DE416112C - Grossgasmaschinenzylinder, der durch Zusammenschweissung von Einzelteilen aus gut schweissbarem Stoff hergestellt ist - Google Patents

Grossgasmaschinenzylinder, der durch Zusammenschweissung von Einzelteilen aus gut schweissbarem Stoff hergestellt ist

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DE416112C
DE416112C DESCH68246D DESC068246D DE416112C DE 416112 C DE416112 C DE 416112C DE SCH68246 D DESCH68246 D DE SCH68246D DE SC068246 D DESC068246 D DE SC068246D DE 416112 C DE416112 C DE 416112C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0021Construction
    • F02F7/0034Built from sheet material and welded casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F7/0021Construction
    • F02F7/0024Casings for larger engines

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Großgasmaschinenzylinder, der durch Zusammenschweißung von Einzelteilen aus gut schweißbarem Stoff hergestellt ist. Die Vergrößerung der Leistung der Maschinen im Großgasmaschinenbau sowie die thermische Weiterentwicklung - insbesondere die Einführung der Heißkühlung - bringen erhbhte Schwierigkeiten beim Bau der Maschinen mit sich, weil auf die Haltbarkeit der mit den heißen Gasen in Verbindung kommenden Wandungsteile besondere Rücksichten zu nehmen sind. Namentlich sind es Ecken und Krümmungen an diesen Konstruktionsteilen, die Wärmestauungen bedingen; mit der Zeit entstehen Risse, die die Betriebszuverlässigkeit vermindern.
  • Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen und die Lebensdauer dieser Stücke zu erhöhen, ist die Wahl eines anderen Baustoffes als Gußeisen erwünscht. Jedoch hat es die Technik bis jetzt nicht gewagt, in gut schweißbarem Material - wie vor allem Schmiedeeisen - derartige große komplizierte Teile anzufertigen, da neben den immer noch bestehenden Schwierigkeiten hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Schweißung auch gut schweißbare Gebilde zu entwickeln sind; dabei sollen möglichst die bewährten, durch die gegossenen Teile gegebenen Formen beibehalten und die Wärmebelastung beim Betrieb sowie die auftretenden Kräftebeanspruchungen berücksichtigt werden.
  • .Es ist zwar schon bei Zylinderköpfen von ausgesprochenen Kleinmotoren vorgeschlagen worden, zur Erleichterung des Schweißens und zum Verhüten des Auftretens von Spannungen im Zylinderboden durch das Schweißen die Schweißnaht von Ventilstutzen nach außen zu verlegen.
  • Ferner ist auch schon vorgeschlagen worden, bei aus Stahlrohr gezogenen Kleinmotoren aus dem halbkugelförmigen Zylinderkopf Rohrstutzen herauszubördeln, in die dann nachträglich Ventilstutzenstücke eingeschraubt wer den.
  • Man hat sich nun bisher gescheut, ähnliche Herstellungsweisen auch für die Zylinder größerer Abmessungen, beispielsweise von Großgasmaschinen, anzuwenden, weil man hier eine Reihe von Schwierigkeiten bei der Herstellung dieser Stutzen fürchtete und außerdem Bedenken gegen die Betriebsbrauchbarkeit hatte.
  • Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß man den Gedanken, Gasmaschinenzylinder vollständig aus zusammengesetzten Einzelteilen herzustellen, und zwar unter möglichst völliger Ausscheidung komplizierter Gußstücke, verwirklichen kann, wenn man zunächst solche Zylinderformen wählt, bei denen die Ventile in Stutzen oder Zwiebeln der Zylinderwandungen untergebracht sind und hier Teile des Verbrennungsraumes bilden. Es ist dann möglich, nach der Erfindung an den gefährdeten Ventildurchbruchstellen die innere Zylinderwand derartig zu Stutzen umzubördeln, daß die anschließenden Schweißstellen aus den im Betriebe hoch wäriiiebeanspruchten Stellen heraus in die rohrförmigen Stutzen verlegt sind. Durch diese Erfindungsmaßnahme wird erreicht, daß an den im Betriebe sehr stark gefährdeten Zylinderdurchbruchstellen besondere Veränderungen durch Wärme- oder Kräfte-Beanspruchungen sich nicht zeigen können, und daß gleichzeitig auch die anschließen-('en Schweißstellen in den rohrförmigen Ventilstutzen an Stellen geringerer Wärmebelastung liegen, also ebenfalls in jeder Beziehung geschont werden, so daß etwaige gefährliche Beanspruchungen der Schweißstellen nicht sobald auftreten können. Ferner wird auch die Länge des Schweißumfangs auf ein geringeres Maß herabgesetzt, als wenn man -- wie auch schon vorgeschlagen worden ist - Ecken oder ganze Stutzen in die Zylinderlauflläche oder den inneren Zylindermantel selbst einschweißen wollte.
