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Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse und eine Brennkraftmaschine.
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Aus der
WO 2013/190175 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse, einem Zylinderkopf und mindestens einem Zylinder bekannt. Jeder Zylinder der Brennkraftmaschine verfügt über eine Zylinderlaufbuchse, die im Zylinderkurbelgehäuse aufgenommen ist und einen Zylinderkolben des jeweiligen Zylinders führt. Die Zylinderlaufbuchse ist dabei als einstückige Baugruppe ausgeführt, die mit einem oberen Abschnitt aus dem Zylinderkurbelgehäuse herausragt und sich mit dem oberen Abschnitt auf dem Zylinderkurbelgehäuse abstützt, wobei sich der Zylinderkopf an dem aus dem Zylinderkurbelgehäuse herausragenden Abschnitt der Zylinderlaufbuchse anschließt.
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Aus der
DE 10 2011 102 203 A1 ist eine Zylinderlaufbuchse einer Brennkraftmaschine bekannt, die mehrteilig ausgebildet ist, und zwar aus einem Innenteil, welches der Führung des Zylinderkolbens dient, sowie aus einem hülsenartigen Außenteil, welches das Innenteil zumindest abschnittsweise radial außen umgibt. Das Innenteil ist aus einem ersten metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Gusseisenwerkstoff gefertigt, das hülsenartige Außenteil ist aus einem anderen, zweiten metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, gefertigt. Das Außenteil ist auf das Innenteil aufgeschrumpft, alternativ ist das Au-ßenteil mit dem Innenteil vergossen. Nach der
DE 10 2011 102 203 A1 erfolgt die Kühlung der mehrteiligen Zylinderlaufbuchse über einen Kühlmittelraum, der sich außen an das hülsenartige Außenteil anschließt. Damit ist nur eine unzureichende Kühlung der Zylinderlaufbuchse möglich.
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Insbesondere bei mit hohen Temperaturen beanspruchten Zylinderlaufbuchsen, wie sie beispielsweise bei Großbrennkraftmaschinen wie Schiffsdieselbrennkraftmaschinen zum Einsatz kommen, ist die aus dem Stand der Technik bekannte Kühlung mehrteiliger Zylinderlaufbuchsen unzureichend.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Zylinderlaufbuchse und eine neuartige Brennkraftmaschine zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist in das Außenteil mindestens ein Kühlmittelzuführkanal und mindestens ein Kühlmittelabführkanal eingebracht, wobei über den oder jeden Kühlmittelzuführkanal einer zwischen dem Innenteil und dem Außenteil ausgebildeten Trennfuge Kühlmittel zuführbar ist, und wobei über den oder jeden Kühlmittelabführkanal das Kühlmittel von der Trennfuge zuführbar ist. Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse kann effektiv gekühlt werden. In das hülsenartige Außenteil sind mindestens ein Kühlmittelzuführkanal und mindestens ein Kühlmittelabführkanal eingebracht. Dadurch kann eine Trennfuge zwischen dem Außenteil und dem Innenteil der Zylinderlaufbuchse zur Kühlung mit Kühlmittel versorgt werden. Wärme wird unmittelbar vom Innenteil abgeführt, also dort, wo die Wärme entsteht und wo die höchste Temperaturbelastung an der Zylinderlaufbuchse vorliegt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der oder jeder Kühlmittelzuführkanal in Axialrichtung von dem oder jedem Kühlmittelabführkanal beabstandet. Der axiale Abstand zwischen dem oder jedem Kühlmittelzuführkanal und dem oder jedem Kühlmittelabführkanal definiert die axiale Länge der mit Kühlmittel versorgbaren Trennfuge zwischen Außenteil und Innenteil und damit denjenigen Axialabschnitt des Innenteils, der über das der Trennfuge zugeführte Kühlmittel unmittelbar gekühlt wird. Hiermit ist eine besonders effektive Kühlung einer Zylinderlaufbuchse möglich.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstrecken sich der oder jeder Kühlmittelzuführkanal und/oder der oder jeder Kühlmittelabführkanal in Radialrichtung. So kann das Kühlmittel effektiv der zu kühlenden Trennfuge zugeführt und effektiv von derselben abgeführt werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Außenteil eine geringe axiale Länge als das Innenteil auf, sodass das Außenteil das Innenteil ausschließlich an einem axialen Ende umgibt. In einem vom Zylinderkopf abgewandten Ende muss das Außenteil das Innenteil nicht umgeben. Hierdurch können Gewicht und Kosten reduziert werden.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 5 definiert.
