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Zylinderkopf für Verbrennungskraftmaschinen. Die vorliegende Erfindung
betrifft einen Zylinderkopf für Verbrennungsmaschinen.
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Es ist bereits .bekannt, einen solchen Zylinderkopf mit einem Kühlraum
zu versehen,-derart, daß der ganze den Verbrennungsgasen ausgesetzte Zylinderdeckel
bis zu seinem Rand unter Kühlwirkung steht.
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Von dieser bekannten Einrichtung unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand
dadurch, daß die durch die Befestigung des Zylinderkopfes auf dem -Zylinder erzeugten
Kräfte, welche auf die von den Verbrennungsgasen berührte Platte des Zylinderkopfes
ausgeübt werden, innerhalb der durch diese Befestigung erzeugten Reaktionen wirksam
sind, wobei der Rand der von den Verbrennungsgasen berührten Deckelplatte ungekühlt
bleibt.
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Hierdurch wird der Vorteil einer günstigen Kräfteverteilung erzielt,
und die durch ungleiche Materialausdehnung verursachten Maferialspannungen werden
zum größten Teil ausgeschaltet.
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Der Erfindungsgegenstand ist auf beiliegender Zeichnung veranschaulicht.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch eine schematische Anordnung,
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Abb. 2 die Unteransicht der Unterplatte des Zylinderdeckels in einer
Ausführungsform; Abb. 3 zeigt die Unterplatte des Zylinderdeckels in einer zweiten
Ausführungsform; Abb. 4 ist ein Längsschnitt sowohl zu dem Ausführungsbeispiel der
Abb. 2 als auch zu demjenigen der Abb. 3.
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Der in Abb. i dargestellte Zylinderkopf besteht in der Hauptsache
aus der den Verbrennungsgasen ausgesetzten unteren Platte a, der oberen Platte b
und der Wandung c, welche genannte beide Platten verbindet. Der hierdurch gebildete
Hohlkörper enthält ein Kühlmittel; in den meisten Fällen besteht letzteres aus Wasser.
Der Zylinderkopf ist mittels Schrauben auf dem Zylinder i befestigt.
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Die von den Befestigungsschrauben erzeugten Kräfte P werden durch
die Wandung c hindurchgeleitet und erzeugen,die Kräfte P1, die ihrerseits die Reaktionen
R hervorrufen. Die Gasdrücke unterhalb der Platte a sind durch Pfeile P angedeutet.
Die Drücke p sind bestrebt, die Platte a nach oben durchzubiegen. Die Kräfte P1.
wirken dieser Durchbiegung entgegen, da sie die Platte a nach unten durchzubiegen
suchen. Diese günstige Kräfteverteilung ist dadurch erreicht, daß die Kräfte P1
innerhalb der Reaktionen R angreifen, während bei den bisher bekannten Zylinderköpfen
die Kräfte PI meistens außerhalb, in vereinzelten Fällen auch oberhalb der Reaktionen
R wirksam sind.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist folgender:
Die Verbrennungstemperatur
innerhalb des Zylinder ä ist in der
Mitte höher als außen, denn dk, Außenwandungen des Zylinders üben einen kühlenden
Einfluß auf die Verbrennungsgase aus. Diese differentielle Temperatur der Verbrennungsgase
hat eine differentielle Temperatur der Platte ca zur Folge, derart, daß diese in
den äußeren Zonen kühler ist als in der Mitte. Dies verursacht differentielle Ausdehnungen
der Platte a und schädliche Materialspannungen. Um letztere zu vermeiden, ist bei
dem Zylinderkopf gemäß Erfindung der Durchmesser d der Wandung c kleiner als der
Durchmesser D1 der von den Feuergasen getroffenen Unterfläche der Platte a und D
der Zylinderbohrung. Es ist also die von den Verbrennungsgasen berührte Fläche der
Platte a größer als die vom Kühlmedium bespülte Fläche. Dies hat zur Fölge, daß
die äußeren Teile der Platte a ungekühlt bleiben, sich daher genügend erwärmen und
ausdehnen können, wodurch die Ausdehnung des mittleren heißen Teiles der Platte
a begünstigt wird.
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Die Erfindung ermöglicht daher, die Temperatur des äußeren Teiles
der Platte a auf angenähert gleicher Höhe zu halten wie die Temperaturen des inneren
Teiles. Die differentiellen Temperaturen und Materialausdehnungen und die hierdurch
verursachten Materialspannungen der Platte a sind somit zum größten Teil vermieden.
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Mit der Verringerung des Durchmessers d ist auch der Querschnitt und
das Volumen des Kühlmediums verringert. Dies ist ein weiterer Vorteil vorliegender
Erfindung; denn hierdurch ist der Schlammabsatz und die Kesselsteinbildung vermindert,
da infolge des verkleinerten Querschnittes die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmittels
sich erhöht, was aber die Ausscheidung von Schlamm usw. verhindert.
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In vielen Fällen ist es nicht nötig, den ganzen Umfang der Platte
a ungekühlt zu lassen. Handelt es sich z. B. um einen Zylinderkopf, dessen Platte
a, von unten g(,-sehen, die Form nach Abb. 2 aufweist, dann genügt es, nur die Stellen
h und k der Platte a
ungekühlt zu lassen. Dies geht aus folgender
Erwägung hervor.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Platte, falls ein Bruch eintritt,
stets zwischen den Ventilöffnungen e, f, g einreißt. Dies beweist, daß die
Spannungen in der Richtung h, f, k
größer sind als die Spannungen in anderen
Richtungen, denn der Bruch erfolgt rechtwinklig zu den Spannungen, vorausgesetzt,
da.ß es sich um Zug- und Druckspannungen handelt, was im vorliegenden Falle tatsächlich
der Fall ist. Es ist augenscheinlich, daß die Spannungen in der Richtung
lt, f k größer sind als z. B. die Spannungen in der Richtung e, f,
g; denn die differentiellen Temperaturen und somit die differentiellen Materialausdehnungen,
die oben erwähnt sind, sind größer in der Richtung h, f, k als in der Richtung
e, f, g. Außerdem erleichtern die Ventilöffnungen die Materialausdehnungen
in der Richtung e, f, g, da die Ventilöffnungen nachgiebig sind.
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Hieraus geht hervor, daß es nur nötig ist, den äußeren Teil der Platte
a an den Stellen 1a und k ungekühlt zu lassen, wie dies in der Abb. 3 veranschaulicht
ist. In dieser Abbildung ist der Kühlraum hinter der Platte a länglich oder angenähert
oval geformt, was zur Folge hat, daß die Stellen h und k ungekühlt
bleiben und die differentiellen Materialausdehnungen in der Richtung h, k vermieden
werden.
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Die ovale Form der `I'andung c direkt hinter der Platte a hat den
Vorteil, daß sich die Wandung c leicht deformieren läßt und daher leicht nachgeben
kann, wenn sich die Platte a in der Richtung h, k ausdehnt, wogegen ein runder Querschnitt
der Wandung c schwer zu deformieren ist und daher der Ausdehnung der Platte
a in der Richtung h, k
bedeutenden Widerstand entgegensetzt und infolgedessen
Spannungen in der Platte a verursacht.