-
Gebläse zur Luftförderung für die Beheizung und Belüftung von Kraftfahrzeugen
Luftturbinen, die durch Unterdruck angetrieben werden, sind allgemein bekannt. Wird
eine solche Unterdruckturbine an Vergaser-, also insbesondere an Benzinmotoren zwischen
Drosselklappe und Motor angeschlossen, so kann der Unterdruck, der hier bei Leerlauf
und Teillastbetrieb des Motors entsteht, zur Leistungsabgabe ausgenutzt werden.
Verbindet man mit der Turbine ein Gebläse- bzw. Lüfterrad, so wird dieses je nach
Höhe des Unterdruckes durch die Turbine schneller oder langsamer in Drehung versetzt.
-
Wird ein aus einer Unterdruckturbine und einem Luftgebläse bestehendes
Aggregat in ein motorisch angetriebenes Fahrzeug so eingebaut, daß die Unterdruckturbine
mit dem Gebläserad in einem Rohr angeordnet wird, welches in Fahrtrichtung offen
bzw. mit Luftauffangtrichter für den Fahrtwind versehen ist und ins Wageninnere
mündet und welches außerdem noch einen beispielsweise mit warmem Kühlwasser oder
mit Abgasen gespeisten Wärmeaustauscher enthält, und werden die nachstehend beschriebenen
erfindungsgemäßen Maßnahmen angewandt, so ist dieses Gebläse zur Förderung von Luft
für Beheizung und wahlweise bei Abschaltung oder Umgehung des Wärmeaustauschers
auch zur Belüftung des Fahrzeuges besonders geeignet.
-
Da bei Leerlauf des Motors, also im allgemeinen bei Stillstand oder
bei langsamer Fahrt des Fahrzeuges, die Drosselklappe weitgehend geschlossen
ist,
entsteht bei diesem Betriebszustand der größte Unterdruck in der Saugleitung, und
das Gebläse liefert in diesem Falle seine größte Luftmenge.
-
Bei Fahrt bzw. zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeuges sinkt der
Unterdruck in der Ansaugleitung des Motors je nach Stellung der Vergaser-Drosselklappe,
die Förderung des' Gebläses nimmt deshalb ab. Andererseits wird bei größerer Fahrtgeschwindigkeit
durch die Lufteinlaßleitung infolge des Fahrtwindes Stauluft gepreßt, so daß die
weitere Beschickung des Fahrzeuges mit frischer Luft auch ohne Förderung des Gebläses
gewährleistet ist.
-
Die Fig. I zeigt beispielsweise die Gesamtanordnung einer Kraftfahrzeugheizung
mit einem von einer Unterdruckturbine betriebenen Gebläse. Die Lufteinlaßleitung
ist in dieser Figur mit I bezeichnet.
-
Das aus Unterdruckturbine und Luftgebläse bestehende Aggregat ist
mit I7 bezeichnet, es ist in die vorgenannte Leitung I eingebaut. 2 stellt das Gebläserad
dar, das mit dem Unterdruckturbinenrad 3 auf gemeinsamer Welle 8 (Fig. 4) sitzt.
In die Leitung I ist weiterhin ein Wärmeaustauscher 4 eingebaut. Soll das Gebläse
zu Belüftungszwecken dienen, dann ist in der Belüftungsleitung I entweder kein Wärmeaustauscher
4 eingebaut oder aber der Wärmeaustauscher wird völlig von dem wärmeabgebenden Medium
abgeschaltet. Auch kann der Wärmeaustauscher 4 in diesem Falle durch eine Umgehungsleitung
ausgeschaltet werden, so däß dieselbe Leitung I, die im Winter zu Heizzwecken dient,
im Sommer zu Belüftungszwecken Verwendung finden kann. Die Saugleitung 5 verbindet
die Unterdruckturbine mit der Ansaugleitung 7 des Motors. Diese Leitung 5 ist hinter
der Drosselklappe 6 des Vergasers 25 mit der Ansaugleitung 7 der Verbrennungskraftmaschine
verbunden.
