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Leichtmetallzylinderkopf für luftgekühlte Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf Leichtmetallzylinderköpfe für Brennkraftmaschinen, insbesondere von luftgekühlten Dieselmotoren und hiebei auf die Abdichtung zwischen Zylinderkopf und Zylinder. Es hat sich herausgestellt, dass eine stirnseitige AuflageflÅache zwischen Zylinder und Zylinderkopf ohne Zwischenlage einer nichtmetallischen Dichtung die besten Betriebseigenschaften besitzt, weil sie eine wÅar- meleitende Verbindung zwischen den beiden Teilen herstellt. Die Dauerhaftigkeit der Dichtwirkung einer
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Einwirkung der heissen Verbrennungsgase mit der Zeit unbrauchbar wird. Man hat deshalb der Dichtung einen Ringspalt vorgeschaltet, der mit dem Zylinderraum in Verbindung steht.
Dieser Spalt, in der Fachwelt Verkokungsstrecke genannt, füllt sich mit Ablagerungen von Verbrennungsrückständen und schützt so die stimseitige Dichtfläche vor der Einwirkung der heissen Verbrennungsgase. Es lässt sich auf diese Weise eine befriedigende Dauerhaltbarkeit der Abdichtung zwischen Zylinderkopf und Zylinder erreichen.
Es treten aber neue Mängel auf. Einer dieser Mängel besteht darin, dass der die Verkokungsstrecke bildende, über einen Führungsansatz des Zylinders greifende Kragen des Zylinderkopfes leicht reisst. Diese Erscheinung kann folgendermassen erklärt werden. Bei einem Zylinderkopf mit Leichtmetallkragen, der im kalten Zustand am Führungsansatz des Zylinders anliegt, tritt im Betrieb - hervorgerufen durch die relativ grössere Wärmeausdehnung des Leichtmetallkragens-ein zylindrischer Spalt auf, in dem sich schon nach kurzer Betriebszeit Ölkohle ablagert. Wird der Motor wieder stillgesetzt, so erkaltet der Zylinderkopf und der Leichtmetallkragen zieht sich zusammen.
Da der Führungsansatz des Zylinders durch den Ölkohlebelag inzwischen grösser geworden ist, entsteht eine Schrumpfspannung im Kragen, die nach einer gewissen Anzahl solcher Temperatur- und Beanspruchungsspiele zu den erwähnten Rissen führt. Ein zweiter Nachteil besteht darin, dass Zylinderkopf und Zylinder an der Stelle der Ölkohleablagerung fest zusammenbacken, so dass sie nur unter Gewaltanwendung auseinandergebaut und dabei leicht beschädigt werden können. Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung an einem Leichtmetallzylinderkopf für luftgekühlte Brennkraftmaschine, bei denen ein Kragen des Zylinderkopfes über einen zylindrischen Führungsansatz eines aus Schwermetall gefertigten Zylinders greift, wobei die stirnseitige Dichtfläche zwischen Zylinder und Zylinderkopf in bezug auf das Zylinderinnere ausserhalb des Führungsansatzes liegt, dadurch gelöst, d. ! ss die den Führungsansatz berührende Zylindermantelfläche des Kragens durch die Innenfläche eines in den Zylinderkopf eingelassenen Schwermetallringes gebildet ist.
Es ist bekannt, Schwermetallringe in die Dichtfläche von Leichtmetallzylinderköpfen einzulassen, wobei die Auflagefläche am Zylinderkopf gegenüber der Dichtfläche vergrössert ist, um die spezifische Flächenpressung an der Auflagestelle zu vermindern. Dieser bekannte Schwermetallring kann die Erfindungsaufgabe nicht lösen, da er den Führungsansatz des zugehörigen Zylinders nicht umgreift.
Es ist des weiteren vorgeschlagen worden, zwischen der kegelmantelförmigen Dichtfläche eines Leichtmetallzylinderkopfes, der in einen Innengewindeteil des zugehörigen Schwermetallzylinders eingeschraubt ist und der Dichtfläche des Zylinders einen Schwermetallring von dreieckigem Querschnitt einzuspannen, dessen Auflagefläche am Zylinder kleiner als die entsprechende Projektion der Kegelmantelfläche ist. Diese bekannte Ausführung kann, abgesehen von der Abweichung in der Befestigungs-
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art, allein schon deshalb nicht mit der Erfindung verglichen werden, weil kein als Verkokungsstrecke anzusprechender Führungsansatz am Zylinder vorhanden ist, über den der Schwermetallring greifen könnte.
