DEP0027155DA - Kühlsystem für Verbrennungskraftmaschinen. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für Verbrennungskraftmaschinen und hat eine verbesserte Einrichtung dieses Systems zum Gegenstand, welche bei Verbrennungskraftmaschinen mit veränderlicher Geschwindigkeit für beliebige Zwecke benutzt werden kann, welche aber besonders nützlich in Verbindung mit Verbrennungsmaschinen mit veränderlicher Geschwindigkeit für Motorfahrzeuge ist.

Bei dem normalen Betrieb eines Motorfahrzeuges, das von einer Maschine mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben wird, arbeitet die Maschine mit Geschwindigkeit, die in einem grossen Bereich schwankt, z.B. von 500 Umdrehungen/Minute bis 3000 Umdrehungen/Minute. Wenn ein Kühlventilator oder eine Wasserpumpe von der Maschine ausgetrieben wird, arbeitet diese gewöhnlich während einer beträchtlichen Zeitdauer besonders bei verhältnismässig hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten, mit einer übermässigen Geschwindigkeit. Während des Betriebes eines Motorfahrzeuges mit Geschwindigkeiten über 50 Meilen/Stunde, wird die Tätigkeit des üblichen Kühlventilators gewöhnlich nicht benötigt, weil die Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges hinreichene Luft durch den Radiator und über die Maschine streichen lässt, um den gewünschten Betrag an Kühlung zu erzielen. Wenn der Ventilator mit der Maschine während dieser höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten vorhanden bleibt, verbraucht er in verschwenderischer Weise einen wesentlichen Prozentsatz der von der Maschine gelieferten Kraft. Es ist auch für gewisse Motorfahrzeuge charakteristisch, dass an kalten Tagen die thermostetischen Ventile, die gewöhnlich in dem Kühlsystem gebraucht werden, überhaupt nicht öffnen und dass die Wasserpumpe das Wasser nur schüttelt und so unnütz Kraft verbraucht.

Es sind bisher Versuche gemacht worden, eine Kupplung zur Trennung des Ventilators von der Maschine unter gewissen Betriebsbedingungen anzuwenden, aber soweit den Erfindern bekannt ist, hat keiner dieser Versuche dazu geführt, praktisch verwertet zu werden. Einer der Gründe für das Misslingen dieser früheren Versuche ist der, dass sie nicht genügend die Kühlerfordernisse der Maschine berücksichtigten. So wurde z.B. in manchen dieser Versuche die Ventilatorkuppelung so betätigt, dass sie den Ventilator in Abhängigkeit von einem vorher bestimmten<Nicht lesbar> der Maschinengeschwindigkeit abtrennte; so wurde also in dem Falle, wo das Fahrzeug im niedrigen Gang eine Anhöhe ansteigen musste, die Kühlwirkung des Ventilators zu einer Zeit herabgesetzt, wo sie gerade hätte aufrecht erhalten oder noch gesteigert werden sollen, und ein rasches Überhitzen der Maschine war die Folge.

Die vorliegende Erfindung hilft die Schwierigkeiten der oben erwähnten Art zu beseitigen und hat ein verbessertes Kühlsystem zum Gegenstand, in welchem eine Kühlvorrichtung, wie z.B. ein üblicher Ventilator und/oder eine Wasserpumpe von einer Kraft angetrieben wird, die durch Kraftübertragungsmittel der Maschine entnommen wird. Gemäss der Erfindung enthält das Kühlsystem eine magnetische Kuppelung, die einen Teil der erwähnten Kraftübertragungsmittel bildet, und mit Schlupf arbeitet, sodass die Geschwindigkeit mit der die umlaufende Kühlvorrichtung angetrieben wird, wesentlich unter der maximalen, normalen Betriebsgeschwindigkeit der Maschine bleibt und im wesentlichen konstant für alle Betriebsgeschwindigkeiten der Maschine über einem vorbestimmten Wert ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Erregerstromkreis für die Magnetkuppelung Mittel zur Veränderung der Erregung der Kuppelung enthält um die vorherbestimmte Geschwindigkeit, bei welcher die Tätigkeit des Ventilators hauptsächlich gehalten werden soll,festzulegen.

