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Die
Erfindung betrifft einen Motor, insbesondere einen Zweitakt-Großdieselmotor,
mit wenigstens einem Zylinder, der eine in das Motorgestell eingesetzte
Zylinderbüchse
und einen auf dieser aufgenommenen Zylinderkopf aufweist, an dem
Zuganker abgestützt
sind, die andererseits am Motorgestell angreifen.
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Die
Zuganker müssen
vorgespannt werden, um eine zuverlässige Dichtheit zwischen Zylinderbüchse und
Zylinderkopf zu gewährleisten.
Diese Vorspannung wird in der Praxis so gewählt, dass sich im kalten Zustand
bezogen auf den maximalen Verbrennungsdruck eine Sicherheit gegen
Leckage zwischen Zylinderbüchse
und Zylinderkopf vom 1,5 ergibt. Im Laufe des Betriebs erwärmen sich
jedoch die von den Zugankern zusammengehaltenen Teile, also Zylinderbüchse und
Zylinderkopf, stärker
als die Zuganker selbst. Dasselbe gilt für einem eventuell vorgesehenen,
auf dem Zylinderkopf aufgenommenen Auslassventilgehäuse zugeordneten
Zugankern.
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Bei
den bisher gebräuchlichen
Anordnungen eingangs erwähnter
Art bestehen die Zuganker und die von diesen zusammengehaltenen Teile
aus Materialien mit gleichem bzw. ähnlichem Wärmeausdehnungsverhalten. Die
von den Zugankern zusammengehaltenen Teile erfahren jedoch in Folge
der stärkeren
Erwärmung
eine größere Ausdehnung
als die Zuganker. Die Folge davon ist, dass die Zuganker im erwärmten Zustand
einer wesentlich höheren
Zugspannung unterworfen sind, als im kalten Zustand. Im erwärmten Zustand
ergibt sich daher eine höhere
Sicherheit gegen Leckage als im kalten Zustand, was aber unnötig ist.
Andererseits ist dabei eine sehr starke Dimensionierung der Zuganker
erforderlich, um sicherzustellen, dass diese trotz der hohen Belastung im
warmen Zustand nicht plastisch verformt werden. Es ergibt sich daher
eine sehr voluminöse
Bauweise mit einem großen
Durchmesser der Zuganker, die zu einem großen Platzbedarf führt und
die Anbringung von dem Zylinderkopf zugeordneten Hilfsaggregaten, wie
einem Auslassventilgehäuse
etc., erschwert. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass
in Folge der großen
Masse der Zuganker auch deren dynamische Belastung zunimmt, was
die oben genannten Nachteile noch verstärken kann.
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Hiervon
ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Motor eingangs erwähnter
Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln
so zu verbessern, dass die durch die Zuganker bewirkte Pressung
zumindest zwischen den Dichtflächen
von Zylinderbüchse
und Zylinderkopf und die damit zusammenhängende Beanspruchung der Zuganker
im Wesentlichen unabhängig
von der Betriebstemperatur ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass zumindest die den Zylinderkopf haltenden Zuganker aus einem
Material bestehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient
höher als der Wärmeausdehnungskoeffizient
des den von den Zugankern zusammengehaltenen Teilen des Zylinders
zugrundeliegenden Materials ist.
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Sofern
ein durch Zuganker gehaltenes Auslassventilgehäuse vorgesehen ist, können zweckmäßig auch
diese Zuganker aus einem Material bestehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient
höher als
der Wärmeausdehnungskoeffizient
des den von den Zugankern zusammengehaltenen Teilen des Zylinders
zugrundeliegenden Materials ist.
