DE8033192U1

DE8033192U1 - Leichtmetallzylinderkopf

Info

Publication number: DE8033192U1
Application number: DE19808033192
Authority: DE
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1980-12-13
Filing date: 1980-12-13
Publication date: 1982-05-19

Description

Leichtmetal!zylinderkopf

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art.

Bekanntermaßen ist bei einem Leichtmetallzylinderkop (z. B. Aluminiumlegierung) die Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderrohr eine kritische Stelle. Hierbei ist zu berücksichtigen, döß der Zylinderkopf aufgrund der Lage der Ein- und Auslaßkanäle unterschiedlich heiße Stellen aufweist~ Im 53ereich des Auslaßkanals befinden sich die heißester Stellen. Daraus resultierend weisen diese Stellen auch die größte thermisch bedingte Ausdehnung des Materials auf. Aufgrund der üblicherweise verwendeten Schrauben bzw. Zuganker mit Muttern, die eine wesentlich geringere Wärmedehnung als das Aluminium aufweisen, entstehen an der Schraubenbzw, ^utternauflage im heißesten Bereich des ZyIinderkopfes und der korrespondierenden Dichtfläche hohe Pressungen, die aufgrund der dort herrschenden Temperaturen und der damit erheblich reduzierten Kriechfestigkeit des Aluminiums zur plastischen Verformung des Zylinderkopfes in diesem Bereich führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zylinderkopf der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die oben geschilderten Nachteile

nicht auftreten.

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, daß die Schraubenkräfte nunmehr nahezu vollkommen von einem Einsatz aufgenommen werden, die im Betrieb bei den dort auftretenden Temperaturen eine wesentlich höhere Warm-Druck-Kriechfestigkeit als das Aluminium aufweist. Dadurch entstehen in dem Aluminium nicht mehr die hohen Pressungen, die z.u plastischen Verformungen des Zylinderkopfes in diesem Bereich führten. Damit wird gleichzeitig der Vorteil erzielt, daß die Dichtwirkung zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderrohr aufgrund des sich nicht mehr verformenden Materials erhalten bleibt. Als Materialien hoher Kriechfestigkeit haben sich nickelhaltige Eisenwerkstoffe (z. B. Niresist) bewärt, die eine den Aluminiumlegierungen angenäherte Wärmeausdehnung besitzen. Es sind jedoch auch andere Materialien mit günstiger Formstabilität bei hohen Temperaturen denkbar.

Insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen hat sich die Ausbildung nach Anspruch 2 bewährt, da hierbei der hochkriechfeste Einsatz gleichzsitig die Verbindungsfläche im heißesten Bereich des Zylinderkopfes mit dem Zylinderrohr bildet. Dadurch ist kein Aluminium direkt den Schraubendruckkräften ausgesetzt.

Um hierbei zu vermeiden, daß aufgrund des Verbrennungsdruckes zwischen dem Einsatz und dem Zylinderkopf ein Leckspalt entsteht und so die Gasdichtheit des Zylinderkopfes beeinträchtigt würde, wird die

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Weiterbildung nach Anspruch 3 vorgeschlagen, da hierbei die Zwischenscheibe als Dichtscheibe wirkt, die den Grenzspalt zwischen dem Einsatz und dem Zylinderkopfmaterial überdeckt.

Es ist jedoch auch denkbar, den Einsatz im Bereich der Auflagefläche und/oder der Dichtfläche mit einer dünnen Schicht aus Aluminiumlegierung des Zylinderkopfes zu überziehen (Anspruch 4), um zu erreichen, daß der Zylinderkopf gasdicht ist. Hierbei ist die Schicht so dünn, daß die Schrauben- bzw. Mutternkraft von dem Einsatz übernommen wird.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Einsatzes bei dem Vorliegen einer eng begrenzten heißesten Stelle des Zylinderkopfes beschreibt Anspruch 5. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn bei luftgekühlten Zylinderköpfen der Auslaßkanal derart angeordnet ist, daß er auf der Abluftseite - von der strömenden Kühlluft betrachtet - angeordnet wird.

Die Weiterbildung nach Anspruch 6 bringt eine fertigungsmäßig leicht herzustellende Ausführungsform. Es ist zwar bekannt, im Dichtflächenbereich Ringe aus hochkriechfestem Material einzusetzen. Diese Ringe haben jedoch ausschließlich die Aufgabe, die Dichtfläche, in der aufgrund der unterschiedlichen Temperaturbeanspruchung von Zylinderkopf und Zylinderrohr unterschiedliche Wärmedehnungen auftreten, gegen die aufgrund der Wärmedehnung auftretenden Relativbewegungen und damit Verschleißbewegungen widerstandsfähiger zu machen. Ihnen kann jedoch nicht der Gedanke der Erfindung, nämlich die Schraubenkraft mög-

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liehst ohne zwischenliegende Aluminiumschicht im heißesten Bereich des Zylinderkopfes auf die Dichtfläche einwirken zu lassen, entnommen werden. Da die höher kriechfesten Materialien, die für den erfindungsgemäßen Einsatz in Frage kommen, eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, ist es zweckmäßig, die aus dem hochwarmfesten Material hergestellten Teile in ihren Abmessungen so gering wie eben möglich zu halten , damit die Wärmeabfuhr im Zylinderkopf nicht verschlechtert wird.

