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Kühlung für Kraftfahrzeuge, Luftfahrzeuge u. dgl. Bei den bisher insbesondere
für Kraftfahrzeuge, Luftfahrzeuge u. dgl. verwendeten Kühlern hat man die sekundliche
Luftmenge groß gewählt und die Kühler so gebaut, .daß sie eine möglichst große Luftmenge
mit geringem Widerstand hindurchtreten lassen, wobei, soweit der Fahrtwind nicht
ausreichend erscheint, als Luftfördereinrichtung in der Regel ein Ventilator verwendet
wird, der hinter dem Kühler angeordnet ist und die Kühlluft durch diesen hindurchsaugt.
Der Kühler erhält hierbei eine große Stirnfläche bei geringer Tiefe und ist für
möglichst geringen Luftwiderstand gebaut. Die Lufterwärmung beträgt hierbei in üblicher
Weise i o bis 15' und wird in Ausnahmefällen auf 25° gesteigert. Die geringe Lufterwärmung
wurde mit Rücksicht auf ein hohes mittleres Temperaturgefälle zwischen Kühlwasser
und Luft für vorteilhaft gehalten.
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Der große Raumbedarf dieser Kühleranordnung erschwert den Einbau und
den Betrieb insbesondere dann, wenn hierfür wicht die vordere Stirnfläche des Wagens
zur Verfügung steht, ;also beispielsweise bei Heckmotorwagen und anderen Anlagen,
bei welchen aus irgendeinem Grunde eine Unterbringung des Kühlers an anderer Stelle
erwünscht ist. Auch sinkt die Leistung dieser Kühler sehr stark, wenn sie nicht
unmittelbar dem Fahrtwind ausgesetzt sind. In letzterem Falle werden Luftführungen
vom Querschnitte der Stirnfläche des Kühlers erforderlich, die außerordentlich viel
Raum beanspruchen.
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Auch durch den Einbau eines Lüfters von verhältnismäßig großer Tiefe
unter dem Dach des Wagens und gleichzeitige Belüftung :durch den Fahrtwind und einen
vom Motor angetriebenen Ventilator kann eine befriedigende Lösung nicht erzielt
werden. Ist bei dieser Anordnung, beispielsweise bei großer Fahrgeschwindigkeit,
der Gebläsedruck niedriger als der Winddruck, so bleibt das Gebläse wirkungslos;
übertrifft dagegen der Gebläsedruck den Winddruck, so strömt der größte Teil der
vom Gebläse geförderten Luftmenge nutzlos nach außen.
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Man hat auch schon vorgeschlagen, derartige Kühler mit großer Stirnfläche
und geringer Tiefe durch ein Schleudergebläse zu belüften, ohne daß dadurch grundsätzlich
an den Wärmeübergangsverhältnissen etwas geändert wurde. Das auch in diesem Falle
erforderliche große Luftvolumen kann im Schleudergebläse nur mit erheblichem Energieverlust
bei großem Raumbedarf gefördert werden.
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Auch die eingehenden Untersuchungen, welche von wissenschaftlicher
Seite veröffentlicht wurden, kamen bisher stets zu dem Ergebnisse, daß eine Erhöhung
des Temperaturgefälles
im Kühler über etwa z5° hinaus zu vermeiden
sei, da bei einer weiteren Steigerung der Lufterwärmung eine unverhältnismäßig große
Zunahme der erforderlichen Kühlflächen und der Luftleistung befürchtet wurde.
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lm Gegensatz zu den bisher den Kühlerbau beherrschenden Grundsätzen
schlägt der Erfinder vor, einen Kühler mit verhältnismäßig kleiner Stirnfläche und
großer Tiefe und großem Luftwiderstand zu verwenden und diesen so zu bemessen, daß
die hindurchtretende Luft erheblich mehr als bisher üblich erwärmt wird, und zwar
um etwa 2/3 des zwischen der zu kühlenden Flüssigkeit und der Frischluft bestehenden
Temperaturgefälles. Legt man letzteres etwa mit 6o bis 70° zugrunde, so beträgt
die Erwärmung der Luft im Kühler .etwa 40 bis 50°. Um die benötigte hohe Lufterwärmung
zu erzielen und die in dem Kühler vorhandenen Luftwiderstände zu überwinden, wird
erfindungsgemäß als Luftförderpumpe ein Gebläse verwendet, das durch seine höheren
Drücke seine bedeutende Steigerung der Luftgeschwindigkeit und damit eine Verringerung
der Stirnfläche des Kühlers sowie der Gesamtkühlfläche ermöglicht.
