DE2937788A1

DE2937788A1 - Leichtmetallzylinderkopf fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2937788A1
Application number: DE19792937788
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Tholen
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1979-09-19
Filing date: 1979-09-19
Publication date: 1981-04-02
Also published as: US4442803A; CS264303B2; CS630680A2; IT8024725A0; CA1162119A; IT1133102B; US4387678A

Description

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Klöckrier-Hurnbolcft-OeutzAG /ΛL si« ü^a/ 5000 KbIn 80, den 11. September 1979

Unser Zeichen: D 79/54 AG-XPB Bü/Bi

Leichtmetallzylinderkopf für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leichtmetallzylinderkopf für Brennkraftmaschinen, bei dem an dem Zylinderkopfboden eine Metallplatte angeordnet ist, die an ihrem Außenumfang einen ringförmigen Ansatz aufweist.

Solche Metallplatten sind an sich bekannt. Sie sind in der Regel aus Grauguß und werden bei luftgekühlten, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, hauptsächlich bei solchen mit Zwei-Stufen-Verbrennung, aber auch bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, angewendet, um die unmittelbare Einwirkung der Brenngase auf dem Zylinderkopfboden zu verhindern und so den Leichtmetallzylinderkopf vor zu hohen Temperaturen zu schützen.

In der DE-PS 525 696 ist ein derartiger Zylinderkopf mit Metallplatte beschrieben. Hierbei ist der Zylinderkopf mit der Metallplatte über eine Schraubverbindung befestigt. Das Zylinderrohr ist auf einem Teil seines Außenumfangs mit einem Gewinde versehen und mit dem ringförmigen Ansatz über ein auf dessen Innenseite angeordnetes Gewinde mit diesem verschraubt.

Der Nachteil einer derartigen Verbindung besteht darin, daß sich der Zylinderkopf und die Metallplatte bei Erwärmung in radialer Richtung unterschiedlich stark ausdehnen,so daß die Schraubverbindung zwischen der Metallplatte und dem Zylinderrohr auf Scherung beansprucht wird, was zu Schraubbrüchen führen kann. Da der Leichtmetallzylinderkopf sich bei Erwärmung stärker" dehnt als die Metall-

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platte, ist der Wärmeübergang zwischen der Metallplatte und dem Zylinderkopf nicht klar definiert. Dadurch kann die Platte gelegentlich zu heiß werden und sich verformen, so daß sie unbrauchbar wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Metallplatte in dem Zylinderkopf so anzuordnen, daß trotz unterschiedlicher Materialien keine Undichtigkeiten auftreten und ein definierter Wärmeübergang zwischen Zylinderkopf und Metallplatte erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei Leichtmetallzylinderköpfen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der ringförmige Ansatz am Zylinderkopf und/oder am Zylinderrohr derart angeordnet ist, daß durch die unterschiedlichen Wärmespannungen im Betrieb Kräfte auf die Metallplatte derart wirken, daß sie an dem Zylinderkopfboden anliegt. Hiermit wird der Vorteil erreicht, daß bei Erwärmung der Metallplatte und des Zylinderkopfes sowie des Zylinderrohres eine Kraft auf die Metallplatte wirkt. Damit liegt die Metallplatte auch während des Betriebes mit ihrer ganzen Fläche an dem Zylinderkopfboden an, so daß ein definierter und gleichmäßiger Wärmeübergang zwischen der Metallplatte und dem Zylinderkopfboden gewährleistet ist. Damit kann es nicht zu örtlichen Überhitzungen in der Metallplatte kommen, so daß ein Verziehen der Metallplatte sicher verhindert wird.

Der ringförmige Ansatz kann - wie an sich bekannt - aus dem gleichen Material wie die Metallplatte hergestellt werden und mit dieser eine einstückige Ausführung bilden. Es ist jedoch auch möglich - wie Anspruch 2 vorschlägt -, den ringförmigen Ansatz als separaten Zylinder herzustellen, der auf seiner inneren Mantelfläche einen Absatz aufweist, auf dem die Metallplatte aufliegt und über den sie gegen den Zylinderkopfboden gedrückt wird. Hierbei ist es sinnvoll, daß ein radialer Abstand zwischen der Metallplatte und dem ringförmigen Ansatz vorgesehen wird.

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Damit der ringförmige Ansatz möglichst kühl bleibt, da er als Abstützung für die sich unter der Wärmespannung verziehende Metallplatte dient, ist es zweckmäßig, die der Umgebungsluft zugewandten Außenflächen des ringförmigen Ansatzes mit Kühlrippen zu versehen.

