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Die
Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere
einen Großdieselmotor, mit
wenigstens einem Zylinder, der eine einen zugeordneten Kolben aufnehmende
Zylinderbüchse
enthält,
die an ihrem oberen Ende mit einem Radialflansch versehen ist und
zusammen mit einem sie mit radialem Abstand umfassenden, am Radialflansch anliegenden
Kühlmantel
einen mit einem Kühlmittel beaufschlagbaren
Ringraum begrenzt, der im unteren Bereich mit wenigstens einem Kühlmittelzugang und
im oberen Bereich mit wenigstens einem Kühlmittelausgang versehen ist,
wobei der Ringraum durch eine seine lichte Weite überbrückende,
unterhalb des Kühlmittelausgangs
positionierte, einen Ring enthaltende Verengung in eine untere,
den Kühlmittelzugang
enthaltende Kammer und eine obere, den Kühlmittelausgang enthaltende
Kammer unterteilt ist und wobei der Ring mit über seinen Umfang verteilten
Strömungspassagen
für das
Kühlmittel
versehen ist, deren radial innere Begrenzung zumindest im oberen
Bereich des Rings die Zylinderbüchse
ist und die zumindest austrittsseitig einen gegenüber der
Fläche
der Verengung minimalen Gesamtquerschnitt aufweisen.
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Eine
Anordnung dieser Art ist aus der US-A 5 150 668 bekannt. Bei dieser
bekannten Anordnung ist der Ringraum zwischen Zylinderbüchse und
Kühlmantel
durch einen nach radial innen vorspringenden, kühlmantelseitigen Bund unterteilt,
an dessen der Zylinderbüchse
zugewandte Fläche
ein vergleichsweise dünner,
die Strömungspassagen
enthaltender Ring angebracht ist, der den Bund in axialer Richtung überragt
und die oberhalb des Bunds sich befindende Kammer bis auf einen
kleinen, durch die obere Stirnseite des Rings und eine obere, radial innere
Verdickung des Kühlmantels
begrenzten Strömungsquerschnitt
abdeckt. Das die Strömungspassagen
durchströmende
Kühlmittel
führt zwar
zu einer Intensivierung der Kühlung
des thermisch besonders gefährdeten,
oberen Bereichs der Zylinderbüchse. Die
bekannte Anordnung erfordert jedoch eine besondere Gestaltung des
Kühlmantels
mit einem den Ringraum unterteilenden Bund. Ein nachträglicher Einbau
der bekannten Anordnung in bestehende Motoren würde daher zu einem sehr großen Aufwand führen. Außerdem sind
der Bund und der hieran angebrachte Ring fest angeordnet und in
der Höhe
nicht verstellbar. Eine Höhenverstellung
des Rings würde hier
zu einer Veränderung
des der oberen Kammer zugeordneten Zuströmquerschnitts führen. Eine
individuelle Anpassung der Höhenlage
des Rings an die Verhältnisse
des Einzelfalls zur Optimierung der Kühlwirkung ist daher nicht möglich.
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Die
FR-PS 588 331 zeigt einen Motor, bei dem der Ringraum zwischen der
Zylinderbüchse
und dem Kühlmantel
durch einen die lichte Weite des Ringraums überbrückenden Zwischenring in eine
untere und eine obere Kammer unterteilt ist. Die über den Umfang
des Zwischenrings verteilten Strömungspassagen
besitzen jedoch einen vergleichsweise großen Querschnitt, was ungünstig für die erzielbare
Kühlwirkung
ist. Der genannte Zwischenring liegt hier mit einem radial äußeren Flansch
auf einer radial inneren Schulter des Kühlmantels auf. Auch hier liegen
daher eine stationäre
Ringanordnung sowie eine besondere, einem einfachen nachträglichen
Einbau entgegenstehende Gestaltung des Kühlmantels vor.
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Hiervon
ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
einfachen nachträglichen
Einbau des die Kühlwirkung
verbessernden Rings zu gewährleisten
sowie eine Optimierung der Kühlwirkung
zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Ring als die lichte Weite des Ringraums überbrückender
Zwischenring ausgebildet ist, der in der Höhe einstellbar ist.
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Oberhalb
des Zwischenrings ergibt sich eine vergleichsweise große, obere
Kammer. Das in den Strömungspassagen,
die hier praktisch als Düsen fungieren
können,
stark beschleunigte Kühlmittel
tritt in Form von eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Kühlmittelstrahlen
in die obere Kammer ein, in der sich somit eine wandnahe, vergleichsweise schnelle
Kühlmittelströmung und
damit eine gute Wärmeabfuhr
ergeben. Gleichzeitig ist in der oberen Kammer vergleichsweise viel
Kühlmittel
vorhanden, das Wärme
aufnehmen kann. Hiermit lässt
sich daher ein vergleichsweise breiter, gut gekühlter Bereich der Zylinderbüchse erreichen.
