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Zylinder für luftgekühlte Brennkraftmaschinen Der Erfindung liegt
im besonderen die Aufgabe zugrunde, den Verschleiß der Kolbenlaufbahn im Zylinderinneren
von Brennkraftmaschinen dadurch herabzusetzen, daß der Verschleißanteil verringert
wird, der durch die Verformung insbesondere des Zylinderkopfes während des Betriebes
hervorgerufen wird.
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Es sind zwar bereits eine Reihe von Vorschlägen bekanntgeworden, Formänderungen
im Betriebe, die durch eine ungleichmäßige Ausdehnung der Zylinderteile an einzelnen
Stellen auftreten können, unschädlich zu machen. Beispielsweise werden Dampfzylinder
vielfach derart ausgebildet, @daß sie in axialer Richtung im kalten Zustand nach
der Mitte zu etwa tonnenförmig .ausgebaucht, ausgebohrt :oder anderweitig so bearbeitet
sind, daß die Ausdehnungen ausgeglichen werden, die einzelne Teile des Zylinders
irr -betriebswarmen Zustand erfahren, und auf diesle Weise ein dichter Anschluß
des Dampfkolbens an den Zylinderwandungen im Betrieb erzielt wird.
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Ein anderer Vorschlag ging dahin, bei Brennkraftmaschinen durch Verwendung
von für die einzelnen Teile unter sich verschiedenartigen Werkstoffen mit voneinander
abweichenden Wärmeleitfähigkeitseigenschaften in Verbindung seit einer besonderen
Gestaltung der zur Kühlung vorgesehenen Einrichtung die thermische Beanspruchung
derart zu beeinflussen, daß eine weitgehende Herabsetzung der durch die Wärmeentwicklung
verursachten Beanspruchungen erreicht wurde, um so zur Verwendung 'verhältnismäßig
leichter, einfacher und billiger Bauformen zu gelangen.
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Demgegenüber geht die vorliegende Erfindung von Zylindern für luftgekühlte
Brennkraftmaschinen aus mit auf den Mantel aufgeschraubtem und; oder aufgeschrumpftem
Zylinderkopf, .auf den im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Zylindermantel
und Zylinderkopf ein zusätzlicher Ring außen aufgesetzt
ist. Der
durch die Verformung insbesondere des Zylinderkopfes während des Betriebes» im Zylinderinneren
auftretende Verschleißanteil wird gemäß der Erfindung bei solchen Zylindern dadurch
vermieden, daß die lichte Weite und/oder Querschnittsverteilung des aufgesetzten
Ringes von der kreisförmigen Zylinderbohrung und der Zylinderwandstärke abweicht
und daß den im Betrieb den Zylindermantel verformenden Spannung:en größere Ringspannungen
entgegenwirken, die eine von der Kreisform abweichende Verformung des Zylindermantels
verhüten.
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In der Abb. i ist eine beispielsweise Ausführung des oberen Teils
eines mit Kühlrippen versehenien Flugmotorenzylinders im Schnitt dargestellt. Der
in der üblichen Weise aus Leichtmetall hergestellte Zylinderkopf a sei auf dem aus
Stahl bestehenden Zylinderschaft b durch gleichzeitiges Aufschrauben und Aufschrumpfen
befestigt. Infolge der insbesondere thermischen Ungleichartigkeit dieses Gebildes,
die teils durch die Massenverteilung und Werkstoffeigenschaften, teils durch das
Herstellungsverfahren, teils aber auch durch die Erwärmungs- und Abkühlungsverhältnisse
des Betriebes bedingt ist, tritt eine über den Umfang des Zylinders ungleichmäßige
Beanspruchung auf. Als Beispiel eines solchen Anlasses für die ungleichmäßige Beanspruchung
seien die im einzelnen nicht weiter in der Abbildung dargestellten und nur durch
die Mittellinien angedeuteten Ventilanordnungen für Aus- und Einlaß genannt, die
meist schon äußerlich sich durch einen Unterschied in ihren Abmessungen unterscheiden.
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Während der durch Unregelmäßigkeiten der Schrumpfverbindung bewirkte
ungleichmäßige Sitz von Zylinderkopf a. auf Zylinderschaft b in erster Linie nur
zu Beeinträchtigungen des Wärmeüberganges an der Verbindungsstelle c führt und lokale
Wärmestauungen zur Folge hat, ergeben sich darüber hinaus infolge dels Arbeitens.
des Kurbeltriebes oder/und beim Einbau in das Flugzeug zusätzlich noch weitere erhebliche
Ungleichheiten in der Beanspruchung, die zu einer nicht unbeachtlichen Verformung
des Zylinders a, b führen. Handelt es sich um ein Luftfahrzeugtriebwerk,
dessen Ventilebene in der Kurbeltriebebene, d. h. senkrecht zur Flugrichtung verläuft,
dann zeigt es sich, daß die Verformung vorwiegend durch eine Erweiterung des Zylinders
a senkrecht zur Kurbeltriebebenie etwa in der Flugachse, und zwar im wesentlichen
entgegen der Flugrichtung, auftritt.
