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Brennkraftmaschine mit radial angeordneten Zylindern Die Erfindung
bezieht sich auf insbesondere mit hoher Verdichtung arbeitende Brennkraftmaschinen
(Dieselmaschinen) mit radial im Kreise angeordneten Zylindern und bezweckt, derartige
Maschinen insbesondere für die Verwendung als Antriebsmotore für Luftschiffe und
Flugzeuge geeignet zu machen, wobei es auf größtmögliche Verringerung des Gewichts
bei gegebener Leistung ankommt.
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Ein Haupthindernis für die Herabsetzung des Gewichts von Dieselmaschinen
mit radialen Zylindern lag bisher in der Notwendigkeit, das Kurbelgehäuse sowie
auch die Zylinder erheblich stärker auszubilden, als es durch die von den Explosionskräften
herrührenden Beanspruchungen an sich bedingt wäre. Dies hängt mit der bisher üblichen
Art der Befestigung der Zylinder am Kurbelgehäuse mit Hilfe von Schraubbolzen zusammen,
die durch an den inneren Zylinderenden vorgesehene Flansche geführt werden. Für
gewöhnliche Benzinmotoren mit radial angeordneten Zylindern ist es bereits vorgeschlagen
worden, die Zylinder an das Kurbelgehäuse mit Hilfe eines als Metallband ausgebildeten
Zuggliedes anzupressen, das in Form eines der Zylinderzahl entsprechenden Vielecks
über die äußeren Zylinderenden läuft und mittels Schrauben, die sich radial auf
die Zylinderköpfe aufsetzen, gespannt werden kann. Diese Befestigungsart ist für
Dieselmaschinen nicht anwendbar und weist auch an sich erhebliche Nachteile auf.
Es würden angesichts der bei Dieselmotoren auftretenden hohen Explosionsdrucke sowie
infolge des Angriffs dieser Druckkräfte in den Ecken des von dem Befestigungsband
gebildeten Vielecks in dem Band ganz außerordentlich hohe Zugspannungen entstehen,
die einerseits eine besonders starke Ouerschnittsbemessung des Bandes selbst nötig
machen, andererseits aber, zumal die Zugkräfte mit einem sehr großen Hebelarm auf
die benachbarten Zylinder wirken, das Bestreben haben würden, diese Zylinder zu
kippen, so daß sie sich in ihren Sitzen im Kurbelgehäuse lockern und dort Undichtheiten
entstehen können. Dies Kippen der Zylinder würde auch als Folge der Umfangsbeschleunigung
beim Anlassen des Motors auftreten, wobei zu berücksichtigen ist, daß den betreffenden
Kippmomenten keinerlei Widerstandsmomente entgegenwirken, außer den geringen Kräften,
die durch die Lagerung der inneren Zylinderenden in den Öffnungen des Kurbelgehäuses
bedingt sind.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Bauart besteht darin, daß das
Befestigungsband, weil es um die Zylinderköpfe gelegt wird, eine verhältnismäßig
große Länge und entsprechend hohes Gewicht hat und daß auch sein Luftwiderstand
ein
verhältnismäßig großer ist. Ferner ist die Lage des Zugbandes bei der bekannten
Bauart ziemlich unsicher und seine Beanspruchung einerseits wegen derin den Ecken
des Vielecks vorgesehenen Spannschrauben, andererseits wegen der auf die geraden
Strecken zwischen den Ecken wirkenden Schleuderkräfte recht ungünstig. Diesen Beanspruchungen
kann durch entsprechend starke Querschnittsbemessung nicht begegnet werden, da eine
solche eine weitere Vergrößerung der Fliehkraftwirkung zur Folge haben würde.
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Weitere Nachteile der bekannten Befestigungsweise bestehen darin,
daß das Befestigungsband an ganz eng begrenzten Stellen mit den Zylindern in Eingriff
tritt, daß diese. Stellen infolgedessen außerordentlich stark auf Druck beansprucht
werden und deshalb entsprechend kräftig gehalten werden müßten und somit schwer
«erden, daß ferner die durch die Spannung des Befestigungsbandes ausgeübten Druckkräfte
nicht unmittelbar auf das Kurbelgehäuse wirken, sondern durch Vermittlung der Zylinder,
die im Betrieb `'Wärmeausdehnungen ausgesetzt sind, so daß die Spannung des Befestigungsbandes
erheblichen Änderungen unterliegt, daß im übrigen die gleichmäßige Anspannung des
Befestigungsbandes schwierig ist, da bei Änderungen der Spannung sämtliche Spannschrauben
gleichmäßig angezogen werden müssen, weil andernfalls wieder ein Kippen der Zylinder
in ihren Sitzen zu befürchten ist. Schließlich sind bei der bekannten Bauart die
Zylinderköpfe wegen des üm sie gelegten Befestigungsbandes auch schlecht zugänglich.
