DE1017415B - Cylinders for large internal combustion engines - Google Patents

Cylinders for large internal combustion engines

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DE1017415B DEK20869A DEK0020869A DE1017415B DE 1017415 B DE1017415 B DE 1017415B DE K20869 A DEK20869 A DE K20869A DE K0020869 A DEK0020869 A DE K0020869A DE 1017415 B DE1017415 B DE 1017415B
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Description

Zylinder für Großverbrennungskraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf Zylinder für Großverbreimungskraftrnaschinen, wie Großgasmaschinen, Großdieselmaschinen u. dgl., d. h. Verbrennungskraftmaschinen mit Zylinderabmessungen in der Größenordnung von etwa 600 mm Durchmesser und mehr.Cylinders for large internal combustion engines The invention relates on cylinders for large expansion engines, such as large gas engines, large diesel engines and the like, d. H. Internal combustion engines with cylinder dimensions in the order of magnitude of about 600 mm in diameter and more.

Sie ersetzt die bisher üblicherweise für solche Maschinen verwendeten Zylinderkonstruktionen mit Wandstärken von 50 mm und mehr durch eine wesentlich leichtere Konstruktion und verbindet hiermit gleichzeitig den Vorteil einer wesentlich günstigeren Kühlung der den Verbrennungsgasen ausgesetzten Teile und Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Arbeitsprozesses unter Vermeidung der zwangläufig bei starkwandigen Zylindern in dem Material der Zylinderwandungen auftretenden Wärmespannungen.It replaces the previously commonly used for such machines Cylinder constructions with wall thicknesses of 50 mm and more through a substantial lighter construction and at the same time combines the advantage of a substantial more favorable cooling of the parts exposed to the combustion gases and improvement the thermal efficiency of the work process while avoiding the inevitable in the case of thick-walled cylinders, thermal stresses occurring in the material of the cylinder walls.

Es sind bereits geschweißte Zylinderkonstruktionen bekannt, bei denen der vergleichsweise geringe Wandstärke aufweisende Zylinderkörper bzw, eine Zylinderlaufbüchse von einem wasserdurchströmten Kühlmantel umgeben ist.There are already welded cylinder constructions known in which the comparatively thin walled cylinder body or a cylinder liner is surrounded by a cooling jacket through which water flows.

Im Gegensatz zu- dieser Konstruktion, bei der der den Grundbestandteil des Zylinders bildende Zylinderkörper als solcher in üblicher massiver Form erhalten bleibt und gegebenenfalls unter Verringerung der Wandstärke von einem Kühlmantel umschlossen ist, besteht die Erfindung darin, daß dieser Zylinderkörper, demgegenüber die Armierung von untergeordneter Bedeutung ist, aus einer Vielzahl von nebeneinander verlaufenden, mit Druckwasser od. dgl. beschickten, vorgefertigten. also fertigen Rohren hergestellt ist, die das Kühlmedium unter Verzicht auf eine besondere Laufbüchse dicht an die Zylinderlauffläche heranführen. Vorzugsweise wird dieses Kühlsystem aus nebeneinander angeordneten, miteinander verschweißten Profilrohren aufgebaut, die von einem Stahlblechmantel umfaßt sind, der im wensentlichen lediglich der Armierung dient und hinter der Bedeutung des den eigentlichen Zylinderkörper bildenden Rohrsystem zurücktritt. Der Ausdruck »Zylinderkörper« ist gewählt worden, um hiermit den Grund-Bestandteil, gewissermaßen das Skelett, des Zylinders zu kennzeichnen. Dieser Grundbestandteil kann zwar durch einen Stahlblechmantel, Schweißstellen, Rippen od. dgl. armiert sein. Die Armierung tritt aber bei der Erfindung hinter der Bedeutung des »Körpers« zurück. Beim bisherigen Stande der Technik ist es umgekehrt. Hier sind die zur Anwendung kommenden Kühlrohre, Rohrschlangen od. dgl. von Zylindern nicht »Körper«, sondern Armierung.In contrast to this construction, in which the the basic component The cylinder body forming the cylinder received as such in the usual solid form remains and possibly with a reduction in the wall thickness of a cooling jacket is enclosed, the invention consists in that this cylinder body, on the other hand The reinforcement is of minor importance, from a variety of side by side running, or with pressurized water. The like. Charged, prefabricated. so manufacture Tubes are made, which the cooling medium waiving a special liner bring it close to the cylinder surface. Preferably this cooling system made up of profile tubes arranged side by side and welded together, which are covered by a sheet steel jacket, which is essentially only the reinforcement serves and behind the importance of the pipe system forming the actual cylinder body resigns. The term "cylinder body" has been chosen to denote the basic component, to mark the skeleton of the cylinder, so to speak. This basic ingredient can be reinforced by a sheet steel jacket, welds, ribs or the like be. In the invention, however, the reinforcement takes a back seat to the meaning of the "body" return. In the previous state of the art, it is the other way around. Here are those for use Coming cooling pipes, pipe coils or the like from cylinders not "bodies", but Reinforcement.

