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Vorrichtung zum Regeln der Kühlleistung eines luftgekühlten Wärmeaustauschers
für das Kühlsystem von flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen, insbesondere zum
Regeln der Kühlwassertemperatur bei Diesellokomotiven Die Erfindung bezieht sich
auf eine thermostatisch gesteuerte Vorrichtung zum Regeln der Kühlleistung eines
luftgekühlten Wärmeaustauschers für das Kühlsystern von flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen,
die insbesondere zum Regeln der Kühlwassertemperatur bei Diesellokomotiven benutzt
werden soll.
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Es ist bekannt, bei Kraftfahrzeugen das Gebläse für den Kühler des
Fahrzeugmotors durch einen Elektroinotor anzutreiben, der in Abhängigkeit von der
Kühlwassertemperatur durch einen Thermostaten ein- und ausgeschaltet wird, wobei
das Gebläse durch den vom Fahrzeugmotor unabhängigen Elektromotor mit konstanter
Drehzahl angetrieben wird und mit konstanter Förderleistung arbeitet. Ferner ist
es bekannt, eine mit mehreren Gebläsen ausgerüstete Kühlanlage mit einer der Zahl
der Gebläse entsprechenden Zahl von den Gebläsen einzeln zugeordneten Thermostaten
zu versehen, die auf unterschiedliche Temperaturen ansprechen, so daß jeder Thermostat
bei Erreichen seiner Ansprechtemperatur das zugeordnete Gebläse einschaltet und
umgekehrt. Das Ein- und Ausschalten jedes Gebläses bei einer bestimmten Ansprechtemperatur
seines Thermostaten hat aber ein unruhiges Arbeiten der Kühlanlage zur Folge, insbesondere
dann, wenn die Thermostaten nicht von der durch die Gebläse gefördertenKühlluft,
sondernvon einem anderenWärmeträger, nämlich vom Kühlwasser einer Brennkraftmaschine
beeinflußt werden, auf das sich die mit der Änderung der geförderten Luftmenge verbundene
Änderung der Kühlleistung nur langsam auswirkt und dessen Erwärmung überdies
je nach der Belastung der Brennkraftmaschine erheblichen Schwankungen unterliegt.
Es kann dann leicht eintreten, daß bei plötzlicher Zunahme der Belastung der Brennkraftmaschine
die Kühlanlage zu träge arbeitet, wie es andererseits auch vorkommen kann, daß im
Bereich der Ansprechtemperatur des Thermostaten eines Gebläses ein ständiges Pendeln
beim Ein- und Ausschalten der Gebläse eintritt, die Gebläse also im Wechsel ständig
ein- und ausgeschaltet werden.
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Es ist weiterhin bekannt, zum Überwachen der Kühlwassertemperatur
in Brennkraftmaschinen mit einem vom Kühlwasser beeinflußten Thermostaten, der einen
zum Erwärmen des Kühlwassers dienenden Brenner steuert, denThermostaten mit zwei
den oberen und unteren Grenzen seines Temperaturbereiches entsprechenden Kontakten
zu versehen, so daß er bei Erreichen der oberen Grenze des Temperaturbereiches den
Brenner abschaltet und ihn erst wieder einschaltet, wenn die Kühlwassertemperatur
unter die untere Grenze absinkt. In diesem Sinne ist es auch bekannt, den Antrieb
eines Kühlgebläses für Brennkraftmaschinen derart zu steuern, daß seine Einschaltung
nur an der oberen Grenze, seine Ausschaltung nur an der unteren Grenze des zu regelnden
Temperaturbereiches erfolgt.