Gemäss der Erfindung besteht das Kühlsystem für Verbrennungskraftmaschinen aus einer umlaufenden Kühlvorrichtung und/oder Pumpe zum umwälzen der Kühlflüssigkeit, welche beide durch die Maschine über Kraftübertragungsmittel angetrieben werden, und aus einer Kraftabnahmewelle n der Maschine, die durch die genannten Kraftfahrzeugübertragungsmittel mit der Kühleinrichtung verbunden ist, wobei das System als Teil der Kraftübertragungsmittel eine Wirbelstrom-Magnetkuppelung umfasst, welche während ihrer Erregung mit kontinuierlichem Schlupf arbeiten kann.

Die Erfindung umfasst also ein Kühlsystem, welches besteht aus einer Magnetkupplung als Teil der genannten Kraftübertragungsmittel, die mit Schlupf arbeiten kann, sodass die Geschwindigkeit mit welcher die umlaufende Kühlvorrichtung und/oder Pumpe durch die Maschine angetrieben wird, im wesentlichen unter der maximalen, normalen Betriebsgeschwindigkeit der Maschine liegt und im wesentlichen konstant für alle Betriebsgeshwindigkeiten der Maschine über einen vorbestimmten Wert ist.

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und zwar zeigt:

Fig. 1 die Seitenansicht eines Teiles einer Verbrennungskraftmaschine mit veränderlicher Geschwindigkeit, bei welcher die verbesserte Kühleinrichtung nach der Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 eine teilweise schematische Darstellung der Magnet-Kuppelung und des Erregerstromkreises;

Fig. 3 die schematische Darstellung einer Abänderung des Erregerstromkreises;

Fig. 4 die schematische Darstellung einer weiteren Anordnung des Erregerstromkreises für die Magnetkupplung;

Fig. 5 eine Seitenansicht ähnlich der in Fig. 1, wobei aber nur der Kühlventilator über die Magnetkuppelung angetrieben wird.

Die Fig. 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit veränderlicher Geschwindigkeit, welche ein Flüssigkeits-Kühlsystem enthält und einen üblichen Radiator aufweist, der durch die Leitungen 12 und 13 mit dem Maschinenblock verbunden ist. Das Kühlsystem enthält auch eine Umlaufpumpe 14 zum Umwälzen der Flüssigkeit durch den Maschinenblock und den Radiator, und einen Ventilator 15, welcher einen Luftstrom durch den Radiator und über die Maschine blasen lässt. Die Maschine 10 kann eine Maschine mit veränderlicher Geschwindigkeit für jeden gewünschten Gebrauch sein, aber in der Hauptsache wird hier die Antriebsmaschine eines Motorfahrzeuges betrachtet, die eine übliche Kolbenmaschine oder auch eine Turbine sein kann. Die Maschine 10 ist auf der Vorderseite mit einem Kraftabnahmemittel versehen, welches in diesem Fall in der Form einer angetriebenen Welle 16 vorliegt.

Der Rotor der Pumpe 14 und der Ventilator 15 sind auf einer gemeinsamen Welle 17 aufgesetzt, welche mit der Welle 16 durch geeignete Uebertragungsmittel verbunden ist. In diesem Beispiel besteht das Üebertragungsmittel aus einer Rolle 18 auf der Welle 17 und einem Riemen 19, der um diese Rolle läuft.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist der Gebrauch einer magnetischen oder Wirbelstromkuppelung 20 in dem Kraftübertragungsmittel, über welches der Ventilator und die Pumpe von der Kraftwelle 16 angetrieben werden. Die Magnetkuppelung kann durch einen elektrischen Stromkreis erregt werden, der später beschrieben werden wird, und arbeitet als Schlupfkuppelung, so dass die Höchstgeschwindigkeit, mit der der Ventilator und die Pumpe von der Maschine 10 angetrieben wird, beträchtlich unter der maxiamlen, normalen Betriebsgeschwindigkeit der Maschine liegt. Die Kuppelung ist zweckmäßig so beschaffen, dass die Schlupfwirkung ausreichend ist, um zu verhindern, dass der Ventilator und die Pumpe mit grösserer Geschwindigkeit angetrieben werden, als es für eine wirksame Kühlung der Maschine unter allen Betriebsbedingungen durch das Kühlsystem erforderlich ist.

