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Zylinder für Kolbenmaschinen mit Schlitzsteuerung.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinder für Kolbenmaschinen mit Schlitzsteuerung, insbesondere für im Zweitakt arbeitende, schnellaufende Flugmotoren, bei denen der Kolben in einer in einem Kühlmantel eingezogenen Zylinderbüchse läuft, die an den Dichtungsstellen für die zwischen Büchse und Mantel gebildeten Kühlräume mit nach diesen Räumen zu offenen Taschen versehen ist.
Es ist bekannt, die Abdichtung gegen die Kühlflüssigkeit durch Gummiringe vorzunehmen.
Diese Abdichtungsart hat sich insbesondere an den den Schlitzen benachbarten Dichtungsstellen nicht bewährt. Bekanntlich ist der mit den Schlitzen versehene mittlere Teil des Zylinders bei Zweitaktmaschinen stets wechselnden Temperaturen unterworfen, da er abwechselnd von den heissen Auspuffgasen und der kalten Spülluft bestrichen wird. Die Gummiringe müssen daher häufig ausgewechselt werden, was ein Herausziehen der Büchse nötig macht. Auch wird durch die Gummiringe der Zylinderdurchmesser und damit das Gewicht der Maschine vergrössert, was besonders für Flugmotoren von Bedeutung ist, da die Gummiringe mit drei Viertel ihrer Dicke in den Ringflansch der Tasche eingelassen sein müssen.
Damit vergrössern sich auch die übrigen Abmessungen des Zylinders, insbesondere auch des Büchsenflansches, was eine erhebliche Gewichtszunahme bedeutet und die Kühlung der Büchse im Oberteil beeinträchtigt.
Anderseits hat man bei Viertaktmaschinen schon die Laufbüchse eingepresst, unmittelbar anliegend an den Kühlmantel, um eine gute metallische Berührung zwischen Büchse und Mantel zu erhalten und dadurch einen wirksamen Wärmeübergang zu sichern. Man kennt jedoch die Schwierigkeiten, die gerade bei. passend eingepressten Büchsen infolge von Deformationen bei Erwärmung im Betriebszustand auftreten, die sich in Form von Undichtheiten zwischen den Gasstutzen und den Wasserräumen äussern.
Schliesslich hat man, um die Nachteile dieser Abdichtungsart zu vermeiden, die Zylinderbüchsen mit starren Ringwänden versehen, die mit der Buchse durch dünnwandige, elastische Böden verbunden sind, zum Zwecke, dem Zylinder freie Beweglichkeit gegenüber dem Kühlmantel zu sichern. Diese Ausführung hat jedoch den Nachteil, dass gerade die bei Flugmotoren mit kurzen Pleuelstangen besonders hohen Seitendrücke des Kolbens auf die Laufbüchse durch die elastischen, dünnwandigen Bodenteile der Ringflächen gar nicht aufgenommen werden können, dass also, mit andern Worten, die Laufbüchsen nicht hinreichend gut abgestützt sind.
Gemäss der Erfindung sind diese Übelstände bei guter Abdichtung der Kühlräume dadurch vermieden, dass die Ringwände durch einen starren Boden mit der Laufbüchse verbunden sind, welcher eine einwandfreie Abstützung der Laufbüchse gewährleistet. An diesen Boden schliessen sich die taschenbildenden Ringwände an, die durch besondere Massnahmen elastisch ausgebildet sind. Diese Ringwände erweitern sich an ihrem äusseren Umfange von der Wurzel an leicht kegelförmig auf einen Durchmesser, der etwas grösser ist als der Durchmesser des Kühlmantels und legen sich deshalb infolge ihrer Elastizität beim Einfahren in die zylindrischen Auflageflächen des Kühlmantels mit Spannung an dieselben an.
Hiedurch ist an den Dichtungsstellen der Hubräume eine rein metallische Dichtung geschaffen, durch die nicht nur der bekannte Nachteil der Gummiringe vermieden ist, nämlich die ständige Wartung und häufige Erneuerung besonders im Bereich der Schlitze, sondern auch eine wesentliche Verkleinerung der Abmessungen des Zylinders und damit seines Gewichtes ermöglicht
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wird, was für Flugmotoren von ganz besonderer Bedeutung ist. Durch die Erfindung also ist insbesondere für einen Flugmotor ein leichter, gut gekühlter und betriebssicherer Zylinder geschaffen, der nur einen kleinen Raumbedarf hat.
Dabei werden die bei Flugmotoren mit kurzen Pleuelstangen besonders hohen Seitendrücke des Kolbens auf die Laufbüchse durch den starren Boden der Tasche aufgenommen und auf den Mantel übertragen, so dass die Büchse gut abgestützt ist. Dagegen versehen die elastisch gehaltenen Ringwände ausschliesslich die Abdichtung.
