DE3304587A1

DE3304587A1 - Fluessigkeitsgekuehlte kraft- bzw. arbeitsmaschine mit schwingungsdaempfung

Info

Publication number: DE3304587A1
Application number: DE19833304587
Authority: DE
Inventors: Hans-Alfred Dr.-Ing. 8399 Ruhstorf Kochanowski
Original assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Current assignee: Motorenfabrik Hatz GmbH and Co KG
Priority date: 1983-02-10
Filing date: 1983-02-10
Publication date: 1984-08-16
Also published as: GB8327741D0; FR2540935A1; JPS59147816A; IT1169849B; IT8323322A0; GB2134974A; US4494492A

Description

Plüssigkeitgekühlte Kraft-bzw. Ar be iiaias chine mit Schwingungsdämpfung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraft-bzw.Arbeitsmaschine mit mindestens einer Innenwandung im Maschinengehäuse, die während des Betriebes sowohl Schwingungen abstrahlt als auch thermisch hochbeansprucht ist, wobei zur Kühlung dieser Wandung ein Flüssigkeitskühlmittel vorgesehen ist, welches in mindestens einem Hohlraum umläuft, der zwischen der Innenwandung und einer gegenüberstehenden Außenwandung des Maschinengehäuses gebildet ist. Man verwendet bei derartigen Maschinen als Kühlmittel meist Wasser oder öl. Dabei wurde als nachteilig festgestellt, daß solche in den Hohlraäumen befindlichen Kühlmittel -weil fast inkompressibeldie während des Betriebes am beanspruchten Maschinenelement entstehenden Schwingungen direkt an die Außenwände des Maschinengehäuses weiterleiten, wo sie dann hohe Schallabstrahlung verursachen. Bei Verbrennungskraftmaschinen macht sich dieses Phänomen beispielsweise besonders bemerkbar an dem den Verbrennungsraum umgebenden Zylinder oder an dem die Ventile sowie Ein-und Auslaßkanäle aufweisenden Zylinderkopf und führt hier zu einer besonders starken Geräuschbildung im Umfeld der Maschine.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile von durch Flüssigkeit gekühlten Kraft-bzw.Arbeitsmaschinen zu beseitigen und eine beträchtliche Minderung in der Schallweiterleitung durch Flüssigkeitskühlschichten vom Entstehungsort bis an den Maschinen-Außenmantel zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die vom Flussigkeitskühlmittel duchflossenen Hohlräume mindestens ein leicht kompressibles Mittel eingefügt wird, welches die während des Betriebes von der Innenwandung

ausgehenden und vom Flüssigkeitskühlmittel mindestens teilweise übertragenen Schwingungen durch eigene Kompressibilität dämpft und auf diese Weise eine Übertragung dieser Schwingungen auf die Außenwandung bzw. das Maschinengehäuse mindert. Als kompressibles Mittel kann nach einem besonderen Merkmal der Erfindung bläschenbildendes Gas (z.B.Helium) oder Gasgemisch (z.Be Luft oder Verbrennungsabgas) verwendet werden und dem Kühlmittel zugesetzt oder zugemischt werden. Es ist aber auch möglich, dem die Hohlraäume durchfließenden Kühlmittel kompressible, freischwebende Partikelchen, z.B. aus Schaumstoff zuzusetzen.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes ergibt sich, .wenn in das die Hohlraäume durchfließenden Kühlmittel elastische, freischwebende Kunstoff-Foliensäckchen eingefügt werden, die mit Gas bzw. Gasgemisch gefüllt sind. Man kann aber auch an eine oder beide Innenseiten der die Hohlräume bildenden Maschinengehäuse-Wandungen flüssige Materialschichten bei der Montage aufspritzen, die spätestens unter der Einwirkung des Kühlmittels zu kompressiblen Dämpferschichten aufschwellen. Als Spritzmaterial kann man beispielsweise Schaum aus Polyester oder Polyaether verwenden.

Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß an die Innen- und/oder Außenseiten der die Hohlräume bildenden Wandungen Schichten aus geschlossenporigem, kompressiblem Schaumstoff aufgelegt oder befestigt, vorzugsweise aufgeklebt werden. In gleich vorteilhafter Weise kann man -;je nach Betriebsgegebenheit- anstelle von in sich geschlossenen Schichten auch segmentartige, voneinander getrennte Dämpferschichten anwenden.

Die Anbringung der Dämpferschienten kann beispielsweise auch durch Aufspritzen von Schichten bei der Montage erfolgen, die spätestens unter Einwirkung der Kühlflüssigkeit in leicht kompjfiäsiblen Zustand aufschäumen.

