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Einrichtung zur Verhinderung der Zerstörung von Flüssigkeitsbehältern mit oberer Lufttascite bei Gefrieren des Fliissigkeitsinhaltes.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verhinderung der Zerstörung von Flüssigkeits- behältern mit oberer Lufttasche bei Gefrieren des Flüssigkeitsinhaltes. Hiebei können die Behälter ent- weder an ihrem oberen Teil offen sein, oder sie können auch dicht verschlossen sein, wobei sie von der in ihnen enthaltenen Flüssigkeit, insbesondere Wasser, nicht gänzlich gefüllt werden, so dass ein oberer Wasserspiegel gebildet wild. Die Erfindung bezieht sich im besonderen, aber nicht ausschliesslich, auf
Wasserbehälter, die einen Teil einer Brennkraftmaschine bilden.
Die bekannten Mittel für den in Rede stehenden Zweck geben keinerlei Sicherheit bezüglich ihrer
Wirkung und erfordern ausserdem das Eingreifen des Benutzers der Maschine. Die Erfindung löst die
Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, die unbegrenzt und ohne Eingreifen des Benutzers die genannte Aufgabe erfüllt. Im wesentlichen wird dies durch eine besondere Ausbildung des Flüssigkeitsbehälters erreicht, durch die die auf den Behälter einwirkende Kälte zuerst an jenen Stellen, die von dem freien
Wasserspiegel am weitesten entfernt liegen, eine Eisbildung hervorruft, worauf dann die Eisbildung unter gleichzeitigem Vorsichherdrängen des noch im flüssigem Zustande befindlichen Wassers auf dem freien
Flüssigkeitsspiegel zu fortschreitet.
Dabei wird Vorsorge getroffen, dass das Wasser immer gegen diesen freien Wasserspiegel hin entweichen kann, ohne dass dieser Ausweg durch einen Eispfropfen oder eine
Eisdecke von wesentlicher Stärke, die geeignet wäre, einen für den Behälter gefährlichen Druckwiderstand zu leisten, versperrt werden kann.
Zum Verständnis des Erfindungsgedankens werden im folgenden an Hand der Zeichnung eine Reihe von Ausführungsformen beschrieben.
Die Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnungen zeigen im Längsschnitt drei schematische Beispiele von Be- hältern, die gemäss der Erfindung gestaltet sind. Fig. 4 stellt einen Behälter dar, der das Kühl-und Rilekkühlsystem für eine kleine Brennkraftmaschine bildet und ebenfalls gemäss der Erfindung ein- gerichtet ist. Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 6 und diese veranschaulicht den in
Fig. 5 dargestellten Zylinder teils in Ansicht von oben, teils im wagrechten Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5, wobei der Zylinder nachträglich mit Einrichtungen gemäss der Erfindung versehen ist, die ihn gegen die Frostgefahr schützen. Die Fig. 7 und 8 zeigen in vergiössertem Massstabe ein Wasserrohr des
Riickkiihlers im Aufriss und Grundriss.
In Fig. 1 bedeutet 1 einen gegen die Gefahr des Zerspringens zu schützenden metallischen Behälter, der jede beliebige Form erhalten kann. Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Behälter die Form eines konischen Glases, dessen Spitze nach unten gerichtet ist. Der Behälter ist an seinem oberen Ende durch einen Deckel, der aus einem die Wärme schlecht leitenden Material besteht, ver- schlossen. Die Wirkungsweise der Einrichtung ist die folgende : Die Kälte gelangt in starkem Masse durch den unteren Teil des Behälters 1 in diesen hinein, wo infolge der Kühlfläehengestaltung wenig Wasser vorhanden ist. Die Folge davon ist die Entstehung von Eis, u. zw. tritt die Eisbildung unten stärker auf als oben. Das Eis bildet so eine erste Schicht, die im Innern angenähert durch die Drehfläche a in Fig. 1 begrenzt wird.
Da die Wirkung der Abkühlung andauert, bilden sich neue Eisschichten, die nach oben hin durch die Flächen b, e, d begrenzt werden, so dass die letzten Wasserteile e, wenn sie schliesslich ge- frieren, sich frei nach oben ausdehnen können, wo der Deckel 2 den Zutritt der Kälte verhindert. Schliess- lich liegt die Oberseite der Eisscholle, die den Behälter ausfüllt, etwas höher als der Wasserspiegel des
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Eises, die ein Zerspringen des Behälters zur Folge haben wurde, eintritt.
