DE1001860B

DE1001860B - Zylinderkopf fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1001860B
Application number: DEK14236A
Authority: DE
Inventors: Walter Gerecke
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1952-05-15
Filing date: 1952-05-15
Publication date: 1957-01-31

Description

Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmaschinenzylinderkopf aus Leichtmetall mit unmittelbarer Luftkühlung, der infolge der Anordnung von ventilgesteuerten Öffnungen in seiner Zylinderbodenfläche einen zwischen diesen Öffnungen liegenden, hohen Betriebstemperaturen ausgesetzten Steg aufweist und zum Schutz dieses Steges im Zylinderkopfboden brennraumseitig mit engen Dehnspalten versehen ist, die etwa so tief sind wie die halbe Dicke des Zylinderkopfbodens.
Der Steg ist die schwächste Stelle des Zylinderkopfes. Der Steg steht im Betrieb infolge seiner Einspannung in kältere Umgebungsteile unter Druckbeanspruchung, die sich bei der geringen Dauerstandfestigkeit des Leichtmetalls bei Temperaturen um 300° durch Kriechvorgänge abbaut, was zu einer plastischen Verkürzung des Steges in radialer Richtung führt. Wird der Steg plötzlich abgekühlt, so entsteht in ihm bei Raumtemperatur eine Zugspannung, deren Größe von dem vorangegangenen zeitabhängigen Kriechen des Werkstoffes bestimmt wird. Die Zugspannung bewirkt, daß der Steg reißt, wodurch der Zylinderkopf unbrauchbar wird.
Zur Verhinderung der Stegrisse hat man den Zylinderkopfboden verbrennungsraumseitig mit engen Dehnspalten versehen, die etwa so tief sind wie die halbe Dicke des Zylinderkopfbodens. Durch die Dehnspalte wird der Vorteil erreicht, daß Zugspannungen in radialer Richtung nicht auftreten können. Die aus den Betriebsbeanspruchungen resultierenden Druckspannungen im brennraumseitigen Teil des Zylinderkopfbodens und die hierbei auftretenden plastischen Verformungen in radialer Richtung werden durch die Dehnspalte ausgeglichen, indem die Breite der Dehnspalte abnimmt. Bei der Abkühlung «erden die Dehnspalte wieder größer. Das Auftreten von radial gerichteten Zugspannungen wird vollständig unterbunden, so daß Stegrisse vermieden werden. Die Dehnspalte beeinflussen die Gasdichtheit des Kopfes in keiner Weise, da sie überall von einem geschlossenen Leichtmetallverband gebildet werden.
Damit die Dehnspalte ihre Wirkung immer be-'halten, hat man dieselben mit Glimmer oder anderen thermoplastischen Stoffen ausgekleidet. Diese haben den Nachteil, daß sie nachträglich in die Dehnspalte eingebracht werden müssen und nicht gleich beim Gießen in die Form des Zylinderkopfes eingebracht werden können. Außerdem sind thermoplastische Stoffe nicht dauerhaft genug. Sie werden durch die Betriebswärme der Maschine zerstört, so daß sich die Dehnspalte mit harten Verbrennungsrückständen füllen. Dies ist äußerst nachteilig, weil dadurch die Dehnspalte unwirksam werden. Für den Fall, daß sich die Dehnspalte nicht mit Verbrennungsrückständen füllen würden, entsteht eine unzulässige Vergrößerung der Oberfläche des Verbrennungsraumes. Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Dehnspalte durch ein Blechgerüst ausgefüllt bzw. ausgekleidet sind, welches ohne metallische Bindung in den Zylinderkopf eingegossen ist. Blech eignet sich besonders gut zur Herstellung der erfindungsgemäßen Auskleidung. Mit Blech läßt sich sehr leicht ein Gerüst bilden, welches den Vorteil hat, daß beim Gießen jedes Blechteilchen mit Sicherheit in seiner vorbestimmten Lage gehalten wird.
Es sind Leichtmetallzylinderköpfe für luftgekühlte Brennkraftmaschinen bekannt, die nach der Brennraumseite zu mit einem Blechgerüst ausgekleidet sind, welches eine metallische Bindung mit dem Leichtmetallumguß eingeht. Das Blechgerüst soll die gefährdeten Stellen des leichtmetallenen Teiles des Zylinderkopfes schützen. Bei einem solchen Zylinderkopf hat man auch schon den leichtmetallenen Steg zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen von außen her angeschlitzt. Wie sich herausgestellt hat, verhalten sich die bekannten Zylinderköpfe nicht zufriedenstellend, weil infolge der verschiedenen Wärmedehnung zwischen dem Blechgerüst und dem leichtmetallenen Teil des Zylinderkopfes eine Störung in der Wärmeübertragung eintritt.
