DE4121086C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überdruckventileinrichtung für den Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraft­ maschine der ansonsten im Oberbegriff des Anspruchs 1 defi­ nierten 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 infolge eines Wärmestaus innerhalb der Brennkraftmaschine noch auftreten kann.

Bei einer bekannten Überdruckventileinrichtung (DE-OS 34 22 705) vereinigt das Überdruckventil in einem einzigen, direkt auf den Füllstutzen des Ausgleichsbehälters aufschraubbaren Element einerseits ein Überdruckventil zur Begrenzung des Betriebsdruckes und andererseits ein Überdruckventil zur Begrenzung des Höchstdruckes, um Schäden im Kühlsystem und Kühlflüssigkeitsverlust zu verhindern, in einem einzigen Ventil mit einem einzigen Ventilkolben, der eine Öffnungs­ stufe, eine sich daran anschließende Drosselstufe und eine sich daran anschließende weitere Öffnungsstufe bei Axialbe­ aufschlagung durch Axialverschiebung durchlaufen kann. Eine solche bekannte Überdruckventileinrichtung hat sich bewährt. Sie ist außerordentlich einfach, kostengünstig und besteht nur aus wenigen kostengünstigen Bauteilen. In der DE-OS 34 22 705 ist auch eine Alternativlösung angesprochen, wo­ nach der Ventilkolben im Inneren einen Innenkolben enthält, zwischen dem und dem Ventilkolben Axialkanäle gebildet sind, die einen Durchlaß ermöglichen, der mittels eines Ringabsatzes am Innenkolben, der auf einem Ventilsitz des äußeren Ventil­ kolbens aufsitzt und mittels der Rückstellfeder daran ange­ preßt ist, steuerbar und zur Umgebung bzw. zum Behälter hin freigebbar ist. Dabei kann der Innenkolben als Hohl­ kolben ausgebildet sein, dessen Kolbenboden denjenigen des äußeren Ventilkolbens bildet und als Widerlager für die Rückstellfeder dient, die sich mit einem Ende an diesem Innenkolben und mit ihrem anderen Ende am Verschlußdeckel abstützt, wobei also für den Ventilkolben und den darin befindlichen Innenkolben eine einzige Rückstellfeder vorge­ sehen ist. Die bekannte Gestaltung ist einer Veränderung der Charakteristik des Innenkolbens, z. B. einer Veränderung des Öffnungspunktes, des Durchsatzes im geöffneten Zustand od. dgl., ohne zugleich mit einhergehende Veränderung der Charakteristik des das Überdruckventil bildenden Ventil­ kolbens nur schlecht zugänglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überdruckven­ tileinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art dahingehend zu verbessern, daß diese hinsichtlich des den Betriebsdruck steuernden Innenkolbens schnell und einfach einer Veränderung der Charakteristik und Anpassung an je­ weils gewünschte Werte zugänglich ist, ohne daß dabei die Charakteristik des vom Ventilkolben gebildeten Überdruck­ ventils verändert wird, wobei zugleich eine deutliche Tren­ nung zwischen der ersten und zweiten Druckstufe ventilsei­ tig erreichbar sein soll.

Die Aufgabe ist bei einer Überdruckventileinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfin­ dungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß der den Betriebsdruck steuernde Innenkolben über eine eigene Rückstellfeder am Ventilkolben abgestützt ist, kann die Charakteristik dieses den Betriebsdruck steuernden Überdruckventils relativ schnell und einfach den jeweiligen Einzelwünschen des Benutzers angepaßt und verändert werden. So kann z. B. die Federcha­ rakteristik der Rückstellfeder des Innenkolbens verändert werden und dadurch der Öffnungspunkt und der Schließpunkt des Innenkolbens verändert und jeweils an bestehende Bedürf­ nisse angepaßt werden. Auch läßt sich in der Öffnungsstel­ lung des Innenkolbens der den Durchlaß zwischen diesem und dem Ventilkolben passierende Durchsatz relativ einfach und problemlos verändern und an bestehende Wünsche anpassen. Dadurch, daß der Innenkolben bei Überschreiten eines über dem Betriebsdruck liegenden Druckes gegen die Wirkung seiner Rückstellfeder relativ zum Ventilkolben in eine den Durchlaß wieder verschließende Schließstellung bewegt wird, ist mit einfachen Mitteln ein dichter Abschluß in dieser Schließstellung erreichbar und damit eine Druckerhöhung im Kühlsystem auf die zweite Druckstufe möglich und dadurch ein Kühlmittelauswurf verhindert.

Weitere vorteilhafte Erfindungsmerkmale und Ausgestaltungen dazu ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 29.

