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Von atmosphärischer Luft beaufschlagter Kühler Die Erfindung betrifft
einen von atmosphärischer Luft beaufschlagten Kühler für Kühlkreisläufe, insbesondere
in flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen mit voneinander verschiedenen und mit
verschiedener Geschwindigkeit durchströmten Kühlelementen oder Kühlelementengruppen.
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Bei derartigen Kühlern besteht bei Außentemperaturen unter o° C immer
die Gefahr des Einfrierens der Kühlelemente und damit des völligen Versagens des
Kühlers, falls nicht Maßnahmen. ergriffen werden, um den Kühler dem unmittelbaren
Einfluß der Außentemperatur teilweise oder gänzlich, z. B. durch Abdecken, zu entziehen.
Hierdurch kann der Wirkungsgrad des Kühlers bekanntlich durch Verkleinerung der
wirksamen Kühleroberfläche herabgesetzt werden. Die Bedienung von Kühlerdecken oder
-klappen erfordert jedoch erhöhte Aufmerksamkeit, die bei schwankender Belastung
der Brennkraftmaschine oder wechselnden Außentemperaturen umständlich und zeitraubend
ist. Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind Vorrichtungen geschaffen worden., durch
welche die Abdeckung gewisser Oberflächenteile des Kühlers in Abhängigkeit von der
Temperatur der Kühlflüssigkeit selbsttätig erfolgt. Diese Vorrichtungen haben aber
den Nachteil, daß sie empfindliche beweglicheTeile enthalten, welche zum Teil den
Einwirkungen der atmosphärischen Luft ausgesetzt sind und welche zu zahlreichen
Störungen Anlaß geben können. Hierbei sei ganz abgesehen von der unwirtschaftlichen
Mehrbelastung durch dieselben bei ihrer Anwendung in Luftfahrzeugen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, gerade
die als gefährlich erachtete Eisbildung bei Kühlern der genannten Art nicht wie
bisher zu bekämpfen, sondenn
zum Zwecke der selbsttätigen Gleicherhaltung
der Temperatur des den Kühler verlassenden Kühlmittels nutzbar zu machen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die der äußersten
Begrenzungswand des Kühlergehäuses benachbarten Kühlerrohre von der Kühlflüssigkeit
mit ge,E. rinzster Geschwindigkeit durchströmt werden::
| so daß sie gegebenenfalls, z. B. bei gerin |
| Leistung der Brennkraftmaschine, einfrie |
| und eine Verminderung der wirksamen Ku , |
lerfläche und eine Erhöhung der Durchströntgeschwindigkeit des flüssig bleibenden
Kühlmittels in den übrigen Kühlerrohren unter Auf-
Z,
einer gleichbleibenden
Temperatur des den Kühler verlassenden Kühlmittels auch bei unter o` C liegender
Außentemperatur herbeiführen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele eine Kühlers gemäß
der Erfindung veranschaulicht.
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Abb. i stellt einen Kühler im Schnitt parallel zu den Flüssigkeitskanälen
dar, bei welchen durch eingebaute Leitflächen der Strom der Kühlflüssigkeit in verschiedene
Zweige . -inf, geteilt wird. «-elche sieh durch den Kühler mit verschiedener
Geschwindigkeit bewegen. Abb. 2 -zeigt einen -Querschnitt nach Linie 11-II der Abb.
i.
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Abb. 3 zeigt einen Teilschnitt quer zu den Flüssigkeitskanälen eines
Kühlers mit Abschirmung eines Teils seiner Kühlfläche.
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Abb..I, j, 6 zeigen ähnliche Teilquerschnitte von Kühlern, bei denen
die Kühlelemente jedes einzelnen 1#,--iihlers verschiedene Querschnitte haben.
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Abb. 7 veranschaulicht teilweise geschnitten einen Kühler mit einem
Nebenschlußkanal, welcher außerhalb des Kühlergehäuses verläuft, -während Abb. 8
einen Schnitt parallel zu den Flüssigkeitskanälen durch einen Kühler zeigt, bei
welchem dieser \ebenschlußkanal in mehrere Kanäle aufgeteilt und im Kühlergehäuse
untergebracht ist.
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Abb. 9 -zeigt einen Querschnitt nach der Linie IX-IX der Abb. B.
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In den einzelnen Abbildungen tragen übereinstimmende Teile übereinstimmende
Bezugszeichen.
