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Zylinder für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft Zylinder für
Brennkraftmaschinen, die aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind. Es ist bekannt,
hierbei einen den eigentlichen Zylinder bildenden Mittelteil vorzusehen, an dem
die mit Öffnungen für die Ventile versehenen Zylinderköpfe befestigt sind. Zur Verbindung
der einzelnen Teile sind bereits Zuganker bekannt, die in der verschiedensten Art
die Verbindung durch Angreifen an Flanschen o. dgl. bewirken.
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Abgesehen von häufig ziemlich verwickelten Bguarten, weisen die bisherigen
Ausführungsformen insbesondere den Mangel auf, daß durch die auftretenden Dehnungen
der einzelnen Teile gefährliche Spannungen, insbesondere Biegespannungen, auftreten.
Auch werden bei bekannten Bauarten die Zuganker durch Dehnungen beeinflußt und ihre
Zugwirkung ändert sich, wodurch ebenfalls eine übermäßige Beanspruchung der Verbindungsflanschen
auftreten kann.
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Nach der Erfindung wird ein Zylinder geschaffen, bei dem sich die
einzelnen Teile frei ausdehnen können, ohne daß schädliche Beanspruchungen auftreten,
und zwar wird die Verbindung der Zylinderköpfe mit den Enden des Zylindermittelteiles
durch einen Ring bewirkt, an dem die inneren Enden der Zuganker angreifen, und der
sowohl auf einem Randansatz des Zylinderkopfmantels als auch auf einem Randansatz
des Zylindermittelteiles aufliegt und so einen Ausgleich der Dehnungen und Spannungen
ermöglicht. Das Mittelstück dieses Zylinders kann sich entsprechend der auftretenden
Temperatur frei ausdehnen, es wird nach außen hin von einem abnehmbaren Mantel umgeben,
durch den die Wasserkammer gebildet wird. , Ein weiterer Vorteil der neuen Bauart
ist darin zu sehen, daß die Dichtung zwischen dem Mittelteil und den Zylinderköpfen
gut gekühlt werden kann. Hierzu werden in den dem Ring als Auflage dienenden Ansätzen
des Mittelteils Kanäle für den Durchtritt des Kühlwassers vorgesehen. Die Dichtfläche.
wird vorzugsweise konisch ausgeführt, so daß der Zylinderkopf als eine Art-Schrumpfring
wirkt, was eine gute Abdichtung ergibt.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch einen doppelt wirkenden Gasmaschinenzylinder,
Abb. a eine Einzelheit in etwas anderer Ausführung, Abb. 3 einen Querschnitt zur
Abb. i, Abb. q. die Kühlkanäle zwischen Zylindermittelteil und Zylinderkopf.
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Der Zylinder gemäß Abb. i ist in an sich bekannter Weise durch Wasser
gekühlt. Der den eigentlichen Zylinder bildende mittlere Teil A ist mit den
beiden Köpfen B und B'
durch Zuganker C und Ringe D verbunden, welch letztere
einerseits auf einem Randansatz E der Zylinderköpfe ünd andererseits
auf
einem Randansatz F des Zylindermittelteils aufliegen. 'Der abnehmbare Mantel G bildet
zusammen; mit den Zylinderwandungen die mittlere Wasserkammer.
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Diese Wasserkammer H steht mit denen der Köpfe I durch in dem Randansatz
F frei, gelassene Kanäle K in Verbindung, durch die das Kühlwasser durchströmen
kann, um hiernach- durch Rippen L, in zweckdienlicher Weise weitergeleitet zu werden.
Die Dichtung zwischen Zylinder und Köpfen wird durch konischen Einschlupf !'4I und
eine Sicherheitsdichtung gewährleistet.
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Abb. z stellt eine hinsichtlich der Formgebung der Ringe D' etwas
abweichende Lösung dar, die es ermöglicht, den inneren Teil der Köpfe B sowie den
Einschlupf M' kürzer zu gestalten. Hierbei kann selbstverständlich dem Ringe D',
je nach den Konstruktionserfordernissen des Zylinders, jede beliebige Form gegeben
werden.
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Die linke Hälfte der Abb..3 stellt einen Querschnitt durch einen Kopf
B dar und zeigt, an welcher Stelle beispielsweise eine Trennwand N eingebaut werden
kann, durch die das Kühlwasser gezwungen , wird, nach seinem Eintritt in den unteren
Teil des Kopfes B seinen Weg durch,die Kanäle (K in Abb. i) nach dem Zylinder A
zu nehmen und sodann in entgegengesetztem Sinne nach dem oberen Teile des Kopfes
B zurückzuströmen.
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.Dieselbe Abb. 3 zeigt in ihrer rechten Hälfte einen Querschnitt durch
den mittleren Teil des Zylinders und läßt beispielsweise eine zweckmäßige Anordnung
der Rippen L bei einem horizontalen Gasmaschinenzylinder erkennen.
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Aus Abb. 4 sind verschiedene Formen für die den Durchfluß des Wassers
durch die Flanschen des Zylinders A gestattenden Kanäle K ersichtlich. Je nach der
gegenseitigen Lage der einzelnen Zylinderteile ist es zweckmäßig, Form und Lage
dieser Kanäle zu ändern. Ebenso können die Rippen L in verschiedener Weise angeordnet
werden, sei -es in der Achse der Kanäle K, so daß das Kühlmittel in zwei Strömungen
geteilt wird, sei es derart, daß dieses ' Kühlmittel in bestimmter Weise geleitet
wird; auch können diese Rippen schraubenförmig um den Zylinder gewunden sein.
