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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf eine Zylinderbuchse und insbesondere auf eine Zylinderbuchse mit einer ringförmigen Kühlmittelzirkulationsnut.
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Hintergrund
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Ein Verbrennungsmotor weist einen Motorblock auf, der eine Vielzahl von Zylinderbohrungen definiert und Kolben, die sich in den Zylinderbohrungen hin- und herbewegen, um mechanische Leistung zu erzeugen. Typischerweise weist jede Zylinderbohrung eine ersetzbare Buchse auf. Die Buchse hat einen zylindrischen Körper, der in die Zylinderbohrung passt, und einen radialen Flansch an einem oberen Ende des Körpers, der die Zylinderbuchse an dem Zylinderblock lagert und positioniert. In einigen Ausführungsbeispielen ist ein Hohlraum um die Buchse ausgebildet, und Kühlmittel wird durch den Hohlraum geleitet, um die Buchse zu kühlen.
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Eine beispielhafte Zylinderbuchse ist in der
U.S.-Patentveröffentlichungsschrift 2006/0219192 von Rasmussen offenbart, die am 5. Oktober 2006 veröffentlicht wurde („die '192-Veröffentlichung). Diese Zylinderbuchse weist eine parabolförmige Kühlnut auf, die in einer Außenfläche direkt unter einem sich radial erstreckenden Flansch eingearbeitet ist. Der Flansch wird durch Presspassung in einem Motorblock befestigt, um eine Strömungsmitteldichtung zu erzeugen, die verhindert, dass Kühlmittel aus der Kühlnut leckt. Die Kühlnut hat einen Radius von 0,320'' und eine Breite von 0,472'' und soll eine Stelle vorsehen, an der Kühlmittel sich nach oben und innen zu einer Zündungszone eines assoziierten Motors bewegt, wodurch die Kühlung der Zylinderbuchse verbessert wird.
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Obwohl die Kühlnut der
'192-Veröffentlichung die Kühlung der Zylinderbuchse verbessern kann, ist die Zylinderbuchse nicht immer ganz optimal. Insbesondere ist es möglich, dass der Flansch nicht vollständig den Motorblock abdichtet. Weil weiter die Anordnung der Kühlnut direkt benachbart zum Flansch ist, könnte Kühlmittel aus der Kühlnut und an der Schnittstelle zwischen Flansch und Block vorbeilecken.
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Die Zylinderbuchse der vorliegenden Offenbarung löst ein oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme im Stand der Technik.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf eine Zylinderbuchse gerichtet. Die Zylinderbuchse kann einen hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körper mit einem oberen Ende und einen unteren Ende aufweisen, und einen Flansch, der sich radial nach außen am oberen Ende des hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körpers erstreckt. Die Zylinderbuchse kann auch einen Dichtungsendanschlag aufweisen, der an einer äußeren ringförmigen Oberfläche des hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körpers um eine axiale Distanz entfernt von dem Flansch ausgebildet ist, und eine ringförmige Nut, die in der äußeren ringförmigen Oberfläche des hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körpers an einer Stelle zwischen dem Endanschlag und dem unteren Ende gebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf eine Zylinderbuchsenanordnung gerichtet. Die Zylinderbuchsenanordnung kann eine Zylinderbuchse bzw. Zylinderauskleidung mit einem hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körper mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, einen Flansch, der sich radial am oberen Ende des hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körpers nach außen erstreckt, und eine ringförmige Nut aufweisen, die in der äußeren ringförmigen Oberfläche des hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körpers ausgebildet ist. Die Zylinderbuchsenanordnung kann auch eine Dichtung aufweisen, die um den hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körper an einer axialen Stelle zwischen dem Flansch und der ringförmigen Nut angeordnet ist.