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Hohler, gekühlter Zylinder- oder Kolbenkopf für Verbrennungskraftmaschinen.
Die Erfindung bezieht sich auf hohle, ge-Z, t' kühlte Zvlinder- oder Kolbenk8pfe
für Verbrennungskraftinaschinen mit dünnwandigen, gegen den achsialen Druck durch
Rippen ab-2,estützten, dein Verbrennungsraum zugekehrten Stirnwandungen. Verbrennungskraftinaschinen,
insbesondere Dieselmaschinen, verlangen Kolben- und Zylinderköpfe, die bei #Viderstandsfähigkeit
gegen hohen Innendruck (bis zu 70 Atmosphären) doch nicht durch die hoheii
Hitze-rarle- beschädigt -wor-Z5 den können.
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Um den Wandungen bei der nötigen Widerstandsflhigkeit gegen den Druck
gleichzeitig \Viderstandsfähigkeit gegen die hohen Wärinebeanspruchungen zu -eben,
werden sie -eel e# e# mäß der Erfindung aus sehr einfachen undurchbrochenen Blechscheiben
aus streck.-barein (schinied- und wa17bareiii) Metall, insbesondere aus Stahlblech,
hergestellt, und auch die abstützenden Rippen werden in Form eines gitterförinigen
Gerippes aus ebenfalls (lünnwandigen Längs- und Querstegen ausel -
ge
, führt, das in den Hohlkörper des Zylinder-oder Kolbenkopfes eingesetzt
oder an ihn angegossen ist. Durch diese Ausführung als dünnwandiges Blech wird erreicht,
daß eine Wärmeaufspeicherung in dein dünn-wandigen metallischen Trennkörper nicht
stattfinden kann. Diese wird vielmehr durch die dünnwandigen Kühlrippen in raschester
Weise abgeleitet. Insbesondere werden die VersteifunIgsrippen als dünnwandige, der
Stirnwand konzentrische Ringe ausgeführt, wodurch erzielt wird, daß das Kühlwasser
eine nahezu Cyleichmäßige Temperatur an allen Stellen der zu kühlenden Fläche aufweist,
so daß also eine ungleichmäßige Kühlung vermieden wird.
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Besonders günstige Eigenschaften für Wärmeableitung bzw. Verhinderung
der Wärineaufspeicherung er,-eben sich, wenn gemäß der Erfindung die Stahlblechscheibe
an Z,
den aus gegossenem Leichtmetall gebildeten -#-er-;teiftlii"-;l#örper
an-eschweißt oder hart angelötet wird.
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Die neue Bauart ermöglicht es, die bisherigen
Temperaturgrenzen
in den Verbrennun-skaminern der Maschine zu erhöhen und Anläge,kosten sowie Gewicht
der Maschine für die Leistungseinheit zu verringern. Sie gestattet auch, Maschinen
mit wesentlich größ'eren Zvlin(lerii zu bauen als bisher, z. B-Dieselmaschinen init
7-vlinderdurchnlessern von mehr als einem Meter. Die Ausführung, bei der ein sehr
dünnes, gewalztes Stalilblech mit einem Leichtmetallkörper vereinigt ist, ist besonders
anwendbar für Luftfahrzeugmaschinen.
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Die Zeichnung zeigt in beispielsweiser "#£tisführungsforin in Abb.
i einen Schnitt nach der Linie i-i der Abb.2 durch einen Zylinderkopf unter Fortlassung
der Ventile und Ventilkäfige; Abb.2 ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2 in Abb.
i, Abb. 3 ein ebensolcher nach der Linie 3-3
in Abb. i, Abb. 4 ein
senkrechter Schnitt nach der Linie 4-4 in Abb. 2; Abb. 5 ist ein senkrechter
Schnitt durch einen Kolbenkopf, Abb. (5 ein Ouerschnitt nach der Linie
6-6
-ler Abb. 5;
Abb. 7 und 8 sind ein Längsschnitt
und Ouerschnitt nach der Linie 8-8 durch einen 7vIiii(llerk-olif einer abgeänderten
#`msführun-storni.
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In der Zeichnung Abb. i bis 4 ist A die Zvlinderwand
und B) der Kühlinantel einer ; erbrennungskraftinaschine. Der Zvlinderkopf
ist am Zylinder in irgendeiner geeigneten Weise befestigt, nach der Zeichnung beispielsweise
mittels langer Bolzen C, welche Z,
durch geeignete Offnungen im Zylinder
nach - ärts nach einem anderen, nicht dar-esteliabw, teil Teile der 'Maschine
gehen. Die Befesti-Z, Csung erfolgt durch Muttern c all der Außenseite des Zylinderk-opfes.
