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Kühleinrichtung für Brennkraftmaschinen Aus der Tatsache, daß die
Zugfestigkeit des Gußeisens und des Stahlgusses bei etwa 200° C am günstigsten ist,
ergibt sich, daß es unzweckmäßig ist, bei Dampferzeugern, Dampfspeichern o. dgl.
eine Dampfspannung zu erzeugen, welche eine höhere oder niedrigere Temperatur ergibt,
oder bei Brennkraftmaschinen die Kühlung bis auf das bisher übliche Maß zu bringen,
da es für den Werkstoff unvorteilhaft ist und außerdem, insbesondere bei der tiefen
Kühlung, ein wesentlicher Teil des Wärmewertes des verbrauchten Brennstoffes verlorengeht.
Die Dampftemperatur, d. h. die Kühlung, soll daher nur bis ,auf ungefähr --oo° C
gebracht werden. Für Kühlzwecke wird dies am besten in einem von Dampf von dieser
Temperatur erfüllten Raume geschehen.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet nun eine Vorrichtung, durch welche
es ermöglicht wird, den Dampf schnell auf eine Temperatur von ungefähr 200°C zu
bringen, dauernd auf dieser Temperatur zu halten und den hierbei erzeugten Dampf
zu sammeln und zu verwerten. Die Vorrichtung besteht aus .einem gleichzeitig als
Dampferzeuger ,ausgebildeten Dampfspeicher, in welchem die Heizflächen,
z. B. zu
kühlende Flächen von einer Brennkraftmaschine, mit Nasser bespritzt
werden. Die Zufuhr des 'Wassers zu den Austrittsstellen der Spritzanlage erfolgt
selbsttätig und unter Berücksichtigung des Dampfdruckes und somit der Temperatur
in dem die Kühlung auf beiläufig 2oo° C haltenden Speicher. Es sind zwar schon Vorrichtungen
bekannt geworden, bei welchen Wasser .auf erhitzte Flächen gespritzt wurde, um Dampf
zu erzeugen. Der in diesen Vorrichtungen erzeugte Dampf wird aber nach seiner Entstehung,
gegebenenfalls Überhitzung, abgeführt, um verwertet zu werden. Mit einem Dampferzeuger
dieser Art ist es nicht möglich, den mit der vorliegenden Erfindung beabsichtigten
Zweck zu erreichen, den Werkstoff dauernd und gleichmäßig unter einer bestimmten
Temperatur zu halten und die Wärmewirkung in hohem Maße auszunutzen. Gemäß der Erfindung
wird dies dadurch erreicht, daß die als Verdampfungsflächen für das Spritzwasser
dienenden Heizflächen in einem Dampfspeicher angeordnet sind, in welchen der Dampf
auf bestimmter hoher Temperatur gehalten wird.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Durch den aus einem
Flammrohr, Rauch- oder Wasserröhren, deren Heizflächen mit Wasser bespritzt werden,
bestehenden Dampferzeuger wird in dem Speicher Dampf erzeugt und auf bestimmten
Druck und bestimmte Temperatur gebracht. Nachdem dies geschehen ist, wird er einem
als Anlasser dienenden Dampfzylinder, der auf die Kurbelwelle der Zylinder der Brennkraftmaschine
wirkt,
zugeführt. Durch diesen Dampfzylinder wird die Brennkraftmaschine in Gang gesetzt.
Die sich bei der Arbeit derselben erhitzenden Zylinderflächen werden nun mit Wasser
bespritzt, hierbei gekühlt und erzeugen Dampf. Die Verwendung von Spritzwasser im
Dampfspeicher macht es möglich, eine Kühlung bei günstigster Wärmeausnutzung und
Werkstoffbeanspruchung zu erreichen. Die heute übliche Kessel- oder Kühlerbauart,
bei welcher eine Wassermenge die Kühl- oder Heizflächen umgibt, kann diesem Zwecke
nicht dienen, da der Dampf den Wasserraum des Behälters durchströmen muß, sich hierbei
mit Wasser anreichert und dadurch naß wird und bei Weiterverwendung kondensiert.
Dieser Übelstand wird beim Erfindungsgegenstande vermieden. Der Anlaßdampferzeuger
braucht nur klein gehalten zu werden, das Anheizen benötigt nur kurze Zeit, und
die zur Inbetriebsetzung des Dampferzeugers und Dampfzylinders benötigte Wärmemenge
ist nur ,ein Bruchteil derjenigen bei gewöhnlichen Kesseln.
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Auf der Zeichnung sind drei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigen Abb. i einen Längsschnitt der Vorrichtung, Abb.2 einen Querschnitt
derselben, Abb.3 die Vorderansicht einer Ausbildung des Dampferzeugers als Heizrohrkessel
mit eingebauten Spritzwasserröhren, Abb. 4 den Querschnitt der Wasserzuleitung zu
den hohlen Kolben der Brennkraft-Maschine in größerem Maßstabe, Abb. 5 den Querschnitt
des Sicherheits- und Dampfabsperrventils des Dampfspeichers, gleichfalls in größerem
Maßstabe, Abb.6 den Schnitt einer Ausbildung des Dampferzeugers als Wasserrohrkessel
mit Spritzwass,erröhren.