Die Einstellbarkeit der Höhenlage
des Zwischenrings stellt zudem sicher, dass dieser exakt in eine
für eine
optimale Bespülung des
thermisch besonders gefährdeten
Bereichs und damit für
eine optimale Kühlung
geeignete Position gebracht werden kann. Ein weiterer Vorteil der
erfindungsgemäßen Maßnahmen
ist darin zu sehen, dass der Zwischenring praktisch ohne konstruktive Änderung
der Zylinderkonfiguration zur Anwendung kommen kann. Es ist daher
in vorteilhafter Weise möglich,
den Zwischenring bei bereits bestehenden Anordnungen nachträglich einzubauen
und so die Kühlung
der hinsichtlich der Wärmebeaufschlagung
besonders gefährdeten
Zone zu verbessern.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten
Maßnahmen sind
in den Unteransprüchen
angegeben. So kann der Zwischenring zweckmäßig im Bereich der Höhenlage
des obersten Kolbenrings des Kolbens in dessen oberer Totpunktstellung
angeordnet sein. Hierdurch ist sichergestellt, dass der intensiv
gekühlte
Bereich exakt dem thermisch besonders beanspruchten Bereich zugeordnet
ist.
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Vorteilhaft
können
die Zylinderbüchse
zumindest im dem Zwischenring zugeordneten Bereich einen nach unten
konisch sich erweiternden Außenumfang
und der Zwischenring einen entsprechenden Innenumfang aufweisen.
Hierdurch lässt
sich ein zuverlässiger
Sitz des Zwischenrings mit einer zuverlässigen Abstützung in radialer und axial
nach unten gehender Richtung erreichen. Der Zwischenring muss daher
nur noch oben abgestützt
werden. Hierzu können
vorteilhaft am Flansch der Zylinderbüchse zur Anlage bringbare,
einstellbare Abstandshalter vorgesehen sein. Diese ermöglichen
die Einstellung einer optimalen Position.
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Eine
weitere zweckmäßige Maßnahme kann dabei
darin bestehen, dass der Durchmesser des Zwischenrings veränderbar
ist. Dies ermöglicht
in vorteilhafter Weise auch in Verbindung mit einem konischen Sitz
des Zwischenrings eine axiale Einstellbarkeit.
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Gemäß einer
weiteren Fortbildung der übergeordneten
Maßnahmen
kann der Zwischenring aus mehreren Segmenten bestehen, die vorzugsweise federnd
miteinander verbindbar sind. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise
eine einfache Montage und Einstellbarkeit des Zwischenrings. Alternativ
kann der Zwischenring nach Art eines dehnbaren Kolbenrings ausgebildet
sein.
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Bei
mehrteiliger Ausführung
des Zwischenrings kann zwischen den einander jeweils zugewandten
Enden der Segmente jeweils eine Verbindungsplatte aufgenommen sein,
die über
die Ober- und Unterseite der Segmente vorspringt und mit dort vorgesehenen
Flanschen der Segmente verschraubbar ist. Hierbei ergibt sich eine
hohe Stabilität
des Zwischenrings. Dennoch ist eine Dehnung möglich, da die Verbindungsplatte
als Feder fungieren kann. Außerdem ist
es möglich,
durch Variation der Dicke der Verbindungsplatte den Durchmesser
des Zwischenrings zu verändern.
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Eine
weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin
bestehen, dass der kleinste Querschnitt der Strömungspassagen eine lichte Weite
von mindestens 1,0–1,5
mm aufweist. Auf diese Weise lassen sich Verstopfungen durch von
der Kühlflüssigkeit
mitgeführte
Verunreinigungen zuverlässig
vermeiden.
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In
weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen
ist der kleinste Querschnitt der Strömungspassagen so gewählt, dass
sich eine Strömungsgeschwindigkeit
von mindestens 3 m pro Sekunde ergibt. Die Erfahrung hat gezeigt,
dass sich hiermit eine besonders gute Düsenwirkung und damit eine besonders
zuverlässige
Kühlung
der gefährdeten
Zone erreichen lässt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen
sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der
nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
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In
der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigt:
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1 einen Schnitt durch einen
oberen Bereich eines Zylinders eines Zweitakt-Großdieselmotors,
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2 eine Draufsicht auf den
Zwischenring der Anordnung gemäß 1,
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3 eine Seitenansicht der
Anordnung gemäß 2,
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4 die Einzelheit A von 3 in vergrößerter Darstellung
und
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5 eine perspektivische Ansicht
eines Segments des Zwischenrings mit durch Bohrungen gebildeten
Strömungspassagen.
