<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zum Kühlen oder Anwärmen des Motor- und Getriebeöles von Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen und hohe Leistungen übertragenden Getrieben, insbesondere
Diesellokomotiven
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Kühlen oder Anwärmen des Motor- und Getriebeöles von Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen und hohe Leistungen übertragenden Getrieben, insbesondere von Diesellokomotiven, wobei der Wärmeaustausch zwischen einem in seiner Gesamtheit aufheizbaren, gegebenenfalls auch den Kühlwasserkreislauf des Motors umfassenden, jedoch auch unabhängig von diesem umwälzbaren Kühlwasserkreislauf und dem Öl über unbeheizbare Wärmeaustauscher erfolgt.
Bei diesen bekannten Einrichtungen besteht der Wärmeaustauscher im wesentlichen aus einem an den Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossenen Behälter, in dessen Innenraum eine an den Ölsammelrallm des Getriebes angeschlossene Kühlschlange vorgesehen ist. Jeder Wärmeaustauscher ist dabei ausserhalb der Verbrennungskraftmaschine oder des zugehörigen Getriebes angeordnet. Zum Umwälzen des Öles in diesem durch die Rohrleitung, die Kühlschlange und den Ölsammelraum gebildeten geschlossenen System ist eine von der Verbrennungskraftmaschine angetriebene oder am Getriebe angeflanschte Ölpumpe vorgesehen. Die Kühlschlange wird im Behälter vom Kühlwasser umspült, das dann zum Abführen der vom Öl abgegebenen Wärme dem Kühler zugeführt wird, von dem es wieder in den Wärmeaustauscher zurückfliesst.
Zum Erzielen dieser Umlaufströmung ist im Kühlwasserkreislauf eine Umwälzpumpe vorgesehen. Um bei niedriger Aussentemperatur ein Einfrieren des Kühlwassers zu verhindern, ist der Kühlwasserkreislauf mit einer eigenen Heizvorrichtung versehen oder mit dem auf der Lokomotive allenfalls vorhandenen Heizkessel verbunden. Die Umwälzpumpe muss dabei einen von der Verbrennungkraftmaschine unabhängigen Antrieb aufweisen. Dabei ergibt sich jedoch, dass bei Stillstand des Fahrzeuges, z. B. während Betriebspausen, infolge des gleichzeitigen Stillstandes der Ölpumpe bzw. der Ölpumpen lediglich das in den Wärmeaustauschern befindliche Öl warm gehalten wird, wogegen das im Ölsumpf der Verbrennungskraftmaschine bzw. in den Sammelräumen der Getriebe befindliche Öl abkühlt und bei tiefen Aussentemperaturen erstarrt.
Bei Betriebsaufnahme ist daher die notwendige Schmierung des Verbrennungsmotors und insbesondere der Getriebe nicht mit Sicherheit gewährleistet. Ausserdem sind bei den bekannten Einrichtungen verhältnismässig grosse Ölmengen und daher entsprechend grosse Ölpumpen erforderlich, so dass zusammen mit den Wärmeaustauschern ein verhältnismässig grosser technischer, mit entsprechenden Herstellungs- und Unterhaltungskosten verbundener Aufwand erforderlich ist. Der Platzbedarf und der Leistungsbedarf, letzterer insbesondere beim Anfahren bei tiefen Aussentemperaturen, ist sehr erheblich.
Es ist zwar bekannt, das Öl in der Kurbelwanne eines Verbrennungsmotors mittels einer Rohrschlange zu erwärmen, wobei der Kühlmittelkreislauf durch eine Heizeinrichtung beheizbar ist. Zum Kühlen ist diese Vorrichtung nicht eingerichtet. Ausserdem ist weder eine Heizung noch eine Kühlung des Öles in einem Getriebe vorgesehen.
