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Motor - Pumpen -Aggregat Die nachfolgend beschriebene Erfindung
betrifft ein Motor-Pumpen-Aggregat, dessen hauptsächliche Aufgabe darin besteht,
einen irgendwo auftretenden Wärmebedarf zu befriedigen, wie es beispielsweise der
Fall sein kann, wenn Gegenstände oder Einrichtungen, die eingefroren sind, durch
Heißwasser aufgetaut werden sollen, oder aber auch wenn es sich darum handelt, bei
Maschinen, die aus kaltem Zustand anlaufen sollen, einen leichteren Start herbeizuführen.
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Damit nun die Pumpe für diese oder ähnliche Zwecke eine möglichst
heiße Flüssigkeit abzugeben imstande ist, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
das Motor-Pumpen-Aggregat mit einer in an sich bekannter Weise als Wärmeerzeuger
dienenden Flüssigkeitsbremse zu kuppeln und die auf diese Weise erzeugte Wärme zur
Erhitzung der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit zu verwenden. Hierbei verfährt
man erfindungsgemäß zweckmäßig so, daß die Bremsflüssigkeit durch die Flüssigkeitsbrernse
im Kreislauf geführt wird und die aufgenommene Reibungswärme mittels eines Wärmeaustauschers
an die zu erhitzende Flüssigkeit abgibt. Besonders vorteilhaft ist es, als Motor
für das Pumpen-Aggregateinen Verbrennungsmotor zu verwenden, dessen Kühlwasser-
und Abgaswärtne mittels Wärmeaustauscher der zu erhitzenden Flüssigkeit übertragen
wird. Baulich gesehen verwendet man für den vorliegenden Fall am besten einen aus
einem Register von je drei ineinander angeordneten Rohren bestehenden Wärmeaustauscher,
dessen mittlere Rohre von der zu erhitzenden Flüssigkeit durchlaufen werden, während
die Innen- und Außenrohre von der Bremsflüssigkeit und dem Kühlwasser des Motors
durchströmt werden. Man kann die Anordnung aber auch so treffen, daß die zu erhitzende
Flüssigkeit, nachdem sie die Kühlwasserwärme und bzw. oder die Reibungswärme aufgenommen
hat, einen abgasbeheizten Wärmeaustauscher durchströmt. Weiterhin wird, was die
Aufeinanderfolge der Einwirkung der verschiedenen Erwärmungsquellen der Flüssigkeit
anbelangt, empfohlen, die zu erhitzende Flüssigkeit zuerst die Kühlmittelräume des
Verbrennungsmotors, und zwar als Kühl-Ilüssigkeit, anschließend den die Reibungswärme
abgebenden Wärmeaustauscher und schließlich den die Abgaswärme übertragenden Wärmeaustauscher
durchströmen zu lassen.
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Um den Verwendungsbereich des neuen Motor-Pumpen-Aggregates möglichst
wenig einzu-engen, Irann es zweckmäßig sein, den Antriebsmotor zugleich auch noch
mit einem elektrischen Stromerzeuger zu kuppeln, um am Einsatzort des Aggregates
eventuell auch noch elektrische Energie zur Verfügung zu haben. Die Erfindung ist
in den Zeichnungen in einer Ausführungsform beispielsweise veranschaulicht.
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Fig. 1 stellt in einem Schaubild ein transportables Motor-Pumpen-Aggregat
dar, das mit einer nach Wahl betätigten Flüssigkeitsbremse und Einrichtungen zum
Pumpen und Erhitzen von Wasser ausgerüstet ist; Fig. 2 ist eine schematische Ansicht
der Anordnung der Fig. 1;
Fig. 2A ist eine schematische Ansicht einer
anderen AusfÜhrungsform derselben; Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie
III-III der Fig. 2; Fig. 4 ist in größerem Maßstab ein senkrechter Schnitt, teilweise
Ansicht einer Flüssigkeitsbremse für die Zusammenstellung der Fig. 1 und
2; Fig. 5 veranschaulicht in einer schematischen Ansicht, wie ein Verbrennungsmotor