-
Beim Durchpressen von Fahrtwind bzw. Stauluft durch die Lufteinlaßleitung
wirkt das Gebläserad beschleunigend auf das Turbinenrad. Wird nun bei hoher Fahrgeschwindigkeit
Gas weggenommen, d. h. die Drosselklappe geschlossen, so wirkt auf das durch den
Stauwind beaufschlagte Gebläserad noch zusätzlich die Unterdruckturbine. In diesem
Betriebszustand würde deshalb, wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen wären,
das Gebläse sehr hohe Drehzahlen annehmen, d. h. es würde durchgehen, was zu Betriebsstörungen,
z. B. zur Zerstörung der Lagerung führen könnte. Um dieses Hochgehen der Drehzahl
mit Sicherheit zu vermeiden, werden erfindungsgemäß die nachstehend gekennzeichneten
Maßnahmen getroffen: Die Beschaufelung des Gebläserades wird gemäß der Erfindung
so ausgeführt, daß es, durch die Stauluft beaufschlagt, möglichst wenig Leistung
abgibt. Dies wird durch Anordnung einer sehr geringen Schaufelzahl, etwa vier bis
sechs Schaufeln, mit einem Seitenverhältnis größer als . I : 2 erreicht. Durch diese
erfindungsgemäße Formgebung wird außerdem bezweckt, daß bei großem Stauluftanfall
und geringem Unterdruck, also bei gleichbleibender hoher Fahrzeuggeschwindigkeit,
in selbsttätiger Weise, d. h. ohne die Einwirkung eines zusätzlichen Regelorgans,
eine Schondrehzahl oder der Stillstand des Gebläses erreicht wird. Dabei wird, da
die Höchstdrehzahl der Turbine beim Durchgehen in starkem Maße vom Austrittswinkel
@2 der Beschaufelung des Turbinenrades abhängt, dieser möglichst groß, und zwar
@2 ungefähr 7o bis I2o° ausgeführt, wodurch sich die in Fig. 2 dargestellte Beschaufelung
ergibt.
-
Als erfindungsgemäße Abart können die Schaufeln aus Herstellungsgründen,
auch wie Fig. 3 zeigt, geradlinig ausgeführt werden.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht auch darin,
daß für die Luftförderung durch den Fahrtwind bzw. durch den dadurch erzielten Stau
eine glatte Rohrführung dadurch erzielt werden kann, daß der Außendurchmesser des
Turbinenrades etwa gleich dem Nabendurchmesser des Gebläserades ausgeführt wird.
-
Die Einzelheiten des Gebläses mit Antrieb durch Unterdruckturbine
in einem Teil der Lufteinlaßleitung zeigt Fig. 4. Mit 8 ist die Welle bezeichnet,
auf welcher das Gebläserad 2 und das Turbinenrad 3 befestigt sind. 9 zeigt den Lagerbock
bzw. das Lagergehäuse mit den beiden Lagern 18 und i9. Der Lagerbock ist so ausgebildet,
daß er einen Teil der Unterdruckkammer 14 bildet in welcher das Turbinenrad 3 läuft.
Die Unterdruckkammer wird durch den Deckel io abgeschlossen. ii bezeichnet die Düsenplatte,
in welcher je nach Durchsatz eine oder mehrere Düsen 12 angeordnet sind. Die Luft
zum Antrieb der Turbine wird vom Motor durch die Ansaugöffnung 13 eingesaugt, beaufschlagt
von dort über die Turbinendüsen 12 die Schaufeln des Turbinenlaufrades 3 und tritt
dann in die Unterdruckkammer 14 ein. Von dort.wird die Luft über die Saugleitung
5 in die Ansaugleitung 7 des Motors abgesaugt.
-
Die Ansaugöffnungen 13 vor der Unterdruckturbine können außerhalb
der Heizleitung i angeordnet sein, damit die Ansauggeräusche nicht mit der Luft
ins Fahrzeuginnere übertragen werden. Zur Regelung der Drehzahl des Gebläses zwischen
unterster und Maximal-Drehzahl ist in der Ansaugleitung 21 vor den Turbinendüsen
12 ein Regelventil 15 für die durch die Ansaugöffnung 13 einströmende Luft eingebaut.
