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Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf
einen Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen aus einem die Wärme gut leitenden Metall,
z. B. Aluminium, mit auf der Innenwand eingegossenen und einen Teil dieser Wandbildenden
Ventilsitzkörpern aus einem Metall von hoher mechanischer Widerstandsfähigkeit und
geringerer Wärmeleitfähigkeit. Die Ventilsitzkörper sind in den seitlich anschließenden
Wandungsteilen des Zylinderkopfes in an sich bekannter Weise mittels einzelner Arme
oder Stege verankert.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Verankerungsstege derart
auszubilden, daß sie einerseits für eine dauerhafte feste Verankerung sorgen und
andererseits die Wärmeabfuhr durch die die Ventilsitzkörper umschließenden Wandungsteile
aus dem die Wärme gut leitenden Metall nicht beeinträchtigen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß sich die Verankerungsarme
oder -stege, deren Abstand voneinander ein Vielfaches ihrer Breite beträgt, bis
zu der Ruflagerfläche des Zylinderkopfes am Zylinderblock erstrecken und an ihren
Enden mit einzelnen flanschartigen Platten oder mit einer mehreren Stegen gemeinsamen,
vorzugsweise ringförmigen Platte versehen sind.
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Durch den großen Abstand, den erfindungsg ema äß die Verankerungsarme
voneinander haben, wird erreicht, daß der Durchtrittsquerschnitt, der der abzuleitenden
Wärme von dem die Zwischenräume zwischen den Verankerungsarmen ausfüllenden Metall
guter Wärmeleitfähigkeit dargeboten wird, praktisch fast ebenso groß ist, als wenn
die Verankerungsarme überhaupt nicht vorhanden wären. Die an die Ventilsitzkörper
seitlich angeschlossene Zylinderwandung bewirkt also trotz der in sie eingebetteten
Verankerüngsarme eine gute Wärmeableitung.
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Weiterhin hat die Tatsache, daß die Verankerungsarme bis zu den Auflagerflächen
des den Ventilsitzkörper enthaltenden Zylinderteils geführt sind und dort mit flanschartigen
Platten versehen sind, eine außerordentlich feste und jede Lockerung des Ventilsitzkörpers
verhindernde Verankerung zur Folge, obwohl die Zahl und die Breite der- einzelnen
Verankerungsarme verhältnismäßig gering ist. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Verankerung der Ventilsitzkörper entspricht also den Anforderungen der Praxis in
jeder Weise.
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Die vorstehend genannten Vorteile sind bei den bekannten, seitliche
Verankerungsarme aufweisenden Verankerungen von Einsatzkörpern auf der Innenseite
einer Zylinderwandung nicht vorhanden. Die bekannten Verankerungsarme sind nur kurz
und erstrecken sich nicht bis in die Ruflagerfläche
des Zylinderkopfes,
so daß die durch sie bewirkte Verankerung für größere Beanspruchungen nicht ausreicht.
Außerdem sind diese Verankerungsarme mit Bezug auf ihren. Abstand voneinander verhältnismäßig
breit,-,-so daß sie bei größerer Länge die Wärnieabfuhr vom Inneren des Zylinders
wesentlich beeinträchtigen würden.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung sind senkrecht zur Fläche
der die Ventilsitze enthaltenden Innenverkleidung eines Zylinderkopfes V erankerungsrippen
vorgesehen. Bei dieser letztgenannten Einrichtung erstreckt sich die Innenverkleidung
über die Gesamtheit der Innenwandung des Zylinderkopfes, so daß eine Wärmeableitung
unmittelbar durch das den Einsatzkörper umgebende Metall von vornherein ausgeschlossen
ist. Auch ist bei der letztgenannten Einrichtung weder von einer Verlängerung der
Verankerungsarme bis zur Auflagerfläche des betreffenden Zylinderkopfes auf dem
Zylinderblock noch von der Anordnung von Flanschen an den Enden der Verankerungsarme
die Rede.
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Es ist ferner bekannt, eine die ganze innere Seite des Zylinderkopfes
bedeckende und einen Ventilsitz sowie eine Bohrung für die Zündkerze tragende Verkleidung
mit einem Flansch zu versehen, der in der Auflagerfläche des Zylinderkopfes am Zylinderblock
liegt, so daß er bei der Befestigung des Zylinderkopfes auf dem Zylinderblock gegen
letzteren gepreßt wird. Diese bekannte Einrichtung hat aber ebenfalls den Nachteil
der schlechten Wärmeableitung, da die innere Verkleidung des Zylinderkopfes den
die Wärme gut leitenden Werkstoff des Zylinderkopfes völlig von einer unmittelbaren
Berührung mit den heißen Verbrennungsgasen im Inneren des Zylinderkopfes absperrt.
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Schließlich ist es auch schon bekannt, den in einen Zylinderkopf eingesetzten
und die Ventilsitze enthaltenden Einsatzkörper, der einen in der Auflagerfläche
des Zylinderkopfes am Zylinderblock liegenden Flansch aufweist, mit einzelnen Durchbrechungen
zu versehen, durch die das den Einsatzkörper umgebende Wandungsmaterial hindurchtreten
kann, um nietartige Befestigungsvorsprünge zu bilden. Hierbei ist die Größe der
Stirnflächen dieser Vorsprünge, die aus dem den Einsatzkörper umgebenden Metall
bestehen, mit Bezug auf die gesamte innere Fläche des betreffenden Zylinderteils
so gering, daß sie für die Wärmeableitung keine Rolle spielen, sondern daß praktisch
die ganze Wärme durch den Einsatzkörper hindurchgehen muß. Die letztgenannte bekannte
Einrichtung hat also den gleichen Nachteil wie die beiden vorstehend behandelten
bekannten Einrichtungen. Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht,
'und zwar zeigen die Fig. i und z einen erfindungsgemäß ausgebildeten wassergekühlten
Zylinderkopf mit hängenden Ventilen im teilweisen Grundriß und im Schnitt nach der
Linie II-II der Fig. i.