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Die Erfindung macht von einer solchen Steuerung der Gebläse bei der
Kühlanlage einer Brennkraftmaschine Gebrauch, die mit mehreren durch einzeln zugeordnete
Gebläsemotoren elektrisch angetriebenen Kühlluftgebläsen und mit thermostatisch
gesteuerten Einrichtungen zum Ein- und Ausschalten der Gebläsemotoren in Abhängigkeit
von der Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit versehen ist, und sieht eine überdeckung
der Temperaturbereiche vor, in denen das Ein- und Ausschalten der einzelnen Gebläse
erfolgt, um übermäßige Differenzen zwischen der Leistung der Brennkraftmaschine
und der Leistung der Kühlanlage zu vermeiden und das störende Pendeln der Kühlanlage
durch ständiges Ein- und Ausschalten einzelner Gebläse zu verhindern. Dies wird
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei Verwendung von mit konstanter Drehzahl
angetriebenen und mit konstanter Förderleistung arbeitenden Gebläsen die Regelvorrichtung
eine der Zahl der Gebläse entsprechende Zahl von den Gebläsen einzeln zugeordneten
Thermostaten aufweist, die gemeinsam an einer Meßstelle durch die
Temperatur
der Kühlflüssigkeit beeinflußt werden und je mit zwei den oberen und unteren
Grenzen ihres Temperaturbereichs entsprechenden Kontakten versehen sind, wobei sich
die Temperaturbereiche der Thermostaten derart überdecken, daß die obere Grenze
des im niedrigeren Temperaturbereich wirksamen Thermostaten höher liegt als die
untere Grenze des im nächsthöheren Temperaturbereich arbeitenden Thermostaten, wobei
ferner die Kontakte im Stromkreis eines jedem Thermostat zugeordneten Vorrelais
liegen, das im Steuerstromkreis des von ihm ein- und auszuschaltenden Gebläsemotors
angeordnet ist, und wobei die Vorrelais in einem vom Betriebsstromkreis der Gebläsemotoren
unabhängigen Hilfsstromkreis derart angeordnet sind, daß jedes Vorrelais bei ansteigender
Kühlwassertemperatur nur an der oberen Grenze des Temperaturbereiches eines ihm
zugeordneten Thermostaten erregt und eingeschaltet und bei absinkender Kühlwassertemperatur
erst an der unteren Grenze des Temperaturbereiches seines Thermostaten abgeschaltet
wird.
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Für die weitere Ausgestaltung einer derartigen Kühlanlage sieht die
Erfindung besondere Ausbildungen der elektrischen Steuerschaltung und besondere
Ausbildungen und Anordnungen für die zur Steuerung der Gebläse verwendeten Thermostaten
vor, für die der Schutz jedoch nur im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen
Grundausbildung der Anlage wirksam sein soll.
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In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine dieselelektrische
Lokomotive, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig.
3 eine Draufsicht auf das Therrnostatgehäuse nach Abnahme des Deckels, Fig.
4 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3,
Fig. 5 eine
Ansicht des Thermostatgehäuses von unten und Fig. 6 ein Schaltscherna für
das Regelsystem.
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Wie Fig. 1 und 2 zeigen, befindet sich in dem Aufbau
19 der Diesellokomotive 10 der zu ihrem Antrieb dienende Dieselmotor
12, der ein mit Wasser gefülltes Umlaufkühlsystem aufweist. Das Wasser tritt am
hinteren Ende des Motors 12 durch den Krümmer 13 aus und gelangt zunächst
in das Thermostatgehätise 14, in dem es die einzelnen Thermostaten umspült. Von
hier strömt das Wasser durch die beiden Zweigleitungen 15
und 16 in
die hinteren Enden zweier Kühler 17 und 18,
die im oberen Teil und
an beiden Seiten des Aufbaues 19 in Längsrichtung liegen und im Innenraum
20 mittels Streben 21 od. dgl. gehalten sind. Die vorderen Enden der Kühler
17 und 18 sind durch Leitungen 22, von denen eine in Fig.
1 gezeigt ist, mit einem Kühler 24 für das Schmieröl des Motors verbunden.
Nach dem Durchfließen dieses Kühlers gelangt das Wasser durch die Leitung
25, die Kühlwasserpumpe 26 und den Krümmer27 wieder in den Kühlwasserraum
des Dieselniotors 12 zurück.
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Innerhalb des Aufbaues 19 der Lokomotive oberhalb der Kühler
17 und 18 sind mehrere Gebläseaggregate vorgesehen, die
je aus einem Gebläse 31 und einem Antriebselektromotor 30 bestehen,
die die Kühlluft durch die Kühler saugen und je nach ihrer Saugleistung die
]x-iililleistung der Kühler verändern. Die Gebläseaggre-Z, -ate 30, 31 sind
in Bügeln 35 gelagert, die an der Decke des Lokomotivaufbaues 19 befestigt
sind. Sie blasen die durch die Kühler gesaugte Luft durch mit Sieben 36 abgedeckte
öffnungen nach außen. An Stelle der dargestellten vier Aggregate können natürlich
auch mehr oder weniger Aggregate vorgesehen werden.