Dieses Regelventil ist mit dem Ventilsitz 16 versehen. Dieses Ventil kann von Hand,
z. B. mittels Bowdenzug, betätigt werden. Auf diese Weise kann die Ansaugmenge der
Turbine und damit die Luftförderung bzw. die Drehzahl des Gebläses geregelt werden.
-
Wird ein Regelventil in die Saugleitung 5. eingebaut, so ergibt die
Betätigung des Ventils eine Regelung des Unterdrucks und des Durchsatzes, wodurch
wieder eine Veränderung der Förderung des Gebläses erreicht wird. _ Bei Motoren,
bei denen der Leerlauf konstant gehalten werden muß, kann in die Saugleitung 5 zwischen
Unterdruckturbine und der Ansaugleitung 7 des Motors oder in der letzteren selbst
durch ein Regelorgan ein der Luftansaugöffnung 13 entsprechender zusätzlicher Eintrittsquerschnitt
freigegeben werden, wobei die Öffnung zwangläufig
gleichzeitig
mit dem Schließen der Ansaugöffnung I3 erfolgt.
-
Eine andere Ausführung ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Regelung
ist ein gemeinsames Regelorgan 2o vorgesehen, das in der Weise wirkt, daß in der
Ansaugleitung der Unterdruckturbine 2I eine zylindrische Kolbenbahn angebracht ist.
In dieser zylindrischen Kolbenbahn bewegt sich ein gut dichtender Steuerkolben 22,
der in Fig. 5 in seiner untersten Stellung dargestellt ist, in der er die Luftansaugöffnung
I3 für das Zuströmen der Luft zur Unterdruckturbine freigibt. In seiner obersten,
gestrichelt eingetragenen Lage22' schließt dieser Kolben die Luftansaugöffnung I3
ab und gibt gleichzeitig die Querverbindung 23 zu der zwischen der Unterdruckkammer
14 der Turbine und der Ansaugleitung des Motors angeordneten Saugleitung 5 frei.
In der obersten Lage 22' ist deshalb ein den Ansaugöffnungen I3 äquivalenter Querschnitt
24 freigegeben, so daß gleichbleibende Leerlaufbedingungen für den Motor bei zu-und
abgeschalteter Unterdruckturbine geschaffen sind.
-
Das wechselseitige Öffnen und Schließen der Ansaugöffnung I3 und des
äquivalenten Querschnittes 4 ist gemäß vorstehend beschriebener Konstruktion
nur beispielsweise angegeben. Es könnte auch ein federbelasteter zweiarmiger Kipphebel
angebracht werden, der sich in der einen Lage mit einer Gummi-Ventilplatte an dem
einen Hebelarm auf die Ansaugöffnung I3 schließend abstützt, während der andere
Hebelarm den äquivalenten Querschnitt 24 freigibt. In der umgekippten Lage wird
in umgekehrter Weise der Querschnitt 24 freigegeben und die Ansaugöffnung I3 abgeschlossen.
-
Eine andere Ausführung zur Konstanthaltung der Motorleerlauf-Drehzahl
besteht darin, daß vom Lagerbock g aus auf die Nabe des Gebläserades 2 eine weichwirkende
Bremse eingeschaltet wird, die auf mechanischem Wege eingerückt wird und das Gebläserad
2 zum Stillstand bringen kann. In diesem Falle bleibt die Luftansaugöffnung I3 offen,
so daß sich die Leerlaufbedingungen des Motors auch bei Gebläseradstillstand nicht
ändern. Eine ähnliche Bremsvorrichtung kann auch auf das Turbinenrad wirken oder
aber beide beeinflussen. Bei Stillsetzen der Turbine durch eine derartige Bremsvorrichtung
kann die Luftansaugöffnung I3 offenbleiben, so daß die Leerlaufdrehzahl auch bei
abgeschalteter Turbine infolge des gleichbleibenden Luftleitungsquerschnittes konstant
gehalten wird.