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Alle diese Übelstände werden durch die den Gegenstand der Erfindung
bildende Befestigungsart vermieden. Diese macht gleichfalls von in ihrer Spannung
veränderlichen Zuggliedern zum Anpressen der Zylinder an das Gehäuse Gebrauch, wobei
die Umfangsspannung der Zugglieder sich in radial auf die Zylinder wirkende Druckkräfte
umsetzt. Die Zugglieder greifen aber nicht wie bei der bekannten Anordnung an die
äußeren Zylinderenden an, sondern an die inneren Enden, und zwar in unmittelbarer
Nähe des Kurbelgehäuses. Die Zugglieder sind als im wesentlichen kreisförmig gestaltete
Ringe ausgebildet, die paarweise zu beiden Seiten der Mittelebene der Zylinder gleichachsig
um das Kurbelgehäuse gelegt sind und über seitlich von den inneren Zylinderenden
vorspringende Flansche greifen. Die Ringe, die vorzugsweise aus mehreren durch Spannschlösser
miteinander verbundenen Abschnitten zusammengesetzt sind, werden zweckmäßig in gleichen
Ebenen mit die Kurbelwellenlager aufnehmenden Schilden angeordnet, die das Kurbelgehäuse
von innen versteifen, so daß die Spannung der Ringe nicht vom Gehäuse selbst aufgenommen
werden muß, sondern durch die Versteifungsschilde ausgeglichen wird. An sich ist
es bekannt, die Befestigungsmittel radial angeordneter Zylinder bei Brennkraftmaschinen
an die inneren Zylinderenden zu verlegen, und zwar in Form keilartig wirkender Flanschen
von Lagerschilden, die über seitliche Flanschen der Zylinder greifen.
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In den Zeichnungen, die die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel
veranschaulichen, ist Abb. z eine Vorderansicht auf eine gemäß der Erfindung ausgeführte
Verbrennungskraftmaschine.
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Abb. 2 ist ein Schnitt nach Linie 2-2 der Abb. i, Abb. 3 ein Schnitt
nach Linie 3-3 der Abb. i, Abb. q. ein Schnitt nach Linie 4-4 der Abb. 3, Abb. 5
ein Schnitt nach Linie 5-5 der Abb. 3, Abb. 6 ein Schnitt nach Linie 6-6 der Abb.
3. Das Kurbelgehäuse ii einer mit neun radial gerichteten Zylindern versehenen Verbrennungskraftmaschine
io mit Kompressionszündung oder Einspritzung von flüssigem Brennstoff wird seitlich
durch einen mit dem Maschinengehäuse aus einem Stück bestehenden Schild 12 und einen
lösbaren Schild 13 begrenzt. In Lagern der Schilde 12 und 13 ist die Kurbelwelle
14 gelagert. Das Maschinengehäuse ist auf der Seite des Schildes 13 durch einen
Deckel 17 abgeschlossen. Der Deckel 17 ist mit einer Öffnung 18 versehen, durch
die die Antriebswelle der Anlaßvorrichtung für den Motor hindurchtritt.
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Die voneinander unabhängigen Zylinder 2o sind in der Nähe ihres offenen
Endes je mit einem seitlich vorspringenden Flansch 21 versehen, der auf der dem
Zylinderkopf zugekehrten Seite mit bogenförmigen Nuten 22 versehen ist (Abb. i und
q.). Die Flanschen 21 weisen ferner vorspringende Teile 23 auf. In der Umgebung
der zur Aufnahme der Zylinder dienenden Öffnungen 24 ist das Kurbelgehäuse zeckmäßig
flach gehalten, um ebene Sitzflächen 26 für die Zylinderflansche 21 zu schaffen.
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Die Zylinder sind mit Hilfe zweier zusammenhängender Bänder 27 von
vorzugsweise kreisrundem Querschnitt, die in die Nuten 22 jedes Zylinderflansches
eingreifen und sich um das Kurbelgehäuse herum erstrecken, an letzterem befestigt.
