DE3422705C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überdruckventileinrichtung für den Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraft­ maschine der ansonsten im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art.

Es ist üblich, den Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine so abzusichern, daß während des Betriebes der Brennkraftmaschine der Druck im Kühlkreislauf auf einen Betriebsdruck begrenzt wird, wobei dieser Wert niedriger ist als derjenige bei heißgefahrener, stillstehender Brennkraft­ maschine. Auch sieht man Ausgleichsbehälter vor, die durch Temperaturänderungen hervorgerufene Volumenänderungen der Kühlflüssigkeit ausgleichen sollen und einen Kühlmittelaus­ wurf mit Kühlmittelverlust vermeiden sollen, der nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine durch Dampfblasenbildung in­ folge eines Wärmestaus innerhalb der Brennkraftmaschine noch auftreten kann.

Es ist eine Überdruckventileinrichtung der eingangs genannten Art bekannt (DE-GM 19 31 736), die ein Mehrstufen-Überdruck­ ventil in Gestalt einer mit einer Ringdichtung versehenen Ventilplatte aufweist, welche ein daran gehaltenes, thermo­ statisches Betätigungselement trägt, dessen Gehäuse fest an der Ventilplatte angebracht ist, so daß sich der Kolben des thermostatischen Betätigungselementes relativ zur Ventil­ platte verstellen kann. Die Ventilplatte ist über eine Feder federbelastet, die mit einem Ende am Verschlußdeckel des Einfüllstutzens ahgestützt ist, während das andere Feder­ ende an einem mit dem Kolben des thermostatischen Betäti­ gungselementes fest verbundenen Federteller abgestützt ist. In einer Stufe bei Betriebsdruck wird die Druckbegrenzung dadurch erreicht, daß die Ventilplatte gegen die Wirkung der Feder vom Ventilsitz nach oben abhebt und eine Entlüf­ tung zu einem nach außen führenden Auslaß im Einfüllstutzen freigegeben wird und erfolgen kann. Bei demgegenüber steigen­ der Temperatur und demgegenüber höherem Druck soll das thermostatische Betätigungselement ansprechen, so daß dessen Kolben mit dem die Feder abstützenden Federteller relativ zum Cehäuse des thermostatischen Betätigungselementes ausge­ schoben und dadurch die darauf lastende Feder stärker zu­ sammengedrückt wird. Dabei bildet die Ventilplatte ein Wider­ lager für das Gehäuse des thermostatischen Betätigungsele­ ments in Gegenrichtung. Das Überdruckventil arbeitet somit in zwei unterschiedlich hohen Druckstufen, wobei es in beiden Druckstufen, also bei Betriebsdruck und einem demgegenüber erhöhten Druck, jeweils selbsttätig zur Umgebung hin öffnet. Das Überdruckventil ist in den Verschlußdeckel integriert, der auf den Füllstutzen eines Ausgleichsbehälters oder eines Sammelkastens eines Kühlers des Kühlkreislaufs aufschraubbar ist.

Diese bekannte Überdruckventileinrichtung eingangs genannter Art erfordert einen nicht unbeträchtlichen Aufwand in Ge­ stalt des thermostatischen Betätigungselementes, das relativ teuer und außerdem schwer ist. Da dieses Betätigungselement im Zentrum der Ventilplatte angebracht ist und dabei die Ventilplatte mit seinem Gehäuse durchsetzt, ist dieser Bereich durch eine zusätzliche Dichtung abzudichten. Auch dies bedingt besonderen Aufwand und Kosten. Von Nachteil ist ferner, daß die gesamte Ventileinrichtung im Durchmesser relativ groß baut; denn das im Zentrum der Ventilplatte daran befestigte, thermostatische Betätigungselement erfor­ dert für sich bereits bestimmte Mindestabmessungen des Durchmessers, wodurch der Durchmesser der Ventilplatte rela­ tiv groß bemessen werden muß. Dies bedeutet, daß der Ein­ füllstutzen im Durchmesser entsprechend groß dimensioniert werden muß. In aller Regel ist daher eine Bemessung des Verschlußdeckels mitsamt der Ventileinrichtung so, daß der Verschlußdeckel auf vorhandene, im Durchmesser relativ klein dimensionierte Füllstutzen paßt, nicht möglich. Ein weiterer Nachteil kann im übrigen darin liegen, daß das thermostatische Betätigungselement nicht oder zumindest nicht schnell genug reagiert. Dies kann zum einen an der Trägheit eines derartigen thermostatischen Betätigungselementes und zum anderen auch daran liegen, daß dieses zeitlich erst ver­ zögert mit der erhöhten Temperatur im Ausgleichsbehälter oder Sammelkasten beaufschlagt wird. So kann es demnach vor­ kommen, daß bei relativ schnellem Temperaturanstieg mit ein­ hergehendem schnellem Druckanstieg im Ausgleichsbehälter bzw. Sammelkasten die Ventilplatte gegen die Wirkung der Feder hochgedrückt wird, und zwar relativ schnell, bevor das ther­ mostatische Betätigungselement überhaupt reagieren kann, wobei dann ein Auswurf von Kühlflüssigkeit geschieht. Ein solcher Auswurf von Kühlflüssigkeit ist somit bei dieser Ventileinrichtung nicht zu vermeiden.