Bei einer ähnlichen bekannten Vorrichtung erfolgt das Anwärmen des Öles im Ölsammelraum in der Kurbelwanne mittels eines elektrisch heizbaren Wärmeaustauschers, der zugleich mit dem Kühlwasserkreislauf des Motors verbunden ist. Da zur Beheizung eine recht erhebliche Strommenge erforderlich ist,
<Desc/Clms Page number 2>
reicht die Batterie eines Fahrzeuges nicht aus, so dass diese Anordnung nur bei Anschluss an eine stationäre
Stromquelle betriebsfähig ist. Sie ist daher für Diesellokomotiven und Kraftfahrzeuge, die im Freien ab- gestellt werden müssen, nicht verwendbar. Der Aufwand ist zudem gross und die Wirtschaftlichkeit gering.
Schliesslich ist es auch bekanntgeworden, den Wärmeaustauscher eines Getriebes, der im Nebenstrom am Kuhlwasserkreislauf angeschlossen ist, am Getriebe selbst anzuordnen, um Platz zu sparen. Damit wer- den zwar Rohrleitungen vermieden, aber sonst ist der Platzbedarf nicht vermindert.
Demgegenüber stellt sich die Erfindung zur Aufgabe, die Einrichtung nach der eingangs erwähnten
Gattung so zu verbessern, dass bei einfachem, wenig Platz und Leistung erforderndem Aufbau eine sichere
Schmierung auch bei tiefen Aussentemperaturen gewährleistet ist, ohne dass dabei jedoch die Kühlwirkung bei hohen Aussentemperaturen leidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass sowohl der Ölsammelraum des Motors in an sich bekannter Weise mit einer Rohranordnung als auch der Ölsammelraum jedes Getriebes mit einer Rohran- ordnung einen Wärmeaustauscher bildet, wobei durch jede Rohranordnung in an sich bekannter Weise min- destens ein Teilstrom des umlaufenden Kühlwassers geführt wird.
Durch diese Massnahme wird insofern eine vorteilhafte Lösung der Erfindungsaufgabe gewährleistet, als damit besondere Wärmeaustauscher im Fahrzeug völlig vermieden werden. Die Ölpumpen können ver- hältnismässig klein ausgebildet werden, da sie nur noch die geringe, zum Schmieren erforderliche Öl- menge über kurze Wege fördern müssen. Der Ölvorrat besteht nur noch aus der im jeweiligen Ölsammel- raum befindlichen Ölmenge, die rasch und sicher auf die erforderliche Temperatur gebracht bzw. auf die- ser gehalten werden kann. Dies wird noch dadurch erleichtert, weil es ohne Schwierigkeiten möglich und zum Teil auch durch die Betriebsverhältnisse bedingt ist, dass das Öl die eingebaute, das Kühl- bzw. Heiz- mittel führende Rohranordnung in turbulenter Strömung umspült, wodurch ein maximaler Wärmeübergang gewährleistet ist.
Der Viskositätsbereich der optimalen Schmierwirkung des verwendeten Öles kann daher verhältnismässig klein sein.
In derZeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 ein Funktionsschaubild einer Einrichtung zum Wärmeaustausch für ein Getriebe mit einem heizbaren Kühlwasserkreislauf, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen aus einem Getriebegehäuse und einer aus Rohrschleifen gebildeten Rohranordnung bestehenden Wärmeaustauscher gemäss der Linie II-II in Fig. 3, Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Wärmeaustauscher gemäss Fig. 2, Fig. 4 eine Seitenansicht im teilweisen Schnitt durch den Wärmeaustauscher gemäss der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 eine Enrich- tung zum Wärmeaustausch bei einer Diesellokomotive mit einem sämtliche Wärmeaustauscher durchströ- menden Kühlwasserkreislauf, Fig.
6 eine Einrichtung zum Wärmeaustausch bei einer Diesellokomotive mit zwei Kühlwasserkreisläufen und Fig. 7 eine Einrichtung zum Wärmeaustausch bei einem Gleiskettenfahr- zeug.
