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Siedekühlung bei atmosphärischem oder höherem Druck. Durch Erhöhung
der Temperatur des Kiihlmittels kann man, wie bekannt ist, die Wirtschaftlichkeit
des 3Totorbetriebes erhöhen !find die Verwendung schwer siedender Brennstoffe wesentlich
erleichtern, besonders wenn man mit der Temperatur bis an die Siedegrenze des Kühlmittels
geht und so dafür sorgt, daß die Zylinder an allen Stellen gleichmäßig warm sind.
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Es sind nun mancherlei Einrichtungen entwickelt worden, um den Siedezustand
herbeizuführen und aufrechtzuerhalten. Sehr bald hat man dabei die Forderung gestellt,
daß dies selbsttätig geschehen müsse, um den Fahrer nicht noch mehr zu belasten.
Der nächstliegende Weg, den Kreislauf des Kühlmittels an irgendeiner Stelle durch
einen Thermostaten, der auf die Wärmeausdehnung anspricht, zu drosseln, führte dazu,
daß sich die Zylinder an einzelnen Stellen überhitzten und hier Dampf und Druck
auftrat, lange bevor die mittlere Temperatur des Kühlgutes die Siedegrenze erreicht
hatte.
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Um deshalb den Kreislauf der Flüssigkeit durch die Zylindermäntel
aufrechtzuerhalten, zweigte man von der üblichen Rohrleitung, welche Zylinder und
Kühler oben miteinander verbindet, ein Fallrohr ab, das unmittelbar nach dem Saugstutzen
der Pumpe führte, und glaubte nun, ohne Drosselorgan auszukommen. Jetzt führte der
Kreislauf, solange noch kein Dampf entwickelt wurde, unter Umgehung des Kühlers
lediglich durch dieses Fallrohr. Bei Dampfentwicklung sollte sich dann an der Abzweigstelle
der Dampf vom Wasser trennen und in den Kühler strömen, um dort wieder, wie in einem
Kondensator, niedergeschlagen zu werden. Dies geschah jedoch nur unvollkommen; der
Dampfdruck stieg zu weit, und der Kühler erschien zu klein.
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Uni die Gründe hierfür aufzudecken, muß man die Geschwindigkeiten
und Widerstände im Kühlkreislauf sowohl für Wasser wie auch für Wasser und Dampf
einmal näher untersuchen. Ein Lastwagenmotor von .Io P. S. verlangt eine Wärmeabfuhr
von etwa r o W. E. in der Sekunde. Um ihn zu kühlen, muß die Pumpe also in der Sekunde
z. B. o,5 1 Wasser durch den Kühler schaffen, und dieses Wasser muß sich dabei im
Kühler um etwa 2o° abkühlen. In einem Zuleitungsrohr von 3o mm lichtem Querschnitt
ergibt sich hiernach eine Geschwindigkeit von etwa 0,7m in der Sekunde und, wenn
das Rohr r m lang ist, ein Widerstand gleich dem Druck einer Wassersäule von etwa
3 cm.
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Um die gleiche Wärmemenge lediglich durch die Verdampfungswärme von
Dampf von z. B. 1,3 Atm. abs. Spannung abzuführen, sind in der Sekunde 271 Dampf
erforderlich (- etwa 2o g), die mit einer Geschwindigkeit von 38 m in der
Sekunde fließen müssen. Da neben diesen 27 1-- in der Sekunde Dampf nur etwa o,51
in der Sekunde Wasser durch die Leitung gehen, so wird die Geschwindigkeit nur ganz
unwesentlich davon beeinflußt, wenn etwa infolge der Widerstandserhöhung die Pumpe
statt o,51 in der Sekunde nur noch 0,31 in der Sekunde Wasser fördern sollte. Selbst
aber, wenn man einschränkend annimmt, daß auch bei Siedekühlung die Hälfte der abzuführenden
Wärme durch mit in den Kühler hineingerissenes Wasser übertragen wird, so sind doch
noch t3,51 Dampf in der Sekunde nötig, und die Geschwindigkeit erhöht sich gegenüber
der Kaltkühlung immer noch von 0,7 auf etwa 2o m in der Sekunde. Zugleich
mit dieser erhöhten Geschwindigkeit steigt auch der Widerstand in der Leitung ganz
erheblich. Ein großer Teil der Wassertröpfchen bleibt auf der Wand hängen und bildet
eine starke Benetzung, die sich unter starker Wellen- und Wirbelbildung mit erheblich
geringerer Geschwindigkeit auf der Wand vorwärts schiebt als das im Kern des Rohres
strömende Dampfwassergemisch.
