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Lüfteranlage für Brennkraftmaschinen Ein, wirtschaftlicher Betrieb
von größeren Verbrennungsmotoren verlangt mit Rücksicht auf einen geringen Brennstoffverbrauch,
geringen Verschleiß usw. die Einhaltung von .günstigen Temperaturen im Kühlmittelkreislauf
für den. Motor, das Schmieröl und bei Fahrzeugen gegebenenfalls noch für das hydraulische
Getriebe. Die Kühlverhältpisse in .den verschiedenen Kühlsystemen werden dadurch
geregelt, daß die Kühlmittel einem mehr oder weniger' starken Luftstrom ausgesetzt
werden, welcher durch Gebläse od. dgl. erzeugt wird,. Dabei müssen die Gebläse so
ausgelegt werden, daß bei voller Motorleistung und: höchster, praktisch vorkommender
Außentemperatur ihre Lüftung noch für eine ausreichendha Kühlung genügt.
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Sofern das Kühlgebläse für das Motorkühlwasser vom Verbrennungsmotor,
sei es direkt über Keilriemen oder Gelenkwellen oder unter Zwischenschaltung einer
elektrischen Welle mit Generator und Motor, angetrieben wird, geht beim Zurückgehen
der Motordrehzahl und dem damit verbun, denen kleineren Wärmeanfall auch die Gebläsedrehzahl
zurück. Die Kühlluftförderung paßt sich also annähernd der Belastung an.
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Das ist bei anderen Kühlstellen nicht erwünscht. Der Wärmeanfall im
Schmieröl geht beispielsweise
bei Teillasten nicht im gleichen Maße
zurück, in dem die Motordrehzahl sinkt. Ähnlich verhält es sich auch an anderen-
Stellen, etwa in einem Strömungsgetriebe, wo die abzuführende Wärmemenge stark Ibn
:der Zuglast und! Fahrgeschwindigkeit beeinflußt wird.
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Bei verschiedenen der bekannten Regelungsarten wird' ein wirtschaftlicher
Betrieb nur teilweise erreicht. So läuft bei der Drosselregelung, bei welcher ein
Thermostat jalousieartige Klappen verstellt und damif den Kühlluftstrom drosselt,
das Gebläse stets mit der vollen, durch die Antriebsverhältnisse gegebenen Drehzahl
und entsprechenden Leistung. Die überschießendie Energie wird in der Drossel vernichtet.
Mit der Aussetzregelung kann: ebenfalls nicht ein Optimum der.Leistungsausnutzung
erreicht werden.. Bei, dieser werden die Kühlgebläse bei Erreichung eines Temperaturhöchstwertes
in Betrieb gesetzt und beim Zurückgehen der Temperatur auf den; unteren Grenzwert
wieder stillgesetzt.. Dies wird bei mechanischem Antrieb durch Kupplung, bei: Antrieb
mit Drehstrommotoren d'arch elektrische Schaltschütze erreicht. Abgesehen davon,
daß bei Personenfahrzeugen das dadurch hervorgerufene i-ntermittierende Gebläsegeräusch
störend wirkt, laufen bei nur teilweise (i/st-facher) Inanspruchnahme der Kühlleistung
die Gebläse nur die i/n-fache Zeit, benötigen, also die i/sz-fache Leistung, während
bei Verminderung der Drehzahl der Gebläse auf den (/n-fachen Wert nur die (i/it-fache
Leistung benötigt würde (yt> i).
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Die Drehzahlregulierung ist also- diejenige Regelungsart, welche die
meiste Leistung spart. Man hat deshalb schon die Aussetzregelung mit einer Drehzahländerung
durch polumschaltbare Drehstrommotoren kombiniert, bei welcher im Sommer auf die
größere, im Winter auf die kleinere Drehzahl geschaltet wird. Diese grobe Stufung
wird übertroffen durch die ebenfalls bekannte Drehzahlregelung durch hydraulische
Kupplungen, bei welcher auch die mechanische Kraftübertragung durch Gelenkwelle
und` Zahnräder anwendbar ist, die im übertragungswirkungsgradi die elektrische weit
übertrifft. Doch auch diese Regelung bringt Leistungsverluste mit sich, da durch
den Schlupf der Kupplung ein Leistungsverlust proportional der Drehzahlverminderung
erfolgt. Außerdem ist die mechanische Kraftübertragung wegen der Einbauverhältnisse
nicht immer anwendbar.