Bei einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Diesellokomotive ist zum Aufrechterhalten ei- ner vorbestimmten Öltemperatur in dem hohe Leistungen übertragenden Getriebe 1 eine Einrichtung zum
Wärmeaustausch vorgesehen. Diese Einrichtung besteht gemäss Fig. 1 im wesentlichen aus einem Wärme- austauscher 2 für das Getriebeöl, einem Kühler 3 und einem bekannten, beliebig ausgebildeten Heizkes- sel 4'für das Kühlwasser sowie zwei wechselweise in den Kühlwasserkreislauf einschaltbaren Umwälzpum- pen 5 und 6. Das Getriebe 1 weist in bekannter Weise einen zum Speichern des erforderlichen Ölvorrates dienenden Sammelraum 7 auf, in dem erfindungsgemäss eine als Kühlschlange 8 ausgebildete Rohranord- nung vorgesehen ist, die zusammen mit dem Sammelraum 7 den Wärmeaustauscher 2 bildet.
Das eine
Ende dieser Kühlschlange 8 ist mit einem in bekannter Weise, z. B. an einer Seitenwand oder Stirnfläche der Lokomotive, angeordneten Kühler 3 verbunden, durch den die Kühlluft durch einen regelbaren Venti- lator 9 hindurchgeführt wird. Darüber hinaus kann in Strömungsrichtung der Kühlluft vor dem Kühler 3 eine Kühlerjalousie 10 mit einstellbarem Luftdurchlass vorgesehen sein, so dass die Kühlluftzufuhr zusam- men mit dem regelbaren Ventilator 9 sowohl im Hinblick auf die dem Kuhler 3 zugeführte Luftmenge als auch hinsichtlich ihrer Strömungsgeschwindigkeit den jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst werden kann. Vom Kuhler 3 führt eine Verbindungsleitung 11 zum Heizkessel 4, der auch zum Heizen der Wagen des Zuges vorgesehen sein kann.
Der Heizkessel 4 seinerseits ist wieder durch eine weitere Verbin- dungsleitung 12 und eine Anschlussleitung 13 an das freie Ende der im Sammelraum 7 des Getriebes 1 an- geordneten Kühlschlange 8 angeschlossen. In der Anschlussleitung 13 sind zwei Dreiweghähne 14 und 15 vorgesehen, zwischen denen die Anschlussleitung 13 aus zwei parallel verlaufenden und durch Umschalten der beiden Dreiweghähne 14 und 15 wahlweise in die Anschlussleitung 13 einschaltbaren Rohrleitungen 16 und 17 besteht. Zum Erzielen der erforderlichen Umlaufströmung im Kühlwasserkreislauf ist in jeder die- ser Rohrleitungen 16, 17 eine Umwälzpumpe 5 bzw. 6 angeordnet.
Der Heizkessel 4 besteht im Beispiels-
<Desc/Clms Page number 3>
falle aus einem wassergefüllten mit Öl beheizten Behälter 18, durch den eine an die beiden Verbindungs- leitungen11 und I ? angeschlossene und demnach kühlwasserdurchflossene Rohrschlange 19 hindurchgeführt ist oder an den die beiden Verbindungsleitungen 11 und 12 unmittelbar angeschlossen sind. Selbstverständlich können als Heizkessel 4 auch Röhrenkessel mit oder ohne Zwangsdurchlauf vorgesehen sein, deren Dampf unmittelbar dem Kühlwasserkreislauf zugeführt wird. Durch eine zwischen den beiden Verbindungsleitungen 11 und 12 angeordnete und an diese mittels zweier Dreiweghähne 20 und 21 angeschlossene Umgehungsleitung 22 wird eine Abschaltung des Heizkessels 4 vom Kühlwasserkreislauf ermöglicht, wenn ein Anwärmen des Kühlwassers nicht erforderlich ist.