Es ist ferner eine Überdruckventileinrichtung bekannt (DE-OS 32 11 449), die in zwei unterschiedlich hohen Druck­ stufen, und zwar in einer Stufe bei Betriebsdruck und in einer anderen Stufe bei demgegenüber erhöhtem Druck, jeweils selbsttätig zur Umgebung hin öffnet. Die Ventileinrichtung benötigt dazu zwei ineinandergeschachtelte Ventile, und zwar ein für normalen Betriebsdruck zuständiges Ventil sowie ein für den Überdruck zuständiges Sicherheitsventil. Das für den Betriebsdruck zuständige Ventil ist dabei in die druckbe­ lastete Bodenfläche des Ventilkörpers des Sicherheitsventils eingesetzt. Da der Ventilteller dieses Betriebsdruckventils eine gewisse Mindestfläche benötigt, resultiert daraus eben­ falls ein relativ großes Bauvolumen im Durchmesser. Es gel­ ten diesbezüglich somit etwa die gleichen Nachteile, wie sie eingangs zur Ventileinrichtung gemäß DE-GM 19 31 736 darge­ stellt sind. Im übrigen benötigt die Ventileinrichtung für jedes der beiden ineinandergeschachtelten Ventile jeweils einen eigenen Ventilkörper und eine diesem zugeordnete, eigene Ventilfeder. Dadurch wird diese Ventileinrichtung aufwendig, schwer und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überdruckven­ tileinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die einfacher und kostengünstiger ist, kleinere Abmessungen hat und eine große Betriebssicher­ heit dahingehend gewährleistet, daß ein Auswurf von Kühl­ flüssigkeit möglichst vermieden ist.

Die Aufgabe ist bei einer Überdruckventileinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art erfindungs­ gemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Patent­ anspruchs 1 gelöst. Dadurch sind folgende Vorteile erzielt. Das erfindungsgemäße Mehrstufen-Überdruckventil macht es möglich, daß eine Verbindung zur Atmosphäre oder zu einem Behältnis bei mehreren, z. B. zwei, verschieden großen Drücken hergestellt wird. Obwohl das er­ findungsgemäße Mehrstufen-Überdruckventil nur die Ele­ mente eines einzigen Überdruckventils enthält, ermöglicht es gleichwohl die Mehrstufenfunktion, z. B. Zweistufen­ funktion, d. h. in einer ersten Stufe die Druckbe­ grenzung auf einen Druckwert, z. B. auf Betriebsdruck, und in der sich anschließenden nächsten Stufe die Druck­ begrenzung auf einen demgegenüber höheren Druckwert, z. B. auf den Höchstdruck bei Auslegung als Zweistufen­ ventil. Mit den Mitteln eines einzigen Überdruckventils ist also diese Doppelfunktion oder auch Mehrfachfunktion erreicht. Von Bedeutung ist dabei die Funktion und selbst­ tätige Umschaltung von einer zur nächsten Stufe in Abhängigkeit von der Anstiegsgeschwindigkeit des Druckes. Nur wenn der Druckanstieg eine vorgegebene Mindestge­ schwindigkeit hat, erfolgt diese selbsttätige Umschaltung auf die nächste Stufe. Das erfindungsgemäße Mehrstufen- Überdruckventil ist außerordentlich einfach, besteht aus nur wenigen Bauteilen, ist kostengünstig und hat einen nur geringen Platzbedarf, der praktisch nicht größer ist als derjenige eines einzigen Überdruckventils. Zugleich beinhaltet das erfindungsgemäße Mehrstufen- Überdruckventil auch ein Unterdruckventil in herkömm­ licher Gestaltung für den Unterdruckausgleich beim Ab­ kühlen der Kühlflüssigkeit. Vorteilhaft ist ferner, daß das erfindungsgemäße Mehrstufen-Überdruckventil keinerlei zusätzliche Steuerelemente und Steuerleitungen od. dgl. benötigt. Damit ist auch ein großes Maß an Be­ triebssicherheit gegeben, die Gefahr von Störungen oder Ausfällen ist selbst bei längerem Einsatz gebannt. Bei Integrierung des Mehrstufen-Überdruckventils in den Verschlußdeckel bildet dieses mit dem Verschlußdeckel eine einzige auf- und abschraubbare Einheit. Dabei sind die einzelnen Kanäle und Steuerflächen für die Mehrstufen­ funktion, z. B. Zweistufenfunktion, mit einfachen, billi­ gen und platzsparenden Mitteln verwirklicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Über­ druckventileinrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen 2-16.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Schnitt mit teilweiser Seitenansicht eines Ausgleichsbehälters für die Kühlflüssigkeit flüssigkeitsgekühlter Brenn­ kraftmaschinen mit aufgeschraubter Überdruck­ ventileinrichtung,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt eines Teiles der Überdruckventileinrichtung entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, der Führungshülse der Überdruckventileinrichtung, in größerem Maß­ stab,

Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht des Ventilkolbens der Überdruckventileinrichtung, in vergrößertem Maßstab.

Die in den Zeichnungen gezeigte Überdruckventileinrichtung ist für den Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine und dazu bestimmt, beim Betrieb der Brennkraftmaschine eine Druckbegrenzung auf einen vorge­ gebenen Betriebsdruck, z. B. in der Größenordnung von 0,6 bar, und bei abgestellter Brennkraftmaschine eine Druckbegrenzung auf einen demgegenüber erhöhten Überdruck, z. B. in der Größenordnung von 1,2 bar, zu bewirken.

Die Überdruckventileinrichtung ist durch ein Mehrstufen-Überdruck-­ ventil gebildet, das hier als Zweistufen-Überdruckventil 10 ausgebildet ist, das in einen etwa kappenartigen Verschlußdeckel 11 integriert ist, der an einem oberen Deckelteil 12 einen damit einstückigen Zylinderhals 13 aufweist, der mit seinem Innengewinde 14 auf das Außengewinde 15 eines Füllstutzens 16 aufgeschraubt ist. Der Füllstutzen 16 ist fest und dicht an einem Ausgleichsbehälter 17 befe­ stigt, und zwar dort, wo sich im Normalbetrieb über dem Ni­ veau 18 der Kühlflüssigkeit 19 ein bestimmtes Luftpolster 20 einstelIt. Der Ausgleichsbehälter 17 und auch der Füll­ stutzen 16 bestehen z. B. aus Kunststoff.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Füllstutzen 16 einstückiger Bestandteil des Ausgleichs­ behälters 17. Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Verschlußdeckel 11 mit Zweistufen- Überdruckventil 10 statt dessen auf den Füllstutzen eines Sammelkastens des Wasserkühlers einer Brennkraftmaschine aufgeschraubt.

Der Ausgleichsbehälter 17 ist in herkömmlicher Weise mit dem Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraft­ maschine verbunden. Das Zweistufen-Überdruckventil 10 ist in der Lage, in einer ersten Stufe bei Betriebsdruck und außerdem bei schnellerem Druckanstieg in einer nächstfolgenden zweiten Stufe bei demgegenüher erhöhten Druck, also Überdruck z. B. in der Größen­ ordnung über 1,2 bar, jeweils selbsttätig zur Umgebung hin oder zu einem Behältnis zu öffnen und damit eine Verbindung zwischen diesen und dem Ausgleichsbehälter 17 zum Druckabbau herzustellen.

Das Zweistufen-Überdruckventil 10 ist entweder, wie gezeigt, mit seinen noch zu beschreibenden Einzelelementen lose in den Füllstutzen 16 eingesetzt oder bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel am Verschlußdeckel 11 gehal­ ten und derart angebracht, daß es beim Auf- und Abschrauben des Verschlußdeckels 11 mit diesem eine Einheit bildet. Diese Ausbildung ist von Vorteil, da dann sich ein komplet­ tes Teil zum Auf- und Abschrauben ergibt. Die Verbindung der Elemente des Zweistufen-Überdruckventils 10 am Ver­ schlußdeckel 11 geschieht in herkömmlicher Weise z. B. mit­ tels einer Schnappverbindung oder in anderer formschlüssiger und/oder kraftschlüssiger Weise.