  • AuPerdem wird natürlich auch der früher bereits erkannte Vorteil erzielt, daß die Zylinderwandungen durch die zum Schweißen erforderliche Hitze nicht unnötig betroffen und durch derartige örtliche Erhitzungen sich verziehen können. Schließlich wird noch gegenüber sonstigen in ähnlicher Richtung laufenden Vorschlägen der Vorteil erreicht, daß der Innenmantel in der Flucht der eigentlichen Zylinderflächen überall aus dem gleichen Stoff besteht, der obendrein an allen Stellen die gleiche Behandlung erfahren hat und vor allem nicht an einzelnen Stellen des Umfangs noch einer besonderen Erhitzung durch die Schweißflammen ausgesetzt gewesen ist. Diese Tatsache ist für die Haltbarkeit des Zylinders von wesentlicher Bedeutung.
  • Ferner sei darauf aufmerksam gemacht, daß bekanntlich die Übergangskante aus der Zylinderfläche in die Taschen- oder Zwiebelwandungen durch die an ihnen vorbeistreichenden heißen Verbrennungsgase regelmäßig besonders hohen Wärmebeanspruchungen und fortwährend wechselnden Dehnungsbeanspruchungen durch diesen Wärmewechsel ausgesetzt sind. Man hat daher bei den verschiedensten Bauarten von Zylindern schon seit langem auf alle mögliche Weise versucht, gerade diese Kanten besonders widerstandsfähig zu machen, ohne aber eine. befriedigende Lösung gefunden zu haben. Man kann sogar behaupten, daß die in dieser Richtung sich bewegenden Erfindungen und Vorschläge ein besonderes Kapitel des Großgasmaschinenbaues bilden. Im vorliegenden Falle handelt es sich um eine völlig neue Art der Lösung auch dieses Problems, indem erstmalig vorgeschlagen wird, auch bei Großgasmaschinen, die mit die Zylinderwandungen durchbrechenden Taschen oder Zwiebeln ausgestattet sind, die fraglichen Kanten durch Umbö.rdeln aus dem vollen Material der Zylinderwandung selbst herauszuarbeiten (umzubördeln), um in erster Linie die Schweißstellen aus dem Bereich der im Betrieb meistgefährdeten Stellen herauszulegen. Es wird also ein zu anderen Zwecken bekanntes Mittel zum geschickten und eigenartigen Lösen einer neuen Aufgabe herangezogen, wobei außer der bisherigen Wirkung auch noch weitere fortschrittliche Wirkungen erreicht werden. Daß dieser Weg neu und eigenartig ist und auch keineswegs nahegelegen hat, beweist am besten der sogar von sachverständiger Seite ernsthaft gemachte Vorschlag, die hier in Betracht kommenden gefährdeten Ecken als besondere Stücke einzuschweißen und hierbei die Schweißnaht sogar in die Zylinderlauffläche selbst oder gar in die gefährdeten t@bergangskanten selbst zu legen. Es handelt sich also um Vorschläge, die dem Erfindungsgedanken genau entgegengesetzt sind.
  • Als weiterer Erfindungsgedanke kommt in Betracht, daß die aus dem Werkstoff der inneren Zylinderwand gebildeten Stutzen und die verhältnismäßig starkwandig auszubildenden Endflanschen so weit verjüngt werden, daß die Verschweißung mit den anschließenden dünnwandigen Zylinderteilen erleichtert wird.
  • Vorteilhaft werden die zum Abschluß der Ventildurchbruchsöifnungen bestimmten Hohlkörper mit einem Teil der angrenzenden Zylinderaußenmanteloberfläche als besondere Hohlkörper mit leicht schweißbaren Rändern hergestellt und derart ausgebildet, daß sie nach Zusammenbau des Außenmantels mit dem Innenzylinder durch öffnungen des Zylinderaußenmantels hindurch in die Schweihstellung geschoben werden können.