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Bei. Vorliegen solcher Umstände kann die elektrische Drehzahlregelung
mit Gleichstrommotoren eine weitere Verbesserung bringen. Diese kann. besonders
verlustarm gestaltet werden, weil bei Nebenschlußmotoren mit Feldschwächung nur
ein Widerstand in. den Erregerstromkreis eingeschaltet wird, der an sich nur wenige
Prozent des gesamten Stromes führt. Mit dieser Regelung kann allerdings nur ein
begrenzter Regelbereich bestrichen werden. Da jedoch besonders im Winter auch eine
Regulierung bis zum Stillstand( der Gebläse möglich sein ruß, um ein Unterkühlen
des Kühlmittels vermeiden zu können, rußte auch zum Anlassender Motoren je ein,
besonderer Anlaßwiderstand im Läuferkreis vorgesehen werden. Eine gemeinsame Regelung
beider Motoren z. B. durch Veränd!eru:ng der Generatorspannung ist deshalb nicht
möglich, weil man dedürch den Erfordernissen des in mehreren. Kühlsystemen verschiedlenen
Wärmeanfalls nicht gerecht wird. Somit. würde eine Einrichtung, bestehend aus einem
Regelwiderstand und einem Anpaßwiderstand für jeden Gebläsemotor einschließlich
der dazu benötigten Automatik, die die Steuerung in Abhängigkeit von der Temperatur
der Kühlmittelkreisläufe vornimmt, erforderlich, sein, die einen Grad von Kompliziertheit
und Störungsaniälligkeit erreicht, der besonders im Fahrbetrieb nicht mehr tragbar
ist.
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Es sind auch Einrichtungen bekanntgeworden, bei denen die Regelung
dies Gebläsemotors durch d'iie Verändrung eines Generators erfolgt, welcher den
Gebläsemotor antreibt und von dem zu kühlenden Verbrennungsmotor angetrieben wird.
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Da die Spannung dieses Generators mit abnehmender Drehzahl des Verbrennungsmotors
sinkt, nimmt in diesem Falle auch die Drehz4hl des Lüftermotors ab, so daß ohne
zusätzliche Feldregelung des Lüftermotors eine gewisse Anpassung seiner Drehzahl
an den Kühlluftbedarf erfolgt, wobei bisweilen zusätzlich auch noch die vorher erwähnte
Feldregelung angewendet wird.
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So günstig dieses Regelverfahren an sich ist, läßt es sich doch nur
dort anwenden, wo der Kühlluftbedarf proportional mit einer Drehzahl verläuft, wie
es eben bei dem Kühlluftbedarf des Verbrennungsmotors der Fall ist.
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Das System ruß für bezug auf solche kühlluftbedürftigen Stellen versagen,
deren Wärmeanfall sich nicht proportional mit derDrehzah.l ändert, also beispielsweise
an hydraulischen Kupplungen und ähnlichen Bauteilen.
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Es gibt jedoch zahlreiche Fälle, in denen mehrere Stellen durch. Gebläse
gekühlt werden sollen und bei denen der Kühlluftbedrarf an den verschiedenen Stellen
von ganz verschiedenen Faktoren abhängt, so ist es beispielsweise beim Antrieb schwerer
Diesellokomotiven. In derartigen Fällen tritt der größte Kühlluft-bedarf stets an
dem Dieselmotor selbst auf, während( an anderen- Stellen nur wesentliche kleine
Kühlluftmengen erforderlich sind, die zudem, wie oben bereits erwähnt, nach ganz
andreren Bedingungen geregelt werden müssen als die Kühllüftmenge des Dieselmotors.