Die Ausbildung nach Anspruch 7 bringt den Vorteil, daß je nach Beanspruchungsart mehrere oder alle Schraubenkräfte nur noch indirekt auf das Zylinderkopfmaterial wirken, so daß diesbezügliche Verformungen des Zylinderkopfes praktisch vermieden werden.

Die Weiterbildung nach Anspruch 8 löst die Aufgabe zu verhindern, daß die hohen Gasdrücke im Brennraum, wie sie beispielsweise bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen eintreten, den Zylinderkopfboden an dem Einsatz vorbeischieben, da erfindungsgemäß die Schraubenkräfte praktisch nicht mehr direkt auf den Zylinderkopfbodenbereich wirken.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einss ausgewählten Beispiels näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1: einen Querschnitt durch eine schematische „Zylinderkopf - Zylinderrohr - Anordnung;

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Fig. 2: eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Einsatzes;

Fig. 3: eine Draufischt auf den Einsatz;

Fig. 4: eine Seitenansicht im Schnitt auf den Einsatz.

In Fig. 1 ist der skizzierte Zylinderkopf mit 1, das Zylinderrohr mit 2, der erfindungsgemäße Zinsatz mit 3, die Zylinderachse mit 6, der Brennraum mit 7 bezeichnet. Der Einsatz 3 ist im Bereich der heißesten Stelle.des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Er weist ein angenähertes T-förmiges Querschnittsprofil auf und bildet mit einem Ring 4 aus dem gleichen Material eine bauliche Einheit. Der Ring 4 hat eine haubenförmige Querschnittsfläche und ist im Zylinderkopfboden derart angeordnet, daß er m± dem Zylinderrohr 2 die Dichtfläche bildet-. Dadurch wird erreicht, daß das Zylinderrohr 2 mit einem einheitlichen YJerkstoff die Dichtfläche bildet. Erfindungsgemäß ist es nicht erforderlich, daß der Einsatz 3 in den übrigen Bereichen des Zylinderkopfes 1, die nicht zu dem heißesten Bereich gehören, als Ring vorhanden ist.

Das nach außen weisende Teilstück 3.1 des Einsatzes 3 weist ein Schraubendurchgangsl'och 5 für die Zylinderkopfbefestigung auf. Deshalb ist die obere Flache des nach außen ragenden Einsatzes als Auflagefläche 3.2 für einen Schraubenkopf oder eine Mutter ausgebildet.

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Der nach innen ragende Teil 3.3 des Einsatzes 3 weist eine teildeckelartige Kontur auf (Fig. 3). Dieser Teil 3.3 ist hierbei soweit in Richtung der Zylinderachse 6 gezogen, daß er über den Brennraum 7 ragt. Dadurch wird verhindert, daß der Zylinderkopfbodenbereich unter dem Gasdruck der Verbrennung um den Einsatz 3 herum angehoben wird, da in dem Einsatzbereich die Schraubenkraft nicht mehr direkt auf das Zylinderkopfbodenmaterial einwirkt. Dnrüberhinaus schirmt der Vorsprung 3.3 den Wärmefluß vom hier nicht dargestellten heißen Abgaskanal zum Zylinderkopfboden ab.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen Ansichten des Ein.tatzes 3 mit dem einstückig ausgebildeten Ring 4. Hierzu ist zu bemerken, daß der ringförmige Fortsatz in sich geschlossen ist,um für das Zylinderrohr 2 eine einheitliche Dichtfläche zu bilden.

Im Rahmen der Erfindung is1?^sauch möglich, den Einsatz 3 an jeder Befestigungsstelle des Zylinderkopfes mit dem Zylinderrohr bzw. dem Kurbelgehäuse anzuordnen oder als geschlossenen Ringeinsatz an jeder Befestigungsstelle als SchraubenauflE;ge auszubilden. Auch ist es möglich, in die Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderrohr zusätzlich einen an sich bekannten Dichtring zu verwenden.

Claims

- Ansprüche

1. Leichtmetailzylinderkopf für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, der auf seinem Umfang verteilt Schraubendurchgangslöcher aufweist zur Verbindung mit einem Zylinderrohr oder einem Kurbelgehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf (1) zumindest im Bereich des am stärksten erwärmten Schraubendurchgangsloches (5) ein Einsatz (3) aus einem Material hoher Warm-Druck-Kriechfestigkeit angeordnet ist, welcher die Auflagefläche (3.2) für den Schraubenkopf bzw. die Mutter bildet.

2. Leichtmetailzylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (3) bis an die Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf (l) und dem Zylinderrohr (2) verlängert ist.

3. Leichtmetailzylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß an der Schraubenauflageflache (3.2) eine Zwischenscheibe den Rand des Einsatzes überdeckend angeordnet ist.

4. Leichtmetailzylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (3) im Bereich der Auflagefläche (3.2) und/oder der Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf (l) und dem Zylinderrqhr (2) von einer dünnen Schicht des Leichtmetalls umschlossen ist.

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5. Leichtmetallzyllnderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (3) kreissektorartig ausgebildet ist, wobei der Querschnitt im Bereich der Auflagefläche (3.2) eine größere Breite als die parallel angeordnete Grundfläche aufweist.

6. Leichtmetallzylinderkopf nach einem der vor™ angegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (3) mit einem in der Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf (l) und dem Zylinderrohr (2) angeordneten Ring (4) gleichen Materials einstückig ausgebildet ist.

7. Leichtmetallyalinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (3) an mehreren oder alien Schraubendurchgangslöchern vorgesehen ist und daß die Einsätze untereinander durch einen Ring gleichen Materials verbunden sind.