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Die Hauptreibungsverluste entstehen nun offenbar dadurch, daß fortgesetzt
Tröpfchen finit hoher Geschwindigkeit in diese Wasserhaut hineinfliegen, wobei sie
ihre lebendige Energie fast ganz einbüßen und andere vom Dampf aus der Wasserhaut
herausgerissen werden. Je häufiger die Rohrleitung Wasser und Dampf durcheinanderwirbelt,
d. h. je enger sie ist und je mehr Umlenkungen sie aufweist, desto stärker wird
daher der Widerstand wachsen. Vornehmlich in den engen und womöglich vielfach im
Zickzack gefalteten Lamellen des Kühlers wird deshalb bei Siedekühlung ein unverhältnismäßig
höherer Widerstand
entstehen als bei Kaltkühlung. Dieser Widerstand
kamt nur dann überwunden werden, wenn die volle Saug- und Druckwirkung der Umlaufpumpe
auf den Kühler kommt, die gewöhnlich zusammen nur zwei bis drei Meter beträgt.
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Aus diesem Grunde mußte das oben erwähnte Fallrohr geschlossen werden,
wenn der Kühler als Kondensator arbeiten sollte. Man mußte also das selbsttätige
Drosselorgan jetzt in das Fallröhr einbauen und behielt damit eine stete Quelle
von Betriebstörungen, da Rost, Kesselstein und galvanische Ströme diesdm Organ stark
zusetzen.
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Hier setzt min die vorliegende Erfindung ein. Sie zeigt einen anderen
Weg, auf dem es doch möglich ist, jedes Drossel- oder Schaltorgan im engeren Sinne
zu vermeiden. Das Drosselorgan wird ersetzt durch die selbsttätige Drosselung, die
durch Widerstandserhöhung eintritt, wenn die Geschwindigkeit mit der zu bewältigenden
Dampfmenge stark ansteigt. Der Kühler wird, wie bei Siedekühlung üblich, nur zu
etwa 1i, aufgefüllt. Dann fließt das Kühlgut, solange es den Siedezustand noch nicht
erreicht hat, durch die engere Leitung i in den in Richtung des Kreislaufes hinter
den Kühlelementen, auf der Zeichnung unten gelegenen Raum des Kühlers oder Kondensators.
In der Steigleitung 2, die in den Raum vor den Kühlelementen führt, steht das Kühlgut
dann nur wenige Zentimeter höher als im Kühler, da der Widerstand des Rohres i sehr
gering ist, wenn nur Wasser hindurchfließt. Wählt man z. B. für die Zuleitung i
ein Rohr von 2o mm lichtem Durchmesser und zweigt von diesem, wie es die Zeichnung
zeigt, etwa o,5 m vor dem Kühler oder Kondensator ein Steigrohr 2 von
30 mm lichter Weite nach dem oberen Raum des Kühlers ab, so stellt sich bei
Kaltkühlung und der Pumpenförderung von 0,5 1 in der Sekunde in der 2o mm
lichten Leitung eine Geschwindigkeit von i,6 m in der Sekunde ein mit einer Widerstandshöhe
von etwa io ein. Diese läßt das Wasser im Steigrohr 2 also um io cm höher stehen
als in dem etwa zu einem Drittel gefüllten Kühler und kann von der Pumpe spielend
bewältigt «-erden. Sobald jedoch auch nur io 1 Dampf in der Sekunde abgeführt werden
müssen, müßte die Geschwindigkeit hier auf 34 111 in der Sekunde und der Widerstand
rechnungsmäßig auf annähernd 1,:I m Wassersäule steigen. Es spielt also jetzt die
Höhe des Steigrohrs 2 gar keine Rolle mehr, und das Wasser- und Dampfgemisch strömt
zum allergrößten Teil von oben in den Kühler, der dadurch gewissermaßen erst eingeschaltet
wird. Auf diese einfache und für den Betrieb denkbar sichere Weise macht die vorliegende
Erfindung jedes während des Betriebes arbeitende Regulierorgan im Kreislauf des
Kühlgutes entbehrlich und erleichtert dadurch die Anwendung der Siedekühlung ungemein.
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Dieselbe Wirkung, «-elche durch den geringen Durchmesser des unteren
Zuführungsrohres erzielt wird, kann natürlich auch durch ein weiteres Rohr mit einem
Drosselhahn oder mit einer Drosselklappe erreicht werden. Diese Ausführung hat den
Vorzug, daß man durch entsprechendes Einstellen des eingebauten Widerstandes je
nach der Witterung oder nach dem Wasserstand im Kühler den Grad cler Dampfentwicklung
verschieden wählen kann, bei welchem der Kühler selbsttätig von oben mit Kühlgut
beschickt wird;. auch bietet ein solcher Hahn die Möglichkeit, wenn man ihn schließt,
den Motor ohne weiteres mit Kaltkühlung zu betreiben für den Fall, daß ein zum Klopfen
neigender Brennstoff die Siedekühlung nicht verträgt. Um das Kühlgut oben gleichmäßig
auf die Kühlelemente zu verteilen, kann man in bekannter Weise das Steigrohr oben
in zwei oder mehr Äste gabeln, wie es die Zeichnung zeigt.