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Der Kühler besteht aus dein Gehäuse i. in welches die von der atmosphärischen
Luft umspülten Kühlelemente 2 und 3 eingebaut sind. Die zu kühlende Flüssigkeit
tritt über die Leitung q. in das Gehäuse i ein und strömt durch die Kühlelemente
:2 und 3 hindurch, um sich dann. am Boden des Gehäuses i wieder zu sammeln und über
die Leitung 5 abzufließen. Auf der Eintrittsseite der Kühlelemente 2 und 3 sind
gemäß Abb. i Leitflächen 6 angeordnet. -welche sich zweckmäßig nicht über die ganze
Tiefe (senkrecht zur Zeichenebene) erstrecket (vgl. Abb. 2)., Durch diese Leitflächen
6 wird das Kühlmittel bevorzugt durch die in der Mitte liegenden Kühlelemente 3
geleitet, während die weiter außenliegenden Kühlelemente 2 infolge der Drosselung
im Quer-
| r hnitt 7 zwischen Leitflächen und oberem |
| _ äuseabscliluß je nach der zuströmenden |
| Iflüssigkeitsinenge mehr oder weniger |
| .`-fs,@;:rk von Kühlflüssigkeit durchsetzt «-erden. |
| "4ei zu starker Kühlwirkung wird der Kühler |
von außen her einfrieren, und nur die mittleren Kühlelemente 3 werden offen bleiben.
Dadurch steigt die Geschwindigkeit, mit welcher die Kühlflüssigkeit durch den Kühler
hindurchtritt, und ihre Abkühlung wird äeringer. Steigt des Kiihlinittels infolge
erhöhter Motorenleistung oder Zunahme der Außentemperatur über ein bestimmtes Maß
an, dann tauen die zugefrorenen außenliegenden Kühlelemente -2 von der Mitte beginnend
in Abhängigkeit von der Zunahme der abzuführenden Wärmemengen wieder auf.
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Die gleiche Wirkung wird durch einest Kühler gemäß Abb.3 erreicht,
bei welchem die in der Mitte des Kühlergehäuses i liegenden Kühlelemente 3 durch
Abdeckplatten 8 gegen den Strom der Kühlluft abgeschirmt sind. Die Flüssigkeit fließt
dabei in angenähert gleichmäßiger Verteilung durch die einzelnen Kühlelemente 2
und 3, aber die spezifische Abkühlung der Kühlflüssigkeit durch die an den Kühlelementen
2 Und 3 vorbeistreichende Kühlluft ise in den nicht abgeschirmten außenliegenden
Kühlelementen 2 größer als in den zwischen den Abdeckplatten 8 untergebrachten Kühlelementen
3. Auch hier werden bei starker Abkühlung die außenliegenden Kühlelemente einfrieren
und dadurch den Strom der Flüssigkeit auf die mittleren Kühlelemente 3 zusammendrängen.
Infolge des von der Mitte des Kühlers nach den beiden Seiten hin auftretenden Temperaturgefälles
erfolgt das Zufrieren der einzelnen Kühlelemente 2 nacheinander von außen her und
die Auftauung bei zunehmender Kühlmitteltemperatur nacheinander von der Mitte aus,
und es sind immer so viel Kühlelemente eingefroren, daß die in den offen bleibenden
Kühlelementen auftretende Durchschnittstemperatur des Kühlmittels den Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine entspricht.
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Die n.aclr der Erfindung eintretende ungleichmäßige Abkühlung der
Kühlflüssigkeit im Kühler durch die atmosphärische Kühlluft läßt sich auch dadurch
erreichen, daß die einzelnen Kühlelemente verschiedene Querschnitte erhalten. Bei
richtiger Wahl der Querschnittsverhältnisse frieren zuerst die Kühlelemente mit
dem kleineren Querschnitt ein, -während sich der Fluß des Kühlmittels
durch
die offen bleibenden Kühlelemente mit großem Querschnitt vollzieht. Gemäß Abb. 4
können die Kühlelemente g mit großem Querschnitt an bestimmten Stellen des Kühlergehäuses
zweckmäßig in dessen Mitte angeordnet werden, während die Kühlelemente 2 mit kleinem
OOuerschnitt zu beiden Seiten angeordnet sind. In diesem Falle breitet sich der
Einfriervorgang gleichfalls von den am weitesten außenliegenden Kühlelementen bis
zur Mitte aus, und das Auftauen erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Es ist aber
auch möglich, die Kühlelemente io mit großem Querschnitt, wie in Abb.5 dargestellt,
auf den ganzen Kühler verteilt zwischen den Kühlelementen i i mit kleinem Querschnitt
anzuordnen. In einem so ausgebauten Kühler setzt der Gefriervorgang an mehreren
Stellen des Kühlers zugleich ein. Diese' Anordnung unterstützt das Auftauen der
eingefrorenen Kühlelemente i i, da bei erhöhter Belastung des Kühlers die offenen
Kühlelemente io wie über den ganzen Kühler verteilte Heizelemente wirken.
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Kühler nach der Erfindung mit - Kühlelementen verschiedenen OOuerschnittes
sind noch in vielen Ausführungsformen denkbar. Als unter Umständen besonders zweckmäßig
sei noch die Ausführungsform nach Abb.6 erwähnt, bei welcher von der Mitte des Kühlergehäuses
i aus die Kühlelemente iz nach beiden Seiten mit fallenden Querschnitten angeordnet
sind, so daß sich die spezifische Abkühlung der Kühlflüssigkeit von Kühlelement
zu Kühlelement ändert.
