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Kühleinrichtung für Brennkraftmaschinen in Luftfahrzeugen Die Erfindung
betrifft eine Kühleinrichtung für Brennkraftmaschxnen in Luftfahrzeugen und bezweckt
gegenüber bekannten Anordnungen eine Erhöhung der Betriebssicherheit bei. gleichzeitiger
Vereinfachung des Aufbaues der Gesamtanlage. Es ist zur Raum-und Gewichtsersparnis
bereits vorgeschlagen, die Maschinenkühlung und das Ladegebläse in der Weise zusammenzufassen,
daß die dem Gebläse zuströmende Luft auf ihrem Wege an den Kühlkörpern vorbeigeführt
-%vird.-Diese Maßnahme hat zwei Auswirkungen; zunächst einmal wird .die Betriebssicherheit
der Vergasung durch die Vorwärmung der Luft erhöht, und es werden bei kalter Temperatur
Eisabscheidungen im Vergaser verhindert. Auf der anderen Seite wird auch die Betriebssicherheit
dadurch erhöht, daß bei geringer Flugzeuggeschwindigkeit, also .beim Rollen, den
Kühlkörpern eine ausreichende Luftmenge zugeführt wird, da das Gebläse die nötige
Luftbewegung auch dann herbeiführt, wenn die Bewegung des Fahrzeugs zur Kühlung
nicht hinreichen würde. Nachteilig ists bei dieser Anordnung allerdings der Umstand,
daß die Kühlwirkung stark herabgesetzt wird, sobald die Maschinenleistung gedrosselt
wird, wie dies beispielsweise beim Gleitflug der Fall ist. Es besteht also keine
Möglichkeit, nach einer Überlastung der Maschine die Temperatur durch einen Gleitflug
wieder auf ein gewöhnliches Maß herunterzubringen.
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Die umgekehrten Verhältnisse sind bei denjenigen bekannten Anlagen
gegeben, bei denen die Kühleinrichtung in einem rohrförmigen, zum Durchlassen der
Kühlluft bestimmten, in. der Flugrichtung liegenden Bauteil untergebracht ist. Hier
kühlt lediglich der Fahrwind, und es kann eine übermäßige Maschinenerwärmung beim
Rollen oder beim Lauf im Stand auftreten.
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Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, die geschilderten
Nachteile zu
vermeiden. also eine Einrichtung zu schaffen, bei der
weder bei stillstehender Maschine noch bei Fortfall des Fahrwindes die Kühlleistung
übermäßig herabgesetzt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese
Bedingung bei einfachem Aufbau der Gesamtanlage unter erheblicher Raum- und Gewichtsersparnis
zu erreichen, indem eine Mehrzahl von Zubehörteilen in einer baulich günstigen Weise
räumlich zusammengefaßt wird.
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-Nach der Erfindung wird die geschilderte <lufgabe dadurch erreicht.
daß in der bereits bekannten Weise ein in der -Nähe der -Maschine gleichlaufend
mit der Flugrichtung liegender rohrförmiger Durchlaß die Kühlkörper zur Maschinenkühlung
trägt, wobei die Erfindung darin liegt. daß diese Kühlkörper den Luftstrom in zwei
Teile aufteilen, von denen der innere nach Wärrneaufnahine infolge der Berührung
mit den Kühlerteilen zur Speisung des im Rohrinnern untergebrachten Ladegebläses
benutzt wird. während der andere äußere Teil des Kühlluftstromes an der Außenseite
der Kühlkörper uni das Ladegebläse herum zu einem ins Freie mündenden Auslaß geführt
wird, wobei zweckmäßig das Ladegebläse von einer Abgasturbine angetrieben wird,
und die Kühlluft dementsprechend auch diese Abgasturbine kühlt und in ihrer Geschwindigkeit
durch die ausströmenden Abgase noch zusätzlich erhöht wird.
