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Anordnung von Laufbüchsen im Zylinderkörper von flüssigkeitsgekühlten
Brennkraftmaschinen Bei gemäß dem Patent 661 611 ausgeführten Laufbüchsen mit ebener
Abdichtungsfläche an dem dem Brennraum zugekehrten Ende hat sich gezeigt, daß es
auch bei sehr genauer Bearbeitung der Abdichtungsflachen nicht immer möglich ist,
ein einwandfreies Dichthalten der Abdichtungsstelle, im Betriebe zu erzielen. Dies
rührt, wie angestellte Untersuchungen ergaben, hauptsächlich daher, daß der Zylindermantel
und der Deckel, die zur Gewichtsersparnis verhältnismäßig geringe Wandstärke aufweisen,
im Betriebe unter dem Einfluß .der auftretenden mechanischen Beanspruchungen (Gasdru.ckkräfte,
Gleitbahndrück e des Kolbens, vom Motorgehäuse aufzunehmende Dreh.moinentrückwirkungen)
und der Wärmebeanspruchungen (hervorgerufen durch Temperaturunterschied in den Verbrennungsraumwänden,
Behinderung der Wärmedehnung durch Ventilseatzen u. dgl.) teils vorübergehende,
teils auch bleibende unregelmäßige Formänderungen erfahren. Derartige Formänderungen
können, allein oder in Verbindung mit unvermeidlichen Herstellungsungenauigkeiten,
zur Folge haben, daß die ebenen Dichtungsflächen der Laufbüchse einerseits und des
Laufbüchssnwiderlagers am Zylinderkörper anderseits nicht mehr genau parallel zueinander
liegen, sondern einen wenn auch sehr kleinen Winkel miteinander einschließen, so
daß an :einer Seite des Zylinders, zwischen dem Laufbüchsenende und seinem Widerlager
ein Spalt entsteht oder zumindest der Anpreßdruck dort so gering wird, :daß er zur
Aufrechterhaltung .der Abdichtung nicht mehr ausreicht. Es besteht dann dort eine
Undichtheit, die auch durch .starkes Anpressen der Laufbüchse gegen ihr Widerlager
nicht beseitigt werden kann.
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In Abb. 1 der Zeichnung, die einen Zylinder mit ebener Laufbüchsenabdichtungsfläche
im Mittellä:ngsschmtt zeigt, ist ein derartiger Fall übertrieben dargestellt. Die
ebene Endfläche 14 der Laufbüchse q. und die ebene Widerlagerfl;ä£he 15 des Zylinderbodens
5 liegen nicht genau parallel, sondern lassen auf der rechten Seite einen Spalt
frei, durch wel-. chen Brenngase in das Kühlmittel übertreten können.
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Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß die Dichtungsflächie
nicht als. ebene Fläche, sondern wenigstens angenähert als eine Kugelfläche ausgebildet
wird, deren Mittelpunkt auf der Zylinderachse, und zwar auf der vom Totraum abliegenden
Seite der Ahdichtungsstelle, liegt.
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Dia die Abdichtungsstelle infolge der geringen Wandstärke der Laufbüchse
nur sehr schmal ist, kann die Kugelform .der Abdichtungsfläche
auch
durch eine Kegelfläche ersetzt sein, deren Neigung so bemessen ist, daß sie die
Kugelfläche an der Abdichtungs" stelle tangiert.
