DE1601386C - Kolbenbrennkraftmaschine mit auswechselbarer Zylinderlaufbuchse - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschine mit auswechselbarer Zylinderlaufbuchse mit einem Befestigungsflansch, welcher mit Auflageflächen versehen ist, die zwischen entsprechend ausgebildeten Auflagefläche^ des Zylinderkopfes und des Zylinderblockes eingeklemmt sind, wobei die dem Zylinderkopf zugewandte Auflagefläche des Befestigungsflansches und die der Zylinderlaufbuchse zugewandte Auflagefläche des Zylinderkopfes äquidistant sind.

Bei auswechselbaren Zylinderbuchsen der erwähnten Art von Kolbenbrennkraftmaschinen treten oft Risse in der äußeren Hohlkehle des Flansches auf. Diese Risse sind durch die bedeutenden Spannungen verursacht, die an dieser Stelle auftreten und durch die Spannungskonzentration der Hohlkehle noch erhöht werden. Für die Entstehung der Spannungen sind unter anderem Temperaturdifferenzen der Zylinderlaufbuchse verantwortlich, die dadurch entstehen, daß die Zylinderlaufbuchse innen durch die Brenngase erhitzt und außen durch das Kühlwasser gekühlt wird. Die Temperaturdifferenzen werden noch dadurch vergrößert, daß bei den heute üblichen, seitlich sich erstreckenden Flanschen mit im wesentlichen ebenen Auflageflächen ein bedeutender Teil der dem Zylinderkopf zugewandten Fläche des Flansches den Brenngasen ausgesetzt ist. Außerdem wirken auf diesen Teil der Fläche periodische Kräfte, die durch den im Zylinder wirkenden Gasdruck verursacht sind und in der Hohlkehle die Entstehung besonders gefährlicher pulsierender Spannungen zur Folge haben.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Zylinderlaufbuchse zum Ziel, bei welcher die erwähnten Nachteile nicht auftreten und welche so geformt ist, daß bei ihr die Gefahr von Zylinderrissen stark vermindert bzw. vollständig beseitigt ist.

Das erfindungsgemäße Ziel wird dadurch erreicht, daß die dem Zylinderkopf zugewandte Auflagefläche des Befestigungsflansches auf einem Kegelmantel liegt, dessen Kegelspitze auf der Zylinderachse liegt und zum Kurbelgehäuse zeigt, und daß der von den Mittennormalen der dem Zylinderkopf zugewandten Auflagefläche gebildete Kegel die dem Zylinderblock zugewandte Auflagefläche des Befestigungsflansches in der Mitte oder außerhalb der Mitte ihrer Breite schneidet.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird es ermöglicht, die dem Wärmeeinfall und den periodischen Gaskräften im Bereich des Flansches ausgesetzte Fläche wesentlich zu vermindern. Gleichzeitig werden Biegemomente ausgeschaltet, welche Zugspannungen in der Hohlkehle am Übergang zwischen dem Flansch und dem zylindrischen Teil der Zylinderlaufbuchse zur Folge haben. Schließlich kann noch diese Hohlkehle zwischen dem Flansch und der Buchsenwand mit einem größeren Radius ausgebildet werden, als dies bisher möglich war, was zu einer Verminderung der Spannungskonzentration in diesem Bereich führt.

In diesem Zusammenhang muß festgestellt werden, daß kegelige Auflageflächen für Zylinderköpfe bei Zylindern aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 781 228 bekannt sind. In diesem Falle handelt es sich jedoch nicht um eine Zylinderlaufbuchse mit einem Befestigungsflansch, so daß nicht die erfindungsgemäße Wirkung entsteht.