  • Zur Erläuterung ist in der Abb. i ein einteiliger gegossener sogenannter Zwiebelzylinder bisher üblicher Bauart dargestellt, in Abb.2 ein zwiebelloser Zylinder bekannter Art. Beide Zylinder können in bekannter Weise z. B. in der Mitte quer zur Längsachse unterteilt und durch Flanschen und Schrauben miteinander verbunden sein.
  • In den Abb.3 und 4. sind schmiedeeiserne Zylinder dargestellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebaut sind und den Gußzylindern der Abb. i bzw. 2 entsprechen.
  • Der neue geschweißte Zylinder besteht zunächst aus dem eigentlichen Tragzylinder a für die Aufnahme der durch den Arbeitsprozeß hervorgerufenen Kräfte. Aus der Wandung dieses rohrförmigen - geteilten oder ungeteilten -, Flanschen an beiden Enden besitzenden Stückes wird an den Stellen c für die Ventildurchbrüche der Werkstoff derart herausgebördelt, daß die sonst ernstlich gefährdeten Krümmungsstellen aus dem Stoffe des eigentlichen Tragzylinders bestehen. Um diesen eigentlichen inneren Tragzylinder wird ein zweiter schmiedeeiserner Zylinder d geschoben, der den Wassermantel bildet und gleichfalls entweder geteilt oder ungeteih hergestellt sein kann. Er wird mit dem eigentlichen Tragzylinder an den Enden am besten ebenfalls durch Schweißung verbunden. Durch diese beiden rohrförmigen Stücke wird ein geschlossener doppelwandiger Hohlkörper gebildet, der nur im Außen- und Innenmantel Üffnungen aufweist.
  • An Stelle der z. B. zwiebelartigen Ausbuchtungen der Zylinder für die Ventildurchbrüche werden nun durch den Außenmantel des doppelwandigen Hohlkörpers Schlußstücke eingesetzt, die aus Schmiedeeisen oder einem gu: schweißbaren bzw. schmiedbaren Stahlguß bestehen und die Wandungen der Ventildurchbruchstellen bilden. Die Wahl des Gußverfahrens zur Herstellung empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die Form dieser Schlußstücke kein Regelkörper ist und sie somit nur schwer durch mechanische Bearbeitung sich herstellen lassen. Die Enden der Schlußstücke werden nun mit den Rändern der inneren und äußeren Ventildurchbrechungen der Zylinderteile metallisch verbunden, und zwar, wie bereits erwähnt, zweckmäßig durch Schweißung. Der vollständige Zylinder ist somit im wesentlichen aus einem inneren Tragzylinder, einem äußeren Mantel und vier Schlußstücken gebildet.
  • An den Zündstellen, den kleineren Durchbruchstellen für Indiziervorrichtungen und anderen nicht oder wenig von heißen Gasen durchflossenen Durchbruchstellen können kleinere Stutzen angeschweißt, eingeschweißt oder eingeschraubt werden, wie es z. B. in den Abb. 3 und ,1 veranschaulicht ist.
  • Der innere Tragzylinder kann, namentlich wenn er aus mehreren Stücken hergestellt ist, in an sich bekannter `'eise ein Futter e aus einem Stoffe mit guter Gleitfähigkeit für den Lauf der Kolbenringe besitzen. Um dem äußeren Mantel eine größere Dehnungsmöglichkeit zu geben und die Schweißstellen zu entlasten, können in dem schmiedeeisernen Außenmantel elastische Wellen vorgesehen werden. Tragflächen für Steuerwellenlager usw. sind zweckmäßig nicht am Außenmantel zu befestigen.
