DE1955140A1

DE1955140A1 - Fluessigkeitsgekuehlte Zylinderbuechse fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1955140A1
Application number: DE19691955140
Authority: DE
Inventors: Rolf Engel; Stephan Mayer
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1969-11-03
Filing date: 1969-11-03
Publication date: 1971-05-27
Also published as: US3659569A; CH519653A; GB1302426A; DK127520B; FR2068355A5; NL7015921A

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg, Aktiengesellschaft 195

89 Augsburg
Stadtbachstraße 1

P.B. 2538 Augsburg, 28. Oktober 1969

Flüssigkeitsgekühlte Zylinderbüchse für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Zylinder büchse für Brennkraftmaschinen, insbesondere Großmotoren, mit mindestens einem von einem Kühlmittel durchflossenen Kanal im Büchsenbund.

Bekanntlich treten im Verbrennungsraum von Brennkraftmaschinen sehr hohe Temperaturen auf, welche der Kühlung, besonders des oberen Teiles der Zylinderbüchse, große Bedeutung zukommen lassen. Insbesondere der Bund der Zylinderbüchse muß jedoch außer erheblichen radial wirkenden Gasdrücken beträchtliche von den Zylinderkopischrauben eingeleitete axiale Kräfte übertragen, weswegen die konstruktive Auslegung des Büchsenbundes aus Gründen der Festigkeit auf eine gegenüber den weiter unten liegenden" Teilen der Zylinderbuchse relativ große Materialanhäufung nicht verzichten kann. Ohne ausreichende

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Kühleinrichtung kommt es in diesen Materialanhäufungen zu einer Wärmestauung, in deren Folge durch ungleiche Wärmedehnungen gefährliche Verwerfungen der Bundflächen, insbesondere der Bundinnenwand, oder gar Spannungsrisse auftreten. Weiterhin gefährdet eine mangelhafte Wärmeabfuhr die Ausbildung eines ausreichenden Schmierfilms zwischen den Kolbenringen und der Büchsenwand, was die Gefahr eines !tessens dieser Teile mit sich bringt.

Es sind bereits verschiedene Ausführungen von Kühlanordnungen bekannt, die im Büchsenbund einen von einem Kühlmittel durchflossenen Kanal vorsehen. Das Kühlmittel fließt dabei entweder durch einen eingegossenen, allseitig geschlossenen Ringkanal (französische Patentschrift 588 551) oder in nach außen offenen, mit der Mantelkühlung in Verbindung stehenden Ringnuten (schweizerische Patentschrift 73 9q4). In jedem Falle bewirkt eine der- / artige Kühlanordnung eine beträchtliche mechanische Schwächung des Bundes. Wird eine nach außen offene Ringnut vorgesehen, so bedingen die von den Zylinderkopfschrauben eingeleiteten axialen Spannkräfte außerdem gefährliche Biegespannungen, die zu einer schädlichen Auswölbung der Zylinderinnenwand führen können. Wird ein kühlmittelführender Kanal eingegossen, so wird zudem dessen Kühlwirkung dadurch beeinträchtigt, daß ein unkontrollierbar ungleichmäßiger Abstand des Kanals von der Zylinderinnenwand nicht zu vermeiden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Büchsenbund und insbesondere dessen Innenseite möglichst wirkungsvoll zu kühlen,

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ohne daß dadurch ein unerwünschter Spannungsverlauf im Bereich des Büchsenbundes dessen Festigkeit beeinträchtigt oder gar schädliche Verformungen bewirkt»

Diese Aufgabe wird erfindungagemäß dadurch gelöst, daß in dem oberen Bereich des Büchsenbundes wenigstens ein der Rundung des Büchsenbundes angepaßtes Kühlrohr eingegossen wird, dieses Kühlrohr zumindest an seinen Zu- und/oder Abflußleitungen mittels Halterungen in der Gießform gehalten und in eine von axialen Druckspannungen freigehaltene Zone nahe der Zylinderbüchseninnenwand gelegt ist.

