevorzugten Anordnung des Ausgleichsbehälters die Füllstandshöhe in dem Ausgleichsbehälter im Betrieb unterhalb einer Eintrittsöffnung der Zuführleitung an dem Wärmetauscher liegt, wobei seine Austrittsöffnung für einen Hauptkühlmittelstrom oberhalb der Eintrittsöffnung angeordnet ist. Indem das Kühlmittel den Wärmetauscher von unten nach oben durchströmt, werden Zonen mit einem reduzierten Kühlmittelaustausch vermieden. Durch die Austrittsöffnung gelangt ein Hauptkühlmittelstrom zu nachgeordneten Bereichen, beispielsweise einem Niedertemperaturbereich.
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Weiterhin erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn der Ausgleichsbehälter unterhalb des Wärmetauschers angeordnet ist, also die Eintrittsöffnung der Zuführleitung des Wärmetauschers oberhalb einer Behälteroberseite des Ausgleichsbehälters positioniert ist. Hierdurch kann der Ausgleichsbehälter in tiefliegenden Bereichen innerhalb des Kraftfahrzeugs, insbesondere innerhalb des Motorraums angeordnet werden, um so Freiräume innerhalb des Motorraums optimal nutzen zu können und die Gewichtsverteilung zu optimieren.
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Eine wesentliche Funktion der Entlüftungsleitung ist das verlässliche Abführen des Kühlmittels und des darin dispergierten Luftvolumens aufgrund der in der Entlüftungsleitung im Betrieb herrschenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten. Hierzu ist der Leitungsquerschnitt innerhalb der Entlüftungsleitung wesentlich kleiner als der Leitungsquerschnitt der Zuführleitung. Beispielsweise hat die Entlüftungsleitung im Bereich des Wärmetauschers einen Innendurchmesser von 3 bis 8 mm, vorzugsweise etwa 6 mm.
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Grundsätzlich eignet sich der so geschaffene Kühlmittelkreislauf für eine Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise auch für ortsfeste Anlagen wie etwa Klimaanlagen. Eine besonders Erfolg versprechende Ausgestaltung wird hingegen dadurch erreicht, dass der Wärmetauscher als ein der Brennkraftmaschine zugeordneter Ladeluftkühler ausgeführt ist, um so die Verbrennungsluft entsprechend zu kühlen.
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Die Aufgabe wird auch mit einem Ausgleichsbehälter für einen Kühlmittelkreislauf gelöst, wobei der Ausgleichsbehälter mit einem Wärmetauscher durch eine Zuführleitung für Kühlmittel sowie durch eine Entlüftungsleitung zur Rückführung eines Teilvolumens des dem Wärmetauscher zugeführten Kühlmittels im Betrieb verbunden ist und indem die Entlüftungsleitung in den Ausgleichsbehälter als Rohrstutzen eintritt und beispielsweise innerhalb des Ausgleichsbehälters zumindest abschnittsweise unterhalb der Füllstandshöhe in dem Ausgleichsbehälter verläuft und der Wärmetauscher oberhalb der Füllstandshöhe in dem Ausgleichsbehälter angeordnet ist. Zugleich ist die Querschnittsfläche der Entlüftungsleitung derart bemessen, dass der im Betrieb erzeugbare Volumenstrom zur Luftabsaugung aus dem Wärmetauscher geeignet ist, wobei die Querschnittsfläche eines Leitungsabschnitts der Entlüftungsleitung auch bei einem Stillstand des Kühlmittelkreislaufs durch das Kühlmittel luftdicht verschlossen ist. Ausgehend von einer bekannten, im Betrieb auftretenden minimalen Füllstandshöhe liegt die Auslassöffnung der Entlüftungsleitung somit stets unterhalb der Füllstandshöhe, mit der Folge, dass durch die Entlüftungsleitung kein Druckausgleich zwischen dem Wärmetauscher und dem Ausgleichsbehälter erfolgen kann. Der durch die Absaugung der gegebenenfalls in dem Wärmetauscher vorhandenen Luft erzeugte Unterdruck gegenüber dem Ausgleichsbehälter wird somit zuverlässig aufrechterhalten, sodass trotz des vorhandenen Gefälles innerhalb des Kühlmittelkreislaufs das in dem Wärmetauscher vorhandene Kühlmittelvolumen nicht zu dem tiefsten Ort fließt.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in
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1 einen Kühlmittelkreislauf mit einem Wärmetauscher und einem Ausgleichsbehälter in einer Seitenansicht;
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2 eine vergrößerte Seitenansicht des Ausgleichsbehälters;
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3 eine vergrößerte Draufsicht auf den Ausgleichsbehälter.