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Vorzugweise weist das Außenteil der Zylinderlaufbuchse einen Absatz auf, der sich an einem Absatz des Zylinderkurbelgehäuses oder an einem Absatz eines Mantelgehäuses abstützt, wobei das Innenteil der Zylinderlaufbuchse zusammen mit dem Außenteil der Zylinderlaufbuchse eine Nut zur Aufnahme einer Dichtung definiert, welche die Zylinderlaufbuchse gegenüber dem Zylinderkopf abdichtet und welche gegenüber dem Absatz nach radial innen versetzt ist. Biegespannungen, die infolge des radialen Versatzes zwischen der die Dichtung aufnehmende Nut und dem der Abstützung der Zylinderlaufbuchse dienenden Absatz der Zylinderlaufbuchse entstehen und auf die Zylinderlaufbuchse einwirken, wirken auf das Außenteil derselben ein, müssen also nicht vom Innenteil abgefangen werden. Dies ist zur Verlängerung der Lebensdauer besonders bevorzugt.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1: einen Querschnitt durch ein Detail einer ersten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse eines Zylinders;
- 2: einen Querschnitt durch ein Detail einer zweiten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse eines Zylinders;
- 3: einen Querschnitt durch ein Detail einer dritten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse eines Zylinders; und
- 4: einen Querschnitt durch ein Detail einer vierten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich einer alternativen erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse eines Zylinders.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder sowie eine Zylinderlaufbuchse für einen Zylinder einer solchen Brennkraftmaschine.
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Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine handelt es sich insbesondere um eine Großbrennkraftmaschine, so zum Beispiel um eine Schiffsdieselbrennkraftmaschine, in welcher beispielsweise als Kraftstoff Schweröl oder Rückstandsöl verbrannt wird. Bei solchen Brennkraftmaschinen unterliegen die Zylinderlaufbuchsen insbesondere hohen thermischen Belastungen. Ferner sind die Zylinderlaufbuchsen solcher Brennkraftmaschinen hohen Zylinderdrücken ausgesetzt. Großmotoren bzw. Großbrennkraftmaschinen weisen typischerweise Zylinder mit einem Kolbendurchmesser von mehr als 140 mm, insbesondere von mehr als 175 mm, auf.
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Der grundsätzliche Aufbau einer Brennkraftmaschine ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig und bedarf an sich keiner näheren Erläuterung.
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Der Vollständigkeit halber wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass eine Brennkraftmaschine ein Zylinderkurbelgehäuse umfasst, welches eine Kurbelwelle aufnimmt. Das Zylinderkurbelgehäuse nimmt für jeden Zylinder eine Zylinderlaufbuchse auf, die einen Zylinderkolben des jeweiligen Zylinders führt. Ferner weist eine solche Brennkraftmaschine einen Zylinderkopf auf, der sich an das Zylinderkurbelgehäuse bzw. die Zylinderlaufbuchsen anschließt.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich eines Zylinderkurbelgehäuses 1 sowie eine in einer Ausnehmung 2 des Zylinderkurbelgehäuses 1 aufgenommene Zylinderlaufbuchse 3 für einen Zylinderkolben eines Zylinders.
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Die Zylinderlaufbuchse 3 verfügt über ein Innenteil 4 zur Führung des Zylinderkolbens des jeweiligen Zylinders, wobei das Innenteil aus einem ersten metallischen Werkstoff gefertigt ist. Bei diesem ersten metallischen Werkstoff handelt es sich vorzugsweise um einen Gusseisenwerkstoff bzw. Graugusswerkstoff, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und bei minimierter Reibung verschleißfest ist.
