DE629350C - Einrichtung zum Kuehlen von Brennkraftmaschinen fuer Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Kühlen von Brennkraftmaschinen für Luftfahrzeuge, die einer Kühlung durch eine Flüssigkeit bedürfen, indem der Brennkraftmaschine die Wärme entzogen und an die umgebende Luft abgegeben wird. Es gibt bereits Kühlvorrichtungen für umlaufende Mehrzylindermotoren an Luftfahrzeugen, bei denen zwischen den Zylindern Wasserkühlröhren angeordnet sind und die an dem Umlauf der Zylinder teilnehmen, so daß sie außen von der Luft bestrichen werden und eine Art umlaufenden Kühler darstellen. Diese Rohre sind in der vermeintlichen Voraussetzung, daß sie eine zusätzliche Vortriebskraft zu liefern vermögen, derart aneinandergereiht und schräg gestellt, daß sie eine Schraubenfläche bilden. Da aber der Kühlwirkungsgrad nur in einfachem Verhältnis zu der Umlaufzahl ansteigt, während das durch das Rohrsystem verursachte zusätzliche Trägheitsmoment sowie der Luftwiderstand im Verhältnis zu der dritten Potenz der Drehzahl anwächst, läßt sich, abgesehen von den in den Zwischenräumen der Rohre entstehenden Luftwirbeln, ein solches Mißverhältnis zwischen dem Energieverbrauch und der erzielten geringen zusätzlichen Vortriebskraft feststellen, das an eine praktische Auswertung dieses Gedankens nicht gedacht werden kann, abgesehen davon, daß diese bekannte Vorrichtung nur bei umlaufenden Motoren anwendbar ist und eine Umgestaltung des Motorausbaues notwendig macht.

Gemäß der Erfindung werden die genannten Nachteile vermieden, wenn man als den umlaufenden Kühler eine Luftschraube, zweckmäßig die Vortriebsluftschraube selbst, verwendet, in deren Flügelblättern wenigstens ein paar Kanäle ausgehöhlt sind, in die gegebenenfalls Rohre 'eingebaut sind. Es ist dabei wesentlich, daß die Entfernungen der Eintrittskanten der beiden Kanäle von der Achse der Luftschraube voneinander unterschiedlich sind, so daß der Umlauf der Flüssigkeit durch den Umlauf der Luftschraube bewirkt werden kann.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in mehreren Ausführungsformen beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι einen Schnitt durch den mittleren Teil der Luftschraube gemäß der Erfindung, und zwar geht der Schnitt durch die waagerechte Axialebene der Schraube und der Flügelblätter, ' ■

Fig. 2 den Grundriß einer Abänderung,

Fig. 3 einen senkrechten Axialschnitt einer weiteren, in größerem Maßstabe teilweise dargestellten Ausführungsform, Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt des Flügelblattes nach Fig. 2,

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V der Fig. 2 oder 4,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Flügelblattes, ίο Fig. 7 einen Querschnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6 und

Fig. 8 einen Schnitt wie in Fig. i, bei einer Ausführungsform für zwei Kühlflüssigkeiten. Gemäß Fig. ι ist auf einer Welle ι die Luftschraube befestigt, von der jedoch nur die Nabe 2· und ein Teil der Flügelblätter 3 und 4 dargestellt sind. Im Inneren der Natje 2 sind zwei ringförmige Hohlräume 5 und 6 vorgesehen, und zwar ist die kreisförmig verlaufende Seitenwand 7 des Hohlraumes 5. weiter von der Achse 1 'entfernt als die kreisförmige Seitenwand 8 des Hohlraumes 6. An diametral gegenüberliegenden Stellen dieser Hohlräume münden die Kanäle 9, 10 bzw. 11 *5 und 12, die als Bohrungen in Längsrichtung der Flügelblätter verlaufen. Es ist ersichtlich, daß die Entfernungen der Eintrittskanten der Kanäle 9 bzw. 11 einerseits und der Kanäle 10, 12 andererseits von der Luftschraubenantriebsachse unterschiedlich sind. Die Längskanäle 11, 12 münden in einen die beiden Längskanäle verbindenden Querkanal 13 in der Nähe der Flügelspitze. Das gleiche gilt auch für die Kanäle 9, 10, was jedoch in der Zeichnung nicht sichtbar ist.