In der Zeichnung sind der Hauptgedanke der Erfindung (Patentanspruch 1) und Weiterbildungen desselben an Hand von Beispielen in fünf Abbildungen dargestellt. Für diese Weiterbildungen wird ein vom Hauptgedanken losgelöster Schutz nicht begehrt.
Die Abb. 1 und 2 zeigen von einem B@renn.kraftmaschinenzylinderkopf aus Leichtmetall mit unmittelbarer Luftkühlung nur den Zylinderkopfboden. Die Kühlrippen und sonstigen Aufbauten, wie z. B. eine Brennkammer und Gasführungskanäle, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Der Zylinderkopfboden ist mit 1 bezeichnet. Er hat infolge der Anordnung von Öffnungen 2 und 3 in seiner Zylinderbodenfläche einen zwischen diesen Öffnungen liegenden, hohen Betriebstemperaturen ausgesetzten Steg 4. Die Öffnungen 2 und 3 sind z. B. solche für den Ein-und Auslaß. Der Zylinderkopfboden weist die Besonderheit auf, daß er mit konzentrisch liegenden engen Dehnspalten 5 versehen ist, die etwa so tief sind wie die halbe Dicke des Zylinderkopfbodens. Die Abb. 1 zeigt die Dehnspalte 5 gestrichelt in einem senkrechten: Schnitt durch die Längsmittelachse des Zylinderkopfbodens. Die Abb.2 zeigt eine Ansicht desselben von unten. Aus den Abb. 1 und 2 ist zu ersehen, daß die Öffnungen 2 und 3 durch Ventilsitzringe 6 aus Schwermetall verstärkt sind-. Die Einsenkungen 7 für die Ventilsitzringe 6 sind tiefer als die Dehnspalte 5. Durch die tiefgehenden Ventilsitzringe 6 werden die Dehnspalte 5 nach den von den Öffnungen 2 und 3 ausgehenden Kanälen zu in vorteilhafter Weise abgedeckt.
Erfindungsgemäß sind die Dehnspalte durch ein Blechgerüst ausgefüllt bzw. ausgekleidet, welches ohne metallische Bindung in den Zylinderkopf eingegossen ist. Ein solches Blechgerüst ist aus,,den Abb. 1 und 2 ersichtlich; es ist mit 8 bezeichnet. Das eingegossene Blechgerüst besteht aus konzentrischen Ringen aus dünnem Eisenblech, die sich an an sich bekannte Auskleidungen 9 und 10 für den. Ein- und Auslaß anschließen. Die in den Abb. 1 und 2 dargestellten Ventilsitzringe können mit dem Blechgerüst 8, 9, 10 durch Schweißung oder Lötung verbunden sein (s. Abb. 3). Die Ventilsitze können aber auch dadurch gebildet werden, daß, wie die Abb.4 zeigt, die Auskleidung 11 der Kanalwandungen am brennraumseitigen Ende selbst als Ventilsitz ausgebildet ist. Nach Abb.5 können die Ringstege des Blechgerüstes an der dem Brennraum abgewandten Seite umgebördelt sein, wie bei 12 dargestellt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Brennkraftmasch.inenzylinderkopf aus Leichtmetall mit unmittelbarer Luftkühlung, der infolge der Anordnung von ventilgesteuerten Öffnungen in seiner Zylinderbodenfläche einen zwischen diesen Öffnungen liegenden, hohen Betriebstemperaturen ausgesetzten Steg aufweist und zum Schutz dieses Steges im Zylinderkopfboden brennraumseitig mit engen Dehnspalten versehen ist, die etwa so tief sind wie die halbe Dicke des Zylinderkopfbod,ens. dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnspalte (5) durch ein Blechgerüst (8) ausgefüllt bzw. ausgekleidet sind, welches ohne metallische Bindung in den Zylinderkopf eingegossen ist.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, bei dem die ventilgesteuerten Öffnungen im Zylinderkopfboden durch besondere Ventilsitzringe verstärkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsenkungen (7) der Ventilsitzringe (6) tiefer sind als die Dehnspalte (5).
3. Zylinderkopf nach den Anspriichen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechgerüst (8) an Auskleidungen (9, 10) für den Ein- und Auslaß anschließt, die mit den Ventilsitzen (6) durch Schweißung und/oder Lötung verbunden sind (Abt. 3).
4. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungen (9, 10) der Kanalwandungen des Blechgerüstes am brennraumseitigen Ende selbst als Ventilsitz ausgebildet sind.
5. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringstege (12) des Blechgerüstes an der dem Brennraum abgewandten Seite umgebördelt sind (Abt. 5). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 282326, 334924, 533 734, 693 451, 826 994; österreichische Patentschrift Nr.178493; britische Patentschrift Nr. 325194; französische Patentschrift Nr. 799187; USA.-Patentschrift Nr. 2 456 272.