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Brennkraftmaschine mit zwischen Kolben und Zylinder angeordnetem Rohrschieber
Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen mit zwischen Kolben und Zylinder angeordnetem
Steuerschieber aus -Stahl oder einem anderen Hartmetall.
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Gemäß der Erfindung wird der Zylinder in an sich bekannter Weise aus
verhältnismäßig leicht schmelzendem Metall, wie Aluminium, nach dem Preßgußverfahren
hergestellt. Die Aluminiumzylinder für Rohrschiebermaschinen wurden bisher stets
durch Sandguß erzeugt, wobei Einlaß- und Auslaßkanäle nachträglich bearbeitet werden
rnußten. Da die Kanäle gewöhnlich von verwickelter Gestalt waren, so war die maschinelle
Bearbeitung schwierig und teuer. Mit Rücksicht auf die hohen Kosten der Erzeugung
von Rohrschiebermaschinen entschloß man sich dazu, Tellerventilmaschinen zu verwenden,
war dabei aber an die Verwendung von Stahlfuttern für den Zylinder gebunden, weil
das Aluminium der reibenden Einwirkung des Kolbens nicht für längere Zeit zu widerstehen
vermag. Wendet man nun Stahlfutter an, so stellten sich bedeutende Schwierigkeiten
infolge des Unterschiedes der Wärmedehnungsziffer von Futter und Zylinder ein, abgesehen
davon, daß auch die Herstellung teuer war.
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Bei einer Maschine gemäß der Erfindung mit aus Aluminium durch Preßguß
hergestelltem Zylinder, bei dem also die Schwierigkeiten der Bearbeitung von Einlaß-
und Auslaßkanälen in Wegfall kommen, und mit einem aus Stahl bestehenden Rohrschieber,
der die Reibwirkung des Kolbens aufnimmt, gelingt es erstmalig, eine Maschine herzustellen,
die einen Aluminiumzylinder aufweist, der sowohl billig herstellbar wie im Betriebe
wirkungsvoll ist.
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Die Zylinder werden vorteilhaft aus Aluminium, Magnesium oder einer
Legierung beider hergestellt. Diese Stoffe haben einen verhältnismäßig hohen Ausdehnungskoeffizienten.
Die Rohrschieber werden zweckmäßig aus einer Eisenlegierung hergestellt, deren Ausdehnungskoeffizient
im Bereich der Arbeitstemperaturen über 16 X io-s für i ° C liegt. Eine solche Eisenlegierung,
die für die Konstruktion eines Rohrschiebers geeignet ist, enthält 15 bis 2-5'4
Nickel, beispielsweise 20 °/o Nickelstahl oder 2o °/o Nickelgußeisen. Auch kann
eine Eisenlegierung mit 8 bis 13'/" Mangan benutzt werden. Weiter kann eine kombinierte
Eisen-Nickel- und Manganlegierung benutzt werden. In jedem Falle ist es zweckmäßig,
den Ausdehnungskoeffizienten der Eisenlegierung entsprechend dem Ausdehnungskoeffizienten
des Zylindermetalles zu wählen. Der Kolben kann aus eisenhaltigem Metall bestehen
oder er kann
ganz oder zum Teil aus nichteisenhaltigen Metallen
oder Legierungen bestehen; sein Ausdehnungskoeffizient soll sich dem des Zylindermetalles
nähern.
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Die Erfindung ist durch die Zeichnung beispielsweise dargestellt,
und zwar ist Abb. z ein Schnitt längs der Achse einer Brennkraftmaschine mit gemäß
der Erfindung gefertigtem Zylinder, Abb. 2 eine Seitenansicht des Zylinders der
Maschine nach Abb. r, Abb. 3 ein Längsschnitt durch die Dauerform für den Zylinder
nach Abb. 2-; Abb.4 ist ein Schnitt nach Linie 4-4 in Abb. 3, Abb. 5 ein Schnitt
nach Linie 5-5 in Abb. 3, Abb.6 ein Querschnitt durch die Formteile für eine andere
Zylinderausführung, Abb. 7 ein entsprechender Schnitt für eine dritte Ausführungsform;
Abb.8 und 9 zeigen Einzelteile der Zylinderkonstruktion nach Abb. 6, und Abb. zo
zeigt die Zusammensetzung mehrerer Zylinder zu einem Zylinderklotz.