Das Zweistufen-Überdruckventil 10 weist eine zylindrische Führungshülse 21 innerhalb des Füllstutzens 16 auf. Innerhalb der Führungshülse 21 ist zumindest ein Ventilkolben 22 aufge­ nommen, der darin auf und ab verschiebbar geführt ist. Der Ventilkolben 22 ist als Hohlkolben ausgebildet. Er nimmt im Inneren eine Rückstellfeder 23 auf, die mit einem Ende am Kolbenboden und mit dem anderen Ende am Deckelteil 12 des Verschlußdeckels 11 abgestützt ist. Am in Fig. 1 und 3 unteren Ende trägt die Führungshülse 21, vorzugsweise einstückig damit, einen nach innen vorspringenden Ringbund 24, der einen Ventilsitz für den Ventilkolben 22 bildet. Der Ringbund 24 trägt einen Formdichtungsring 25, der im Querschnitt die Form eines nach außen offenen Lippenringes mit zwei Dichtlippen 26, 27 hat, welche den Ringbund 24 umgreifen. Die eine Dichtlippe 26 erstreckt sich über die Ventilsitzfläche des Ringbundes 24. Auch die Innenfläche des Ringbundes 24 ist vom Formdichtungsring 25 überdeckt. Die andere Dichtlippe 27 überdeckt die nach unten weisende Ringstirnfläche 28 des Ringbundes 24. Dort bildet die Dichtlippe 27 ein Unterdruckausgleichselement, das bei Unterdruck innerhalb des Ausgleichsbehälters 17 von der Ringstirnfläche 28 abheben kann und bei Überdruck im Aus­ gleichsbehälter gegen die Ringstirnfläche 28 angepreßt ist.

Der Ventilkolben 22 ist mittels der Rückstellfeder 23 an die Dichtlippe 26 angepreßt. Auf seiner Stirnfläche 29 ist der Ventilkolben 22 mit dem Druck im Kühlkreislauf und da­ mit im Inneren des Ausgleichsbehälters 17 beaufschlagbar.

Auf ihrer Innenseite weist die Führungshülse 21 mehrere, beim gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt sechs, in gleichen Umfangswinkelabständen voneinander angeordnete, Axialkanäle 30 auf, die an ihren beiden Axialenden bei 31 und 32 jeweils frei ausmünden. Dabei sind die Axialkanäle 30 der Führungshülse 21 zwischen beiden Enden 31, 32, und hier insbesondere etwa im Bereich der Mitte der Axiallänge der Führungshülse 21, mittels eines umlaufenden Ringsteges 33 verschlossen und über diesen in obere Axialkanäle 30 a und untere Axialkanäle 30 b unterteilt. Der Ringsteg 33 ist einstückig mit der Führungshülse 21. Auf der Länge, auf der sich die unteren Axialkanäle 30 b durch den Ringbund 24 nach unten bis zum frei ausmündenden Ende 32 fortsetzen, haben sie die Form von Bohrungen. Das frei ausmündende unte­ re Ende 32 ist von der Dichtlippe 27 verschlossen im Über­ druckbetrieb und wird bei Unterdruck und abhebender Dicht­ lippe 27 zum Unterdruckausgleich freigegeben.

Am in Fig. 1 oberen Ende weist die Führungshülse 21 einen damit einstückigen, radial nach außen auskragenden Bund 34 auf. Dieser bildet auf seiner in Fig. 1 unteren Seite eine Auflagefläche 35 zum Aufsetzen auf den freien Stirnrand 36 des Füllstutzens 16, unter Vermittlung einer dazwischen an­ zuordnenden Dichtung 37. Der Bund 34 weist je Axialkanal 30 und an jeweils gleicher Stelle einen Radialkanal 38 auf, wobei jeder Radialkanal 38 mit dem äußeren Ende 39 nach außen frei ausmündet und mit dem nach innen weisenden Ende 40 in das dort frei ausmündende Ende 31 des jeweils zugeord­ neten oberen Axialkanales 30 a mündet. Die Axialkanäle 30 und Radialkanäle 38 bestehen aus entsprechenden Nuten. Zwischen den einzelnen Axialkanälen 30 befinden sich rippenartige Stege 41 mit glatter innerer zylindrischer Führungsfläche 42, die mit derjenigen des Ringsteges 33 fluchtet.

Der Ventilkolben 22 weist auf seiner äußeren Umfangsfläche, in der Kolbenwandung, ebenfalls Axialkanäle 52 auf, die mit den Axialkanälen 30 a, 30 b der Führungshülse 21 kommunizieren. Auch diese Axialkanäle 52 bestehen aus in die Kolbenwandung eingebrachten Axialnuten. Auf dem Umfangsbereich, der der Stirnfläche 29 benachbart ist, weist der Ventilkolben 22 einen zylindrischen Steuerabsatz 53 auf, über den die Axialkanäle 52 an diesem in Fig. 1 und 4 unteren Ende ver­ schlossen sind. Am anderen, der Stirnfläche 29 gegenüber­ liegenden Ende des Ventilkolbens 22 münden die Axialkanäle 52 mit ihren dortigen Enden 54 frei nach oben aus. Die Axialkanäle 52 folgen in Umfangsrichtung mit derart klei­ nen Umfangswinkelabständen aufeinander, daß in jeder Rela­ tivdrehlage zwischen Ventilkolben 22 und Führungshülse 21 zumindest jeweils ein Axialkanal 52 des Ventilkolbens 22 in Umfangsüberdeckung mit einem zugeordneten oberen Axial­ kanal 30 a und unteren Axialkanal 30 b der Führungshülse 21 steht (Fig. 2). Wie man sieht, sind die Axialkanäle 52 des Ventilkolbens 22 in Umfangsrichtung so angeordnet, daß der Ventilkolben 22 außen etwa das Querschnittsprofil einer Vielkeilwelle oder Sternprofil aufweist. Der Ventilkolben 22 und die Führungshülse 21 können außerdem, wie nicht weiter gezeigt ist, in Umfangsrichtung über mindestens einen radialen Vorsprung am einen Teil, der in einen Axial­ kanal oder eine extra Ausnehmung am anderen Teil radial eingreift, in einer festen Relativdrehlage in bezug zu­ einander fixiert sein.