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Die Aufteilung des Luftstromes in der geschilderten Weise beseitigt
mit einfachen Mitteln die angegebenen -Nachteile; es ist also sichergestellt, daß
die Kühlwirkung erheblich erhöht wird, sobald die -Maschine läuft, aber auch bei
stehender Maschine nicht aussetzt. In diesem Fall bietet der Fahrwind allein eine
in diesem Zustand noch voll ausreichende Kühlwirkung. Das eigentliche Rohr kann
dabei als Träger der im Rohrinnern untergebrachten Zubehörteile ausgebildet sein,
es enthält also nicht nur die zu Kühlzwecken bestimmten Wärineaustauscher, sondern
auch das Ladegebläse und die zugehörige Antriebsmaschine. Zweckmäßig bildet der
genannte rohrförmige Bauteil den unteren Abschluß des Kurbelkastens, stellt also
zusammen mit diesem Kurbelkasten einen einzigen gemeinsamen Bauteil dar. Dabei wird
dann auch noch die Kühlung des im Kurbelkasten vorhandenen Schmieröles zusätzlich
erreicht. Bei dieser Anordnung in der Nähe der -Maschine ergibt sich gleichzeitig
der Vorteil kürzester ege für die Frischluft, für die Abgase und für das Kühlwasser.
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«'eitere Einzelheiten und Vorteile der Erlindung ergeben sich aus
den in der Zeichnun- dargestellten Ausführungsbeispielen. Abb. i zeigt einen Schnitt
durch einen ertindungsgemäß ausgebildeten rohrförmigen Bauteil; Abb. 2, 3 und .I
zeigen Querschnitie. senkrecht zur Aclisenrichtung der Darstellung nach Abb. i nach
den dort bezeichneten Ebenen II-II, III-III und IV-IV; Abb. 3 zeigt in verkleinertem
Maßstabe den in Abb. i dargestellten Körper zusammen mit der gesamten Maschinenanlage;
Abb.6 zeigt schließlich planmäßig die Rohranschlüsse für die in dem Körpci- nach
Abb. i untergebrachten "Zubehörteile.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. ist der Rohrkörper i an seinen
beiden Enden offen, so daß an seiner linken Stirnseite die Außenluft in der Pfeilrichtung
eintreten und an der rechten Seite wieder austreten kann. Bei dem Beispiel ist der
Rohrkörper i nicht genau zylindrisch, sondern wie die Querschnitte zeigen, ein Prisma
mit krurninlinig begrenzter Grundfläche, das aus dein wannenartigen Teil i und der
unteren AbschluG-wand = des Kurbelkastens 3 der llascliine zusammengesetzt ist.
Die Zwischenwand 2 kann dabei aus dünnem Blech ausgeführt sein, da dann die Seitenwände
.4 des Kurbelkastens zusammen mit dem Körper i den eigentlichen tragenden Bauteil
der gesamten -Maschinenanlage bilden. Bei dieser Art des Zusammenbaus ist der Einbau
der Zubehörteile in den Rohrkörper i besonders einfach, da der Einbau erfolgen kann,
bevor die Teile i und miteinander verbunden werden. Irfindtingsgemäß sind in dem
Bauteil i zunächst Wärmeaustauscher eingebaut, deren Inhalt mit der durchstreichenden
Frischluft abgekühlt werden soll. Als `N'ärmeaustausclier dient zunächst der trichterförmige
Hohlkörper 3 und vier in diesen Trichter eingesetzte weitere Hohlkörper ö. In diesen
Körpern kann beispielsweise die Abkühlung des Kühlwassers der -Maschine erfolgen.