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Demgemäß werden gemäß der Erfindung der Widerstand des Kühlers und
die Durchtrittsgeschwindigkeit der Luft durch den Kühler so hoch gewählt, daß vor
dem Kühler Gesamtdrücke, d. h. Drücke, die sich aus der Summe des dynamischen und
statischen Druckes zusammensetzen, in Höhe von mehr als 5o mm WS entstehen. Dabei
beträgt der Luftwiderstandswert des Kühlers, d. i.. das Verhältnis zwischen Druckverlust
und Geschwindigkeitsdruck, etwa 8 und mehr, während dieser Wert bei den bisherigen
normalen Bauarten sich nur auf etwa ¢ beläuft.
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Ein nach diesen Grundsätzen hergestellter Kühler mit kleiner .Stirnfläche
und großer Tiefe baut sich erheblich kleiner und ist viel leichter an beliebiger
Stelle unterzubringen als die Kühler der bisher üblichen Bauart. Beispielsweise
besitzt ein Kühler der neuen Bauart für einen 3o PS-Motor eine Stirnfläche von höchstens
5 bis 6 dm2 bei einer Tiefe von etwa aoo mm, ein Kühler für einen 5o PS-Motor eine
Stirnfläche von nur 7 bis 8 dm2 bei ungefähr gleicher Tiefe. Die Stirnfläche beträgt
etwa nur 1/4 bis 1/3 der bisher üblichen Größe. Gegenüber der weit ausladenden flachen
Form der bisherigen Kühler weist der neue Kühler eine ungefähr würfelförmige oder
ähnliche Gestalt von erheblich geringerem Gesamtrauminhalt auf. Das Gebläse, das
für höheren Druck, aber geringere Luftmenge geeignet ist, benötigt nur etwa die
halbe Umfangsgeschwindigkeit eines Ventilatorflügels und läßt sich deshalb gegenüber
bisher bekannten Anordnungen mit erheblich geringerem Raumbedarf bauen.
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Infolge seiner günstigen Abmessungen und der zwangsläufigen Führung
der Luft läßt sich der Kühler ohne Schwierigkeiten im Wagen neben dem Motor oder
hinter dem Motor unterbringen, wobei beispielsweise bei Heckmotorwagen Raum für
das Gepäck geschaffen werden kann. Da die Luft sowohl vor als hinter den Kühler
geführt wird, so können auch die Luftwege beliebig gewählt und u. a. die erwärmte
Luft entweder von weiteren Wagenteilen abgelenkt oder zur Heizung des Wagens nutzbar
gemacht werden. Um die von dem Gebläse erzeugte Luftgeschwindigkeit innerhalb des
Kühlers möglichst weitgehend in Druck umzusetzen, werden hierbei .die Querschnitte
der Leitungen vor und hinter dem Kühler zweckmäßig erheblich kleiner als die Stirnfläche
des Kühlers bemessen, beispielsweise nur etwa gleich der Hälfte der letzteren oder
noch geringer. Die ganze Anordnung ist in der Luftführung, insbesondere in der Luftansaugung,
viel weniger empfindlich als die bisherige. Zugleich wird im Wagenaufbau durch Fortfall
der großen Luftein- und Austrittsöffnungen im Wagenkasten usw. eine bedeutende Ersparnis
erzielt.
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Die Arbeitsweise des Schleudergebläses erlauht es ferner, ohne nennenswerte
Verschlechterung des Wirkungsgrades aus dem Gebläse Frischluft zu entnehmen, die
zur Kühlung und Belüftung einzelner Teile des Fahrzeugs oder seiner Einrichtungen,
beispielsweise des Motorraumes, des Getriebes, der Lichtmaschine, des Vergasers
oder auch des Wageninnenraumes usw., verwendet werden kann. Man kann die Luft hierzu
entweder unmittelbar durch öffnungen in der Gehäusewand des Schleudergebläses austreten
lassen, die auf der Seite angeordnet sind, auf welcher eine Kühlung erwünscht ist,
beispielsweise in Richtung des Motorraumes, oder man kann einen Teilluftstrom durch
Kanäle, die zweckmäßig tangential von dem Spiralgehäuse abführen, nach beliebigen
Stellen leiten.