Die Magnetkuppelung 20 ist weiter in der Fig. 2 dargestellt und besteht im allgemeinen aus einem Gehäuse 22 aus magnetischem Material, welches in geeigneten Lagern 23 zur Umdrehung um die Kraftwelle 16 gelagert ist, und aus einem Rotor 24, der in dem Gehäuse 22 liegt, und auf der Welle 16 mittels des Zapfens 25 befestigt ist. Der Rotor 24 kann auch aus magnetischem Material hergestellt sein und trägt eine Erregerwicklung 26. Mit dem Gehäuse 22 ist eine Rolle 27 verbunden, um die der Riemen 19 läuft. Die Rollen 27 und 18 haben eine Grösse im geeigneten Verhältnis, z.B. 3 : 1, so dass der

Ventilator und die Pumpe mit einer Geschwindigkeit von annähernd 1 500 Umdrehungen/Minute bei einer Leerlaufgeschwindigkeit von 500 Umdrehungen/Minute der Maschine 10 angetrieben werden, wenn die Magnetkupplung erregt wird.

Der Erregerstromkreis für die Magnetkuppelung enthält ein Paar Schleifringe 29 und 30, die auf der Welle 16 isoliert aufgesetzt sind und mit denen ein Paar Bürsten 31 und 32 zusammenarbeiten. Erregerstrom von geeigneten Eigenschaften wird der Wicklung 26 von einer verfügbaren Quelle z.B. der Akkumulatorenbatterie 33 des Fahrzeugs zugeleitet. Der Erregerstromkreis kann auch einen durch einen Schlüssel kontrollierten Schalten 34 enthalten, der auch der übliche Zündschalter des Fahrzeuges sein kann.

Die Erregung der Magnetkuppelung 20 kann in Abhängigkeit von den Aenderungen der Betriebstemperatur der Maschine 10 geregelt und verändert werden. Zu dem Zweck kann der Erregerstromkreis einen Temperaturempfindlichen Schalter 36 enthalten, welcher an oder in der Nähe der Maschine 10 angebracht ist und mit einem Paar von stationären und beweglichen Kontakten 37 und 38 in dem Erregerstromkreis ausgestattet ist. Der bewegliche Kontakt 38 wird durch eine Membran oder einen Balg 39 betätigt, auf welche eine Flüssigkeit unter Druck aus einem Gefäss 40 geleitet wird, welches an einem geeigneten Punkt in dem Kühlsystem so angeordnet ist, dass die Flüssigkeit in ihm erwärmt werden kann.

Bei dem Betrieb der Kühleinrichtung der Maschine läuft das Gehäuse 22 der Magnetkupplung 20 frei um die Welle 16 während der Zeit, in der die Magnetkupplung unerregt bleibt, und zu dieser Zeit werden der Ventilator und die Wasserpumpe nicht angetrieben.Diese Bedingung tritt ein, wenn die Maschine 10 aus einem kalten Zustand angelassen wird.Wenn die Temperatur der Maschine einen Wert erreicht,der hoch genug ist,um ein Schliessen der Kontakte des Schalters 36 zu verursachen,wird die Magnetkupplung erregt,und der Ventilator und die Pumpe werden dann von der Welle 16 angetrieben.

Während des Betriebes der Maschine 10 mit wechselnden Geschwindigkeiten innerhalb des üblichen Fahrbereiches des Kraftfahrzeuges,d.h. während des Betriebes der Maschine bei Geschwindigkeiten,die zwischen der Leerlaufgeschwindigkeit und einer Geschwindigkeit entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 90 oder 100 Meilen/Stunde wechselt,tritt die Schlupfwirkung in der Magnetkupplung ein,so dass die maximale Geschwindigkeit,mit der der Ventilator und die Pumpe angetrieben werden,wesentlich unter der maximalen Geschwindigkeit der Maschine liegt und bei im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit in der Grössenordnung von 1500 Umdrehungen/Minute,wie oben erwähnt,bleibt,so dass also diese Kühleinrichtung nicht unnütz Maschinenkraft verbraucht. Wie oben angegeben,sind die Eigenschaften der Magnetkupplung zweckmässig derart,dass der Ventilator und die Pumpe mit einer geeigneten Geschwindigkeit,z.B. wie erwähnt,1500 Umdrehungen/Minute,angetrieben werden,um eine wirksame Kühlung der Maschine zu bewirken,und dass die Schlupfwirkung der Kupplung ausreicht,um zu verhindern,dass der Ventilator und die Pumpe mit grösserer Geschwindigkeit angetrieben werden als es für eine wirksame Kühlung der Maschine notwendig ist.