Der Verschlußdeckel 11 trägt auf der Innenseite seines Deckelteiles 12 einen oder mehrere axiale Vorsprünge, die auf den Bund 34 der Führungshülse 21 von oben her drücken. Hier reichen einzelne Stege oder Stifte aus. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel trägt der Deckelteil 12 als Vorsprung einen ringförmigen Steg 43.

Auf der Innenseite des Zylinderhalses 13 sind mehrere, z. B. vier, in gleichen Umfangswinkelabständen voneinander pla­ zierte Kanäle 44 in Form von Nuten angeordnet, die am freien unteren Rand des Zylinderhalses 13 mit ihrem dor­ tigen Ende 45 frei nach außen ausmünden. Im oberen Bereich stehen die Kanäle 44 in der Nähe des oberen Deckelteiles 12 und des Steges 43 über eine umlaufende, innere Ringnut 46 innerhalb des Zylinderhalses 13 miteinander in Verbindung. Die Ringnut 46 verläuft im Axialbereich des Bundes 34 der Führungshülse 21 und kommuniziert mit den Radialkanälen 38, die mit ihren Enden 39 in die Ringnut 46 münden.

Im dargestellten Zustand in Fig. 1 hat der Ausgleichsbehäl­ ter 17 über dem Niveau 18 ein bestimmtes Luftpolster 20. Dieser Flüssigkeitsstand kann einer abgestellten Brenn­ kraftmaschine in kaltem Zustand entsprechen. Nach Inbe­ triebnahme der Brennkraftmaschine steigt der Druck im Aus­ gleichsbehälter 17 infolge Erwärmung der Kühlflüssigkeit 19 allmählich an. Wenn dieser Betriebsdruck einen bestimmten Überdruck, beispielsweise 0,6 bar, erreicht hat, überwindet die auf den Ventilkolben 22 wirkende Kraft diejenige der Rückstell­ feder 23. Der Ventilkolben 22 wird in Fig. 1 nach oben hin angehoben, wobei der Ringrand der Stirnfläche 29 von der Dichtlippe 26 und damit vom Ventilsitz abhebt. Der so da­ zwischen gebildete Zwischenraum ermöglicht eine Verbindung des Inneren des Ausgleichsbehälters 17 mit den unteren Axialkanälen 30 b. Diese kommunizieren jeweils mit zumindest einem zugeordneten Axialkanal 52 des Ventilkolbens 22, die ferner oberhalb des Ringsteges 33 auch mit den zugeordneten oberen Axialkanälen 30 a kommunizieren. Da die­ se über die Radialkanäle 38, die Ringnut 46 und die Ka­ näle 44 mit offenem Ende 45 mit der Atmosphäre in Verbin­ dung stehen, ist damit das Innere des Ausgleichsbehälters 17 über die genannten einzelnen Nuten und Kanäle mit der Atmosphäre verbunden. Ein weiterer Druckanstieg im Betrieb wird daher vermieden. Auch wenn jetzt der Druck allmählich noch weiter steigen würde, bliebe diese Stellung des Ventilkolbens 22 und diese Druckbegrenzung erhalten infolge des möglichen Druckabbaus.

Nach Abstellen der normal belasteten Brennkraftmaschine kühlt die Kühlflüssigkeit 19 ab mit einhergehender Redu­ zierung des Druckes. Über die Rückstellfeder 23 wird dabei der Ventilkolben 22 wieder in die gezeigte Ausgangsstel­ lung zurückgestellt. Der sich im Kühlsystem einstellende Unterdruck wird dadurch ausgeglichen, daß die Dichtlippe 27 von der Ringstirnfläche 28 in Fig. 1 nach unten hin ab­ hebt, unter Freigabe des ausmündenden Endes 32 der unteren Axialkanäle 30 b. Dadurch wird das Innere des Ausgleichs­ behälters 17 wiederum mit Atmosphäre verbunden, so daß der Unterdruckausgleich erfolgen kann.