Durch die Trichterform des Körpers j wird dabei erreicht, daß in dein Einlaß ; zum
Ladegebläse eine Stanwirkung in der dein Gebläse zustr<inien<len Luft hervorgerufen
wird. Zweckmäßig wird die in der Flugrichtung liegende Ltifteiiil.ißöffnung für
die Gebläseluft so groß bemessen. daß die vom Luftverbrauch des Ladegebläses herrührende
Luftgeschwindigkeit in, <@ffnungsduerschnitt erheblich kleiner ist. als die gewöhnliche
Fluggeschwindigkeit, wodtircli ein Staudruck im Einlaß ; im Ladegebläse erzielt
wird. Besonders für Höhenflugzeuge, die in höheren Luftschichten eine höhere Fluggeschwindigkeit
als am Boden entwilkkeln, ist diese Anordnung von besonderem Vorteil, da dann mit
der höheren Gescli«-indigkeit auch die Stauwirkung wächst, so daß bei größerer Flughöhe
trotz der ve#inin<Ierten
Dichte der Außenluft der Druck im Einlaß
7 sich ungefähr auf gleichbleibender Höhe halten kann. An der Außenseite des trichterförmigen
Hohlkörpers 5 ist ein weiterer ringförmiger Luftkanal S angeordnet; die hier durchstreichende
Frischluft erhöht die Leistung des Wärmeaustauschers 5 und kühlt auch gleichzeitig
den Inhalt der weiteren Behälter 9 und io, die ebenfalls zu Kühlzwecken benutzbar
sind. Die einzelnen Wärmeaustauscherwerden in ihrer Lage durch die Rippen i i gehalten,
die in beliebiger Zahl angeordnet sein können und gegebenenfalls die Wärmeübertragung
in bekannter Weise unterstützen können.
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An dem Raum mit den Wärmeaustauschern schließt sich das Ladegebläse
mit der zugehörigen Antriebsturbine an. Beide Teile sind durch die gemeinsame Welle
12 verbunden, die in den drei Lagerböcken 13, 14 und 15
gelagert ist. Der
Lagerbock 1d. trägt gleichzeitig das Gehäuse 16 des zweistufig ausgebildeten Gebläses,
dessen Läufer i7dieFrischluft in der Achsenrichtung durch die Einlässe 7 zugeführt
wird. Die Abführung der verdichteten Luft zu den Vergasern erfolgt durch die in
Abb. 3 sichtbare seitliche Rohrleitung 1ä.
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Die Antriebsmaschine des Gebläses ist als einstufige Axialturbine
ausgebildet und besteht aus dem Laufrad i9, dem feststehenden L eitschaufelträger
2o und den Zuführungsleitungen 2i für die Abgase der Brennkraftinaschine. Die Abb.
q. zeigt, daß vier getrennte Zuleitungsrohre vorgesehen sind, die zu den einzelnen
Abschnitten des Leitschaufelträgers 2o führen, an denen die Beaufschlagung der Turbine
erfolgt. Wie Abb. q. zeigt, sind die Einzelrohre 21 aus dem gemeinsamen Abgasrohr
22 der Maschine abgezweigt.
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Zwischen der Abgasturbine i9 und der Austrittsöffnung des Rohrkörpers
i ist dann noch ein weiterer Hohlkörper 23 als Wärmeaustauscher in das Rohr eingesetzt.
Dieser Wärmeaustauscher ist den heißen Abgasen ausgesetzt, kann also zur Erwärmung
beliebiger Stoffe ausgenutzt «erden. Insbesondere bei Höhenflügen muß bekanntlich
mit einem starken Absinken der Außenlufttemperatur . gerechnet werden, so daß dann
eine Vorwärmung der Betriebsstoffe von Nutzen sein kann. Die Teile der Abgasturbine
selbst können bekanntlich recht hohe Temperaturen erreichen, und es ist daher zweckmäßig,
für eine ausreichende Kühlung zu sorgen. Bei dem dargestellten Beispiel erfolgt
diese Kühlung durch den den Ringkanal 5 durchtretenden Luftstrom, der sowohl das
Gehäuse des Ladegebläses als auch alle Teile der Abgasturbine umgibt und abkühlt.