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Die
erfindungsgemäßen Maßnahmen
stellen sicher, dass die Dehnung der Zuganker bei einer kleineren
Temperaturdifferenz zwischen kaltem und warmem Zustand in etwa der
gemeinsamen Dehnung der von den Zugankern zusammengehaltenen Teile des
Zylinders, wie der Zylinderbüchse
und des Zylinderkopfes, bei einer größeren Temperaturdifferenz zwischen
kaltem und warmem Zustand entspricht. Mit diesen Maßnahmen
lässt sich
daher mit einfachen Mitteln eine Überlastung der Zuganker vermeiden.
In vorteilhafter Weise wird ein von der Betriebstemperatur des Motors
unabhängiger
Sicherheitsfaktor gegen Leckage zwischen Zylinderbüchse und
Zylinderkopf erreicht. Da der genannte Sicherheitsfaktor aufgrund
der erfindungsgemäßen Maßnahmen
im Wesentlichen konstant gehalten werden kann, wird eine unnötig hohe
Sicherheit im erwärmten
Zustand vermieden. Dies ermöglicht
in vorteilhafter Weise eine gegenüber bisher nicht unbeträchtliche
Reduzierung des Querschnitts der Zuganker um bis zu 50% und führt daher
zu einer besseren Nutzung des eingesetzten Materials sowie zu einer
platzsparenden Bauweise. Gleichzeitig wird hierdurch viel Freiraum
geschaffen, was die Anbringung von Hilfsaggregaten erleichtert.
Die schlanke Ausbildung der Zuganker ergibt in vorteilhafter Weise
auch eine Reduzierung der Masse und damit eine Reduzierung der dynamischen
Spannungen was eine weitere Entlastung bewirkt. Ein weiterer Vorteil
der erfindungsgemäßen Maßnahmen
ist darin zu sehen, dass bereits mit einer vergleichsweise geringen
Vergrößerung des
Durchmessers der Zuganker einer Erhöhung des Verbrennungsdrucks
Rechnung getragen werden kann, was eine diesbezügliche Aufrüstung vorhandener Motoren erleichtert.
Die oben angegebenen Vorteile gelten sinngemäß auch für die einem eventuell vorgesehenen
Auslassventilgehäuse
zugeordneten Zuganker.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Zweckmäßig ist
der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Zuganker-Materials
um 35 % – 65
%, vorzugsweise um 50 % des Wärmeausdehnungskoeffizienten
des den von den Zugankern zusammengehaltenen Zylinderteilen zugrundeliegenden
Materials größer als
dieser Wärmeausdehnungskoeffizient. Hiermit
lassen sich bei den bei Großmotoren,
insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren,
sich ergebenden Betriebverhältnissen
zu erwartenden Erwärmungen
der Zylinderteile der Zuganker befriedigende Ergebnisse erreichen.
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Eine
bevorzugte Ausführung
der übergeordneten
Maßnahmen
kann darin bestehen, dass die Zuganker aus austenitischem, rostfreiem
Stahl bestehen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient
dieses Materials liegt im Bereich von 18 × 10 -6 und
damit etwa 50 % über
dem Ausdehnungskoeffizient von Schmiede- bzw. Gussstahl bzw. Gusseisen.
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Eine
weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin
bestehen, dass den Zugankern Schutzschilde zur Vermeidung von Wärmeverlusten
zugeordnet sind. Hierdurch wird die Erwärmung der Zuganker verbessert.
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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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Die
nachstehend beschriebene Zeichnung zeigt einen Zylinder eines Zweitakt-Großdieselmotors
im Schnitt.
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Hauptanwendungsgebiet
der vorliegenden Erfindung sind Zweitakt-Großdieselmotoren,
wie sie beispielsweise als Schiffsantriebe Verwendung finden. Der
grundsätzliche
Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Motoren sind an sich bekannt.
