CH238210A - Vorrichtung zur Kühlung. - Google Patents

Description

  Vorrichtung zur Kühlung.    Die Erfindung     betrifft    eine     Vorrichtung     zur Kühlung von unter Biegebeanspruchung  stehenden     Teilen    von     Brennkraftmaschinen     und besteht darin, dass das     Kühlmittel    durch  in die druckbeanspruchte Zone eingegossene  Rohre geführt wird, zum Zweck, einerseits  zur     Kühlung,    anderseits zur     Herabminderung     der thermischen     Zugspannungen    der dem Ver  brennungsgas abgewendeten Seite des Körpers  zu dienen.

   Die eingegossenen Rohrschlangen  können vor dem Eingiessen mit Versteifungs  rippen versehen     sein.    Vorteilhaft werden min  destens zwei parallel geschaltete     Rohrstränge     angeordnet, welche     Durchbrechungen    im Kör  per eng umschliessen. Die Rohre können in  Rippenkörper eingebettet sein, um Material  anhäufungen an den der erwärmten Seite  abgewendeten     Wandpartien    zu vermeiden.  



  Normalerweise werden Maschinenelemente,  welche einen     unter    Druck stehenden, mit einem  heissen Mittel gefüllten Raum     umschliessen,     insbesondere Kolben und     Zylinderdeckel    von       Brennkraftmaschinen,    durch einen     Strom    eines  Kühlmittels auf ihrer Aussenseite gekühlt. Es    ist Bekannterweise     möglich,    durch Bohrungen  das Kühlmittel nahe an die gasberührte Ober  fläche heranzubringen und     dadurch    die Wärme  beanspruchungen herabzusetzen.

   Da diese Boh  rungen nur     geradlinig    und nicht in Schlangen  oder Bogen     ausgeführt    werden können, sind       für        die    Anwendung dieses Prinzips enge  Grenzen gezogen. Wärmeabfuhr nahe an der       Oberfläche    von fast beliebig schwierigen Bau  formen     wird    bei der vorliegenden Vorrichtung  dadurch erreicht, dass das     Kühlmittel    in Rohren  geführt wird, welche in dem     betreffenden     Körper eingebettet sind.

   Dadurch, dass die  Rohre in die druckbeanspruchte Zone der  Wandung eingegossen werden, können unter  keinen Umständen Zugbeanspruchungen zwi  schen den Rohren und     ihrer    Umgebung auf  treten, welche die     Bindung    der beiden     aufheben.     



  Ausführungsbeispiele des     Erfindungsgegen-          standes    sind auf der     Zeichnung    schematisch  dargestellt.  



  Die bei der bisherigen     Konstruktion    auf  tretenden Beanspruchungsverhältnisse gehen  aus den     Fig.    1 und 2 hervor.           Fig.    3 zeigt einen     achsialen    Schnitt durch  den Arbeitszylinder,     Fig.    4 einen Schnitt durch  den Deckel eines ersten Beispiels,     Fig.    5 zeigt  einen andern Kolben im Schnitt nach     III-IlI     in     Fig.    6 und     Fig.    6 einen Schnitt durch die  Linie     III-III    von     Fig.    3.  



  In     Fig.    1 ist eine Kurve     a    eingezeichnet,  welche die mechanische Beanspruchung eines  Kolbenbodens in     Funktion    der Wandstärke  darstellt. Wenn die Wandstärke gross ist, ist  die mechanische Beanspruchung klein. Bei  gleichen Kolbenabmessungen und erhöhtem  Druck wird die Kurve     ai    erhalten. b ist die  thermische Beanspruchung. Sie steigt mit stei  gender Wandstärke und hängt ab von den  Temperaturen beidseitig des Kolbenbodens.

    Die resultierende Beanspruchung ist durch die  Kure c dargestellt, die gleich ist der Summe  der Kuren     a    und<I>b.</I> Aus der Kure<B>ei,</B> die  gleich der     Summe    der Kurven     a,    und b ist,  ist ersichtlich, dass durch höheren Druck auf  den Kolbenboden durchwegs höhere resul  tierende Beanspruchungen entstehen.  



  In den Kurven c und ei entsteht bei einer  bestimmten Wandstärke ein Minimum der  totalen (resultierenden)     Beanspruchung.     



  Wenn man den Druck erhöht und gleich  zeitig die Wandstärke verstärkt, so dass die  mechanische Beanspruchung gleich bleibt, so  bleibt die Kurve     a    unverändert     (Fig.    2). Die  Kure b verschiebt sich infolge grösseren  Temperaturabfalls in der nun dickeren Wand  nach     bi,    d. h. verläuft steiler. Die resultierende  neue Kurve ei liegt wiederum höher als die  resultierende Kurve c.  



  Wie auch vorgegangen wird, entspricht  also einer höheren mechanischen oder thermi  schen Belastung eine grössere resultierende  Beanspruchung. Diese Beanspruchung steigt  mit dem Durchmesser, so dass die übliche  Kolbenkonstruktion durch die Materialeigen  schaften auf gewisse Durchmesser- und Be  lastungsgrenzen beschränkt ist.  