Der Zylinderkopf hat eine (Iiiiiiie Wand 1), welche die feststehende Be renzungswand
der Verbren-9 t' nun-skaininer bildet. Der Durchinesser dieser dünnen Wand ist etwas
größer als der Innendtirchmesser des Zylinders. Sie wird mit ihreni Vinfang in eine
-Nut der Hall)-Z, ktigel oder Kuppel E aus streckbarein Metall eingesetzt.
Die dünne Wand D wird durch eine Gruppe ringföriniger und radialer Stege
versteift. Beim vorliegenden Beispiel sind die Izreisf(«')riiii-eii Stege konzentrisch
zueinander angeordnet, init ihrer Achse in der Achse der Halbkugel. Der innere Versteifungsring
ist Pl und der äußere RiiigF'. Die radialen Stege bestellen bei dein dargestellten
Beispiel aus radialeil Stegen F' und einer Gruppe Z, die zwischen dein äußerer
Zwischenste-e F 4, Außenring I#'2 uIld der Kuppel E eingeschaltet sind. All
der Kreuzungsstelle ödes InnenringesF1 mit dein radialen Steg F' ist ein
Rohr GI zur Aufnahrne des nicht dargestellten Brennstoffzerstäubers vorgesehen.
Ein ebensolches Rohr G' ist an der Kreuzungsstelle eines (segenüberliegenden Steges
F' mitdem Außenring F2 vorgesehen. Dieses Rohr kann zum Anschluß eines Druckluftanlaßventils
oder eines Indikators zum Indizieren der .\la"##hine dienen. All der Außenseite
der Kuppel E ist eine- Anzahl hohler -kippen ozivi- Bügel H vorgesehen, welche
zum Durchgang der Zugstangen G
dienen. Die Kuppel E und die anderen
beschriebenen Teile sind, in einem Gehäuse eingeschlossen, bestellend aus einer
Ringwand I mit einwärts gerichtetem Flansch an der Zy-Underseite, wie in Abb. 4
bei i ersichtlich, und bestehen ferner aus einem Deckel Il.
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Der Zylinderkopf ist mit T-Stücken zur Aufnahine der Ventilkäfige
für das Lufteinlaß- und (las Ausptiffventil versehen. Bei dein dargestellten Beispiel
ist der Stutzen für (las Auspuffventil etwas größer als der für (las Einlaßventil
und besteht aus einem Rohr K init eingezogenem Ende am Zylinder, so daß ein Schulterabsatz
k entsteht, der den Sitz für den Ventilkäfig bildet. Die Achse des Rohrteiles
K ist parallel zur Zylinderachse und bildet die Achse des T-Stückes. Aii dieses
Rohrstück K ist ein seitlicher Stutzen KI angesclilossen, welcher den Auspuffstutzen
bildet. Das T-Stück für das Einlaßvelltil hat ein AchsialrohrK1 und einen Seitenstutzen
K". Die beiden nach außen ragenden Enden der Rohrteile K'I und K3 sind in eine 1.-#Ianschplatte
L eingesetzt, die sie in dein erforderlichen Abstand. hält und mittels deren sie
an die Luftzuleitung und Auspuffleitung angeschlossen werden können.
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Bei der Herstellung des Zylinderkopfes werden die beiden T-Stücke
erst getrennt in die Kuppel E eingesetzt und oben und an der Seite mittels
elektrischer Lichtbogenschweißung oder autogener Schweißung angeschweißt. Die Versteifungsstege
F' bis F'
wie auch die Rohre GI und G2 werden als getrenntes Stück
hergestellt und in der gleichen Weise elektrisch oder autog#ii 7usainiiieilgeschweißt.
Dieses getrennte Stück wird dann init suiner gewölbten Seite nach abwärts über die
ach.sialen Teile 'K, K2 geschoben und all der Kuppel E sowie den Rohrteilen
K und K2 all denjenigen Stellen autogen ver-#,chweißt, die leicht zugänglich
sind.