Durch die erfindungsgemässeeinfügung einesschwerrnetallringes, der praktisch das gleicheDehnungsverhalten wie der Zylinder aufweist, wird erreicht, dass kein oder nur ein sehr kleiner Spalt und demzufolge eine kleinere Schrumpfspannung im Kragen und ein vermindertes Festbacken von Zylinderkopf und Zylinder eintritt. Ausserdem ist der Schwermetallring etwaigen Schrumpfspannungen infolge seiner höheren Zugfestigkeit besser gewachsen als der Leichtmetallkragen. Versuche haben bewiesen, dass der Zylinderkopf mit eingegossenem Ring praktisch unbegrenzt lange hält und dass er sich selbst nach längerer Betriebszeit mittels eines leichten Hammerschlages ohne Mühe vom Zylinder trennen lässt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schwermetallring so in den Zylinderkopf eingelassen ist, dass er einen Teil desselben mit seiner inneren Zylindermantelfläche umfasst. Dieses Merkmal hat den Zweck, zu verhindern, dass sich nun der vorerwähnte schädliche Vorgang zwischen Ring und Leichtmetallzylinderkopf abspielt. Dadurch, dass Ring und Leichtmetall an der Berührungsstelle durch die Wärmedehnung fest aneinandergepresst werden, kann sich hier keine Ölkohle bilden. Die entstehende Druckspannung im Zylinderkopf ist ungefährlich, während die Zugspannung im Ring von diesem leicht ertragen wird.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung u. zw. zeigt Fig. l einen Schnitt durch die
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Fig. 2 zeigt den Zylinderkopf im unbearbeiteten Zustand.
In der Zeichnung ist der eigentliche Zylinderkopf mit 1, der Schwermetallring mit 2 und die stirn- seitige Dichtfläche mit 3 bezeichnet. Um zu verhindern, dass bei zu starkem Anziehen der Zuganker, die den Zylinderkopf auf den Zylinder pressen, der Schwermetallring 2 an seinen Auflageflächen im Leicht- metall Deformationen hervorruft, wird die den Dichtungsdruck auf den Leichtmetallzylinderkopf 1 über- tragende Fläche 6 bzw. deren Projektion grösser als die Dichtfläche 3 ausgeführt, um die Flächenpressung auf einen für Leichtmetall ungefährliche Wert zu verringern. Der eingegossene Ring kann aus Gusseisen hergestellt werden. Er wird vor dem Eingiessen auf zirka 4000 erwärmt. Der der Dichtfläche 3 abgewandte
Teil des Ringes 2 ist mit Abrundungen 7 oder mit Kreisquerschnitt ausgeführt, damit Kerbwirkungen an der Eingussstelle vermieden werden.
Eine Lockerung des Ringes im Leichtmetallzylinderkopf wird dadurch wirksam verhindert, dass der Ring eine seitliche Eindrehung 4 aufweist, die durch das Leichtmetall des
Zylinderkopfes ausgefüllt ist. Zur Verhütung einer Beschädigung der Dichtfläche 3 beim Aufsetzen des
Zylinderkopfes auf eine Unterlage wird neben der Dichtfläche ein gegenüber derselben erhöhter Schutzrand 8 angeordnet. Durch Hinterstechen der Ecke 5 zwischen Schutzrand und Dichtfläche wird jede Kantenpressung im Leichtmetall vermieden. Der aus Schwermetall, vorzugsweise Gusseisen bestehende Zylinder 9 bildet mit dem Ring 2 eine Verkokungsstrecke 10. Die innere Zylindermantelfläche 11 des Ringes 2 umfasst den Vorsprung 12 des Zylinderkopfes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Leichtmetallzylinderkopf für luftgekühlte Brennkraftmaschinen, bei denen ein Kragen des Zylinderkopfes über einen zylindrischen Führungsansatz des aus Schwermetall gefertigten Zylinders greift, wobei die stirnseitige Dichtfläche zwischen Zylinder und Zylinderkopf in bezug auf das Zylinderinnere ausserhalb des Führungsansatzes liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die den Führungsansatz berührende Zylindermantelfläche des Kragens durch die Innenfläche eines in den Zylinderkopf (1) eingelassenen Schwermetallringes (2) gebildet ist.