Die Welle 1 ist von zylindrischen Mänteln 14, 15, 16 umgeben, deren Achsen mit der Achse der Welle 1 zusammenfallen. Diese Mäntel dringen in die Nabe 'ein und sind an ihrem Ende so trompetenartig abgebogen, daß vier Flansche 17, 18, 19, 20 gebildetsind. Zwischen diesen Flanschen kann man eine dünne Trennwand vorsehen. Von den Kanten der benachbarten Flansche 17,18 wird eine ringförmige Öffnung 21 geschaffen, welche jedoch der Welle 1 näher liegt als die ähnliche ringförmige Öffnung 22 zwischen den Flanschen 19, 20.

Die Zwischenräume zwischen den Mänteln 14 und 15 einerseits und 15, 16 andererseits skid mit der entsprechenden Umlaufleitung für das Kühlwasser des die Luftschraube antreibenden Motors verbunden. Diese Verbindung ist nicht schwierig, da die Mäntel 14,15, 16 wie auch die Flansche 17, 18 19, 20 ortsfest sind und nicht an der Drehbewegung der Luftschraube teilnehmen.

Sobald die Luftschraube schnell umläuft, spielt die eben beschriebene Einrichtung die Rolle einer Pumpe und zwingt die Kühlflüssigkeit im Sinne der Pfeile 23, 24, 25, 26 und 27 umzulaufen, da das Wasser durch die Drehbewegung der als Rotor dienenden Luftschraube bei seinem Austritt aus der von den Flanschen 17, 18 gebildeten ringförmigen Öffnung eines Stators von kleinerem Durchmesser bis zum Eintritt in die von den Flanschen 19, 20 begrenzte Öffnung eines Stators von größerem Durchmesser mitgenommen wird. Während des Austrittes des Wassers aus den Öffnungen ist die Drehbewegung des Wassers gleich Null oder jedenfalls nur sehr schwach. Es ist ersichtlich, daß die auf das Wasser wirkende Zentrifugalkraft auf dem Wege 12-13 größer ist als auf dem Wege 13, 11-27. Demzufolge läuft die Flüssigkeit in Richtung der Pfeile trotz der Kraftverluste in den Kanälen und trotz der durch die Temperaturunterschiede bedingten unterschiedlichen Dichte des Wassers, das im Kanal 12 wärmer ist als im Kanal 11, um. Auf dem Wege im Inneren jedes Flügels wird die Flüssigkeit einer intensiven Kühlung infolge der großen Geschwindigkeit der Luft unterworfen, welche mit der Flügeloberfläche in Beruhrung kommt. Es ist ersichtlich, daß weder der aerodynamische Widerstand noch das Trägheitsmoment durch die Einrichtung irgendwie vergrößert werden.

Nach Fig. 2 ist auf der Welle 28 die Nabe 29 befestigt, die zwei starre Arme 30, 31 aufweist, welche die Flügel zu tragen haben, von denen jedoch nur einer, 32, teilweise "dargestellt ist. Auch hier ist die Welle 28 von drei zylindrischen Mänteln 33, 34, 35 umgeben, welche dem gleichen Zwecke dienen wie die Mäntel 14, 15, 16 der Fig. 1. Die Einrichtung zum Umlauf der Flüssigkeit weist zwei Ringräume 36, 37 auf, die sich gemeinsam mit der Welle 28 drehen. Das von dem Motor kommende Wasser tritt bei 38 ein (Fig. 3) und durch die Öffnung 39 zwischen den Flanschen 40 und 41 aus und gelangt von hier in den sich drehenden Ringraum 36. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft strömt dann, wie bei Fig. 1 beschrieben, die Flüssigkeit aus dem Ringraum 36 in einen Raum 42, der an der Wurzel des Flügels 32 vorgesehen ist, und tritt in den Kanal 43 ein, welcher längs des Flügels ausgebohrt ist. Das Zurückströmen der Flüssigkeit erfolgt über eine zweite Kammer 44, von der sie durch den Stutzen 45 in einen einige Millimeter breiten Raum gelangt, der von zwei Blechhauben 46, 47 gebildet wird, die den mittleren Teil der Luftschraube umgeben und schützen.

Die Flüssigkeit, die einen Teil ihrer Wärme beim Durchströmen der Kanäle 43 des Flügels abgegeben hat, kühlt sich weiter auf ihrem Wege zwischen den beiden Hauben 46, 47 ab und gelangt dann durch die Leitung 48 in den

Ringraum, 37 und kehrt von hier zum Motor zurück, und zwar durch die ringförmige Öffnung 49, die von den Flanschen 50, 51 gebildet wird.