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Bei der Ausführung nach Abb. z bis 3 ist der aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung oder einem anderen verhältnismäßig leicht schmelzenden Metall
durch Preßguß geformte Zylinder A auf ein Kurbelwellengehäuse B aufgesetzt. Im Zylinder
sind bei der Preßgußformung Einlaßkanäle A'- und Auslaßkanäle A' gebildet. Der Zylinderkopf
C greift stopfenartig in das obere Ende des Zylinders A ein. Zwischen seiner Außenwandung
und der Innenwandung des Zylinders verbleibt ein Ringraum, in den das obere Ende
des Rohrschiebers D eingreift, der vorzugsweise aus eisenhaltigem Metall besteht
und die Einlaß- und Auslaßkanäle A' und AZ steuert. Im Innern des Zylinderkopfes
C ist die Verbrennungskammer Cl gebildet. Zur Wasserkühlung ist der haubenartige
Deckel C2 auf die Oberseite des Zylinders A aufgesetzt. Die Haube C' umschließt
wasserdicht eine hohle Ansatzwarze C3 am oberen Ende des Zylinderkopfes, in der
die Zündkerze Cl angebracht ist.
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In dem Rohrschieber D geht ein Kolben E hin und her, der aus Aluminium,
Aluminiumlegierung o. dgl. oder auch aus eisenhaltigem Metall bestehen kann und
der durch eine Kurbelstange F auf die nicht dargestellte Kurbelwelle einwirkt. Dem
Rohrschieber D wird eine kombinierte Schwing- und Hinundherbewegung erteilt. Er
ist zu diesem Zweck nahe seinem unteren Ende mit einem Vorsprung Dl versehen, in
dem y ein Kugelzapfenlager o. dgl. Dz angeordnet ist, auf das ein Kurbelzapfen G
einer in Lagern H des KurbelwellengehäusesB gelagerten und durch ein Schneckenrad
G' über eine Welle Il und eine Schnecke T von der Kurbelwelle aus mit der Hälfte
der Kurbelwellendrehzahl angetriebenen kurzen Welle G1 einwirkt.
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Die Preßformen für den Zylinderguß können auf mannigfaltig verschiedene
Weise gestaltet werden. Bei der Ausführung nach Abb. 3, 4 und 5 besteht die Form
aus zwei auseinandernehmbaren Teilen Kund X1, deren jeder eine halbzylindrische
Aussparung K' aufweist, die sich beim Zusammenlegen der beiden Teile ergänzen. In
dieses werden von gegenüberliegenden Enden zwei zylindrische Dauerkerne L, L1 eingefügt,
deren Enden stumpf gegeneinanderstehen. Zwischen dem Zylinderkern L, Ll und dem
zylindrischen Loch K2 verbleibt ein Ringraum, in den das den Zylinder A bildende
Metall eingegossen wird. In den sich gegeneinanderl benden Flächen der beiden Teile
K und KI der Form sind zu beiden Seiten des Zylinderloches tiefe aufeinanderpassende
Schlitze L' parallel zur Lochachse vorgesehen. Das in sie einfließende Metall bildet
die beiden gegenüberliegenden Wandungen AG eines Wassermantels für den Zylinder.
Ein durch den einen Schlitz L' bis an bzw. in den Hauptkern L
vorspringendes
Kernformstück M bildet Auslaßkanal und Schlitz A', ein durch den anderen Schlitz
in gleicher Weise vorspringendes, an der Innenseite gegabeltes Formstück Ml den
Einlaßkanal, der in zwei Einlaßschlitze Al ausläuft, zwischen denen eine Metallbrücke
AB entsteht. All die Formkernstücke sind zum leichteren Herausnehmen nach dem Gießen
zweckmäßig schwach konisch gestaltet.
