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W ä r m e t a u s c h e r
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff
des ersten Anspruchs angegebenden ArtO Derartige Wärmetauscher können dazu dienen,
das Kühl- oder Schmiermittel einer Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart aufzuheizen
und/oder einen Wärmeträger, der die aufgenommene Wärme über einen anderen Wärmetauscher
dann wieder in einem Fahrgastraum oder einer Fahrerkabine eines Kraftfahrzuges abgibt.
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Aus der US-PS 1,8959503 ist ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine
mit einem Abgaswärmetauscher bekannt, in dem das Schmieröl erwärmt wird und in einem
weiteren Wärmetauscher, der in dem Fahrgastraum des Fahrzeuges angeordnet ist, wieder
abgibt. Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß die gesamte Schmierölmenge
aufgewärmt wird 9 so daß die Heizwirkung nur allmählich einsetzt0 Weiterhin läßt
sich eine derartige Heizeinrichtung nur unvollkommen regulieren, da bei geringen
den Wärmetauscher durchströmenden Schmierölmengen diese sehr stark durch das Abgas
erwärmt werden9 unter Umständen derart stark, daß es überhitzt wird.
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Aus diesen Gründen ist man dazu übergegangen, einen separaten Heizkreislauf
mit Wasser und Antifrostmittel zu installieren. Nachteilig hierbei ist, daß bei
Vollast der Brennkraftmaschine sehr hohe Abgastemperaturen auftreten, die von dem
Wärmeträger auf Dauer nicht vertragen werden. Versuche, einen gegen diese hohen
Temperaturen beständigen Wärmeträger zu finden, sind bisher Shlgeschlagen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Wärmetauscher
der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem übliche Wärmeträger verwendet
werden können, ohne daß sie durch zu hohe Abgastemperaturen unbrauchbar werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des ersten Anspruchs gelöst.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, daß die Ubertragung der hohen
Abgastemperaturen im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine auf den Wärmeträger
dadurch vermieden werden kann, daß der Wärmeträger mit dem Wärmetauscher in einem
in Abhängigkeit der Abgastemperatur oder seiner Temperatur veränderbaren Abstand
zum Abgasrohr gehalten wird. Der größtmögliche Abstand wird dabei so groß gewählt,
daß die bei Vollast der Brennkraftmaschinen auftretenden Abgastemperaturen es nicht
mehr möglich machen, den Wärmeträger derart aufzuheizen, daß seine Standzeit darunter
leidet.
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Die Weiterbildung der Erfindung nach den Ansprüchen 2 bis 4 beschreibt
drei bevorzugte AusfUl1rungsformen, mit denen auf einfache Art und Weise stufenlose
Abstände zwischen dem Wärmetauscher und dem Abgasrohr eingestellt werden können.
Hierbei wird bei der Ausführung nach Anspruch 2 ein zweiteiliger Wärmetauscher benötigt,
bei der Ausführung nach Anspruch 3 und 4 kann ein rohr- oder kastenförmiger, einteiliger
Wärmetauscher zur Anwendung gelangen.
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Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 stellt eine besonders
einfache und robuste Ausführungsform für die Anordnung des Wärmetauschers nach Anspruch
3 das, Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es stellen dar: Fig0 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäß Wärmetauscheranordnung;
Fig0 2 einen Schnitt durch den Thermostaten in Fig. 1; Fig0 3 eine Anordnung bei
Verwendung eines rohr oder Rylinderförmigen Wärmetauschers ; Fig0 4 eine Anordnung
des Wärmetauschers bei Verwendung eines Wärmerohres-.
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In Fig. 1 ist ein Teil eines Abgasro bws 1 einer Brennkraftmaschine
dargestellt. Es wird in Richtung des Pfeiles 2 vom Abgas durchströmt.
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Der Wärmetauscher 3 besteht aus den beiden Hälften 3.1 und 3.2. Das
wärmeaufnehmende Medium tritt bei 4 in die Wärmetauscherhälfte 3.1 ein, durchströmt
se, wird über eine elastische Leitung 5 in die.Wärmetauscherhälfte 3.2 geleitet,
durchströmt auch diese und tritt bei 6 wieder aus. Die beiden Wärmetauscherhälften
3.1 und 3.2 werden über vier scherenförmige Gelenke 7 unter der Wirkung einer oder
mehrerer Rückholfedern 8 gegen das beidseitig abgeflachte Abgasrohr 1 gepreßt. Die
scherenförmigen Gelenke 7 weisen einen zentralen Gelenkpunkt 7.1 auf, der auf dem
Umfang des Abgasrohres 1 ortsfest angeordnet ist.
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Zum Verschwenken der Wärmetaus cherhälft en 3.1 und 3.2 um die ortsfesten
Gelenkpunkte 7.1 ist ein Thermostat 9 vorgesehen, welches von dem wärmeaufnehmendem
Medium durchströmt wird und in diesem -Beispiel auf der Wärmetauscherhälfte 3.2
befestigt ist. Es weist eine in Abhängigkeit der Temperatur des wärmeaufnehmenden
Mediums bewegbare Thermostatstange 10 auf, welche sich gegen eine an der Wärmetauscherhälfte
3.1 befestigte Platte 11, die für die Stange 10 einen Anschlag 12 aufweist, abstützt.
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In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Thermostaten 9 dargestellt.