In Fig. 3 ist eine andere Form des Erregerstromkreises für die Magnetkupplung 20 dargestellt. Hierbei wird die Erregung der Kupplung durch eine Vorrichtung mit veränderlichem Widerstand in der Form eines Rheostaten 42, gesteuert, der aus einem Widerstand 43 und einem beweglichen Kontakthebel 44 besteht. Der bewegliche Kontakt 44 wird durch eine Membran oder einen Balg 45 betätigt, welchem Druckflüssigkeit von einem Wärmeempfindlichen Behälter 46 zugleitet wird, der an einem geeigneten Punkt in dem Kühlsystem so angebracht ist, dass er durch die Flüssigkeit erhitzt werden kann.

Bei dem Betrieb der Kühleinrichtung, wie sie in Fig.3 gezeigt ist, nimmt der Widerstand 43 fortschreitend in dem Masse ab, wie die Betriebstemperatur der Maschine zunimmt, wodurch ein schrittweises Abnehmen der Schlupfwirkung der Magnetkupplung herbeigeführt wird. Mit dieser Form der Energieversorgung der Magnetkupplung wird, wenn die Maschine unter solchen Bedingungen läuft, dass die Temperatur wächst, die Rutschwirkung der Kupplung entsprechend herabgesetzt, und der Ventilator und die Pumpe werden mit fortschreitend wachsender Geschwindigkeit angetrieben, wodurch die Kühlwirkung des Systems wirksamer gemacht wird. Umgekehrt, wenn die Betriebsparameter der Maschine sinkt, wird die Erregung der Kupplung herabgesetzt. Die Wirkung des Rehostaten 42 ändert so die Energiezufuhr und die Rutschwirkung der Magnetkupplung in der Weise, dass automatisch die vorbestimmte im wesentliche konstante Geschwindigkeit eingestellt wird, mit welcher der Kühlventilator und die Pumpe angetrieben werden.

In Fig. 4 ist eine weitere Form der Stromversorgung für die Magnetkupplung dargestellt, wobei die Stromversorgung der Kupplung durch einen veränderlichen Widerstand in der Form eines temperaturempfindlichen Schalters 48 geregelt wird. Der Schalter 48 umfasst einen feststehenden Kontakt 49 und ein Paar bewegliche Kontakte 50

und 51.

Die Kontakte 49 und 50 werden durch einen Widerstand 52 verbunden oder geschlossen, sodass, wenn die Kontakte 50 und 51 geschlossen sind, der Widerstand 52 in den Erregerstromkreis eingeschlossen wird, und wenn die Kontakte 49 und 50 geschlossen werden, der Widerstand kurzgeschlossen und aus dem Stromkreis abgeschaltet wird. Der veränderliche Widerstand 48 schliesst auch eine Membran oder einen Balg 53 für die Betätigung der beweglichen Kontakte 50 und 51 ein, welche mit dem Behälter 54 verbunden sind in dem sich eine ausdehnbare Flüssigkeit befindet und der an einem geeigneten Punkt in dem Kühlsystem angeordnet ist, sodass die Flüssigkeit erwärmt werden kann.

