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Einrichtung zur Verhütung des Leckwerdens oder Sprettgens VOn WasMrbhMtem durch Einfrieren d'es Wassers.
Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Verhütung des Leekwerdens eder Sprengens von Wasserbehältern durch Einfrieren des Wassers, u. ! rw. insbesondere der bei Brennkraftmaschinen vorhandenen Behälter. wie Wassermantel für die Kühlung der Zylinder, Kühler und die an diese sich anschliessenden Vorratskammer. Sie zielt in erster Linie darauf
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wickelten Formen des Behälters vollkommen erzielt, hingegen die Gefahr von Unfällen eben infolge der Verwendung einer derartigen Einrichtung vermieden wird.
Bekannte Einrichtungen arbeiten so, dass bei Beginn der Eisbildung eine selbsttätige Entleerung des Behälters oder Kühlers erfolgt. Hat die Entleerung ohne Wissen des Wagen- führers stattgefunden, so kann es vorkommen, dass dieser die Maschine trotz Entleerung des Behälters anlaufen lässt und so einen Unfall herbeiführt. Entsteht eine Undichtheit in der Ent- leerungseinrichtung, so geht die Entleerung tropfenweise, aber stetig vor sich, wodurch gleichfalls Unfälle veranlasst werden können. Bei einer ändern Art solcher Schutzeinrichtuitgen sind Körper vorgesehen, die unter dem Einfluss des Frostes brechen und jedesmal nach Eintreten des Frostes ersetzt werden müssen, was eine lästige und zeitraubende Arbeit bedingt.
Es wurde auch eine Anordnung vorgeschlagen, bei der keine Entleerung stattfindet.
Sie besteht darin, dass unterhalb des Flüssigkeitsspiegels eine Luftglecke angebracht wird.
Da sich Eis zuerst an den Wänden des Behälters und auf dem Flüssigkertsspiegel bildet, während das Wasser im Inneren flüssig bleibt, so steigt letzteres in der Glocke emper, wobei es die Luft leicht zusammendrückt. Ist der Fassungsraum der Glocke genügend gross, so wird auf diese Weise tatsächlich jeder gefährliche Druck hintangehalten. Beim Auftauen estspannt sich die Luft wieder und die Einrichtung bleibt so auf unbegrenzte Dauer wirksam. In der Praxis ergibt diese Einrichtung aber doch nicht die erwünschte volle Sicherheit, wenn es sich
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Masse plastisch ist, so ist dies doch bei einigermassen tieferen Temperaturen nur unter gewaltigen
Drücken der Fall, die eben die Behälterwand zu sprengen imstande sind.
Die vorliegende Erfindung, bei der ebenfalls eine von der Flüssigkeit umschlossene Gas- oder Luftmenge Anwendung findet, besteht nun darin, dass diese Menge auf die Abteilungen des Wasserraumes und gegebenenfalls innerhalb derselben Wasserraumabteilung auf deren verschiedene Zonen verteilt ist und die so vorgesehenen Gas-oder Luftkammern derart ange- ordnet sind, dass das durch das Einfrieren der Aussenzonen im Kerne jeder Raumabtei-uag unter Druck gesetzte Wasser sowie gegebenenfalls auch ein Teil des bereits gebildeten Eises, gegen die Gas-oder Lufträume vorrückend, das Gas oder die Luft schwach verdichtet und sich infolgedessen entspannt, ohne dass diese Entspannung grössere Massenversehiebungen des zwischen den verschiedenen Abteilungen oder Zonen bereits gebildeten Eises zur Folge hat.
Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes seien an Hand der Zeichnung erörtert, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Einrichtung in der Anwendung auf die
WasserräumeeinerBrennkraftmaschineveranschaulichtsind.
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der Fig. 1, Fig. 3 teils in Seitenansicht, teils im lotrechten Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 4, u. zw. in grösserem Massstab ein Element, das zum Schutze von stehenden Wasserbehälterteilen dient, z.