Um die Büchseninnenwand auf einer breiten Fläche möglichst homogen zu kühlen und um einen ausreichenden Abstand von den axial druckbelasteten äußeren Bereichen des Bundes zu erhalten, wird jedes Kühlrohr vorteilhaft radial abgeflacht.

Aus geßtechnischen Gründen ist es weiterhin vorteilhaft, jedes Kühlrohr an zwei radial gegenüberliegenden Stellen zu teilen und jede dadurch entstehende Hälfte eines Kühl-, rohres an ihren Enden nahe der beide Formhälften trennenden Teilfuge zu lagern. Dadurch können beide so entstehende halbkreisförmige in sich geschlossene Kühlsysteme mit ihren zugehörigen Formhälften beim Zusammenbau der Gußform unabhängig voneinander bewegt und eingebaut werden, wodurch die Gefahr von Beschädigungen oder Verschiebungen der Rohre und der Gußform beim Einsetzen des schweren, den späteren Verbrennungsraum von Gußmaterial freihaltenden Kerns weitgehend vermieden wird,

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Um eine gute Zirkulation der Kühlflüssigkeit zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, die Flüssigkeit im Fall mehrerer, übereinander angeordneter Rohre mittels jeweils eines Steigrohres wechselseitig an jeweils einer Seite einer Rohrhälfte zur nächst höheren zu führen. Der fertigungstechnische Aufwand kann weiter vermindert werden, wenn jedes halbkreisförmige Kühlsystem vorgefertigt und als Ganzes eingeformt wird.

Der Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin, daß mit Ausnahme von senkrecht den Bereich der axialen Druckspannungen durchstoßenden Versorgungsleitungen oder Halterungen keine Kühlkanäle in diesem axial belasteten Bereich des Büchsenbundes liegen, insbesondere, da die abgeflachten Rohre durch ihre ausgezeichnete Lagesicherung mit sehr geringen Toleranzen nahe an die Zylinder innenwand herangeführt werden können. Dies ermöglicht wiederum eine optimale Kühlung der Bundinnenwand und eine gute thermische Abschirmung der äußeren Bundteile bei, bedingt durch die kastenbauartige Anordnung, guter Druckfestigkeit der Bundinnenwand.

* Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Kühlanordnung platz-

und materialsparend und erfordert weder konstruktiven noch herstellungstechnischen Aufwand.

Über den erfindungsgemäß ausgestalteten Büchsenbund kann das Gußmaterial gut in den unteren Mantelbereich fließen, weshalb keine Gefahr von Gußfehlern durch einen ungünstigen Kristallisationsverlauf besteht.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den zusätzlichen Ansprüchen in Verbindung mit dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt I-I durch den oberen Teil eines Zylinders,

Fig. 2 im Schnitt II-II eine Draufsicht auf den Büchsenbund,

Fig. 3 den eingekreisten Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 eine Hälfte des Kühlsystems vor dem Eingießen.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird,, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Zylinderdeckel 11 über nicht dargestellte Zylinderdeckelschrauben in an sich bekannter Weise über einen Büchsenbund 12 einer Zylinderbüchse 13, die den Verbrennungsraum 14 umschließt, am Zylinderblock 15 befestigt.

Fig. 2 stellt eine Draufsicht auf den Büchsenbund 12 im Schnitt II-II dar, die erkennen läßt, wie ein System von Kühlrohren If) jeweils geschlossen in eine der durch die Teilfuge B-B getrennten Formhälften eingegossen ist. Eine gute Lagesicherung der Kühlrohre IG wird dadurch erreicht, daß jedes Kühlrohr IG im Bereich der Teilfuge B-B an seinen Enden nach außen gebogen, dort mittels Pfropfen 17 verschlossen und mit diesen FauUux mittels Halterungen 18 in der Gießform gehalten wird. Die dadurch erreichte gute Ilagesicherung der Kühlrohre IG ermöglicht es, ihren Abstand a von der Zylinderinnenwand

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gleichbleibend exakt einzuhalten. Über Steigrohre 19 gelangt die Kühlflüssigkeit von jeweils einem Kühlrohr 16 in das nächsthöhere.

