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Kühleinrichtung für Brennkraftmaschinen mit Kühlölkreislauf Die vielen
Vorteile der Ölkühlung für Brennkraftmaschinen gegenüber Wasserkühlung, wie Wegfall
der Gefahr des Gefrierens einerseits und des Verdampfens andererseits, Ausschaltung
der Rost- und Korrosionsgefahr, Möglichkeit mit höherer Kühlmitteltemperatur zu
arbeiten, wodurch der Motorwirkungsgrad verbessert und die Größe der benötigten
Rückkühlfläche verkleinert wird usw., haben bekanntlich zu verschiedenen Versuchen
geführt, dein Ölkühlungsproblein bei Brennkraftmaschinen eine praktisch brauchbare
Lösung zu geben.
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Es sind bereits Wege gezeigt, um die mit dem schlechteren Wärmeübergang
verbundene geringere Kühlwirkung des Öles im Vergleich zum Wasser wirksam auszunutzen
und gleichzeitig die für das 01 eigentümlichen Viscositätsverhältnisse zur
selbsttätigen Regelung dieser Kühlwirkung brauchbar zu machen, indem das Kühlöl
unter Überdruck in verhältnismäßig dünnen Schichten und mit verhältnismäßig hohen
Geschwindigkeiten die zu kühlenden Maschinenteile, wie Zylinderlaufbüchsen, Brennkammerwandungen,
Zündkerzenfassungen, Ventilsitze usw. zwangsläufig umströmt.
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Obwohl bei den bisher bekannten Kühleinrichtungen dieser Art den viscosen
Veränderungen im Kühlöl finit schwankenden Temperaturen derart Rechnung getragen
ist, daß bei hoher Außentemperatur die Kühlung beschleunigt und bei niedriger Außentemperatitr
verzögert wird, bedeutet dies nicht inuner einen Vorteil, weil es sich denken läßt,
daß die Außentemperatur so tief sein kann, daß das Kühlöl, z. B. beim Anlassen der
Maschine nach längerem Stillstehen, sich nicht sofort schnell genug von der Umlaufpumpe
durch den Rückkühler drücken läßt, um die hintergeschalteten Kühlstellen vor Überhitzung
zu schützen. Um diese Gefahr herabzusetzen, ist zwar vorgeschlagen worden, den Rückkühler
mit einer kurzen, ständig offenen Nebenleitung zu versehen, so daß unter den genannten
Betriebsverhältnissen der Rückkühler beim Anlassen der Maschine durch. die Nebenleitung
kurzgeschlossen wird, bis die vom Kühlöl mitgeführten Wärmemengen den Rückkühler
genügend aufgetaut haben, um diesen wieder in Betrieb zu setzen. Da die
ständig
offene Nebenleitung aber einen dauernden Energieverlust bedeutet, ist klar, daß
diese Leitung, die gegebenenfalls durch eine einfache Durchtrittsöffnung für das
Kühlöl ersetzt werden kann, sehr eng sein muß, um die Leistung des Kühlölkreislaufes
nicht zu nachteilig zu beeinflussen, wodurch andererseits wieder die beabsichtigte
Wirkung der Nebenleitung unwirksam werden kann.
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Um diese Schwierigkeit zu vermeiden und noch weitere Vorteile gegenüber
den bekannten Ölkühlvorrichtungen zu schaffen, sind erfindungsgemäß im Kühlölkreislauf
sowohl die zu kühlenden Maschinenteile als auch der luftgekühlte Rückkühler ständig
je für sich der vollen Druck- und Saugwirkung einer Kiililölumlaufpumlie ausgesetzt.
Dadurch,
daß jetzt ein Pumpendruck für den Umlauf des Kühlöles durch
das Motorgehäuse zur Verfügung steht und dieser unabhängig vom Viscosezustand des
Öles im Rückkühler ist, koninit also ein Kühlölumläuf bei allen Außentemperaturen
mit Sicherheit zustande, auch für den Fall, daß der Rückkühler mehr oder weniger
unwirksam sein sollte.
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Besonders einfach kann die Kühleinrich-.,tung nach der Erfindung ausgeführt
werden, wenn die genannten Kühlstellen und der Rückkühler in bezug auf die Umlaufpumpe
parallel geschaltet sind. " Hierdurch wird ferner erreicht, daß die selbsttätige
Anpassung der Kühlwirkung nach dem Kühlbedarf besser als bei den bekannten Ülkühleinrichtmigen
erfolgen kann, weil sowohl der Rückkühler als auch die Kühlstellen der Maschine
ständig; einem unveränderten Pumpendruck unterworfen sind und deshalb eine Ülströniungsgeschwindigkeit
proportional zu der Leichtflüssigkeit des hindurchtretenden Kühlöles aufweisen.