B. von Wassermänteln stehender Zylinder, Fig. 4 dasselbe Element im Querschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3, Fig. 5 in Seitenansicht und zum Teile im Schnitt eine abgeänderte Ausführungsform des vorerwähnten Elementes, Fig. 6 im Längsschnitt noch eine weitere Ausführungsform eines solchen Elementes, Fig. 7 den wagrechten Wassersammler eines Kühlers mit einer Luftglocke in schaubildlicher Ansicht und im lotrechten Schnitt, Fig. 8 in schaubildlicher Ansicht und im Querschnitt eine andere Ausführungsform der Glocke in der Anwendungsart nach Fig. 7 und die Fig. 9,10, 11 zeigen je eine Ausführungsform der Luft- oder Gasräume :
Der Zylinder a einer gewöhnlichen Brennkraftmaschine ist mit einem Wassermantel ai und mit einem abnehmbaren Zylinderkopf b ausgestattet, der auch hohl ist und durch einen Wassermantel bi gekühlt wird.
Der Kühler, der oben mit dem Hohlraum des Zylinderkopfes und unten mit dem Wassermantel des Zylinders verbunden ist, besteht aus drei Teilen, nämlich dem oberen Speise-oder Vorratsbehälter c mit seinem Wasserinhalt ei, dem Wasserrohrbündel d oder einem sonstigen, das Wasser fein verteilenden Kühlsystem und schliesslich dem unteren Wassersammler e mit seinem Wasserinhalt ei.
Im Sinne der Erfindung sind nun in jedem einzelnen der vorangeführten Wasserräume oder auch nur in einem Teile dieser Unterabteilungen des gesamten Wasserraumes eine oder mehrere Gasräume vorgesehen, zweckmässig Luftkammern, u. zw. derart, dass das in Bildung begriffene Eis und das hiedurch unter Druck gesetzte Wasser die Luft in den. besagten Kammern zusammendrücken kann, ohne dass das Eis genötigt ist, zu diesem Zwecke im Behälter nennenswerte Bewegungen zu vollführen.
Man schützt also durch eine Anzahl geeigneter Gasoder Luftkammern jede einzelne Unterabteilung (wie z, B. al, bt, Cl, ei), und in gewissen Fällen verwendet man für eine Wasserkammer sogar mehrere Luftkammern, so dass, wenn sich der Eisdruck nur von einer Seite her geltend macht, trotzdem jeder Teil der betreffenden Wasserkammer wirksam geschützt ist. Hiebei ordnet man die Luftkammern hauptsächlich an jenen Stellen an, wo das Wasser beim Einfrieren der verschiedenen Unterabteilungen am längsten flüssig bleibt. Hiedurch wird der angestrebte Zweck vollkommen erreicht.
Die zahlreichen Luftkammern bilden mit dem sie umgebenden Wasser überall Körper, die leicht Zusammen- drückbar sind, hohe Drücke im flüssig gebliebenen Wasser und im Eis können nirgends auftreten. da überall Luft-oder Gaskammern sich vorfinden, die den Überschuss am Rauminhalt aufnehmen, ohne dass nennenswerte Bewegungen des schon gebildeten Eises hiefür erforderlich wären ; jede Wasserkammer und selbst jeder Teil einer Wasserkammer ist demnach gegen einen bedeutenden. durch das Wasser oder das Eis ausgeübten Überdrück geschützt.
Die baulichen Einzelheiten einer solchen Einrichtung können den jeweiligen Verhältnissen entsprechend gewählt werden. Nachfolgend werden einige Ausführungsformen des Näheren erörtert.
Wenn es sich um wagrecht liegende Abteilungen des Wasserraumes handelt, z. B. um die obere Vorrats-oder Verteilerkammer c oder um die untere Sammelkammer e (Fig. 1) und man nicht eine Reihe nebeneinander angeordneter Luftkammern verwenden will, sondern nur eine einzige, so kann diese aus einer Rinne (Rinne f in der oberen Wasserkammer c und Rinne g in der unteren Sammelkammer e) bestehen, die mit der Öffnung nach unten angeordnet und an den Enden abgeschlossen ist.