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Die zu kühlenden Zylinder i einer Brennkraftmaschine sind in einem
Dampfspeicher 2 eingebaut, der noch einen besonderen Dampferzeuger 3 in Form eines
Flammrohres besitzt, das an die durch den ganzen Dampfspeicher sich ziehende Abgasleitung
4 angeschlossen ist. Eine mit einer nicht gezeichneten Hand- und Dampfpumpe in Verbindung
stehende Spritzwasserleitung 5, die Spritzwasserkammern besitzt, von welchen ein
Teil 6 längs des Dampferzeugers 3, ein anderer Teil 6' zwischen den Zylindern i
angeordnet ist; ermöglichf die Zuführung des Spritzwassers zu den Heizflächen. In
dem Speicher 2 ist ferner ein Dampfzylinder 7 vorgesehen, welcher auf die Kurbelwelle
8 der Brennkraftmaschine arbeitet und als Anlasser dienen kann. Von der Leitung
5, die die Druckleitung der Pumpe darstellt, zweigt eine Leitung 9 ab. Die Leitung
9 kann aber auch als besondere Druckleitung a-usg.ebildet sein. Mit der Leitung
9 sind Rohre i o in Verbindung, die mittels einer Stopfbüchse 21 (Abb. 4) abgedichtet
und .auf dem Dampfspeicher 2 .aufgebaut sind. In der Stopfbüchse bewegt sich das
Posaunenrohr i i auf und ab. Das Rohr io ist mindestens so lang wie der Kolbenhub,
damit das Spiel der Posaunenrohre nicht behindert ist. Das Posaunenrohr befindet
sich in einer hohlen Kolbenstange 22. Der hohle Kolben 12 enthält in seinem Innern
eine Spritzvorrichtung 23, die als kreisförmiges Rohr ausgebildet ist und durch
das Posaunenrohr mit Spritzwasser versorgt wird. Das Posaunenrohr und die Spritzvorrichtung
sind in der Kolbenstange und im Kolbeninnern derart befestigt, daß sie die Bewegung
gemeinsam ausführen, den im Kolben entstehenden Dampf trotzdem aber austreten lassen
können.
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Um den Druck im Dampfspeicher gleichmäßig und die Temperatur auf bestimmter
Höhe zu erhalten, sind an dem Dampfspeicher ein Sicherheitsventil 13 und ein mit
diesem durch das Hubgestänge 24 verbundenes Dampfabsperrventil25 angeordnet (Abb.
5). 26 sind Ausströmöffnungen des Sicherheitsventils ins Freie. Der Kolben 27 steht
durch das Hubgestänge 24 unter dem Einfluß einer im Dampfabsperrventil 25 angeordneten
Druckfeder 28, welche sich gegen den Absperrkolben 29 stützt. Die Leitung 14. führt
aus dem Dampfabsperrventil zu einer Dampfpumpe.
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Der Dampferzeuger kann statt mit einem Flammrohr ,auch mit Feuerrohren
(Abb. 3 ) oder mit Wasserrohren (Abb. 6) versehen sein. Bei ersterer Anordnung befinden
sich die Spritzwasserrohre 15 zwischen den Feuerrohren 16, bei letzterer die Spritzwasserrohre
17 in den Wasserrohren 18, die in üblicher Weise an dem Sammler 20 angeschlossen
sind.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Bei Beginn des Betriebes
wird der Dampferzeuger 3 angeheizt. Die heißen Verbrennungsgase streichen durch
die Heizgasleitung 4. Gleichzeitig wird mittels einer Handpumpe durch das Spritzwasserrohr
5 und die Spritzwasserkammern 6 Wasser durchgepreßt, welches auf das Flammrohr 3
und die Heizgasleitung gespritzt wird. Der sich hierbei bildende Dampf wird in den
Dampfzylinder 7 geleitet und setzt dadurch die Kurbelwelle 8 in Bewegung und wirkt
somit als Anlasser. Die Zylinder i der Brennkraftmaschine werden zu arbeiten beginnen,
sich dadurch erhitzen und nun durch das Rohr 5 iund die Kammern 6' ebenfalls finit
Wasser bespritzt werden. Der sich bildende Dampf wird nun zum Teil im Dampfzylinder
7 verbraucht werden, der ebenfalls als Kraftmaschine auf die Kurbelwelle 8 arbeitet,
und zum Teil durch die Leitung 14 zu einer Dampfpumpe geführt, die dazu dient, die
Handpumpe zu ersetzen. Die
Dampfpumpe wird durch das Dampfabsperrventil
25, welches die Leitung 14 öffnet und schließt, geregelt. Diese Regelung erfolgt
entsprechend dem Druck und der Temperatur, die im Dampfspeicher herrscht. Mit zunehmendem
Druck im Dampfspeicher wird die Feder 28 nachgeben und die Leitung 14 mehr und mehr
freigeben. Die Dampfpumpe arbeitet dann schneller und spritzt mehr Wasser auf die
zu kühlenden Flächen, wodurch die Kühlung stärker wird. Bei weiterem Anwachsen des
Druckes im Dampfspeicher werden durch die Druckfeder 28 mittels des Hubgestänges
24 die Ausströmöffnungen ab des Sicherheitsventils 13 geöffnet. Es ist aber auch
möglich, ein vereinigtes Sicherheits-und Dampfabsperr ventil auf dem Dampfspeicher
anzubringen. Bei dieser Ausbildung wirkt das Dampfabsperrventil gleichzeitig als
Sicherheitsventil. Das Spritzwasser wird, bevor es in den Kessel kommt, durch die
Abgase der Brennkraftm.aschine vorgewärmt.