Andererseits ist aus der schweizerischen Patentschrift 237 254 die Ausführung einer Zylinderlaufbuchse bekannt, welche eine ebene Auflagefläche für den Zylinderkopf und eine kegelige, dem Zylinderblock zugewandte Auflagefläche aufweist. Auch bei

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dieser Ausführung entsteht nicht die erfindungsgemäß angeordnet, daß die Mittennormale 51 der Auflageangestrebte Wirkung, da insbesondere die Zylinder- fläche 16 im Querschnitt in der gleichen Geraden laufbuchse voll dem durch die Anpreßkraft des liegt wie die Mittennormale S 2 der Fläche 17.
Zylinderkopfes entstehenden Biegemoment, das Zug- Durch die in der F i g. 1 dargestellte Ausführung spannungen in der erwähnten Hohlkehle zur Folge 5 ist es möglich, den inneren Durchmesser der den hat, ausgesetzt ist. Zylinderraum begrenzenden Wand des Zylinder-

Vorzugsweise kann der mittlere Neigungswinkel kopfes mit einem Durchmesser D auszuführen, der

der Auflagefläche größer als 5° -sein. Bei kleineren nur um ein geringes Maß größer ist als der Durch-

Winkeln ist die angestrebte Wirkung nicht genügend messer A der Bohrung der Zylinderlaufbuchse und

ausgeprägt und in vielen Fällen nicht erreichbar. io kleiner ist als der äußere Durchmesser B der

Dabei kann die dem Zylinderblock zugewandte Buchsenwand. Es können daher auf die Zylinder-Fläche des Befestigungsflansches ebenfalls geneigt laufbuchse in axialer Richtung keine wesentlichen sein. Wenn dabei die Neigungswinkel der dem pulsierenden Gaskräfte wirken. Außerdem ist es Zylinderblock zugewandten Auflagefläche und der möglich, wegen der Neigung der Auflagefläche 17 dem Zylinderkopf zugewandten Auflagefläche gleich 15 die Hohlkehle R zwischen dem Befestigungsflansch sind, wird eine besonders einfach herstellbare Aus- 15 und der Zylinderlaufbuchse 1 mit einem Radius führung erhalten, bei welcher alle Auflageflächen auszustatten, der wesentlich größer sein kann, als es zueinander äquidistant verlaufen. bei den bekannten Zylinderlaufbuchsen möglich war.

Es ist jedoch auch möglich, den Neigungswinkel Gleichzeitig wird auch wegen der nach innen verder dem Zylinderkopf zugewandten Auflagefläche 20 legten Auflagefläche des Zylinderkopfes 2 der Wärmegrößer zu machen als den Neigungswinkel der dem einfall in die Zylinderlaufbuchse 1 im Bereich des Be-Zylinderblock zugewandten Auflagefläche. Auf diese festigungsflansches 15 vermindert. Das hat zur Folge, Weise ist es z. B. möglich, die Entstehung eines daß die Zugspannungen im Bereich der Hohlkehle R, günstigen Biegemomentes im Flansch zu unterstützen. die hauptsächlich durch verschiedene Wärmedehnun-

Es ist auch möglich, die dem Zylinderblock zu- 25 gen der Zylinderlaufbuchse hervorgerufen werden, gewandte Auflagefläche des Befestigungsflansches als wesentlich vermindert werden. Da im Schnitt die eine ringnutenförmige Hohlkehle auszubilden, welche Mittennormalen S1 und 5 2 der beiden Auflagesich gegen einen mit einer entsprechenden Ringfläche flächen 16 und 17 in einer Geraden liegen, wie dies versehenen Ring abstützt. Bei dieser Ausführung aus dem rechten Teil der F i g. 1 hervorgeht, ist der kann ein maximaler Radius der Hohlkehle, die 30 Befestigungsflansch 15 der Zylinderlaufbuchse frei gleichzeitig die Auflagefläche bildet, vorgesehen wer- von Biegespannungen durch die Einspannkräfte von den, wobei zusätzlich im Betrieb die Hohlkehle durch den Schrauben 4.

die Auflagekräfte günstigen Druckspannungen aus- Die Ausführung nach der F i g. 2 entspricht im

gesetzt ist, welche die Entstehung von Rissen er- wesentlichen der Ausführung nach der Fig. 1. Die

schweren. ₃₅ Auflageflächen 20 und 21 sind wie bei der Aus-

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeich- führung nach der F i g. 1 mit gleichen Neigungsnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es winkeln α, β versehen. Abweichend von der Auszeigt führung nach der Fig. 1, liegen jedoch die Mitten-

F ig. 1 einen Schnitt einer Zylinderlaufbuchse eines normalen 5" 3 und S 4 der der wirksamen, d.h. der