Ist zu besorgen, dass infolge der Erschütterungen durch die Maschine oder infolge ihrer Neigung um die Achse der Kurbelwelle Luftblasen aus einem langgestreckten, wagrechten Luftbehälter wie f oder g austreten, so kann man die langgestreckte Luftglocke durch Zwischenwände in mehrere, nebeneinanderliegende Lufträume unterteilen, wie dies. in Fig. 2 und 7 veranschaulicht ist.
Zweckmässig ist die Breite der Öffnung an der unteren Seite der Rinne nicht wie bei f dargestellt gleich jener des Innenraumes selbst, sondern geringer, wie z. B. der Wasseroder Eiseintrittsspalt /"der Luftglocke (Fig. l, 2 und 7). Besteht in einer derart geschützten Wasserkammer eine Wasserströmung von ganz bestimmter gleichbleibender Richtung, wie dies z.
B. beim Sammler e der Fall und in Fig. 7 durch einen Pfeil li angedeutet ist, so wird der eine Rand gi des Spaltes go, der zuerst von dem strömenden Wasser bestrichen wird, gegen- über dem zweiten Rand g2 um einiges tiefer gehalten, so dass das Bestreben des Mitreissen von Luftblasen durch das strömende Wasser verringert wird.
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versehen ist, wobei nalürlich al1dl z\veckmässigerweise (in Fig. 8 nicht dargestellt) Zwischen- wände vorgesehen werden.
In jenen Fällen, wo die Maschine starken Schwankungen ausgesetzt ist, die selbst bis zur vollständigen Umkehrung gehen können. bespielsweise auf Flugzeugen, muss man, um
Luftverluste zu vermeiden, mehr oder weniger geschlossene Luft-oder Gaskammern verwenden, deren Wände aus einem nachgiebigen oder deformierbaren, dabei aber dichthaltenden Stoff, wie z. B. Kautschuk, bestehen.
Was die Befestigung der umgekehrten Rinnen, Glocken oder Gaskammern in den ein- zelnen Wasserkammern und Wasserkammerteilen anbelangt, so genügt es, sie, wie schon erwähnt, an solchen Stellen anzubringen, wo im allgemeinen die Eisbildung gegenüber den andern Teilen verzögert ist, und sie daselbst mit irgendwelchen Mitteln festzuhalten. Zweck- mässig ist es, in den oberen Wandteilen von Glocken zwecks Befestigung keine Bolzenlöcher od. dgl. anzubringen, damit nicht infolge sich etwa ergebender Undichtheiten Luftverluste ein- treten können.
Eine Art der Befestigung von Luftglocken in Rinnenform ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt.
Die Rinne g wird in ihrer Lage durch ein U-förmig gebogenes Flacheisen j gehalten, dessen
Schenkel die ebenen Stirnwände g3 und g4 der Rinne festhalten und dessen Scheitel durch einen Bolzen r an der Wand des Sammlers e befestigt ist. Die freien Enden der U-Schenkel ragen in die Verbindungsöffnung a" (Fig. 2) hinein, durch die das Wasser aus dem Sammler e in den Zylinderwassermantel al übertritt, und stützen sich an der Wand dieser Öffnung ab.
Diese Befestigungsart behindert nirgends den Wasserumlauf, beeinträchtigt nirgends die Dicht- heit der oberen Rinnenwand und gestattet einen leichten Ausbau des Sammlers e oder des Kühlers.
Bei den in lotrechter Richtung sich erstreckenden Unterabteilungen des Wasserraumes, beispielsweise im Wassermantel al eines stehenden Zylinders, werden die Lufträume ebenfalls in jenen Zonen angesetzt, wo die Vereisung zuletzt eintritt, was von verschiedenen Bedingungen abhängig ist. Wenn der Wassermantel mehr oder minder die Form eines Prismas mit quadra- tischer Basis hat, aus dem der Zylinder ausgenommen ist (Fig. 1 und 2), so gibt es vier dem
Zylinder nahegelegene Zonen, wo das Wasser am längsten flüssig bleiben wird. Man wird hier also mindestens vier Luftglocken anbringen.