In Fig. 2 ist dem Behälter die Form eines metallischen Kruges mit eingezogenem Hals J a gegeben worden. Dieser Hals wird seinerseits mit einer aus schlecht leitendem Material bestehenden Hülle umgeben. Ferner schliesst man den Krug an seinem oberen Ende durch einen Deckel 5 ab und versieht schliesslich das untere Ende des Behälters 3 mit Rippen oder Zapfen 3 b, die bestimmt sind, die
Eisbildung am Grunde des Behälters zu begünstigen.
Unter diesen Bedingungen drängen die inneren Flächen a, b, e, cl, der aufeinanderfolgenden Eisschichten das Wasser vor sich her gegen die Oberfläche hin und das letzte in flüssigem Zustande gebliebene Wasser kann schliesslich seinerseits gefrieren, ohne dass ein gefährlieher Druck auft@eien kann, selbst wenn sich an der Oberfläche des Wassers e eine leichte
Eisdecke gebildet haben sollte.
In Fig. 3 ist ein Behälter 6 dargestellt, der eine etwas verwickeltere Form, ähnlich einem U, hat.
Bei dieser Behälterform genügt es, das Gefrieren in der Nähe der Spitze des einen breiteren Teiles 6 a.
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breiteren Teiles 6 a des Behälters wird gegen die Bildung von Eis beispielsweise mittels eines breiten Stöpsels y geschützt. Man kann feiner gewisse Teile der Wandung und gewisse Querschnitte des Behälters gegen den Zutritt der Kälte schützen. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Behälter erweitern sich die Querschnitte fortgesetzt von dem Punkte (Spitze des Teiles 6 b), der von der freien Oberfläche am weitesten entfernt liegt, bis zu der freien Oberfläche selbst. Jedoch können auch völlig andere Mittel Anwendung finden.
So kann der Zutritt der Kälte an den einzelnen Stellen mit Hilfe von Isolierschichten oder Rippen
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In Fig. 4 ist ein mit einem Deckel versehener Zylinder 8 einer-Brennkraftmaschine dargestellt, der durch Wasser gekühlt wird. Der Wassermantel des Zylinders 8 kann beliebig ausgestaltet werden.
Dieser Wassermantel ist unmittelbar mit einem Rückkühler verbunden, der in seinem oberen Teil aus
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aus einer Sammelkammer 9 c für das rückgekühlte Wasser besteht. Um den aus Zylinder, Zylinderdeckel und Rüekkühler zusammengesetzten Behälter dagegen zu sichern, bei Gefrieren des Wasserinhaltes zerstört zu werden, kommen gemäss der Erfindung beispielsweise die folgenden fünf Massnahmen in Frage.
1. Man bedeckt den oberen Teil des Vorratsbehälters 9 a durch einen Körper aus die Wärme schlecht
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2. Damit sich das-Eis in der Mitte der Rohre des Bündels 9 b bilden und das teilweise flüssig gebliebene Wasser nach oben in die Vorratskammer 9 a und nach unten in den Sammler 9 c drängen kann, benutzt man erfindungsgemä. ss vorzugsweise Rohre, deren Querschnitt in der Mitte geringer ist als an ihrem Ende. Diese Rohre können beispielsweise die Form zweier Kegelstümpfe haben, die mit ihren kleineren Basisflächen aufeinandergesetzt sind, oder man benutzt einfach zylindrische Rohre, die nach ihrer Mitte zu abgeplattet sind, wie die Fig. 7 und 8 zeigen.
3. Man verhindert, dass das Wasser in flüssiger Form durch die Bildung von Eis in dem Sammler 9 e eingeschlossen wird, indem man die Bildung des Eises von unten besonders in jenen Stellen des genannten Sammlers 9 e begünstigt, die von dem Wassermantel des Zylinders 8 entfernt liegen. Diese Begünstigung der Eisbildung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass man den Querschnitt des Sammlers 9 c in der Richtung des Wasserumlaufes gegen den Wassermantel hin vergrössert. Die durch die anwachsenden
Querschnitte beabsichtigte Wirkung kann noch dadurch vergrössert werden, dass man den Boden des Sammlers mit lotrechten Rippen 9 c'versieht, deren Höhe vorzugsweise abnimmt, je näher die einzelnen Stellen des Sammlers dem Wassermantel liegen,
4.
Man ordnet die Wände 11 des Wassermantels derart an, dass die wagrechten Querschnitte des Wassermantels sich von unten nach oben erweitern. Hiedurch wird, auch ohne Anwendung von äusseren Rippen, die Staubfänger darstellen würden, ein freies Aufsteigen des flüssig gebliebenen Wassers nach oben hin ermöglicht.