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Hauptanwendungsgebiet
der Erfindung sind Großmotoren,
insbesondere Zweittakt-Großdieselmotoren,
wie sie z.B. als Schiffsantriebe etc. Verwendung finden. Derartige
Motoren besitzen in der Regel mehre, in Reihe angeordnete Zylinder,
von denen in 1 lediglich
einer teilweise dargesetellt ist. Der der 1 zugrundeliegende Zylinder 1 enthält eine Zylinderbüchse 2,
in der ein in an sich bekannter Weise mit einer nicht dargestellten
Kurbelwelle zusammenwirkender Kolben 3 angeordnet ist,
der zusammen mit einem auf der Zylinderbüchse 2 aufgenommenen Zylinderdeckel 4 einen
Brennraum 5 begrenzt. Der Kolben 3 ist mit am
Innenumfang der Zylinderbüchse 2 anliegenden
Kolbenringen 6 versehen.
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Die
Zylinderbüchse 2 besitzt
einen an ihr oberes Ende anschließenden Radialflansch 7,
an dessen äußerem Umfang
ein die Zylinderbüchse 2 mit
radialem Abstand umfassender Kühlmantel 8 mit seinem
oberen Ende anliegt. Der Kühlmantel 8 ist hierzu
mit einer axialen Anlagefläche
versehen, die mit einer parallelen Gegenfläche 9 des Radialflansches 7 zusammenwirkt
und an der ein flanschseitig vorgesehener, der Gegenfläche 9 vorgeordneter, elastischer
Dichtring 10 anliegt. Durch den Kühlmantel 8 wird ein
die Zylinderbüchse 2 umgebender
Ringraum 11 begrenzt, der zwecks Kühlung der Zylinderbüchse 2 mit
Kühlflüssigkeit
beaufschlagt wird. Diese wird, wie durch einen Pfeil angedeutet
ist über
einen im unteren Bereich des Ringraums vorgesehenen Kühlmittelzugang 12 zugeführt und über eine
im Bereich des oberen Ende des Ringraums 11 angeordnete
Kühlmittelzugang 13 abgeführt. Diese
besitzt einen gegenüber
dem Querschnitt des Ringraums 11 vergleichsweise kleinen
Querschnitt, so dass sich innerhalb des Ringraums 11 eine
vergleichsweise geringe Durchsatzgeschwindigkeit des Kühlmittels
ergibt.
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Im
Betrieb des Motors ergibt sich oberhalb des obersten Kolbenrings 6 in
der oberen Totpunktstellung des Kolbens 3 die höchste Temperaturbelastung
der Zylinderbüchse 2.
Diese gefährdete
Zone 14 muss daher besonders gut gekühlt werden. Hierzu wird im
Bereich der der gefährdeten
Zone 14 zugeordneten Außenseite der Zylinderbüchse 2 eine
vergleichsweise schnelle, wandnahme Strömung der Kühlflüssigkeit erzeugt. Um dies zu
erreichen ist im Ringraum 11 ein dessen lichte Weite überbrückender,
direkt unterhalb der Ausgangsöffnung 13 positionierter
Zwischenring 15 angeordnet. Dieser unterteilt den Ringraum 11 in
eine untere, den Kühlmittelzugang 12 enthaltende
Kammer 11a und eine obere, die Kühlmittelausgang 13 enthaltende
Kammer 11b und ist mit im Bereich seines inneren Rands
vorgesehenen, gleichmäßig über seinen
Umfang verteilten die beiden Kammern 11a, b verbindenden
Strömungspassagen 16 versehen,
deren Gesamtquerschnitt gegenüber
der Ringfläche
vergleichsweise klein ist.
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Der
Zwischenring 15 liegt mit seinem inneren Umfang an der
Zylinderbüchse 2 an
und wirkt mit seinem äußeren Umfang ähnlich wie
der Radialflansch 7 mit dem Kühlmantel 8 zusammen.