Viertakt-Dieselmotors zusammen mit Teilschnitten _{40 zur} Auflage der Dichtungen 11,12 dienenden Teile

des Zylinderkopfes, des Zylinderblockes und der zu- der Auflageflächen 20 und 21 nicht in einer Geraden,

gehörigen Teile; die _KOpf 2 zugewandten Auflagefläche 20 außerhalb der

Fig. 2 bis 5 zeigen Einzelheiten weiterer Aus- andern sind gegeneinander um einen Abstand α vei führungen der Erfindung in größerer Darstellung. _setzt, wobei die Mittennormale S 3 der dem Zylinderin den Zylinderblock 3 eines Viertakt-Dieselmotors 45 Mittennormale S 4 der dem Zylinderblock 3 zugeist eine Zylinderlaufbuchse 1 eingesetzt. Der Zylin- wandten Auflagefläche 21 liegt. Durch den Abstand a derkopf 2 ist am Zylinderblock 3 durch Schrauben 4 bilden die in den Auflageflächen 20, 21 wirkenden mit Muttern 5 befestigt. Im Zylinderkopf 2 sind Einspannkräfte ein Biegemoment, welches an der Ventile 6 und ein Brennstoffventil 7 angeordnet. In Stelle der Hohlkehle R eine Druckspannung hervorder Zylinderlaufbuchse 1 ist ein Kolben 8 beweglich, 50 ruft und somit der Entstehung von Rissen entgegender durch einen Kolbenbolzen 9 mit einer Pleuel- wirkt.

stange 10 verbunden ist. Zwischen dem Zylinder- Die Ausführung nach der Fig. 3 unterscheidet

kopf 2, der Zylinderlaufbuchse 1 und dem Zylinder- sich von den Ausführungen nach den F i g. 1 und 2

block 3 befinden sich metallische Dichtungen 11,12. dadurch, daß die Zylinderlaufbuchse 30 mit einer

Das untere Ende der Zylinderlaufbuchse 1 ist gegen- ₅₅ dem Zylinderblock 3 zugewandten Auflagefläche 31

über dem Zylinderblock 3 durch Dichtungen 13 ab- versehen ist, deren Winkel β kleiner ist als der

gedichtet. Zwischen der Zylinderlaufbuchse 1 und Neigungswinkel α der dem Zylinderkopf 2 zugewand-

dem Zylinderblock 3 befindet sich in bekannter ten Auflagefläche 32. Diese Ausführung erreicht die

Weise ein Raum 14 für Kühlwasser. Druckvorspannung in der Hohlkehle durch die

Die Zylinderlaufbuchse 1 ist an ihrem oberen Ende 60 Winkeldifferenz zwischen a, ß. Die Auflagefläche 31

mit einem Befestigungsflansch 15 versehen, der Auf- ist in diesem Falle mit einer ringförmigen metalli-

lageflächen 16 und 17 für den Zylinderkopf 2 und sehen Dichtung 33 versehen.

den Zylinderblock 3 hat. Beide Auflageflächen 16,17 In den F i g. 4 und 5 sind Zylinderlaufbuchsen 40

sind bei der Ausführung nach der F i g. 1 kegelige und 50 dargestellt, die außer dem Zylinderkopf 2

Flächen, deren zur Zylinderachse gerichteter 65 zugewandten kegeligen Auflageflächen 41, 51 noch

Neigungswinkel bei beiden Flächen gleich ist, so daß ringnutenförmige Auflageflächen 42, 52 mit teilweise

die Auflageflächen 16,17 zueinander äquidistant ver- kreisbogenförmigem Querschnitt aufweisen, welche

laufen. Außerdem sind die Auflageflächen 16,17 so gleichzeitig die Hohlkehlen am Übergang des Be-