Er besteht aus einem Gehäuse 13, welches einen Einlaß 13.1 zum Einströmçn des wärmeaufnehmenden
Mediums
aus der WärmetauscherhälSte 3.2 aufweist und dem Auslaß 6e In dem Gehäuse 13 ist
ein Kolben 14 angeordnet, in dessen Inneren die Thermostatstangc 10 axial verschiebbar
angeordnet ist0 Der Kolben 14 weist einen Dehnstoffteil 15 auf, in dem eine unter
Wärme sich ausdehnende Flüssigkeit oder ein Gas angeordnet ist. Die Wärmeausdehnung
wirkt auf die Thermostatstange 10 so daß diese bei zunehmender Erwärmung aus dem
Thermostat 9 ausgefahren wird.
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Die erfindungsgemäße Anlage arbeitet folgendermaßen. Im Betrieb der
hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird das Abgasrohr 1 in Pfeilrichtung
2 von dem Abgas durchströmt. Solange das wärmeaufnehmende Medium in den beiden Wärmetauscherhälften
3.1 und 3.2 kalt ist, umschließen die beiden Wärmetauscherhälften den Umfang des
Abgasrohres 1 (wie dargestellt).
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Mit zunehmender Erwärmung des wärmeaufnehmenden Mediums wird auch
der Thermostat 9 erwärmt. Dadurch wird die Thermostatstange 10 durch das sich ausdehnende
Gas oder die Flüssigkeit in dem Dehnstoffteil 15 weiter herausgeschoben. Dadurch
wird über den Anschlag 12 und die Platte 11 einerseits die Wärmetauscherhälfte 3.1
und über das Thermostatgehäuse 13 andererseits die Wärmetauscherhälfte 3e2 von dem
Abgasrohr 1 weggedrückt und aufgrund der scherenförmigen Gelenke 7 um die ortsfesten
Drehpunkte 7.1 geschwenkt, so daß die beiden Wärmetauscherhälften einen in Abhängigkeit
der
Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums entsprechenden Abstand zu der Oberfläche
des Abgasrohres 1 einnehmen. Die mögliche Endstellung ist in Fig. 1 skizziert dargestellt.
Fällt nun die Temperatur in der Umgebung des Thermostaten 9 ab, dann wird die Stange
10 durch die Rückholfeder 8 und Anschlag 12 in das Thermostatgehäuse hineingeschoben.
Dadurch werden die Wärmetauscherhälften wieder an die Seiten des Abgasrohres gepreßt.
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Von der Anordnung nach Fig. 1 unterscheidet sich die Anordnung gemäß
Fig. 3 dadurch, daß in Fig.
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1 zwei Wärmetauscherhälften 3.1 und 3.2 vorgesehen sind, die mit dem
Abgasrohr ebene Kontaktflächen aufweisen. In Fig. 3 hingegen ist ein ringförmiger
Wärmetauscher 16 vorgesehen, dessen Kontaktfläche 17 mit dem Abgasrohr 1 konisch
ausgebildet ist. Im Unterschied zu Fig. 1, 2 stützt sich die Thermostatstange 10
nunmehr gegen einen Anschlag 18 an dem Abgasrohr 1 ab. In der oberen Bildhälfte
ist in Fig.
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3 der Wärmetauscher anliegend an das Abgasrohr 1 dargestellt, in der
unteren Bildhälfte im max.
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möglichen Abstand hierzu. Der Wärmetauscher 16 wird durch eine federartige
Rückholeinrichtung in die ersterwähnte Stellung gebracht.
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Aufgrund der konisch ausgebildeten Kontaktflächen 17 sind nun nicht
mehr die scherenförmigen Gelenke 7 notwendig, sondern der Wärmetauscher 16
wird
in einer Führung 19 auf Teilen seines Umfangs parallel zur Achse des Abgasrohres
geführt. Der Thermostat 9 ist hierbei derart angeordnet, daß sich die Thermostatstange
10 an einen ortsfesten Anschlag abstützen kann und der Wärmetauscher 16 parallel
zur Konusachse verschieben kann.
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Erwärmt sich das wärmeaufnehmende Medium in der Anordnung gemäß Fig.
3, so fährt ebenfalls die Thermostatstange 10 aus und verschiebt nun den Wärmetauscher
16 parallel zur Achse des Abgasrohres 1. Aufgrund der konischen Kontaktfläche entsteht
durch diese Geradbewgung ein Luftspalt zwischen dem Wärmetauscher 16 und dem Umfang
des Abgasrohres 1.
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Die Geradebewegung des Wårmetauschers 16 wird durch einen Anschlag
20 begrenzt.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der topfförmige Wärmetauscher
mit 21 bezeichnet. Er weist eine kegelige Kontaktfläche 22 auf, die mit einer entsprechenden
Kontaktfläche eines Wärmetauschers 23 in Wirkverbindung steht. Das Wärmerohr 23
reicht in den Teil des Abgasrohres 1 hinein und ist in der Wand abgedichtet. Es
hat die Aufgabe, die Wärme aus dem Abgas zur Kontaktfläche zu transportieren. Zur
Unterbindung des Wärmetransports bei höheren Motorlasten dient die durch den Thermostaten
9 gesteuerte Abhebevorrichtung. Die Thermostatstange 10 stützt sich hier an einem
Anschlag 18a ab, der axial an dem Wärmerohr 23 angeordnet ist. Bei einer bestimmten
Temperatur
des wärmeaufnehmenden Mediums wird der Wärmetauscher 21 durch das Herausfahren der
Thermostatstange 10 angehoben. Zu der Ruhe-bzw. Kaltstellung wird der Wärmetauscher
durch die Rückholfeder 8a an die Kontaktflächen des Wärmerohres gepreßt. Diese Ausführung
zeichnet sich gegenüber den Vorhergehenden durch eine besonders kompakte Bauweise
aus.
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