Am Auslaß der Abgasturbine kann der genannte Luftstrom so geführt werden. daß er
eine zusätzliche Saugwirkung auf die Abgase ausübt und damit den Druckverlust in
der Abgasführung herabsetzt. Nach dem Verlassen der Abgasturbine mischen sich die
Abgase mit dem Luftstrom, wobei sich eine Temperatur ergibt, die zwar noch zu Anwärmezwecken
geeignet ist, aber sonst nicht mehr schädliche Auswirkungen haben kann. -Das dargestellte
Beispiel zeigt, daß bei der geschilderten Anordnung die Zubehörteile zusammen mit
der übrigen Maschinenanlage einen einfachen und zweckmäßigen Aufbau ergeben. Der
Rohrkörper i dient dabei nicht nur zur Vereinigung der einzelnen Teile und zur Führung
der Luft, sondern er kann gleichzeitig als Tragkörper für die Maschine selbst dienen,
wie dies aus Abb. 5 ersichtlich ist. Hier ist die Maschine 24 zusammen mit dem Rohrkörper
i dargestellt, und beide Teile sind von der Haube 25 umgeben. Die Anordnung zeigt
dabei den Vorteil, daß der Rohrkörper i zur Verbindung der Maschine mit den Hauptträgern
des Flugzeugkörpers mit ausgenutzt werden kann, er eignet sich hierfür wegen seines
hochstegigen Profils besonders, da ihm leicht die nötige Steifheit gegeben werden-
kann. Seineire Zwecke nach erstreckt sich der Rohrkörper i von der Vorderwand der
Haube bis zur Rückwand; auf diesem Wege ist der erforderliche Anschluß an die Hauptverbände
des Flugzeugkörpers leicht ausführbar; die Maschine selbst kann dabei an beliebiger
Stelle des Rohrkörpers i aufgesetzt werden, es ist nicht nötig, daß die Länge des
tragenden Rohrkörpers ausgenutzt wird.
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In Abb.6 sind schließlich die Anschlüsse der bisher beschriebenen
Zubehörteile planmäßig dargestellt. Dargestellt sind drei Kreisläufe, die für Luft
oder Brennstoff, Wasser und Öl bestimmt sind.
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Der Luftdurchlauf beginnt in der der Flugrichtung zugekehrten Öffnung
des rohrförmigen Bauteiles i. Die Luft gelangt dann in das Gebläse und wird durch
die Rohrleitung 26 zu den Vergasern 27 gefördert. Das hier gebildete Gasgemisch
wird den Zylindern 28
zugeführt und gelangt als Abgas nach der Verbrennung
durch die Leitung 22 in der bereits beschriebenen Weise zur Abgasturbine 2o, i9,
um schließlich am hinteren Ende des Rohrkörpers i wieder ins Freie auszutreten.
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Für den Wasserkreislauf ist die Kühlwasserpumpe 29 vorgesehen; diese
Pumpe saugt durch die Rohrleitung 3o Kühlwasser aus den Kühleinrichtungen, beispielsweise
aus den Räumen 5 und 6 und fördert es durch die Druckleitung 31 in die Kühlmäntel
32 der Zylinder. Durch die Rückleitung 33 läuft das Wasser den Räumen des Kühlers
wieder
zu. Durch die Anordnung des Kühlers innerhalb des Rohrkörpers
i und durch die Verwendung der Kühlkörper als Leitflächen für die Luftströme ist
dabei die Möglichkeit gegeben, die gesamte Kühlanlage in eine Mehrzahl einzelner
Kühlkammern aufzuteilen. Bei dem Beispiel können also die Räume 5, 6 und 9 für die
Wasserkühlung benutzt werden, und zwar so, daß dabei die einzelnen Teile wahlweise
in den Irreislauf des Kühlwassers einschaltbar sind, um die Kühlwirkung auf das
günstigste Maß zu regeln. Zweckmäßig erfolgt diese Regelung selbsttätig in Abhängigkeit
von der Temperatur des der Pumpe 29 durch die Rohrleitung 30 zufließenden
Wassers. Von einem Wärmeausdelinungskörper, der von diesem Wasser umspült wird,
kann die Einstellung der Ventile für die Einschaltung der einzelnen Kühlkammern
in den Kühlwasserkreislauf unmittelbar abgeleitet werden. Zu bemerken ist dabei
noch, daß es nicht erforderlich ist, daß der Kühler 9 die fit. Abb. 2 dargestellte
Ringform aufweist; der Kühler 9 kann auch so ausgeführt werden, daß er die Eckräume
34 nach Abb. 2 ganz oder teilweise initausfüllt, wenn ein größerer Kühlwasservorrat
erwünscht ist. Ist dieser letztgenannte Fall nicht gegeben, so können die genannten
Räume 3.4 auch. beliebige Räume zur Speicherung anderer Betriebsstoffe aufnehmen.
