DE374256C

DE374256C - Schutzwand fuer die durch hohe Temperaturen gefaehrdeten Wandungsteile von Maschinen u. dgl., insbesondere zum Schutze der Wandungen der Brennraeume von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE374256C
Application number: DEK81222D
Authority: DE
Original assignee: Fried Krupp Germaniawerft AG
Current assignee: Fried Krupp Germaniawerft AG
Publication date: 1923-04-21

Description

Schutzwand für die durch hohe Temperaturen gefährdeten Wandungsteile von Maschinen u. dgl., insbesondere zum Schutze der Wandungen der Brennräume von Brennkraftmaschinen. l-' 's ist an sich bekannt, einzelne Wandungsteile von Maschinen, die besonders hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wie z. B. die Wandungen,der Brennräume von Brennkraft-Maschinen, durch vorgelagerte, wassergekühlte Schutzkammern oder Sch-utzwän@de dem Einfluß dieser Temperaturen zu entziehen. Diese gekühlten Wände müssen, wenn sie ihren Zweck voll erfüllen sollen, sehr dünnwandig und tunlichst frei dehnbar ausgeführt werden, Anforderungen., die bei den bekannten gegossenen oder auch auf andere Weise hergestellten Kammern nur in beschränktem Maße erfüllbar sind, so daß die Kammern in schwierigeren Fällen immer noch der Gefahr der Rißbildung ausgesetzt sind. Sie verlangen ferner, sowohl ihrer eigenen Haltbarkeit als der beabsichtigten Schutzwirkung wegen, eine scharfe Kühlung mit einem verhältnismäßig kalten Kühlmittel und sind .`wenig .geeignet für solche Kühlmittel, die schon beim Eintritt in die Kammer eine höhere Temperatur besitzen oder auch für Kühlmittel, die zwecks späterer Ausnutzung in :der Kühlkammer möglichst hoch erwärmt werden sollen.
Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile der bisher bekannten gekühlten Schutzkammern zu beseitigen. Dieser Zweckwind gemäß der Erfindung im wesentlichen .dadurch erreicht, daß die zum Schutze .der gefährdeten '\@Tandungsteile Verwendung findenden Schnitzvorrichtungen aus Rohren gebildet werden, durch die das Kühlmittel hindurchfließt, .und die geradlinig oder gebogen verlaufen4 in ihrer Gesamtheit so angeordnet sind, daß sie die zu schützenden Wandungen möglichst vollkommen abdecken. Die Rohre können gegossen, gezogen oder nach irgendeinem :sonst bekannten Verfahren hergestellt sein. Dabei :besitzen die einzelnen Rohre, aus denen die Rohrwände gebildet sind, sowohl zwischen sich als auch gegenüber den sie umschließenden Wandningsteilen so viel Spiel, als für @die freie Ausdehnbarkeit in der Wärme erforderlich ist.
In der beiliegenden Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einigen beispielsweisen Anisführungen dargestellt.
Die Abb. i zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch den oberen Teil des Arbeitszylinders und durch :den Zylinderdeckel einer Brennkraftmaschine, deren Brennraum gemäß der Erfindung ausgekleidet ist. Die zugehörige Abb.2 zeigt eine Ansicht auf die als Wärmeschutz eingebaute Rohrspirale ,und ,die Abb. 3 eine Einzelheit der A bb. i und 2 im Schnitt.
Die Aibb. 4 zeigt einen senkrechten Längsschnitt .durch den Unterteil :des Zylinders einer doppelt wirkenden Maschine, deren Brennrauen ebenfalls gemäß der Erfindung ausgekleidet ist.
Die Abb. S zeigt den mittleren Teil der zum Auskleiden .benutzten Rohrspirale in einer Aufsicht.
Die Abb.6 zeigt die Anwendung :des Erfindungsge:dankenis bei zylindrischen Maschinenteilen, beispielsweise bei Arbeitszylindern, Turbinenkammern, Auspuffrohren u. dgl.
Die Abb. 7 und 8 zeigen ans geraden Rohren bestehende Schutzvorrichtungen. Die Abb. 9 .zeigt einen mit einer Schutzwand nach der Erfindung versehenen Kolben für Brennkraftmaschinen.
Die Abb. io stellt eine Aufsicht auf diesen Kolben dar.
In den Abb. i i und 12 ist eine etwas geänderte Wasserzuführung für derartige Kolben in senkrechter und wagerechter Schnittd!arstellunig veranschaulicht.