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Die die Erfindung kennzeichnenden..baulichen Maßnahmen bringen außer
den unmittelbaren Vorteilen, wie erleichterte Fertigung, insbesondere in der Gießerei
(infolge der Vereinfachung und der kleineren Abmessungen- der Teile), eine ganze
Reihe neuer Möglichkeiten mit sich, die als Fortschritte gegenüber den bisherigen
Bauarten anzusprechen sind. So kann z. B. die Wandstärke des Zylinders A in dessen
mittlerem, kältestem Teil bis auf ein mit den an- dieser Stelle obwaltenden Zugbeanspruchungen
vereinbares Mindestmaß verringert werden. Auf diese Weise wird gerade an den Stellen,
wo die höchste Kolbengeschwindigkeit einen entsprechend großen Verschleiß verursacht,
eine besonders wirksame Kühlung erreicht. Diese Wandstärke kann sich gegen die Enden
zu, wo der Zylinder höheren Drücken und höheren Temperaturen ausgesetzt ist, verdicken,
doch wird auch hier eine wirksame Kühlung bewirkt dank den Vorrichtungen, die das
Wasser zwingen, diese Wandungen mit großer Geschwindigkeit zu überströmen.
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Im mittleren Teil kann die Kühlung noch verbessert werden durch an
die Zylinderwand angegossene und den Kanälen vorgelagerte Rippen, wobei durch geeignete
Lage und Formgebung sowohl der Kanäle wie dieser Rippen und durch entsprechende
Wahl der Wandstärken eine sehr gleichmäßige Kühlung des Zylinders erreicht werden
kann. Bei einem Zylindertyp beispielsweise, der besonders in seinem unteren Teil
der Erwärmung ausgesetzt ist, wird man zweckmäßig an dieser Stelle die Wassergeschwindigkeit
sowie die Zahl der Rippen erhöhen, welch letztere dann nach oben hin an Zahl und
Höhe abnehmen bzw. gänzlich in Wegfall kommen. Diesen Fall veranschaulicht die Abb.
3 rechts.
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Die Dichtungen M zwischen dem Mittelstück und den Wasserkammern I
haben axialen Anzug, sind gut eingespannt und -vor Wärme geschützt; sie werden durch
die Dehnungen der Teile nur wenig beansprucht. Die Zylinderenden können trotz des
hohen Druckes sehr dünn sein, da der sie umgebende Wulst des Zylinderkopfes als
Schrumpfring wirkt. Da zudem diese Teile sehr kurz sind, erfolgt ein Wärmeabfluß
aus denselben entweder nach der Zylindermitte hin, woselbst eine intensive Kühlung
stattfindet, oder aber nach den Zylinderköpfen zu dank dem leicht erzielbaren metallischen
Kontakt.
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Der Umlauf des Kühlmittels kann entweder von den Köpfen her gegen
die Zylindermitte zu oder umgekehrt oder auch in beiden Richtungen zugleich erfolgen,
z. B. durch Einbau von horizontalen Trennwänden in den Köpfen nach Art der in Abb.
3 unter N dargestellten. In diesem letzteren Falle erfolgen Ein- und Auslaß am Ende
der Zylinderköpfe.
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Hinsichtlich der Verteilung der Beanspruchungen bietet die beschriebene
Bauweise den sehr ins Gewicht fallenden Vorteil, daß die Zugbeanspruchungen sowohl
der Zylinderdeckelbolzen wie auch der Verbindungsschrauben der Maschine unmittelbar
oder mittelbar über einen kurzen Hebelarm auf die Zuganker und durch diese vermittels
des Ringes D auf den Zylinder selbst übertragen
werden. Auf diese
Weise werden die Biegebeanspruchungen der Flanschen auf ein Mindestmaß beschränkt
und gleichzeitig die für die Zylinderköpfe so gefährlichen Zugbeanspruchungen ganz
aufgehoben.
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Bei der beschriebenen Bauart können auch die am meisten der Wärme
ausgesetzten Teile sich frei ausdehnen, während zugleich in den Köpfen die Dehnungsunterschiede
zwischen den inneren und äußeren Wandungen sich durch das Spiel der beweglichen
Ringe D ausgleichen können, ohne daß dabei für die mit den Köpfen zusammengegossenen
Flanschen noch für die Zuganker gefährliche Beanspruchungen sich ergeben.
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Für den Betrieb ergeben sich nach der Erfindung insbesondere folgende
Vorteile: Sowohl ein Zylinderkopf als auch der Zylindermittelteil können leicht
ersetzt werden. und man kann ferner die symmetrisch ausführbaren Zylinderköpfe austauschen.
Der Laufzylinder kann während des Betriebes an den Enden nicht mehr einschrumpfen,
und die Schmierung ist wirksamer und dementsprechend der Verschleiß geringer, weil
der Zylinder im Gegensatz zu bekannten Bauarten kälter ist. Hieraus folgt auch ein
Gewinn an Leistung. Schließlich können die Kühlkammern leichter ausgewaschen werden,
weil diese nicht von den Zugankern durchzogen werden.