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Bei der Ausführung nach Abb.6 ist die allgemeine Anordnung von Form
und Kernstücken die gleiche wie in Abb. 3 bis 5 ; nur ist auch für den Auslaß ein
gegabeltes Kernstück- N vorgesehen, so daß zwei Auslaßschlitze und -kanäle N'- statt
nur eines AuslaßkanäIs gebildet werden. Ein weiteres Kernformstück N2 läßt in der
Metallbrücke N3, die die beiden Auslaßkanäle N' trennt, einen Kühlwasserkanal entstehen.
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Bei der Anordnung nach Abb. 7 werden durch die Kernformstücke drei
Einlaß- und zwei Auslaßkanäle gebildet. Die Form besteht auch hier aus zwei Teilen
0 und 0l, die nach einer durch die Achse des Zylinderloches gehenden Ebene trennbar
sind. Zylindrische Kernformteile P bilden beim Guß die Zylinderbohrung. Jede Halbform
hat einen Vorsprung 03, der bis zur Berührung mit dem Hauptkern P reicht. Eine weitere
Kernform Q entspricht dem Einlaßkanalkern Ml nach Abb. 3 bis 5; der mittlere Endteil
dieses Kernes Q legt sich gegen den Hauptkern P, seine Kanten gegen je einen der
Vorsprünge 03, so daß drei Einlaßschlitze im
Zylinder R gebildet
werden. Die durch die Formteile 05 gebildeten Öffnungen werden später durch Platten
041 abgedeckt, die entweder gemäß Abb. 8 durch Anschweißen oder gemäß Abb. g angeschraubt
oder in sonst geeigneter Weise befestigt werden können. Zweckmäßig wird der Auslaß
in der bei Abb. 6 erläuterten Weise gabelförmig und mit Wasserkühlkanal gefertigt.
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Soll ein Zylinderblock für eine Mehrzylindermaschine hergestellt werden,
so werden die Einzelzylinder einer der beschriebenen Ausführungsformen, z. B. gemäß
Abb. io, zusammengebolzt. Um die verbundenen 7-ylinder A in richtigen Achsabstand
zu bringen, können Abstandstücke A3 an einer oder mehreren Stellen eingeschaltet
werden. Die in den Schlitzen L gebildeten Wassermantelwandungen der Nachbarzylinder
legen sich gegeneinander und bilden einen gemeinsamen Wassermantel für sämtliche
Zylinder, der an den Enden durch Deckelplatten A4 geschlossen wird. Durch den ganzen
Zylinderklotz hindurchgehende Bolzen T halten den Block zusammen.
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Die Verwendung von mehrteiligen Kokillen zur Gußformung ist an sich
bekannt. Auch sind Zylindergußstücke mit zwei gegenüberliegenden parallelen- Kühlmantelwänden
an sich bekannt, die entweder durch Auflegen von Deckeln zu Einzelmänteln oder durch
Verbinden mit den entsprechenden Wänden von Nachbarzylindern zu einem gemeinsamen
Wassermantel für eine Mehrzahl von Zylindern gestaltet werden.
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Der gewöhnlich bei Zylindern aus verhältnismäßig weichem Metall beobachtete
Nachteil der raschen Abnutzung durch die Kolbenreibung entfällt bei der Maschine
nach vorliegender Erfindung. Die verhältnismäßig geringe Bewegung des Rohrschiebers
gegen den Zylinder und die große Berührungsfläche zwischen diesen beiden Teilen
machen die Abnutzung zwischen ihnen sehr gering; der aus hartem Metall bestehende
Rohrschieber nimmt Seitendrücke und Reibung des hin und her gehenden Kolbens anstandslos
auf.
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Die Erfindung ist auch für Maschinen bestimmt und geeignet, bei denen
zwei oder mehr Rohrschieber in jedem Zylinder die Kanäle steuern. Auch kann sie,
außer für Brennkraftmaschinen, für andere Kraftmaschinen sowie für Pumpen, Kompressoren
u. dgl. angewendet werden und erstreckt sich auch auf diese Anwendungsgebiete.