-
In Stahlbauweise unter Verwendung von Querwänden hergestelltes Gestell
für Brennkraftmaschinen mit V-förmig angeordneten Zylindern Zur Verminderung von
Gewicht und Raumbedarf je Leistungseinheit wird bei der Konstruktion von Brennkraftmaschinen
in zunehmendem \laße an Stelle von Grauguß Stahl verwendet. Insbesondere ist es
das Gestell der Maschinen, das, als relativ größter und schwerster Bauteil in Stahl
ausgeführt, die technischen Vorteile solcher Bauweise erkennen läßt.
-
Bei Vielzylindermotoren mittlerer und kleinerer Zylindergrößen, bei
denen die Erfindung vornehmlich zur Anwendung kommen soll, ist die kennzeichnende
Form des Gestelles im allgemeinen kastenartig, wobei die äußeren Längswände durch
zwischen je zwei Zylinder liegende eingeschweißte innere Querwände miteinander verbunden
und versteift sind. Für Sitz und Führung der Arbeitszylinder dient jeweils eine
waagerechte über bzw. zwischen den Längs- und Querwänden ruhende Ober- und Mittelplatte,
die ebenfalls mit diesen verschweißt ist. Die Kurbelwelle ist entweder in einer
besonderen Grundplatte gelagert. mit der das Kastengestell verschraubt wird, oder
iii Lagerbrücken aufgehängt, die an den Ouerwänden des Gestelles befestigt werden.
-
Bei der Gliederung und Zusammenfassung eine` solchen Schweißverbandes
aus senkrechten und waagerechten wänden läßt es sich nun nicht vermeiden, daß die
Schweillnähte der OOuerwände zum großen Teil quer zur Beanspruchungsrichtung der
von den Verbrennungsdrücken und vertikalen Klassenkräften erzeugten Hauptspannungen
liegen, die, da es sich betrieblich um Wechselkräfte handelt, bei der relativ geringen
Wechselfestigkeit des Schweißmaterials nicht selten Ermüdungsrisse oder -bräche
in den Nähten auslösen.
-
Um die richtungswechselnde Querbeanspruchung solcher Schweißnähte
zu verhindern, kann man im Gestell von Reihenmotoren sogenannte Zuganker vorsehen,
d. h., man entlastet das Gestell von den Verbrennungskräften durch vorgespannte
Anker, die von den Grundlagerbrücken oder -stählen bis zur oberen Gestellplatte
durchgehen, wobei die Vorspannung so groß gehalten wird, daß die Schweißnähte während
der höchsten Verbrennungsdrücke und hfassenkräfte nur unter Druckbeanspruchung bleiben.
-
Diese wirksame und bauliche verhältnismäßig einfache Maßnahme ist
jedoch bei Motoren mit V-förmig gestellten Zylindern undurchführbar, da es konstruktiv
nicht unbedingt gelingt, die Zuganker gegenüberstehender Zylinder bis zu den gemeinsamen
Lagerbrücken oder -stählen herunterzuführen. Man ist deshalb bei V-Motoren und ähnlichen
Zylindergruppierungen meist gezwungen, auf die Entlastung des Gestelles durch durchgehende
Zuganker zu verzichten und entweder die Querbelastung von Schweißnähten in Kauf
zu nehmen, oder die Ouerwände als Stahlformgußstücke oder über die Zylindertragplatten
greifende, bügelförmige Kraftübertragungsglieder auszubilden. Beide Bauarten sind
in der Fertigung kostspielig und mit höherem Gewichtsaufwand erkauft, wobei sie
vielfach auch an schwieriger Zugänglichkeit zum Triebwerk leiden.
-
Es ist bereits bekannt, bei Brennkraftmaschinengestellen die Zuganker
zwischen je zwei benachbarten Zylindern mit den Kurbelwellenlagern zu verbinden,
und zwar finit Hilfe von zylindrischen Bolzen, die drehbar in einem Teil des Kurbelwellenlagers
gelagert sind.
-
Diese Ausführung hat in der Anwendung auf V-Motoren den Nachteil,
daß zwischen zwei benachbarten Zylindern nur je ein Zuganker in der Zylinderebene
eingebaut werden kann, was allenfalls, ebenso wie beim Einbau in Einreihen-, Stern-
oder Fächermotoren, nur für kleinere Motoreinheiten in Frage kommt.
-
Auch die gelenkige Verbindung der Zuganker mit dem Kurbelwellenlager
ist nachteilig und schließt größere Motoreinheiten aus.