Es ist eine Überdruckventileinrichtung bekannt (DE-OS 32 11 449), die in zwei unterschiedlich hohen Druckstufen, und zwar in einer Stufe bei Betriebsdruck und in einer anderen Stufe bei demgegenüber erhöhtem Druck, jeweils selbsttätig zur Umgebung hin öffnet und zwei ineinandergeschachtelte Ventile aufweist, und zwar ein für normalen Betriebsdruck zuständi­ ges Ventil und ferner ein für den Überdruck zuständiges Sicherheitsventil. Das den Betriebsdruck steuernde Ventil weist einen im Sicherheitsventil gegen eine eigene Rück­ stellfeder geführten Innenkolben auf, der normalerweise in Schließstellung gedrückt ist und keinen Durchlaß frei­ gibt. Bei Überschreiten einer ersten Druckstufe wird der Innenkolben in Öffnungsrichtung verschoben und geöffnet. Bei Überschreiten des Druckes, der dieses Öffnen bewirkt, bleibt aber der Innenkolben in der geöffneten Stellung, so daß bei plötzlichem Druckanstieg die Gefahr des Aus­ wurfs von Kühlflüssigkeit besteht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt einer Überdruckventileinrichtung und eines Teiles eines Ausgleichsbehälters für die Kühlflüssigkeit flüssigkeits­ gekühlter Brennkraftmaschinen, auf den die Überdruckventileinrichtung aufgeschraubt ist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und dabei im Normalbetrieb und geschlossen,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt eines Teils der Überdruckventileinrichtung in Fig. 1 in einer ersten Druckstufe bei in Öffnungsstellung befindlichem Innenkolben,

Fig. 3 einen schematischen Schnitt eines Teils der Überdruckventileinrichtung in Fig. 1 in einer Schließstellung des Innenkolbens bei über dessen Öffnungsdruck liegendem Druck,

Fig. 4 einen schematischen Schnitt eines Teils der Überdruckventileinrichtung in Fig. 1 in einer zweiten Druckstufe bei nach wie vor geschlossenem Innen­ kolben und zusammen mit diesem ge­ öffnetem Ventilkolben,

Fig. 5 einen schematischen Schnitt eines Teils der Überdruckventileinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und dabei in der Fig. 1 entsprechenden Schließstellung.

Die in den Zeichnungen gezeigte Überdruckventileinrichtung ist für den Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine und dazu bestimmt, beim Betrieb der Brennkraftmaschine eine Druckbegrenzung auf einen Betriebs­ druck, z. B. in der Größenordnung von 0,6 bar, und bei abgestellter Brennkraftmaschine eine Druckbegrenzung auf einen demgegenüber erhöhten Überdruck, z. B. in der Größen­ ordnung von 1,2 bar, zu bewirken, wobei die Überdruckven­ tileinrichtung ab einem dazwischenliegenden Druckbereich, z. B. in der Größenordnung ab 0,8 bar, bis zum Erreichen der zweiten Druckstufe, z. B. 1,2 bar, geschlossen bleiben soll.

Die Überdruckventileinrichtung ist durch ein Mehrstufen- Überdruckventil gebildet, das in wesentlichen Elementen demjenigen gemäß DE-OS 34 22 705 entspricht. Die Überdruckventileinrichtung ist als Zweistufen-Über­ druckventil 10 ausgebildet, das in einen etwa kappen­ artigen Verschlußdeckel 11 integriert ist, der an einem oberen Deckelteil 12 einen damit einstückigen Zylinderhals 13 aufweist, der mit einem Innengewinde 14 auf das Außen­ gewinde 15 eines Füllstutzens 16 aufgeschraubt ist. Der Füllstutzen 16 ist fest und dicht an einem Ausgleichs­ behälter 17 befestigt, und zwar dort, wo sich im Normal­ betrieb über dem Niveau 18 der Kühlflüssigkeit 19 ein bestimmtes Luftpolster 20 einstellt. Der Ausgleichsbehälter 17 und auch der Füllstutzen 16 bestehen z. B. aus Kunst­ stoff.

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 Druckstufe bei Betriebsdruck, z. B. bei Überschreiten eines Druckes von etwa 0,6 bar, und außerdem bei schnellerem Druckanstieg in einer nächstfol­ genden zweiten Druckstufe bei demgegenüber erhöhtem Druck, also Überdruck, z. B. in der Größenordnung über 1,2 bar, jeweils selbsttätig zur Umgebung hin oder zu einem Behält­ nis zu öffnen und damit eine Verbindung zwischen diesen und dem Ausgleichsbehälter 17 zum Druckabbau herzustellen. In einem Zwischenbereich zwischen der ersten Druckstufe und der zweiten Druckstufe hingegen, z. B. bei Erreichen eines Druckes von etwa 0,8 bar, ist das Zweistufen-Über­ druckventil 10 hingegen geschlossen, so daß in diesem Bereich das Innere des Ausgleichsbehälters 17 zur Umgebung hin oder zu einem Behältnis dicht verschlossen ist. Durch diese Dichtheit in dieser Zwischenstufe ist gewährleistet, daß im genannten Fall eine Druckerhöhung bis zur zweiten Druckstufe z. B. in der Größenordnung über 1,2 bar erfolgen kann und somit ein etwaiger Auswurf und damit Verlust der Kühlflüssigkeit aus dem Kühlkreislauf verhindert ist. Die Öffnungspunkte in der ersten Druckstufe und in der zweiten Druckstufe sind ziemlich exakt festlegbar und festgelegt ebenso wie der Schließpunkt nach Überschreiten der ersten Druckstufe und Erreichen einer zwischen dieser und der zweiten Druckstufe liegenden Schließstufe.

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 Aufschrauben und Abschrauben ergibt. Die Ver­ bindung der Elemente des Zweistufen-Überdruckventils 10 am Verschlußdeckel 11 geschieht in herkömmlicher Weise z. B. mittels einer Schnappverbindung oder in anderer form­ schlüssiger und/oder kraftschlüssiger Weise.