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Bei der dargestellten Anordnung ist auch ein besonders zweckmäßiger
Ölumlauf vorgesehen, der in Abb. 6 durch die Ölpumpe 35 mit der zugehörigen Saugleitung
36 und der Druckleitung 37 angedeutet ist. Auch das umlaufende Schmieröl bedarf
bei den meisten Maschinen einer besonderen Kühlung; bei dein dargestellten Beispiel
ist daher der Kül.-ler io für die Ölkühlung vorgesehen. Die Saugleittilig 36 führt
also aus diesem Kühler to zur Ölpumpe, die das Öl durch die Leitung 37 zu den Verwendungsstellen
fördert. Zur Rückleitung des erwärmten Öles dient die im Lagerbock 15 der Abgasturbine
vorgesehene Leitung 3£. Das vorgewärmte 0I wird dann noch zur Kühlung und Schmierung
der Turbinenwelle und ihrer Lager benutzt; da hier an sich verhältnismäßig hohe
Temperaturen herrschen, ist auch das vorgewärmte Öl noch gut imstande, hier die
erforderliche Kühlwirkung zu leisten. Vom Einlaßrohr 38
durchströmt also das
Öl zunächst das Lager 39 im Lagerbock 15. tritt dann durch Bohrungen in das Innere
der gemeinsamen Welle 12 für Turbine und Gebläse und wird hier zunächst zu dein
Lager -to in der 'litte der Welle 12 geführt. Auch hier dient das Öl zur Schmierung
und Kühlung und wird dann durch die Bohrung in der Zellenmitte «-eiter zu dein Lager
41 in dein Lagerbock 13 geführt. Aus diesem Lager tritt das Öl durch eine im Lagerbock
angeordnete nicht dargestellte Leitung in den unmittelbar an den Lagerbock 13 anschließenden
Kühler io, in welchem die Rückkühlung des Öles durch die den Rohrkörper i durchstreichenden
Luftströme erfolgt. Der geschilderte Ölweg ergibt also eine baulich. besonders einfache
und betrieblich besonders vorteilhafte Lösung für die Schmierung und Kühlung der
innerhalb des Rohrkörpers i untergebrachten umlaufenden Teile, indem der gesamte
Ölstrom des Ölumlaufes zur Kühlung und Schmierung herangezogen und dabei auf einfachste
''eise dein unmittelbar anschließenden Ölkühler zugeführt wird. Zu bemerken ist
dabei noch. daß die in Abb. 6 angedeuteten Ptinipen 35 und 29 unmittelbar an der
Außenseite des Rohrkörpers i dort befestigt werden können, wo die zugehörigen Rohrleitungen
aus diesem Rohrkörper austreten. Es ist überhaupt ein Vorteil der gesamten Anlage,
daß alle finit den Zubehörteilen in Verbindung stehenden Rohrleitungen auf den kürzesten
Wegen anbringbar sind, so daß auch hierdurch an Gewicht und Raum wesentlich gespart
«-erden kann.