-
Bei einem anderen geschweißten Gestell für Brentikraftmaschinen sind
die Zvlinderdeckelschrauben bis zu einem Zwischenboden am unteren Ende der Zylinder
durchgeführt, der mit den Gestenseiten und -querwänden verschweißt ist.
-
Der Gesamtaufbau derartig schwerer Gestelle ist umständlich und teuer,
und der Längsverband wird nur durch die Gestellseitenwände gebildet.
-
Die erwähnten -Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden,
daß (nach Abb. 1, die das Gestell eines V-Nlotors schematisch im Schnitt darstellt
)
die Querwände a des Gestelles von Längsbalken b l, b2, b 3
oberhalb des Kurbelkreises durchdrungen sind, an welchen die zur Befestigung der
Arbeitszylinder auf dem Gestell dienenden Anker oder Stehbolzen cl, c2, c3
und c4 angreifen. Das Gestell sitzt auf der Grundplatte g, in der die Kurbelwelle
k gelagert ist. Es ist jedoch auf die Wirkungsweise der Erfindung ohne Einfluß,
falls die Kurbelwelle k nach Abb. 2 im Gestell selbst gelagert wird. zu welchem
Zweck die Lagerbrücken Z unmittelbar an den entsprechend kräftig ausgebildeten Querwänden
a befestigt werden. In beiden Fällen lassen sich in den Querwänden zur Gewichtsverringerung
des Gestelles Erleichterungsöffnungen o vorsehen.
-
Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Längsbalken als Träger der
Querwände und zugleich der Zylinderstehbolzen wird während des Laufens der Maschine
folgender Kräftefluß erzwungen: Beim Verdichtungs- sowie Verbrennungshub werden
die von den Arbeitszylindern auf die Stehbolzen c übertragenen Zugkräfte zunächst
in die Längsbalken b1, b2, b3 übergeleitet. Von hier aus treten sie über
deren obenliegende Sitz- bzw. Paßflächen, die hierbei auf Druck beansprucht werden,
in die Querwände a über. wodurch in diesen durch deren organische Verbindung mit
den Lagerstühlen gemäß Abb.l bzw. Lagerbrücken gemäß Abb.2 als Auswirkung der nach
unten gerichteten Kolbenkräfte Zugspannungen entstehen.
-
In ähnlicher Weise werden zum oberen Totpunkt gerichtete freie Massenkräfte,
die insbesondere bei rasch laufenden Viertaktmotoren von den Lagerbrücken aus in
die Querwände a als Druckbeanspruchung eintreten, über die unteren Sitz- und Paßflächen
von den Tragbalken b1 bis b3 aufgenommen. Zur Überleitung von Kraftkomponenten mit
seitlichem Richtungssinn zur Gestell-Längsachse, die bei Kolbenmaschinen sowohl
von den Gasdrücken als auch von den Massenkräften ausgelöst werden können. dienen
die seitlichen Sitz- und Paßflächen der Tragbalken.
-
Die kennzeichnenden Merkmale des Erfindungsgegenstandes, nämlich die
Aufnahme und Weiterleitung der das Gestell angreifenden Betriebskräfte durch längs
gerichtete Tragbalken, die nach ihrer konstruktiven Lage sowie Gestaltung und Passung
der Kraftüberleitungsflächen an den Durchdringungsstellen innerhalb der Ouerwände
keinerlei Schweißung benötigen, haben die (zwar an sich bekannte) Endwirkung, daß
im Gestell der Kräftefluß in seiner Hauptrichtung keine Schweißnähte quer zu durchdringen
hat. Werden zur Erhöhung der Steifheit des Gestelles an den Durchdringungsstellen
der Tragbalken Schweißnähte vorgesehen, so beteiligen sich diese an der Kraftübertragung
nicht. Hingegen kann es vorteilhaft sein, die seitlichen Stirnseiten der Querwände
mit den Längsaußenwänden zu verschweißen, falls es sich darum handeln sollte, dem
Gestell eine erhöhte Steifheit gegen Verdrehung oder Verwindung zu erteilen. Solche
Forderung kann für Fahrzeug- und Schiffsmotoren gestellt werden, deren Fundamenten
wegen Gewicht- und Raumbeanspruchung nicht selten genügende Steifheit fehlt.
-
Die bauliche Verwirklichung des Erfindungsgedankens bleibt nicht auf
Klotoren mit nur zwei. V-förmig zueinander gestellten Zylindern oder Zylinderreihen
beschränkt; auch eine W-, fächer- oder sternförmige Zylindergruppierung gilt im
Sinne der Erfindung als V-Anordnung.