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Wie bereits erwähnt, braucht das Schleudergebläse infolge der vorgeschlagenen
Gesamtanordnung nur etwa die halbe Luftmenge zu fördern, wie bei den bisher gebräuchlichen
Kühleranordnungen. Dadurch baut es sich entsprechend kleiner, so daß die Umfangsgeschwindigkeit
geringer und damit auch die Geräuschhildung schwächer wird, welch letztere bekanntlich
bei Fördereinrichtungen dieser Art ungefähr mit der fünften Potenz der Umfangsgeschwindigkeit
zunimmt. Das Geräusch kann weiter erheblich dadurch vermindert werden, daß das Gehäuse
des Gebläses
und die Verbindungsleitungen zu dem Kühler .aus schalldämpfenden
Stoffen hergestellt oder mit solchen belegt sind. Zweckmäßig werden hierzu Stoffe
gewählt, die zugleich wärmeisolierend sind, also insbesondere nichtmetallische Stoffe.
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Da die Luft bei der neuen Anordnung im Kühler sehr hoch erwärmt wird
und unter hohem Druck steht, kann sie im Winter unmittelbar zur Beheizung des Wagens
verwendet werden, ohne daß sie nochmals mit Hilfe besonderer Fördereinrichtungen
im Auspuff aufgewärmt wird.
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Infolge seiner geringen Abmessungen kann das Kühleraggregat im Winter
zusammen mit dem Motor leicht gegen schnelle Abkühlung isoliert werden.
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Erst durch die neue Kombination eines Druckgebläses mit einem für
entsprechend hohen Druck gebauten Kühler wird die Verwendung dieser Art von Gebläsen
und die .Nutzbarmachung ihrer besonderen Vorzüge insbesondere im Kraftwagenbau praktisch
ermöglicht.
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Weitere Einzelheiten von Kühleranordnungen gemäß der Erfindung sind
nachstehend an Hand der Zeichnungen kurz beschrieben, welche einige Ausführungsbeispiele
in schematischer Form zeigen. Es zeigen: Fig. i im Aufriß eine Kühleranordnung gemäß
der Erfindung im Zusammenhang mit einem Kraftwagenmotor, Fig. 2 einen Grundriß zu
Fig. i, bei dem die Verbindungsleitung zwischen Gebläse und Kühler zum Teil im Schnitt
gezeichnet ist, Fig.3 eine Seitenansicht zu Fig.2. Fig. q. eine ,andere Ausführungsform
. im Aufriß, bei welcher aus dem Gebläse ein Teilluftstrom entnommen wird, Fig.
5 einen Grundriß zur Fig. q., Fig. 6 im Grundriß den Einbau einer Kühleranordnung
gemäß der Erfindung -in einem Heckmotorwagen, Fig. 7 einen Aufriß einer Anordnung
nach Fig.6 mit Verbindung des Gebläsegehäuses mit dem Wagenrahmen.
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Mit i ist in allen Darstellungen das Schleudergebläse bezeichnet,
dessen Läufer 2 in bekannter Weise in einem spiralförmigen Gehäuse 3 umläuft. Die
durch das Gebläse geförderte Luft wird unter entsprechendem Druck durch die Leitungen
¢, 5 nach dem Kühler 6 geleitet und tritt aus diesem nach Erwärmung durch die Leitung
7 aus.
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Um eine ungehinderte gegenseitige Bewegung der einzelnen Maschineneinheiten
zuzulassen, ist zwischen den Leitungen q. und 5 ein Spalt 8 vorgesehen, der entweder
nach Fig. 2 und 6 durch ein elastisches Verbindungsglied, beispielsweise einen Schlauch
g, aus geeignetem Stoff o. dgl. überbrückt wird oder auch nach Fig.5 offen bleibt,
so daß .ein kleiner Teil der angesaugten Frischluft durch ihn in den umgebenden
Raum austreten und beispielsweise zur Kühlung des Motors dienen kann. .
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Statt die Leitungen durch einen Luftspalt zu unterbrechen, kann man
die erforderliche gegenseitige Beweglichkeit auch dadurch erzielen, daß man Läufer
und Gehäuse des Gebläses getrennt voneinander abstützt, indem man den Läufer unmittelbar
mit dem Motor verbindet, dagegen das Gehäuse gemäß Fig. 7 mit dem Wagenrahmen 16
verschraubt.