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Die Regelvorrichtung arbeitet derart, daß bei steigender Temperatur
des durch das Thermostatgehäuse 14 strömenden Kühlmittels die einzelnen Gebläsemotoren
30 nacheinander eingeschaltet werden und oberhalb einer bestimmten Temperatur
sämtlich eingeschaltet sind, während sie bei fallender Temperatur ausgeschaltet
werden und schließlich sämtlich ausgeschaltet sind, wenn die Temperatur unter eine
Temperatur fällt, die etwas unter der liegt, bei der der erste Motor eingeschaltet
wird.
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Fig. 3, 4 und 5 zeigen Einzelheiten des Thermostatgehäuses.
Es besteht in derHauptsache aus dem eigentlichen Thermostatgehäuse43 zur Aufnahme
der Thermostaten 40 und einem Gehäuse 42 für die Relais 50.
Das Relaisgehäuse
setzt sich aus zwei Teilen zusarnmen, einem auf das Thermostatgehäuse aufgeschraubten
Unterteil 44 und einem durch Schrauben 46 darauf befestigten Deckel 45. Zwischen
beiden Teilen ist eine Isolierplatte 47 eingespannt, auf der verschiedene elektrische
Elemente des Relaismechanismus angeordnet sind. Hierbei handelt es sich um vier
Vorrelais 50a, 50 b, 50 c und 50 d (Fig. 3 und
6), die vier zugeordnete Hauptrelais 52 a, 52 b, 52 c und
52 d steuern, die an beliebiger Stelle innerhalb des Lokomotivaufbaues
19 angeordnet sein können.
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Wie weiter aus Fig. 4 ersichtlich ist, weist das Gehäuseunterteil
44 einen Stutzen 55 auf, durch den die verschiedenen Kabel aus dem Gehäuse
herausgeführt sind. Zu diesem Zweck ist auf den Stutzen mittels Schrauben
57 ein aus Kunststoff bestehendes Anschlußstück56 befestigt. Die Kabel sind
nicht dargestellt.
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Das eigentliche Thermostatgehäuse 43 weist einen etwa zylindrischen
Hauptteil 60 auf, der sich mit einem Flansch 61 in eine Eindrehung
62 der Kühlmittelleitung 13 einlegt, die rund um eine Öffnung
63
dieser Leitung vorgesehen ist. Das obere Ende des Gehäuseteils
60 ist mit Außengewinde 64 versehen, auf das das Unterteil 44 des Relaisgehäuses
mit einer Gewindebohrung 65 aufgeschraubt ist. Die beiden Teile werden in
zusammengeschraubtein Zustand durch eine überwarfmutter 66 gesichert, die
eine Öffnung 67 zur Durchführung der von den einzelnen Thermostaten 40 kommenden
Leitungen aufweist, die zu dem Anschlußstück 56 gefÜhrt werden. Das Gehäuseteil
60 wird auf der Kühlmittelleitung 13 mittels eines über den Flansch
61 greifenden Ringflansches 68 gehalten, der durch Schrauben
69 mit der Leitung 13 verschraubt ist. Im Boden 70 des Gehäuseteils
60 sind vier Bohrungen 71
vorgesehen, in die je eine am Ende
geschlossene Hülse 73 eingesteckt ist, die in die Kühlflüssigkeit eititaucht.
jede Hülse ist am unteren Ende etwas dünner und weist dadurch innen eine Schulter
77 auf, gegen die sich der in der Hülse befindliche Thermostat 40 unter Zwischenlage
eines Ringes 75 mit einer ringförmigen Verstärkung 76 anlegt. Er wird
in dieser Lage durch eine Büchse 74 gehalten, die sich ebenfalls unter Zwischenlage
eines Ringes von oben gegen die Verstärkung 76 anlegt und die ihrerseits
zusammen mit den anderen Büchsen durch eine Scheibe 78 gehalten wird, die
durch die Schraube 79 am Boden 70 befestigt ist. Die als Quecksilber-Thermostaten
ausgebildeten Thermostaten 40 sitzen so in den Hülsen, daß ihre Quecksilberkugeln
72 im untersten, in die Kühlflüssigkeit tauchenden Teil der Hülsen
73 mit geringem Abstand von deren Wänden sitzen. Die Hülsen 73 können
zur Erzielung einer guten Wärmeleitung mit einer Flüss; e -keit oder einem
flüssigkeitsähnlichen Stoff gefüllt sein.
