DE804050C

DE804050C - Cylinder head for hot gas piston machine

Info

Publication number: DE804050C
Application number: DEP26491A
Authority: DE
Inventors: Alexandre Horowitz
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1947-04-29
Filing date: 1948-12-24
Publication date: 1951-04-16

Description

Zylinderkopf für Heißgaskolbenmaschine Heißgaskolbenmaschinen, wie Heißgasmotoren und nach dem umgekehrten Heißgasmotorenprinzip wirkende Kühlmaschinen, sind in der Regel derart ausgebildet, daß sie einen Zylinderkopf enthalten, durch dessen XN'and ein Transport von Wärmeenergie von einer zur anderen Seite dieser Wand erfolgt. Bei einem Heißgasmotor stammt diese Wärme in der Regel von einem in der Nähe des Kopfes angeordneten Brenner und muß dem gewöhnlich aus Luft bestehenden, in der Maschine wirksamen Mittel zugeführt werden.Cylinder head for hot gas piston machine hot gas piston machine, such as Hot gas engines and cooling machines operating on the reverse hot gas engine principle, are usually designed to contain a cylinder head by whose XN'and a transport of thermal energy from one to the other side of this Wall is made. With a hot gas engine, this heat usually comes from an in located near the head and must correspond to the usually air, effective means are supplied in the machine.

Die Heißgasmotoren älteren Datums haben in den meisten Fällen ein größeres Volumen, enthalten ein Arbeitsmittel, das unter atmosphärischem Druck oder einem wenig höheren Druck wirkt, und haben eine nur geringe Drehzahl je Zeiteinheit. Bei dieser Motorenart ergab die Bauart der Köpfe, wenigstens mit den heutzutage bekannten Hilfsmitteln, keine besonderen Schwierigkeiten. Der Wärmedurchgang durch das Material des Zylinderkopfs je Zeiteinheit und je Oberflächeneinheit ist gering, so daß sich in vielen Fällen einfache Zylinderkopfbauarten und größere Wandstärken verwenden lassen. Aus dem Grunde wird diese NZotorenart in der Literatur vielfach mit Gußköpfen beschrieben, welche in bestimmten Fällen zwecks Oberflächenvergrößerung mit angegossenen Rippen versehen sind. Diese Bauart der Köpfe bietet hier keine Schwierigkeiten, da, wie bereits erwähnt, der Druck in der Maschine gering ist und, was in diesem Zusammenhang auch sehr wichtig ist, die Temperatur des Mittels verhältnismäßig niedrig ist. Bei dieser Bauart kann man mit Materialien auskommen, welche eine verhältnismäßig niedrige Kriechgrenze aufweisen.The older hot gas engines have in most cases larger volume, contain a working fluid that is under atmospheric pressure or a little higher pressure acts, and have only a low speed per unit of time. With this type of engine, the design of the heads resulted, at least with the nowadays known tools, no particular difficulties. The heat transfer through the material of the cylinder head per unit of time and per unit of surface area is low, so that in many cases there are simple cylinder head types and greater wall thicknesses let use. For this reason, this type of Notor is often found in the literature described with casting heads, which in certain cases for the purpose of surface enlargement are provided with cast-on ribs. This type of head does not offer any here Difficulties because, as already mentioned, the pressure in the machine is low and, What is also very important in this context, the temperature of the medium is proportionate is low. With this type of construction you can get by with materials that are proportionate have a low creep limit.

Infolge der neuen Erkenntnisse auf dem Gebiet der Heißgasmotoren haben sich die obenerwähnten Anforderungen aber wesentlich geändert. Erstens liegt das Bestreben vor,, die Motoren und daher auch deren Köpfe möglichst 'klein auszubilden, während der Arbeitsdruck viel höher als früher gewählt wird. Die Drehzahl ist in der Regel viel größer und wird zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Motors ebenso wie die Temperatur an der warmen Seite möglichst gesteigert. Infolge dieser sämtlichen Anforderungen läßt sich das Problem der Wärmeübertragung von der Wärmequelle auf das im Motor wirksame Mittel viel schwieriger lösen. Infolgedessen wurden bereits verschiedene Bauarten für Heißgasmotorenköpfe vorgeschlagen.As a result of the new knowledge in the field of hot gas engines However, the above-mentioned requirements have changed significantly. First the aim is to make the motors and therefore their heads as small as possible to train, while the working pressure is chosen much higher than before. The speed is usually much larger and will improve the efficiency of the engine as well as increased the temperature on the warm side as much as possible. As a result of this All requirements can be solved the problem of heat transfer from the heat source to solve the means effective in the engine much more difficult. As a result, were already various designs for hot gas engine heads are proposed.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, Mittel zu schaffen, durch welche man zu einer Kopfbauart mit einer größeren Wärmeaustauschoberfläche und einer geringen Wandstärke gelangen kann. Durch die Anwendung dieser Mittel ergibt sich der Vorteil, daß die Abmessungen der an diesem Kopf befindlichen Teile mit großer Genauigkeit und gut reproduzierbar sein können.The present invention aims to provide means by which one to a head design with a larger heat exchange surface and a small one Wall thickness can reach. The use of these funds has the advantage of that the dimensions of the parts located on this head with great accuracy and can be easily reproduced.