Das Zweistufen-Überdruckventil 10 weist eine zylindrische Führungshülse 21 innerhalb des Füllstutzens 16 auf. Inner­ halb der Führungshülse 21 ist zumindest ein Ventilkolben 22 aufgenommen, der darin auf und ab verschiebbar geführt ist. Auf den Ventilkolben 22 wirkt eine Rückstellfeder 23 in Form einer zylindrischen Schraubenfeder, die mit einem Ende am Ventilkolben 22 und mit ihrem anderen Ende am Deckelteil 12 des Verschlußdeckels 11 abgestützt ist. Am unteren Ende trägt die Führungshülse 21, vorzugsweise ein­ stückig damit, einen radial nach innen vorspringenden Ring­ bund 24, der einen Ventilsitz 64 für den Ventilkolben 22 bildet. Der Ringbund 24 trägt einen Formdichtungsring 25, der im oberen Bereich im Querschnitt die Form eines nach außen offenen Lippenringes mit zwei Dichtlippen 26 und 27 hat, welche den Ringbund 24 umgreifen. Die eine Dicht­ lippe 26 erstreckt sich über den Ventilsitz 64 des Ring­ bundes 24 hinweg und bildet damit eine Dichtung in diesem Bereich. Die andere Dichtlippe 27 überdeckt die nach unten weisende Ringstirnfläche 28 des Ringbundes 24 und bildet dort ein Unterdruckausgleichselement, das bei Unterdruck innerhalb des Ausgleichsbehälters 17 von der Ringstirn­ fläche 28 nach unten abheben und Öffnungen 32 im Ringbund 24 freigeben kann und bei Überdruck im Ausgleichsbehälter 17 gegen die Ringstirnfläche 28 angepreßt ist. Der Ventil­ kolben 22 ist mittels der Rückstellfeder 23 an die Dicht­ lippe 26 angepreßt. Er ist stirnseitig im Bereich der Ringfläche 29 mit dem Druck der Kühlflüssigkeit im Kühl­ kreislauf und damit im Inneren des Ausgleichsbehälters 17 beaufschlagbar.

Auf seiner Außenseite weist der Ventilkolben 22 mehrere, z. B. sechs, in gleichen Umfangswinkelabständen voneinander ange­ ordnete Axialkanäle 30 auf, die beidendig frei ausmünden. Es versteht sich, daß statt dessen derartige Axialkanäle auch auf der zugewandten Innenseite der Führungshülse 21 allein oder zusätzlich dazu vorgesehen sein können.

Die Führungshülse 21 weist am in Fig. 1 oberen Ende einen damit einstückigen, radial nach außen auskragenden Bund 34 auf. Dieser bildet auf seiner Unterseite eine Auflagefläche 35 zum Aufsetzen auf den freien Rand 36 des Füllstutzens 16, unter Vermittlung einer dazwischen anzuordnenden Dichtung 37. Der Bund 34 enthält auf seiner Oberseite mehrere Radial­ kanäle 38, die radial innen und außen frei ausmünden und z. B. aus Nuten od. dgl. Vertiefungen bestehen.

Der Verschlußdeckel 11 trägt auf der Innenseite seines Deckelteils 12 einen oder mehrere axiale Vorsprünge, die auf den Bund 34 der Führungshülse 21 von oben her drücken, wobei als Vorsprung hier z. B. ein ringförmiger Steg 43, wie gezeigt, möglich ist oder statt dessen auch Stege, Stifte od. dgl. Auf der Innenseite des Zylinderhalses 13 sind mehrere, z. B. vier, in gleichen Umfangswinkelabständen voneinander plazierte Kanäle 44 in Form von Nuten angeord­ net, die am freien unteren Rand des Zylinderhalses 13 mit ihrem dortigen Ende 45 frei nach außen ausmünden. Im oberen Bereich stehen die Kanäle 44 in der Nähe des oberen Deckel­ teiles 12 und des Steges 43 über eine umlaufende innere Ringnut 46 innerhalb des Zylinderhalses 13 miteinander in Verbindung. Die Ringnut 46 verläuft im Axialbereich der Radialkanäle 38, die mit ihren Enden in die Ringnut 46 münden, wodurch also eine Verbindung zwischen den Radial­ kanälen 30 des Ventilkolbens 22, dem Inneren der Führungs­ hülse 21 und der äußeren Umgebung durch die Radialkanäle 38, die Ringnut 46 und die Kanäle 44 geschaffen ist.

Der Ventilkolben 22 ist innen hohl. Er enthält im Inneren mindestens einen weiteren Innenkolben 51, der der Druck­ begrenzung in der ersten Druckstufe dient. Der Innenkolben 51 sitzt mit einem stirnseitigen Ringteil 52 auf einem Ventilsitz 47 des Ventilkolbens 22 auf und bildet mit einem Bodenteil 53 einen Teil der mit dem Druck im Kühl­ kreislauf beaufschlagten Stirnfläche. Der Ventilkolben 22 weist einen vom Ringteil 52 des Innenkolbens 51 und zuge­ ordneten Ventilsitz 47 des Ventilkolbens 22 steuerbaren Durchlaß im Inneren auf, der mit seinem anderen Ende mit der Umgebung oder einem Behälter in Verbindung steht.

Der Innenkolben 51 ist mittels einer eigenen Rückstellfeder 54 in Form einer zylindrischen Schraubenfeder mit seinem Ringteil 52 gegen den Ventilsitz 47 des Ventilkolbens 22 in Schließstellung gedrückt und auf diese Weise in der ersten Druckstufe geschlossen gehalten, wie Fig. 1 zeigt.