Die Abb. 13 und 14 stellen Rohrführungen dar, die zweckmäßig Verwendung finden, wenn es sich um die .Abdeckung von Flächen handelt, die von Ventilen o. dgl. durchbrochen sind.
Die Abb. 15 und 16 zeigen in einem senkrechten Längsschnitt und zugehöriger Aufsicht eine besondere Ausführungsform für die Zu- oder Abführung,des Kühlmittels.
Die --'#bb. 17 stellt eine teilweise Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform ides Erfindungsgedankens dar. und in den Abb. z8 .bis 22 :sind einzelne Rohrquerschnitte veranschaulicht, die in Verbindung mit der Erfindung besonders vorteilhaft anwendbar sind.
Der Erfindungsgedanke selbst sei zunächst an Hand Ader Abb. i Abis 3 erläutert.
A ist der Zylinder, B idie Laufbüchse und C der wassergekühlte Deckel einer Brennkraftmaschine. Nach der Seite des Brennraumes zu ist dem Deckel die Rohrschlange D vorgelagert, die aus spiralförmigen Rohrwindungen besteht, deren inneres Ende mit dem die Mitte des ,Deckels durchdringenden Wasseranker.9 verbunden ist: Das äußere Ende (der Rohrwindung ist .in den Wasseranker F eingeführt, der zur Ableitung des Kühlmittels -dient. Die durch hie ]#'.ohr@vand nicht (bedeckte Deckelfläche ist durch ein Füllstück G (der Einwirkung der heißen Verbrennungsgase entzogen. Eine zweckmäßige #Terbindung der Rohrschlange mit-:den beiden Ankern E, F ist aus .den zugehörigen Abb. z und 3 ersichtlich. Besondere Anker für ;die Wasserzu- un:d abführung können gegebenenfalls @dadurch vermieden wenden, daß die beiden Enden (der Rohrschlange unter Anwendung geeigneter Dichtungen unmittelbar durch ,dem: Deckel hindurchgeführt sind. Erscheint es nötig, nicht nur den Deckel, sondern auch (den oberen Teil der Zylinderla:uf@büchse .zu verkleiden, so .wind .man dies zweckmäßig in !der Weise machen, daß man außen an (die ebenen Windungen noch einige schraubengangartig auf (der Innenfläche des Zylinders geführte Windungen anschließt. Auch kann man (die äußeren Windlungen -mit zweckentsprechend geformten größeren Rohrquerschnitten gestalten, oider ,man kann statt nur einer Lage von gekühlten Rohren zwei oder mehr Lagen anordnen, so daß ein hinreichend langes Stück auch des zylindrischen Teiles ödes Brennraumes verkleidet wird. Durch Anordnung von zwei oder mehr Lagen von Rohren wind auch ider ebene Teil der Wandungen (des Brennraumes .nachhaltiger vor zu hohen Temperaturen geschützt als mit nur einer Lage.
Bei dem :Zylinder nach Abb. 4 ist, ähnlich wie vonbesahrieben, nicht nur der ebene bzw. leicht gewölbte Bodenteil des Brennraumes, sondern auch ein Teil .des Zylinders selbst abgedeckt, was in (diesem Falle einfach mit Hilfe einer Spirale D erreicht wird. Der Ein- und Austritt (des Kühlmittels erfolgt in der Nähe (der Zylirnderstopfbüchse .durch die Wasseranker E und F. Durch Füllstücke G (Abb.5) wird der Innenteil der Schutzvorrichtung ;dem Rand der Zylin-,derdurchbrechiung angepaßt.
Die Abb. 6 zeigt ein nach .Art eines Hohlzylinders aufgerolltes Rohr K" welches zweckmäßig Verwendung findet, wenn es sich )darum .handelt, zylindrische bzw. prismatische Flächen von Motoren, Gasturbinen usiw. zu schützen. Durch ein (derartiges Rohr kann auch der Schutz und (die Kühlung von Auspuffkanälen und Auspuffrohren bewirkt werden, wobei man Üen Vorteil wahrnehmen kann, (das im Zylinder usw. schon erwärmte Kühlwasser noch weiter .zu erhitzen oder zu verdampfen, es also in eine höherwertige Form überzuführen. Bei ider Ausführungsforen nach Abb. 6 ist (das Rohr doppelt gewunden; die eine Windung dient zur Zuführ ung und (die andere Windung zur Rückführung .des Kühlmittels.