Dementsprechend ist ein ringseitig vorgesehener, umlaufender, elastischer
Dichtring 17 vorgesehen, der an einer zugeordneten, axialen
Fläche
des Kühlmantels 8 anliegt,
die gleichzeitig mit einer dem Dichtring 17 nachgeordneten
Gegenfläche 18 des
Zwischenrings 15 zusammenwirkt. Der innere Umfangsbereich
des Zwischenrings 15 liegt am Außenumfang der Zylinderbüchse 2 an,
so dass sich eine innere und äußere radiale
Abstützung
des Zwischenrings 15 ergibt.
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Im
dargestellten Beispiel besitzt die Zylinderbüchse 2 eine nach unten
konisch sich erweiternde Außenkontur.
Der Zwischenring 15 besitzt eine entsprechende Innenkontur,
so dass sich eine sitzartige Anlage ergibt, die eine unerwünschte,
nach unten gerichtete Bewegung des Zwischenrings 15 verhindert.
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Der
Zwischenring 15 ist so positioniert, dass er sich im Bereich
der Höhenlage
des obersten Kolbenrings 6 des Kolbens 3 in dessen
oberer Totpunkt-Stellung befindet. Die exakte Höhenlage des Zwischenrings und
dementsprechend seine Distanz vom Radialflansch 7 ist zweckmäßig einstellbar.
Hierzu sind im dargestellten Beispiel verstellbare Abstandshalter 19 vorgesehen,
durch welche der Zwischenring 15 am ihn übergreifenden Radialflansch 7 abstützbar ist.
Dabei kann es sich um den. Zwischenring 15 durchgreifende
Stellschrauben handeln, denen jeweils eine Spannmutter zugeordnet
ist. Durch die Abstandshalter 19 wird der Zwischenring 15 entgegen
der von der Kühlflüssigkeit
auf ihn ausgeübten,
nach oben gerichteten Kraft abgestützt. Zweckmäßig sind über dem Umfang des Zwischenrings 15 mehrere,
gleichmäßig verteilte Abstandshalter 19 vorgesehen.
Im dargestellten Beispiel sind, wie den 2 und 3 entnehmbar
ist, vier Abstandshalter 19 vorgesehen. Bei konischer Ausbildung
der Außenseite
der Zylinderbüchse 2 und
Innenseite des Zwischenrings 15 erfordert die axiale Einstellbarkeit
des Zwischenrings 15 selbstverständlich eine entsprechende Variation
des Ringdurchmessers.
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Die
Strömungspassagen 16 sind
so angeordnet, dass ihre radial innere Begrenzung zumindest im oberen
Bereich des Zwischenrings 15 durch die Zylinderbüchse 2 gebildet
wird. Der Gesamtquerschnitt der Strömungspassage 16 ist,
wie oben schon angedeutet wurde, gegenüber der Fläche des Zwischenrings 15 und
dementsprechend gegenüber
der diesem zugeordneten Querschnittsfläche des Ringsraums 11 minimal.
Die Strömungspassagen 16 fungieren
dementsprechend als Düsen,
in denen die durchtretende Kühlflüssigkeit
stark beschleunigt wird. Die Strömungspassagen 16 bewirken
dementsprechend oberhalb des Zwischenrings 15 eine an der
der gefährdeten
Zone 14 zugeordneten Außenseite der Zylinderbüchse 2 wandnah
mit hoher Geschwindigkeit entlangströmende, in 1 durch einen Strömungspfeil 20 angedeutete
Kühlflüssigkeitsströmung.
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Der
Eckbereich zwischen Zylinderbüchse 2 und
Radialflansch 7, d.h. die obere innere Ecke der Kammer 11b ist
abgerundet und bildet dementsprechend eine bogenförmige Umlenkung
der genannten Strömung.
Auf diese Weise ergeben sich durch eine unterbrochene Strömungslinie 21 angedeutete
Turbulenzen. Insgesamt ergeben sich infolge der wandnahen, turbulenten
Strömung
ein guter Wärmeübergang
von der Zylinderbüchse 2 auf
die Kühlflüssigkeit und
damit ein zuverlässiger
Wärmeabtransport.
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Die
Summe der lichten Querschnitte aller Strömungspassagen 16 ist
so bemessen, dass die Düsenwirkung
der Strömungspassagen 16 zu
einer Geschwindigkeit der austretenden Strahlen von mindestens 3
m/sec führt.
Dies ergibt, wie Versuche gezeigt haben, eine ausgezeichnete Kühlung der
gefährdeten
Zone 14. Die lichte Weite der Strömungspassagen 16 beträgt mindestens
1,0–1,5
mm. Vielfach ist 1,5 mm zweckmäßig. Hierdurch
werden Verstopfungen der Strömungspassagen
durch von der Kühlflüssigkeit
mitgeführte
Verunreinigungen vermieden. Dennoch bleibt es bei der gewünschten
Düsenwirkung.