Die Elastizität der Ringwand der Taschen wird noch erhöht, wenn die Ringwände an der Wurzel mit Ringnuten versehen sind und sie sich an ihrem inneren Umfange nach der freien Kante hin verjüngen.
Um auf der gleichen Büchse mehrere Abstützungen und Abdichtungen der beschriebenen Art anbringen zu können, werden die zylindrischen Auflageflächen des Kühlmantels der in der Einsetzrichtung der Büchsen aufeinanderfolgenden Taschen mit abnehmendem Durchmesser abgestuft.
Auf der Zeichnung ist ein mit der erfindungsgemässen Abdichtung versehener Zylinder einer Zweitaktbrennkraftmaschine mit Schlitzsteuerung im Längsschnitt dargestellt.
In den Kühlmantel a ist bei der dargestellten Ausführungsform die aus Stahl bestehende Büchse b
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Büchse b mit Schlitzen il versehen, durch welche die Verbrennungsrückstände in die Auspuffleitung e austreten bzw. die Spülluft in den Zylinder eintritt. Zwischen den Schlitzen il verbleiben die Stege/.
Zu beiden Seiten der Auspuffleitung e ist der Mantel a mit Aussparungen g versehen, die bei eingesetzter Büchse b die ringförmigen Kühlräume bilden, durch welche die Kühlflüssigkeit hindurehgeführt wird.
Die Kühlflüssigkeit tritt durch die Öffnung h am unteren Ende des Mantels a ein und durch die Öffnung i
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Die Büchse b ist beim dargestellten-Ausführungsbeispiel an, drei Stellen mit Taschen k versehen, deren äussere Ringwände m annähernd axial gerichtet und elastisch sind. Diese Taschen k sind so vorgesehen, dass sie nach den Kühlräumen g hin offen sind. Der Boden der Taschen k, also der Übergangsteil zwischen den Ringflanschen 1n und der Büchse b, ist starr. Die obere Tasche k ist also nach oben hin abgeschlossen, die beiden darunterliegenden Taschen schliessen sieh an die Enden der Stege 1 an, sie sind also nach der Auspuffleitung e hin abgeschlossen. Den Taschen entsprechend ist der Mantel a mit Auflagerfläehen n versehen.
Die Ringwände m nehmen zur Erhöhung ihrer Elastizität von ihrer Wurzel aus nach der freien
Kante zu durch Vergrösserung des Innendurchmessers in ihrer Stärke etwas ab. Ferner ist dicht unterhalb der Wurzel der Ringwände m eine Ringnut o vorgesehen, so dass an der Wurzel eine schwache
Stelle entsteht, durch welche die Elastizität der Ringwände noch weiter erhöht wird.
Um das Einsetzen der Büchse b in den Mantel a zu erleichtern, ist der Durchmesser der mittleren Auflagerfläche n kleiner als der Durchmesser der obersten Auflagerringfläehe und der Durchmesser der untersten Fläche etwas kleiner als der Durchmesser der mittleren Fläche. An der Aussenseite sind die Ringwände m von den Ringnuten aus nach der freien Kante zu etwas kegelförmig ausgebildet, - so dass an der Kante der Aussendurchmesser grösser ist als der Durchmesser der entsprechenden Auflagerringflächen n.
Wird daher die Büchse b in den Mantel a eingesetzt, so legen sich die Ringwände m, die etwas nach innen durchfedern müssen, mit einem gewissen Anpressungsdruck (Vorspannung) auf die Auflagerflächen n des Mantels a und dichten dadurch die Kühlräume g nach aussen hin auf dem ganzen Umfange gut ab. Die Federung der Ringwände m ist durch die Ringnuten o so weich gemacht, dass beim Einsetzen der Büchse b in den Mantel a eine Formänderung der Lauffläche c für den Kolben nicht eintreten kann. Beim Betriebe werden die hohen Seitendrüeke des Kolbens auf der Büchse b durch den starren Boden der Taschen aufgenommen.
Am unteren Teil des Zylinders ist bei der dargestellten Ausführungsform der Kühlraum g durch eine Stopfbüchse p üblicher Bauart nach aussen hin abgedichtet, es kann aber auch an die Stelle dieser Stopfbüchse eine Tasche k treten.
In den Stegen t sind axiale Kanäle r vorgesehen, die in das Innere der sich anschliessenden Taschen k münden. Dadurch sind die beiden Kühlräume g miteinander in Verbindung gesetzt.
Durch die Auflagerung der Büchse b auf dem Mantel a an mehreren Stellen ist auch eine gute Abstützung der Büchse gegen seitliche Drücke geschaffen, die von den sich an die Taschen anschliessenden Ringteilen der Büchse aufgenommen werden.