Die in den Abb. 7 und 8 dargestellten Ausführungs.formen unterscheiden sich von den beschriebenen im wesentlichen dadurch, daß sie aus geraden Rohren bestehen, .deren Enden, wie Abb.7 zeigt, in Sammelrohren oder Kammern V eingeführt sind, oder deren Emden nach Abb. 8 ,durch Formstücke W verbunden sind. Die aus der .Abb.8 ersichtlichen Bänder X ,dienen :dazu, der Schutzvorrichtung ,die erforderliche Festigkeit zu verleihen.
Die Abb. 9 ;und: io zeigen die Anwendung ;des Erfindungsgedankens bei Kolben von Brennkraftmaschinen. rHier passen ,sich (die Rohrwindungen der Wölbung des Kolbenbodens an. Die Wasserzu- und -abführung ,erfolgt idurah (die im Kolben sitzenden Anschlüsse M und N an der Außenseite der Rohrschlange. Der mittlere Teil (des Kolbenbodens ist rdurch einen eingesetzten Pilz in an sich (bekannter Weise geschützt. Dieser Pilz L dient gemäß der Erfindtmg gleichzeitig als mittleres Füllstück für (die Rohrschlange.
In den Abb. r.i :und 12 ist (der Pilzgleichzeitig als Ans(chlußteil für rdie Zuleitung des Kühlmittels in (die Rohrschlange ausgebildet.
Die Abb. 13 und 14 zeigen eine Rohrführung, die Verwendung finden kann, wenn es sich um den Schutz solcher Wände :handelt, ,durch `die Ventile o. @dgl. hindurchgeführt sind. In der Ablb. 13 ist (das Kühlrohr an -der Stelle der Wanddurchbrechung umgebogen, so (daß .das Kühlmittel an dieser Stelle eine Richtungsänderung erfährt. Statt .nur eines Rohres können auch zwei und mehr Rohre umgebogen wenden, was notwendig wird, wenn größere Flächen von Rohren unbedeckt bleiben müssen. Bei der Ausführungsform nach Abb. 14 ist das Umbiegen des Kühlrohres da(dürch vermieden. (daß ;die Rohrenden an ein passend geformtes Füllstück G angeschweißt sind, in (dem sich Bohrungen gl- für )die Umleitung des Kühlmittels befinden.
Die Abb. 15 und 16 zeigen eine Ausführungsform :für idie Abführung (des Kühlmittels seitlich einer Durchbrechung. Dabei ist das in den Arbeitszylinder hineinragende Ende des Ventilstützens P von einem Füllstück R eingefaßt, !das idie Rohrschlange innen ausfüllt und seit rdem Wasseranker rl- in Verbindung steht.
Bei (der Ausfühnungsform nach Abb.17, ,die für (die .Abdeckung ,ebener odergewölbter Wände Verwendung finden kann, (die mehrere Ventildurchbrechungen S aufweisen, finden zwei getrennte Rohrschlangen T', TZ Verwendung. Die nicht (durch )diese Rohrschlangen abgedeckten Teile (der Wandungen werden durch besondere Füllstücke Z ausgefüllt, die (wie aus der Abbildung ohne weiteres hervorgeht) gleichzeitig für die Zu- und Abführung des Kühlmittels eingerichtet sind. Dabei sind die Bohrungen z1 für die Kühlkanäle in diesen Füllstücken zweckmäßig so beschaffen, daßdurch sie eine genügende Kühlung der Füllstücke selbst erreicht wird.
Die Abb. i8 bis 2o zeigen einige Rohrquerschnitte, die für die Ausführung der Erfin-,dung besonders zweckmäßig erscheinen. Die in der A bb. i9 dargestellte angenähert rechteckige Querschnittsform ergibt glatte Kühlkarnmerwände. Derartige glatte Kammerwände werden zweckmäßig,durch nachfolgen-,des Pressen der zunächst fertig gebogenen runden Rohre erzeugt.