Die Vergrößerung in Fig. 3 zeigt deutlich, wie durch die erfindungsgemäße Verwendung abgeflachter Rohre eine relativ große Kühlfläche erreicht wird, die sowohl die Innenwand der Zylinderbüchse 13 gut homogen kühlt als auch die Außenzonen des Büchsenbundes 12 thermisch abschirmt. Durch die damit entstehende kastenbauartige Gestaltung des die Innenwand unterstützenden Teiles des Büchsenbundes 12 wird trotz der großen Gesamtkühlfläche eine gute Festigkeit der Bundinnenseite gegen radialen Druck erreicht. Die über einen Zentriersteg 20 des Zylinderdeckels 11 eingeleiteten axialen Spannkräfte belasten lediglich den ungeschwächten äußeren Bereich des Büchsenbundes 12 und werden dort zur Stützfläche des Zylinderblocks 15 weiter geleitet.

Dieser verhältnismäßig stark ausgebildete äußere Bereich des Büchsenbundes 12 ermöglicht bei stehendem Guß einen ausreichend breiten Zugang des Gußmaterials zu den unteren Bereichen der Zylinderbüchse 13, die damit gießtechnisch nicht durch Lunker oder ähnliche Gußfehler gefährdet wird.

Fig. 4 zeigt ein halbkreisförmiges, vor dem Gießen bereits fest verbundenes System von Kühlrohren 16, das zum Vergießen an den Rohrenden in einer Formhälfte gehalten wird. Die Kühl- , flüssigkeit gelangt dabei durch eine Zuflußleitung 21 aus den den Mantelbereich der Zylinderbüchse 13 kühlenden Kanälen in das -

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unterste der Kühlrohre 16, durchläuft dieses und tritt mittels eines Steigrohres 19 am anderen Ende des untersten der Kühlrohre 16 in das nächsthöhere ein, von wo sie - wiederum nach Durchlaufen - weitergeleitet wird. Das eine Ende des obersten Kühlrohres ist nicht mit einem Pfropfen 17 verschlossen_s so daß die Kühlflüssigkeit von hier zum Zylinderdeckel hochgeleitet werden kann.

Wie vorstehende Beschreibung zeigt, ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.

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Claims

1955 UO Ansprüche;

1. Flüssigkeitsgekühite Zylinderbuchse für Brennkraftmaschinen, insbesondere Großmotoren, mit mindestens einem von einem Kühlmittel durchfloaaenen Kanal iin Büchsenbuni, dadurch gekennzeichnet, daß in dem oberen Bereich des Büchsenbundes (12) wenigstens ein der Rundung des Büchsenbundes (12) ange- pastes Kuhlrohr (16) eingegossen wird, dieses Kühlrohr (16) zumindest an seinen Zu- und/oder Abflußleitungen mittels Halterungen (18) in der Gußform gehalten und in eine von axialen Druckspannungen freigehaltene Zone nahe der Zylinderbüchseninnenwand gelegt ist.

2. Zylinderbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet* daß jedes Kühlrohr (16) sur Vergrößerung der homogenen Kühlfläche sowie sur Vergrößerung des Abstandes sur druckbelasteten äußeren Zone des Büchsenbundes (12) radial an beiden Seiten abgeflacht ausgebildet ist.

3. Zylinderbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kühlrohr (16) geteilt und jede dadurch entstehend« Hälfte •inte Kühlrohres an ihren Enden nahe der die beiden Formhälften trennenden Teilfuge (B-B) gelagert ist.

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4. Zylinderbuchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle mehrerer übereinander liegender Kühlrohre (16) diese wechselnd jeweils im Bereich ihrer Enden über je ein Steigrohr (19) verbunden sind.

5. Zylinderbüchae nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das System mehrerer übereinander liegender Kühlrohre (16) vor dem Gießen zusammengefügt und starr verbunden ist.

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