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z# LI Dann werden die hohlen Rippen II an der Außenseite der Kuppel
E angeschweißt, worauf der Mantel I umgeleggt und all der Stoß-Imilte i mit
der Außenkante der Kuppel E
verschweißt wird. Hierauf wird die dünne Wand
D atizesetzt und an der zurückgesetzlen
Innenkante der Kuppel
E und mit den Innenenden der achsialen Rohrstücke K und K 2 verschweißt.
Es kann dann der Deckel I' aufgesetzt und am Mantel I -angeschweißt werden. Hierauf
wird die Flanschplatte L über die Enden der Seitenstutzen K' und K-' geschoben und
angeschweißt. Auf diese Weise erhält man einen starken Zylinderkopf mit Kühlwasserraum,
der durcd die Zugstange C mittels der Muttern c mit dem Zy-
linder verbunden
werden kann.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist z5
der Rand
i des Mantels I mit Wasserdurchlaßöffnungen versehen (Abb. 3), wodurch
der Wassermantel um den Zylinder mit dem Wasserraum in dein Zylinderkopf inVerhindung
steht. Ebenso sind die Kuppel E und die verschiedenen Absteifungen F' bis
F' mit Wasserdurchgangsöffnungen versehen, so daß das Kühlwasser frei durch den
Zylinderkopf zirkulieren kann.
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Die Abb. 5 und 6 zeigen eine beispielsweise Ausführungsform
eines Kolbenkopfes. Bei dieser Ausführungsform wird die dünne Wand. welche die Verbrennungskammer
der Maschine von dein Wasserraum im Kolben trennt, durch die -e-%völl)te Blechwand
D' gebildet. Diese hat einen umgebol-enen Rand d', der an dein Rande des Kolbenkörpers
anliegt und init diesem verschweißt ist. Der Kolbenk-i3rper besteht vorteilhaft
aus Gußeisen oder ans einem anderen geeigneten Metall, beispielsweise einem Leichtmetall.
Er hat eine genügende Wandstärke, um den auf ihn wirkehiden Druckbeanspruchungen
zu wider-und die Kolbenringe 311 auf zunehmen. Die Kolbenstange
N ist hohl und hat-nvei Bohrungen it, ul für den Umlauf des Kühlwassers durch
das Kolbeninnere. Das Kühl-%\asser tritt durch die Kolbenstange ein und aus und
wird in beliebiger bekannter Weise zi#geführt. Die Kolbenstange N geht mit einem
Flansch oder verbreiterten Rand entweder einstückig in den Kolben über oder ist
an diesem durch Schweißung befestigt.
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Zwischen der Wand D' des Kolbens und dein hohlen Kolbenkörper _II
ist ein Versteiiungsgerippe eingesetzt, das nach dem dar-estellten Beispiel aus
einer Mehrzahl von konzentrischen Versteifungsringen Pl, Pl, P' besteht, welche
seitlich durch Ring#tege 0, QI abgosteift sind, die durch Anschweißen
oder flartlöttin- in ihrer La e halten werden. 9
Alle diese Versteifungsteije
sind mit DurchflußÖffnungen für das Kühlwasser versehen. In den Abb. 7 und
8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfes darge-,;tellt,
bei welchem die I#uppel E fortgefallen ist-. dagegen die.Deckplatte so bemessen
und versteift rist, daß sie den Gasdruck gegen die dünne Begrenzungswand aus streckbarem
Metall aufnehmen kann. Bei der vorteilhaftesten Ausbildung dieser Ausführungsform
bestehen die Deckplatte 12, der Mantel I" und der Flansch i' vorteilhaft aus Gußeisen,
während die dünne Platte D2 aus gewalztem Stahlblech mit dem Flansch i3 verschweißt
ist. In der einfachsten Form können die Versteifungsglieder zur Abstützung der Begrenzungswand
D' aus Rippen bestehen, die an den Deckel I' angegossen sind, wie aus Abb.
7 und 8 bei F' ersichtlich. Ge-
gebenenfalls könnten auch die
Decke I-' mit Versteifungsrippen F' und die Wand 1- mit Flansch P sämtlich
aus einem Stück- gegossen "ein, während die dünne BegrenzungsplatteD2 aus streckbarem
Metall am FlanschP angeschweißt ist.
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Bei allen Ausführungsforinen kommt mit den heißen Gasen nur eine ganz
dünne Wand hin- 21 aus streckbarem Metall in Berührun- 2,' die auf der Rückseite
dein Kühlmittel ausc),esestzt ist.