Bei der in den Abb. 2 i und 22dargestellten Ausführungsform sind die Kühlrohre an der Stelle der Durchbrechung so ausgebildet, daß sie sich ,den Durchbrechungen anschmiegen. Dies kann beispielsweise .durch Einbeulen der Rohre an diesen Stellen bewirkt werden oder aber, wie aus den Abb. 21 .und 22 hervorgeht, dadurch, daß die Rohrwand an der betreffenden Stelle teilweise weggeschnitten und durch ein eingeschweißtes Rohrstück ersetzt ist, das sich der Durchbrechung anschmiegt. Die Verengung des Durchflußquerschnittes im Rohr bewirkt eine erhöhte Durchflußgeschwindigkeit ;des Kühlmittels und .damit eine verstärkte Kühlung an der betreffenden Stelle, was vorteilhaft ist, weil die Durchbrechungsstellen in Wandungen von Brennräumen :usw. erfahrungsgemäß am meisten gefährdet sind. Von dieser Erkenntnis ausgehend kann es auch in Betracht kommen, bei allen vorbesch.riebenen Einrichtungen in der Nähe der heißesten Zone enge Rohre, an den weniger gefährdeten Stellen aber weite Rohre oder kammerartige Teile zu verwenden.
Die gemäß der Erfindung Verwendung findenden Schutzvorrichtungen ergeben nicht nur eine außerordentlich günstige Wasserführung, sondern sie besitzen auch gegenüber den bisher bekannten Kühlkammern eine besonders gute Ausdehnungsmöglichkeit. Die Schutzvorrichtungen erhalten ferner infolge der Verwendung von Rohren .die kleinsten überhaupt ausführbaren Wandstärken, weil Rohre auch hohen Drücken gegenüber verhältnismäßig steif sind. Bei Verwendung gezogener Rohre erhält die Einrichtung ganz besonders dünne Wandstärken. Diese Schutzvorrichtungen aus Rohren erfahren also im Betriebe die geringsten Beanspruchungen durch Temperaturspannungen. Sie sind infolgedessen noch in solchen Fällen anwendbar, in denen die bisher bekannten Kühlkammern schon Schwierigkeiten bereiten. Die Rohre können geredlinig oder gebogen verwendet .und so angeordnet werden, wie es für ,die Form oder jewenls zu schützenden Wände am zweckmäßigsten ist. Unter sich und mit ihren Anschlußstücken für den Ein-und Austritt des Kühlmittels werden die Rohre am zweckmäßigsten .durch Schweißung verbunden; wo dies nicht angängig ist, kann die Verbindung auch durch Verschrauben oder in irgendeiner sonst bekannten Weise erfolgen. Die Rohre können unter sich, wenn es nötig erscheint, durch besondere Haltevorrichtungen versteift werden, durch die die Form der Rohrwände während des Transports, beim Einbau und insbesondere während,des Betriebes gesichert wird. Ferner können die Rohre zum Schutze gegen Anfressungen u. @dgl. mit einem geeigneten Schutzanstrich versehen werden. Zu diesem Zweck eignet sich u. a. eine Behandlung der Rohroberfläche mit Aluminium bzw. mit Aluminiumlack. Die dünnen Wandungen der Rohre gestatten idie Verwendung von verhältnismäßig warm zufließenden Kühlmitteln. Ein besonderer Vorteil oder Verwendung dieser Rohre besteht noch darin, ,daß das die Rohre durchfließende Kühlmittel höher erhitzt werden kann, als dies in den bisher bekannten Kühlkammern möglich ist, so daß die in dem abfließenden Kühlmittel enthaltene Abwärme .in besser verwertbarer Form zur Verfügung steht.
Trotz höherer Kühlmitteltemperaturen entstehen aber in tder Schutzvorrichtung oder in der geschützten Wand keine höheren Wan--dungstemperaturen als bei Verwendung verhältnismäßig starkwandiger Kammern, selbst wenn diese durch dealte Kühlmittel gekühlt ,,werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Schutzwand für die durch hohe Temperaturen gefährdeten Wandungsteile von Maschinen u.,dgl., insbesondere zum Schnitze der Wandungen @d@er Brennräume von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß idie Sahutzivand aus dünnwandigen Rohren gebildet ist, durch die das Kühlmittel hindurchgeleitet wird, und die geradlinig oder gebogen verlaufend in ihrer :Gesamtheit so angeordnet sind, daß sie die zu schützenden Wandungen dem Einfluß der hohen Temperaturen entziehen.
2. Schutzwand nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zwischen sich und gegenüber Iden sie umschließenden Wandungsteilen so viel Spiel besitzen, daß sie sich beim Erwärmen ungehindert ausdehnen können.
3. Schutzwand nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zum Schutze ebener öder gewölbter runder Wendungsteile, :beispielsweise zum Schutze 'der Zylinderdeckel und :der Kolbenböden, spiralartig in .einer Ebene :oder in einer der Wölbung,des zu .schützenden Wendungsteils entsprechenden Fläche zusammengebogen sind.