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Diese
Motoren enthalten ein in der Zeichnung lediglich angedeutetes Motorgestell 1,
auf dem in der Regel mehrere, in Reihe hintereinander angeordnete
Zylinder 2 aufgenommen sind. Die Zylinder 1 bestehen
jeweils aus einer in das Motorgestell eingreifenden Zylinderbüchse 3 und
einem auf dieser aufgenommenen Zylinderkopf 4. Die Zylinderbüchse 3 und
der Zylinderkopf 4 liegen entlang einer achsnormalen Dichtfläche 5 aneinander
an. Im Inneren der Zylinderbüchse 3 befindet
sich ein Brennraum 6, der nach oben durch den Zylinderkopf 4 verschlossen
ist und nach unten durch einen Kolben 7 begrenzt wird,
der über
eine Kolbenstange 8 mit einem hier nicht näher dargestellten Kreuzkopf
verbunden ist, der über
eine Pleuelstange mit der Motor-Kurbelwelle
zusammenwirkt. Die Zylinderbüchse 3 ist
im Bereich ihres unteren Endes mit vom auf- und abgehenden Kolben 7 steuerbaren
Luft-Einlassschlitzen 9 versehen. Der Zylinderkopf 4 enthält einen
durch ein Auslassventil 10 steuerbaren Abgasauslass. Das Auslassventil 10 ist
in einem auf dem Zylinderkopf 4 aufgenommenen Auslassventilgehäuse 11 gelagert, das
einen an den Abgasauslass anschließenden Auslasskanal enthält.
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Die
Zylinderbüchse 3 ist
mit einer etwa auf halber Höhe
vorgesehenen, umlaufenden Schulter 12 auf dem Motorgestell 1 abgestützt. Um
die Schulter 12 in Anlage an der gestellseitigen Stützfläche zu halten
sowie eine ausreichende Dichtheit im Bereich der Dichtfläche 5 zwischen
Zylinderbüchse 3 und
Zylinderkopf 4 zu gewährleisten,
sind einerseits am Zylinderkopf 4 und andererseits am Motorgestell 1 angreifende
Zuganker 13 vorgesehen. Jedem Zylinder 2 sind
mehrere, in der Regel vier, gleichmäßig über seinen Umfang verteilte
Zuganker 13 zugeordnet. Diese sind mit auf ihren oberen
Enden aufgenommenen Stützelementen 14,
wie Muttern oder Zugankerköpfen,
am Zylinderkopf 4 abgestützt und mit ihren unteren,
jeweils als Gewindeansatz 15 ausgebildeten Ende in zugeordnete
Gewindebohrungen des Maschinengestells 1 eingeschraubt.
Der Zylinderkopf 4 ist mit den Zugankern 13 zugeordneten,
in radialer Richtung vorspringenden Zugankerlagern 16 versehen,
die eine vom jeweils zugeordneten Zuganker 13 durchgriffene
Bohrung 17 aufweisen und deren Oberseite als Auflagefläche für das zugeordnete
Stützelement 14 dient.
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Während des
Betriebs erwärmen
sich die den Brennraum 6 enthaltenden Zylinderteile in
Form der Zylinderbüchse 3 und
des Zylinderkopfes 4 mehr als die diese Teile zusammenhaltenden
Zuganker 13. Diese werden im kalten Zustand so vorgespannt, dass
sich bezogen auf den maximalen Verbrennungsdruck eine Sicherheit
von 1, 5 gegen Leckage im Bereich der Dichtfläche 5 ergibt. Um diesen
Sicherheitsfaktor trotz der unterschiedlichen Erwärmung von
Zylinderbüchse 3 und
Zylinderkopf 4 einerseits und den Zugankern 13 andererseits
unabhängig
von der Betriebstemperatur konstant zu halten, findet für die eine
geringere Erwärmung
erfahrenden Zuganker 13 ein Material Verwendung, dessen
Wärmeausdehnungskoeffizient
größer als
der Wärrmeausdehnungskoeffizient
des Materials ist, aus dem Zylinderbüchse 3 und der Zylinderkopf 4,
also die eine höhere
Erwärmung
erfahrenden Teile, bestehen.