Andererseits ist auch der Kühlluftbedarf des Verbrennungsmotors nicht nur von diesen
Drehzahlen allein, sondern auch von: anderen Faktoren, insbesondere von der herrschenden
Außentemperatur abhängig. Allen .diesen. Umständern wird durch die Erfindrung weitgehend
Rechnung getragen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Kühlanlage mit mehreren, beispielsweise
zwei, Kühlkreisläufen mit je einem durch einen Gleichstrommotor angetriebenen: Kühlerlüfter,
bei d(er für beide Lüftermotoren ein gemeinsamer Generator angeordnet wird, dessen,
Erregung in Abhängigkeit von der Temperatur in dem einen und anderen Kühlkreislauf,
und
zwar beim Überschreiben einer bestimmten unteren Grenze selbsttätig eingeschaltet
und. dann stetig oder absatzweise in Abhängigkeit von der Temperatur im größten
Kreislauf gesteuert wird, während im kleineren Kreislauf eine zusätzlii.ehe besondere
Regelung vorgesehen wird. Diese zusätzliche Regelung kann beispielsweise durch Verwendung
eines Motors mit Feldschwächung durchgeführt werden, wobei die Feldschwächung selbsttätig,
und zwar stetig oder stufenweise in Abhängigkeit von, der Temperatur im kleineren
Kreislauf .gesteuert wi:rdC Eine andere Möglichkeit besteht in der Anwendung einer
Drosselregelung im Kühlluftstrom oder Kühlmittelkreisliauf des kleineren: Gebläses.
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Der obern bereits - erwähnte Umstand, di.ß Wärmemengen- und Drehzahl
des Verbrennungsmotors sich im gleichen Sinne ändern, kommt auch hier der Regelung
zugute, da auch bei Gleichstromübertragung die Motordrehzahl sich bei konstanter
Reglereinstellung proportional der Generatordrehzahl ändert.
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Wenn auch die anfallenden Wärmemengen. bei verschiedenen Belastungszuständien
in den verschiedenen, Kühlsystemen bei verschiedenen Betriebszuständen nicht in
einem konbtanten Verhält nis zueinander stehen, so ist es doch so, dhß in allen
drei Wärmequellen die anfallenden Mengen bei steigender Belastung größer werden.
Dieser Umstand wird nach der Erfindung dadurch ausgenützt. daß man z. B# durch dlie
Temperatur des Hauptkühlmittelkreislaufes (meist Motorkühlwasser, gegebenenfalls
mit eingeleiteter Getriebeölwärme) die Erregung der Gleichstrom erzeugenden Dynamomaschine
beeinflussen läßt. Die dadurch hervorgerufene Spannungsärnderung wirkt sich zwar
auf alle angeschlossenen Kühlluftmotoren gleichzeitig aus, jedbch wird dien verschiedenen
Anforderungen dadurch Rechnung getragen, daß man den. weiteren Kühlmittelkreisläufen,
z. B. in dien Schmierölkreislauf, eine gesonderte Regelung durchführt. Eine solche
Einrichtung bringt folgende Vorteile mit sich: i. Das Anlassen beider Motoren erfolgt
durch Einschalten der Erregung des Gleichstromgenerators, erfordert also keine besonderen
Anlaßwiderstände.
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2. Der größere -der 'beiden Gleichstrommotoren braucht nicht als ein
für Feldschwächung geeigneter Motor ausgeführt zu werdien. Dadurch entfallen, das
hierfür erforderliche Mehrgewicht und die höheren Kosten.
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3. Beide Motoren laufen bereits ohne Eingriff der mit einer proportional
zur Drehzahl des Dieselmotors veränderlichen Drehzahl, sind also bereits in erster
Näherung dessen Belastung angepaßt.
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4. Die Drehzahlen beider Motoren. werden über die Erregung des Gleichstromgenerators
vorn der Temperatur des Hauptkreislaufs beeinflußt, passen sich also in ihrer Drehzahl
zusätzlich dien herrschenden Außentemperaturen an.
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5. Nur der kleinere der beiden Motoren braucht bei der einen der beiden
erwähnten AusfÜhrungsformen für Feldschwächung geeignet zu sein. Die Regulierung
seines Feldes erfolgt durch den in seinem Kühlkreislauf angeordneten Temperaturfühler,
paBt sich also dien Abweichungen von den in Punkt 3 und 4 gegebenen Bedingungen
an.
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Es genügt, für die Regelung der Erregung der Dynamomaschine einerseits
und derjenigen des kleinen Motors andererseits wenige Regelstufen vorzusehen. Dazu
können unterteilte Widerstände mit Kurzschlußrelais, die von Temperaturwächtern
gesteuert sind, verwendet werden. Diese Eirnrichtungen weisen einen hohen Grad von
Betriebssicherheit auf, so daß sie auch im Fahrzeugbetrieb ohne Bedenken verwendet
werden können.
