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Vorrichtung zur selbsttätigen Leistungsregelung von Kühlern für Verbrennungsmotoren
Die Kühleinrichtung für Verbrennungsmotoren allein oder kombiniert für Motoren und
hydraulische Getriebe wird im allgemeinen so bemessen und ausgelegt, daß bei höchster
zu erwartender Außentemperatur die bei Vollast entstehende größte Wärmemenge mit
Sicherheit abgeführt werden kann. Die Regelung der Kühlerleistung unter den verschiedenen
Betriebsverhältnissen zwecks Konstanthaltung einer bei allen Außentemperaturen in
gewissen Grenzen gleichen Kühlmitteltemperatur wird besonders einfach, zweckmäßig
und auch ausreichend dadurch erreicht, daß die Drehzahl der Kühlerlüfter in einem
festen Verhältnis zur ':\-lotordrelizahl steht. Hierdurch wird mit gewisser Annäherung
die Kühlerleistung den bei den verschiedenen Drehzahlen der Verbrennungsmotoren
anfallenden Abwärmemengen angepaßt. Zwecks vollkommener Anpassung und insbesondere
zur Berücksichtigung der verschiedenen Außentemperaturen wird der Antrieb der Lüftermotoren
durch eine von der Kühlmitteltemperatur gesteuerte Kupplung je nach Bedarf nach
dem Prinzip der Aussetzerregelung ein- oder ausgeschaltet.
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Die einfachste Ausführung dieses Lüfterantriebs ist der direkte Antrieb,
bei dem die Lüfter von der Motorwelle unmittelbar angetrieben werden. Voraussetzurrg
hierfür
ist, daß die räumlichen Verhältnisse dies zulassen. In allen anderen Fällen, in
denen die räumliche Anordnung des Motors zur Kühleinrichtung den direkten Lüfterantrieb
von den Verbrennungsmotoren nicht gestattet (besonders häufig bei Schienenfahrzeugen),
ist die Zwischenschaltung einer elektrischen Übertragung mittels Gleichstroms oder
einer hydraulischen Übertragung bekannt. Diesen Übertragungen haftet jedoch eine
Reihe von Mängeln an, die die selbsttätige Regelung umständlich machen oder nur
unter Inkaufnahme von Übertragungsverlusten gestatten und außerdem die Betriebssicherheit
der gesamten Anlage vermindern.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, diese Nachteile zu vermeiden,
d. h. die Regelung der Kühlerleistung mit einfachen Mitteln auch in den Fällen zu
erreichen, in denen die Lage der Kühleinrichtung zum Verbrennungsmotor den direkten
Antrieb der Lüfter durch die Verbrennungsmotoren nicht gestattet.
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Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß der Lüfterantrieb
auf elektrischem Wege mittels Drehstroms erfolgt. Ein Drehstromsynchrongenerator,
der mit Motordrehzahl oder mit in festem Verhältnis zu dieser größerer Drehzahl
vom Verbrennungsmotor unmittelbar oder mittelbar angetrieben wird, liefert den erforderlichen
Strom für den oder die zum Lüfterantrieb dienende Asynchrondrehstrommotoren, deren
Drehzahl sich mit der Frequenzänderung des vom Synchrongenerator gelieferten Stromes
im festen Verhältnis zur Antriebsdrehzahl desselben und damit auch zur Drehzahl
des Verbrennungsmotors ändert. Durch Wahl entsprechender Polzahlen im Generator
und in den Motoren wird erreicht, daß für den gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors
sich zweckmäßige Frequenzen für die elektrischen Maschinen ergeben und die Drehzahl
der Asynchronmotoren gleich der erforderlichen Drehzahl der Lüfter ist, so daß diese
unmittelbar gekuppelt werden können. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Drehzahl
der Lüfter in festem Verhältnis zur Drehzahl des Verbrennungsmotors sich ohne jede
Beeinflussung vollkommen automatisch mit dieser ändert und somit die gleichen Verhältnisse
vorliegen wie bei direktem Antrieb der Lüfter. Der nur in geringem Umfang sich ändernde
Schlupf der Asynchronmotoren bei verschiedener Belastung ist so geringfügig, daß
er für die beabsichtigte Wirkung der Anlage ohne Bedeutung ist.
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In gleicher Weise wie bei direktem Lüfterantrieb wird die Feinanpassung
der Kühlerleistung an die abzuführende Wärmemenge und insbesondere die Anpassung
der Kühlerleistung an die Außentemperatur durch Aussetzerregelung erreicht. Während
diesem Zweck bei direktem Lüfterantrieb die besondere Lüfterkupplung dient, genügt
bei dem Lüfterantrieb mittels frequenzveränderlidhen Drehstroms die Abschaltung
der Erregung des Synchrongenerators, wenn nur ein Kühlkreislauf vorhanden ist. Sind
getrennte Kühlkreisläufe, z. B. Wasser und Öl, vorhanden, so sind die Lüftermotoren
der einzelnen Kreisläufe gesondert durch Schaltschütze abzuschalten, wobei die Erregung
des Generators nur abgeschaltet wird, wenn sämtliche Lüftermotoren ausgeschaltet
werden. Die Schaltung der Erregung bzw. Abschaltung einzelner Motoren wird in gleicher
Weise temperaturabhängig vollzogen wie die Schaltung der Lüfterkupplung im Falle
des direkten Lüfterantriebs.
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Gleichzeitig ist bei der Verwendung von polumschaltbaren Drehstrommotoren
bzw. Generatoren verlustlos und auf einfachste Weise eine Einstellung auf Sommer-
oder Winterbetrieb möglich, z. B. im Winter maximale Drehzahl der Lüftermotoren
= halbe maximale Drehzahl im Sommer.
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Gegenüber dem bisher verwendeten Antrieb des Lüfters unter Verwendung
von Gleichstrom ergeben sich folgende Vorteile: i. einfacher Generator mit Schleifring
ohne Kollektor und Spannungsregelung, daher besserer Wirkungsgrad und größere Betriebssicherheit;
a. einfache Motoren ohne Kollektor und Schleifring (Kurzschlußläufer, da das Anlaufmoment
gering ist) ; 3. verlustlose Drehzahlregelung durch Frequenzänderung, also ohne
Zwischenschalten von Widerständen; 4. automatische Drehzahlregelung ohne Steuerung
mehrerer Drehzahlstufen.
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Gegenüber dem direkten Antrieb ergibt sich neben der Unabhängigkeit
von der Lage der Kühleinrichtung der Vorteil, daß die besondere abschaltbare Lüfterkupplung
fortfallen kann, da der gleiche Erfolg durch Abschalten der Generatorerregung bzw.
einzelner Lüftermotoren erreicht wird.
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Wenn aus besonderen Gründen es erforderlich oder vorteilhaft erscheint,
die Lüfterdrehzahl kontinuierlich zu regeln und auf diese Weise die zur Konstanthaltung
der Kühlmitteltemperatur bei allen Betriebsverhältnissen erforderlicheAnpassung
der Kühlerleistung an den Wärmeanfall kontinuierlich zu erreichen, so kann dem Synchrongenerator
oder, falls erforderlich, deneinzelnenLüftermotoren eine von der Temperatur des
Kühlmittels gesteuerte regelbare hydraulische Kupplung vorgeschaltet werden.