In den übrigen Ansprüchen sind Möglichkeiten aufgezählt, wie mit einfachen Mitteln die Metallplatte derart am Zylinderkopf befestigt werden kann, daß durch die Wärmespannungen Kräfte auf die Metallplatte wirken, so daß sie sich stärker an den Zylinderkopfboden anschmiegt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 bis 5 schematische Querschnitte von Ausschnitten

der Verbindungsstelle Zylinderkopf - Metallplatte - Zylinderrohr.

In den Figuren ist der schematisch skizzierte Zylinderkopf mit 1, die Metallplatte mit 2, das Zylinderohr mit 3 und der ringförmige Ansatz mit 4 bezeichnet.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, bilden der ringförmige Ansatz 4 und die Metallplatte 2 eine Einheit. Der ringförmige Ansatz 4 ist hierbei mit der Metallplatte 2 derart verbunden, daß sich die Form einer Schale ergibt. Auf cem Außenumfang des ringförmigen Ansatzes 4 sind zur Verbesserung des Wärmeübergangs ein Gewinde bzw. kurze Rippen vorgesehen, womit die Metallplatte 2 und der ringförmige Ansatz 4 im Zylinderkopf 1 eingeschraubt bzw. umgössen werden. Der ringförmige Ansatz 4 ist hierbei derart im Zylinderkopf 1 verankert,

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daß seine freie Stirnseite zugleich ein Teil der Dichtfläche mit dem Zylinderrohr 3 bildet. Die Verspannung von Zylinderkopf und Zylinderrohr erfolgt auf herkömmliche Art und Weise.

Bei der Erwärmung der Metallplatte 2 sowie des Zylinderkopfes 1 dehnen sich beide radial nach außen aus. Da der Zylinderkopf 1 aus Leichtmetall ist, besitzt er einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Metallplatte. Dadurch wirkt auf den ringförmigen Ansatz 4 der sich ausdehnende Zylinderkopf, so daß über den ringförmigen Ansatz 4 in die Metallplatte 2 Kräfte eingeleitet werden, die die Metallplatte 2 gegen den Zylinderkopfboden drücken. Dies kann auch dadurch unterstützt werden, daß die dem Brennraum zugewandte Metallplattenseite konkav gekrümmt ist. Da die radiale Ausdehnung des Zylinderkopfes abhängig ist von seiner Erwärmung, wird mit zunehmender Erwärmung eine sich verstärkende Kraft die Metallplatte 2 immer stärker gogon den Zylinderkopfboden drücken, so daß in allen möglichen Temperaturbereichen ein defii ierter VJärneübergang zwischen dem Zylinderkopfboden und der Metallplatte gewährleistet ist.

In Fig. 2 ist der ringförmige Ansatz 4 ebenfalls einstückig mit der Metallplatte 2 ausgebildet. Im Gegensatz zu der Anordnung gernäß Fig. 1 ist hier der ringförmige; Ansatz der Metallplatte 2 gleichsam als Deckel ausgebildet, der den Zylinderkopfboden radial umschließt. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist hier auf der dem Zylinderrohr 3 zugewandten Stirnseite des ringförmigen Ansatzes 4 ein ringförmiger Bund vorgesehen, der das Zylinderrohr 3 auf seinem Außenumfang umschließt. Da der ringförmige Ansatz 4 nun eine der Umgebungsluft zugewandte Außenseite aufweist, ist es vorteilhaft, diese Seite mit Kühlrippen zu versehen. Dadurch wird das niedrigerere Temperaturniveau des ringförmigen Ansatzes 4 gegenüber der Metallplatte 2 weiter verstärkt. Damit bildet er dem sich unter

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Wärme ausdehnenden Zylinderkopf 1 einen praktisch starren Anschlag. Auch hier übt der sich ausdehnende Zylinderkopf - wie in Fig. 1 eine Kraft derart auf den ringförmigen Ansatz 4 aus, daß die Metallplatte 2 - in Abhängigkeit der Kraft - mehr oder weniger stark gegen den Zylinderkopfboden gepresst wird. Ebenso kann hierbei die dem Brennraum zugewandte Seite der Metallplatte 2 konkav gekrümmt sein, so daß ihre Anpressung gegen den Zylinderkopfboden bei Erwärmung unterstützt wird.

In Abbildung 3 ist die Metallplatte 2 ebenfalls einstückig mit dem ringförmigen Ansatz 4 ausgebildet. In diesem Beispiel ist die Metallplatte 2 nit ihrem ringförmigen Ansatz 4 jedoch in den Zylinderkopfboden eingesetzt, so daß dieser bei Erwärmung sich frei radial nach außen ausdehnen kann. Damit trotzdem eine von der Erwärmung der Bauteile abhängige Kraft auf die Metallplatte 2 derart wirkt, daß sie verstärkt geqen den Zylinderkopfboden gedruckt wird, ist die Stirnseite des Zylinderrohres 3 mit einem umlaufenden Bund versehen, an dessen Innenseite sich die Außenseite des ringförmigen Ansatzes 4 abstützt. Der ringförmige Ansatz 4 ist in diesem Beispiel ebenfalls mit Kühlrippen zu versehen.