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Ferner weist die Zylinderlaufbuchse 3 ein hülsenartiges Außenteil 5 auf, welches aus einem zweiten metallischen Werkstoff gefertigt ist und das Innenteil 4 radial außen zumindest abschnittsweise umgibt. Beim zweiten metallischen Werkstoff des hülsenartigen Außenteils 4 handelt es sich insbesondere um einen Stahlwerkstoff, der eine hohe mechanische Festigkeit aufweist.
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In das Außenteil 5 der Zylinderlaufbuchse 3 sind mindestens ein Kühlmittelzuführkanal 6 und mindestens ein Kühlmittelabführkanal 7 eingebracht. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind über den Umfang des Außenteils 5 der Zylinderlaufbuchse 3 verteilt mehrere Kühlmittelzuführkanäle 6 und mehrere Kühlmittelabführkanäle 7 eingebracht.
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Über die Kühlmittelzuführkanäle 6, die sich im gezeigten Ausführungsbeispiel in Radialrichtung erstrecken, kann Kühlmittel einer zwischen dem Innenteil 4 und dem Außenteil 5 ausgebildeten Trennfuge 8 zugeführt werden. Über die Kühlmittelabführkanäle 7 kann das Kühlmittel von der Trennfuge 8 abgeführt werden, wobei sich die Kühlmittelabführkanäle 7 im Wesentlichen in Radialrichtung erstrecken und gegenüber der Radialrichtung geneigt sein können, nämlich derart, dass radial innen die Kühlmittelabführkanäle 7 einen größeren Abstand von den Kühlmittelzuführkanälen 6 aufweisen als radial außen.
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Den Kühlmittelzuführkanälen 6 des Außenteils 5 der Zylinderlaufbuchse 3 kann das Kühlmittel ausgehend von einem Versorgungskanal 9 des Zylinderkurbelgehäuses 1 zugeführt werden. Der Versorgungskanal 9 ist an einer Umfangsposition ausgebildet, wobei eine in das Außenteil 5 der Zylinderlaufbuchse 3 eingebrachte Umfangsnut 10 das Kühlmittel rings um die Zylinderlaufbuchse 3 verteilt, sodass über alle über den Umfang verteilte Kühlmittelzuführkanäle 6 das von dem Versorgungskanal 9 des Zylinderkurbelgehäuses 1 bereitgestellte Kühlmittel der Trennfuge 8 zwischen Außenteil 5 und Innenteil 4 der Zylinderlaufbuchse 3 bereitgestellt werden kann.
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Das über die Kühlmittelabführkanäle 7 von der Trennfuge 8 abgeführte Kühlmittel kann über einen Spalt 11 zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse 1 und einem oberen Ende des Außenteils 5 der Zylinderlaufbuchse 3 abgeführt werden.
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Wie 1 entnommen werden kann, ist oder sind in eine innere Wand des Außenteils 5 der Zylinderlaufbuchse 3, die an eine äußere Wand des Innenteils 4 der Zylinderlaufbuchse 3 angrenzt, in demjenigen Bereich, in welchem die Kühlmittelzuführkanäle 6 und die Kühlmittelabführkanäle 7 in die radial innere Wand des Außenteils 5 münden, eine oder mehrere am Umfang verteilte Nuten, wie z. Bsp. Nut 12 oder 13, eingebracht, um die Führung des Kühlmittels im Bereich der Trennfuge 8 zu verbessern.
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Wie 1 entnommen werden kann, weisen die Kühlmittelzuführkanäle 6 und die Abführkanäle 7 einen axialen Abstand X auf, wobei der axiale Abstand X der 1 demjenigen Abstand der Mündungsöffnungen der Kühlmittelzuführkanäle 6 und der Kühlmittelabführkanäle 7 im Bereich der radial inneren Wand des Außenteils 5 der Zylinderlaufbuchse 3 entspricht. Dieser Abstand X bestimmt denjenigen Axialabschnitt des Innenteils 4 der Zylinderlaufbuchse 3, der über das Kühlmittel, welches über die Trennfuge 8 zwischen Außenteil 5 und Innenteil 4 geführt wird, unmittelbar gekühlt werden kann.