Bei der raschen Umdrehung der Luftschraube wird das Wasser durch die Zentrifugalkraft im Inneren der Ringräume 3 6 und 37 derart fortgeschleudert, daß die Oberflächen der Flüssigkeit sich bei 52 und 53, wie in Fig. 3 dargestellt, halten.

Es ist ersichtlich, daß keine Flüssigkeitsverluste eintreten können. Außerdem wirkt die Einrichtung wie eine Zirkulationspumpe. Beim Anhalten fällt jedoch der beschriebene Vorgang fort. Um nun einen Verlust von Flüssigkeit in der Nabe zu verhindern, ist folgende Einrichtung vorgesehen:

Ein ringförmiges Ventil 54 ist mit einer federnden Scheibe 55 versehen, welche das Ventil auf seinem Sitz 56 hält. Außerdem ist ein zweites ringförmiges Ventil 57 vorgesehen, das auf dem Rande des Ringraumes 37 befestigt ist und mit einem Ventilsitz 58 zusammenwirkt, der mit dem Mantel 3 5 starr verbunden ist. Im Ruhezustand bewirkt die Scheibe 55 das Schließen beider Ventile, da die Mantel 33, 34, 35 axial beweglich sind. Außerdem ist ein Gewicht 109 am Ende eines Winkelhebels 11 ο vorgesehen, der auf der Achse in der Wandung des Ringraumes 36 angelenkt ist. Das andere Ende 112 des Hebels 110 greift in das Ventil 54 hinein. Bei der Drehung der Schraube wird das Gewicht 109 mit dem Ringraum 3 6 mitgenommen und bewirkt infolge der auftretenden Zentrifugalkraft ein Öffnen der Ventile 54, 57, wodurch gleichzeitig jede Reibung aufgehoben wird. Ein Verlust an Flüssigkeit kann demnach auch beim Stillstand nicht eintreten.

Der Flügel 32 wird zweckmäßig in an sich bekannter Weise von einzelnen Blatteilen 65 f Fig. 2, 4, 5) gebildet, welche senkrecht zur Achse des Flügels angeordnet sind. Diese Teile werden von dem Rohrarm 31 zusammengehalten. Jeder Teil ist hohl und in seinen Wandungen 59 mit Löchern versehen, durch welche Rohrbündel 60 hindurchgeben, die aus dem Raum 42 ausmünden und nach Durchströmen des Flügels in den Raum 44 einmünden. Bei dieser Ausführungsform besteht keine Verbindung am Ende des Flügels, wo ein sehr erheblicher Druck vorhanden ist. Weiterhin ist diese Einrichtung deswegen vorteilhaft, weil die Flüssigkeitsmenge, welche in dem Flügel enthalten ist, außergewöhnlich gering ist. Endlich erleichtern die geringen Abmessungen der einzelnen Teile die Fabrikation und verhindern einen erheblichen Ausschuß.

Der in Fig. 6 und 7 dargestellte Flügel wird gleichfalls von hohlen Blatteilen 61 gebildet, die auf dem Rohrarm 62 zusammengehalten werden. Hier geht jedoch die Flüssigkeit durch das Zentralrohr und verteilt sich im Inneren der Teile, wobei sie die Öffnungen 63 des Zentralrohres durchströmt. Der Rücklauf nach dem Sammelbehälter erfolgt durch die Öffnungen 64. Die Abdichtung wird mit Hilfe von Abdeckungen 66, 67 aus nachgiebigem Metall gesichert, welche im Inneren der Teile eingebracht, dann eingefaßt und miteinander verlötet werden.

Die Fig. 8 zeigt eine Luftschraube mit zwei Metallfrügem 68, 69, die mit der Nabe 70 verbunden sind, die selbst wieder auf der Welle 71 befestigt ist. Die Flügel 68, 69" werden, bevor sie der notwendigen Verwindung unterworfen werden, gebohrt, so daß Längsbohrungen 72, 73, 74, 75 entstehen. In diese Bohrungen werden dann Rohre 76 eingeführt, die durch eine mittlere Trennwand

77 in zwei Leitungen unterteilt werden, die beide bei 88 am Ende des Flügels miteinander in Verbindung stehen.

Nach diesem Arbeitsvorgang wird dann das Verwinden der Flügel vorgenommen, so daß sie die gewünschte Steigung erhalten. Nahe seinem Fuß ist jeder Flügel von einem Ring

78 umfaßt, welcher den Sammler bildet. Dieser Ring besitzt bei dem Flügel 68 zwei ringförmige Hohlkehlen 79 und 80. Die in der Betriebslage obere Hohlkehle 79 steht durch radiale Kanäle 81 mit den Leitungen 82 und

83 in Verbindung, wogegen die Hohlkehle 80 durch eine andere Reihe von radialen Kanälen

84 mit den Leitungen 85 und 86 verbunden ist. In entsprechender Weise trägt der Ring 78 bei dem Flügel 69 zwei ringförmige Hohlkehlen 92, 93.