Der Innenkolben 51 weist ferner eine zweite Ventilfläche 55 auf, die bei über den Öffnungsdruck der ersten Druck­ stufe ansteigendem Kühlflüssigkeitsdruck, z. B. bei Errei­ chen von etwa 0,8 bar, das eine Verschiebung des Innen­ kolbens 51 relativ zum Ventilkolben 22 gegen die Wirkung der Rückstellfeder 54 in Öffnungsrichtung zur Folge hat, gegen eine Sitzfläche 48 des Ventilkolbens 22 unter Ver­ schließen des Durchlasses preßbar ist.

Der Innenkolben 51 ist als Wechselventilkörper ausgebildet, der gegen die Wirkung der eigenen Rückstellfeder 54 relativ zum Ventilkolben 22 zwischen einer ersten Schließstellung, die Fig. 1 zeigt und bei einem Druck der Kühlflüssigkeit unterhalb der ersten Druckstufe eingenommen wird, zwischen einer Öffnungsstellung, die Fig. 2 zeigt und die bei Über­ schreiten der ersten Druckstufe, z. B. bei einem Druck von 0,6 bar, eingenommen wird, und einer zweiten Schließstellung bewegbar ist, die Fig. 3 und 4 zeigt, in der der Kühlflüssigkeitsdruck den die Öffnungs­ stellung beibehaltenden Druck, z. B. von 0,6 bar, überschreitet und der z. B. bei 0,6 bar und größer liegt. Der Innenkolben 51 ist somit bei Überschreiten eines ersten Druckes der Kühlflüssigkeit z. B. von 0,6 bar aus seiner Schließstellung gemäß Fig. 1 heraus in seine Öffnungsstellung bewegbar, in der er gehalten wird, wenn der Druck nicht über den Schließdruck des Innenkolbens 51 ansteigt, der z. B. bei 0,8 bar liegt. In dieser in Fig. 2 gezeigten Öffnungs­ stellung ist der im Inneren des Ventilkolbens 22 zwischen diesem und dem Innenkolben 51 gebildete und in das Innere der Führungshülse 21 ausmündende Durchlaß geöffnet, so daß darüber ein Druckabbau erfolgen kann.

Hat der Innenkolben 51 die zweite Schließstellung eingenom­ men, die Fig. 3 und 4 zeigt, wirkt die zweite Ventilfläche 55 mit der Sitzfläche 48 unter Verschluß dieses Endes des Durchlasses zwischen dem Ventilkolben 22 und dem Innenkolben 51 zusammen, so daß also nun das Überdruckventil 10 in der Stellung gemäß Fig. 3 dicht geschlossen ist. Auch in der Stellung gemäß Fig. 4 bleibt diese relative Schließstellung zwischen dem Innenkolben 51 und dem Ventilkolben 22 er­ halten, jedoch ist hier der Ventilkolben 22 gegen die Wirkung der Rückstellfeder 23 in seine Öffnungsstellung bewegt, in der dessen stirnseitige Ringfläche 29 vom zugeordneten Ventilsitz 64 des Ringbundes 24, hier insbe­ sondere von der Dichtlippe 26, abgehoben ist, so daß in diesem Bereich ein Durchgang zu den Axialkanälen 30 und damit in das Innere der Führungshülse 21 geschaffen ist und auf diese Weise ein Druckabbau erfolgen kann. In dieser Öffnungsstellung des Ventilkolbens 22 ist der Innen­ kolben 51 relativ dazu in Schließstellung.

Wie ersichtlich ist, ist die Rückstellfeder 54 des Innen­ kolbens 51 einerseits am Ventilkolben 22 und andererseits am Innenkolben 51 abgestützt. Sie kann einstellbar sein, wie verdeutlicht ist, z. B. mittels eines einstellbaren Widerlagerteils 56, das am Innenkolben 51 oder, wie gezeigt, am Ventilkolben 22 gehalten ist. Das Widerlagerteil 56 besteht z. B. aus einem Gewindeteil, das einstellbar in einer Gewindebohrung 49 des Ventilkolbens 22 gehalten und z. B. als nach unten offene Gewindehülse ausgebildet ist. Die Rückstellfeder 54 ist zweckmäßigerweise reibungsfrei oder zumindest reibungsarm axial abgestützt, z. B. über nicht gezeigte Gleitelemente, Rollkörper od. dgl. Dies hat den Vorteil, daß eine Einstellung der Rückstellfeder 54 durch Verdrehen des Widerlagerteiles 56 sehr feinfühlig und genau möglich ist, ohne daß eine Haftreibung zwischen den Abstützflächen und der Rückstellfeder 54 als etwaiger Fehler eingeht. Durch Verstellen des Widerlagerteiles 56 kann der Öffnungspunkt des Innenkolbens 51 schnell und ein­ fach eingestellt und an die jeweiligen Wünsche angepaßt werden. Gleichermaßen kann auch der Schließpunkt des Innen­ kolbens 51 schnell und einfach und feinfühlig je nach Bedarf eingestellt und festgelegt werden.