Bei den bekannten Einrichtungen aber, bei welchen die Umlaufpumpe, die Kühlstellen
und der Rückkühler hintereinander geschattet sind, ist der Punipendruck auf den
Rückkühler und die Kühlstellen nicht unveränderlich, sondern verteilt sich je nach
dein Durclitrittswiderstand derart, daß bei kalten Außentemperaturen der größte
Teil des Pumpendruckes auf den Rückkühler und nur ein geringerer Teil auf die Kühlstellen
wirkt, weil beim normalen Betrieb etwa die Hälfte des gesamten Pumpendruckes auf
den Rückkühler und die andere Hälfte auf die Kühlstellen der Maschine wirkt. Hierdurch
entsteht bei den bekannten 1?inrichtungen eine unerwünschte Neigung zur Verringerung
der selbsttätigen Anpassung der Kühlwirkung nach dem Kühlbedarf, was, wie nachgewiesen,
durch die vorliegende 1?i-findung vermieden wird. Endlich erzielt inan durch die
Parallelschaltung wesentlich verbesserteBetriebsbedingungen für dieKühlüluinlaufpumpe,
indem der erforderliche Pumpendruck auf etwa die Hälfte herabgesetzt und die Fördermenge
etwa verdoppelt wird im Vergleich zu der bekannten Hintertinanderschaltung, unter
der' Voraussetzung, daß, wie oben erwähnt, der normale Durchtritt,widerstand im
Rückkühler und im Motor etwa gleich ist, was auch den praktischen \@ erlliiltnissen
annähernd entspricht. Daß hierdurch ein beträchtlicher Vorteil erreicht wird, ist
leicht daraus zu ersehen, daß es früher mit besonderen Schwierigkeiten verbunden
war, eine als Umlaufpumpe dienende, verhältnismäßig kleine, langsamlanfende Kreiselpumpe
für einen den gesamten Druck-';efällen des Rückkühlers und der Kühlstellen eiit@Pi-eclicndeii
Druck zu hauen. Die Erfindung wird in der Zeichnung sowohl schematisch als auch
in einer vorzugsweisen Ausführungsform dargestellt, und zwar zeigt Abb. i ein seitliches,
schematisches Gesamtbild des Kühlölkreislaufes gemäß der Erfindung in der bekannten
Verbindung finit dem Schmierölkreislauf einer Brennkraftmaschine.
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Abb.2 zeigt teilweise schematisch einen Grundriß durch eine Ausführungsform
der Kühlölunilaufpumpe und der anschließenden Teile des Kühlölkreislaufes, während
Abb.3 eine Vorderansicht des Pumpenantriebes nach Abb. 2 darstellt.
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Die Abb. 4. und 5 zeigen in schematischer Darstellung zwei weitereAusfü
hrungsformen der Erfindung.
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Die Brennkraftniaschine nach Abb. i besitzt den bekannten vereinigten
Scluniei-fil-und Kühlölkreislauf. Der unter Überdruck arbeitende Kühlölkreislauf
wird durch die mit gestrichelten Linien 2 angedeuteten Kühlstellen der Maschine,
wie Zylinder, Ventilsitze usw. und deren obere und untere \@e rbindungsleitungen
3, ¢ gebildet, ferner durch die Verbindungsleitungen 5, G zur Kühlöluinlaufpumpe
7, die Kühlrohre 8 sowie deren Zu-und Abflußkammern.9, io und entsprechende Verbindungsleitungen
i i, 12 zur Pumpe. Dieser Kühlölkreislauf wird in bekannter Weise durch die Schmierölpumpe
13 über die Leitungen r4., 15, 16 sowie ein vorzugsweise mit einem Überströtnventil
versehenes Rückschlagventil 17 mit Öl gefüllt und unterÜberdruck gehalten. Ein vorzugsweise
finit einem l-ntlüftungsventil verbundenes Sicherheitsventil i8 verhindert, daß
der Druck im Kühlölkreislauf einen unzulässigen Wert annimmt, indem es überschüssige
Ölmengen aus dem Kühlölkreislauf in einen (nicht gezeigten) Ölfang iui oberen Teil
des Motorgehäuses übertreten läßt, von dein aus das Öl durch Verbindungskanäle hindurch
in den gemeinsamen Schinier-und Kühlölsammelbehälter i9 zurückfließt. Auch im Schmierölkreislauf
ist ein entsprechendes Sicherheitsventil 2o angeordnet.
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Wie aus der Abbildung ersichtlich, wird sowohl die Umlaufpumpe 7 des
Kühlölkreislaufes als auch ein auf der gleichen Welle 21 angebrachter Ventilator
22 mittels Riemenantriebes von der Kurbelwelle 23 aus getrieben. Die Pumpe 7 ist
erfindungsgemäß derart angebracht, daß die zu kühlenden Maschinenteile 2 und der
Rückkühler 8 in bezug auf die Pumpe parallel gescli,#.ltet sind, wodurch sich die
oben geschilderten Vorteile gegenüber den bekannten Einrichtungen ergeben.