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In Abb.7 ist ein Kühler dargestellt, bei welchem auf verschieden starke
Abkühlung der Kühlflüssigkeit im Kühler verzichtet ist. Bei diesem Kühler ist zwischen
der Zuflußleitung 4. und der Abflußleitung 5 für die Kühlflüssigkeit eine Verbindungsleitung
13 vorgesehen, welche ein in Richtung des Flüssigkeitsstromes öffnendes Überdruckventil
14 mit einer Belastungsdruckfeder 15 enthält. Diese Umgehungsleitung 13 tritt als
Strömungskanal für die Flüssigkeit in Wirksamkeit, wenn der Druck in der Zuflußleitung
so weit ansteigt, daß er die Kraft der Feder 15 überwindet. Eine solche Drucksteigerung
des Kühlmittels tritt durch Verringerung des wirksamen Strömungsquerschnittes der
Kühlelemente 16 infolge deren Vereisung ein, welche mit zunehmender Temperatur der
Flüssigkeit wieder verschwindet. In einem Kühler der beschriebenen Art stellt sich
gegebenenfalls für die möglichen Betriebszustände der Maschine ein Gleichgewichtszustand
zwischen Vereisungsgrad der Kühlelemente 16 und Temperatur der Kühlflüssigkeit ein,
welcher sich bei wechselnder Belastung selbsttätig ändert. Um ein Erfrieren der
Nebenleitung 13 bei geschlossenem Rückschlagventil 14 zu verhindern, wird über eine
Leitung 17
mit sehr kleinem Querschnitt dauernd ein geringer Strom von heißer
Kühlflüssigkeit in die Nebenleitung 13 geleitet.
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Bei der Ausführungsform eines Kühlers nach Abb. 8 und g ist die Umgehungsleitung
für die Kühlflüssigkeit in Gestalt mehrerer Kanäle iS zwischen den einzelnen Kühlelementen
ig angeordnet. In dem Gehäuse i sind mehrere Gruppen von Kühlelementen ig eingebaut,
denen abzukühlende Flüssigkeit aus dem zu einer Kammer 2o ausgebildeten Oberteil
des Kühlergehäuses i zufließt. In der Kammer 2o. befindet sich eine zweite Kammer
2i, die durch ein. Überdruckventil 22 mit der Kammer 2o in Verbindung steht. Von
der Kammer 21 führen mehrere zwischen den Gruppen der Kühlerelemente ig angeordnete
Kanäle 18 mit großem Qurschnitt zum unteren Hohlraum 23 des Kühlergehäuses i, welcher
mit der Abflußleitung 5 verbunden ist. Das Überdrucke entil 22, das von. der Kammer
2o zur Kammer 2i hin öffnet, wird zweckmäßig mit einer Druckfeder 24 versehen, deren
Spannung durch ein Stellglied 25 von außen regelbar ist.
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Die Wirkungsweise des Kühlers ist folgende: Bei gewöhnlichem Betrieb,
wenn also keine oder nur geringe Eishildung im Kühler stattfindet, strömt die zu
kühlende Flüssigkeit aus der Kammer 2o durch die Kühlelemente ig zum unteren Teil
23 des Kühlergehäuses i und von dort zur Abflußleitung 5. Bei zu großer Kühlwirkung
werden die Kühlelemente ig allmählich zufrieren. Sobald der hierdurch ansteigende
Druck in der Kammer 2o die Schließkraft der Feder 24 des Überdruckventils 22 überwiegt,
tritt die Flüssigkeit aus der Kammer 20 in die Kammer 2 1 und gelangt von dort durch
die Kanäle iS zum unteren Teil des Kühlergehäuses i. Hierbei werden die Kühlelemente
ig durch das verhältnismäßig heiße Kühlmittel erwärmt, und es wird einerseits die
Auftauung des Inhalts der Kühlelemente ig eingeleitet und andererseits die Flüssigkeit
in den Kanälen 18 abgekühlt. Steigt die Temperatur der Flüssigkeit in den Kanälen
18 bei ganz, oder teilweise zugefrorenen Kühlelementen ig wieder an, weil die Leistung
der Breimkraftmaschine zunimmt oder die Außentemperatur steigt, so werden die Kühlelemente
ig von den Kanälen iS aus wieder aufgetaut. Auch bei diesem Kühler stellt sich zwischen
Vereisungsgrad der Kühlelemente ig und der Temperatur des Kühlmittels ein Gleichgewichtszustand
ein, welcher so gewählt werden kann, daß er den jeweiligen Betriebsbedingungen der
Brennkraftmaschin.e entspricht. Durch die einstellbare Druckfeder 24
kann
die Betriebstemperatur der Flüssigkeit innerhalb gewisser Grenzen beliebig geregelt
werden.
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Von den beschriebenen Maßnahmen können auch mehrere gleichzeitig angewendet
werden. Ihre Wirksamkeit ist bei reinen Flüssigkeitsküh:lkreisläufen und Verdampfungskühlkreisläufen
die gleiche, so daß es sich erübrigt, auf Verdampfungskühlkreisläufe besonders einzugehen.