Gleiches gilt für den später noch auftretenden Ausdruck »Kolbenkörper«.The same applies to the expression "piston body" that will appear later.

Die Erfindung darf nicht verwechselt werden mit jenem bekannten wassergekühlten Brennkraftmaschinenzylinder (Doppelwandzylinder), welcher eine große Anzahl von Querwänden zwischen Innen- und Außenwand besitzt, welche den Kühlflüssigkeitsraum gewissermaßen in Rohrabschnitte unterteilen, die durch Öffnungen in den Querwänden hintereinandergeschaltet sind. Bei diesem bekannten Zylinder fehlt das erfindungswesentliche Merkmal der Herstellung des Zylinderkörpers aus fertigen Rohren. Nicht die endgültige Gestalt des Zylinderkörpers ist demnach entscheidend für das Wesen der Erfindung, sondern di-: Tatsache, daß dieser Körper aus fertigen Rohren, Profilrohren od. dgl. hergestellt wird.The invention must not be confused with that known water-cooled Internal combustion engine cylinder (double wall cylinder), which has a large number of Has transverse walls between the inner and outer walls, which form the coolant space To a certain extent subdivide into pipe sections through openings in the transverse walls are connected in series. What is essential to the invention is missing in this known cylinder Feature of making the cylinder body from finished tubes. Not the final one The shape of the cylinder body is therefore decisive for the essence of the invention, but di-: fact that this body is made of finished tubes, profile tubes or the like. will be produced.

In gleicher Weise wie der Zylinderkörper können auch die Wandungen des Zylinderdeckels und der vom Zylinderinneren zu den Ventilen führenden Kammern (Zwiebeln) wenigstens teilweise aus nebeneinander angeordneten Profilrohren bestehen. Es ist zwar an sich bereits bekannt, die Wandungen eines Zylinderdeckels oder der zu den Ventilen führenden Kammern mit einer Schutzwand aus einer Kühlrohrwendel od. dgl. auszulegen.In the same way as the cylinder body, the walls of the cylinder cover and the chambers leading from the inside of the cylinder to the valves (Onions) consist at least partially of profile tubes arranged next to one another. Although it is already known per se, the walls of a cylinder cover or the Chambers leading to the valves with a protective wall made of a cooling tube coil or the like.

Der gemäß der Erfindung ausgebildete Zylinderkörper wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in einer Trägerkonstruktion untergebracht bzw. gewissermaßen aufgehängt, die die von dem Zylinder deckel herkommenden axialen Kräfte überträgt. Diese Tragkonstruktion ist so ausgebildet, daß der Zylinder in ihr gewissermaßen elastisch gelagert ist, so daß sie den durch die hohe Temperatur des Kühlmittels hedingten Dehnungsspannungen des Zylindermantels nachgeben kann.The cylinder body formed according to the invention is after a Another feature of the invention housed in a support structure or to a certain extent suspended, which transmits the axial forces coming from the cylinder cover. This support structure is designed so that the cylinder in it to a certain extent is resiliently mounted, so that it is due to the high temperature of the coolant can yield due to tensile stresses of the cylinder jacket.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht, ebenfalls mit dem Ziel der Gewichtsersparni und Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades der Gesamtanlage, auch der Kolbenkörper in neuaitig-er Weise aus dicht nebeneinander angeordneten, druckwasserführenden Profilrohren ähnlicher Ausbildung, wobei der Kolben als solcher hohl ausgebildet ist und sein hohler Innenraum lediglich die Wasseranschlüsse für die seinen eigentlichen Körper bildenden Rohre aufnimmt, denen das Kühlwasser in der üblichen Weise durch die hohle Kolbenstange, die in geeigneter Weise an die Kühlwasserquelle angeschlossen ist, zugeführt wird.According to a further feature of the invention there is also with the aim of saving weight and increasing the thermal efficiency of the entire system, Also the piston body is new Way out close together arranged, pressurized water-carrying profile tubes of similar training, the Piston is designed as such hollow and its hollow interior only the Water connections for the pipes forming his actual body, which the cooling water in the usual way through the hollow piston rod, which is in appropriate Way is connected to the cooling water source, is supplied.