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Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel nimmt das Zylinderkurbelgehäuse 1 die Zylinderlaufbuchse 3 vollständig auf, wobei das Zylinderkurbelgehäuse 1 einen Absatz 14 aufweist, an welchem sich die Zylinderlaufbuchse 3 mit einem Absatz 21 abstützt, nämlich mit einem Absatz 21 des Außenteils 5 der Zylinderlaufbuchse 3. Gemäß 1 definieren das Innenteil 4 und das Außenteil 5 der Zylinderlaufbuchse 3 gemeinsam eine Nut 15 zur Aufnahme einer Dichtung 16, die der Abdichtung der Zylinderlaufbuchse 3 gegenüber dem nicht gezeigten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine dient. Der Zylinderkopf wird dabei vorzugsweise an dem Außenteil 5 der Zylinderlaufbuchse 3 zentriert. Gemäß 1 ist die an einem dem Zylinderkopf zugewandten Ende der Zylinderlaufbuchse 3 vom Innenteil 4 und vom Außenteil 5 derselben begrenzte Nut 15 beispielhaft radial nach innen gegenüber dem Absatz 21, über welchen sich das Außenteil 5 der Zylinderlaufbuchse 3 am Zylinderkurbelgehäuse 1 abstützt, versetzt. Durch diesen radialen Versatz zwischen der Nut 15 und dem Absatz 21 werden Biegespannungen erzeugt, die bei der erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse 1 vom Außenteil 5 abgefangen werden, also von dem Teil der Zylinderlaufbuchse 3, welcher aus dem zweiten metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, mit entsprechend hoher mechanischer Festigkeit gefertigt ist. Das Innenteil 4, welches aus dem ersten metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus dem Graugusswerkstoff, gefertigt ist, muss diese Biegespannungen nicht aufnehmen.
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1 kann weiterhin entnommen werden, dass in das Innenteil 4 der Zylinderlaufbuchse 3 an dem einen nicht gezeigten Zylinderkopf zugewandten Ende ein Flammring 17 eingesetzt ist.
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Einen Ausschnitt aus einer zweiten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbuchse 3 zeigt 2, wobei sich das Ausführungsbeispiel der 3 vom Ausführungsbeispiel der 1 im Wesentlichen lediglich dadurch unterscheidet, dass im Ausführungsbeispiel der 2 das Zylinderkurbelgehäuse 1 die Zylinderlaufbuchse 3 nicht vollständig aufnimmt, sondern lediglich einen vom nicht gezeigten Zylinderkopf abgewandten Abschnitt.
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Der dem Zylinderkopf zugewandte Abschnitt der Zylinderlaufbuchse 3 ragt aus dem Zylinderkurbelgehäuse 1 heraus und ist an einem Stützring bzw. Mantelgehäuse 18 aufgenommen, welches mit dem Zylinderkurbelgehäuse 1 verbunden ist. Demnach stützt sich das Außenteil 5 der Zylinderlaufbuchse 3 mit seinem Absatz 21 an einem Absatz 14' des Mantelgehäuses 18 und nicht an dem Absatz 14 des Zylinderkurbelgehäuses 1 ab. Der Spalt 11', über welchen das Kühlmittel abgeführt werden kann, ist demnach zwischen dem Mantelgehäuse 18 und dem Außenteil 5 der Zylinderlaufbuchse 3 ausgebildet. Die Zylinderlaufbuchse 3 des Ausführungsbeispiels der 2 stimmt mit der Zylinderlaufbuchse 3 des Ausführungsbeispiels der 1 identisch überein, sodass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden und auf die Ausführungen zum Ausführungsbeispiel der 1 verwiesen wird. Der Zuführkanal, über welchen Kühlmittel den Kühlmittelzuführleitungen 6 des Außenteils 5 der Zylinderlaufbuchse 3 zugeführt werden kann, ist im Ausführungsbeispiel der 2 in das Mantelgehäuse 18 eingebracht und nicht in das Zylinderkurbelgehäuse 1. In 2 ist in das Zylinderkurbelgehäuse 1 eine Umfangsnut 19 eingebracht, die das Außenteil 5 der Zylinderkurbelgehäuse 3 an einem Abschnitt umgibt, der in das Zylinderkurbelgehäuse 1 hineinragt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zeigt 3, wobei die Zylinderlaufbuchse 3 des Ausführungsbeispiels der 3 mit den Zylinderlaufbuchsen 3 der Ausführungsbeispiele der 1 und 2 übereinstimmt, sodass auch hier wiederum für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Das Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1 wiederum dadurch, dass die Zylinderlaufbuchse 3 nur abschnittsweise in das Zylinderkurbelgehäuse 1 hineinragt und mit einem dem nicht gezeigten Zylinderkopf zugewandten Ende aus dem Zylinderkurbelgehäuse 1 herausragt, wobei dieses aus dem Zylinderkurbelgehäuse 1 herausragende Ende der Zylinderlaufbuchse 3 radial außen von einem Mantelrohr 20 umgeben ist. An diesem Mantelrohr 20 greift an einer Umfangsposition ein Zuführkanal 9' für Kühlmittel an, über welches das Kühlmittel den Kühlmittelzulaufkanälen 6 des Außenteils 5 der Zylinderlaufbuchse 3 zugeführt werden kann.