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Zweckmäßig ist
der Wärmeausdehnungskoeffizient
des den Zugankern 13 zugrundeliegenden Materials um 35
% bis 65 %, vorzugsweise 50 % des Wärmeausdehnungskoeffizienten
des der Zylinderbüchse 3 bzw.
dem Zylinderkopf 4 zugrundeliegenden Materials größer als
dieser. Die Zylinderbüchse 3 und
der Zylinderkopf 4 bestehen in der Regel im Wesentlichen
aus Schmiede- oder Gussstahl bzw. Gusseisen. Dasselbe gilt für das Auslassventilgehäuse 11.
Diese Materialien haben einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 11 × 10 -6 bzw. 12 × 10 -6 .
Der Wärmeausdehnungskoeffizient
der Zuganker 13 liegt dementsprechend vorzugsweise im Bereich
von 18 × 10 -6 ± 10
%. Diese Verhältnisse
lassen sich mit aus austenitischem, rostfreiem Stahl bestehenden Zugankern 13 erreichen.
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Das
Auslassventilgehäuse 11 ist
durch zugeordnete Zuganker 13a am Zylinderkopf 4 befestigt. Die
Zuganker 13a sind mit auf ihren oberen Enden aufnehmbaren
Stützelementen 14a,
wie Muttern oder Köpfen,
am Auslassventilgehäuse 11 abgestützt und
mit ihren unteren jeweils als Gewindeansatz 15a ausgebildeten
Enden in zugeordnete Gewindebohrungen des Zylinderdeckels 4 eingeschraubt.
Durch die Zuganker 13a werden daher das Auslassventilgehäuse 11 und
der Zylinderdeckel 4 zusammengehalten.
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Während des
Betriebs erwärmen
sich der Zylinderdeckel 4 und das den von den heißen Abgasen
durchströmten
Auslasskanal enthaltende Auslassventilgehäuse 11 stärker als
die diese Zylinderteile zusammenhaltenden Zuganker 13a.
Es ergibt sich daher dieselbe Problematik wie bei den Zugankern 13,
so dass hierzu auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden
kann. Auch für
die dem Auslassventilgehäuse 11 zugeordneten
Zuganker 13a findet daher erfindungsgemäß ein Material Verwendung,
dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer, zweckmäßig 35 %
bis 65 %, vorzugsweise 50 % größer, als
der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Materials ist, aus dem das Auslassventilgehäuse 11 und der Zylinderkopf 4 bestehen.
Zweckmäßig findet auch
für die
dem Auslassventilgehäuse 11 zugeordneten
Zuganker 13a austenitischer rostfreier Stahl Verwendung.
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Vorteilhaft
findet, für
alle im Bereich eines Zylinders 2 eines Motors vorgesehenen
Zuganker wie im dargestellten Beispiel die Zuganker 13 bzw. 13a ein
Material Verwendung, dessen Ausdehnungskoeffizient größer als
der Ausdehnungskoeffizient des Materials ist, aus dem die von den
Zugankern 13 bzw. 13a jeweils zusammengehaltenen
Teile des Zylinders 2 bestehen.
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Den
Stützelementen 14 bzw. 14a sind
in der Regel Unterlegscheiben 18 zugeordnet. Diese bestehen
zweckmäßig aus
einem Material mit gegenüber den
Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Zuganker-Materials
kleinerem Wärmeausdehnungskoeffizienten,
so dass die Dehnung der Unterlegscheiben 18 so gering wie
möglich
bleibt.
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Um
zu vermeiden, dass die Zuganker 13 zu wenig erwärmt werden
und sich in der Folge davon zu wenig ausdehnen, kann jedem Zuganker 13 bzw. 13a ein
in der Zeichnung rechts unten angedeutetes Schutzschild 19 zugeordnet
sein. Das Schutzschild 19 wirkt Wärmeverlusten an die Umgebung
entgegen und führt
daher zu einer besseren Erwärmung
der Zuganker 13 bzw. 13a.