Die einzelnen Thermostaten
40 sind von gleicher Bauart und unterscheiden sich nur dadurch, daß sie auf verschiedene
Temperaturen eingestellt sind. Daher braucht nur einer von ihnen beschrieben zu
werden. Die Thermostaten haben eine Reihe von in Abstand angeordneten Kontakten,
und zwar einen Zuleitungskontakt80 und zwei Kontakte81 und 82, durch die die untere
und obere Grenze des jeweiligen Temperaturbereiches bestimmt werden. Wie Fig.
6 zeigt, sind vier Thermostaten40a, 40b, 40c und 40d vorgesehen. Die Kontakte81a
und 82a des ersten Thermostaten40a sind z. B. auf 66 und 70' C eingestellt.
Die Kontakte 81 b und 82 b des nächsten Thermostaten 40
b bestimmen den Temperaturbereich von 68 bis 72' C, die Kontakte81c
und 82c des Thermostaten40c den Bereich von 70 bis 74' C und die Kontakte
81 d und 82 d des vierten Thermostaten 40d den Bereich von
72 bis 76' C. Man erkennt, daß die Temperaturbereiche einander um
jeweils 2' C überschneiden.
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Nimmt man nun an, daß die Kühlmitteltemperatur .des Motors 12 unter
66' C liegt, so wird keiner der in Fig. 6 dargestellten Stromkreise
geschlossen, und sämtliche Gebläseaggregate sind außer Betrieb. Steigt die Temperatur
auf 66' C, so berührt die Quecksilbersäule des Thermostaten 40 a den Kontakt
81 a. Aber dadurch wird ein Stromkreis noch nicht geschlossen. Steigt die
Temperatur auf 68' C, so berührt die Quecksilbersäule des Thermostaten 40
b den Kontakt 81 b, aber auch hierdurch wird kein Stromkreis geschlossen.
Steigt die Temperatur aber auf 70' C, so berührt die Quecksilbersätile des
ersten Thermostaten 40 a den Kontakt 82a. Dadurch wird der Kreis von dem positiven
Schwachstromleiter 83 über die Leitung 84 a, den Kontakt80a, die Quecksilbersäule
des Thermostaten40a, den Kontakt 82 a, die Leitungen 85 a und
86 a, die Spule 51 a des Relais 50 a und die Leitung
87a zu dem negativen Schwachstromleiter88 geschlossen. Die Relaisspule
51 a schließt nun die beiden Kontakte 89 a und 90a. Der erste dient
dazu, die Relaisspule51a auch dann unter Strom zu halten, wenn der Kontakt
82 a des Thermostaten 40a nicht mehr geschlossen ist, d. h., wenn
.die Temperatur des Kühlmittels unter 70' C sinkt. Denn dann besteht immer
noch die Verbindung 83,
84 a, 81 a, 91 a, 89 a,
86 a, 51 a, 87a, 88. Das Schließen des Kontaktes
90 a des Relais 50 a bewirkt ein Unter-Strom-Setzen der Spule53a des
Relais 52a über die Leitungen und Kontakte83, 92a, 90a, 93a, 53a, 94a,
88. Dadurch wird der Kontakt95a geschlossen, wodurch der Gebläsemotor30a
eingeschaltet wird. Hierfür steht der Stromkreis zur Verfügung, der von dem positiven
Starkstromleiter 96 über die Leitungen 97
und 98a, den Kontakt95a und
die Leitung99a zum Motor30a und von diesem zu dem negativen Starkstromleiter
100 verläuft.
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Das so eingeschaltete Gebläse31a, das nun Kühlluft durch die Kühler
17 und 18 saugt, bleibt so lange eingeschaltet, wie die Kühlmitteltemperatur
nicht unter 66' C sinkt. Sinkt sie unter 70' C, so daß der Kontakt
82 a des Thermostaten 40 a geöffnet wird, so ergibt dies noch kein Ausschalten
des Gebläsemotors 30a, weil das Relais 50a unter Strom bleibt und damit auch das
Relais 52a.