-
Von besonderer Bedeutung ist, daß das Schmieröl in den Lagern I8 und
Ig durch den in der Unterdruckkammer 14 sich auswirkenden Unterdruck nicht abgesaugt
wird, da sonst bei der hohen Drehzahl der Unterdruckturbine von beispielsweise I2
ooo bis I5 ooo U/Min. die Gefahr des Trockenlaufens der Lager und damit von Betriebsstörungen
bestehen würde. Um diese schmierölabsaugende Auswirkung des auf die Turbine wirkenden
Unterdrucks zu verhindern, können die Lager entlüftet oder ein oder mehrere entlüftete
Räume zwischen Turbinenrad und Lagerkörper angeordnet werden. Bei den vorgenannten
hohen Drehzahlen entstehen entsprechende Lager-, Gebläse- und Luftströmungsgeräusche,
die bei Hörbarkeit im Fahrzeuginnern sich unangenehm auswirken. Aus diesen Gründen
muß versucht werden, diese Geräusche zu dämpfen bzw. deren Weiterleitung in das
Fahrzeuginnere möglichst abzudämmen. Es werden deshalb in der Lufteinlaßleitung
hinter dem Gebläse schalldämpfende Elemente eingebaut, die in einem Frequenzbereich
von Iooo bis I6 ooo Hz optimale Dämpfung aufweisen, wobei feinste Fasern von I/Ioo
mm Ø für die Schalldämpfung benutzt werden. Diese Ausführung ist in Fig.6 dargestellt.
Eine Schalldämpfung kann zusätzlich dadurch erreicht werden, daß in das Totwassergebiet
unmittelbar hinter dem Gehäuse g der Unterdruckturbine ein Schallabsorptionskegel
26 mit den vorbeschriebenen schalldämpfenden Eigenschaften eingebaut wird.
-
Die in der Lufteinilaßleitung bzw. an deren Umfang eingebauten schalldämpfenden
Elemente 27 werden ebenfalls unter Ausnutzung innerer Schallreflexion und zusätzlicher
Schallabsorption eingebaut.
-
Durch die vorgenannten Maßnahmen werden in erster Linie die höheren
Frequenzen gedämpft. Es können aber auch beispielsweise durch Unwucht tiefere Frequenzen
in dem Gerät entstehen, deren Dämpfung ebenfalls wichtig ist. Um sowohl die hohen
als auch die tiefen Frequenzen dämpfen zu können, wird an der Peripherie der Lufteinlaßleitung
eine als Hochpaß wirkende Einrichtung mit gleichzeitiger Schallabsorption für die
passierenden hohen Turbinengeräusche eingebaut, so daß die gesamte Anordnung als
Nullpaß wirkt. Praktisch wird diese Einrichtung in einer Weise hergestellt, wie
es Fig. 7 zeigt.
-
Die Perforation 28 am Umfang der Lufteinlaßleitung i stellt zunächst
die als Hochpaß wirkende Einrichtung dar, die bewirkt, daß sämtliche tiefen Frequenzen
in Pfeilrichtung 29 abgeleitet werden und nicht mehr in das zum Fahrzeuginnern führende
Rohr gelängen, weil der Schallwiderstand in Pfeilrichtung um ein Vielfaches kleiner
ist als der Schallwiderstand in Richtung des anschließenden zum Fahrzeuginnern führenden
Rohres. Die hohen Frequenzen würden zunächst im Leitungsrohr i weiterlaufen, wenn
nicht gleichzeitig eine Schallabsorption in Gestalt eines . für tiefe Frequenzen
durchlässigen, nach außen durch die Perforation 31 offenen Mantels vorgesehen wäre.
Ein solcher Mantel wird im Bereich hinter dem Gebläse um das Rohr i herumgelegt.
-
Dieser Mantel - unter Umständen auch aus eventuell säurefestem Gewebe
oder Filz 3o bestehend - kann aus Festigkeitsgründen sowohl in seinem Innern als
auch in seinem Äußeren aus einem als Hochpaß wirkenden perforierten oder porösen
Metall oder Kunststoff bestehen.