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Ein erfindungsgemäßer Kühlmittelkreislauf 1 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine sowie ein in diesen Kühlmittelkreislauf 1 eingebundener Ausgleichsbehälter 2 werden nachstehend anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Der Ausgleichsbehälter 2 ist durch eine Zuführleitung 3 für Kühlmittel mit einem Wärmetauscher 4 eines Ladeluftkühlers verbunden. Durch die Zuführleitung 3 gelangt das Kühlmittel durch eine Eintrittsöffnung 5 in den Wärmetauscher 4. In einem oberen Bereich des Wärmetauschers 4 befindet sich eine Austrittsöffnung 6 für das Kühlmittel mit einer Verzweigung, durch die einerseits ein Hauptvolumenstrom einem nicht gezeigten Niedertemperaturbereich zugeführt wird und durch die andererseits ein Nebenvolumenstrom durch eine Entlüftungsleitung 7 in den Ausgleichsbehälter 2 zurückgeführt wird. Dabei liegt die besondere Beschaffenheit der Entlüftungsleitung 7 in den darin auftretenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten bedingt durch eine kleine Querschnittsfläche in der Entlüftungsleitung 7, die geeignet ist, die in dem Wärmetauscher 4 vorhandenen gasförmigen Fluide mitzuführen und dem tiefer liegend positionierten Ausgleichsbehälter 2 zuzuführen, welcher sowohl ein Ausgleichsvolumen 8 des Kühlmittels als auch ein Luftvolumen 9 enthält. Die Entlüftungsleitung 7 ist im Inneren des Ausgleichsbehälters 2 als ein vertikaler, hohlzylindrischer Rohrabschnitt 10 fortgesetzt, der somit zumindest abschnittsweise unterhalb eines Wasserniveaus 11 des Ausgleichsvolumens 8 des Kühlmittels in dem Ausgleichsbehälter 2 verläuft. Der Rohrabschnitt 10 ist in seinem Durchlassquerschnitt gegenüber der Entlüftungsleitung 7 wesentlich erweitert und bildet oberhalb des Wasserniveaus 11 in dem Ausgleichsbehälter 2 einen durch eine horizontale Auslassöffnung 12 gebildeten Überlauf. In dem Rohrabschnitt 10 kommt es zu einer wesentlichen Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit und somit zu einer Beruhigung des zurückgeführten Kühlmittels. Die mitgeführte Luft tritt somit in den Ausgleichsbehälter 2 aus, ohne das Ausgleichsvolumen 8 aufzuschäumen. Unterstützt wird dieser Beruhigungseffekt noch dadurch, dass die Entlüftungsleitung 7 tangential an dem Rohrabschnitt 10 angeordnet ist und dadurch eine Wirbelströmung 13 in Pfeilrichtung erzeugt. Wie zu erkennen wird erfindungsgemäß erstmals eine Anordnung des Ausgleichsbehälters 2 erreicht, bei welcher die Füllstandshöhe 11 in dem Ausgleichsbehälter 2 im Betrieb unterhalb der Eintrittsöffnung 5 der Zuführleitung 3 an dem Wärmetauscher 4 und damit zugleich auch unterhalb der Austrittsöffnung 6 an dem Wärmetauscher 4 angeordnet ist. Indem die Entlüftungsleitung 7 unterhalb der Füllstandshöhe 11 liegt, wird ein Druckausgleich zwischen dem Wärmetauscher 4 und dem Ausgleichsbehälter 2 verhindert. Der durch die Absaugung der gegebenenfalls in dem Wärmetauscher 4 vorhandenen gasförmigen Fluide erzeugte Unterdruck gegenüber dem Luftvolumen 9 in dem Ausgleichsbehälter 2 wird somit zuverlässig aufrechterhalten, sodass trotz des vorhandenen Gefälles innerhalb des Kühlmittelkreislaufs 1 das in dem Wärmetauscher 4 vorhandene Kühlmittelvolumen nicht in die tiefer liegenden Bereiche des Kühlmittelkreislaufs 1 strömt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlmittelkreislauf
- 2
- Ausgleichsbehälter
- 3
- Zuführleitung
- 4
- Wärmetauscher
- 5
- Eintrittsöffnung
- 6
- Austrittsöffnung
- 7
- Entlüftungsleitung
- 8
- Ausgleichsvolumen
- 9
- Luftvolumen
- 10
- Rohrabschnitt
- 11
- Füllstandshöhe
- 12
- Auslassöffnung
- 13
- Wirbelströmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2944865 A1 [0002]
- DE 4139767 A1 [0004]
- DE 3339717 C2 [0005]
- DE 102006002459 A1 [0006]
- DE 1206211 B [0007]
- DE 19912138 A1 [0008]