Da aber die Eisbildung auch in lotrechter
Richtung ungleichmässig fortschreiten kann, ist es vorteilhaft, statt jeder einzelnen Glocke eine ganze Säule von übereinander angeordneten kleinen Glocken anzubringen, wodurch für jede einzelne der übereinander liegenden Wasserschichten ein örtlicher Schutz erreicht wird. Auch von diesem aus aufeinander aufgesetzten Glocken bestehenden Säulen wird man mehrere in einem lotrechten Wassermantel anbringen, weil es sich nicht von vornherein bestimmen lässt, von welcher Seite her die Eisbildung beginnen wird, selbst dann, wenn die Basis nicht, wie erwähnt, quadratisch, sondern kreis-oder ringförmig wäre. Die Vereisung ist beispiels- weise auch von der sich verändernden Richtung eines kalten Windes abhängig, dem eine
Maschine, insbesondere z. B. eine in der Landwirtschaft verwendete, ausgesetzt ist.
Diese
Säulen bringt man näher dem Maschinenzylinder an jenen Stellen, an denen der Wassermantel die grösste Dicke hat, so an, dass sie zueinander parallel stehen.
Wenn man annimmt, dass der Zylinder a auf dem nicht dargestellten Kurbelgehäuse durch vier Bolzen 1 (Fig. 2) befestigt ist, so kann man die Glockensäulen mittels dieser Bolzen in der Art befestigen, wie dies Fig. 2 zeigt. Die einzelnen Glocken in der Säule können die
Form von umgekehrt stehenden, unten offenen Bechern m haben (Fig. 3), die in ein Rohr k . mit vielen Löchern oder besser mit schräg verlaufenden Fenstern k , (Fig. 3 und 4) eingesetzt sind, so dass das Wasser zu den einzelnen Becherglocken freien Zutritt hat.
Damit das Wasser zwischen den einzelnen Bechern eindringen kann, sind in den Rand oder die Seitenwand der Becher mehrere, beispielsweise drei Rinnen oder Warzen ml so eingepresst, dass ihre
Wölbung, wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, nach innen ragt und dass sie so den Abstand der übereinander geschobenen Becher voneinander sichern. Wenn die einzelnen Becher genügende
Tiefe haben, z. B. eine solche gleich ihrem grössten Durchmesser, so wird sich in ihnen trotz- etwaiger Schwankungen der Maschine stets ein genügender Luftvorrat erhalten. Bei der geschilderten Becheranordnung ist diese Luftmenge im Verhältnis zu den ziemlich engen Zonen, in denen das Einfrieren zuletzt erfolgt, sehr bedeutend.
Das durchlöchert Rohr k kann zwecks Herabminderung der Herstellungskosten durch eine aus einem Blechstreifen gewundene zylindrische Schnecke n (Fig. 5) ersetzt werden, wobei die Verbindung zwischen Schnecke und Bechern z. B. durch einige Lötstellen her- . gestellt wird.
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sondern stumpf endende Kanäle 00 eingebohrt sind. Die von einem solchen Körper gehaltene Luftmenge ist allerdings geringer als jene, die bei gleichen Raumabmessungen in den Becherelementen aufgespeichert werden kann.
Um Luftverluste durch Erschütterungen, Umkehrung der Maschine oder sonstige Ursachen hintanzuhalten, kann man im Inneren perforierter Rohre, nie 7c in Fig. 9, eine Anzahl von hohlen Kautschukballen unterbringen, die Luft enthalten. Die Luftmenge ist noch grosser, wenn man eine langgestreckte, rohrförmige Luftkammer aus Kautschuk verwendet, wie sie Fig. 10 zeigt und von der schon gesagt worden ist, dass sie auch in den wagrecht verlaufenden Wasserkammer angewendet werden kann.