Von den beiden meist als Kreiselpumpen ausgebildeten Umwälzpumpen 5 und 6 ist die eine 5 unmit- telbar vom Dieselmotor angetrieben, während die zweite 6 mit einem Gleichstrommotor 23 verbunden ist, dem die Batterie der Diesellokomotive als Stromquelle dient. Beim normalen Fahrbetrieb ist die vom Dieselmotor angetriebene Umwälzpumpe 5 in den Kühlwasserkreislauf eingeschaltet, während die zweite elektrisch angetriebene Umwälzpumpe 6 stillsteht. Wird indessen eine Aufrechterhaltung der vorbestimmten Öltemperatur bei stehendem Dieselmotor gewünscht, so werden die beiden in der Anschlussleitung 13 vor- gesehenen Dreiweghähne 14 und 15 auf die zweite Umwälzpumpe 6 umgeschaltet und die durch den Gleichstrommotor 23 angetriebene Umwälzpumpe 6 in Gang gesetzt. Das Ingangsetzen bzw.
Abschalten der elektrisch angetriebenen Umwälzpumpe 6 kann dabei mit dem Umschalten der beiden Dreiweghähne 14 und 15 zum Vereinfachen der Handhabung gekuppelt werden. Falls die elektrisch angetriebene Umwälzpumpe 6 dauernd eingeschaltet ist, können die beiden DEeiweghähnel4undl5 und die Umwälzpumpe 5 des Dieselmotors auch in Fortfall kommen, wodurch sich die Einrichtung noch wesentlich vereinfacht.
Diese Unabhängigkeit des Kühlwasserkreislaufes vom Dieselmotor ist notwendig, um ein Warmhalten der gesamten ölmenge im Sammelraum 7 zu sichern und damit die volle Schmierfähigkeit des Öles auch bei starker Unterkühlung der Diesellokomotive. wie sie beispielsweise bei länger andauerndem Abstellen des Fahrzeuges im Freien eintreten kann, stets zu gewährleisten, so dass sich beim Wiederanfahren, bei dem bedeutende Drehmomente durch das Getriebe 1 zu übertragen sind, eine weitgehende Schonung der miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder sowie der Lager ergibt.
Bei Verwendung der Einrichtung gemäss Fig. 1 zum Kühlen des Getriebeöles erstreckt sich der Kühlwasserkreislauf auf die Kühlschlange 8 im Sammelraum 7, den Kühler 3, die Umgehungsleitung 22 und die jeweils eingeschaltete Umwälzpumpe 5 bzw. 6. Der Heizkessel 4 ist dabei vom Kühlwasserkreislauf abgeschaltet. Durch entsprechendes Einstellen der Drehzahl des Ventilators 9 und des Luftdurchlasses der Kühlerjalousie 10 muss die Kühlwassertemperatur so eingestellt werden, dass das Öl im Sammelraum 7 des Getriebes 1 auf die vorbestimmte Temperatur abgekühlt wird. Ist indessen ein Anwärmen des Getriebe- öles erforderlich, so wird durch Umschalten der beiden in den Verbindungsleitungen vorgesehenen Dreiweghähne 20 und 21 an Stelle der Umgehungsleitung 22 der Heizkessel 4 in den Kühlwasserkreislauf eingeschaltet.
Darüber hinaus wird durch Stillsetzen des Ventilators 9 und Schliessen des Luftdurchlasses der Kühlerjalousie 10 ein Abkühlen des Kühlwassers im Kühler 3 unterbunden. Das Umschalten des Kühlwasserkreislaufes von "Kühlen" auf "Heizen" oder umgekehrt durch Ein- und Abschalten der Umgehungsleitung 22 kann von Hand durch Umstellen der jeweiligen Dreiweghähne 20 und 21 erfolgen, doch ist es ohne weiteres auch möglich, beispielsweise im Sammelraum 7einen Thermostaten vorzusehen, durch den ein selbsttätiges Umschalten ausgelöst wird, wenn die Öltemperatur entsprechende, als noch zulässig erachtete Grenzwerte über-bzw. unterschreitet.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die beiden in der Anschlussleitung angeordneten Dreiweghähne 13 und 14 entfallen zu lassen und an deren Stelle eines der bekannten, beispielsweise mit Schleppkolben versehenen Umsteuerventile vorzusehen. Die gleiche Anordnung kann unter Fortfall der beiden Dreiweghähne 20 und 21 auch zum Ein- bzw. Abschalten der Umgehungsleitung 22 vorgesehen sein.