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In Abb.2 ist ein Ausführungsbeispiel d; Erfindungsgegenstandes im
Mittellän,gs.sch;iu-f`@ dargestellt. Abb.2a zeigt den Schnitt durch die Dichtungsstelle
in größerem Maßstab. Das dem Brennraum zugekehrte Ende der Laufbüchse q. und die
Widerlagerfläche 6 des Zylinderbodens 5 sind durch parallele Kegelflächen begrenzt;
die Spitze 25 der Kegelfläche des Widerlagers 6 liegt auf der Zylinderachse, und
zwar auf der Totraumseite der Abdichtungsstelle. Eine senkrecht zur Widerlagerfläche
6 und durch die Mitte ihres Querschnittes (Punkt 26) laufende gerade Linie schneidet
die Zylinderachse in der Entfernung a von der Fläche 6 im Punkte 27 auf der vom
Totraum abgekehrten Seite der Abdichtungsstelle. Die kegelige Fläche des Widerlagers
6 entspricht angenähert deiner Kugelfläche mit dem Halbmesser der Länge a und mit
dem Punkt 27 als Mittelpunkt. Zwischen das Laufbö chsenende und die Widerlagerfläche
6 ist ein dünner Dichtungsring 7 aus Metall eingelegt. Die die Abdichtupg bewirkende
elastische Anpreßkraft wird wie beim Gegenstand des Hauptpatents durch lange, verhältnismäßig
dünne Schraubenbolzen 12 ausgäübt, welche einerseits an Vorsprüngen 13 der Laufbüchse
q. angreifen, die in größerer Entfernung von der Abdichtungsstelle 6 vorgesehen
sind und deren anderes Ende sich gegen, die Außenseite des Zylinderdeckels 2 abstützt.
Die Abstützung der Laufbüchse in der Querrichtung, also insbesondere die Aufnahme
des Gleitbahndruckes des Kolbens, erfolgt am äußeren Laufbüchsenende durch einen
nach innen gerichteten Vorsprung i o des Zylindermantels i, gegen dessen zylindrische
Innenfläche sich die Laufbüchse mit einer Verdickung 9 anlegt, die zugleich :einen
Abdichtungsring 8 aufnimmt; am inneren Laufbüchsenende kann diese Abstützung lediglich
durch die Schrägfläche 6. am Zylinderkörper erfolgen. Die auf die Laufbüchse wirkende
Seitendruckkraft hat an sich das Bestreben, die Laufbüchse längs dieser Schrägfläche
zu verschieben. Diesem Verschiebebestreben wirkt aber die in .axialer Richtung wirkende,
die Laufbüchse ständig gegen ihr Widerlager andrückende Kraft entgegen. Jede solche
Verschiebung ,vird mit Sicherheit verhindert, wenn diese Andruckkraft mindestens
ebenso groß ist wie die gemäß Abb. 3 durch die Keilwirkung der schrägen Abdichtungsfläche
erzeugte Axialkomponente D1 des auf die Abdichtungsstelle entfallenden Anteiles
D, der durch den Kolben auf die Laufbüchse 4 übertragenen Gleitbahndruckkräfted
(Abb.3 zeigt die Zerlegung der Seitenkraft D in die senkrecht zur .Schriägfläche
6 gerichtete Komponente D', und R @_die AxialkomponenteDii).
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"@..#Km Rande der Widerlagerfläche 6 oder .auch am Laufbüchsenende
können noch 'schmale, axial gerichtete Vorsprünge 17 (Abb.2 und 2a) vorgesehen sein;
diese dienen aber nicht zur seitlichen Festlegung der Laufbüchse, :sondern lassen
ein geringes Spiel; sie haben vor allem den Zweck, das . Einlegen des Dichtungsringes
7 beim Zusammenbau zu erleichtern und der Laufbüchse beim Einsetzen im. den Zylinder
eine gewisse Führung zu geben. Ferner können solche Vorsprünge dazu dienen, das
seitliche Ausweichen der Dichtung im Betriebe zu verhindern.