  Beim Ausführungsbeispiel nach der Er  findung     (Fig.    3 und 4) ist die Zylinder  laufbüchse 1 mit     Einlasskanälen    2 für die       Einlassluft    und mit     Auslasskanälen    3     für    die       Auspuffgase    verbunden. Der Kolben 4 ist in    der innern     Totpunktstellung    dargestellt. Auf der       Zy        linderlaufbüchse    1 ist der Deckel 5 ange  ordnet, der durch einen Ring 6 und Schrauben 7  mit dem Mantel 8, 9 verbunden ist.

   Im Deckel 5  ist das     Brennstoffventil    10 und das     Anlass-          ventil    11 vorgesehen. Die Schubstange 12 ist  an einem Kolbenzapfen 13 befestigt. Zwischen  dem Einsatzzylinder 1 und dem     Mantel    8  bzw. 9 ist ein Kühlraum angeordnet, wobei  das Kühlmittel in 26 eingeführt und durch  die Leitung 2 7 wieder abgeführt wird. Für  die     Kühlung    des Zylinderdeckels 5 ist eine       Kühlmittelleitung    14 vorgesehen, wobei das  Kühlmittel     beispielsweise    durch in die druck  beanspruchte Zone     eingegossene    Rohre 15 ge  führt ist.

   Diese     Kühlmittelleitung    kann aus  zwei parallel geschalteten Rohrsträngen, z. B.  Rohrschlangen 16 und 17 bestehen, so dass  die     Öffnungen    für das     Anlassventil    11 und die       Öffnungen    für das     Brennstoffventil    10 eng  umschlossen sind. Der     Auslass    des Kühlmittels  erfolgt durch die Leitung 18.  



  Für den Kolben 4 sind die Kühlrohre 20  ebenfalls in die druckbeanspruchte Zone ein  gegossen, wobei durch ein Posaunenrohr 21  das Kühlmittel zugeführt, durch die     Auslass-          leitung    22 in den Raum 23 entleert und durch  das Posaunenrohr 24 abgeleitet wird.  



  An     Stelle    eines     kreisrunden    Rohrprofils  können auch abgeplattete Rohrprofile ver  wendet werden, wobei die einzelnen Rohr  stränge näher angeordnet werden können und  die Länge des vom     Wärmestrom    durchflossenen  Weges verringert wird. Die Rohrschlangen 15  bzw. 20 können zur Erleichterung des Ein  giessens ebenfalls mit Versteifungsrippen 34  versehen sein, welche ebenfalls mehrheitlich  innerhalb der druckbelasteten Zone liegen.  



  In     Fig.    5 ist ein anderes Beispiel darge  stellt. Das Kühlmittel wird durch nichtge  zeichnete Posaunenrohre und durch die Lei  tung 30 eingeführt und durch die Leitung 31  abgelassen. Das Kühlmittel kann aber auch  durch die Rohre 31 eingeführt und durch das  Rohr 30 abgeführt werden. Zwischen den  Rohren 20 sind Distanzstücke 33 angebracht,  um den Rohrschlangen 20     während    des     C1iessens     eine genügende Festigkeit zu verleihen. Der      Kolbenboden selbst ist als Rippenkörper, z. B.  mittels     Kreuzrippen    34, ausgebildet, um     14Ta-          terialanhäufungen    an den der erwärmten Seite  abgewendeten Wandpartien 35 zu vermeiden.  



  Die Rohrschlangen 15 bzw. 20 können vor  dem Eingiessen mit Sandstrahlgebläsen be  handelt werden, um eine metallische Ver  bindung zwischen Rohr- und     Gussstück    zu  erzielen. Gegebenenfalls können die Rohre vor  dem Eingiessen auch luftleer gemacht oder  mit einem     inerten    Gas, z. B.     Stickstoff,    ge  füllt werden, um     Verzunderungserscheinungen     beim Giessen zu vermeiden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zur Kühlung von unter Biege beanspruchung stehenden Teilen von Brenn- kraftmaschinen, dadurch.gekennzeichnet, dass das Kühlmittel durch in die druckbeanspruchte Zone eingegossene Rohre geführt wird, zum Zweck, einerseits zur Kühlung, anderseits zur Herabminderung der thermischen Zug spannungen der dem Verbrennungsgas abge wendeten Seite des Körpers zu dienen. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die eingegossenen Rohrschlangen mit Versteifungsrippen ver sehen sind. 2.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass mindestens zwei parallel geschaltete Rohrstränge angeordnet sind, welche Durchbrechungen im, Körper eng umschliessen. 3. Vorrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Rohre in Rippen körper eingebettet sind, zum Zweck, Material anhäufungen an den der erwärmten Seite abgewendeten Wandpartien zu vermeiden.