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Die
Strömungspassagen 16 können, wie
aus 2 ersichtlich ist,
als im Bereich des Innenumfangs des Zwischenrings 15 vorgesehene,
gleichmäßig über
den Umfang verteilte, nach innen offene Nuten 22 ausgebildet
sein, die über
die Höhe
des Zwischenrings 15 durchgehen. In diesem Fall sind die Strömungspassagen 16 auf
ihrer ganzen Länge
innen durch die Zylinderbüchse 2 begrenzt.
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Eine
alternative Ausbildung der Strömungspassagen 16 ist
aus 5 entnehmbar. Hierbei
ist der Zwischenring 15 mit gleichmäßig über seinen Umfang verteilten,
von unten nach oben schräg
nach radial innen geneigten Bohrungen 23 versehen. Diese
sind so nach innen geneigt, dass sie im Bereich des Innenumfangs
des Zwischenrings 15 aus diesem austreten und die Oberseite
des Zwischenrings 15 nur geringfügig anschneiden, so dass sich
dort nur kleine Randausnehmungen 24 ergeben, die bei montiertem
Zwischenring 15 von der Zylinderbüchse nicht abgedeckt werden
und dementsprechend die Düsenöffnungen
der Strömungspassagen 16 bilden. Das
untere Ende der Bohrungen 23 liegt im Bereich der hier
von innen nach radial außen
ansteigenden Unterseite des Zwischenrings 15. Die Bohrungen 23 sind
einfach herstellbar. Gleichzeitig ergibt sich hierbei eine vergleichsweise
große
Eingangsöffnung
und eine vergleichsweise kleine Ausgangsöffnung der Strömungspassagen
und damit eine gute Düsenwirkung.
Infolge der Neigung der Bohrungen 23 ergibt sich außerdem eine
direkte Wandbeaufschlagung der der gefährdeten Zone 14 zugeordneten
Außenseite
der Zylinderbüchse 2.
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Zur
Bewerkstelligung einer Rotation der Strömung in Umfangsrichtung der
Zylinderbüchse 2 können die
Nuten 22 bzw. Bohrungen 23 gegenüber der
Zylinderachse in Umfangsrichtung geneigt sein. In den dargestellten
Beispielen ist dies nicht der Fall. Hier verlaufen die Nuten 22 bzw.
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Bohrungen 23 parallel
zu einer Zylindermantellinie bzw. parallel zu einer die Zylinderachse
enthaltenden Radialebene.
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Der
Zwischenring 15, der aus Metall oder Kunststoff bestehen
kann, kann zur Bewerkstelligung einer einfachen Montierbarkeit nach
Art eines dehnbaren Kolbenrings ausgebildet sein. Den dargestellten
Beispielen liegt, wie die 2 bis 4 anschaulich erkennen lassen,
eine mehrteilige Ausführung
des Zwischenrings 15 zugrunde. Dieser besteht aus mehreren,
hier zwei, aneinander anschließbaren Segmenten 25.
Die Segmente 25 sind im Bereich ihrer einander jeweils
zugewandten Enden mit nach oben bzw. unten abstehenden Flanschen 26 versehen.
Es genügt,
wenn im Bereich des Endes des einen Segments 25 ein nach
oben abstehender Flansch 26 und im Bereich des Endes des
anderen Segments 25 ein nach unten abstehender Flansch 26 vorgesehen
sind. Zwischen den einander jeweils zugewandten Enden der Segmente 25 ist
eine Verbindungsplatte 27 angeordnet, die nach oben bzw.
unten vorspringt und mit den dort vorgesehenen Flanschen 26 mittels
Schrauben 28 verspannt ist. Zur Bewerkstelligung einer
zuverlässigen
Anlage sind den segmentseitig befestigten Flanschen 26 jeweils
gegenüberliegende,
von den Schrauben 28 durchgriffene, gegenüber den
Segmenten 25 lose Anlageblöcke 29 vorgesehen.
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Die
mit ihren oberen bzw. unteren Randbereichen jeweils nur mit einem
Segment 25 verbundenen Verbindungsplatten 27 können als
Federelemente fungieren, die eine radiale Aufdehnung des zugeordneten
Zwischenrings 15 ermöglichen.
Selbstverständlich
ist es auch denkbar, zur Bewerkstelligung unterschiedlicher Ringdurchmesser
unterschiedlich dicke Verbindungsplatten 27 vorzusehen.