In der nachstehenden Beschreibung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung an einer Yerbrennugskraftmaschine anhand Ton Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine wassergekühlte Brennkraftmaschine bekannter Art, in deren Kühlwasser schwingungsdämmendes Mittel eingefügt ist,

Fig»2 bis4 Brennkraftmaschinen mit Aufbau wie in Fig.1, jedoch mit jeweils anderer Ausführungsform der dem Kühlwasser beigegebenen schwingungsdämpfenden Mittel,

Fig.5 einen waagrechten Längsschnitt durch den Zylinderblock einer wassergekühlten Brennkraftmaschine mit schwingungsdämpf end en Schichten in Kühlwasser-Hohlräumen, und

Fig.6 einen senkrechten Querschnitt durch einen Zylinderkopf mit Wasserkühlung und mit ebenfalls schwingungsdämmenden Schichten in Kühlwasser-Hohlräumen.

In Figo 1 ist eine Brennkraftmaschine bekannter Art und Arbeitsweise dargestellt. Sie umfaßt ein Kurbelgehäuse 10, in welchen ein senkrecht stehender Zylinder 12 befestigt ist.. Die im Kurbelgehäuse 10 gelagerte Kurbelwelle H ist über eine Pleuelstange 16 mit Querbolzen 18 mit dem im Zylinder 12 auf-und abbeweglichen Kolben 20 gekuppelt. Der zwichen Zylinder 12 und Zylinderkopf 22 liegende Verbrennungsraum ist mit 24 bezeichnet. Im Zylinderkopf 22 sind in bekannter Weise ein Kraftstoff-Einlaßventil 26, ein Abgas-Auslaßventil 28 und eine Zündkerze 29 (oder Einspritzdüse) untergebracht. Die Einlaß-bzw.Auslaßkanäle tragen die Bezugszahlen 30 bzw, 32·

Zwischen der Innenseite 10a des Kurbelgehäuses 10 und der Außenseite 12a des Zylinders 12 ist ein entsprechend bemessener, ringförmiger Hohlraum 34 gebildet, der vom Flüssigkeitskühlmittel, im vorliegenden Falle vom Kühlwasser durchflossen wird. Das Kühl-

wasser tritt unter Wikung einer nicht dargestellten Förderpumpe bekannter Art beim Einlaß 10b ein und fließt durch eine Bohrung 10c in einen Ringraum 22a an der Unterseite des Zylinderkopfes und von hier weiter in den Hohlraum 34. Eine Rücklaufbohrung 1Oe sowie ein Auslaßstutzen 1Od sorgen für die Rückführung des Kühlwassers zu einer geeigneten, ebenfalls nicht dargestellten Einrichtung, wo das erhitzte Kühlwasser wieder abgekühlt wird. Von hier aus wird das abgekühlte Wasser wieder in die Kühlräume innerhalb der Brennkraftmaschine durch die erwähnte Förderpumpe geleitet.

Dem Kühlwasser innerhalb des Kühlsystems wird erfindungsgemäß ein leicht kompressibles Mittel, im Darstellungsfalle Luft beigemischt, sοdaß sich im Kühlsystem eine Vielzahl von Luftbläschen 36 bildet. Die Beimischung wird vor Betriebsbeginn auf ein geeignetes Wasser-Luft-Mischungsverhältnis erfolgen und nach einer bestimmten Betriebsdauer kontrolliert.

Auf diese Weise werden die mit dem umlaufenden Kühlwasser freischwebenden Luftbläschen 36 mitgenommen und bei Schwingungen innerhalb des Kühlwassers komprimiert und dämpfen bei ihrer sich hierbei ergebenden Kompression im erheblichen Maße die Übertragung der vom Zylinder 12 ausgehenden Schwingungen durch die Kühlwasserschicht auf das Kurbelgehäuse 10 und somit auf den Außenmantel der Brennkraftmaschine. Unerwünschte Lärmbelästigungen im Umfeld der Brennkraftmaschine werden dadurch erheblich herabgesetzt.

Anstelle einer Luft-Beimischung in das Kühlmittel kann man auch ein anderes Gas (z.B.Helijum) oder auch ein anderes Gasgemisch (z.B. Verbr/nnungs-Abgase) beimischen.

Es ist noch eine andere Art der Schwingungsdämpfung möglich, indem man nämlich dem Kühlmittel der Maschine !compressible, freischwebende Partikelchen beigibt, beispielsweise Kügelchen aus Schaumstoff, die eine den Luftbläschen ähnliche Dampfungswirkung ausüben wurden.

In Fig.2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier sind mehrere elastische Kunstoff-Foliensäckchen 38 vorgesehen, die mit Luft oder einem anderen Gas bzw. Gasgemisch gefüllt und dann verschlossen werden. Die in sich geschlossenen, gefüllten Säckchen 38 werden bei der Montage in den Hohlraum 34-eingeführt, sodaß sie nach dem Eintritt von Kühlwasser in dem

Hohlraum 34 freischweben. Über eigene Komprimierung der Säckchen bei

38 wird'Schwingungs-Entstehung eine ähnliche Dämpfungswirkung wie bei der Bauart nach Pig.1 erreicht.

