Kühleinrichtung an Antriebsanlagen mit Verbrennungsmotor. Durch Verbrennungsmotoren angetrie bene Fahrzeuge, seien es Strassen- oder Schie nenfahrzeuge, sind zumeist mit einem Wärme- austauscher ausgerüstet, dem durch einen vom Verbrennungsmotor angetriebenen Lüf ter Kühlluft zugeblasen wird. Um die Kühl temperatur des Motors auf einer bestimmten Höhe zu halten, ist hierbei eine Regelung der Kühlwirkung des Wärmeaustauschers erfor derlich.
Dies erfolgt durch teilweises Ab decken der Kühlerfläche, durch Drosselung des Luftstromes, :durch Anordnung eines re gelbaren Nebenauslasses oder neuerdings auch durch eine mechanische Schaltkupplung, mit tels der je nach Bedarf zeitweise der Lüfter antrieb ausgeschaltet wird.
Diejenigen Regelungsarten, die den Lüf ter nicht selbst beeinflussen, sondern die Drosselung oder Umleitung des Luftstromes zum Ziele haben, sind unwirtschaftlich, da ein Teil der vom Lüfter an die Luft abge führten Energie vernichtet werden muss.
Der jenigen Regelungsart aber, bei welcher durch eine Schaltkupplung der Lüfter je nach Be darf ein- und ausgeschaltet wird, haftet der Nachteil an, .dass bei den häufigen Schalt vorgängen und dem grossen Schwungmoment des Lüfterrades ein. grosser Verschleiss an den Reibbelägen der Schaltkupplung auftritt.
Da der für eine Kühlanlage zur Ver fügung stehende Raum im allgemeinen, ins besondere aber bei Fahrzeugen, beispielsweise Triebwagen, sehr beschränkt ist, müssen in der Regel hochgezüchtete, ra.schlaufende Lüf ter verwendet werden.
Je höher aber die Drehzahl der Lüfter, um so grösser ist meist auch der durch sie verursachte Lärm, der sich beispielsweise gerade bei Triebwagen sehr unangenehm bemerkbar macht Alle diese Nachteile sollen gemäss der Er findung dadurch beseitigt sein, dass der Lüf ter vom Verbrennungsmotor über eine Strö- mungskupplung mit regelbarer Flüssigkeits füllung angetrieben wird.
Vorteilhaft kann durch Veränderung des Füllungsgrades die ser Kupplung die Drehzahl des Lüfters stufenlos von Null bis zur Volldrehzahl ver ändert, also den jeweiligen Betriebsbedingun gen voll angepasst werden. Die Einstellung der Kupplung auf die der jeweils benötigten Lüfterdrehzahl entsprechende Füllung wird dabei zweckmässig mittels eines Wärme fühlers selbsttätig vorgenommen.
Bekanntlich werden die Kühlanlagen in der Regel in ihren Abmessungen und in der Drehzahl des Lüfters für die ungünstigsten Verhältnisse berechnet, also derart, dass selbst an heissesten Tagen die Kühltemperatur eine gewisse Höhe nicht überschreitet. Eine volle Ausnützung der Kühlanlage kommt somit während des grössten Teils der Betriebszeit gar nicht in Frage. Bei den bekannten Anla gen muss daher meist in gedrosseltem Zu stand oder mit häufiger Unterbrechung ge fahren werden, wobei sich aber stets die für die ungünstigsten Verhältnisse berechnete hohe Drehzahl des Lüfters insbesondere durch den von ihm verursachten Lärm be merkbar macht.
Die Füllungsregelung ist vorteilhaft von solcher Art, dass der Lüfter jeweils nur mit der Drehzahl betrieben wird, die gerade er forderlich ist, um das Kühlmittel unter einer gewünschten Temperatur zu halten. Die höchste Drehzahl wird dann nur in dem sel tenen Falle auftreten, bei welchem die der Berechnung der Kühleinrichtung zugrunde liegendenungünstigen-Verhältnisse herrschen. Bei allen anderen Verhältnissen, also bei dem weitaus grössten Teil .der gesamten Betriebs zeit, wird mit. verminderter Drehzahl bei ruhigem Lauf gekühlt.
Ein Vorteil einer der artigen Einrichtung besteht darin, dass sie bei allen Betriebszuständen, bei welchen sie nicht voll ausgenützt ist, also praktisch wäh rend des weitaus grössten Teils der ganzen Betriebszeit einen wesentlich geringeren Lei- stungsbedarf aufweist als die Kühleinrich tungen üblicher Ausführung. Zum Nachweis hierfür sei beispielsweise der Leistung-.ver- brauch einer Kühleinrichtung mit Aussetz- regulierung mit dem Leistungsverbrauch der Kühleinrichtung mit steter Regulierung ver glichen.