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einen Motor gerichtet. Der Motor kann einen Zylinderblock aufweisen, der zumindest teilweise eine Vielzahl von Zylinderbohrungen definiert, und mindestens einen Kühlmitteldurchlass, der radial in jede der Vielzahl von Zylinderbohrungen geführt ist. Der Motor kann auch eine Zylinderbuchsenanordnung aufweisen, die in jeder der Vielzahl von Zylinderbohrungen angeordnet ist. Die Zylinderbuchsenanordnung kann eine Zylinderbuchse bzw. Zylinderauskleidung mit einem hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körper mit einem oberen Ende und einem unteren Ende und einen Flansch haben, der sich radial nach außen am oberen Ende des hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körpers erstreckt. Die Zylinderbuchse kann auch eine ringförmige Nut haben, die in der äußeren ringförmigen Oberfläche des hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körpers in einer im Allgemeinen axialen Ausrichtung mit dem mindestens einen Kühldurchlass ausgebildet ist. Die Zylinderbuchsenanordnung kann weiter eine Dichtung aufweisen, die um den hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körper an einer axialen Stelle zwischen dem Flansch und der ringförmigen Nut angeordnet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsdarstellung eines beispielhaften offenbarten Motors; und
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2 ist eine Querschnittsdarstellung eines Teils einer Zylinderbuchse, die in Verbindung mit dem Motor der 1 verwendet werden kann.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht einen Teil eines beispielhaften Verbrennungsmotors 10. Der Motor 10 kann einen Motorblock 12 aufweisen, der zumindest eine Zylinderbohrung 14 definiert. Eine Zylinderbuchsenanordnung 16 kann in der Zylinderbohrung 14 angeordnet sein, und ein Zylinderkopf 18 kann mit dem Motorblock 12 verbunden sein, um ein Ende der Zylinderbohrung 14 zu schließen. Ein Kolben 20 kann verschiebbar in der Zylinderbuchsenanordnung 16 angeordnet sein, und der Kolben 20 kann zusammen mit der Zylinderbuchsenanordnung 16 und dem Zylinderkopf 18 eine Brennkammer 22 definieren. Es wird in Betracht gezogen, dass der Motor 10 irgendeine Anzahl von Brennkammern 22 aufweisen kann und dass die Brennkammern 22 in einer ”Reihenkonfiguration”, in einer ”V-Konfiguration”, in einer Boxer-Konfiguration bzw. Konfiguration mit gegenüberliegenden Kolben oder in irgendeiner anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein können.
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Der Kolben 20 kann konfiguriert sein, um sich in der Zylinderbuchsenanordnung 16 zwischen einer oberen Totpunktposition (OT bzw. TDC = Top Dead Center) und einer unteren Totpunktposition (UT bzw. BDC = Bottom Dead Center) hin- und herzubewegen, um einen Verbrennungsprozess in der Kammer zu ermöglichen. Insbesondere kann der Kolben 20 mittels einer Verbindungsstange bzw. Pleuelstange schwenkbar mit einer Kurbelwelle 24 verbunden sein, so dass eine Gleitbewegung von jedem Kolben 20 in der Zylinderbuchsenanordnung 16 eine Drehung der Kurbelwelle 24 zur Folge hat. In ähnlicher Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine Gleitbewegung des Kolbens 20 zur Folge haben. In einem Zwei-Takt-Motor kann sich der Kolben 20 über zwei volle Hübe bewegen, um einen Verbrennungszyklus zu vollenden, der einen Leistungs/Auslass/Einlasshub (obere Totpunkt zum unteren Totpunkt) und einem Einlass/Verdichtungshub (unterer Totpunkt zum oberen Totpunkt) aufweist. In einem Vier-Takt-Motor kann der Kolben 20 sich über vier volle Hübe bewegen, um einen Verbrennungszyklus zu vollenden, der einen Einlasshub (oberer Totpunkt zum unteren Totpunkt), einen Verdichtungshub (unterer Totpunkt zum oberen Totpunkt), einen Leistungshub (oberer Totpunkt zum unteren Totpunkt) und einen Auslasshub (unterer Totpunkt zum oberen Totpunkt) aufweist. Brennstoff (beispielsweise Dieselbrennstoff, Benzin, gasförmiger Brennstoff usw.) kann in die Brennkammer 22 während den Einlasshüben von jedem Verbrennungszyklus eingespritzt werden. Der Brennstoff kann während der Verdichtungshübe mit Luft vermischt werden und gezündet werden. Wärme und Druck, die aus der Zündung von Brennstoff und Luft resultieren, können während der darauf folgenden Leistungshübe in nützliche mechanische Leistung umgewandelt werden. Restliche Gase können aus der Brennkammer 22 während der Auslasshübe ausgelassen werden.