Schliesslich kann man auch als zusammendrückbare Elemente solche Massen verwenden, die ganz kleine Zellen aufweisen, wie z. B. der sogenannte Schaumkautschuk, der in einer Unzahl von kleinen, fast mikroskopischen Zellen Gas (Stickstoff) unter Druck enthält. Man kann derartige Schaumkautschukmassen in jeder beliebigen Form in das Wasser einsetzen, beispielsweise in der Form von Zylindern (Fig. 11) oder Bändern, Schnüren, Rohren u. dgl., die in beliebiger Richtung angebracht werden, oder in Form von Ringen, Spiralen usw.
Die bisher bei der praktischen Verwendung einer derartigen Schutzeinrichtung gewonnenen Erfahrungen haben gezeigt, dass die Kühlrohre d, die zwischen einer Verteilerkammer c und einem Sammler e eingesetzt sind, bei abwechselnden Einfrieren und Wiederauftauen nicht das Bestreben haben, zu springen. Dieses günstige Verhalten lässt sich dadurch erklären, dass sich das Eis wahrscheinlich zuerst in der Mitte des Rohres bildet und die Eisbildung dann von der Mitte aus gegen die beiden Rohrenden zu fortschreitet, so dass das Eis das Wasser vor sich hertreibt und dieses in die oberhalb und unterhalb des Rohrbündels angebrachten Luftglocken l und 9 frei eindringen kann, so dass sich nirgends grosse allseitig von Eis umschlossene Wasserblasen bilden.
Sollte sich aber im Laufe der Zeit zeigen, dass auch für die Rohre ein besonderer Schutz erforderlich ist, so macht es keine Schwierig keit, auch in jedem einzelnen Rohr ein oder mehrere Luft oder Gas enthaltende Schutzelemente anzubringen, z. B. Schnüre aus Schwammkautsehuk einzuziehen oder einen dünnen Kautschukschlauch oder auch kleine Beehersäulen.
Wenn es sich, wie nach Fig. 1, um einen Kühler mit verhältnismässig grossen Fassungraum der Wasservorratskammer handelt, so kann unter Umständen der Wasserspiegel zwischen einem oberen, normalen Stand p1 (in Fig. 1 voll ausgezeichnet) und einen niedrigeren, nicht normalen, durch eine unterbrochene Linie angedeuteten Stand schwanken. Unter diesen Umständen bringt man nicht, wie im Sammler e, nur eine Luftglocke g an, sondern zwei Glocken f < y (Fig. 1), und zwar so, dass die Eintrittsfläche der einen (f) tiefer zu liegen kommt als die der andern (gO), die niedrigere Eintrittsfläche aber dabei so tief liegt. dass sie sich stets unter dem tiefsten möglicherweise eintretenden Wasserstand befindet.
Zweckmässig wird die Glocke/* mit tiefer liegender Eintrittsöffnung im Inneren der Glocke q angeordnet, deren Eintrittsöffnung höher liegt. wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Verhütung des Leckwerdens oder Sprengens von Wasserbehältern durch Einfrieren des Wassers mittels einer im Wasserraum untergebrachten Gas-oder Luftmenge, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-oder Luftmenge auf die Abteilungen des Wasserraumes und gegebenenfalls innerhalb derselben Wasserraumabteilungen auf deren verschiedene Zonen verteilt ist und die so vorgesehenen Gas-und Luftkammern derart angeordnet sind, dass das durch das Einfrieren der Aussenzonen im Kerne jeder Raumabteilung unter Druck gesetzte Wasser sowie. gegebenenfalls auch ein Teil des bereits.
gebildeten Eises, gegen die Gas-oder Lufträume vorrückend, das Gas oder die Luft schwach verdichtet und sich infolgedessen entspannt, ohne dass diese Entspannung grössere Massenverschiebung des zwischen den verschiedenen Abteilungen oder Zonen bereits gebildeten Eises zur Folge hat.