Ersichtlich ist die zweite Ventilfläche 55 des Innenkolbens 51 auf der in Öffnungsrichtung des Innenkolbens 51 weisen­ den Axialseite dieses angeordnet und als Axialfläche ausge­ bildet. Auch der dieser Ventilfläche 55 zugeordnete Ventil­ sitz 48 des Ventilkolbens 22 ist als Axialfläche ausgebil­ det. Die beiden zur Steuerung, insbesondere Abdichtung in der Schließstellung gemäß Fig. 3, zusammenwirkenden Flächen 55 und 48 gewährleisten somit als Axialflächen eine zuver­ lässige Dichtheit in dieser Schließstellung des Innenkolbens 51 und eine Druckerhöhung im Kühlsystem bis zur zweiten Druckstufe von z. B. 1,2 bar, wodurch Beschädigungen der Brennkraftmaschine und ein Kühlmittelauswurf verhindert sind.

Der Innenkolben 51 ist z. B. als Tellerventil gestaltet. Er weist eine Ventilplatte 57 auf, die auf ihren beiden Axial­ seiten axiale Ventilflächen 52 und 55 bildet, von denen jede mit einer axial gegenüberstehenden Fläche 47 bzw. 48 des Ventilkörpers 22, die einen zugeordneten Ventilsitz bildet, zusammenwirkt. Zwischen jeder axialen Ventilfläche 52, 55 des Innenkolbens 51 einerseits und zugeordneten axialen Fläche 47 bzw. 48 des Ventilkolbens 22 anderer­ seits kann, wie das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 4 zeigt, jeweils ein Dichtungsring 58 bzw. 59, z. B. ein O-Ring, angeordnet sein, der an oder in einer dieser Flächen angeordnet ist.

Beim in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel unter­ scheidet sich der Innenkolben 51′ vom ersten Ausführungs­ beispiel allein dadurch, daß die beim ersten Ausführungs­ beispiel gezeigten Dichtungsringe 58, 59 entfallen können, weil der Innenkolben 51′, insbesondere dessen Ventilplatte 57′, aus Dichtungsmaterial, beispielsweise aus Kunststoff, Gummi, Hartgummi od. dgl., besteht und deswegen mit seinen axialen Ventilflächen 52′, 55′ zugleich Dichtungsflächen bildet und daher Dichtungsringe entbehrlich sind. Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 dem ersten in Fig. 1 bis 4.

Der Innenkolben 51 ist innerhalb des Ventilkolbens 22 axial relativ verschieblich geführt. Hierzu ist der Ventil­ kolben 22 mit einem Zylinderhülsenabschnitt 50 versehen, in dem der Innenkolben 51 mit einem Führungsteil 60 axial relativ verschiebbar geführt ist. Der Führungsteil 60 kann aus axialen Vorsprüngen bestehen, z. B. aus zwei etwa diametral einander gegenüberliegenden Axialstegen. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Führungsteil 60 als Zylinderhülse ausgebildet, die in Öffnungsrichtung der Ventilplatte 57, d. h. in Fig. 1 bis 4 nach oben hin, von der Ventilplatte 57 abstrebt und die nahe der Ventilplatte 57 in der Wandung Durchlässe 61 enthält, die mit dem Inneren des Führungsteils 60, insbesondere der Zylinderhülse, in Ver­ bindung stehen. Dieses Innere ist zum Inneren des Ventilkol­ bens 22 hin geöffnet. Der Führungsteil 60, insbesondere die Zylinderhülse, bildet einen Teil des Durchlasses des Ven­ tilkolbens 22. Letzterer weist zumindest eine axiale Öff­ nung 39 auf, die mit dem Inneren des als Zylinderhülse aus­ gebildeten Führungsteils 60 des Innenkolbens 51 und mit dem Innenraum der Führungshülse 21 verbunden ist und zu letzterem hin ausmündet. Statt der axialen Öffnung 39 kann der Ventilkolben 22 natürlich auch mindestens eine radiale Öffnung aufweisen. Beim gezeigten Ausführungs­ beispiel ist die axiale Öffnung 39 des Ventilkolbens 22 durch einen axialen Durchlaß im Widerlagerteil 56 gebildet, der z. B. zugleich eine Werkzeugangriffsfläche zur Drehver­ stellung des Widerlagerteils 56 ist, z. B. als Innensechs­ kantfläche ausgebildet ist.

Die Federsteifigkeit der am Ventilkolben 22 angreifenden Rückstellfeder 23 ist größer bemessen als die Federsteifig­ keit der auf den Innenkolben 51 wirkenden Rückstellfeder 54. Dabei ist die z. B. ebenfalls einstellbare Rückstellfeder 23 so eingestellt, daß der Ventilkolben 22 dann in die in Fig. 4 gezeigte Öffnungsstellung verschoben wird, wenn der Druck der Kühlflüssigkeit die zweite Druckstufe übersteigt, z. B. größer 1,2 bar ist.

Wie ersichtlich ist, weist der Ventilkolben 22 einen etwa topfförmigen Gehäuseteil 40 auf, in dem der Innenkolben 51, insbesondere dessen Ventilplatte 57, unter Belassung eines radialen Ringraumes 62 dazwischen aufgenommen und verschieb­ bar ist. Der Querschnitt des Durchlasses, der zwischen dem Innenkolben 51 und dem Ventilkolben 22 gebildet ist und in der Öffnungsstellung des Innenkolbens 51 gemäß Fig. 2 den Druckabbau durch das Innere des Ventilkolbens 22 ermöglicht, kann zur Veränderung des Durchsatzes veränderbar sein, z. B. durch Verändern des Querschnittes des Ringraumes 62. Dadurch ist eine schnelle und ein­ fache Anpassung an jeweils gewünschte Öffnungspunkte und Schließpunkte des Innenkolbens 51 möglich. Die Querschnitts­ änderung des Ringraumes 62 kann z. B. durch Verändern des Durchmessers der Ventilplatte 57 oder des Innendurch­ messers des etwa topfförmigen Gehäuseteils 40 erfolgen.