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Wärme von dem oben beschriebenen Verbrennungsprozess, die den Motor 10 beschädigen könnte, wenn man sie nicht berücksichtigt, kann mittels eines Wassermantels 28 von der Zylinderbohrung 14 abgeleitet werden. Der Wassermantel 28 kann zwischen einer inneren Wand der Zylinderbohrung 14 und einer äußeren Wand der Zylinderbuchsenanordnung 16 angeordnet sein. Beispielsweise kann der Wassermantel 28 durch eine Ausnehmung in dem Motorblock 12 an der inneren Wand der Zylinderbohrung 14 und/oder in der äußeren Wand der Zylinderbuchsenanordnung 16 geformt werden. Es wird in Betracht gezogen, dass der Wassermantel 28 vollständig in dem Motorblock 12 um die Zylinderbuchsenanordnung 16 ausgebildet sein kann, dass er vollständig in der Zylinderbuchsenanordnung 16 ausgebildet sein und/oder durch eine (nicht gezeigte) hohle Hülse gebildet werden kann, die entweder an dem Motorblock 12 oder an die Zylinderbuchsenanordnung 16 gelötet ist, wie erwünscht. Wasser, Glykol oder eine vermischte Mixtur kann durch den Wassermantel 28 geleitet werden, um Wärme vom Motorblock 12 und der Zylinderbuchsenanordnung 16 zu absorbieren.
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Die Zylinderbuchsenanordnung 16 kann eine Anordnung von mindestens zwei Hauptkomponenten sein, die eine Zylinderbuchse bzw. Zylinderauskleidung („Buchse”) 32 und eine Dichtung 30 aufweist. Die Dichtung 30 kann um die Zylinderbuchsenanordnung 16 angeordnet sein, um ein oberes Ende des Wassermantels 28 abzudichten. Die Dichtung 30 kann nach der Montage sandwich-artig zwischen einer äußeren Wand der Zylinderbuchsenanordnung 16 und einer inneren Wand der Zylinderbohrung 14 aufgenommen sein, so dass Kühlmittel in dem Wassermantel 28 davon abgehalten wird, durch einen oberen Teil der Zylinderbohrung 14 nach außen zu lecken. Die Dichtung 30 kann beispielsweise eine O-Ring-Dichtung sein, die aus einem elastischen Material hergestellt ist.
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Wie in 2 gezeigt, kann die Buchse 32 einen hohlen, im Allgemeinen zylindrischen Körper 36 haben, der sich entlang einer Längsachse 38 erstreckt, und einen ringförmigen Flansch 14, der radial nach außen an einem oberen oder freigelegten Ende des Körpers 36 vorsteht. Eine Unterseite 42 des Flansches 40 kann konfiguriert sein, um mit einer Oberseite 44 des Motorblocks 12 in Eingriff zu kommen, während eine Oberseite 46 des Flansches 40 konfiguriert sein kann, um mit dem Zylinderkopf 18 in Eingriff zu kommen. Ein ringförmiger Kanal 47 kann unter dem Flansch 40 (d. h. an einer inneren Ecke des Körpers 36 und des Flansches 40) ausgebildet sein, so dass er als ein Überfluss- oder Unterstützungskühlmittelsammelhohlraum wirkt. Insbesondere kann irgendwelches Kühlmittel, welches aus dem Wassermantel 28 über die Dichtung 30 leckt in dem Kanal 47 gesammelt werden und der Eingriff der Unterseite 42 mit der Oberseite 44 kann verhindern, dass dieses gesammelte Kühlmittel aus dem Kanal 47 entweicht.
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Die Dichtung 30 kann an einer erwünschten axialen Stelle an der Buchse 32 durch voneinander beabstandete Endanschläge 48 gehalten werden, welche an gegenüberliegenden Seiten der Dichtung 30 angeordnet sind. Der Wassermantel 28 kann strömungsmittelmäßig mit einer unteren Hälfte der Dichtung 30 über einen ringförmigen Durchlass 50 in Verbindung stehen, der durch eine Differenz der Durchmesser von Buchse und Bohrung an einer axialen Stelle zwischen den Endanschlägen 48 gebildet wird. Diese Verbindung kann dabei helfen, die Dichtung 30 zu kühlen.