Bei bestimmten Betriebszuständen, vor allem bei Betrieb von Brennkraftmaschinen in relativ warmer Umgebung, beispiels­ weise tropischen Ländern, kommt es vor, daß sich nach Ab­ stellen einer verhältnismäßig hochtemperierten, heißgefah­ renen Brennkraftmaschine infolge eines Hitzestaus Dampf­ blasen in der Brennkraftmaschine bilden. Diese bewirken einen sehr schnellen Druckanstieg im Kühlsystem und norma­ lerweise einen Auswurf von Kühlflüssigkeit 19 aus dem Aus­ gleichsbehälter 17 mit einhergehenden Verlusten an Kühlflüs­ sigkeit 19.

Dies nun ist durch das Zweistufen-Überdruckventil 10 in einem einzigen Ventilelement vermieden. Bei einem solchen raschen Druckanstieg wird der Ventilkolben 22 gegen die Kraft der Rückstellfeder 23 zunächst so weit in Fig. 1 nach oben gedrückt, bis sich der Steuerabsatz 53 mit der zylindrischen äußeren Steuerfläche zumindest etwa auf Höhe des Ringsteges 33 der Führungshülse 21 befindet. In dieser Stellung ist ein gedrosselter Durchgang vorhanden. Wenn sich der Steuerabsatz 53 und der Ringsteg 33 auf glei­ cher Höhe gegenüberstehen, ist die Drosselwirkung am größten.

Bei weiterem schnellen Druckanstieg, z. B. bis über einen Wert von 1,2 bar, wird der Ventilkolben 22 noch weiter in Fig. 1 nach oben verschoben, wobei dessen Steuerabsatz 53 über den Ringsteg 33 in Fig. 1 nach oben hinauswandert und außer Überdeckung mit diesem gelangt. Dann ist das Innere des Ausgleichsbehälters direkt über die oberen Axialkanäle 30 a, Radialkanäle 38, die Ringnut 46 und die Kanäle 44 mit der Atmosphäre verbunden. Hierbei sind die Axialkanäle 52 des Ventilkolbens 22 praktisch völlig außer Funktion. Diese zweite Druckstufe ist so ge­ wählt, daß Schäden im Kühlsystem der Brennkraftmaschine vermieden werden.

Das Zweistufen-Überdruckventil 10 ist einfach und kosten­ günstig, dabei im hohen Maße funktionssicher. Es vereinigt in einem einzigen Bauteil einerseits ein Überdruckventil für die Begrenzung auf den normalen Betriebsdruck, z. B. in der Größenordnung von 0,6 bar, und zum anderen ein Über­ druckventil für die Begrenzung auf Höchstdruck, z. B. über 1,2 bar, um einerseits Schäden im Kühlsystem zu verhindern und andererseits Verluste an Kühlflüssigkeit durch etwaigen Auswurf dieser zu verhindern oder soweit wie möglich zu reduzieren.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Mehrstufen-Überdruckventil nicht nur zwei Arbeits­ stufen bei zugeordneten Drücken, sondern demgemäß mehrere. Das Überdruckventil nimmt dann also nacheinander selbsttätig eine erste, zweite, dritte und nächstfolgende Stufe je nach den sich entwickelnden Druckverhältnissen und der je­ weiligen Druckanstiegsgeschwindigkeit ein. Der besondere Vorteil des Mehrstufen-Überdruckventils liegt auch darin, daß dieses selbsttätig in Abhängigkeit von der Druckan­ stiegsgeschwindigkeit von der einen in die nächste Stufe übergeht. Steigt beim dargestellten Zweistufen-Überdruck­ ventil 10 der Druck allmählich an, so geht das Überdruck­ ventil 10 in die erste Stufe über mit Druckbegrenzung auf diesen ersten Druckwert. Erfolgt eine Druckerhöhung, und diese mit ausreichender Geschwindigkeit, so geht dann das Überdruckventil 10 in die dieser Druckanstiegsge­ schwindigkeit zugeordnete nächste Stufe über mit Be­ grenzung auf diesen nächsten Druckwert. Die einzelnen Ventilstufen werden also in Abhängigkeit bestimmter Druckanstiegsgeschwindigkeiten selbsttätig eingestellt.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind innerhalb der Führungshülse mehrere Ventilkolben angeordnet, die z. B. teleskopartig ineinandergesetzt sein können. Die Anzahl der einzelnen Ventilkolben ent­ spricht dann z. B. derjenigen der möglichen Arbeits­ stufen des Ventils. Ist das Überdruckventil als Zwei­ stufen-Überdruckventil ausgebildet, so enthält der Ventil­ kolben im Inneren einen zweiten Kolben, also einen Innen­ kolben, zwischen dem und dem Ventilkolben Axialkanäle gebildet sind. Die Axialkanäle sind mittels eines Ringab­ satzes am Innenkolben, der auf einem Ventilsitz des äußeren Ventilkolbens aufsitzt und mittels der Rückstell­ feder daran angepreßt ist, steuerbar und zur Umgebung bzw. zum Behältnis freigebbar. Der Innenkolben kann hier als Hohlkolben ausgebildet sein, dessen Kolbenboden denjenigen des äußeren Ventilkolbens bildet und als Widerlager für die Rückstellfeder dient. Dann befindet sich der Ringabsatz des Innenkolbens in axialem Abstand vom Kolbenboden. Der äußere Ventilkolben kann als Axial­ kanäle im Kolbenmantel axial durchgängige Bohrungen ent­ halten. Das zur Umgebung hin mündende Ende dieser Bohrungen wird durch einen in Axialabstand davon ange­ ordneten, mit Dichtung versehenen Ringbund der Führungs­ hülse dann dicht verschlossen, wenn bei entsprechend hoher Druckan­ stiegsgeschwindigkeit zunächst beide Kolben zusammen verschoben werden, ist jedoch im Normalbetrieb unter sich allmählich aufbauendem Betriebs­ druck offen, wobei beide Kolben als eine Einheit gegen die Wirkung der Rückstellfeder in der Führungshülse axial in eine stabile Stellung ver­ schoben werden. Erst bei demgegenüber schnellerem Anstieg des Druckes auf einen höheren Wert wird der äußere Ventilkolben zusammen mit dem inneren Kolben axial soweit ver­ schoben, daß die äußeren Ausmündungsenden der Bohrungen verschlossen werden und daß dann relativ zum fest­ stehenden äußeren Ventilkolben der Innenkolben gegen die Wirkung der Rückstellfeder unter Freigabe der dadurch gesteuerten, innenliegenden Axialkanäle weiter verschoben wird.