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Abb. q. zeigt, wiederum in übertriebener Weise, die Wirkung einer
solchen Dichtung. Um diese Wirkung deutlich zu machen, ist die Widerlagerfläche
16 am Zylinderkörper übermäßig breit dargestellt. Diese Fläche sei als Kugelfläche
ausgebildet, die richtige Lage dieser Fläche sei durch die gestrichelte Linie i6'
dargestellt. Der Mittelpunkt dieser Kugelfläche liegt auf der Zylinderachse bei
27'. Bei dieser richtigen Lage der Widerlagerfläche nimmt die Laufbüchse die mit
gestrichelten Linien gezeichnete Lage q.' vin. Es sei nun angenommen, daß der Zylinderkörper
im Betriebe sich so verformt hat, daß die Kugelfläche aus ihrer richtigen Lage 16'
in eine schräg dazu stehende Lage 16" (mit dem Mittelpunkt 27") gelangt ist, so
daß die Widerlagerfläche auf der rechten Bildseite höher steht als auf der linken
Bildseite. Würde die Laufbüchse ihre ursprüngliche, gestrichelt gezeichnete Lage
beibehalten, so würde auch hier ebenso wie im Beispiel der Abb. i auf der rechten
Seite ein Spalt entstehen, der eine Undichtigkeit zur Folge hat. Tatsächlich erzeugt
aber nunmehr bei solchem einseitigen Anliegen der Laufbüchse an der Widerlagerfläche
die ständig auf die Laufbüchse einwirkende Anpreßkraft an dieser Anlagestelle infolge
der Keilwirkung der schrägen Widerlagerfläche eine Querkraft; diese Querkraft bewirkt,
daß das Laufbüchsenende sich gegenüber der Widerlagerfläche so weit verschiebt,
bis es wieder längs .seines ganzen Umfanges an der Widerlagerfläche anliegt, so
daß trotz der Verlagerung der letzteren die Abdichtung zwischen Laufbüchse und Widerlager
gewahrt bleibt. Die Laufbüchse nimmt jetzt die mit vollen Linien gezeichnete Lage
q." ein; sie führt bei dieser Lagenänderung eine Schwenkung um eine Achse aus, die
etwa durch den Punkt 29 geht. Diese Schwenkung ist in Wirklichkeit so geringfügig,
daß sie praktisch nicht in Erscheinung tritt und den Lauf der
Maschine
in keiner Weise b@eeinflußt. Zweckmäßig werden die Verhältnisse so gewählt, daß
die Achse 29, um welche die Laufbüchse bei ihrer Einstellung schwingt, etwa in derselben
quer zur Zylinderachse sich erstrekkenden Zone liegt wie die am äußeren Laufbüchsenende
vorgesehene Seitenabstützung 9, i o, weil dann diese Abstützstellie die freie Einstellung
der Laufbüchse am Widerlager 16 am wenigsten behindert.
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In der Zeichnung kommt dies dadurch zum Ausdruck, daß ein in der gleichen
Zone liegender Punkt der Laufbüchsenachse, der sich bei der Lage q.' an der Stelle
3o' befindet, bei der Schwenkung der Laufbüchse um die Achse 29 im wesentlichen
nur leine Verschiebung in Richtung der Zylinderachse zur neuen Lage 30" erfährt,
während der Punkt 28', in dem die Laufbüchsenachse die Kugelfläche 16' durchstößt,
eine Seitenverschiebung nach der Stelle 28" in der Kugelfläche 16" erfährt.
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Diese freie Einstellmöglichkeit der Laufbüchse ist am besten gewährleistet,
wenn, wie oben erwähnt, der Mittelpunkt 27' der kugelförmigen Abdichtungsfläche
16' oder der entsprechende Schnittpunkt 27 der senkrecht zur Kegelfläche 6 stehenden
Geraden a mit der Laufbüchsenachse zwischen der Abdichtungsstelle 6 und der Stützstelle
9, 1 o liegt.
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Die an der Abdichtungsstelle einander zugekehrten Flächen des Zylinderkörpers
und der Laufbüchse brauchen nicht beide kugel-oder kegelförmig gestaltet zu sein;
bei Verwendung eines entsprechend geformten Dichtungs.ringes. genügt es, wenn eine
der genannten Flächen und die ihr anliegende Dichtung.sriugfläche kugelig oder kegelig
gesitaltet sind.
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Abb. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem nur die Stirnfläche der Laufbüchse
q. und die ihr anliegende Fläche des Dichtungsringes 27 wenigstens angenähert nach
einer Kugelfläche geformt sind, während die einander anliegenden Flächen des Zylinderkörpers.
5 und des Dichtungsringes 27 ebene Flächen sind. Im Beispiel nach Abb.6 ist der
umgekehrte Fall veranschaulicht, die einander anliegenden Flächen der Laufbüchse
q. und des Dichtungsringes 27' sind ebene Flächen, während di:e einander anliegenden
Flächen des Zylinderkörpers 5 und des Dichtungsringes 27' wenigstens angenähert
kugelig sind.