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Statt der stufenweisen Regelung kann selbstverstä.ndlich auch mittels
Drehgleitwiderständen, Kohledlruckwiderständen u. dgl. eine stufenlose Regelung
erzielt werden, wobei die Widerstände durch Temperaturfühler mit mechanischem Stellglied
verändert werden.
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Die Schaltung einer solchen Anlage ist im beiliegenden Schema dargestellt.
Die Wärmefühler 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 in beiden Kreisläufen sind so eingestellt,
daß sie in ein-ein bestimmten-Temperaturabstand,' hintereinander Kontakt geben.
Beim Erreichen des unteren Grenzwertes einer der beidien Kühlmitteltemperaturen,
gibt also der Wärmefühler i i oder 15 Kontakt, und das zugehörige Relais i schaltet
die aus einer beliebigen Quelle, beispielsweise einer Batterie i9, gespeisten Erregung
des Generators 2o und' der beiden Motoren 9 unds io ein. Während der Lüftermotor
9 die volle Erregerspannung erhöht, sind in die Erregerstromkreise des Generators
2o und, des Lüftermotors io Widerstände 21 und 22 eingeschaltet, so daß der Generator
nur eine geringe Spannung abgibt. Der Widerstand 22 vor der Erregung des Lüftermotors
io ist kurzgeschlossen, so daß auch dieser die volle Erregerspannung erhält. Die
beiden Lüftermotoren g und io laufen dementsprechend nur langsam, besonders der
Lüftermotor,io, .der der Nebenkühlung dient und dessen Drehzahl bei ungeschwächtem
Feld sehr klein ausgelegt -wiTd. Steigt jetzt z. B. die Temperatur in diesem. Kühlsystem
weiter an, so wird durch Ansprechen .der Wärnnefühler 16, 17, 18 über die zugeordneten
Relais 6, 7, 8 nach und, nach Widerstand in den Erregerkrens des Lüftermotors io
geschaltet, so daß dessen Drehzahl durch Feldschwächung ansteigt. _ Steigt jedbch
die Temperatur im Hauptkühlsystem an, so sprechen die Wärmefühler 12, 13, 14 znacheinandier
an, und durch die entsprechenden Relais 2, 3, 4 wird der im Emregerstrom des Generators
liegendle Widerstand 21 nach und- nach überbrückt. Dadurch steigt die Erregerspannung
des Generators und gleichzeitig - seine abgegebene Spannung und die Drehzahl beider
Lüftermotoren; welche an dieser Spannung liegen. Dabei wird: allerdings auch im
Nebenkühlsystem durch größte Lüfterleistung des Lüftermotors io eine stärkere Kühlwirkung
herbeigeführt, jedoch unterbrechen infolge des Temperaturrückganges durch diese
starke
Kühlwirkung die Wärmefühler 18, 17, 16 die Relais 8, 7, 6. Durch Verringerung des
Widerstandes 22 im Erregerkreis des Lüftermotors io vermindert sieh .dann dessen
Drehzahl.
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Alle geschilderten Vorgänge werden sich in der Praxis meistens nebeneinander
abspielen. AußeT-dem wird, sich im normalen Betrieb auch die Drehzahl: des Dieselmotors
ändern, beson fers beim Fahrbetrieb. Infolge der Wärmekapazität der Kühlmittel werden
sich jedoch die geschilderten Drehzahländerungen der Lüftermotoren, so einpendeln,
daß ein Dauerbetrieb mit einer Temperatur ermöglicht wird, die sich in den: gegebenen
Grenzen hält. Dazu ist erforderlich, diaß die Drehzahl des Lüftermotors io so ausgelegt
wird, daß bei- mäßngem Wärmeanfall in beiden Kühlsystemen und bei- mittlerer Außentemperatur,
wie es an Fahrzeugen bei Geradeausfahrt an einem :nicht sehr heißen Sommertag vorausgesetzt
werden kann, zur Erzielung der richtigen Drehzahl des Lüftermotors io eine teilweise
Feldschwächung notwendllg ist. Es ist dänn also bei stärkerem bzw. geringerem Wärmeanfall
im Lüftermotor io eine DTehzahlregelung sowohl nach oben wie auch nach unten möglich.