Die vorliegende Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß dieser Kopf an seinem zylindrischen Teil mit Falten versehen und die Wandstärke dieser Falten kleiner als 3 mm ist und daß dieser Kopf durch ein Präzisionsgußverfahren angefertigt ist.The present invention is characterized in that this head provided with folds on its cylindrical part and the wall thickness of these folds is smaller than 3 mm and that this head is made by a precision casting process is.

Durch die Anwendung eines Präzisionsgußverfahrens läßt sich nämlich ein dünnwandiger gefalteter Kopf erhalten, in dem durch die Wahl der beim Gießen verwendeten Gußform die Profilierung des Kopfes bei dessen Herstellung direkt erhalten wird. Bekannt ist, daß sich bei der Anwendung eines Präzisionsgußverfahrens bestimmte Formen mit sehr großer Genauigkeit erhalten lassen; letzteres ist bei der Bauart eines Kopfes für einen Heißgasmotor von größter Bedeutung, weil dabei die Wärmeübertragung vom erhitzenden Mittel auf das zu erhitzende '.Mittel eine äußerst wichtige Rolle spielt und zur Erhaltung der gewünschten Ergebnisse häufig Köpfe entworfen werden, welche eine sehr große Anzahl äußerst feiner Kanäle oder Rillen zur Führung des im Motor wirksamen Mittels aufweisen. Um eine möglichst günstige Wärmeübertragung zu erzielen, müssen die Kanäle, was ihre Abmessungen anbelangt, mit größter Genauigkeit ausgebildet sein. Diese Anforderungen können durch Herstellung des Kopfes gemäß der Erfindung nach einem Präzisionsgußverfahren erfüllt werden.Namely, by using a precision casting process a thin-walled folded head is obtained in which by the choice of when pouring The mold used received the profiling of the head directly during its manufacture will. It is known that when a precision casting process is used, certain To preserve shapes with great accuracy; the latter is in the design of a head for a hot gas engine is of utmost importance because it involves heat transfer from the heating agent to the agent to be heated plays an extremely important role plays and minds are often designed to obtain the desired results which have a very large number of extremely fine channels or grooves for guiding the have effective agent in the engine. About the cheapest possible heat transfer To achieve this, the channels must, as far as their dimensions are concerned, with the greatest possible accuracy be trained. These requirements can be met by manufacturing the head according to of the invention can be met by a precision casting process.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß keine oder nur wenige einfache Maßnahmen zum Lösen der Gußform getroffen zu werden brauchen. Auch ist es möglich, daß der Wand des Zylinderkopfes über die ganze Oberfläche eine praktisch überall gleiche Minimalstärke gegeben werden kann. Auf diese Weise läßt sich ein günstiger Transport von Wärmeenergie durch die Wand hindurch über die ganze Oberfläche dieser Wand erzielen.Another advantage is that no or only a few simple Measures need to be taken to release the mold. It is also possible that the wall of the cylinder head over the whole surface one practically everywhere same minimum strength can be given. In this way you can get a cheaper Transport of thermal energy through the wall over the entire surface of the wall Achieve wall.

Für eine gtinstige Strömungsrichtung der Mittel können die Falten wenigstens zur Hauptsache parallel zur Achse des Zylinderteils des Kopfes verlaufen. Es ist möglich, zur weiteren Vergrößerung der Oberfläche an der Innen- und/oder Außenseite der Faltenwände Vorsprünge vorzusehen, die mit dem Zylinderkopf in demselben Arbeitsgang angefertigt werden können. Hierdurch kommt das schwierige und zeitraubende Löten der Vorsprünge an der Zylinderwand in Fortfall, und die Vorsprünge können mit sehr geringer Stärke ausgebildet und gewünschtenfalls stark unterteilt sein.For a favorable flow direction of the means, the folds run at least for the most part parallel to the axis of the cylinder part of the head. It is possible to further enlarge the surface area on the inside and / or Outside of the pleat walls to provide projections that are in the same with the cylinder head Operation can be made. This is where the difficult and time consuming comes about Soldering the projections on the cylinder wall is omitted, and the projections can be designed with very little strength and, if desired, be strongly subdivided.