Die Wandstärken des demnach nur durch die nebeneinander angeordneten Rohre, die nur noch durch radial angeordnete Rippen entsprechend den aufzunehmenden Druckkräften abgestützt zu werden brauchen, gebildeten Hohlkolbens ebenso wie auch die des Deckels sind deshalb vergeichsweise sehr gering.The wall thicknesses of the therefore only by the side by side Pipes, which only have to be accommodated by radially arranged ribs according to the Compressive forces need to be supported, formed hollow piston as well as those of the lid are therefore very low by comparison.

Im Ergebnis wird damit eine Konstruktion von gegenüber dem bisher üblichen Zylinder und Kolben wesentlich verringertem Gewicht geschaffen, die es in optimaler Weise ermöglicht, das Prinzip der Heißkühlung mittels eines Kühlmittels, das unter einem seinen Siedepunkt entsprechend arbeitenden Druck steht, zu verwirklichen.The result is a construction from the previous one usual cylinders and pistons created significantly reduced weight that it in an optimal way enables the principle of hot cooling by means of a coolant, which is under a pressure that works according to its boiling point.

In der Zeichnung ist lediglich schematisch eine Zylinderanordnung für eine Großgasmaschine, und zwar in Abb. 1 im Längsschnitt und in Abb. 2 im Querschnitt dargestellt; Abb. 3 ist ein OOuer schnitt durch den Kolben in et-,vas vergrößertem Maßstabe.In the drawing, a cylinder arrangement is only schematically for a large gas engine, namely in Fig. 1 in longitudinal section and in Fig. 2 in cross section shown; Fig. 3 is a section through the flask in a somewhat enlarged view Scale.

In der Zeichnung ist mit a die aus einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden Profilrohren ä , a", a ... usw. von z. B. quadratischem Querschnitt, die in nicht dargestellter Weise, sei es spiralförmig v erlaufend, sei -es nebeneinander angeordnet, je gruppenweise an eine Zuleitung angeschlossen sind, bestehende Innenwandung des Zylinders bezeichnet. Die Zylinderlauffläche wird durch eine mittels Auftragsschweißung erzeugte Schicht b gebildet. Die Gesamtheit der Profilrohre ist von dem geschweißten Stahlblechmantel c von z. B. 25 mm Wandstärke umgeben.In the drawing, a is the one from a plurality of side by side profile tubes ä, a ", a ... etc. of, for example, a square cross-section, which in a manner not shown, be it spirally v running, be -it arranged side by side, The cylinder running surface is formed by a layer b produced by build-up welding. The entirety of the profile tubes is surrounded by the welded sheet steel jacket c with a wall thickness of, for example, 25 mm.

In gleicher Weise wie der eigentliche Zylinderkörper sind auch die Innenwandungen der zu den Ventilen führenden Kammern (Zwiebeln) d', d", d ' , d"" mit dicht nebeneinanderliegenden und miteinander verschweißten, von Druckwasser durchströmten Profilrohren besetzt. Mit f' und f" sind die Zylinderdeckel bezeichnet, deren dem Zylinderinneren zugekehrte Flächen in gleicher Weise mit Profilrohren g', g" besetzt sind. Die Abstützung dieser Rohre erfolgt durch eine Anzahl von radial angeordneten Rippen s', s".In the same way as the actual cylinder body are also the inner walls of the leading to the valves chambers (onions) d ', d ", d', d", "occupied by closely adjacent and welded to one another, is flowed through by pressurized water profile tubes. F With 'and f " are the cylinder covers whose surfaces facing the inside of the cylinder are covered in the same way with profile tubes g ', g". These tubes are supported by a number of radially arranged ribs s', s ".