Bei dem Wärmeaustauscher gemäss den Fig. 2 bis 4 weist das Getriebegehäuse 24 im Bereich seines Sammelraumes 7 für das Schmieröl eine seitliche Öffnung auf, die durch einen topfartigen, im Querschnitt etwa Nierenform aufweisenden Deckel 25 verschlossen ist. Zum Verbinden mit dem an seiner of-
EMI3.1
aufweisendennem wulstartigen Rand 27 versehen, der zum Aufnehmen der das Getriebegehäuse 24 mit dem Deckel 25 verbindenden Schrauben 28 dient. Etwa im Bereich der Krümmungsmittelpunkte der beiden die Scheitel des Deckelquerschnittes bildenden Halbkreise ist je ein die Stirnfläche des Deckel 25 durchsetzendes, in den Sammelraum 7 hineinragendes und öldicht eingesetztes Rohr zum Zu- bzw. Abführen des Kühlwassers vorgesehen.
Dem Verwendungszweck entsprechend wird im folgenden das eine dieser beiden Rohre als Zulaufrohr 29, das andere als Ablaufrohr 30 bezeichnet. Die innerhalb des Sammelraumes 7 liegenden Enden dieser beiden Rohre sind, beispielsweise durch angeschweisste Deckbleche 31, Verschlussstopfen od.
<Desc/Clms Page number 4>
dgl. verschlossen. Zwischen dem Zulaufrohr 29 und dem Ablaufrohr 30 ist im Sammelraum 7 eine dem Wärmeaustausch dienende Rohranordnung vorgesehen, die beim dargestelltenAusführungsbeispiel aus zwei parallelgeschalteten, das Zulaufrohr 29 mit dem Ablaufrohr 30 verbindenden Rohrschleifen 32 besteht.
Diese jeweils zweieinhalb Windungen aufweisenden Rohrschleifen 32 sind in ihrer Form dem Querschnitt des Deckels 25 bzw. der Öffnung des Getriebegehäuses 24 angepasst. Zum Ableiten des Öles aus dem Sammelraum 7 ist ein Saugrohr 34 vorgesehen, das in der dem Deckel 25 gegenüberliegenden Stirnwand 33 des Getriebegehäuses 24 angeordnet ist und in den Sammelraum 7 hineinragt. Dabei ist die Anordnung so getroffen, dass das parallel zum Zulaufrohr 29 und Ablaufrohr 30 verlaufende Saugrohr 34 mit radialem Spiel durch den von den Rohrschleifen 32 gebildeten Hohlraum bis etwa in den Bereich der Stirnfläche des Dekkels 25 hindurchgeführt ist, wo es am freien Ende z. B. durch einen Verschlussstopfen 35, ein Deckblech od. dgl. verschlossen ist.
Dieses die Strinwand. 33 des Getriebegehäuses 24 durchsetzende Saugrohr 34 ist mit der Saugseite einer Ölpumpe verbunden, die an der Aussenseite des Getriebegehäuses 24 angeordnet ist.
Um das Eintreten des Öles in das Saugrohr 34 zu ermöglichen, weist dieses an seiner Mantelfläche schlitzförmige Durchbrechungen 36 auf, die, um gröbere Verunreinigungen des Öles von der Ölpumpe fernzuhalten, durch ein das Saugrohr 34 umschliessendes engmaschiges Netz 37 abgedeckt sind.
Etwa symmetrisch zur Durchtrittsstelle des Saugrohres auf die lotrechte Längsmittelebene des Getriebegehäuses 24 bezogen, ist die Stirnwand 33 des Getriebegehäuses 24 mit einem ebenfalls an die Ölpumpe angeschlossenen kurzen Druckrohr 38 versehen. Dieses ragt in den Sammelraum 7 hinein und ist mit einem Überströmventil 39 für die Ölpumpe vorgesehen, aus dem das nicht zum Schmieren der einzelnen Schmierstellen des Getriebes 1 notwendige Öl unmittelbar in den Sammelraum 7 eintritt.