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Steigt die Kühlmitteltemperatur über 72' C, so daß die Quecksilbersäule
des zweiten Thermostaten 40 b
den Kontakt 82 b schließt, so wird das
Relais 50 b unter Strom gesetzt, dadurch die Kontakte 89 b und
90 b geschlossen und als Folge des Schließens des Kontaktes
90 b das Relais 52 b unter Strom gesetzt. Damit wird der zweite Gebläsemotor
30 b eingeschaltet. In gleicher Weise wie bei dem vorher beschriebenen Fall
bleibt dieser Motor so lange eingeschaltet, wie die Kühlmitteltemperatur nicht unter
68' C sinkt.
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Bei den bei-den übrigen Schalteinrichtungen ergeben sich die gleichen
Vorgänge, nur jeweils bei um 2 bzw. 4' C höherer Temperatur. Der Gebläsemotor
30 c wird also eingeschaltet, wenn die Kühlmitteltemperatur auf 74'
C steigt, also der Kontakt 82 c geschlossen wird und damit die Relaisspulen51c
und 53c unter Strom gesetzt werden, der Gebläsemotor 30 d, wenn die Kühlinitteltemperatur
auf über 76' C steigt, also der Kontakt82d geschlossen wird und dadurch die
Relaisspuleii51d und 53d unter Strom gesetzt werden.
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Sinkt die Kühlmitteltemperatur unter die Höchsttemperatur von 76'C,
auf die der Thermostat40d eingestellt ist, so öffnet die sink-ende Quecksilbersäule
dieses Thermostaten den Kontakt82d. Dadurch geschieht aber noch weiter nichts, weil
die Relaisspule 51 d über den Kontakt 89 d weiterhin unter
Strom bleibt und damit auch die Relaisspule53d. Sinkt dagegen die Kühlmitteltemperatur
unter 72' C, der für diesen Thermostaten eingestellten Mindesttemperatur,
so wird der Kontaktgld geöffnet und damit die Relaisspule 51d abgeschaltet.
Infolgedessen öffnet sich der Kontak-t90d, so daß auch die Relaisspule53d stromlos
wird. Der Kontakt95d öffnet sich, und der Gebläsemotor 30 d wird abgeschaltet.
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Vorher wurde beim Sinken der Kühlmitteltemperatur unter 74'
C der Kontakt 82 c des Thermostaten 40c geöffnet, ohne daß
dies irgendwelche FolLyen hatte-Erst wenn die Temperatur unter 70' C sinkt
und dadurch der Kontakt81c dieses Thermostaten geöffnet wird, erfolgt in der gleichen
Weise, wie dies vorstehend bi--züglich des Gebläsemotors 30 d beschrieben
wurde, das Abschalten des Gebläsemotors30c. Beim Sinken der Kühltnitteltemperatur
unter 68' C erfolgt das Abschalten des Gebläsemotors30b und beim Unterschreiten
der Temperatur von 66' C das Abschalten des Gebläsernotors 30a.
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Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß jedem Thermostaten ein Temperaturbereich
von 4' C zugeordnet ist, in dem sich die Quecksilbersäule auf- und abbewegen
kann, ohne daß dadurch das zugehörige Gebläseaggregat abgeschaltet wird. Wenn jedoch
die eingestellte Höchsttemperatur erreicht wird, so bleibt das Gebläseaggregat so
lange im Betrieb, bis die Temperatur unter die eingestellte Mindestemperatur sinkt.
Ob-
wohl nun aber eine Spanne von beispielsweise 4' C
zwischen der Temperatur,
bei der ein Gebläseaggregat ursprünglich eingeschaltet wird, und der Temperatur
besteht, bei der das gleiche Gebläseaggregat stillgesetzt wird, so besteht doch
eine geringere Spanne von beispielsweise 2' C zwischen den Temperaturen,
bei denen bei steigender oder absinkender Temperatur die verschiedenen Gebläse nacheinander
ein- bzw. ausgeschaltet werden. Durch diese Ausbildung der Regelvorrichtung wird
ein sehr ruhiges Arbeiten gewährleistet und ein Pendeln vermieden.