An das etwa topfförmige Gehäuseteil 40 schließt sich ein Deckelteil 33 an, der damit einstückig oder daran fest und dicht angebracht sein kann und der den Zylinderhülsenabschnitt 50 zur Führung des Führungsteils 60 trägt und der außerdem auf der der Ventilplatte 57 zugewandten Stirnseite die axiale Sitzfläche 48 trägt, die der axialen zweiten Ventil­ fläche 55 zugeordnet ist. Der Boden 31 des topfförmigen Gehäuseteils 40 enthält eine von der Ventilplatte 57 steuer­ bare Öffnung 81. Der Querschnitt der Öffnung 81 kann zur Veränderung der Charakteristik des Überdruckventils 10 veränderbar sein, z. B. mittels anbringbarer Lochblenden od. dgl. Der Boden 31 des Ventilkolbens 22 ist auf der Axialseite, die der Ventilplatte 57 abgewandt ist, mit dem Druck der Kühlflüssigkeit beaufschlagbar, einschließlich des Flächenbereichs der Ventilplatte 57, der sich im Be­ reich der Öffnung 81 befindet. Der beschriebene Ventil­ kolben 22 und/oder der Innenkolben 51 können aus Kunststoff gebildet sein.

Im dargestellten Zustand in Fig. 1 hat der Ausgleichsbehäl­ ter 17 über dem Niveau 18 ein bestimmtes Luftpolster 20. Dieser Flüssigkeitsstand kann einer abgestellten Brennkraft­ maschine im kalten Zustand entsprechen. Nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine steigt der Druck im Ausgleichsbehäl­ ter 17 infolge Erwärmung der Kühlflüssigkeit 19 allmählich an. Wenn dieser Betriebsdruck einen bestimmten Überdruck, beispielsweise 0,6 bar, erreicht hat, überwindet die auf den Innenkolben 51 wirkende Kraft diejenige der Rückstell­ feder 54, so daß der Innenkolben 51 relativ zum nach wie vor geschlossenen Ventilkolben 22 in die in Fig. 2 gezeigte Öffnungsstellung durch Verschieben nach oben bewegt wird, wobei also die axiale Ventilfläche 52 der Ventilplatte 57 vom Ventilsitz 47 abhebt und dort eine Öffnung für den Druckabbau geschaffen ist. Der Druck der Kühlflüssigkeit kann sich somit durch die Öffnung 81, den Ringraum 62, durch die Durchlässe 61, durch die axiale Öffnung 39, durch das Innere der Führungshülse 21 und von diesem nach außen hin ausgleichen, da über diesen Weg eine Verbindung des Inneren des Ausgleichsbehälters 17 mit der Umgebung geschaffen ist. Aufgrund dieser Verbindung des Inneren des Ausgleichsbehälters 17 mit der Umgebung ist ein weiterer Druckanstieg im Betrieb vermieden. Würde der Druck demgegenüber weiter steigen und z. B. den die Öffnungs­ stellung des Innenkolbens 51 gewährleistenden, durch die Rückstellfeder 54 vorgegebenen Punkt überschreiten, z. B. auf 0,8 bar steigen, so hat dies eine Verschiebung des Innenkolbens 51 in die Schließstellung gemäß Fig. 3 zur Folge.

Bei bestimmten Betriebszuständen, z. B. bei Betrieb von Brennkraftmaschinen in relativ warmer Umgebung, beispiels­ weise in tropischen Ländern, kommt es vor, daß sich nach Abstellen einer verhältnismäßig hochtemperierten, heißge­ fahrenen Brennkraftmaschine infolge eines Hitzestaus Dampf­ blasen in der Brennkraftmaschine bilden. Diese bewirken einen sehr schnellen Druckanstieg im Kühlsystem und nor­ malerweise einen Auswurf von Kühlflüssigkeit 19 aus dem Ausgleichsbehälter 17 mit einhergehenden Verlusten an Kühlflüssigkeit 19.

Dies ist nun durch das Überdruckventil 10 vermieden. Bei einem solchen raschen Druckanstieg wird der Innenkolben 51 gegen die Kraft seiner Rückstellfeder 54 zunächst in die Öffnungsstellung gemäß Fig. 2 gedrückt, in der ein Durch­ gang ermöglicht ist und ein Druckabbau erfolgen kann. Ein weiterer Druckanstieg, z. B. bis 0,8 bar, hat eine Verschie­ bung des Innenkolbens 51 in die Schließstellung gemäß Fig. 3 zur Folge. Bei einem weiteren Druckanstieg über 0,8 bar hinaus bleibt der Innenkolben 51 und auch weiter­ hin der Ventilkolben 22 in Schließstellung. Bei einem weiteren schnellen Druckanstieg, z. B. bis über einen Wert von 1,2 bar, wird der Innenkolben 51 in die Schließstellung gemäß Fig. 3 verschoben und der Ventilkol­ ben 22 gegen die Wirkung der Rückstellfeder 23 in die Öffnungsstellung gemäß Fig. 4 nach oben verschoben. Dann ist das Innere des Ausgleichsbehälters direkt über die Axialkanäle 30, die Ringnut 46 und die Kanäle 44 mit der Atmosphäre verbunden. Diese zweite Druckstufe ist so ge­ wählt, daß Schäden im Kühlsystem der Brennkraftmaschine vermieden werden.