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Der Spalt 11" zur Abführung des Kühlmittels ist dann in 3 zwischen dem Außenteil 5 der Zylinderlaufbuchse 3 und dem Mantelrohr 20 ausgebildet, wobei das Kühlmittel, welches über die Kühlmittelzuführkanäle 6 in Richtung auf die Trennfuge 8 zwischen Innenteil 4 und Außenteil 5 der Zylinderlaufbuchse 3 strömt, über die Kühlmittelabführkanäle 7 des Außenteils 5 in Richtung auf den Spalt 11" abgeleitet werden kann.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 stützt sich die Zylinderlaufbuchse 3 über ihrem Absatz 21 dem einem aus dem Zylinderkurbelgehäuse 1 herausragenden Abschnitt an einem Absatz 14" des Zylinderkurbelgehäuses 1 ab, ebenso wie das Mantelrohr 20.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt 4, wobei das Ausführungsbeispiel der 4 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 3 ist, in welchem das aus dem Zylinderkurbelgehäuse 1 herausragende Ende der Zylinderlaufbuchse 3 von dem Mantelrohr 20 radial außen umgeben ist.
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Das Ausführungsbeispiel der 4 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 3 lediglich dadurch, dass in 4 das Außenteil 5 der Zylinderlaufbuchse 3 das Innenteil 4 der Zylinderlaufbuchse 3 nicht über die gesamte axiale Länge radial außen umgibt, sondern lediglich an einem dem nicht gezeigten Zylinderkopf zugewandten Ende. An einem vom Zylinderkopf abgewandten Ende ist das Innenteil 4 der Zylinderlaufbuchse 3 in 3 nicht vom Außenteil 5 umgeben. Hierdurch können Kosten und Gewicht eingespart werden. Dies kann auch bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 genutzt werden.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung können Zylinderlaufbuchsen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Großbrennkraftmaschinen wie Schiffsdieselbrennkraftmaschinen, effektiv gekühlt werden. Insbesondere kann dies dazu genutzt werden, kürzere Zylinderabstände zu gewährleisten und so den Bauraumbedarf solcher Brennkraftmaschinen zu reduzieren und das Gewicht derselben zu verringern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkurbelgehäuse
- 2
- Ausnehmung
- 3
- Laufbuchse
- 4
- Innenteil
- 5
- Außenteil
- 6
- Kühlmittelzuführkanal
- 7
- Kühlmittelabführkanal
- 8
- Trennfuge
- 9, 9'
- Versorgungskanal
- 10
- Umfangsnut
- 11, 11', 11"
- Spalt
- 12
- Nut
- 13
- Nut
- 14, 14', 14"
- Absatz
- 15
- Nut
- 16
- Dichtung
- 17
- Flammring
- 18
- Mantelgehäuse
- 19
- Umfangsnut
- 20
- Mantelrohr
- 21
- Absatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013/190175 A1 [0002]
- DE 102011102203 A1 [0003]