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Wie .aus den Abbildungen, in welchen der Motor in strichpunktierten
Umrißlinien angedeutet ist, hervorgeht, kann der Kühler 6 im Gegensatz zu den bisher
üblichen Anordnungen an beliebiger Stelle, also beispielsweise neben dem Motor,
angeordnet werden, so daß man in der Raumeinteilung weitgehend freie Hand hat. Auch
die Aufstellung in getrennten Räumen ist ohne weiteres möglich.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i bis 3 sind die Stirnflächen
des Kühlers erheblich größer bemessen als die Querschnitte der die Luft zu- bzw.
abführenden Leitungen, so daß eine Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck und umgekehrt
stattfindet. Innerhalb des Zuleitungskanals ¢, 5 sind ferner noch besondere Lenkflächen
1i vorgesehen, durch welche eine möglichst gleichmäßige Beaufschlagung der Stirnfläche
des Kühlers sichergestellt wird.
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Durch Einbau einer geeigneten Regelvorrichtung, beispielsweise einer
Drosselklappe 12, in die Leitung zwischen Gebläse -und Kühler kann der Frischluftstrom
nach Bedarf geregelt, also beispielsweise im Winter verringert werden. Die Regelvorrichtung
12 kann hierbei entweder von Hand einstellbar gemacht oder durch einen von der Luft-
oder der Kühlwassertemperatur abhängigen Thermostaten selbsttätig eingestellt werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. q. und 5 ist von dem Umfange des
Gebläsegehäuses eine Leitung 13 abgezweigt, durch welche ein Teil der angesaugten
Frischluft entnommen und nach einem beliebigen Verwendungsort geleitet werden kann.
Bei der dargestellten Anordnung wird diese Luft beispielsweise durch einen Stutzen
1¢ zu bestimmten Motorteilen geleitet, deren Kühlung erwünscht ist. Falls es notwendig
erscheint, kann ein derartiger Teilluftstrom auch über den Auspuff geführt und dort
erwärmt und zu Heizzwecken verwendet werden.
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An Stelle eines besonderen Zweigkanals zuY Entnahme eines Teilluftstromes
treten bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 und 7 einfache öffnungen 15, die
in der erforderlichen Zahl in der Gehäusewand des Gebläses
,angebracht
sind und den unmittelbaren Austritt von Frischluft nach dem umgebenden Raum ermöglichen.
Dadurch können beispielsweise der Motor und der Motorraum mit allen Einrichtungen
wirksam gekühlt werden. Der Kühler ist hierbei in einem durch eine Schottwand 17
von dem Motorraum vollständig getrennten Raume untergebracht. Die aus ihm austretende
erwärmte Luft kann entweder durch eine Leitung 18 ins Freie austreten oder durch
eine Leitung i 9 anderen Verwendungsstellen zugeleitet, insbesondere zur Beheizung
des Wagens, verwendet werden. Die Umschaltung von der einen auf die andere Betriebsweise
erfolgt durch eine an der Mündungsstelle der beiden Leitungen 18 und 19 eingebaute
Regelvorrichtung, beispielsweise eine Ventilklappe 20.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.6 tritt die Frischluft durch
Schlitze 21 im Wagenkasten in das Innere ein und wird durch Führungen 22 dem Gebläse
zugeleitet. Um einen übertritt der Luft nach den hinter der Querwand 23 liegenden
Räumen zu verhindern und- gleichzeitig eine ungehinderte gegenseitige Beweglichkeit
sicherzustellen, ist auch zwischen der Wand 23 und dem Gebläsegehäuse 3 eine elastische
Verbindung 24 vorgesehen.
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Die Anordnung nach der Erfindung kann auch bei Kühlmitteln verwendet
werden, deren Siedepunkt höher liegt als jener des Wassers. Auch hierbei ist eine
bedeutende Verkleinerung der Stirnfläche des Kühlers gegenüber den bisher gebräuchlichen
Anordnungen möglich. Es ist ferner für den Erfindungszweck gleichgültig, ob das
Gebläse die Luft durch den Kühler drückt oder durch ihn hindurchsaugt. Im ersten
Falle wirkt der Gesamtdruck als Überdruck, im anderen Falle als Unterdruck.