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Fig.3 stellt schaubildlich den für sich herausgezeichneten Träger
der Ventilsitze dar, und zwar entspricht dieser Träger einer Ausführungsform der
Erfindung, die von der in Fig. i dargestellten Ausführungsform abweicht.
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In der Zeichnung ist der Zylinderkopf eines Mehrzylindermotors mit
Wasserkühlung und hängenden Ventilen dargestellt, die durch Schwinghebel oder auf
irgendeine andere Weise gesteuert werden. Die Anwendung der Erfindung ist selbstverständlich
nicht auf Motore dieser Art beschränkt.
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Der Zylinderkopf ist in seiner Gesamtheit in irgendeiner üblichen
geeigneten Weise ausgebildet, und . zwar besteht er aus einem Metall, das eine hohe
Wärmeleitfähigkeit besitzt, z. B. aus Aluminium. In dem Zylinderkopf befinden sich
vor allem die Verbrennungsräume i, in deren Boden Ventilsitze a, 3 vorgesehen sind,
die mit Ein- oder Auslaßleitungen q. (Fig. a) in Verbindung stehen.
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Die Ventilsitze bestehen aus einem harten Metall, beispielsweise Aluminiumbronze,
dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des die Ventilsitze
umgebenden Metalls.
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Die Ventilsitze bestehen aus ringförmigen Teilen 6, welche die eigentlichen
Sitze darstellen und die im Boden des Verbrennungsraums angeordnet sind. Zur Verankerung
der Ringteile 6 dienen Stege 8, die sich seitlich von den Sitzringen 6 erstrecken
und deren Form der Form der Wandung des Verbrennungsraums i entspricht. Die Verankerungsarme
8 sind bis zu der Fläche ge--führt, mit der der Zylinderkopf auf dem zugehörigen
Zylinderblock aufruht, und münden in eine Ringplatte io, die in der genannten Fläche
liegt.
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Der Abstand der einzelnen Arme S .voneinander ist ein Vielfaches ihrer
Breite, so .daß zwischen ihnen große Zwischenräume 8° vorhanden sind, die von dem
die Wärme gut leitenden Metall des Zylinderkopfes ausgefüllt werden. Die verhältnismäßig
schmalen Arme 8 beeinträchtigen in keiner Weise die Ableitung der Wärme von dem
Verbrennungsraum i durch das .Hauptmetall des Zylinderkopfes hindurch. Trotz ihres
großen Abstandes voneinander haben die Arme 8 eine ausreichende Verankerungswirkung,
die durch die Platte io erheblich verstärkt wird.
Dadurch, daß die
Platte io in der Auflagerfläche des Zylinderkopfes liegt, wird weiterhin bewirkt,
daß die Kraft, die den Zylinderkopf gegen den Zylinderblock preßt, gleichzeitig
dafür sorgt, daß der durch die Arme 8 mit dem Ring io verbundene Ventilsitz 6 fest
gegen den Boden des Zylinderkopfes gepreßt wird.
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Die Verankerungsarme 8 können völlig von dem die Wärme gut leitenden
Metall des Zylinderkopfes umgeben sein (Fig. i), oder die innere Seite der Arme
8 kann in der Oberfläche des Verbrennungsraums i liegen, so daß die Arme 8, falls
sie eine im Querschnitt viereckige Form haben, nur auf drei Seiten von dem Aluminium
des Zylinderkopfes umschlossen sind." In vielen Fällen ist es zweckmäßig, mehrere
Ventilsitzkörper 6, 8, io, die zu mehreren nebeneinanderliegenden Zylindern gehören,
in einem einzigen Gerippe A zu vereinigen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. -
Bei dem Gegenstand der Fig. 3 ist jeder Sitz 6 durch fünf Stege 8 mit der Platte
io verbunden. Selbstverständlich kann auch eine andere Zahl von Stegen 8 Anwendung
finden. In allen Fällen ist jedoch dafür zu sorgen, daß der Gesamtquerschnitt dieser
Stege so gering wie möglich ist und nur gerade zur Überwindung der mechanischen
Beanspruchungen ausreicht, so daß das wärmeleitende Metall, welches durch die Ausnehmungen
8° hindurchtritt, mit einer möglichst großen Oberfläche mit den in der Verbrennungskammer
befindlichen heißen Gasen in Berührung kommt.
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Das Gerippe A l&nn mit Ansätzen 7 versehen sein, die für den Durchtritt
der Zünd-1.:erzen dienen. Diese Ansätze weisen daher eine mit Gewinde versehene
Durchbrechung auf.
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An Stelle einer ringförmigen Platte io können auch einzelne Plattenteile
iol an den Enden der Verankerungsarme 8 angebracht werden. Ferner können die Verankerungsarme
8 oder die Platten io mit Vorsprüngen, Durchbrechungen, Sacklöchern u. dgl. versehen
sein, um die Wirksamkeit der Verankerung des Gerippes in dem die Wärme leitenden
Metall zu erhöhen..