Um bei Brennkraftmaschinen mit stehendem Zylinder zu verhindern, dass sich in der obersten Tasche Dampf bildet, ist erfindungsgemäss am oberen Ende des Zylinders bei der dargestellten Ausführungsform noch ein zweiteiliger Ring s, S2 so eingebaut, dass er die Austrittsöffnung i für die Kühlflüssigkeit gegen den oberen Kühlraum abdeckt, aber diese beiden Räume so miteinander in Verbindung setzt, dass die Kühlflüssigkeit bis auf den Grund der obersten Tasche k gelangen kann. Der Ring sl, S2 stützt sich auf einer Schulter t des Gehäuses a ab und ist so lang, dass er tief in die Tasche k hineinragt.
Dadurch ist zwischen dem Ring und der Büchse b ein Ringkanal u und zwischen dem Ring und der Ringwand m ein Ringkanal v gebildet. Die Kühlflüssigkeit muss also aus dem oberen Kühlraum g durch den Ringkanal u hindurch, um den Ring sI, herum und durch den Ringkanal v strömen, bevor sie in die Austrittsöffnung i gelangen kann. Es durchspült die Kühlflüssigkeit die obere Tasche k auf ihrer ganzen Tiefe, so dass sich dort kein Dampf bilden kann.
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bevor die Ringwand m in das Gehäuse a eintritt. Es bedarf daher für den Ring si, s'keiner weiteren Befestigungsmittel.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zylinder für Kolbenmaschinen mit Schlitzsteuerung, insbesondere für Flugmotoren, bei dem die gekühlte Zylinderbüchse an den Dichtungsstellen für die zwischen Büchse und Kühlmantel gebildeten Kühlräume mit nach diesen Räumen zu offenen Taschen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Taschen durch einen starren Flansch gebildet wird, welcher die Büchse in der Bohrung des Kühlmantels zentriert und abstützt, während die die Taschen (k) bildenden Ringwände (m) elastisch sind und sich an ihrem äusseren Umfange von der Wurzel ;. n leicht kegel-
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wände nach dem Einsetzen federnd an dem Mantel anliegen.
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Cylinders for piston machines with slot control.
The invention relates to a cylinder for piston machines with slot control, especially for two-stroke, high-speed aircraft engines in which the piston runs in a cylinder liner retracted in a cooling jacket, which at the sealing points for the cooling spaces formed between the sleeve and jacket with these spaces is provided to open pockets.
It is known to make the seal against the cooling liquid by means of rubber rings.
This type of seal has not proven itself particularly at the sealing points adjacent to the slots. It is known that the middle part of the cylinder provided with the slots in two-stroke engines is always subject to changing temperatures, since it is alternately brushed by the hot exhaust gases and the cold scavenging air. The rubber rings must therefore be changed frequently, which makes it necessary to pull out the sleeve. The rubber rings also increase the cylinder diameter and thus the weight of the machine, which is particularly important for aircraft engines, since the rubber rings have to be embedded in the ring flange of the pocket with three quarters of their thickness.
This also increases the other dimensions of the cylinder, in particular also of the sleeve flange, which means a considerable increase in weight and impairs the cooling of the sleeve in the upper part.
On the other hand, in four-stroke machines, the liner has already been pressed in, immediately adjacent to the cooling jacket, in order to maintain good metallic contact between the liner and jacket and thereby ensure effective heat transfer. However, one knows the difficulties that are present at. appropriately pressed-in bushings occur as a result of deformations when heated in the operating state, which manifest themselves in the form of leaks between the gas nozzle and the water spaces.
Finally, in order to avoid the disadvantages of this type of seal, the cylinder liners have been provided with rigid annular walls which are connected to the liner by thin-walled, elastic bases, for the purpose of ensuring that the cylinder can move freely with respect to the cooling jacket. However, this design has the disadvantage that the particularly high side pressures of the piston on the liner in aircraft engines with short connecting rods cannot be absorbed by the elastic, thin-walled bottom parts of the annular surfaces, i.e., in other words, the liners are not sufficiently well supported are.
According to the invention, these inconveniences are avoided with good sealing of the cooling spaces in that the ring walls are connected to the liner by a rigid base, which ensures that the liner is properly supported. The pocket-forming ring walls, which are made elastic by special measures, adjoin this base. These ring walls widen slightly conically from the root to a diameter that is slightly larger than the diameter of the cooling jacket and therefore, due to their elasticity, apply tension to the cooling jacket when it moves into the cylindrical bearing surfaces of the cooling jacket.
This creates a purely metallic seal at the sealing points of the displacements, which not only avoids the well-known disadvantage of rubber rings, namely constant maintenance and frequent renewal, especially in the area of the slots, but also a significant reduction in the dimensions of the cylinder and thus its Weight allows
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becomes, which is of particular importance for aircraft engines. The invention therefore creates a light, well-cooled and operationally reliable cylinder that only takes up a small amount of space, especially for an aircraft engine.