Nimmt man an, dass die Kühleinrich- tungen unter bestimmten Betriebsverhältnis sen nur die Hälfte derjenigen Wärmemenge abzuführen haben, welche ihrer vollen Lei- stungsfähigkeit entspricht, so würde der Lüfter mit Aussetzregulierung hierbei etwa 52 Minute mit seiner vollen Drehzahl laufen und dann 1/z Minute stillstehen und so fort. Sein Leistungsverbrauch entspräche also in der Zeiteinheit durchschnittlich der halben Volleistung.
Bei einem Lüfter mit steter Regu lierung dagegen würde der Lüfter kontinuier- lich mit halber Drehzahl laufen, und zwar dadurch, dass die Strömungskupplung mit <B>50%</B> Schlupf arbeitet, derart, dass ihre Aus gangsdrehzahl gleich der halben Eingangs- drehzahl ist.
Da der Lüfter bei halber Dreh zahl nur ein Viertel seines vollen Dreh momentes aufnimmt, ergibt sich an der An triebswelle der Kupplung ein Leistungsbe darf von einem Viertel der Volleistung gegen über der Hälfte bei Aussetzregulierung. Durch eine 'Kühleinrichtung mit Strömungs kupplung wird übrigens noch die bei Strö mungskupplungen ganz allgemein bekannte Wirkung einer ausgezeichneten Dämpfung der zwischen Motor und Lüfter auftretenden Schwingungen erreicht.
Die Antriebsverbindung zwischen dem Lüfter und dem Motor kann so ausgebildet sein, dass bei vollständigem Kuppeln die Höchstdrehzahl des Lüfters bei einer nied rigeren als der Höchstdrehzahl des Motors erreicht wird, damit auch hierdurch die volle Ausnützung der Kühleinrichtung ermöglicht wird, und dass bei Steigerung der Motor drehzahl die Drehzahl des Lüfters wegen Vergrösserung des Schlupfes der Strömungs kupplung auf etwa gleichbleibender Höhe ge halten wird.
Diese Ausbildung ist beispielsweise bei Triebwagenanlagen mit Flüssigkeitsgetriebe von besonderem Vorteil, wenn letzteres zum Bremsen herangezogen wird.
Hierbei läuft nämlich beim Bremsvorgang der Motor mit seiner Leerlaufdrehzahl oder jedenfalls mit einer niedrigeren als der Höchstdrehzahl, während durch die Kühleinrichtung für die Getriebeflüssigkeit, die mit dem Motorkühler etwa zu einer Einheit zusammengebaut ist, eine infolge des Bremsens entstehende grosse Wärmemenge aus ,der Betriebsflüssigkeit des Flüssigkeitsgetriebes abzuführen ist.
Wegen der Regelbarkest der Lüfterdrehzahl braucht der Lüfter dann nicht mit einer der vermin derten Motordrehzahl entsprechenden Dreh zahl zu laufen, sondern kann mit einer grösseren Drehzahl betrieben werden. Es be steht somit die Möglichkeit, selbst bei nied riger Motordrehzahl die Kühleinrichtung voll auszunützen.
Die Erfindung kommt nicht nur für An triebsanlagen auf Fahrzeugen in Betracht, sondern auch für ortsfeste Anlagen, wo stark veränderliche Betriebsverhältnisse herrschen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei spiel der Einrichtung gemäss der Erfindung schematisch dargestellt. Der Motor 1 treibt über die Welle 2 das Getriebe 3 und die Welle 4 etwa eine (nicht dargestellte) Fahrzeug achse.
Eine weitere Antriebswelle 5 führt vom Motor bezw. vom Getriebekasten zur Strömungskupplung 6,,die beispielsweise mit umlaufendem Behälter 7 und Schöpfrohr 8 ausgerüstet ist, und zum Lüfter 9, der dem Wärmeaustauscher 10 Kühlluft zubläst. Am Wärmeaustauscher 10 ist ein Wärmefühler 11 angebracht, der über ein Gestänge 12 auf einen mit dem Schöpfrohr 8 verbundenen He bel einwirkt.
Je wärmer das Kühlmittel in den Wärmeaustauscher eintritt oder diesen verlässt (je nach der Anordnung des Wärme fühlers am Kühlerein- oder auslass), um so weiter wird über .den Wärmefühler das Schöpfrohrende nach aussen geschwenkt und damit eine um so grössere Füllung der Kupp lung eingestellt, was eine Steigerung der Lüfterdrehzahl zur Folge hat. Es wird so in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühl mittels die Lüfterdrehzahl selbsttätig ge regelt.
Cooling device on drive systems with internal combustion engines. Vehicles driven by internal combustion engines, be they road or rail vehicles, are mostly equipped with a heat exchanger to which cooling air is blown by a fan driven by the internal combustion engine. In order to keep the cooling temperature of the engine at a certain level, a regulation of the cooling effect of the heat exchanger is neces sary.