durch die Flüssigkeit unter Verwendung der Anordnungen der Fig. 1,
2 und
2 A erwärmt werden kann.
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anlage 10 enthält
einen tragbaren schlittenförmigen Rahmen 11, der einen Verbrennungsmotor
12 und einen Stromerzeuger 13 trägt. Der Verbrennungsmotor 12 treibt den
Stromerzeuger 13, eine Pumpe 14 von großer Leistung, eine Flüssigkeitsreibungsbremse
15 und eine durchgehende Welle 16 an. Die Welle 16 treibt den
Riemen 17 und dieser seinerseits einen Stromerzeuger 18 für die Stromversorgung
des Verbrennungsmotors 12 und ferner für einen Kühlventilator 19 unter Verwendung
einer Kupplung 20, so daß der
Ventilator, ohne den Stromerzeuger
18 stillzusetzen, abgeschaltet werden kann. Ein Wärmeaustauscher 21 ist auf
dem Rahmen 11 vor dem Ventilator 19 angeordnet, dessen schwingbare
vertikale Klappen 22 verstellt werden können, um,einen freien Umlauf von Luft durch
den Wärmeaustauscher zu gestatten oder um den Umlauf zu stoppen. Die Treibw#elle
16 geht durch den Würmeaustauscher 21 hindurch, und eine Lagertragstütze23
ist am vorderen Endell zur Lagerung der Welle angeordnet. Eine Kraftabnahinescheibe
24 ist am vorderen Ende der Welle montiert.
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Der Verbrennungsmotor 12 weist den üblichen Kühlwassermantel 25 auf,
ferner eine von der Maschine angetriebene Pumpe 26, die Wasser oder eine
andere Kühlflüssigkeit durch den Kühlwassermantel 25 in Umlauf setzt, eine
Leitung27, durch die die Flüssigkeit 27 aus dem Kühlwassermantel
25 nach dem Wärmeaustauscher 21 geleitet wird, und eine Leitung 28 zur Zurückführung
der Kühlflüssigkeit aus dein Wärmeaustauscher zurück zu der Pumpe 26
und dem
Kühlwassermantel 25 der Maschine.
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Die Leitung 27 führt die heiße Kühlflüssigkeit aus dem Kühlwassermantel
25 in einen Sammler 29 in dem Wärmeaustauscher 21, und dieser führt
die heiße Kühlflüssigkeit durch äußere Kühlrohre30 nach unten und in einen Bodensammler
31, der sie in die Rückleitung 28 abführt.
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Wenn der Verbrennungsmotor 12 arbeitet und die Flüssigkeitsbremse
15 sich in Ausschaltstellung befindet, werden die Klappen20 in Bewegung gesetzt
und Wasser oder andere Kühlflüssigkeit durch die Rohre 30 des Wärmeaustauschers
geführt, während Luft rund um diese Rohre fließt, um das Wasser zu kühlen und den
Verbrennungsmotor auf der gewünschten Arbeitstemperatur zu halten.
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Wenn die Flüssigkeitsbremse 15 jedoch in Arbeitsstellung ist,
werden die Klapen22 geschlossen, der Ventilator 19 wird durch Ausrücken der
Kupplung 22 stillgesetzt, und die Pumpe 14 wird durch die Welle 16 von dem
Verbrennungsmotor 12 aus angetrieben, um Wasser oder eine andere zu erhitzende Flüssigkeit
aus dem Einlaß 32 in einen Auslaß 33 zu drücken, der sie in einen
Sammler 34 in dem Wärmeaustauscher leitet. Der Sammler 34 führt durch eine Anzahl
Rohre 35, die in konzentrischem Abstand innerhalb der Rohre 30 liegen,
die Flüssigkeit nach oben. Die Rohre 35 ihrerseits führen nach einem oberen
Saminler 36, der in eine Leitung 37 entleert '. die durch den Gasauspuffverteiler
38 des Verbrennungsmotors 12 hindurchgeht. Der Verteiler 38 entleert
in ein vertikales Auspuffrohr 39, der über den Deckel des Rahmens nach oben
ragt, während die Leitung 37 in einer Kupplung außerl-ialb der Auspuffleitung
38 endigt. Die Pumpe 14 kann eine Druckpumpe beliebiger Art (Fig, 2), beispielsweise
eine Zentrifugalpumpe 14a, sein.
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Die Flüssigkeitsbremse 15 (Fig. 4) enthä-lt in einem Gehäuse
40 zwei einander gegenüberliegende, mit Schaufeln versehene Läufer 41 und 42. Der
Läufer 41 ist mit der Welle 16 verkeilt oder versplintet und daher mit ihr
drehbar. Der Läufer 42 ist auf der Welle 16 frei dreh-bar und auf Kugellagern
43 gelagert. Ein Brenisband 44 umgibt den Läufer 42 und ist an dem Gehäuse 44 an
einem geeigneten Ankerstift 45 od. dgl. verankert. Das Band wird mittels einer Zugstange
46 gespannt oder zusammengezogen durch eine Nockenanordnung mittels eines Handgriffs,
der durch eine in dem Gehäuse 40 vorgesehenen Nut hervorragt. Wenn das Brernsband
44 angezogen wird, wird der Läufer 42 feststehen. Wird das Bremsband 44 gelockert,
so ist der Läufer 42 frei, um sich mit dem Läufer 41 zu drehen.