Unter Zuhilfenahme des Präzisionsgußverfahrens lassen sich die Wände dünner ausbilden als die Minimalstärke, welche zur Aufnahme der durch den Überdruck im Zylinderkopf entstehenden Kräfte erforderlich ist. Auf diese «eise ergibt sich ein besserer Transport der `'Wärme. Zur Verstärkung dieser Wand können zwischen zwei benachbarten Faltenwänden Stützwände oder Rippen angebracht werden.With the help of the precision casting process, the walls Make it thinner than the minimum thickness, which is used to absorb the excess pressure forces arising in the cylinder head is required. In this way it arises a better transport of the '' heat. To reinforce this wall, between support walls or ribs are attached to two adjacent fold walls.

Die Außenseiten der Faltenwände können von einem den Zylinderteil des Kopfes umgebenden Ring unterstützt werden.The outer sides of the fold walls can be of a cylinder part the ring surrounding the head are supported.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is based on an embodiment shown in the drawing explained in more detail.

Fig. i zeigt einen Ouerschnitt des Zylinderkopfes senkrecht zur Achse; Fig.2 ist ein Querschnitt des Zylinderkopfes gemäß der Linie II-II in Fig. i.Fig. I shows a cross section of the cylinder head perpendicular to the axis; Fig.2 is a cross section of the cylinder head according to the line II-II in Fig. I.

Der Zylinderkopf besteht aus einem Mantel i, der an seinem zylindrischen Teil mit Falten 2 versehen ist und mittels eines kreisförmigen Flansches 3 am Motorblock befestigt werden kann. Der Mantel i ist die Trennwand zwischen dem Arbeitsmittel, das sich innerhalb dieser Wand i in einem Raum q und in Kanälen 9 befindet, und dem erhitzenden Mittel, das durch die Kanäle 5 in Richtung des in Fig. 2 angegebenen Pfeils strömt. Die Kanäle 5 werden durch die Falten 2 der Wand i und einen Verstärkungsring 6 gebildet, der den Zylinderteil des Kopfes umgibt. Im Zylinderraum 4, der von einer Zylinderwand 7 gebildet wird, welche im Innern des Zylinderteils des Kopfes angebracht ist, ist ein kolbenförmiger Körper 8 beweglich, der dazu dient, das Arbeitsmittel über die Kanäle 9 in Richtung des in Fig. 2 angegebenen Pfeils durch einen Regenerator io und von dort zum kalten Zylinderraum strömen zu lassen und umgekehrt. Die Kanäle 9 werden durch die Falten 2 der Wand i und die Zylinderwand 7 gebildet. Zur Vergrößerung der Oberfläche sind an den Faltenwänden 2 Vorsprünge i i vorgesehen. Stützwände 12 und Rippen 13 sind zwischen den Außenseiten zweier benachbarter Faltenwände zur Verstärkung dieser Faltenwände vorgesehen, so daß die Stärke dieser Wände klein gewählt werden kann.The cylinder head consists of a jacket i, which on its cylindrical Part is provided with folds 2 and by means of a circular flange 3 on the engine block can be attached. The jacket i is the partition between the work equipment, which is located within this wall i in a room q and in channels 9, and the heating means, which is indicated by the channels 5 in the direction of FIG Arrow flows. The channels 5 are formed by the folds 2 of the wall i and a reinforcing ring 6 is formed surrounding the cylinder part of the head. In the cylinder chamber 4, which is of a Cylinder wall 7 is formed, which is mounted inside the cylinder part of the head is, a piston-shaped body 8 is movable, which is used to the working medium via the channels 9 in the direction of the arrow indicated in FIG. 2 through a regenerator io and from there to flow to the cold cylinder chamber and vice versa. The channels 9 are formed by the folds 2 of the wall i and the cylinder wall 7. To enlarge the surface 2 projections i i are provided on the fold walls. Retaining walls 12 and ribs 13 are between the outer sides of two adjacent fold walls for Reinforcement of these fold walls is provided, so that the strength of these walls is small can be chosen.

Claims

PATENT CLAIM: i. Cylinder head for a hot gas piston machine, characterized in that the head is provided with folds on its cylinder part whose wall thickness is less than 3 mm, and that the head is made by a precision casting process is made.

2. Cylinder head according to claim i, characterized in that that the folds are at least mainly parallel to the axis of the cylinder part of the head extend.

3. Cylinder head according to claim i or 2, characterized in that that on the inside and! or outside of the fold walls projections are provided, which are made with the cylinder head in the same operation. .f. Cylinder head according to claim 1, 2 or 3, characterized in that between the outer sides two adjacent fold walls support "-ands or ribs are attached. 5, cylinder head according to one of the preceding claims, characterized in that the outer sides of the folds are supported by a ring surrounding the cylinder part of the head.