DE1234095B

DE1234095B - Fluessigkeitsgekuehlte Zylinderlaufbuechse einer Kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1234095B
Application number: DES69329A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Georg Aue
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1960-07-06
Filing date: 1960-07-11
Publication date: 1967-02-09

Description

Flüssigkeitsgekühlte Zylinderlaufbüchse einer Kolbenbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Zylinderlaufbüchse einer Kolbenbrennkraftmaschine mit radialen, die Laufbüchse quer zur Zylinderachsenrichtung umfassenden Rippen.
Bei großen Drücken und Durchmessern werden die bei derartigen Zylindern erforderlichen Wandstärken so groß, daß eine Wärmeableitung durch die Zylinderwand auf Schwierigkeiten stößt. Der Zylinder ist Wärmespannungen ausgesetzt, und seine Festigkeit wird durch die höhere Temperatur der Zylinderwand geringer. Es sind bereits Zylinder ausgeführt worden mit Bohrungen in der Nähe der inneren Zylinderfläche, die ungefähr parallel zur Zylinderachse verlaufen und durch ein Kühlmittel durchströmt sind. Dadurch wird die in den Zylinder übergetretene Wärme durch das Kühlmittel in der Nähe der inneren Zylinderfläche abgefangen, und der restliche Teil der Zylinderwand bleibt kühl und tragfähig. Das Anbringen solcher Bohrungen ist jedoch teuer, und es ist sehr schwierig, eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Bohrungen zu gewährleisten.
Es ist auch vorgeschlagen worden, die Zylinderwand relativ dünn auszuführen und sie durch Schrumpfringe zu stützen, die die Zylinderwand mit Vorspannung umfassen. Diese Ausführung hat neben einer kostspieligen Fabrikation den Nachteil, daß die Auflageflächen zwischen der Zylinderbüchse und den Ringen einer erhöhten Korrosion durch Passungsrost und zusätzliche elektrolytische Einflüsse im Kühlmittel ausgesetzt sind, wobei sie ihre Wirksamkeit einbüßen.
Weiter ist auch die Anordnung von Führungsrippen für die Kühlflüssigkeit an Zylinderbüchsen von flüssigkeitsgekühlten Motoren bekannt, welche der Führung der Strömung der Kühlflüssigkeit dienen. Derartige Rippen sind jedoch bisher möglichst dünn und kurz ausgeführt worden, da sie die Wärmeableitung von der inneren Zylinderwand verschlechtern, indem sie den Zutritt des Kühlmittels nicht nahe genug an diese Wand zulassen.
Erfindungsgemäß wird eine Zylinderlaufbüchse geschaffen, die auch bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit hohen inneren Drücken und großen Zylinderdurchmessern eine intensive Kühlung der inneren Zylinderwand ermöglicht, in der Herstellung billig ist und dabei nicht den erwähnten Einflüssen bezüglich Passungsrost und Korrosion in einer Auflagefläche ausgesetzt ist.
Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbüchse ist dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtuna der Laufbüchse gemessene Längge jeder Rippe C C größer ist als das Verhältnis wobei 2. dieWärineleitzahl des Rippenmaterials unda die Wärmeübergangszahl vom Rippenmaterial an das Kühlnüttel bedeutet, und daß die größte Dicke der Rippe sich an deren äußerem Ende befindet und größer ist als Oßmal der Zwischenraum zwischen benachbarten Rippen.
Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnun- schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Ausführung des erfind-Lingsgemäßen Zylinders, F i g. 2 den Schnitt I-1 in F i g. 1, F i g. 3 eine andere Ausführung des erfindungsgemäßen Zylinders, F i g. 4 bis 7 verschiedene Ausführungsformen der Rippen.
In F i g. 1 ist ein Hohlzylinder 1, z. B. die Laufbüchse einer Brennkraftmaschine, mit durch Einschnitte 2 -ebildeten Rippen 3 versehen. Um den Zylinder 1 ist ein Mantel 4 angeordnet, welcher mit die einzelnen Ausschnitte verbindenden, diametral entgegenliegenden, gegenseitig versetzten Ausnehmungen 5, 6 versehen ist. Der Mantel 4 hat öffnungen 7 und 8 für die Zuführung eines flüssigen Kühlmittels, z. B. Wasser. Der Zylinder ist aber mit einem Deckel 10 abgeschlossen, der einen Hohlraum 11 für das flüssige Kühlmittel aufweist.
Das flüssige Kühlmittel gelangt zum Zylinder 1 durch die Öffnung 7 in den Einschnitt 2 unter der untersten Rippe 3, durchströmt diesen Einschnitt, gelangt durch die Ausnehmung 5 auf der entgegengesetzten Seite in den nächsten Einschnitt 2 im Zylinder 1, durchströmt diesen in entgegengesetzter Richtung' gelangt durch die unterste Ausnehmung 6 in den dritten Einschnitt von unten usw., bis es den obersten Einschnitt durch die öffnung 8 verläßt und z. B. in einen nicht dargestellten Kühler geführt wird. Durch die Einschnitte 2 wird das Kühlmittel bis dicht an die Innenfläche des Zylinders gebracht, und diese wird intensiv gekühlt. Die Kühlrippen 3 bleiben dabei kalt und wirken auf den Zylinder 1 wie aufgeschrumpfte Stützringe. Der Zylinder wird also durch die Rippen in radialer Richtung gestützt, und zwar mit Vorspannung. Das heißt, daß wenn im warmen Zustand im Zylinder kein Innendruck herrscht, der innere zusammenhängende Teil des Zylinders durch die Rippen zusammengedrückt wird und eine Druckspannung aufweist. Bei steigendem Druck wird zuerst diese Vorspannung abgebaut, durchschreitet den C CD Wert Null und wird erst bei einem bedeutenden inneren überdruck zu einer Zugspannung. Auf diese Weise wird eine radiale Verfestigung des Zylinders mit gleichzeitiger Kühlung erzielt, wobei zudem die Ausführung billiger und einfacher ist als die bisher bekannten.
Als Grenze zwischen den erfindungsgemäßen »kalten« Stützrippen und den bisher bekannten »warmen« Kühlrippen kann der Wert mit der radialen Länge der Rippen verglichen, gelten. Die Wärmeleitzahl 2, des Zylinders bzw. Rippenmaterials ist dabei in keal/mh'C angegeben, die Wärmeübergangszahl a zwischen den Rippen und dem Kühlmittel in kcal/m2ho C. gibt demzufolge eine I-:änge, und zwar in Metern an. So ist z. B. bei einem luftgekühlten Flugmotorzylinder mit Rippen aus Aluminium A = 150, oc = 50. Das Verhältnis würde also 3m ergeben. Da die bekannten Kühlrippen bedeutend kürzer sind als dieses Maß, ist es klar, daß es sich dabei um »warme« Rippen, also um Kühlrippen und keine Stützrippen im Sinne der Erfindung handelt. Demgegenüber ergibt bei einem wassergekühlten Motor mit 2 = 40 (Gußeisen) und oc = 2000 das Verhältnis # 0,02 m also 2 cm.
In den F i la. 4 bis 7 sind einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stützrippen dargestellt. Die F i g. 4 zeigt der Ausführung nach der F i g. 1 entsprechende Rippen. Die radiale Länge der Rippen ist in dieser Figur mit 1 bezeichnet. Um eine nennenswerte Stützwirkung im Sinne der Erfindung zu ergeben, muß die am äußeren Ende der Rippe gemessene Dicke b der Rippe mindestens 80 Ofo des Abstandes a zweier benachbarter Rippen betragen. Bei den in F i a. 5 bis 7 dargestellten Rippen wird eine gleichzeitige Verbesserung der Stütz- und der Kühlwirkuno, dadurch erzielt, daß die Rippenstärke mit der Entfernung von der inneren Zylinderwand zunimmt, daß daher dieseRippen außen stärker sind als innen. Das ist umgekehrt wie bei den bekannten Kühlrippen. Durch diese Anordnung wird ein genügender Strömungsquerschnitt für das Kühlmittel in der Nähe der inneren Zylinderwand erhalten, bei gleichzeitig größtmöglichem äußerem kaltem Querschnitt der Stützrippen. Dabei ist vorteilhafterweise wie in F i g. 5 gezeigt ist, der Querschnitt f. der Stätzrippe größer als der gestützte Querschnitt il des Zylinders. Auf diese Weise wird die Kühlwirkung des Kühlmittels verbessert und gleichzeitig die Vorspannungswirkung der Rippen auf die Innenwand erhöht.
Die Stützrippen 3 können, wie in F i g. 1 dargestellt ist, senkrecht zur Zylinderachse liegen und geschlossene Ringe bilden. Es ist jedoch auch möglich, diese Rippen in Form einer ein- oder mehrgängigen Schraubenwicklung mit geringer Steigung auszubilden. Eine derartige Ausführung ist in F i g. 3 dargestellt. Das hat den Vorteil, daß der Führungsmantel 4 für das Kühlmittel die Form eines einfachen Zylinders haben kann und die Ausnehmungen 5,6 nicht erforderlich sind. Das Kühlmittel wird durch die öffnung 7 zugeführt durchströmt schraubenförmig die Einschnitte 2 und tritt durch die Öffnung 8 aus dem Mantel heraus.
Durch die Erfindung werden die Vorteile der bekannten Ausführungen erzielt bei gleichzeitiger Vermeidung deren Nachteile.

