DE810214C - Kuehlvorrichtung fuer Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

• Kühlvorriditung für Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung mit Wasserumwälzung für Kraftfahrzeugmotoren und andere Maschinen, die Land-, Luft- oder Wasserfahrzeuge antreiben, sowie auch für Motoren, die auf einem beweglichen oder stationären Chassis angeordnet sind.
• Die mit Wasserumwälzung arbeitenden Kühlvorrichtungen, die man gemeinhin Kühler nennt, besitzen zahlreiche Nachteile. Der wesentlichste davon liegt darin, daB durch die frontalen Kühler sehr viel Kraft absorbiert wird und daB sie die Verbesserung der Stromlinienformen der Fahrzeuge behindern.
• Die vorliegende Erfindung hat eine Kühlvorrichtung zum Gegenstand, die aus einem Wärmeaustauscher zwischen umlaufendem Kühlwasser und Kühlluft besteht und durch eine Aufschichtung von hohlen Kühlelementen mit ringförmigem Querschnitt und gewellter Oberfläche gebildet wird, wobei die konzentrischen Wellen der Oberflächen jeweils benachbarter Elemente im Abstand voneinander gehalten werden und sich derart überdecken, daB zwischen ihnen radiale sinusförmige Kanäle entstehen. Die Kühlelemente werden dabei in der gewünschten Entfernung voneinander gehalten, indem man sie auf mindestens ein Zuleitungsrohr und mindestens ein Ableitungsrohr für die Kühlflüssigkeit unter Einfügung von Zwischenlagen auffädelt, wobei zwischen dem Innern dieser Rohre und dem Innern der Kühlelemente Verbindungen vorgesehen sind und ein vom Motor angetriebenes Schaufelrad die Luft durch die radialen Kanäle des Wärmeaustauschers treibt.
• Die Zeichnung veranschaulicht beispielhaft eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes. Fig. i zeigt eine Vorderansicht des Kühlers; Fig. 2 veranschaulicht eine Draufsicht mit teilweisem Schnitt nach Linie A-A der Fig. i ; Fig. 3 gibt einen Vertikalschnitt nach Linie B-B der Fig. i wieder; Fig. 4 ist ein Teilschnitt in größerem Maßstab; Fig. 5 zeigt ebenfalls in vergrößertem Maßstab einen Radialschnitt durch ein Kühlelement; Fig. 6 veranschaulicht eine Ansicht des oberen, vor dem Motor gelegenen Teiles mit dem Spiralgehäuse und den Wasserauslässen der Wasserpumpe; Fig. 7 ist ein Schnitt nach Linie C-C der Fig. 6. Die Kühlvorrichtung nach dem Zeichnungsbeispiel besteht aus einem ringförmigen Wärmeaustauscher i und einem in dessen Mitte gelegenen Schaufelrad 2, welche durch eine zentrale Öffnung 3 Luft ansaugt, um sie radial durch den Wärmeaustauscher zu schleudern.
• Der eigentliche Wärmeaustauscher besteht aus einer Aufschichtung von Kühlelementen mit ringförmigem Querschnitt, wobei jedes dieser Elemente aus zwei Seitenwänden 4a und 4b gebildet wird. Jede Seitenwand wiederum zeigt im Schnitt (Fig. 5) Wellen 5 von gleicher Krümmung.
• Die Seitenwände sind bei 6 (Fig. i) unterbrochen, und die dieser Stelle benachbarten Teile sind flach, ebenso wie auch der Teil, wo das Aggregat in weiter unten beschriebener Weise auf dem Auslaßstutzen befestigt ist. Die beiden zusammengehörigen Seitenwände sind Rücken an Rücken miteinander verbunden und durch Umbördelung und elektrische Schweißung ihrer Ränder g bzw. durch Punktsch"v^eißung an den Kreuzungen io vereinigt. Das so gebildete Kühlelement weist drei Wasserkammern 7a, 7b und 8 auf, die durch die Kanäle i i verbunden sind.
• Die verschiedenen Elemente, welche den Wärmeaustauscher bilden, haben innere und äußere Krümmungshalbmesser, welche um eine halbe Wellenlänge differieren, wenn man von einem Element gleicher Ordnung zu einem Element ungleicher Ordnung übergeht. Die Wellenberge eines Elementes liegen also den Wellenkreuzungspunkten der benachbarten Elemente gegenüber. Alle diese Elemente sind konzentrisch auf einem senkrecht zu den Teilen 7a, 7b und 8 verlaufenden Radius mit einer Durchbohrung 13 vom Durchmesser der Rohre 12a, 12b und 12C versehen. Die letzteren wiederum sind mit Längsöffnungen 14 versehen. Die Kühlelemente 4a, 4b, die zuvor während ihres Zusammenbaues mit Verstärkungsringen 15 versehen wurden, welche Öffnungen 16 aufweisen und durch eine leichte Umbördelung 13a der Bohrung 13 festgehalten werden, sind auf die Rohre i2°, 12b, 12C unter Zwischenschaltung von als Dichtungen dienenden Abstandsringen 17 aufgereiht.