This is done by partially covering the radiator surface, by throttling the air flow, by arranging a re adjustable secondary outlet or, more recently, by a mechanical clutch, with means of which the fan drive is switched off at times as required.
Those types of control that do not influence the fan themselves, but aim at throttling or redirecting the air flow, are uneconomical because some of the energy discharged into the air by the fan has to be destroyed.
However, the type of regulation in which the fan is switched on and off as required by a clutch has the disadvantage that it occurs with frequent switching operations and the large moment of inertia of the fan wheel. there is great wear and tear on the friction linings of the clutch.
Since the space available for a cooling system is generally very limited, but especially in the case of vehicles such as railcars, sophisticated, ra.schlaufende fans must generally be used.
However, the higher the speed of the fan, the greater the noise it causes, which is very unpleasant, for example, in railcars.All these disadvantages should, according to the invention, be eliminated by the fan from the internal combustion engine via a Flow coupling is driven with controllable liquid filling.
Advantageously, the speed of the fan can be changed continuously from zero to full speed by changing the degree of filling of this clutch, so it can be fully adapted to the respective operating conditions. The setting of the clutch to the filling corresponding to the fan speed required in each case is expediently carried out automatically by means of a heat sensor.
As is well known, the dimensions and the speed of the fan are usually calculated for the most unfavorable conditions, so that the cooling temperature does not exceed a certain level even on the hottest days. A full utilization of the cooling system is therefore out of the question for most of the operating time. In the known systems, it is therefore usually necessary to drive in a throttled state or with frequent interruptions, but the high speed of the fan calculated for the most unfavorable conditions is always noticeable, in particular by the noise it causes.
The charge control is advantageous in such a way that the fan is only operated at the speed that is just required to keep the coolant below a desired temperature. The highest speed will then only occur in the rare case in which the unfavorable conditions on which the calculation of the cooling device is based prevail. In all other conditions, i.e. for the greater part of the entire operating time, with. reduced speed with quiet running.
One advantage of such a device is that in all operating states in which it is not fully utilized, ie practically during the vast majority of the entire operating time, it has a significantly lower power requirement than the conventional cooling devices. To prove this, for example, the power consumption of a cooling device with intermittent regulation is compared with the power consumption of the cooling device with constant regulation.
If one assumes that the cooling devices only have to dissipate half of the amount of heat that corresponds to their full capacity under certain operating conditions, then the fan with intermittent regulation would run at full speed for about 52 minutes and then 1 / z minute stand still and so on. Its power consumption would therefore correspond on average to half the full power in the time unit.
In the case of a fan with constant regulation, on the other hand, the fan would run continuously at half the speed, namely because the fluid coupling works with <B> 50% </B> slip, so that its output speed is equal to half the input speed. speed is.
Since the fan only consumes a quarter of its full torque at half speed, there is a need on the drive shaft of the clutch of a quarter of full power compared to over half with intermittent regulation. By a 'cooling device with flow coupling, the effect of excellent damping of the vibrations occurring between the motor and fan, which is generally known in the case of flow couplings, is also achieved.
The drive connection between the fan and the motor can be designed so that when the coupling is complete, the maximum speed of the fan is reached at a lower than the maximum speed of the motor, so that the full utilization of the cooling device is also made possible, and that when the motor is increased speed the speed of the fan due to the increase in the slip of the flow coupling is kept at about the same height ge.
This training is of particular advantage in railcar systems with fluid transmission, for example, if the latter is used for braking.
During the braking process, the engine runs at its idle speed, or at least at a lower speed than the maximum speed, while the cooling device for the transmission fluid, which is built into a unit with the engine cooler, releases a large amount of heat resulting from the braking, the operating fluid of the Fluid transmission is to be discharged.
Because of the controllability of the fan speed, the fan does not need to run at a speed corresponding to the reduced motor speed, but can be operated at a higher speed. There is therefore the possibility of fully utilizing the cooling device even at low engine speeds.
The invention is not only suitable for drive systems on vehicles, but also for fixed systems where there are highly variable operating conditions.
In the drawing, a Ausführungsbei is playing the device according to the invention is shown schematically. The motor 1 drives the transmission 3 and the shaft 4 about a (not shown) vehicle axis via the shaft 2.
Another drive shaft 5 leads BEZW from the engine. from the gear box to the fluid coupling 6, which is equipped, for example, with a surrounding container 7 and scoop tube 8, and to the fan 9, which blows cooling air to the heat exchanger 10. On the heat exchanger 10, a heat sensor 11 is attached, which acts via a linkage 12 on a connected to the scoop tube 8 He bel.
The warmer the coolant enters or leaves the heat exchanger (depending on the location of the heat sensor at the cooler inlet or outlet), the further the end of the scoop tube is swiveled outwards via the heat sensor and the greater the filling of the coupling which results in an increase in the fan speed. The fan speed is automatically regulated depending on the cooling temperature.