Claims (16)

1. Überdruckventileinrichtung für den Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine zur Druckbe­ grenzung beim Betrieb der Brennkraftmaschine sowie zur Begrenzung eines demgegenüber erhöhten Druckes, insbe­ sondere bei abgestellter Brennkraftmaschine, mit einem in mindestens zwei unterschiedlich hohen Druckstufen ar­ beitenden Mehrstufen-Überdruckventil (10), das in einer Stufe bei Betriebsdruck und in einer nächstfolgenden Stufe bei demgegenüber erhöhtem Druck jeweils selbsttätig zur Umgebung hin oder zu einem Behältnis öffnet und in einen auf einen Füllstutzen (16) eines Ausgleichsbehälters (17) oder eines Sammelkastens eines Kühlers des Kühlkreislaufs aufschraubbaren Verschlußdeckel (11) integriert ist, da­ durch gekennzeichnet, daß das Mehrstufen- Überdruckventil (10) eine Führungshülse (21) und innerhalb der Führungshülse (21) mindestens einen darin geführten Ventilkolben (22) aufweist, der mittels einer Rückstellfeder (23) gegen einen nach innen vorspringenden Ringbund (24) der Führungshülse (21) gepreßt ist und auf seiner Stirnfläche (29) mit dem Druck im Kühlkreislauf beaufschlagbar ist, daß die Führungshülse (21) auf ihrer dem Ventilkolben (22) zugewandten Innenseite und der Ventilkolben (22) auf seiner Außenseite jeweils miteinander kommunizierende Axialkanäle (30, 30 a, 30 b bzw. 52) aufweisen, deren Einlaß vom Ventilkolben (22) auf dem Ringbund (24) gesteuert ist und deren Auslaß freie Verbindung zur Umgebung bzw. zum Behältnis hat, wobei die Axialkanäle (30, 30 a, 30 b) der Führungshülse (21) an beiden axialen Enden (31, 32) frei ausmünden und im Bereich zwischen beiden Enden (31, 32) mittels eines umlaufenden Ringsteges (33) verschlossen und in obere Axialkanäle (30 a) und untere Axialkanäle (30 b) unterteilt sind, und daß der Ventilkolben (22) auf dem seiner Stirnseite (29) benachbarten Umfangsbe­ reich einen zylindrischen Steuerabsatz (53) aufweist, über den die Axialkanäle (52) des Ventilkolbens (22) an diesem Ende verschlossen sind, die am anderen, der Stirnfläche (29) gegenüberliegenden Ende frei axial aus­ mündende Enden (54) aufweisen.

2. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Axial­ kanäle (30, 30 a, 30 b) der Führungshülse (21) und/oder diejenigen (52) des Ventilkolbens (22) jeweils als Bohrungen oder als Axialnuten innerhalb der Wandung der Führungshülse (21) bzw. des Ventilkolbens (22) ausgebildet sind.

3. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringsteg (33) etwa im Bereich der Mitte der Axial­ länge der Führungshülse (21) angeordnet ist.

4. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (21) am oberen Ende, das dem den Ventilsitz tragenden Ende gegenüberliegt, einen radial nach außen auskragenden Bund (34) aufweist, der eine Auflagefläche (35) zum Aufsetzen auf den freien Stirnrand (36) des Füllstutzens (16), unter Vermittlung einer dazwischen anzuordnenden Dichtung (37), trägt.

5. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bund (34) der Führungshülse (21) je Axialkanal (30) an je­ weils gleicher Stelle einen Radialkanal (38), insbe­ sondere eine Radialnut, aufweist, die mit ihrem äußeren Ende (39) frei nach außen ausmündet und am nach innen weisenden Ende (40) in das frei ausmündende Ende (31) des jeweils zugeordneten Axialkanales (30 a) mündet.

6. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (22) und die Führungshülse (21) in Umfangsrichtung formschlüssig derart miteinander gekuppelt sind, daß in einer Relativdrehlage zwischen Ventilkolben (22) und Führungshülse (21) zumindest jeweils ein Axialkanal (52) des Ventilkolbens (22) in Umfangsüberdeckung mit einem zugeordneten oberen und/oder unteren Axialkanal (30 a und 30 b) der Führungs­ hülse (21) steht.

7. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ventil­ kolben (22) und/oder die Führungshülse (21) zumindest einen radialen Vorsprung aufweist, der zur Fixierung der Relativdrehlage zwischen beiden in eine Axialnut am jeweils anderen Teil eingreift.

8. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialkanäle (52) des Ventilkolbens (22) in Umfangsrichtung mit derart kleinen Umfangswinkel­ abständen aufeinanderfolgen, daß in jeder Relativ­ drehlage zwischen Ventilkolben (22) und Führungs­ hülse (21) zumindest jeweils ein Axialkanal (52) des Ventilkolbens (22) in Umfangsüberdeckung mit einem zugeordneten oberen und/oder unteren Axialkanal (30 a und 30 b) der Führungshülse (21) steht.

9. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialkanäle (52) des Ventilkolbens (22) in Um­ fangsrichtung derart angeordnet sind, daß der Ventilkol­ ben (22) außen etwa das Querschnittsprofil einer Viel­ keilwelle oder Sternprofil aufweist.

10. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der den Ventilsitz bildende Ringbund (24) mit der Führungs­ hülse (21) einstückig ist.

11. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring­ bund (24) einen Formdichtungsring (25) trägt, der sich mit einer Dichtlippe (26) über die Ventilsitzfläche, ferner über die Innenfläche des Ringbundes (24) und mit einer zweiten Dichtlippe (27) über die dem Bund (34) abgewandte Ringstirnfläche (28) unter Überdeckung der axial ausmündenden Enden (32) der unteren Axialkanäle (30 b) der Führungshülse (21) nach außen erstreckt und der mit dieser Dichtlippe (27) ein Unterdruckausgleichs­ element bildet.

12. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Ventilkolben (22) als Hohl­ kolben ausgebildet ist und im Inneren die Rückstell­ feder (23) aufweist, die mit einem Ende an einem Kolbenteil, z. B. am Kolbenboden, und mit ihrem anderen Ende am Verschlußdeckel (11) abgestützt ist.

13. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben im Inneren mindestens einen weiteren Innenkolben enthält, zwischen dem und dem Ventilkolben Axialkanäle gebildet sind, die mittels eines Ringabsatzes am Innenkolben, der auf einem Ventilsitz des Ventilkolbens aufsitzt, steuerbar und zur Umgebung bzw. zum Behältnis freigebbar sind.

14. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der kappenartige Verschlußdeckel (11) auf der Innen­ seite seines Zylinderhalses (13) vorzugsweise mehrere, in vorzugsweise gleichen Umfangswinkelabständen von­ einander angeordnete axiale Kanäle (44) aufweist, die am freien Rand des Zylinderhalses (13) frei nach außen ausmündende Enden (45) haben und in Abstand davon, in der Nähe des oberen Deckelteiles (12), über eine um­ laufende innere Ringnut (46) miteinander in Verbindung stehen, die im Axialbereich des Bundes (34) der Füh­ rungshülse (21) verläuft und mit dessen Radialkanälen (38) kommuniziert.

15. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußdeckel (11) am Deckelteil (12) einen oder mehrere axiale Vorsprünge trägt, die auf den Bund (34) der Führungshülse (21) drücken.

16. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 15, da­ durch gekennzeichnet, daß der Deckel­ teil (12) als Vorsprung einen ringförmigen Steg (43) trägt.