• Das Aggregat der Kühlelemente und der Dichtungen stützt sich auf einen Flansch 18 ab, der am rückwärtigen Teil der Rohre 12a, 12b, 12c vorgesehen ist. Am anderen Ende jedes Rohres ist ein Bolzen i9 eingeschraubt, der über einen Ring 20 und eine Dichtung 21 die aufeinandergeschichteten Kühlelemente und Dichtungen zusammendrückt. Zwischen der Dichtung 21 und der letzten Dichtung des Aggregats sitzt ein Flansch 22, der Wellen parallel denen der Außenwand 4b des letzten Kühlelementes aufweist und die vordere Wand des Schaufelrades verlängert. Ein entsprechender Flansch 23, der am rückwärtigen Ende des Aggregats angeordnet ist, begrenzt den Wärmeaustauscher nach hinten. Die beiden Fansche 22 und 23 bilden zwei Ringscheiben, welche die Kühlelemente umgeben.
• Der in dieser Weise hergestellte Wärmeaustauscher bildet im Radialschnitt eine Ansammlung von sinusförmigen Kanälen konstanter Weite. Die Gestalt dieser Kanäle gewährleistet einen sehr guten Durchlauf der Luftfäden ohne Wirbelbildung und ein vollkommenes Bestreichen der Außenflächen der Umwälzkanäle für die Kühlflüssigkeit.
• Die Rohre i2°, 12b und 12c stehen durch die Öffnungen 14 und die Bohrungen 16 der Ringe 15 mit dem Innern der Teile 7a, 7b und 8 der Kühlelemente in Verbindung. Das Rohr 12a ist an seinem rückwärtigen offenen Teil mit der Zuleitung 23a verbunden, welche. das heiße Kühlwasser des Motors heranführt. Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist für die Anwendung bei einem V.-Motor gedacht, was die beiden Zuleitungen 23a in Fig. i erklärt. Das Rohr 12b ist mit dem Saugstutzen der Pumpe 24 für die Wasserumwälzung verbunden. Diese Pumpe, eine Zentrifugalpumpe, ist aus zwei Gehäuseteilen zusammengesetzt, von denen das vordere, 25, eine unmittelbare Verlängerung des Rohres 12b bildet, während das hintere, 26, in der Vorderplatte 26a des Zylinderblockgehäuses um die Antriebsachse 27 der Pumpe ausgebildet ist und zwei spiralenförmige Ableitungen 28a und 28b aufweist, welche das durch die Pumpe geförderte Wasser in die Speiseleitungen 29 für das gekühlte Wasser führen.
• Das Gehäuseteil 25 bildet eine Ansaugleitung und ist mit dem Auslaßrohr 12b für die gekühlte Flüssigkeit durch eine nachgiebige Verbindung gekuppelt. Das Rohr 12c, das im unteren Teil des Wärmeaustauschers angeordnet ist, ist an beiden Enden geschlossen, wobei die Vorderwand mit einem Gewinde versehen ist, um einen Entleerungshahn 3o einzusetzen.
• Das Schaufelrad besteht aus einer Scheibe 31, die die Schaufeln 32 trägt, und ist auf dem Zapfen 33 der Kurbelwelle 34 montiert. Der Querriegel 35 für die Handankurbelung des Motors ist leicht zugänglich. Das Kühlaggregat ist um das Schaufelrad herum mit Hilfe eines Tragflansches 36 angeordnet. Diese letztere ist fest mit dem rückwärtigen Flansch 23 des Kühlers verbunden und sitzt ihrerseits auf einem Flansch 37, der die Vorderseite des Motorblocks bildet. Auf diese Weise ist der Kühler absolut fest mit dem Motor verbunden.
• Die Kühlelemente sind vorzugsweise aus Leichtmetallegierungen hergestellt und aus zwei Wänden von geringer Stärke gebildet, die entsprechend gepreßt, gewellt und an der Peripherie durch fortlaufende Schweißnähte, an den Kreuzungspunkten der Wellen dagegen durch Punktschweißung vereinigt sind. Ein Minimum an Raumbedarf läßt sich dadurch erreichen, claß man den Kühler unmittelbar gegen das Ende des Motors setzt, dorthin, wo die Kurbelwelle heraustritt, indem man das Schaufelrad direkt auf das freie Ende dieser Welle setzt, und gegebenenfalls die Kühlwasserpumpe in das Gehäuse des Motorblocks hineinbaut. Eine solche Anordnung ermöglicht es, Länge und Zahl der Leitungen und Verbindungen erheblich zu verringern, gestattet zugleich aber auch einen leichten Ausbau des Kühlers und gegebenenfalls der Wasserpumpe. Auch ermöglicht die Erfindung es, im Bedarfsfalle Motorblock und Kühler zu einem einzigen Aggregat zu vereinigen.
