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Gekühltes Schutzfutter für die Ventildurchbrüche an Verbrennungskraftmaschinen.
Die Ventildurchbrüche bei Großgasmaschinen sind verschiedenartigen Wärmebelastungen
und damit Materialbeanspruchungen ausgesetzt, j e nachdem der Abschluß in der Nähe
der Zylinderlauffläche oder vertieft in der Ventildurchbruchstelle erfolgt. Die
meisten Maschinen wurden derart gebaut, daß die Abschlußventile für Ein- und Auslaß
vertieft in der Durchbruchstelle zu liegen kommen, andere jedoch legen das Abschlußventil
näher an die Zylinderlauffläche heran, jedoch ist man auch hier begrenzt aus konstruktiven
Rücksichten. Es geht nicht an, das Abschlußventil mit seinem Sitz so in das Innere
des Gaszylinders einzubauen, daß es mit der Lauffläche des Gaszylinders ungefähr
bündig wird, denn die Gaszylinderdeckel an den Enden der Maschine verhindern dies,
man ist vielmehr gezwungen, die Ventile immer noch ungefähr so weit versenkt anzuordnen,
daß bei äußerst geöffnetem Ventilkegel derselbe noch einen gewissen Spielraum vom
Gaszylinderdeckel hat zum Durchströmen der Gase.
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Bei derartigen Anordnungen besteht nun die große Gefahr, daß die Einströmungsstelle
an das Ventil dadurch einer ganz besonderen Erwärmung ausgesetzt wird, daß die heißen
Gase an den Wandungsflächen mit hoher Geschwindigkeit vorbeiströmen. Die Ströinungsgeschwindigkeit
an diesen Stellen ist am höchsten unmittelbar gegen Ende des Expansionshubes, wenn
sich das Auslaßventil zu öffnen beginnt, denn der noch im Zylinder befindliche Druck
mit 3 bis q. Atmosphären. setzt sich in Geschwindigkeit um, und am Ende des Ausschubhubes
wird diese Geschwindigkeit allmählich kleiner. Die Temperatur dieser Abgase, die
am Ende des Expansionshubes noch 5oo bis 70o° C beträgt, übt nun eine starke heizende
Wirkung auf diese vorgenannten Wandungsflächen aus, so daß hierdurch, wie die Erfahrung
hinreichend lehrt, nach kürzerer oder längerer Betriebszeit Risse entstehen und
der wertvolle Zylinder unbrauchbar wird.
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Die Risse treten zuerst als ganz feine Haarrisse in den Wandungen
auf, und werden sie nicht zeitig genug von der Betriebsleitung erkannt, so dehnen
sie sich meist in die Zylinderfläche aus oder in den tiefer liegenden Teil der Wandung
des Durchtrittsstutzen, nach dem Außenmantel zu verlaufend.
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Die verschiedenen als bekannt vorausgesetzten Maßnahmen, die heute
üblich .sind, um diesen schädlichen Einflüssen entgegenzuwirken, haben bis heute
die schweren Schäden nicht abstellen können, gleichgültig, ob eine besonders starke
Kühlung dieser Wandungsstelle von außen her durchgeführt wurde, oder ob gekühlte
oder ungekühlte Futter von bisher bekannter Form Anwendung gefunden haben, oder
ob sonstige Maßnahmen getroffen wurden.
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Diese bisher auftretenden schweren Mängel schädigen die Wettbewerbsfähigkeit
der Großgasmaschine trotz ihres hohen thermischen Wirkungsgrades gegenüber anderen
betriebssicheren Kraftmaschinen, wie den Dampfturbinen, aufs schwerste, da eben
große Reparaturkosten beim Defektwerden eines derartigen Stückes, dessen Preis heute
z. B.
bei einer 3 000 P. S.-Gasmaschine etwa i5o ooo Mk.
beträgt, entstehen, außerdem müssen dazu nicht unwesentliche Betriebsstillstände
durch das Auswechseln der Stücke in Kauf genommen werden, so daß hierdurch heute
manche Interessenten von dem Erwerb von Großgasmaschinen Abstand nehmen.
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Der Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun geeignet,
in weitgehendem Maße die bisher bekannten Mängel zu beseitigen und den Zylinder
der Gasmaschine als wichtigstes Stück an der Maschine betriebssicher umzugestalten.
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In den Fig. i, 2 und 3 der beiliegenden Zeichnung sind verschiedene
Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Gegenüber den bekannten
Anordnungen ist das sonst in der Ventilebene glatte Auslaßventilgehäuse mit einem
ringförmigen Fortsatz versehen, der sich schützend vor die gefährdeten Stellen des
Zylinders legt, so daß die bisher höchst gefährdeten Stellen nicht mehr geheizt
werden können. Die Folge hiervon muß sein, daß die üblichen Risse an diesen gefährlichen
Stellen vermieden werden. Der verbleibende Spalt zwischen diesem Fortsatz und den
Wandungsflächen des Zylinders soll gering sein.
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In Fig. i ist der Fortsatz A-B ungekühlt dargestellt. Diese Anordnung
ist dann am Platz, wenn der Fortsatz nicht zu lang ist, wenn also an dem am weitesten
vom Kühlwasser entfernten Punkte noch keine derartige Erwärmung eintritt, daß die
dortigen Stellen glühen. Der Fortsatz hat die umgekehrte Wirkung wie bei einem Rippenheizkörper
zu erfüllen. Für die Wärmeabfuhr ist es günstig, daß die Wurzel des Fortsatzes verhältnismäßig
stark ausgeführt wird und das freie Ende schwächer. Die Sicherung des Zylinders
wird in diesem Falle erreicht, ohne daß die Durchbruchsstelle für das Ventil besonders
im Durchmesser in größerem Maße erweitert zu werden braucht.
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In Fig. 2 hat das Gehäuse einen größeren, über die Abschlußebene des
Ventiltellers vorstehenden Fortsatz C-D. Der Fortsatz ist in diesem Falle teils
gekühlt, teils ungekühlt ausgebildet.
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In Fig. 3 ist der Fortsatz E-F vollständig gekühlt dargestellt. Nimmt
die Länge dieses Fortsatzes ein bestimmtes Maß ein, so kann die Ouerschnittsform
des Fortsatzes, die an der Ventilebene eine Kreisform hat, an der Einmündung in
die Laufebene des Zylinders zweckmäßig auch eine ovale sein. In Fig. 3 ist der verlängerte
Fortsatz konisch verjüngt, um an der Durchbruchsstelle im Zylinder den Ausschnitt
möglichst zu vermindern.
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In gleicher Weise wie für das Ausströmgehäuse kann der Fortsatz auch
beim Gehäuse für das Einlaßventil Verwendung finden. Es ist ganz gleichgültig, ob
der Fortsatz durch Kühlwasser oder durch das vorbeistreichende frische Gemisch bzw.
die Spülluft abgekühlt wird.
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Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird die Sicherung
des Zylinders an den als höchst gefährdet bekannten Stellen auf eine außerordentlich
einfache, zuverlässige Weise erzielt, ohne daß weitere gesonderte Einbauten und
neue Stücke Verwendung zu finden hätten.