4. Schutzwand .nach Anspruch 3, da-(durch grnAennzeichnet, daß,die Spiralform o. dgl. :durch Füllstücke, :die gleichzeitig für die Zu- und Ableitung des Kühlmittels eingerichtet sein können, zu einer der aabzudeckenden Fläche entsprechenden Form vervollstän'dlgt wird.
5. Schutzwand nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zum Schutze zylindrischer Wendungsteile, beispielsweise znam Schutze einzelner Teile des Arbeitszylinders oder zum Schutze von Ventilldurchbreahungen u.,dgl., nach Art eines Hohlzylinders .zusammengebogen sind, der sich in den zu schützenden zylindrischen Teil einlegt (Abt. 6).
6. Schutzwand nach Anspruch 5, da.-,durch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Hohlzylinders eine doppelgängige Spirale Verwendung findet, öderen einer Gang für die Wasserzuführung und deren anderer Gang für die Wasserrückführung dient.
7. Schutzwand nach Anspruch 5, edadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder :durch Rohre gebildet ist, die mit ;der ,Zylinderachse parallel laufen (Abb.7). B.
Schutzwand nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, idaß zwecks rückhaltiger Kühlung ider zu schützenden Wendungsteile die die Schutzwand Rohre in zwei oder mehreren Lagen übereinander angeordnet sind.
9. Schutzwand nach Anspruch i .bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre an: solchen Stellen, an denen :die durch die Rohre gebildete Wand von Ventilen o. idgl. durchbrochen wird, derart umgebogen sind, idaß Idas Kühlmittel .an diesen Stellen seine Umlaufsrichtung wechselt (Alb. 13, 14). io.
Schutzwand nach Anspruch i bis 8, da,durch ge@kennzeichnet, daß .die Rohre an den Durchbrechungsstellen der Küih,1-kammerwand in Füllstücke auslaufen, die das Weiterströmen des Kühlmittels bei oder Durchbrechungsstelil:e ermöglichen (Abt. 15, 16). ii.
Schutzwand mach Anspruch i bis 8, ldadurch gekenx2eichnet, daß die Rohre an den Durchbrechungsstellen derart verjüngt sind, daß sie sich den Durchbrechungen anschmiegen. 1'2.
Schutzwand nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre beim Abdecken solcher Wendungsteile, idie mehrere Ventildurchbreohungen o.:dgl. aufweisen, zu mehreren Einzelkammern zusengelbogen .sind, idie vom Kühlmittel gemeinsam oder getrennt durchflossen wenden (Abt. 17).
13. Schutzwand. nach Anspruch 12, daduTch gekennzeichnet, daß die von den einzelnen Rohrkammern nicht ,bedeckten Wandungsfieile durch Füllstücke ausgefüllt sind, die zweckmäßig für die Zu und Ableitung des Kühlmittels eingerichtet sind, und daß .die Kühlmittelkanäle die Füllstücke so durchziehen, ,daß auch eine genügende Kühlung der ,Füllstücke gewährleistet ist (Abt. 17).
14. Schutzwand nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß Idas mittlere Füllstück bei Kolben von Brernnkraftmaschi:nen in an sich bekannter `'eise als Pilz ausgebildet ist, oder zum Schutze .des Kolbens in den mittleren Kolibenteil eingelassen ist (_A,bb.9).
15. Schutzwand` nach Anspruch i bis 14, dadurch gekennzeichnet, :daß :der Pilz gleichzeitig das mittlere Anschlußstück für Aden Eintritt :des Kühlmittels bildet (Abt. i i, 12).
16. Schutzwand nach Anspruch i bis 15, dadurch -gekennzeichnet, ldä ß die Rollire, aus denen die Kühlkammer gebildet ist, an Stelle runder Querschnitte Querschnitte von solcher (z. B. rechteckiger, quadratischer öder ovaler) Form besitzen, die eigne glatte Kammeroberfläche ergeben (Abt. ig, 2o).
17. Schutzwand nach Anspruch i bis 16, dadurch gekennzeichnet, ldaß Idie ldie Kammer bildenden Rohre im ganzen oder in einzelnen Teilen mit Versteifungen oder Haltevorrichtungen versehen sind zu dein Zweck, die Formgebung der Rohre vor und im Betriebe zu gewährleisten (Abt. 8).
18. Schutzwanid .nach Anspruch i ,bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Zu- und Abführung -des Kühlmittels ,dienenden Anker gleichzeitig als Halteorgane für die Rohrkammer ausgebildet sind (Abt. i).