In dem Zylinder bewegt sich der Hohlkolben k von gemäß dem Ausführungsbeispiel trapezförmigem Querschnitt, dessen vorwärtige und rückwärtige Kegelfläche, wie bei i dargestellt, mit ebensolchen Rohren besetzt ist, denen das Hochdruckkühlwasser über die Bohrung 4 der Kolbenstange L und Anschlüsse in zugeführt wird. In dem Hohlkolben befindet sich im Gegensatz zu bekannten Konstruktionen kein Wasser, so daß sich auch ein sehr geringes Gesamtgewicht des Kolbens ergibt. Mit t sind radiale Rippen zur Abstützung der Profilkörper bezeichnet.The hollow piston k moves in the cylinder according to the exemplary embodiment trapezoidal cross-section, its forward and back conical surface, as in i shown, is occupied with the same pipes, which the high-pressure cooling water is supplied via the bore 4 of the piston rod L and connections in. In the hollow piston in contrast to known constructions, there is no water, so that also results in a very low overall weight of the piston. With t are radial ribs referred to to support the profile body.

Der Zylinder ist mittels an seinem Außenmantel c im Mittelteil angeschweißter Längsrippen ra, die gemäß dem Ausführungsbeispiel unter stumpfem Winkel einander zugeordnet sind (vgl. Fig. 2), an den Endflanschen p', p" über zwischengeschaltete kurze Blechschüsse o', ö' befestigt. Durch diese Art der Anbringung der Längsrippen n nur im Mittelteil der Zylinderwand wird die Elastizität der Aufhängung bedeutend erhöht. Diese Konstruktion ist von großer Bedeutung, weil dadurch vermieden wird, daß die infolge der hohen Temperaturen im Zylinderbereich auftretenden Wärmedehnungen ohne Ausgleichelement unmittelbar auf die Flansche übertragen werden. Die Anbringung nur im Mittelteil der Stegen läßt diese in gewissem Umfang federnd den Großteil der Wärmespannungen in sich aufnehmen. Unterstützt wird diese Federwirkung durch die gegenseitige stumpfwinklige Anordnung der Stege.The cylinder is welded to its outer jacket c in the middle part by means of Longitudinal ribs ra, according to the embodiment, each other at an obtuse angle are assigned (see. Fig. 2), at the end flanges p ', p "via interposed short sheet metal shots o ', ö' attached. This way of attaching the longitudinal ribs n only in the central part of the cylinder wall does the elasticity of the suspension become significant elevated. This construction is of great importance because it avoids that the thermal expansions occurring as a result of the high temperatures in the cylinder area can be transferred directly to the flanges without a compensating element. The attachment only in the middle part of the webs does this leave the majority resilient to a certain extent absorb the thermal stresses. This spring action is supported by the mutual obtuse-angled arrangement of the webs.

Durch diese gewissermaßen elastische Aufhängung des Zylinders mittels einzelner längs des Zylinders liegender Lamellen oder Rippen werden, wie bereits eingangs ausgeführt, die durch die Heißkühlung hervorgerufenen Wärmespannungen, ohne die Übertragung der axial zum Zylinder verlaufenden Arbetskräfte zu beeinflussen, in günstigster Weise aufgenommen. Dies ist besonders wichtig, da die Temperatur der heißgekühlten Zylinderwände wesentlich höher liegt als bei den üblichen kaltwassergekühlten Zylindern.' Mit q sind die üblichen Kolbenringe bezeichnet. Zwischen diesen sind ebenfalls von einem Kühlmittel durchflossene Rohre r angeordnet. Durch diese direkte Kühlung der Kolbenringe wird allen denkbaren Krackerscheinungen des Öles bzw. dadurch verursachten Ablagerungen an den Kolbenringen vorgebeugt.By this kind of elastic suspension of the cylinder by means of individual lamellae or ribs lying along the cylinder are, as already stated at the beginning, the thermal stresses caused by the hot cooling, without influencing the transmission of the working forces running axially to the cylinder, recorded in the most favorable way. This is especially important as the temperature the hot-cooled cylinder walls is significantly higher than the usual cold-water-cooled Cylinders. ' The usual piston rings are denoted by q. Between these are tubes r through which a coolant also flows. Through this direct Cooling of the piston rings eliminates all conceivable cracking phenomena of the oil or as a result deposits caused on the piston rings are prevented.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend im einzelnen beschriebene und in den Abbildungen dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern es sind demgegenüber zahlreiche Änderungen möglich, ohne ihren Grundgedanken zu verlassen.Of course, the invention is not limited to the above in detail Embodiment described and shown in the figures is limited, but rather In contrast, numerous changes are possible without changing their basic idea leaving.

