DE202007016633U1

DE202007016633U1 - Wassergekühlter Hochleistungs-Fächerkrümmer

Info

Publication number: DE202007016633U1
Application number: DE202007016633U
Authority: DE
Original assignee: Maass Kurt Joachim Dr
Current assignee: Maass Kurt Joachim Dr
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2017-11-29

Abstract

Spezielles Hochleistungsfächerrohrauspuffsystem dadurch gekennzeichnet, dass sich durch Druckbeaufschlagung des Kühlwassers ein höherer Siedepunkt des Kühlwassers ergibt, wodurch örtliche Dampfblasenbildung weniger wahrscheinlich ist.

Description

Stand der Technik und derzeitige Problematik
Bei Rennmotoren im maritimen Gereicht werden wassergekühlte Fächerrohrkrümmer verwendet. Obgleich die Abgasaustritte am Zylinderkopf unterschiedliche Entfernungen zum Sammelpunkt der Fächerrohre aufweisen, müssen die einzelnen Fächerrohre exakt gleich lang sein. Zudem sind die Rohre wegen der geforderten Wasserkühlung doppelwandig auszuführen. An einem dem Zylinderkopf möglichst nahe liegenden Punkt wird nun in den Hohlraum des Fächerrohres Kühlwasser eingespült. Dieses Kühlwasser siedet unter Normaldruck ab etwa 100°C. Bei Motoren ab 900 KW wird die Wärmeentwicklung am Abgasrohr jedoch so hoch, daß Dampfblasenbildung nicht zu kontrollieren ist.

Quelle: Allgemeiner und vielfach angewandter Wissensstand im Boots – und Yachtbau.

Die Erfindung, für die Schutz begehrt wird
Die Neuerung bezieht sich auf Dreierlei:

1. Es wird bei der Fertigung ein Stahldraht um das Innenrohr steigend gewickelt, der schließlich einen spiralförmigen Spülkanal zwischen Innen – und Außenrohr realisiert. Die Steigung der Wicklung des Stahldrahtes richtet sich nach der Leistung des Motors.
2. Es wird das Kühlwasser tangential nahe am Zylinderkopf eingespült.
3. Beim derzeitigen Stand der Impellerpumpentechnik werden bis zu 270 Liter Wasser pro Minute mit einem Druck von bis zu 2,5 bar eingespült, das dann durch Düsenbohrungen fein zerstäubt in den Abgasstrom gelangt.
4. Der Austritt des Kühlwassers wird durch eine Bohrungsplatte beeinflußt.

Durch die Art und Weise der jeweiligen Gestaltung der Einspritzbohrungen in der Bohrungsplatte können angepasste Auspuffklangmuster erzeugt werden. Das unter hohem Druck stehende Kühlwasser am Fächerrohr hat einen deutlich erhöhten Siedepunkt. Somit ist diese Technik geeignet, auch Auspuffanlagen von Motoren mit deutlich mehr als 900 KW verläßlich zu kühlen.
Gewerbliche Anwendbarkeit

Yachtbau, maritimer Rennsport

Vorteile
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile stellen sich wie folgt dar.

• Durch die Druckbeaufschlagung des Kühlwassers erhöht sich der Siedepunkt des Kühlwassers.
• Durch die exakte Führung des Kühlwasser entfallen Bereiche, in denen die Kühlwasserfließgeschwindigkeit gegen Null geht.
• Durch die exakte Führung des Kühlwasser fließt das Kühlwasser in allen Bereichen mit konstanter Geschwindigkeit, wodurch sich der Wärmeübergang erstmals rechnerisch exakt erfassen läßt.
• Bis dato nicht erreichte Perfektion bezüglich der Optik, weil keine sichtbaren Schweißnähte vorhanden sind.
• Kundenspeziefische Anpassungen der Auspuffklangmuster sind mit Hilfe der Bohrungsplatte mit Einspritzbohrungen möglich.