Die Ausführungsform nach Fig,3 zeigt eine andere Ausgestaltung der Dämpfungsmittel. Hier ist eine manschettenartige Schicht 40 aus geschlossenporigem Schaumstoff.auf der Innenseite 10a des Kurbelgehäuses 10 befestigt, beispielsweise aufgeklebt. Infolge ihrer eigenen Kompressibilität dämpft auch diese Schicht 40 eine Übertragung der Schwingungen vom Zylinder 12 über die Kühlwasserschicht auf das Kurbelgehäuse 10 und mindert auf diese Weise ebenfalls eine übermäßige Geräuschbildung im Umfeld der Brennkraftmaschine. ' · Ein weiteres Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. zeigt, daß man eine schwingungsdämmende Schaumstoff-Schicht 42 auch auf die Außenseite des Zylinders 12 anbringen kann, wodurch eine analoge Dämpfungswirkung wie bei der Schicht 40 nach Fig.3 erreicht wird. Das Kühlwasser kann allerdings nicht unmittelbar auf den Zylinder 12 bei einer solchen Bauart einwirken, sodaß eine geringfügige

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Minderung des Kühleffektes eintreten kann. Man wird deshalb eine derartige Aus führung s form nur "bei Brennkraftmaschinen anwenden, deren Zylinder thermisch nicht übermäßig hoch beansprucht ist und hier also eine geringere Kühlwirkung ausreicht. Die beschriebenen Ausführungsformen sind sowohl bei Einzylinderals-auch bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen anwendbar. Sie sind auch bei Otto-Motoren gleich vorteilhaft anwendbar wie bei Dieseloder Drehkolben-Motoren«, Auch bei Ölkühlung oder einer anderen Flüssigkeitskühlung sind diese Ausführungsformen in gleicher Weise benutzbar.

Fig.5 zeigt in Draufsicht mit waagrechtem Querschnitt einen Zylinderblock 122 einer wassergekühlten Zweizylinder-Brennkraftmaschine mit senkrecht stehenden Zylindern. Eine Anzahl von Durchgangslöchern 122a im Block 122 ermöglicht den Durchgang von Befestigungsschrauben, die den Zylinderblock 122 und den hier nicht dargestellten Zylinderkopf mit dem Kurbelgehäuse der Maschine ' verbinden. Es sind auch die zwei Verbrennungsräume 122b sichtbar. Oberhalb der Verbrennungsräume liegen die nicht dargestellten Ein-und Auslaßventile sowie die Einlaß-und Auslaßkanäle innerhalb des Zylinderkopfes.

Am Block 122 sind Anschlußgewinde 122c und 122d für die Kühlwasser-Einlaß-bzw.Auslaß-Leitungen vorgesehen. Die Innenseiten der Außenwände von Kühlwasser-Hohlräumen innerhalb des Zylinderblockes 122 sind mit einer Vielzahl von voneinander getrennten Schichten 124a bis 124e aus geschlossenporigem Schaumstoff ausgelegt, z.B. auf die.zugeordneten Wandungen aufgeklebt. Sie üben die gleiche Dämpfungswirkung aus wie die Schichten 40 bzw. 42 nach Fig. 3 "bzw. 4.
In Fig. 6 ist ein Zylinderkopf 222 im Querschnitt dargestellt.

Das Auslaß-Ventil 228 liegt oberhalb des im Zylinder 12 beweglichen Kolbens 220 und der Abgas-Kanal ist mit der Bezugszahl 232 bezeichnet. Der Zylinderkopf 222 ist an ein Kühlwasser-System angeschlossen, wozu ein EinlaßJ222a und ein Auslaß 222b mit entsprechenden Gewindeöffnungen vorgesehen sind. Die Außenwände der Kühlwasser-Hohlräume im Kopf 222 sind wiederum mit schwingungsdämmenden Schaumstoff-Schichten 224a und 224b ausgelegt, z.B. beklebt.

Man kann Schaumstoff-Schichten verwenden, die in jedem Zustand stets gleichbleibende Kompressibilität aufweisen. Es ist aber auch möglich, die Schichten im Trockenzustand auf die zugehörigen Wandungen anbringen und sie spätestens unter Einwirkung von Kühlmittel zu leicht kompressiblen Dämpferschichten aufquellen zu lassen. Auch könnten Rissige Material-Schichten auf die Wandungen aufgespritzt werden, die spätestens unter Einwirkung des Kühlmittels zu kompressiblen Dämpferschichten anschwellen. Die jeweilige Dicke einer Schicht wird ohne Schwierigkeiten den gegebenen Betriebsbedingungen angepaßt. Ihre Anbringung läßt sich bei der Montage der jeweils verwendeten Art entsprechend problemlos ausführen.