festigungsflansches 15 bilden. Die Zylinderlaufbuchsen 40, 50 stützen sich mit den Auflageflächen 42, 52 gegen entsprechend ausgebildete Ringe 43, 53, die in entsprechenden Absätzen 44, 54 in Zylinderblöcken 45,55 abgestützt sind. Diese beiden Ausführungen haben gemeinsam den Vorteil, daß auch bei einer Verformung des Befestigungsflansches 15 durch die auf die Auflageflächen 41, 51 wirkenden Einspannkräfte eine satte Auflage an den Stellen der Auflageflächen 42,52 bestehen bleibt. Der Radius der Hohlkehle kann besonders groß sein, da die Hohlkehle gleichzeitig die Auflagefläche 42 des Befestigungsflansches 15 bildet. Die beiden Ausführungen nach den F i g. 4 und 5 unterscheiden sich dadurch, daß bei der Ausführung nach der Fig. 4 eine Dichtung 46 vorgesehen ist, deren mittlerer wirksamer Durchmesser größer ist als der mittlere wirksame Durchmesser einer Dichtung 56 bei der Ausführung nach Fig. 5, welche Dichtung sich gegen die Auflagefläche 51 der Zylinderlaufbuchse 50 abstützt. Das hat zur Folge, daß bei der Ausführung nach der F i g. 4 die in der Mittennormale S 5 der wirksamen Auflagefläche 41 wirkende Kraft außerhalb des Mittelpunktes der Auflagefläche 42 (im Schnitt betrachtet) wirkt. Diese Kraft bildet somit im Befestigungsflansch 15 ein Biegemoment der bereits erwähnten Art, wodurch in der Hohlkehle eine Druckspannung entsteht. Der in der F i g. 5 dargestellte Befestigungsflansch 15 ist hingegen im wesentlichen nur einer reinen Druckkraft seitens der Schrauben 4 des Zylinderkopfes 2 ausgesetzt, da die Mittennormale S 6 der wirksamen Auflagefläche im wesentlichen durch den Mittelpunkt der Auflagefläche 52 des Ringes 53 führt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kolbenbrennkraftmaschine mit auswechselbarer Zylinderlaufbuchse mit einem Befestigungsflansch, welcher mit Auflageflächen versehen ist, die zwischen entsprechend ausgebildeten Auflageflächen des Zylinderkopfes und des Zylinderblockes eingeklemmt sind, wobei die dem Zylinderkopf zugewandte Auflagefläche des Befestigungsflansches und die der Zylinderlaufbuchse zugewandte Auflagefläche des Zylinderkopfes äquidistant sind, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zylinderkopf zugewandte Auflagefläche (16, 20, 32, 41, 51) des Befestigungsflansches (15) auf einem Kegelmantel (Basiswinkel α) liegt, dessen Kegelspitze auf der Zylinderachse liegt und zum Kurbelgehäuse zeigt, und daß der von den Mittennormalen (51, S¹3} S 5, S 6) der dem Zylinderkopf (2) zugewandten Auflagefläche (16, 20, 32, 41, 56) gebildete Kegel die dem Zylinderblock zugewandte Auflagefläche (17, 21, 31, 42, 52) des Befestigungsflansches (15) in der Mitte oder außerhalb der Mitte ihrer Breite schneidet.

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Neigungswinkel («, ß) der Auflagefläche (16, 20, 32) größer ist als 5°.

3. Kolbenbrennkraftmaschine inach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rand der dem Zylinderkopf (2) zugewandten Auflagefläche (16, 20, 32, 46, 56) einen Durchmesser (D) hat, der kleiner ist als der Außendurchmesser (B) der Buchsenwand.

4. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zylinderblock (3) zugewandte Auflagefläche (17, 21, 31) ebenfalls geneigt ist.

5. Kolbenbrennkraftmaschine nach den An-Sprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel (α, β) beider Auflageflächen (16, 17, 20, 21, 31, 32, 42, 46) gleich sind (Fig. 1,2).

6. Kolbenbrennkraftmaschine nach den An-Sprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α) der dem Zylinderkopf (2) zugewandten Auflagefläche (20) größer ist als der Neigungswinkel (ß) der dem Zylinderblock (3) zugewandten Auflagefläche (21) (Fig. 3).

7. Kolbenbrennkraftmaschine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zylinderblock zugewandte Auflagefläche (42, 52) des Befestigungsflansches (15) eine ringnutenförmige Hohlkehle ist, welche sich gegen einen mit einer entsprechenden Ringfläche versehenen Ring (43, 53) abstützt (F i g. 4, 5).