Ein ringförmiger Teil 87 ist an der Schraube befestigt, und zwar seitlich derselben. Dieser Teil weist zwei ringförmige Ausnehmungen 89, 90 auf, welche den Hohlkehlen 5, 6 der Fig. ι entsprechen. Die ringförmige Ausnehmung 89 steht über den Kanal 91 mit der Hohlkehle 79 des Flügels 68 und mit der Hohlkehle 92 des Flügels 69 in Verbindung. · Die Ausnehmung 90 ist mit den Hohlkehlen 80 bzw. 93 verbunden. Im Inneren der Ausnehmungen 89 und 90 ist ein feststehendes Organ vorgesehen, welches einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser des Motors oder der Hauptkühlflüssigkeit einerseits und einer in den Flügeln umlaufenden Flüssigkeit oder HilfskühlfLüssigkeit andererseits ermöglicht. Zu diesem Zwecke sind drei Paar nahe beieinanderliegender Bleche 94, 95 und 96, 97 vorgesehen, welche einen Pfuhl bilden, der im Schnitt, wie in der Fig. 8 dargestellt ist, die Form einiesi J aufweist. Die Hauptflüssigkeit tritt durch das Rohr 98 ein und gelangt zwischen die Bleche der drei

Blechpaare, von dort in den Pfuhl und kehrt zum. Motor durch das Rohr 99 zurück. Andererseits läuft die Hilfsflüssigkeit infolge der Drehung der Luftschraube und der unter Fig. ι beschriebenen Einrichtung im Sinne der Pfeile iod, 101 um, wobei sie zwischen die drei Paare der nahe beieinanderliegenden Bleche gelangt, wo sich ;ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Flüssigkeiten vollzieht.

Die Abdichtung wird durch einen ringförmigen Belag 102 aus elastischem Werkstoff hergestellt, der auf dem Blech 94 befestigt ist und auf einem ringförmig ausgebildeten ^Blech 103 reibt.

^X5 Für etwaige Beschädigung, durch welche ein erheblicher Austritt von Flüssigkeit z. B. in der Leitung 86 bedingt sein würde, ist ein Ventil 104 vorgesehen, welches selbsttätig den Kanal schließt. Dieses Ventil ist am Ende einer federnden Lasche 105 befestigt und legt sich gegen die Öffnung des Kanals unter der Wirkung der erhöhten Flüssigkeitsgescliwindigkeit an. .

Die Erfindung zeigt demnach die Mittel, wie die LuftschraubenfLügel als Kühler wirksam gemacht werden können, ohne daß die Fahrtgeschwindigkeit oder der Kraf tverbrauch irgendeine Änderung erfahren, wobei der Umlauf der Kühlflüssigkeit durch den Umlauf der Luftschraube, welche als Zirkulationspumpe dient, bewirkt wird.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zum Kühlen von Brennkraftmaschinen für Luftfahrzeuge unter Anwendung eines umlaufenden Kühlers_, gekennzeichnet durch eine Luftschraube mit in den Flügelblättern angeordneten Kanälen, in welche gegebenenfalls Rohre für den Flüssigkeitsumlauf verlegt werden können.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel der Luftschraube in an sich bekannter Weise aus quer zu ihrer Längsachse unterteilten Blatteüen (61) bestehen, die Bohrungen (64) für die Rohre aufweisen.
3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungen der Eintrittskanten der Kanäle (9 uind 10) von der Luftschraubenantriebsachse unterschiedlich sind.
4. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der 'Umlauf der Flüssigkeit durch den Umlauf der Luftschraube bewirkt wird.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Nähe der Luftschraubennabe angeordnetes Hilfs organ einerseits von der in der Luftschraube umlaufenden Flüssigkeit und andererseits von der durch die Brennkraftmaschine gehenden Kühlflüssigkeit durchflossen wird.
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis s, gekennzeichnet durch die Anordnung eines den Zufluß der Flüssigkeit in die Flügelblätter absperrenden Ventils (104).
7. 7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 6, gekennzeichnet durch die Anordnung eines von Gewichtspendeln. (109, 110) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Luftschraube selbsttätig gesteuerten ringförmigen Ventils (54, 55).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen