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Zylinder für Verbrennungskraftmaschinen. Die Erfindung betrifft Zylinder
für Verbrennungskraftmaschinen, deren gußeiserne Laufbüchse mit einem Stahlring
zwecks Verstärkung versehen ist. Bei den bekannten Maschinen dieser Art ist der
Verstärkungsring in warmem Zustande aufgezogen, so daß kein Spiel zwischen Laufbüchse
und Ring besteht. Hierbei müssen die von den Temperaturschwankungen herrührenden
Spannungen vollständig von dem Stahlring aufgenommen werden. Außerdem befindet sich
der Ring, selbst. wenn der Zylinder nicht arbeitet, in einem Zustande bestimmter
Spannung, die leicht den Bruch des Ringes beim Auftreten der Höchstbelästung nach
sich ziehen kann.
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Gemäß der Erfindung ist der Stahlring mittels eines sägezahnartigen
Gewindes auf die Laufbüchse aufgeschraubt, derart, daß er diese in ungespanntem
Zustande mit Spiel. umgibt, in gespanntem Zustande dagegen fest umschließt.
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Das Wesen der Erfindung besteht demnach in der Anordnung eines Ringes,
der eine freie Ausdehnung der gußeisernen Laufbüchse in gewissen Grenzen gestattet
und die Büchse nur dann verstärkt, wenn Temperatur und Druck in der Büchse ein Maximum
erreichen.
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Fig. i zeigt im Schnitt eine gußeiserne Laufbüchse, die nach den üblichen
Grundsätzen ausgebildet ist. Die punktierten Linien außerhalb der Laufbüchse zeigen
den Zylindermantel aus Gußeisen oder Stahlguß, die punktierten Linien innerhalb
der Laufbüchse zeigen den Kolben und seine Dichtungsringe in der Stellung, die er
am Hubende einnimmt.
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Die Fig. a zeigt im Schnitt den oberen Teil einer gemäß der Erfindung
ausgebildeten Laufbüchse.
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Fig. 3 zeigt im Schnitt eine andere gemäß der Erfindung ausgebildete
Ausführungsform. Fig. q. zeigt eine Einzelheit.
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Die Wandstärke der Laufbüchsen wird gewöhnlich derart bemessen, daß
das Metall sehr wenig unter der Wirkung der gewöhnlich im Innern der Büchse entwickelten
Drücke leidet; die zufälligen Überdrücke, die in gewissen Fällen auftreten. können,
sind fast stets ungenügend, um die Belastung des Metalles bis zurElastizitätsgrenze
zu bringen. Nichtsdestoweniger, treten oft Brüche auf, und inan kann sie nur durch
die von den Ausdehnungen herrührenden Kräfte erklären.
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Die Laufbüchse einer Verbrennungskraftmaschine kann mit einem Metallringe
verglichen werden, der abwechselnd Erhitzungen und Abkühlungen unterworfen wird,
wobei die Temperatur der Innenoberfläche höher als diejenige der Außenoberfläche
ist, wenn der Ring warm ist, während die Temperatur gleichmäßig ist, wenn der Ring
kalt ist.
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Während der Erhitzungen dehnt sich der
Innenumfang
mehr aus als der Außenumfang; der Innenumfang ist also einer zusammenziehenden Kraft
unterworfen, die ihn verkürzt, der Außenumfang ist einer Zugkraft unterworfen, die
ihn verlängert. Die Zugkraft ist übrigens gleich der Druckkraft, und die Summe der
Verlängerung des Außenumfanges und der Zusammendrückung des Innenumfanges ist gleich
der Differenz der Dehnung beider Umfänge.
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Die Spannungs- und Druckbeanspruchungen, die von den verschiedenen
aufeinanderfolgenden Erhitzungen herrühren, können Brüche der Laufbüchsen herbeiführen.
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Um zu verhindern, daß diese Kräfte gefährlich werden, ist es zweckmäßig,
die Wandstärke der Büchse in dem erhitzten Teile zu vermindern, um die Ungleichmäßigkeit
der Temperatur zu verringern, und ferner empfiehlt es sich, ein Metall zu verwenden,
welches eine hohe Elastizitätsgrenze sowohl in erhitztem, wie in kaltem Zustande
aufweist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2, die einen teilweisen Schnitt
durch die Achse darstellt, besteht der obere Teil der Laufbüchse aus einem Stahlring
a, b, c, d, e, f, g, i, der auf die gußeiserne Laufbüchse oberhalb der Schnittebene
X, X' aufgeschraubt ist. Die Wandstärke des Stahlringes ist geringer, als
sie bei Anwendung von Gußeisen sein würde; dieser Ring bietet aus den oben auseinandergesetzten
Gründen den ungleichen Ausdehnungen einen größeren Widerstand. Zwischen. der Schnittebene
X, X' und der Schnittebene Y, Y' wird die Laufbüchse von einem Gußeisenringe
gebildet, der von einem Stahlringe umfaßt wird. Die beiden konzentrischen Ringe
sind verhältnismäßig schwach und können infolgedessen die Kräfte leicht aushalten,
die von den entgegengesetzten Ausdehnungen herrühren. Unterhalb der Schnittebene
X, X' wird die Laufbüchse nur von einem Gußeisenringe gebildet, dessen beide
Flächen einem verhältnismäßig geringen Temperatursprunge ausgesetzt sind.
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Die Verbindung der gußeisernen Büchse mit dem Stahlring muß dicht
sein; die Abdichtung erfolgt an dem Teil a, b, wo die Innenfläche des Ringes
mittels des Gewindes b, c gegen die Oberfläche eines ringförmigen Wulstes
a., b, 1, k gepreßt wird, der einen Teil der Büchse ausmacht.
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Damit die Pressung trotz der von den Ausdehnungen hervorgerufenen
Änderungen der Durchmesser des Ringes und der Büchse fortbesteht, muß man vermeiden,
-daß die Gewinde ein gleichseitiges Dreieck als Profil haben; es wird daher ein
Profil in Sägezahnform verwendet, dessen arbeitende Fläche senkrecht zur Achse der
Büchse steht, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist; bei diesem Profil können der Durchmesser
der Büchse und derjenige des Ringes sich ändern, ohne daß der Druck des Gewindes
geändert wird.
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Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform besteht der Körper
der Laufbüchse aus Gußeisen, wie im vorhergehenden Falle, aber der Kopf wird aus
zwei Stahlringen a, b, c, d, e, f, g, h, i und d, e, f,
k, 1, nz gebildet. Diese Ausführungsform ist da am Platze, wo man aus Konstruktionsrücksichten
dem oberen Teil der Laufbüchse eine wesentlich größere Wandstärke geben muß, als
mit Rücksicht auf die Festigkeit des Stückes nötig sein würde; dies ist der Fall,
wenn Auspufföffnungen in der Büchse angebracht sind (wie in Fig. i), und wenn der
Außendurchmesser im Bereich der Öffnungen größer sein muß als der Durchmesser, der
für den oberen Teil der Laufbüchse mit Rücksicht auf seine Festigkeit genügen würde.
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Wenn der Stahlring aus einem einzigen Stück bestände, so würde seine
Stärke nicht nurVeranlassung zu gefährlichenTemperaturungleichheiten geben, sondern
es würde auch die Herstellung des Ringes Schwierigkeiten bieten. Wenn man den Ring
zweiteilig herstellt, so fallen die gefährlichen Spannungen fort, und außerdem läßt
sich der Teil, der auf die Laufbüchse paßt, glatt durchbohren.
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Der äußere Teil ist auf die Laufbüchse aufgeschraubt, wie dies bei
der Ausführungsform gemäß Fig. 2 der Fall ist. Der innere Teil ist ohne Spiel eingesetzt,
wobei die Abdichtung bei d, e bewirkt wird und der zur Erzielung dieser Abdichtung
erforderliche Druck durch die von dem Zylinderdeckel auf die Laufbüchse ausgeübte
Pressung gesichert wird.