Zu den Patentansprüchen 2 bis 9 und 11 wird bemerkt, daß für die Gegenstände dieser Unteransprüche ein von den Gegenständen der Führungsansprüche 1 bzw. 10 losgelöster Schutz nicht begehrt wird.Regarding claims 2 to 9 and 11 it is noted that for the objects These subclaims are detached from the subject matter of management claims 1 and 10, respectively Protection is not sought.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Zylinder für Großverbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkörper aus einer Vielzahl von dicht aneinandergereihten, mit Druckwasser od. dgl. beschickten, vorgefertigten Rohren hergestellt ist, die das Kühlmedium an die Zylinderlauffläche heranführen. PATENT CLAIMS: 1. Cylinder for large internal combustion engines, thereby characterized in that the cylinder body consists of a large number of closely lined up, with pressurized water od bring the cooling medium to the cylinder surface. 2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem aus miteinander verschweißten Profilrohren besteht, die von einem die Innendrücke aufnehmenden Stahlblechmantel umgeben sind. 2. Cylinder according to claim 1, characterized in that the pipe system consists of profile pipes welded together consists, which are surrounded by a sheet steel jacket that absorbs the internal pressures. 3. Zylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche durch eine mittels Auftragsschweißung auf das Rohrsystem aufgebrachte Schicht gebildet ist. 3. Cylinder according to claim 1 or 2, characterized in that the tread through a layer applied to the pipe system by means of build-up welding is. 4. Zylinder nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandungen der zu den Ventilen führenden Kammern in an sich bekannter Weise ganz oder teilweise aus dicht aneinandergereihten, an ein unter Druck stehendes Kühlmedium angeschlossenen Profilrohren bestehen. 4. Cylinder according to claim 1 to 3, characterized in that the inner walls the chambers leading to the valves in a manner known per se, in whole or in part from closely lined up, connected to a pressurized cooling medium Profile tubes exist. 5. Zylinder nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zylinderinnenraum zugekehrte Oberfläche des Zylinderdeckels in an sich bekannter Weise ganz oder teilweise aus aneinandergereihten, an ein unter Druck stehendes Kühlmedium angeschlossenen Profilrohren besteht. 5. Cylinder according to claim 1 to 4, characterized in that that the surface of the cylinder cover facing the cylinder interior in per se known way wholly or partially from strung together, to one under pressure standing cooling medium connected to profile tubes. 6. Zylinder nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mit seinem Außenmantel über elastisch nachgiebige Organe, die die axialen Beanspruchungen auf die Endflansche bzw. den Rahmen übertragen, verbunden ist. 7. Zylinder nach Anspruch 6, dadurch Bekennzeichnet, daß die Tragorgane aus Längsrippen bzw. Lamellen bestehen, die einerseits mit dem Zylindermantel, andererseits mit den Endflanschen verschweißt sind. B. Zylinder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrippen zur Erhöhung der Elastizität der Aufhängung nur in ihrem Mittelteil an die Zylinderwand angeschweißt sind. 9. Zylinder nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Längsrippen unter stumpfem Winkel einander zugeordnet sind. 10. Kolben für Zylinder von Großverbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkörper aus einer Vielzahl von vorgefertigten, dicht aneinandergereihten, an ein unter Druck stehendes Kühlmedium angeschlossenen Profilrohren hergestellt ist. 11. Kolben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die .die Kolbenwandungen bildenden Profilrohre durch radial angeordnete Rippen abgestützt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 451769, 471230, 577 185; österreichische Patentschrift Nr. 95 155; französische Patentschrift Nr. 973 377; USA.-Patentschrift Nr. 2 331554.6. Cylinder according to claim 1 to 5, characterized in that it is connected to its outer jacket via elastically yielding members which transmit the axial loads to the end flanges or the frame. 7. Cylinder according to claim 6, characterized in that the support members consist of longitudinal ribs or lamellae which are welded on the one hand to the cylinder jacket and on the other hand to the end flanges. B. Cylinder according to Claim 6 or 7, characterized in that the longitudinal ribs are welded to the cylinder wall only in their central part to increase the elasticity of the suspension. 9. Cylinder according to claim 6 to 8, characterized in that two longitudinal ribs are assigned to one another at an obtuse angle. 10. Pistons for cylinders of large internal combustion engines, characterized in that the piston body is made from a plurality of prefabricated, closely lined up, connected to a pressurized cooling medium profile tubes. 11. Piston according to claim 10, characterized in that the profile tubes forming the piston walls are supported by radially arranged ribs. Considered publications: German Patent Nos. 451769, 471230, 577 185; Austrian Patent No. 95 155; French Patent No. 973,377; USA. Pat. No. 2,331,554.
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