Wege zur Ausführung
Da die einzelnen Rohre teilweise sehr geschwungen verlaufen, wird ein „Rohr in Rohr – Biegen" aufgrund der großen Rohrdurhmesser im Leistungsbereich ab 900 KW unmöglich. Zudem läßt sich beim „Rohr in Rohr – Biegen" keine Drahtspirale (A) einfügen.
Infolgedessen findet die Fertigung des LCH PES auf einem Schweißschemel statt, der die Form des Systems, sowie die Anfangs- und Endkoordinaten der Anschlußstellen fixiert.
So läßt sich anhand von Konstruktionszeichnungen des Bootes, für das ein LCH PES konstruiert werden soll, die Anlage CAD – gestützt gestalten. Für den Serienbau bedeutet dies zudem die Reproduktionsfähigkeit mit geringsten Toleranzen und in angemessenem Kostenrahmen.
Zur Fertigung werden die Fächerrohrendstücke, die in jedem Fall gerade verlaufen, in entsprechende Führungen im Schweißschemel gesteckt. Die gewundenen Teile der Außenrohre werden nach Plan gebogen und aneinander geheftet, sodaß schließlich ein durchgehendes Rohr zwischen Anfangs – und Endpunkt entstanden ist.
Dann werden die Stoßnähte unter Zuhilfenahme eines Formiergases verschweißt. Schließlich wird das so entstandene Rohr dem Schweißschemel entnommen und der Länge nach in zwei Halbschalen getrennt.
Das wesentlich dünnere Innenrohr wird nun entsprechend des Plans so gebogen, daß es in das Außenrohr passt.
Jetzt wird das Innenrohr mit einem der Hohlraumhöhe entsprechend dicken Edelstahldraht spiralförmig nach den Planvorgaben umwickelt und punktuell fixiert.
Das Innenrohr sollte nun passgenau in die beiden Halbschalen passen. Nachdem dies sichergestellt ist, wird das Innenrohr an den Zylinderkopfflansch (B) angeschweißt.
Die erste Halbschale des Außenrohres wird nun mit Hilfe von Schraubzwingen mit dem Innenrohrverbund fest zusammengepresst und punktuell verschweißt.
Dann wird die zweite Halbschale ebenfalls mit dem bereits verschweißten System zusammengeführt, wobei ein geeignetes Markierungsmaterial die Position der Berührungspunkte zwischen Spirale und zweiter Halbschale visualisiert. An diesen Stellen wird die zweite Halbschale mit Bohrungen versehen, durch die die Spirale mit der zweiten Halbschale punktverschweißt wird.
Die Kühlwasseranschlüsse (C) werden jetzt tangential an der zweiten Halbschale von innen verschweisst angebracht.
Nach der Punktfixierung der zweiten Halbschale mit der Ersten und der Durchführung der Punktverscheißungen zwischen Halbschale und Spirale, wird das Rohr erneut dem Schweißschemel zugeführt und fixiert.
Jetzt erfolgt die Verschweißung der Längsnähte der beiden Außenrohrhälften und ein eventuelles Spannungsarmglühen und Nachrichten.
Der Abschließende Arbeitsgang am einzelnen Doppelrohr bezieht sich auf das Verschleifen der Nähte und das Polieren der Oberfläche.
Nachdem die geschilderten Arbeitsgänge bei allen Rohren durchgeführt worden sind, werden die Rohre mit dem hochglanzpolierten Fächerrohrendstückadapter und der ebenfalls hochglanzpolierten Zylinderkopfflanschplatte verdeckt verschweißt.
In den Fächerrohrendstückadapter wird eine nach Anforderung anzufertigende Endplatte eingeschraubt, die die Art und Weise der Wassereinspritzung in den Abgasstrom reguliert und damit auch den Klang und den Druck im Kühlwasser.
Bei der gesamten Konstruktion existieren keine sichtbaren Schweißnähte, womit der LCH PES auch optisch neue Maßstäbe setzt.
Nach der Fertigstellung der Edelstahlarbeiten, steht weiterer Oberflächenbehandlung, wie zum Beispiel einer Verchromung, nichts im Wege.

Claims

Spezielles Hochleistungsfächerrohrauspuffsystem dadurch gekennzeichnet, dass sich durch Druckbeaufschlagung des Kühlwassers ein höherer Siedepunkt des Kühlwassers ergibt, wodurch örtliche Dampfblasenbildung weniger wahrscheinlich ist.
Spezielles Hochleistungsfächerrohrauspuffsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch die exakte Führung des Kühlwassers vermittels einer zwischen Innenrohr und Außenrohr eingebrachten Drahtspirale in Verbindung mit tangentialer Wassereinspritzung Bereiche entfallen, in denen die Kühlwasserfließgeschwindigkeit gegen Null geht und somit Dampfblasen mit anschließendem Kühlungsausfall enstehen.
Spezielles Hochleistungsfächerrohrauspuffsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch die exakte Führung das Kühlwasser in allen Bereichen mit konstanter Geschwindigkeit fließt, wodurch sich der Wärmeübergang erstmals rechnerisch exakt erfassen läßt.
Spezielles Hochleistungsfächerrohrauspuffsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch Verwendung von verdeckten Schweißnähten eine schweißnahtfreie Optik erreicht wird, die eine bis dato nicht übertroffene optische Perfektion zuläßt.
Spezielles Hochleistungsfächerrohrauspuffsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Kundenspeziefische Anpassungen der Auspuffklangmuster mit Hilfe einer austauschbaren Bohrungsplatte mit Einspritzbohrungen möglich sind.