DE2503489C2 - Kühlrippenanordnung für Luftkühlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Kühlrippen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei luftgekühlten Brennkraftmaschinen wird die Leistung häufig durch die Warmfestigkeit von thermisch hochbeanspruchten Teilen begrenzt. So sind z. B. die Temperaturen des Kolbens oder des Zylinderkopfes maßgebend für die maximale Leistung der Maschine. Aus diesem Grunde werden gut wärmeleitende Werkstoffe verwendet und es wird eine intensive Kühlung angestrebt. Eine wirksame Kühlung setzt jedoch große Kühlflächen voraus, die sich wegen des größeren Bauvolumens nicht beliebig steigern lassen. Bei Kühlrippen läßt sich zwar die Kühlfläche durch besonders enge Rippenabstände ohne Vergrößerung des Bauvolumens erhöhen, jedoch steigt dann der Strömungswiderstand der Kühlluft an, so daß für das Kühlluftgebläse größere Leistungen erforderlich sind. Bei engen Rippenteilungen gelangt außerdem die Kühlluft trotz des Gebläsedrukkes mit zunehmender Rippenhöhe nicht mehr bis an den Rippenfuß, so daß gerade diese besonders heiße Zone nicht mehr wirksam gekühlt wird. Da enge Rippenteilungen hohe Gebläseleistungen erfordern und große Rippenhöhen das Bauvolumen vergrößern, wird stets ein Kompromiß zwischen diesen, die Kühlwirkung beeinflussenden Faktoren angestrebt.

Aus der CH-PS 1 00 547 ist es bekannt, zur Steigerung der Kühlwirkung die Kühlrippen in Form einer Wellenlinie parallel nebeneinander anzuordnen. Dadurch soll die Kühlluft, welche die ebenfalls wellenförmigen Kanäle durchfließt, durcheinandergewirbelt und in innige Berührung mit uen Rippen gebracht werden, um so eine bessere Wärmeableitung zu erhalten. Hierbei bleibt eine ausreichende Kühlung des heißen Rippengrundes problematisch.

Aus der US-PS 18 21 434 sind zur Erzielung turbulenter Kühlluftströme in Kühlkanälen von Brennkraftmaschinen in den Kanälen Wirbelkörper angeordnet, die zwar einerseits zu einer verbesserten Wärmeaufnahme durch den Kühlluftstrom führen, andererseits aber den Strömungsquerschnitt vermindern und somit den Strömungswiderstand ungünstig erhöhen.

Aus der DE-PS 5 87 749 ist eine Kühlanordnung für einen Brennkraftmaschinenzylinder bekanntgeworden, die aus einzelnen in Umfangs- wie in Längsrichtung des Zylinders mit Abstand voneinander angeordneten, im Querschnitt rhombusförmigen Kühlzähnen besteht. Jeder Kühlzahn verjüngt sich ausgehend vom Zahngrund zu seinem Ende. Die durch die einzelnen Zähne geschaffenen Führungskanäle für die Kühlluft sollen eine kräftige Kühlung des ganzen Zylinders sichern, wobei die Kühlluft auch nach der der Luftströmung abgekehrten Seite des Zylinders gelangen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlrippen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß der Kühlluftstrom auch am Rippengrund eine wirkungsvolle Kühlung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Die in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden, als Kanten ausgebildeten Knickfalten bewirken ein ständiges Abreißen der Strömung an jeder Kante und damit eine starke Wirbelbildung mit entsprechend gutem Wärmeübergang. Die entgegen dem Kühlluftstrom geneigten, dem Kühlluftstrom zugewandten Rippenflächen bewirken, daß die auftreffende Kühlluft zum hei-Ben Rippengrund hin abgelenkt wird. Die zum Rippengrund erzeugte Strömungskomponente setzt sich mit der Komponente in Strömungsrichtung zu einer zum Rippengrund hin geneigten Resultierenden der Gesamtströmungsrichtung zusammen. Diese Resultierende wird an jeder folgenden angeströmten Rippenfläche erneut zum Rippengrund abgelenkt, so daß ein eintretender Kühlluftstrom treppenförmig mehr und mehr zum Rippengrund in den Kühlkanal hin eintaucht. Zugleich mischt sich diese Strömung mit den an jeder Kante der Knickfalten entstehenden Wirbeln. Dadurch ist eine wirkungsvolle Kühlung bei gezielter Kühlung des heißen Rippengrundes gewährleistet.

Zur Erzeugung ausreichender Wirbel und damit eines guten Wärmeübergangs beträgt die Kantenlänge der Knickfalten einer Kühlrippe etwa 6 bis 12 mm. Die Kante einer jeden Knickfalte kann bis zu 18° entgegen der Strömungsrichtung der Kühlluft geneigt sein.

In der folgenden Beschreibung ist das in den Zeichnungen schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Horizontalschnitt durch den Zylinderkopf einer stehenden Zylindereinheit einer luftgekühlten Hubkolbenbrennkraftmaschine oberhalb der Zylinderkopfbodenplatte,

Fig.2 eine perspektivische Darstellung zueinander paralleler Kühlrippen gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Zylinderkopf 1 für eine luftgekühlte Reihenmaschine im Horizontalschnitt knapp oberhalb der Zylinderkopfbodenplatte 2 dargestellt. Die horizontal verlaufenden Gaswechselkanäle für den Einlaß 3 und den Auslaß 4 führen nach der Abluftseite des Zylinderkopfes 1, die zugleich eine Längsseite der Zylinderreihe bildet.

Die Zuströmseite der Kühlluft liegt den KanElmündungen für den Ein- und Auslaß 3,4 gegenüber. Sie wird zum Teil durch eine angegossene Säule 5 mit horizontalen Kühlrippen 8 abgedeckt, so daß sich der Kühlluftstrom in zwei Teile teilt. Die beiden Kühlluftströme umfließen die Säule 5 und die hinter ihr angeordnete, nicht näher dargestellte Einspritzeinrichtung. Die überwiegend vertikal auf dem Zylinderkopfboden 2 angeordneten Kühlrippen 6 lenken die geteilten Kühlluftströme teilweise wieder zur Zylinderkopfmitte, während der

Rest an den Zylinderkopfseiten zwischen jeweils zwei Zylindereinheiten entlangströmL Zwischen den Gaswechselkanälen ist der thermisch besonders gefährdete Stegbereich zwischen den Ventilen mit Kühlrippen 6 besetzt Alle Rippen verlaufen gemäß der Erfindung in Strömungsrichtung der Kühlluft wellenförmig geknickt und parallel. Zugleich ist die Kante 9 einer jeden Knickfalte 7 entgegen der Strömungsrichtung geneigt. Durch diese Neigung sind auch die Teilfiächen der Kühlrippen, auf die die Kühlluft auftrifft se geneigt daß sich für die Kühlluft eine abwärts zum Rippengrund gerichtete Komponente ergibt Die zum Rippengrund gerichtete Komponente bewirkt für einen Teil der Kühlluft eine Zwangsführung zum besonders heißen Rippengrund und an der Knickfaite 7 eine zusätzliche Verwirbelung der Luftströmung.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich durch das hohe Wärmegefälle der Kühlluft zum Rippengrind eine besonders intensive Kühlung, die durch die Wirbelbildung an den Knickfalten noch unterstützt wird. Die entgegen der Strömungsrichtung geneigten Rippenflächen einer jeden Knickfalte sind, weil sie einen Teil der Kühlluft zum Rippengrund ablenken, jeder herkömmlichen Verrippung an Kühlwirkung überlegen. Besonders wirkungsvoll ist dies bei nebeneinander angeordneten Zylindereinheiten. In diesen Fällen können bekanntlich aus Gründen einer wirtschaftlichen Herstellung die Kühlrippen benachbarter Zylindereinheiten nicht ohne Stoßfuge angeordnet werden. In dieser Stoßfuge mit spitz auslaufenden Rippen geht erfahrungsgemäß ein Teil der Kühlluft ungenutzt verloren. Gemäß der Erfindung wird jedoch die zum Rippengrund abgelenkte Kühlung auch an den Stoßfugen zu einer besseren Ausnutzung und damit geringeren Kühlluftverlusten führen.

Die Gaswechselkanäle sind an den Außenseiten mit horizontalen Kühlrippen 8 besetzt, die ebenfalls wellenförmig geknickt sind. Im Bereich der Zylinderkopfmitte, wo sich die vertikal und horizontal verlaufenden Kühlrippen 6 bzw. 8 gegenüberstehen, folgen die Rippenenden dem stetig geknickten Verlauf der benachbarten Rippen, so daß keine glatten Durchgänge für die Kühlluft entstehen. An den Außenseiten des Zylinderkopfes 1 haben die Rippenenden einen geradlinigen Verlauf, damit die Stoßfuge zur nicht näher dargestellten benachbarten Zylindereinheit möglichst klein wird.

In F i g. 2 sind mehrere vertikal und parallel angeordnete Kühlrippen 6 perspektivisch dargestellt. Die Strömungsrichtung der Kühlluft ist durch Pfeile gekennzeichnet. Die Kühlrippen 6 sind abwechselnd nach beiden Seiten unter einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung der Kühlluft geknickt. Die Kante 9 jeder Knickfalte ist entgegen der Strömungsrichtung geneigt und damit auch die Rippenfläche 10. Durch diese Neigung wird die Strömungsrichtung der Kühlluft an jeder Rippenfläche zum Rippengrund hin abgelenkt, so daß sich von Falte zu Falte eine mehr und mehr zum Rippengrund gerichtete Strömungsrichtung ergibt. Diese Strömung mischt sich mit dem an jeder Kante einer Knickfalte entstehenden Wirbel, so daß auch bei großer Rippentiefe bis zum Rippengrund eine intensive Kühlung bo erzielt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kühlrippen an Bauteilen luftgekühlter Brennkraftmaschinen, insbesondere an dem Zylinderkopf, welche in Strömungsrichtung der Kühlluft parallel zueinander verlaufen und in Strömungsrichtung aneinander anschließende Rippenflächen aufweisen, die — in Richtung auf den Rippengrund gesehen — abwechselnd nach beiden Seiten unter einem spitzen Winkel schräg zur Strömungsrichtung liegen und der anströmenden Kühlluft zu- bzw. abgewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenflächen (10) eben ausgebildet sind und über Knickfaiten (7) mit Kanten (9) aneinander anschließen, welche vom Rippengrund aus zur einströmenden Kühlluft hin geneigt sind.

2. Kühlrippen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenlänge der Knickfalten (7) etwa 6 bis 12 mm beträgt.

3. Kühlrippen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenneigung bis zu 18° beträgt.