Bei einer Erwärmung der Metallplatte 2 wird diese an einer radialen Ausdehnung im wesentlichen von dem ringförmigen Ansatz 4 gehindert, da dieser zum ersten mit Kühlrippen versehen ist und deshalb wesentlich kühler als die Metallplatte 2 ist und zum anderen von dem Bund des Zylinderrohres an einer radialen Ausdehnung gehindert wird. Durch die hier ebenfalls konkav gekrümmte den Brennraum zugewandte Metallplattenseite wird die Anpressung gegen den Zylinderkopfboden bei Erwärmung zusätzlich verstärkt.

Fig. 4 zeigt eine Kombination der beiden Anordnungen des ringförmigen Ansatzes 4 aus Fig. 2 und 3, d. h. der Zylinderkopf 1

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wird wieder von dem ringförmigen Ansatz 4 von außen umgriffen, wohingegen das Zylinderrohr 3 einen umlaufenden Bund aufweist, an dessen Innenseite sich die Außenseite des ringförmigen Ansatzes 4 abstützt. Durch diese Anordnung wird die Reaktionskraft auf die Wärmeausdehnung des Zylinderkopfes und der Metallplatte wesentlich verstärkt, so daß die Metallplatte 2 mit einem sehr hohen Druck gegen den Zylinderkopfboden gepresst wird.

In Fig. 5 ist dargestellt, wie die Metallplatte 2 an dem ringförmigen Ansatz 4 befestigt werden kann, wenn beide zweitalig ausgeführt sind. Hierbei ist es möglich, den ringförmigen Ansatz 4 aus einem anderen Material als die Metallplatte 2 herzustellen, insbesondere eine Optimierung unter dem Aspekt der Wärmeableitung vorzunehmen.

Selbstverständlich können auch die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausfürhungsformen des ringförmigen Ansatzes 4 mit der Metallplatte zweistückig ausgeführt v/erden.

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Claims

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Patentansprüche

Iy Leichtmetallzylinderkopf für Brennkraftmaschinen, bei dem an dem Zylinderkopfboden eine Metallplatte angeordnet ist, die an ihrem Außenumfang einen ringförmigen Ansatz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Ansatz (4) am Zylinderkopf (1) und/oder am Zylinderrohr (3) derart angeordnet ist, daß durch die unterschiedlichen Wärmespannungen im Betrieb Kräfte auf die Metallplatte (2) derart wirken, daß sie an dem Zylinderkopfboden anliegt.
2. Leichtmetallzylinderkopf nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Ansatz (4) als Buchse ausgebildet ist, auf deren Innenseite ein Absatz vorgesehen ist zur Aufnahme der Metallplatte (2).
3. Leichtmetallzylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der äußeren Mantelfläche des ringförmigen Ansatzes (4) Kühlrippen vorgesehen sind.
4. Leichtmetallzylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Ansatz (4) in eine mit einem Gewinde versehenen Nut im Zylinderkopf (1) derart befestigt ist, daß seine freie Stirnseite zumindest teilweise die Dichtfläche mit dem Zylinderrohr (3) bildet (Fig. 1).

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Leichtmetallzylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Ansatz (4) sowohl den Zylinderkopf (1) im Bereich der Bodenfläche als auch das Zylinderrohr (3) von außen umgreift , zwischen beiden eingespannt ist und daß die Stirnseite des Zylinderrohres (3) in einem auf der Stirnseite des ringförmigen Ansatzes (4) gebildeten Absatzes aufliegt (Fig. 2).
6. Leichtmetallzylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Ansatz (4) im Zylinderkopf (1) eingesetzt ist und daß auf der Stirnseite des Zylinderrohres (3) ein ringförmiger Bund vorgesehen ist, der den ringförmigen Ansatz (4) von außen umgreift (Fig. 3).
7. Leichtmetallzylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Ansatz (4) den Zylinderkopf (1) im Bereich seiner Bodenfläche umgreift und daß auf der Stirnseite des Zylinderrohrs (3) ein ringförmiger Bund vorgesehen ist, der den ringförmigen Ansatz (4) von außen umgreift (Fig. 4).
8. Leichtmetallzylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die den Brennraum bildende Metallplattenseite (2) - vom Brennraum aus betrachtet - konkav gekrümmt ist.
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