Es soll noch erwähnt werden, daß bei den Bauarten nach Fig. 5 und 6 auch wahlweise die im Zusammenhang mit Pig. 1 und 2 beschriebenen Dämpfungsmittel anwendbar sind. Schließlich sei noch bemerkt, daß man die beschriebenen Dämpfungsmittel im Kühlsystem einer Brennkraftmaschine auch bei anderen Kraft-bzw,Arbeitsmaschinen analog anwenden kann, z.B. bei flüssigkeitsgekühlten Kompressoren.

Claims

Motorenfabrik Hat ζ - ^:.^{: :}" ^: *--" .* 07.02.1983 GmbH & Co.KG ... .. ._:.. ·.. -..^: H-76

S399/Ruhstorf ' ANR 1 195 131

Patentansprüche ;

Kraft-bzw.Arbeitsmaschine mit mindestens einer Innenwandung im Maschinengehäuse, die während des Betriebes sowohl Schwingungen abstrahlt als auch thermisch hochbeansprucht ist, wobei zur Kühlung der Innenwandung ein Flüssigkeitskühlmittel vorgesehen ist, welches in mindestens einem Hohlraum umläuft, der zwischen der Innenwandunj und einer gegenüberliegenden Außenwandung des Maschinengehäuses gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die vom Plussigkeitskühlmittel dürchflossenen Hohlräume mindestens ein leicht kornpressibles Mittel eingefügt ist, welches die während des Betriebes von der Innenwandung ausgehenden und vom Flüssigkeitskühlmittel zumindest teilweise übertragenen Schwingungen durch eigene Kompressibilität dämpft und auf diese Weise eine Übertragung dieser Schwingungen auf die Außenwandung bzw. das Maschinengehäuse mindert.
2. Kraft-bzw.Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem die Hohlräume durchfließenden Flüssigkeitskühlmittel bläschenbildendes Gas bzw. Gasgemisch zugesetzt wird.
3. Kraft-bzw.Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem die Hohlräume durchfließenden Flüssigkeitskühlmittel kompressible, freischwebende Partikelchen zugesetzt werden.
4. Kraft-bzw.Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das die Hohlraäume durchfließende Flüssigkeitskühlmittel elastische, freischwebende Foliensäckchen eingefügt werden, die mit Gas bzw. Gasgemisch gefüllt sind.
5. Kraft-bzw.Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens eine Innenseite der die Hohlräume bildenden Wandungen flüssige Materialschichten bei der Montage aufgespritzt werden, die spätestens unter Einwirkung des Flüssigkeitskühlmittels zu kompressiblen Dämpferschichten anschwellen.
6. Kraft-bzw,Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens eine Innenseite der die Hohlräume bildenden Wandungen Schichten aus geschlossenporigem, kompressiblem Schaumstoff lose eingefügt oder befestigt, vorzugsweise aufgeklebt werden.
7. Kraft-bzw.Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, die als wasser- oder ölgekühlte Yerbrennugskraftmaschine mit Arbeitskolben ausgeführt ist, wobei der thermisch hochbeanspruchte, den Kolben führende sowie den Verbrennungsraum mindestens teilweise bildende Zylinder von einem Hohlraum umgeben ist, der an eine Umlauf-Kühleinrichtung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens eine Innenseite der den Hohlraum bildenden Wandungen mindestens eine Schicht aus geschlossenporigem, kompressiblem Schaumstoff befestigt, vorzugsweise aufgeklebt ist.
8. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht an der Innenseite der Maschinen-Wandung befestigt ist.
9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß.die Schicht an der Außenseite des Zylinders befestigt ist.
10. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht die Form eines geschossenen Ringes aufweist, der konzentrisch zum Zylinder angebracht ist.
11. Kraft-bzw.Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, die als wasser- oder ölgekühlte Verbrennungskraftmaschine ausgeführt ist, wobei der thermisch hochbeanspruchte, die Ventile und die Einlaß- sowie Auslaßkanäle aufweisende Zylinderkopf Hohlräume aufweist, die an eine Umlauf-Kühleinrichtung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Innenseiten der die Hohlräume bildenden Wandungen des Zylinderkopfes mindestens eine Schicht aus geschlossenporigem Schaumstoff befestigt, vorzugsweise aufgeklebt is
12. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, voneinander getrennte Segmente aus Schaumstoff an den Innenseiten des Zylinderkopfes befestigt sind.
13. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 7-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffschichten im Trockenzustand auf die zugeordneten Wandungen angebracht werden und spätestens unter Einwirkung des Flüssigkeitskühlmittels in leicht kompressiblen Zustand aufschäumen.