Claims

Patentansprüche: 1. Flüssigkeitsgekühlte Zylinderlaufbüchse einer Kolbenbrennkraftmaschine mit radialen, die Laufbüchse quer zur Zylinderachsenrichtung umfassenden Rippen, dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtung der Laufbüchse gemessene Länge (1) jeder Rippe Z größer ist als das Verhältnis 0.1 , wobei ;. die Wärmeleitzahl des Rippenmaterials und oe die Wärmeübergangszahl vom Rippenmaterial an das Kühlmittel bedeutet, und daß die größte Dicke(b) der Rippe sich an deren äußerem Ende befindet und größer ist als Oßmal der Zwischenraum (a) zwischen benachbarten Rippen.
2. Laufbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe einen zur Laufbüchsenachse senkrechten Ring bildet. 3. Laufbüchse nach Ansprach 1, dadurch ge-kennzeichnet, daß die Kühlrippe eine Schraubensteigung um die Laufbüchse bildet. 4. Laufbüchse nach Anspruch 3, dadurch gekennnzeichnet, daß ein Mantel (4) zur Führung des Kühlmittels an der Außenfläche des Zylinders vorgesehen ist, der mit dem Umfang der Rippen in dichtender Verbindung steht und der mit Ausnehmungen (5,6) zur Verbindung der Zwischenräume zwischen den Rippen versehen ist. 5. Laufbüchse nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Rippe nach außen zunimmt. 6. Laufbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche (f2) der Rippe größer ist als der zugehörige Anteil der Querschnittsfläche (f,) der Laufbüchse. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 113 748, 301521, 455 802, 648 930; österreichische Patentschrift Nr. 1754; schweizerische Patentschriften Nr. 210 886, 242928.