Das Überdruckventil 10 ist einfach, kompakt, hat geringe Abmessungen und besteht aus einfachen, kostengünstig her­ stellbaren Teilen, z. B. durch Drehen kostengünstig her­ stellbaren Rotationsteilen, für die im übrigen auch kosten­ günstig verfügbare Serienteile verwendet werden können. Von Vorteil ist ferner, daß durch Verändern der Charakteristik des Innenkolbens 51 die Öffnungs- und Schließpunkte des Innenkolbens 51 schnell und einfach den jeweiligen Wünschen entsprechend eingestellt werden können. Auch ist eine Ver­ änderung der Charakteristik, z. B. des Durchsatzes in der Öffnungsstellung zwischen dem Innenkolben 51 und dem Ventilkolben 22, mit einfachen Mitteln zur Anpassung an jeweilige Anwendungsfälle möglich. Der Innenkolben 51 gewährleistet in seiner zweiten Dichtstellung gemäß Fig. 3 eine zuverlässige Dichtheit und ermöglicht eine Drucker­ höhung im Kühlsystem auf die zweite Druckstufe, z. B. bis 1,2 bar, wobei dadurch ein Kühlmittelauswurf verhindert ist.

Claims (29)

1. Überdruckventileinrichtung für den Kühlkreislauf einer flüs­ sigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine zur Druckbegrenzung beim Betrieb der Brennkraftmaschine sowie zur Begrenzung eines demgegenüber erhöhten Druckes, insbesondere bei ab­ gestellter Brennkraftmaschine, die mit Hilfe eines Verschlußdeckels (11) in den Stutzen (16) eines Ausgleichsbehälters (17) od. dgl. einsetzbar ist, mit einem in mindestens zwei unterschiedlich hohen Druckstufen arbeitenden Mehrstufen­ überdruckventil (10), das in einer ersten Druckstufe bei Betriebsdruck und in einer nächstfolgenden zweiten Druck­ stufe bei demgegenüber, vorzugsweise schnell, erhöhtem Druck jeweils selbsttätig zur Umgebung hin oder zu einem Behälter öffnet, wobei das Mehrstufenüberdruckventil (10) eine Füh­ rungshülse (21) und innerhalb letzterer mindestens einen darin geführten und mittels einer Rückstellfeder (23) gegen einen Ventilsitz (64) der Führungshülse (21) angepreßten Ventilkolben (22) zur Druckbegrenzung in der zweiten Druck­ stufe aufweist, der stirnseitig mit dem Druck im Kühlkreis­ lauf beaufschlagbar ist, wobei ferner die Führungshülse (21) und/oder der Ventilkolben (22) Axialkanäle (30) aufweisen, deren Einlaß von dem Ventilkolben (22) und dem zugeordneten Ventilsitz (64) gesteuert ist und deren Auslaß freie Verbin­ dung zur Umgebung bzw. zum Behälter hat, und wobei der Ventilkolben (22) im Inneren mindestens einen weiteren Innenkolben (51) zur Druckbegrenzung in der ersten Druck­ stufe enthält, der mit einem stirnseitigen Ringteil (52) auf einem Ventilsitz (47) des Ventilkolbens (22) aufsitzt und mit einem Bodenteil (53) einen Teil der mit dem Druck im Kühlkreislauf beaufschlagbaren Fläche bildet, wobei der Ventilkolben (22) einen vom Ringteil (52) des Innen­ kolbens (51) und zugeordneten Ventilsitz (47) des Ventil­ kolbens (22) steuerbaren Durchlaß aufweist, der anderen­ ends mit der Umgebung oder dem Behälter in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkolben (51) mittels einer eigenen Rückstell­ feder (54) mit seinem Ringteil (52) gegen den Ventilsitz (47) des Ventilkolbens (22) in Schließrichtung gedrückt und in der ersten Druckstufe geschlossen gehalten wird und eine zweite Ventilfläche (55) aufweist, die bei über den Öffnungsdruck der ersten Druckstufe ansteigendem Kühl­ flüssigkeitsdruck und dadurch relativ zum Ventilkolben (22) gegen die Rückstellfeder (54) in Öffnungsrichtung gedrücktem Innenkolben (51) gegen eine Sitzfläche (48) des Ventilkolbens (22) unter Verschließen des Durchlasses anpreßbar ist.

2. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkolben (51) als Wechselventilkörper ausge­ bildet ist, der gegen die Wirkung seiner Rückstellfeder (54) relativ zum Ventilkolben (22) zwischen einer ersten Schließstellung, einer Öffnungsstellung und einer zweiten Schließstellung bewegbar ist.

3. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkolben (51) bei Überschreiten eines ersten Druckes der Kühlflüssigkeit, z. B. von etwa 0,6 bar, aus seiner ersten Schließstellung heraus in seine Öffnungs­ stellung bewegbar ist.

4. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkolben (51) bei Überschreiten eines Öffnungs­ druckes, z. B. von etwa 0,8 bar, aus seiner Öffnungsstel­ lung heraus in seine zweite Schließstellung bewegbar ist.

5. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (54) des Innenkolbens (51) am Ven­ tilkolben (22) einerseits und am Innenkolben (51) anderer­ seits abgestützt ist.

6. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (54) des Innenkolbens (51) einstell­ bar ist, z. B. mittels eines verstellbaren Widerlagerteils (56) am Ventilkolben (22) oder am Innenkolben (51).

7. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (54) reibungsfrei oder zumindest reibungsarm axial abgestützt ist, z. B. über Gleitelemente, Rollkörper od. dgl.

8. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerlagerteil (56) aus einem Gewindeteil gebil­ det ist, das einstellbar in einer Gewindebohrung (49) des Ventilkolbens (22) gehalten ist.

9. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeteil aus einer Gewindehülse besteht.

10. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventilfläche (55) des Innenkolbens (51) auf der in Öffnungsrichtung des Innenkolbens (51) wei­ senden Axialseite dieses angeordnet und als Axialfläche ausgebildet ist.

11. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (48) des Ventilkolbens (22), der der zweiten Ventilfläche (55) des Innenkolbens (51) zugeord­ net ist, als Axialfläche ausgebildet ist.

12. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkolben (51) eine Ventilplatte (57) aufweist, die auf ihren beiden Axialseiten axiale Ventilflächen (52, 55) bildet, von denen jede mit einer axial gegenüber­ stehenden Fläche (47 bzw. 48) des Ventilkolbens (22), die einen zugeordneten Ventilsitz bildet, zusammenwirkt.

13. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder axialen Ventilfläche (52, 55) des Innenkolbens (51) einerseits und axialen Fläche (47, 48) des Ventilkolbens (22) andererseits eine Dichtung, z. B. ein Dichtungsring (58, 59), angeordnet ist.

14. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkolben (51′), insbesondere dessen Ventil­ platte (57′), aus Dichtungsmaterial, z. B. aus Kunststoff, Gummi, Hartgummi od. dgl., besteht und mit seinen axialen Ventilflächen (52′, 55′) zugleich Dichtungsflächen bildet.

15. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkolben (51) innerhalb des Ventilkolbens (22) axial relativ verschieblich geführt ist.

16. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (22) einen Zylinderhülsenabschnitt (50) aufweist, in dem der Innenkolben (51) mit einem Führungsteil (60) dieses axial relativ verschieblich geführt ist.

17. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsteil (60) aus axialen Vorsprüngen oder aus einer Zylinderhülse besteht, die in Öffnungsrichtung von der Ventilplatte (57) abstreben.

18. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsteil (60), insbesondere die Zylinderhülse, nahe der Ventilplatte (57) Durchlässe (61) enthält, die mit dem Inneren des Führungsteils (60), insbesondere der Zylinderhülse, in Verbindung stehen, das zum Ventilkolben (22) hin geöffnet ist.

19. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsteil (60), insbesondere die Zylinderhülse, einen Teil des Durchlasses des Ventilkolbens (22) bildet.

20. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (22) zumindest eine axiale, oder radiale Öffnung (39) aufweist, die mit dem Inneren des Führungsteils (60), insbesondere der Führungshülse, des Innenkolbens (51) in Verbindung steht und zur Führungs­ hülse (21) hin ausmündet.

21. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (39) des Ventilkolbens (22) durch einen vorzugsweise axialen Durchlaß im Widerlagerteil (56) gebildet ist.

22. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Federsteifigkeit der am Ventilkolben (22) angrei­ fenden Rückstellfeder (23) größer bemessen ist als die­ jenige der Rückstellfeder (54) des Innenkolbens (51).

23. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (23) des Ventilkolbens (22) und/oder die Rückstellfeder (54) des Innenkolbens (51) aus einer zylindrischen Schraubenfeder besteht.

24. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (22) einen etwa topfförmigen Gehäuse­ teil (40) aufweist, in dem der Innenkolben (51), insbeson­ dere dessen Ventilplatte (57), unter Belassung eines ra­ dialen Ringraumes (62) dazwischen aufgenommen und ver­ schiebbar ist.

25. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Durchlasses zwischen dem Innen­ kolben (51) und dem Ventilkolben (22), z. B. der Quer­ schnitt des Ringraumes (62), zur Veränderung des Öffnungs­ punktes des Innenkolbens (51) und/oder des Durchsatzes durch den Durchlaß veränderbar ist.

26. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß an dem etwa topfförmigen Gehäuseteil (40) ein Deckel­ teil (33) fest und dicht angebracht ist, der den Zylinderhül­ senabschnitt (50) und auf der der Ventilplatte (57) zugewandten Stirnseite die letzterer (57) zugeordnete Sitzfläche (48) trägt.

27. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (31) des topfförmigen Gehäuseteils (40) eine von der Ventilplatte (57) steuerbare Öffnung (81) enthält und auf der der Ventilplatte (57) abgewandten Axialseite (29) einschließlich des im Bereich der Öff­ nung (81) befindlichen Flächenteils der Ventilplatte (57) mit dem Druck der Kühlflüssigkeit beaufschlagbar ist.

28. Überdruckventileinrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Öffnung (81) des Ventilkolbens (22) veränderbar ist, z. B. mittels anbringbarer Loch­ blenden od. dgl.

29. Überdruckventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (22) und/oder der Innenkolben (51) aus Kunststoff gebildet ist.