  • Der besondere Vorteil derartig zusammengebauter Großgasmaschinenzylinder besteht in der durch die Zähigkeit des Materials bedingten größeren Betriebszuverlässigkeit. Sollten bei sehr langer Betriebsdauer sich schließlich doch an der einen oder anderen Stelle aus irgendeiner Ursache Risse bilden, so können diese bei der leichten Schweißbarkeit der Baustoffe leicht wieder beseitigt werden, und das Eindringen der Mantelkühlflüssigkeit in den Verbrennungsraum wird verhütet. Eine weitere wichtige fortschrittliche Neuwirkung wird dadurch zustande gebracht, daß das Gewicht des fertigen Zylinders geringer ist als das gegossener Zylinder, da bei den miteinander zu verschweißenden Grundkörpern gleichmäßige Wandstärken sicher eingehalten werden können. Ebenso vorteilhaft ist es, daß durch die Ermöglichung der Verwendung von Schmiedeeisen oder von schmiedbarem Stahlguß z. B. die Sicherheit gegeben ist, daß die Wandungen lunkerfrei sind, so daß einseitige örtliche Erhitzungen vermieden werden, die den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ernstlich gefährden können. Da mit Rücksicht auf die erhöhte Festigkeit des Baustoffes die Wandstärken gegenüber gußeisernen Zylindern wesentlich verringert werden können, treten geringere Wärmespannungen in den Wandungsschichten auf, wodurch die Bruchgefahr verringert wird. Ferner können wegen der geringen Stärke der Wandungen die Zylinder auch höheren Wärmebelastungen ausgesetzt werden, ohne daß übergroße Erhitzungen eintreten, die vorzeitige Entzündungen des Gemisches hervorrufen könnten. Die neue Zylinderbauart eignet sich somit ganz besonders für die Zylinder von Hochleistungsmaschinen, die mit wesentlich höheren mittleren indizierten Brücken belastet sind als Normalmaschinen.
  • Die Bauart nach Abb. q. wird besonders günstig, wenn namentlich im eigentlichen Verbrennungsraum jede Schweißstelle vermieden ist. Die Dichtungsstellen für die den Verbrennungsraum abschließenden Ventileinsätze liegen hier in dem aus dem innefen Tragzylinder herausgebördelten Material. Die Schweißstelle ist somit immer dem Zutritt der hochgespannten Verbrennungsgase bei allen Arbeitsvorgängen entzogen.
  • Bei Verdampfungskühlung mit Wasser bzw. Flüssigkeiten mit niederem Siedepunkt als Kühlflüssigkeit in den gegossenen Zylindern sind zur Zeit nach dem Dampfkesselgesetz nur niedere Drücke im Mantelraum zulässig. Die neue Zylinderbauart führt jedoch zu Zylinderausbildungen, bei denen die Beanspruchung des Kühlflüssigkeitsraumes mit höheren Dampfdrücken auch bei gleichartigen Kühlflüssigkeiten technisch möglich und gefahrlos ist. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn der Gaszylinder als allseitig geschlossener, spannungsfrei geschweißter Körper hergestellt wird, der lediglich kleinere Offnungen zur Reinigung im Außenmantel besitzt. Da die Längsbeanspruchungen hauptsächlich durch den inneren Tragzylinder aufgenommen werden, kann sich die Stärke des Außenmantels im wesentlichen nach den voraussichtlich zur Verwendung gelangenden Dampfdrücken richten.
  • Die neue Zylinderbauart hat die gleiche Bedeutung sowohl für Verbrennungskraftmaschinen, die nach dem Viertaktverfahren, als auch für solche, die nach dem Zweitaktverfahren arbeiten, und findet dort sinngemäße Verwendung entsprechend dem Arbeitsprozeß und in Anlehnung an die bekannten Bauarten. In den Abb.3 und q. ist die Anwendung des Erfindungsgedankens beispielsweise für doppeltwirkende Viertaktgaskraftmasehinen veranschaulicht.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Großgasmaschinenzylinder, der durch Zusammenschweißung von Einzelteilen aus gut schweißbarem Stoff hergestellt ist, und bei dem die Ventile in Teile des Verbrennungsraumes bildenden Taschen oder Zwiebeln der Zylinderwandungen untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den gefährdeten Ventildurchbruchstellen die innere Zylinderwand derart zu Stutzen umgebördelt ist, daß die anschließenden Schweißstellen aus den im Betriebe hoch wärmebeanspruchten Stellen heraus in. die rohrförmigen Stutzen verlegt sind. z. Gasmaschinenzylinder nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Werkstoff der inneren Zylinderwand gebildeten Flanschen und Stutzen so weit verjüngt werden, daß hierdurch die Verschweißung mit den anschließenden Teilen erleichtert wird.
DESCH68246D 1923-07-18 1923-07-18 Grossgasmaschinenzylinder, der durch Zusammenschweissung von Einzelteilen aus gut schweissbarem Stoff hergestellt ist Expired DE416112C (de)

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