5. Schliesslich wird man zweckmässig den Deckel 12 auf dem oberen Ende des Zylinders 8 schützen, u. zw. beispielsweise mit Hilfe einer Haube 13, die geeignet ist, die Ventilsteuerung zu überdecken, die von dem Deekel bei Viertaktmaschinen meistens getragen wird.'
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt, dass die Erfindung bei allen Arten von Behältern Anwendung finden kann.
Die Erfindung kann auch angewendet werden bei einem Zylinder mit Rückkühlvorrichtung, ähnlich dem in Fig. 4 dargestellten, der jedoch schon derart gebaut ist, dass man seinem Wassermantel nicht mehr die Form eines Trichters, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, geben kann, wobei bemerkt sei, dass
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Zylinder 14 ist mit einem Wassenna. ntel versehen, dessen Querschnitt überall ungefähr ein Rechteck darstellt. Der Wassermantel ist ferner für die Anwendung von vier starken Bolzen 15, 16, 17, 18 (Fig. 6) geeignet, die bestimmt sind, den Zylinder zwischen dem in den Zeichnungen nicht dargestellten Gestell und dem Deckel, der in Fig. 5 dargestellt, aber in Fig. 6 fortgelassen ist, zu befestigen.
Ein Wassermantel der geschilderten Art ist für gewöhnlich an der wasserdichten Verbindungsstelle zwischen Zylinder und Deckel mit leicht verengten, wagrechten Durchtrittsquerschnitten 14 (Fig. G) versehen, die jene Stelle bilden, wo ein Eispfropfen entstehen kann, so dass in flüssigem Zustande befindliches Wasser unter diesem Eispfropfen eingeschlossen wird, das dann die Zerstörung des Zylinders bei der fortschreitenden Eisbildung verursacht. Man könnte zur Vermeidung dieser Gefahr den Zutritt der Kälte an dieser Stelle verhindern,
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Gemäss einer besonderen Ausführung der Erfindung verhindert man die Bildung von Eispfropfen in der Höhe der Öffnungen 140 mittels fester Blöcke 19, 20, 21, die in dem Wassermantel befestigt werden. Die Form der festen Körper ist derart, dass sie den Wasser querschnitt des Mantels unterhalb des oberen Endes des Zylinders derart verengen, dass die Querschnitte unterhalb der Öffnungen 140 nicht grösser sind als die
Querschnitte 140 selbst. Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gibt man den auf solche Weise durch die Öffnungen 140 in den Wassermantel eingesetzten festen Blöcken eine solche Form, dass sich ihue Querschnitte von unten nach oben (s.
Fig. 5 und 6) verringern, um so in einer zwar angenäherten, aber praktisch ausreichenden Weise Wasserquerschnitte zu erhalten, die von unten nach oben anwachsen, welche Gestaltung des Wassenaumes sich in Versuchen als günstigste erwiesen hat. Es sei darauf hingewiesen, dass einige örtliche Abweichungen nicht genügend sind, um eine Zerstörung des Zylinders herbeizuführen.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung begnügt man sich nicht damit, lediglich die genannten festen Blöcke in den Wassermantel einzuführen, und sie durch die Bolzen 15, 16, 17 an die Aussenwand anzudrücken, sondern man befestigt sie an der Aussenwand des Wassermantels durch irgendwelche Mittel, was zur Folge hat, dass sich höchstens an einigen Stellen, wo die Blöcke an der Wand nicht satt anliegen, eine sehr dünne Eisschicht zwischen der Aussenwandung und den Blöcken 19, 20, 21 bilden kann. Zur Befestigung kann man an Stelle der einfachen in den Fig. 5 und 6 dargestellten
Schrauben auch andere Mittel wählen, die nicht gelöst werden können, wie z. B. Nieten, vernietete
Schraubenbolzen, autogene Schweissung usw.
Derartige Befestigungsmittel machen den Ausbau der eingesetzten Blöcke unmöglich und schliessen so jede Gefahr aus, die damit verbunden sein könnte, dass die Befestigung der Blöcke an ihrem Platze vergessen wird.
Die Zahl der festen Blöcke kann sich je nach der Bauart ändern. In vielen Fällen werden gewisse
Seiten des Wassermantels der Kälte weniger ausgesetzt sein als andere, so dass an diesen Seiten die Blöcke, die den Wasserquerschnitt verengen, entbehrlich sind. Dieser Fall ist für die obere, rechte Ecke des in
Fig. 6 dargestellten Zylinders angenommen worden, die nicht mit einem die Querschnitte verengenden
Block unterhalb der Öffnung 140 versehen ist.