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Die Flüssigkeitsbreinse 15 hat vorzugsweise einen geschlossenen,
selbsttätig umlaufenden Kreislauf, und ihr Flüssigkeitseinlaß 48 ist durch Kanäle
49 in dem Läufer 41 mit Kammern zwischen Schaufeln 50 in Verbindung, die
radihl um die Nahe des Läufers angeordnet und so geformt sind, daß sie die Flüssigkeit
in Kammern zwischen Schaufeln 51 in dem Rotor 42 leiten. Die äußeren Enden
indessen der Schaufeln 50
entleeren in Kanäle 52 in dem Läufer 42,
die in einen Ringkanal 53 in dem Gehäuse 40 ableiten. Wenn der Bremsläufer
42 frei läuft auf den Lagern 43, so wird bei einer solchen Ausbildung der Flüssigkeitsbremse
die Flüssigkeit in den Schaufelkammern den Läufer 42 mit dem Läufer 41 treiben,
ohne eine Flüssigkeitsreibung an der Flüssigkeit in der Läuferkammer auszuüben.
Wenn jedoch die Bremse 44 angezogen wird und so den Läufer 42 gegen Drehung festhält,
wird die Flüssigkeit in den Schaufelkammern einer Scherwirkung unterworfen und beträchtlich
erhitzt wer-den. Da die Bremse gleichzeitig eine Pumpwirkung hat, läuft diese Flüssigkeit
von dem äußeren Umfang der Läufer zu dem Kanal 53, der durch eine Leitung
54 in einen oberen Sammler 55 des Wärmeaustauschers führt. Dieser Sammler
55 (Fig. 2) leitet die Flüssigkeit nach unten durch Rohre 56, die
durch die konzentrisch im Abstand angeordneten Rohre 35 hindurchgehen. Die
unteren Enden der Rohre 56 endigen in einem Bodensammler 57, der durch
eine Leitung 58
mit dem Einlaßkanal 48 der Bremse verbunden ist. Daher fließt
die Brernsflüssigkeit in einen geschlossenen Kreislauf, der die hydraulische Bremse
und die ganz innen liegenden Rohre 56 des Kühlers enthält. Wird die Bremse
44 angezogen, um die Flüssigkeitsbremse in Betrieb zu setzen, so wird die Breinsflüssigkeit
in dem geschlossenen Kreislauf durch Flüssigkeitsreibung erhitzt und ihre Wärme
durch die Rohre 56 auf das Wasser in den umgebenden Rohren 35 ausstrahlen.
In gleicher Weise wird die erhitzte Kühlflüssigkeit in den äuß-eren Rohren
30 ihre Wärme durch die mittleren Rohre 35 strahlen und so ihre Wärmekapazität
erhöhen.
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Wie Fig. 3 zeigt, ist ein äußerer Strömungsweg A
zwischen
den Rohren 30 und 35 vorgesehen. Dieser Weg nimmt die Kühlflüssigkeit
des Verbrennungsmotors auf. Ein zwischenliegender Strömungsweg B befindet sich zwischen
den Rohren 56 und 35. Dieser Strömungsweg nimmt das zu erhitzende
Wasser oder eine andere Flüssigkeit -auf. Ein innerer Strömungsweg C wird
durch die Rohre 56 hergestellt. Dieser Strömungsweg nimmt die Flüssigkeit
der im Getriebe arbeitenden Bremsen auf. Da die Strömungswege A
und C erhitzte
Flüssigkeit an ihrem oberen Ende aufnehmen, während der zwischenliegende Strömungsweg
B die zu erhitzende Flüssigkeit an seinem Boden aufnimmt, so wird ein wirksamer
Gegenstromwärmeaustausch zwischen A und C zu B hergestellt.
Daher wird erhitzte Flüssigkeit in den Kanal 27 abgeführt und weiter durch
die Auspuffgase in der Rohrleitung 38 erhitzt, da die Leitung 37 durch,diese
Leitung hindurchgeht.