• Die Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung bietet zahlreiche technische Vorteile und im besonderen die folgenden: 1. Sie läßt sich aus Leichtmetallegierungen herstellen und erfordert weder Rohrleitungen noch Rippen noch Schweißungen mit zusätzlichen :Metallen; 2. sie ist leicht und läßt im Vergleich zu den üblichen Einrichtungen eine erhebliche Verringerung des Gesamtgewichts zu; 3. sie bietet große Erleichterungen bei Ein- und Ausbau; .4. sie «eist eine Kühlwirkung auf, die sich durch Zusatz oder Entfernung von Elementen leicht regeln läßt; 5. sie ist außerordentlich robust, da Zinnlötungen fehlen; 6. sie verringert die durch den Kühler absorbierte Leistung auf ein Minimum, da dieser der Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges nur einen kleinen Widerstand entgegensetzt und das Schaufelrad eine Leistung verbraucht, die sich mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit vermindert.

Claims (11)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kühlvorrichtung für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (1) zwischen dem umlaufenden Kühlwasser und der Kühlluft aus einem Stapel von Kühlelementen (4a, 4b) besteht, die ringförmige Hohlkörper mit gewellter Oberfläche darstellen, wobei die konzentrischen Wellen der einander benachbarten Oberflächen zweier Elemente parallel verlaufen, so daß zwischen ihnen radiale sinusförmige Kanäle gebildet werden, durch welche mittels eines vom Motor angetriebenen Schaufelrades (2) Luft geblasen wird und wobei der gewünschte Abstand zwischen den Elementen dadurch gesichert wird, daß die letzteren unter Einschaltung von zugleich als Dichtungen dienenden Zwischenlagen (17) auf mindestens ein Zuleitungsrohr (12a) und mindestens ein Ableitungsrohr (12b) für die Kühlflüssigkeit aufgereiht werden, mit deren Innerem sie in Verbindung stehen.
2. 2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kühlelemente durch zwei entgegengesetzt gewellte Seitenwände (4a und 4b) gebildet werden, die miteinander auf ihrem ganzen Umfang durch eine fortlaufende elektrische Schweißung dicht verbunden sind.
3. 3. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellentäler der Kühlelemente sich berühren und durch elektrische Punktschweißung so vereinigt sind, daß sich eine Reihe aneinanderhängender Röhren ergibt.
4. 4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Endteile der ringförmigen Kühlelemente Kammern (7a, 7b, 8) bilden, die mit koaxialen Öffnungen von Element zu Element versehen sind, wobei die Kammern innen konzentrisch zu den Achsen dieser Öffnungen liegende Verstärkungsringe (15) aufweisen.
5. 5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kühler bildenden Elemente auf Rohre (12a, 12b, 12c) aufgereiht sind, welche Durchlässe (14) für das Kühlwasser aufweisen und mit den Öffnungen (16) der Ringe (15) in Verbindung stehen, wobei die Kühlelemente durch ein Druckorgan unter Zwischenschaltung von Dichtungen (17) miteinander verbunden sind.
6. 6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckorgalie für die Aneinanderfügung der Kühlelemente Flansche (18) dienen, die auf dem einen Ende der Rohre (12a, 12b, 12C) sitzen und mit Gegenflanschen (20) zusammen arbeiten, die auf das andere Ende der Rohre geschraubt werden.
7. 7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den Kühlelementen gebildeteAggregat beiderseits von, je einerRingscheibe begrenzt ist. B.
8. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den Mittelebenen der Elemente parallelen Stirnwände (22, 23) der Ringscheiben Wellen aufweisen, die denen der Kühlelemente parallel sind und mit ihnen sinusförmige Kanäle bilden. g.
9. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßstutzen der gekühlten Flüssigkeit an eine, Umwälzpumpe angeschlosen ist, deren Körper an das Blockgehäuse eines Verbrennungsmotors angeflanscht ist und deren eines Gehäuseteil (25) eine mit dem Flansch (18) nachgiebig gekuppelte Ansaugleitung bildet. 1o.
10. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein analog den anderen Kühlwassereintritts- und -austrittsrohren (12a, 12b) ausgebildetes und in gleicher Weise mit dem Kühlaggregat kombiniertes Hilfsrohr (12c) am unteren Teil des Kühlers angeordnet und mit einem Ablaßhahn (30) versehen ist.
11. 11. Kühlvorrichtung nach Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkörper und die das Kühlwasser in die Wasserkammern der Zylinder führenden Leitungen in den Deckel eingegossen sind, welcher die Vorderseite des Zylinderblockgehäuses bildet.