Bei dem Betrieb der Kühleinrichtung nach Fig. 4 sind die Kontakte 49 und 50 während des üblichen Betriebszustandes der Maschine offen, und die Erregung der Kupplung wird durch das Oeffnen und Schliessen der Kontakte 50 und 51 geregelt. Bei übermässiger Belastung, z.B. wenn das Fahrzeug eine Anhöhe herauffährt, kann die Betriebstemperatur der Maschine bis zu einem Punkt anwachsen, der das Schliessen der Kontakte 49 und 50 zur Folge hat. Wenn das eintritt, wird der Widerstand 52 aus dem Stromkreis kurzgeschlossen und die Rutschwirkung wird entsprechend herabgesetzt, dadurch werden der Ventilator und die Pumpe mit entsprechender höherer Geschwindigkeit angetrieben, sodass die Kühlwirkung des Systems wirksamer gemacht wird.

In der Fig. 5 ist eine Kühleinrichtung ähnlich der nach Fig. 1 dargestellt, in welcher aber nur der Ventilator 56 durch eine Magnetkupplung 57 angetrieben wird, welche im wesentlichen mit der Magnetkupplung 20 identisch ist. In dieser abgeänderten Einrichtung hat die Wasserpumpe 58 eine besondere Rolle 59, die es ermöglicht, dass die Pumpe unabhängig von dem Ventilator 56 von der Kraftwelle 60 aus angetrieben werden kann. In dieser Ausführungsform wird die Pumpe 58 kontinuierlich mit Geschwindigkeiten angetrieben, welche so wechseln wie sich die Geschwindigkeit der Maschine 61 ändert, aber der Ventilator 56 wird über die Magnetkupplung 57, welche in deroben dargelegten Weise wirkt, angetrieben.

Fig. 5 zeigt ebenfalls eine Form der Stromversorgung für die Magnetkupplung 57, in welcher der Erregerstrom von der Akkumulatorenbatterie 62 geliefert wird, und die Erregung der Kupplung nur durch den Schalter 63 geregelt wird, der mit einem Schlüssel betätigt wird. Es dürfte verständlich sein, dass die Magnetkupplung 57 auch durch die Verwendung einer der in den Fig. 2,3 und 4 dargestellten Stromkreise geregelt werden kann. Ausserdem dürfte es verständlich sein, dass, wenn auch die Kühleinrichtung nach Fig. 1 in Zusammenhang mit der Stromkreisform nach Fig. 2 beschrieben wurde, die Einrichtung ebenso in Verbindung mit einer der abgeänderten Formen nach Fig. 3 und 4 verwendet werden kann.

Claims (6)

1. Kühlsystem für Verbrennungskraftmaschinen mit einer umlaufenden Kühlvorrichtung und/oder einer Pumpe zum Umwälzen der Kühlflüssigkeit,dadurch gekennzeichnet,dass die Kühlvorrichtung und/oder Pumpe von eine Kraftabnahmewelle der Maschine aus über eine Wirbelstrom-Magnetkupllung angetrieben werden,welche bei ihrer Erregung als Rutschkupplung wirkt.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dass die Wirbelstrom-Magnetkupplung so gesteuert wird,dass die Kühlvorrichtung und/oder Pumpe mit einer Geschwindigkeit angetrieben werden, die unterhalb der maximalen Betriebsgeschwindigkeit der Maschine liegt und im wesentlichen konstant ist für alle Betriebsgeschwindigkeiten der Maschine über einem vorbestimmten Wert.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet,dass der elektrische Stromkreis zur Betätigung der Kupplung in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Maschine gesteuert wird.

4. Kühlsystem nach Anspruch 1-3,dadurch gekennzeichnet,dass zur Steuerung des Stromkreises ein veränderlicher Widerstand dient,der in Abhängigkeit von der Temperatur der Maschine betätigt wird.

5. Kühlsystem nach Anspruch 1-4,dadurch gekennzeichnet,dass der Betrag der Energiezufuhr zu der Kupplung erhöht und die Rutschwirkung derselben herabgesetzt wird,wenn die Temperatur der Maschine wächst.

6. Kühlsystem nach Anspruch 1-5,dadurch gekennzeichnet, dass in dem elektrischen Stromkreis ein Widerstand,ein von der Betriebstemperatur der Maschine abhängiges Schaltmittel und zusammenwirkende Kontakte angeordnet sind,welche bei ihrer Betätigung ein nachfolgendes Schliessen des Stromkreises und Kurzschliessen des Widerstandes verursachen,wobei die Kupplung in Abhängigkeit von diesem Schaltmittel ist.