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Die Abb.2 zeigt eine zweckmäßige Ausfiihrungsforin der gegenseitigen
/Anordnung;
der Umlaufpumpe und des Rückkühlers. Der allgemeine
Aufbau und die Hauptteile der Rückkühlvorrichtung sind bekannt, so daß hier nur
kurz zu erwähnen ist, daß auch in diesem Falle die von der Kühlluft umstrichenen
Kühlrohre des Ülrückkühlers#ein um die Achse der Umlaufpumpe und die Ein- und Ablaufkammern
der Kühlrohre konzentrisch umgebendes Rohrbündel bilden. Die Welle 2i der als Kreiselpumpe
ausgebildeten Ölumlaufpumpe wird durch ein auf das Wellenende aufgesetztes Zahnrad
24 getrieben, das mit dem in Abb. 3 ersichtlichen Steuerwellenrad 25 im Eingriff
steht. Aus dieser Abbildung sind auch die Ein- und Austrittsöffnungen 26, 27 des
Kühlöles in dem Motorgehäuse zu ersehen. Beim Drehen der Kurbelwelle der NTaschine
wird auch die Welle 21 mit der darauf angebrachten Pumpe 28 und dem Ventilator 22
in Drehung versetzt, wobei Kühlöl von der Pumpe durch die stillstehende Diffusorvorrichtung
29 in die ringförmige Einlaßkammer 9 des Kühlrohrbündels und von dort aus in die
mittels des vom Ventilator erzeugten Luftstromes gekühlten Kühlrohre 8 und weiter
in die zu den Kühlstellen des Motors führendeVerbindungsleitung6 gedrückt wird.
Das durch die Kühlrohre tretende Öl strömt zur ringförtnigen Auslaßkammer io des
Kühlers und von dort aus zur Saugseite der Pumpe. Das durch die Verbindungsleitung
6 zum Motorgehäuse tretende Öl kehrt nach Wärmeaufnahme von den zu kühlenden Maschinenteilen
zurück und strömt durch die Verbindungsleitung 5 gleichfalls der Saugseite der Pumpe
wieder zu. Diese beiden Strömungswege bieten gewöhnlich etwa den gleichen Strömungswiderstand,
so daß sie im normalen Betrieb von etwa .den gleichen Ölmengen in der Zeiteinheit
durchströmt werden. Wie oben beschrieben, können sich aber bei schwankenden Temperaturen
die relativen Strömungswiderstände wesentlich verschieben, so daß z. B. ein verhältnismäßig
größerer Teil des Öles durch das Motorgehäuse strömt, wobei die zur Einlaßkammer
9 mitgeführten Wärmemengen die Kühlrohre 8 auftauen und dadurch zur Wiederherstellung
normaler Strömungsverhältnisse beitragen. Die Gefahr einer Überhitzung im Motorgehäuse
vor dem Auftauen der Kühlrohre besteht nicht. Um die sorgfältige Mischung der zu
kühlenden und der rückgekühlten Olmengen an der Saugseite der Pumpe herbeizuführen,
sind die Zuströmkanäle der Pumpe erst dicht an der Pumpe zusammengeführt, wodurch
beim Umlauf der Pumpe Öl gleichmäßig von beiden Zuströmkanälen angesaugt wird.
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Die beiden Abb. 4 und 5 zeigen in schematischer Darstellung, wie der
Kühlölkreislauf g äß der Etrfindung weiter ausgebildet sein em. kann. Wie aus diesen
Abbildungen ersichtlich, ist die Pumparbeit auf zwei zweckmäßig gleiche Pumpen 7a,
7b verteilt, von denen die eine, 7a, in die Zu- und die andere, 7b, in die Abflußleitung
des Rückkühlers 8 eingeschaltet ist. Ferner sind in Abb.4 die Druckseiten und in
Abb.,5 die Saugseiten der Pumpen durch .eine vorzugsweise mit einer Drosselklappe
30 o. dgl. versehene Leitung 3i, 32 miteinander verbunden. Diese Leitung hat bei
nicht normalem Betrieb die Aufgabe, eine Nebenleitung des Rückkühlers zu bilden
und dadurch zwei in Nebenschluß verbundene Kreisläufe herzustellen. Für den Fall,
daß die beiden Pumpen und normalerweise auch die Strömungswiderstände im Rückkühler
und im Motorgehäuse gleich sind, wird im normalen Betrieb kein 01 durch die
Verbindungsleitung 34 , 32 gefördert, weil dieDruck-und Saugwirkungen der beiden
in bezug auf die in dieser Leitung stehende Olmenge einander gleichen und die Pumpen
:also zusammen mit der Kühleinrichtung 8 und den Kühlstellen :2 der Maschine einen
einzigen Ölumlauf, etwa wie bei den bekannten Einrichtungen, bilden. Sobald aber
irgendwelche Abweichungen vom normalen Betrieb eintreten, kommt eine Ausgleichsströmung
in der einen oder anderen Richtung durch die Verbindungsleitung 34 32 zustande,
d. h. die Parallelschaltung der beiden Kreisläufe wird wiederhergestellt. Die Verteilung
der Fördermengen zwischen den beiden Pumpen 7a, 7b kann gegebenenfalls auch durch
Regelung der Klappe 30 in gewünschter Richtung beeinflußt werden. Diese Regelung
läßt sich entweder von Hand oder auch selbsttätig, z. B. mittels einer von der Motortemperatur
gesteuerten, an , sich bekannten Thermostatvorrichtung durchführen.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern gestattet verschiedene Abänderungen, ohne daß von dem, Erfindungsgedanken
abgegangen wird.