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In der in Fig. 2A dargestellten abgeänderten Ausführungsform
nimmt der Verbrennungsmotor 12 die zu erhitzende Flüssigkeit aus der Pumpe 14durch
das Rohr 33 a auf, das dieselbe in den Wasserkühlmantel 25a der Maschine
führt. Die Flüssigkeit fließt dann durch das Rohr 27 a nach dem Boden des
Wärmeaustauschers 21 a, und läuft nach oben durch den Sammler 31 a, äußere
Rohre 30 a und den oberen Sammler 29 a
in eine Rohrleitung
37a und durch den durch Auspuffgase beheizten Wärmeaustauscher 38a. Die Bremsflüssigkeit
läuft #durch das Rohr54a in einen oberen S ammler 55 a, dann abwärts
durch Rohre 56 a
innerhalb der Rohre 30a in den Sammler 57a. und von
diesem zurück zu der Bremse 15 durch eine Rohrleitung 58,a. Die Pumpe 14
bringt die zu erhitzende Flüssigkeit in Umlauf durch die Maschine, den Wärmeaustauscher
und die Auspuffleitung. Die Flüssigkeit nimmt die Wärme des Verbrennungsmotors,
die Breinsflüssigkeitswärme und die Wärme der Auspuffgase auf, bevor sie die Auslaßkupplung
erreicht. Da bei dieser Anordnung keine getrennte Kühlung des Verbrennungsmotors
verwendet wird, braucht man nicht mehr als zwei Sätze von ineinanderliegenden Kühlerrohren
zu verwenden, und es ist auch keine -besondere Kühlpumpe erforderlich.
Auf
Wunsch kann die aus der Pumpe 14 kommende Flüssigkeit zuerst durch die
Bremsflüssigkeit und hierauf durch denVerbrennungsmotor erhitzt werden.
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Die aus dem Rohr 37 oder 37a kommende erhitzte Flüssigkeit
kann für viele verschiedene Zwecke und insbesondere dazu verwendet werden, eingefrorene
Maschinen aufzutauen oder diese Maschinen auf solchen Temperaturen zu halten, daß
man sie leicht ,tarten kann. So kann in einer Brennkraftmaschine 60 der Fig.
5 ein Kurbelgehäuse 61 mit einer Heizschlange 62 ausgerüstet
werden, die heiße Flüssigkeit aus einem Schlauch oder einer anderen Leitung
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aufnimmt, die mit dem Rohr 37 oder 37 a verbunden ist. Die
heiße Flüssigkeit läuft nach ihrem Durchfluß durch die Heizschlange 62 durch
eine Leitung 64 in einen Mante165, der eine Batterie66 für die Maschine
60 enthält. Diese Batterie 66 wird schnell durch die heiße Flüssigkeit
in den Mantel 65 erhitzt und hierauf durch eine Leitung 67 zu dem
Pumpeneinlaß 32 oder 33a zurückgeführt, wo sie erneut erhitzt und zu der
Maschine 60 zurückgeführt wird. Auf diese Weise kann man eine Einheit benutzen,
um mehrere Maschinen. zu erhitzen, um diese Maschine nahe ihren Arbeitstemperaturen
zu halten, so daß sie sogar leicht gestartet werden können, wenn sie arktischen
Temperaturen ausgesetzt werden.
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Wenn der Stromerzeuger 13 der Anordnung 10
nicht arbeitet,
wird sein Anker als Schwungrad für die Welle 16 dienen, um einen glatten
Antrieb der Pumpe 14 und der Flüssigkeitsbremse 15 zu erzielen. Arbeitet
hingegen der Stromerzeuger 13, so kann man noch die Bremse 15 zur
Erzeugung von Wärme verwenden. Wenn indessen die Wärmekapazität der Anordnung nicht
benötigt wird, so kann die Bremse in ihre Ruhe- oder Ausschaltlage durch Lockerung
des Bandes 44 verstellt werden, worauf der Läufer 41 als Schwungrad für die Welle
16 dienen kann und keine erhebliche Mehrbelastung entsteht, da der Läufer
42 sich leer laufend mit dem Läufer 41 dreht. Es wird keine erhebliche Erhitzung
oder Scherreibung der Flüssigkeit in der Bremse auftreten.
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Aus der Beschreibung ergibt sich, daß der Wärmeaustanscher gemäß der
Erfindung sowohl das Arbeitsdrehmoment der Maschine als auch die durch das Drehmoment
freigemachte Verbrennungswärme der Maschine für die Zwecke der Erhitzung ausnutzt.