Dadurch wird eine starke Durchwirbelung des im Sammelraum 7 befindlichen Öles erzielt, so dass mit der erfindungsgemässen Ausbildung des Wärmeaustauschers durch das von den Schmierstellen in den Sammelraum 7 fallende Öl eine noch wesentlich verstärkte turbulente Strömung im Sammelraum 7 erzielt wird, wodurch die Gewähr für einen intensiven Wärmeaustausch zwischen dem Getriebeöl und dem Kühlwasser gegeben ist.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf ein einziges Getriebe beschränkt. Gemäss dem Ausfüh- rungsbeispiel nach Fig. 5 ist bei einer Drehgestell-Diesellokomotive der Achsanordnung CC mit hydraulischer Kraftübertragung, von der lediglich die Antriebsanlage eines Drehgestelles in der Zeichnung dargestellt ist, jeweils im Sammelraum für das Öl jedes Dieselmotors 40, jedesGeschwindigkeitswechselgetriebes 41, jedes Zwischengetriebes 42 und jedes Achsgetriebes 43 eine Rohranordnung 44 vorgesehen, die zusammen mit dem zugehörigen Sammelraum einen Wärmeaustauscher bildet. Die Rohranordnungen 44 sind dabei analog dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 4 entsprechend der Form des jeweiligen Sammelraumes bzw. dessen Öffnung ausgebildet.
Der Kühler 45 ist dabei von einem unmittelbar vom Dieselmotor 40 angetriebe-nen Ventilator 46 gekühlt. An Stelle des unmittelbaren Antriebes für den Ventilator 46 kann jedoch auch ein beliebiger anderer bekannter Antrieb vorgesehen werden. Sämtliche Rohranordnungen 44 für die Antriebs. anlage eines Drehgestelles sind untereinander in Reihe geschaltet und über eine vom Dieselmotor 40 unabhängige Umwälzpumpe am Kuhler 4b angeschlossen. Falls jeder Dieselmotor eine mit ihm gekuppelte Umwälzpumpe 47 aufweist, ist eine Schaltung der beiden Umwälzpumpen gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vorzusehen. In gleicher Weise ist der Anschluss des Heizkessels an den Kühlwasserkreislauf vorzusehen.
Es ist indessen nicht notwendig, sämtliche Rohranordnungen 44 in Reihe zu schalten. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6, das ebenfalls wie das vorhergehende Ausführungsbeispiel an einer DrehgestellDiesellokomotive mit hydraulischer Kraftübertragung, jedoch mit der Achsanordnung BB vorgesehen ist, sind jeweils die Rohranordnungen44 im Sammelraum des Dieselmotors 40 und des Geschwindigkeitswechselgetriebes 41 sowie die im Sammelraum des Zwischengetriebes 42 und der beiden Achsgetriebe 43 in Reihe zu einer Gruppe geschaltet. Beide Gruppen sind dann parallel zueinander am Kühlwasserkreislauf, d. h. am Kühler 45 und an der oder den Umwälzpumpen 47 angeschlossen. Der Heizkessel, der auf der Zeichnung nicht mehr dargestellt ist, ist wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. J mit dem Kühlwasserkreislauf verbunden.
Schliesslich ist es auch noch möglich, wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt, sämtliche Rohranordnungen zueinander parallel an eine gemeinsame Zuführungsleitung 48 und Abführungsleitung 49 anzuschliessen. Wie aus diesem Ausführungsbeispiel zu ersehen ist, ist der Erfindungsgegenstand nicht auf die Kühlung und Heizung der Getriebe und Motoren von Schienenfahrzeugen beschränkt. Er kann ebenso für Strassen- und Geländefahrzeuge, im Beispielsfalle für den Motor 50, das Schaltgetriebe 51 und das Lenkgetriebe 52 eines Gleiskettenfahrzeuges vorgesehen werden.
Als Anwärmvorrichtung für das Kühlwasser ist dabei ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Heizgerät z. B. ein Schwingfeuergerät in analoger Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. l vorgesehen.