DE1294093B

DE1294093B - Zylinderkopf fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1294093B
Application number: DEK63706A
Authority: DE
Inventors: Leitgeb; Dipl-Ing Walter; Zernig; Dr Norbert
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1967-10-25
Filing date: 1967-10-25
Publication date: 1969-04-30
Also published as: GB1244743A; FR1589854A

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen, in dessen Boden mit Blechen ausgefüllte und den zwischen je zwei Ventilöffnungen liegenden Bodenbereich von dem peripheren Bodenbereich trennende Dehnfugen verlaufen.
Zylinderköpfe von Brennkraftmaschinen sind bekanntlich hohen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt, bei ventilgesteuerten Brennkraftmaschinen insbesondere der sogenannte Stegbereich zwischen je zwei Ventilöffnungen. Bei der zwangläufig ungleichmäßigen Erwärmung des Zylinderkopfes treten in diesem Stegbereich große Druckspannungen auf, da der diesen Bereich bildende Werkstoff sich auszudehnen bemüht ist, daran jedoch durch den kälteren Umfangsteil des Zylinderkopfes gehindert wird. Es kommt also zu einer regelrechten Stauchung des Stegbereiches bis über die Streckgrenze hinaus. Bei der darauffolgenden Abkühlung lösen sich die bruckspannungen und werden infolge der vorangegangenen Stauchung durch ebenfalls im Fließbereich liegende Zugspannungen im kalten Zustand abgelöst. Nach einer mehr oder weniger großen Zahl von Lastwechselspielen kommt es schließlich zu ersten Anrissen und in der Folge in schweren Fällen zum durchgehenden Riß, der eine Weiterverwendung des betreffenden Zylinderkopfes ausschließt.
Um diese Rißbildung züi unterbinden, ging man schon dazu über, gemäß dem deutschen Patent 1001860 im Zylinderkopfboden mit Blechen ausgefüllte Dehnfugen vorzusehen, die den zwischen je zwei Ventilöffnungen liegenden Stegbereich von dem peripheren Bodenbereich trennen. Hierdurch gelang es zwar, die gefährlichen Zugspannungen in dem Stegbereich so weit in die Tiefe hinein, wie die Dehnfugen reichen, abzubauen, doch blieb die Rißgefahr am Grunde der Dehnfugen bestehen. Diese Gefahr war auch nicht abzustellen durch eine Umbördelung der Bleche von verhältnismäßig kleinem Radius am Grund der Dehnfugen, ein Vorschlag, der ebenfalls auf die vorgenannte Patentschrift zurückgeht. Offenbar wird die Rißbildung allein dadurch heraufbeschworen, daß die Dehnfugen in dem Fluß der Kraftlinien zu plötzlich enden bzw. die Kraftlinien regelrecht anschneiden, so daß Spannungsspitzen auftreten. In Auswertung dieser Erkenntnis wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Dehnfugen auf ihrem Grund in einen zu einer rechtwinklig zur Zylinderlängsachse zylinderseitig liegenden Ebene symmetrischen, schwach konkav gekrümmt verlaufenden Bogen übergehen zu lassen.
Erfindungsgemäß biegen die Dehnfugen also gleichermaßen in die Wirkungsebenen der Spannungen ein und verlaufen in dieser allgemeinen Richtung ohne sprunghafte Richtungsänderung über eine nennenswerte Strecke, wobei, und dies ist zweifellos entscheidend für die Erzielung der angestrebten Wirkung, die Ausläufe des Bogens in die Zone zurückführen, in der die Zugspannungen schon durch den ersten Abschnitt der Dehnfugen, vom Zylinderkopfboden aus beginnend, wesentlich abgebaut sind. Die günstige Wirkung der flachen Bögen beruht darauf, daß in ihrem Bereich die Kraftlinien nur eine sehr geringe Umlenkung erfahren, so daß gefährliche Spannungsspitzen nirgendwo mehr auftreten können.
In Ausgestaltung der Erfindung können die das Auftreten von Spannungsspitzen im Zylinderkop& innem verhindernden Bögen die Verlängerung des ersten Abschnittes der jeweils -zugeordneten Dehnfuge oder, nach einem weiteren Vbrschlag, mit diesem Abschnitt ein schirmartiges Querschnittsprofil bilden.
Die Länge der Bögen wird zweckmäßig so gewählt, daß sie etwa gleich oder größer, jedoch nicht wesentlich kleiner als die Gesamteindringtiefe der Dehnfugen, vom Zylinderkopfboden aus in Richtung der Längsachse gesehen, ist.
Die Zeichnung stellt den Zylinderkopf einer luftgekühlten, ventilgesteuerten Viertaktbrennkraftmaschine als Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
Ab b. 1 zeigt den' Zylinderkopf der Maschine in Draufsicht auf den Zylinderkopfboden, A b b. 2 den gleichen Zylinderkopf im Schnitt nach der Linie II-II.
Bei dem abgebildeten Zylinderkopf 1 sind die Auslaßventilöffnung mit 2, die Einlaßventilöffnung mit 3 und der etwas gewölbte Zylinderkopfboden mit 4 bezeichnet. Der zwischen den beiden Ventilöffnungen 2 und 3 liegende, thermisch hoch beanspruchte und daher besonders stark zur Rißbildung neigende Bodenbereich 5 ist gegen den.,außenliegenden Bodenbereich durch Dehnfugen 6 'und 7 abgetrennt, die parallel zu einer die Mittelpunkte beider Ventilöffnungen 2 und 3 verbindenden Linie von Ventilöffnung zu Ventilöffnung verlaufen. Diese dem Abbau von Zugspannungen bei Erkalten der Maschine dienenden Dehnfugen 6 und 7 sind mit Blechen ausgefüllt und weisen die der Ab b. 2 zu entnehmenden Querschnittsprofile auf. Das Querschnittsprofil der Dehnfuge 6 zeigt eine dem Griff eines Spazierstockes ähnliche Form auf, indem die in der Fläche des Zylinderkopfbodens 4 ihren Ausgang nehmende Dehnfuge zunächst parallel zur Zylinderlängsachse x-x verläuft und dann in der Verlängerung in einen flachen, d. h. stetig schwach gekrümmt verlaufenden Bogen 8 übergeht, dessen Länge etwa der Gesamteindringtiefe der Dehnfuge 6 entspricht und der zu irgendeiner rechtwinklig zur Zylinderlängsachse x-x zylinderseitig gelegten Ebene symmetrisch und schwach konkav gekrümmt verläuft.
Das als Alternativlösung aufzufassende Profil der Dehnfuge 7 weist mit dem Bogen 9 eine ausgeprägte Schirmform auf.

Claims

Patentansprüche: 1. Zylinderkopf für ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen, in dessen Boden mit Blechen ausgefüllte und den zwischen je zwei Ventilöffnungen liegenden Bodenbereich von dem peripheren Bodenbereich trennende Dehnfugen verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnfugen (6, 7) auf ihrem Grund in einen zu einer rechtwinklig zur Zylinderlängsachse (x-x) zylinderseitig liegenden Ebene symmetrischen, schwach konkav gekrümmt verlaufenden Bogen (8, 9) übergehen.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Bogen (8) die Verlängerung des ersten Abschnitts der jeweils zugeordneten, vom Zylinderkopfboden (4) ausgehenden Dehnfuge (6) bildet. 3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt der vom Zylinderkopfboden (4) ausgehendden Dehnfuge (7) mit dem zugeordneten flachen Bogen (9) je- weils ein schirmartiges Querschnittsprofil bildeL