The side pressures of the piston on the liner, which are particularly high in aircraft engines with short connecting rods, are absorbed by the rigid bottom of the pocket and transferred to the jacket, so that the liner is well supported. In contrast, the resiliently held ring walls only provide the seal.
The elasticity of the ring wall of the pockets is further increased if the ring walls are provided with ring grooves at the root and they taper at their inner circumference towards the free edge.
In order to be able to attach several supports and seals of the type described to the same sleeve, the cylindrical bearing surfaces of the cooling jacket of the pockets following one another in the direction of insertion of the sleeves are graduated with a decreasing diameter.
The drawing shows a cylinder of a two-stroke internal combustion engine with slot control provided with the seal according to the invention in longitudinal section.
In the embodiment shown, the steel sleeve b is in the cooling jacket a
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Bushing b is provided with slots il through which the combustion residues exit into the exhaust line e or the scavenging air enters the cylinder. The webs / remain between the slots il.
On both sides of the exhaust pipe e, the jacket a is provided with recesses g which, when the bushing b is inserted, form the annular cooling spaces through which the cooling liquid is guided.
The cooling liquid enters through the opening h at the lower end of the jacket a and through the opening i
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In the illustrated embodiment, the bushing b is provided with pockets k at three points, the outer ring walls m of which are approximately axially directed and elastic. These pockets k are provided in such a way that they are open towards the cooling spaces g. The bottom of the pockets k, so the transition part between the ring flanges 1n and the sleeve b, is rigid. The upper pocket k is therefore closed at the top, the two underlying pockets close to the ends of the webs 1, so they are closed off towards the exhaust line e. Corresponding to the pockets, the jacket a is provided with support surfaces n.
The ring walls m take to increase their elasticity from their roots to the free
Edge to by increasing the inner diameter in their strength somewhat. Furthermore, an annular groove o is provided just below the root of the annular walls m, so that a weak one at the root
Place is created through which the elasticity of the ring walls is increased even further.
In order to facilitate the insertion of the sleeve b into the jacket a, the diameter of the central bearing surface n is smaller than the diameter of the uppermost Auflagerringfläehe and the diameter of the lowest surface is slightly smaller than the diameter of the central surface. On the outside, the ring walls m are designed to be somewhat conical from the ring grooves towards the free edge - so that the outside diameter at the edge is larger than the diameter of the corresponding support ring surfaces n.
Therefore, if the sleeve b is inserted into the jacket a, the ring walls m, which have to deflect slightly inwards, are placed with a certain contact pressure (prestress) on the bearing surfaces n of the jacket a and thereby seal the cooling spaces g to the outside on the all around well. The suspension of the ring walls m is made so soft by the ring grooves o that when the bushing b is inserted into the jacket a, a change in shape of the running surface c for the piston cannot occur. In operation, the high side pressures of the piston on the sleeve b are absorbed by the rigid bottom of the pockets.
At the lower part of the cylinder, in the embodiment shown, the cooling space g is sealed off from the outside by a stuffing box p of conventional design, but a pocket k can also take the place of this stuffing box.
In the webs t axial channels r are provided which open into the interior of the adjacent pockets k. As a result, the two cooling spaces g are connected to one another.
The fact that the bushing b is supported at several points on the jacket a also provides good support for the bushing against lateral pressures which are absorbed by the ring parts of the bushing that adjoin the pockets.
In order to prevent steam from forming in the uppermost pocket in internal combustion engines with an upright cylinder, a two-part ring s, S2 is installed according to the invention at the upper end of the cylinder in the embodiment shown so that it opens the outlet opening i for the cooling liquid against the upper one Covering the cooling space, but these two spaces are connected to each other so that the cooling liquid can reach the bottom of the top pocket k. The ring sl, S2 is supported on a shoulder t of the housing a and is so long that it protrudes deep into the pocket k.
As a result, an annular channel u is formed between the ring and the sleeve b and an annular channel v is formed between the ring and the annular wall m. The cooling liquid must therefore flow from the upper cooling space g through the ring channel u, around the ring sI, and through the ring channel v before it can get into the outlet opening i. The coolant flushes the upper pocket k over its entire depth so that no steam can form there.
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before the annular wall m enters the housing a. No further fastening means are therefore required for the ring si, s'.
PATENT CLAIMS:
1. Cylinder for piston engines with slot control, in particular for aircraft engines, in which the cooled cylinder liner is provided at the sealing points for the cooling spaces formed between the liner and cooling jacket with pockets open to these spaces, characterized in that the bottom of the pockets is provided with a rigid flange is formed, which centers and supports the sleeve in the bore of the cooling jacket, while the annular walls (m) forming the pockets (k) are elastic and extend from the root at their outer circumference; n slightly conical
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walls resiliently rest against the jacket after insertion.