Jedes der Bänder 27 ist zweckmäßig aus drei Abschnitten zusammengesetzt. Die Enden
der Abschnitte sind mit Gewinde versehen und durch Muttern 28 verbunden. Die Teile
der Bänder 27, die in den Nuten 22 der Zylinderflansche liegen, sind entsprechend
den Nuten bogenförmig gestaltet, während die Teile, die zwischen den Zylinderflanschen
21 liegen, vorzugsweise gerade gestaltet sind.
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Um die Zylinder beim Zusammensetzen des Motors oder bei dem Entfernen
und Ausbessern eines oder mehrerer Zylinder auf dem Kurbelgehäuse festzuhalten,
sind Spannschienen 29 vorgesehen, die über die vorspringenden Flanschenteile 23
benachbarter Zylinder greifen und durch Bolzen 3o angespannt werden können.
Beim
Zusammenbau der Maschine werden, nachdem die Zylinder auf das Kurbelgehäuse aufgebracht
und mit Hilfe der Spannschienen 29 befestigt sind, die Bänder 27 über die Zylinderflansche
21 geschoben und in die Nuten 22 eingeführt, worauf die Bänder durch die Schrauben
28 angezogen werden, so daß sie die Zylinder fest auf das Kurbelgehäuse pressen.
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Die Schilde 12 und 13 erhalten im Kurbelgehäuse zweckmäßig eine solche
Lage, daß ihre Umfänge in der Ebene der Bänder 27 liegen; sie können aber auch auf
der einen oder anderen Seite der betreffenden Ebene angeordnet sein. Die Bänder
kommen, wenn sie angezogen sind, zweckmäßig nur mit den Zylinderflanschen in Eingriff
und bleiben vollständig außer Berührung mit dem Kurbelgehäuse selbst. Es ist ersichtlich,
daß die Bänder auf diese Weise ein Mittel zur Befestigung der Zylinder am Kurbelgehäuse
darstellen, das von dem letzteren vollständig unabhängig ist.
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In dem Kurbelgehäuse treten, sobald die Bänder angezogen werden, auf
ein Zusammenpressen des Gehäuses gerichtete Beanspruchungen auf, oder mit anderen
Worten, das Kurbelgehäuse wird zusammengedrückt. Die Bänder werden so lange angezogen,
bis die Spannung in ihnen erheblich größer ist als irgendein Druck, der in den Zylindern
infolge der Ausdehnung des explosiven Gemisches nach der Verbrennung auftreten könnte.
Diese Vorspannung kann beispielsweise annähernd Zoo kg je qcm betragen. Auf diese
Weise wird das Kurbelgehäuse vollständig von allen Zugspannungen befreit, die aus
der Ausdehnung des explosiven Gemisches in den Zvlindern während des Arbeitens des
Motors herrühren könnten.
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Die Schilde 12 und 13 dienen zur Verstärkung des Gehäuses sowie als
Trennwände, die das Gehäuse in mehrere isolierte Abteilungen unterteilen. Diese
Art der Bildung von Abteilungen trägt dazu bei, das Gehäuse gedrängt und widerstandsfähig
zu machen, während die Bänder und ihre Verbindung mit den Schilden ermöglicht, die
Gehäusewand verhältnismäßig dünn und gleichzeitig kräftig genug zu halten, daß sie
den hohen Drücken widersteht, die von Motoren mit Kompressionszündung oder Einspritzung
von flüssigem Brennstoff erzeugt werden. Außerdem wird es durch diese Bauart mit
verhältnismäßig leichtem Gehäuse möglich, Motoren mit Kompressionszündung oder Einspritzung
von flüssigem oder festem Brennstoff mit Erfolg auf dem Gebiete der Luftschiffahrt
zu verwenden. Auf diese Weise braucht das Verhältnis zwischen Gewicht und Leistung
eines Motors mit hohem Kompressionsverhältnis nicht erheblich größer zu sein als
das eines Motors mit niedrigem Kompressionsverhältnis. In dem dargestellten Falle
kann das Kurbelgehäuse aus Aluminiumguß bestehen, während das lösbare Schild aus
Duralmin hergestellt werden kann.
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Die Erfindung ist in vorstehendem in Anwendung auf einen Radialmotor
mit Kompressionszündung oder Einspritzung von flüssigem bzw. festem Brennstoff beschrieben
und dargestellt; es ist aber ersichtlich, daß sie auch bei anderen Motoren oder
Motorarten Anwendung finden kann.