Man stellt die Blöcke 19, 20, 21 vorzugsweise aus Metall her, was zur Folge hat, dass diese Blöcke nicht nur auf den Querschnitt einwirken, sondern gleichzeitig auch den Zutritt der Kälte von der Auss ? nwandung des Wassermantels her in günstiger Weise beeinflussen.
Die Wärmeleitung findet in jeder Richtung, sowohl in der Längs-als in der Querrichtung, im Inneren der Metallblöcke 19, 20, 21 statt, so dass die Bildung des Eises gleichmässig über die ganze Länge der inneren
Oberfläche der genannten Blöcke stattfindet, wobei sich der Abstand der inneren Oberfläche von der
Zylinderwandung nach oben hin verbreitert. Ferner bleibt das Wasser längs der Wandung des Zylinders, deren Abkühlung langsam vor sich geht, verhältnismässig lange flüssig.
Die Wirkung der Einrichtung des Zylinders 14, der auf die vorstehend beschriebene Weise gegen Frost gesichert ist, ähnelt in allen
Punkten der Wirkung der anderen Beispiele. Die metallischen Blöcke 19, 20, 21, deren Querschnitt nach unten hin zunimmt, leiten die Kälte in das Innere der Wassermasse und begünstigen die Bildung des Eises, besonders in den unteren Stellen des Wassermantels, wodurch andauernd das ununterbrochene Hochdrängen des im flüssigen Zustand gebliebenen Wassers veranlasst wird.
Die Erfindung erlaubt also, bestimmte, schon bestehende Maschinen gegen Zerstörung ihres Wassermantels infolge Gefrieren des Rüekkühlungs- wassers zu schützen, ohne dass eine Erneuerung des Modells stattzufinden braucht und ohne dass die
Maschine ein Aussehen erhält, das sich von dem gewöhnlichen Aussehen unterscheidet.
Es sei bemerkt, dass das Hochdrängen des flüssig gebliebenen Wassers gegen den freien Wasser- spiegel des Behälters nicht nur von der Anordnung der Wasserquersehnitte und den Bedingungen abhängt, unter denen die Kälte von auss'n her zutritt, sondern auch von der in dem Wasser und in den festen
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als das Wasser. Daraus folgt, dass die metallischen Blöcke weniger Kalorien aufspeichern als das Wasser, das durch diese Massen verdrängt worden ist, aufgespeichert haben würde. Man wird also unter Berücksichtigung dieses Gesichtspunktes nach Möglichkeit ein Metall wählen, dessen Raumeinheit wenig Kalorien aufspeichert. Es ist also in dieser Hinsicht Eisen dem Aluminium vorzuziehen.
Ferner ist die grosse Leitfähigkeit für Wärme oder Kälte, die eine metallische Masse gegenüber der zu vernachlässigenden Leitfähigkeit des Wassers oder des Eises darstellt, ein Umstand, der die günstige
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Blöcke 19, 20, 21 bildet, der inneren Oberfläche dieser Massen folgt, wobei dem Eis ein von unten nach oben verbreiterter Durchgang dargeboten wird. Die genannte Leitfähigkeit trägt also dazu bei, die nicht gefrorene Flüssigkeit nach oben zu drängen. Hinsichtlich der Leitfähigkeit wurde Aluminium dem Eisen überlegen sein. Die praktischen Versuche haben gezeigt, dass man den Einfluss dieser untergeordneten Faktoren nicht genau bestimmen kann und dass jedes Metall eine besondere Schutzwirkung ausübt.
Die Erfindung ist keineswegs auf die vorstehend dargestellten Anwendungen und Ausführungs- formen beschränkt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Verhinderung der Zerstörung von Flüssigkeitsbehältern mit oberer Lufttasche bei Gefrieren des Flüssigkeitsinhaltes, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Flüssigkeitsbehälters, dass die auf den Behälter einwirkende Kälte zuerst an jenen Behälterstellen, die von dem freien : Flüssigkeitsspiegel am weitesten entfernt liegen, eine Eisbildung. hervorruft, worauf dann die Eisbildung unter gleichzeitigem Vorsichherdrängen des noch in flüssigem Zustande befindlichen Wassers auf den freien Flüssigkeitsspiegel zu fortschreitet.