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Zur Vergleichmäßigung der Beanspruchungen längs des Zylinderumfanges
wird über die Verbindungszone e von Zylinderkopf a und Zylinderschaft b im vorliegenden
ein ringförmiges Sicherungsteil d gezogen, nachdem zuvor noch die bei Verwendung
der üblichen Zylinderköpfe über dessen Sitzfläche e an sich vorhandenen Kühlrippen
abgedreht sowie die bei der Verbindung von Zylinderkopf a und Zylinderschaft b und
beim darauffolgenden Herstellen der Sitzfläche e auftretenden Verformungen der Kolbenlaufbahn
j durch Nachpassen beseitigt worden sind.
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Die Verbindung des Sicherungsteils d, das vorzugsweise im Betrieb
auftretende Verformungseinflüsse und damit den hierdurch bewirkten Anteil des Verschleißes
der Kolbenlaufbahn f herabsetzen soll, mit dem Zylinder a, b kann durch Verschrauben
oder/und Aufschrumpfen, durch Verschweißen bzw. durch sonstige den jeweiligen Werkstoffeigenschaften
entsprechende ähnliche Maßnahmen erfolgen.
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Wie aus dem Querschnitt der Abb.2 ersichtlich ist, besitzt das ringförmige
Sicherungsteil d eine elliptische Bohrung. Beim Aufbringen des Ringes, das beispielsweise
im warmen Zustand erfolgt sei, werden die beiden Achsen b und h der elliptischen
Bohrung nach der Kurbeltriebebene als Bezugsgrundlage derart ausgerichtet, daß die
kleine Achse in der Richtung der zu erwartenden größten Ausdehnung, d. h. also im
vorliegenden Fall senkrecht zur Richtung der Kurbeltriebebene oder/und etwa in Richtung
der Flugachse, zu liegen kommt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der im Betrieb
auftretenden ungleichmäßigen Beanspruchung des Zylinders stetig über den Umfang
der Verbindungszone c von Zylinderkopf a und Zylinderschaft b verteilte, unter sich
jedoch von dem Achsenverhältnis abhängige ungleichmäßige Kräfte entgegenwirken,
so daß die resultierende Ausdehnung zu keiner wesentlichen Abweichung des Laufbahndurchmessers
von der Kreisform im betriebswarmen Zustande führt. Damit ist sichergestellt, daß
der Schmierfilm längs der Laufbahn f an allen-Stellen unter praktisch gleichen Gasdruckverhältnissen
steht, daß einseitige unzulässige Temperaturen -,veitestgehend vermieden werden
und daß nicht nur wegen des so. erreichten Wegfalles gewisser den Verbrennungsvorgang
ungünstig beeinflussender Faktoren die Leistungsausbeute, sondern ,auch insbesondere
die Lebensdauer von Zylinder und Kolben durch die Verringerung des Verschleißes
gesteigert werden.
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Um einen Anhaltspunkt für richtige Bemessung der Bohrungsunsymmetrie
zu finden, die bei der in den Abb. i und a dargestellten Ausführung senkrecht zur
Kurbeltriebebene oder/und in Flugrichtung etwa um o,5 bis
i mm kleiner
ist als in der Ventilebene, hat sich ein einfaches Verfahren zur Feststellung der
Verformung als zweckmäßig erwiesen. Man legt um die bis zur Laufbahn f an verschiedenen
Punkten aufgebohrte Verbindungszone c von Zylinderkopf a und Kolbenlaufbahn b zentrisch
einen gleichfalls mit übereinstimmenden Bohrungen versehenen wassergekühlten Meßring,
in den zur Feststellung des zwischen kaltem und warmem Zustand des Zylinders bestehenden
Abstandsunterschiedes von Meßring und Laufbuchse beispielsweise mit Quarzstiften
o. dgl. versehene Meßschraubien bewegt werden. In der Abb.3 ist ein solches mit
dieser M@eßeinri,chtungaufgenommenes Diagramm dargestellt, das erkennen läßt, daß
im allgemeinen leine elliptische Bohrungsform des Sicherungsteils genügt.
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Sollte jedoch ausnahmsweise seine derart einfache Ursymmetrie nicht
mehr vorliegen, so ist es selbstverständlich möglich, auch beispielsweise durch
seine zusätzliche unsymmetrische Gestaltung der in der Abb. i dargestellten Kühlrippen
h des Sicherungsringes oder durch mehrere verschieden bemessene Ringe o,. dgl. die
örtliche Verstellung der Kompensationskräfte über den Zylinderunifang noch weniger
oder mehr unregelmäßig zu gestalten.