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Eine ringförmige Nut 52 kann in einer Außenfläche des Körpers 36 an einer axialen Stelle zwischen den Endanschlägen 48 ausgeformt sein. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel ist die ringförmige Nut 52 so gezeigt, dass sie näher an dem unteren der Endanschläge 48 angeordnet ist (beispielsweise zwischen der Dichtung 30 und dem unteren Endanschlag 48) obwohl andere Konfigurationen ebenfalls möglich sind. Ein radial orientierter Strömungsmitteldurchlass 54 kann in dem Motorblock 12 ausgebildet sein und konfiguriert sein, um Kühlmittel in den Wassermantel 28, den Durchlass 50 und die Nut 52 zu leiten. Der Durchlass 54 kann an der im Allgemeinen axialen Stelle der Nut 52 enden, um ein Kühlmittel durch die Nut 52 und um den Körper 36 zu drücken. Die Nut 52 kann in Verbindung mit dem Durchlass 50 sein (beispielsweise an einem Eingang des Durchlasse 50 angeordnet sein) und kann dahingehend wirken, dass sie die Kühlmittelzirkulation in dem Durchlass 50 und nach oben gegen die Dichtung 30 verbessert. In dieser Weise kann die Kühlung der Dichtung 30 verbessert werden.
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In dem offenbarten Ausführungsbeispiel hat die ringförmige Nut 52 einen gewölbten Querschnitt. Insbesondere kann die ringförmige Nut 52 eine glatte, im Allgemeinen symmetrische, gekrümmte Oberfläche (d. h. relativ zu einer axialen Mitte) mit einem Radius von ungefähr 4–5 mm und abgerundeten axialen Kanten haben, die sich mit der äußeren ringförmigen Oberfläche des Körpers 36 schneiden. Die Lage und Tiefe der Nut 52 kann eine Wanddicke des Körpers 36 um ungefähr 1–2% verringern, wodurch eine Wärmeübertragung an dieser Stelle verbessert wird. Eine Mitte der Nut 52 kann axial um ungefähr 5–6% einer Distanz vom Flansch 40 zum unteren Ende des Körpers 36 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Mitte der Nut 52 ungefähr 20 mm entfernt von der Unterseite 42 des Flansches 40 angeordnet sein. Eine maximale Breite der Nut 52 (d. h. eine Breite an der äußeren ringförmigen Oberfläche des Körpers 36) kann ungefähr 1/4–1/2 einer Distanz zwischen den Endanschlägen 48 sein. Beispielsweise kann die Breite ungefähr 4,25–8,5 mm sein.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die offenbarte Zylinderbuchse kann in jeder Anwendung verwendet werden, wo es erwünscht ist, die Zuverlässigkeit und die Betriebslebensdauer des assoziierten Motors zu vergrößern. Die offenbarte Zylinderbuchsenanordnung kann die Zuverlässigkeit und die Betriebslebensdauer vergrößern, in dem die Temperatur abgesenkt wird, die auf eine Dichtung einwirkt, die an der Zylinderbuchse installiert ist. Diese Temperatur kann durch Verwendung einer einzigartig konstruierten gewölbt geformten ringförmigen Nut verringert werden, die an einer Schnittstelle eines radialen Kühlmitteldurchlasses angeordnet ist. Die ringförmige Nut kann die Kühlung der Dichtung verbessern, indem Kühlmittel von dem radialen Durchlass zu einer unteren Kante der Dichtung geleitet wird. Zusätzlich kann eine Oberfläche der Nut (in Kombination mit einer Tiefe der Nut in der Außenwand der Zylinderbuchse) dabei helfen, Wärme von der Zylinderbuchse auf das Kühlmittel zu übertragen. Weiter kann irgendwelches Kühlmittel, welches zufälligerweise aus der Nut an der Dichtung vorbei leckt, immer noch in einer entsprechenden Bohrung des Motors durch einen Unterstützungskühlmittelsammelhohlraum eingefangen werden, der zwischen der Dichtung in einem Flansch der Buchse angeordnet ist.
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Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der offenbarten Zylinderbuchsenanordnung vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der offenbarten Zylinderbuchsenanordnung offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Schutzumfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen angezeigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0219192 [0003, 0004]
