DE969880C - Einsatzlaufbuechse mit dieselbe umgebender Huelse fuer Kolbenmotoren - Google Patents

Einsatzlaufbuechse mit dieselbe umgebender Huelse fuer Kolbenmotoren

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DE969880C
DE969880C DEM13860A DEM0013860A DE969880C DE 969880 C DE969880 C DE 969880C DE M13860 A DEM13860 A DE M13860A DE M0013860 A DEM0013860 A DE M0013860A DE 969880 C DE969880 C DE 969880C
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Dr-Ing Siegfried Meurer
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MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/16Cylinder liners of wet type

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Einsatzlaufbüchse mit dieselbe umgebender Hülse für Kolbenmotoren Die Erfindung betrifft eine für Kolbenmotoren, insbesondere Verbrennungsmotoren, bestimmte, Einsatzlaufbüchse, deren oberer Bund einerseits zwischen dem . Zylinderkopf und andererseits zwischen einer die Büchse umgebenden und sich federnd am Zylinderblock abstützenden Hülse eingespannt ist.
  • Die Vermeidung der gefürchteten Verformung insbesondere nasser Laufbüchsen im Betrieb bereitet Schwierigkeiten. Man läßt die Laufbüchsen bei bekannten Ausführungen mit einem Bund auf der entsprechend ausgedrehten Kopfplatte des Gehäuses aufliegen und führt sie an ihrem unteren Ende im Kurbelgehäuse in einer Hülse, die mit Gummiringen versehen ist. Die Gummiringe dienen zur Abdichtung gegen Kühlwasser und Öl. Der Zylinderkopf drückt auf den Bund der Büchse, bzw. auf die Zylinderkopfdichtung, mit einem Druck von 3oo bis 5oo kg je cm2, damit auf diese Weise eine genügende Dichtheit erreicht werde. Dieser hohe Dichtungsdruck wird durch die möglichst gleichmäßig verteilten Zylinderkopfschrauben erzeugt. Es zeigt sich nun aber, daß selbst bei symmetrischem Schraubenbild örtlich ein stark wechselnder Anpreßdruck an der Dichtfläche auftritt, der in unmittelbarer Nähe der Zylinderkopfschrauben sehr viel 'höher ist als in den Zwischenräumen zwischen diesen, da sowohl der Zylinderkopf als auch die obere Kopfplatte des Blockes nicht so steif gemacht werden können, daß die gewünschte gleichmäßige Verteilung der Dichtungskraft gewährleistet ist. Die Laufbüchse ist bei den bekannten Ausführungen aus diesem Grunde mit einem stark wechselnden Dichtungsdruck belastet, der Verformungen der Bohrung nicht vermeiden läßt. Die dadurch entstehende UnTundheit der Kolbenlauffläche hat Gasundichtigkeiten der Kolbenringe und erhöhten Ölverbrauch zur Folge. Bei dieser bekannten Anordnung läßt ferner auch die Kühlung der Laufbüchse zu wünschen übrig, da die letztere in der Regel direkt mit dem Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, in Berührung steht, was bei Kondensationserscheinungen leicht zu Korrosionen an der Laufbüchse führen kann.
  • Man hat zwar schon vorgeschlagen, im oberen, dem Zylinderkopf zunächst liegenden Zylinderabschnitt zwischen Laufbüchse und Zylindermantel ein elastisches Zwischenglied beispielsweise in Gestalt eines die Laufbüchse umgebenden Hülsenspannbügels einzusetzen, wodurch der Anpreßdruck vom Zylinderkopf her auf den gesamten Zylinderumfang verteilt werden soll und zugleich eine bessere Abdichtung bei gleichzeitiger Ausschaltung von Deformationen des Zylinders angestrebt wird. Dieser Hülsenspannbügel, der sich, von der Laufbüchse aus gesehen, bogenförmig nach auswärts wölbt, liegt nur mit zwei rundlaufenden Auflageflächen auf der Laufbüchsenwandung auf und erstreckt sich vom Zylinderdeckel aus nur über etwa ein Drittel der Laufbüchsenlänge; der Bund der Laufbüchse ist dabei gegenüber dem Zylinderdeckel frei liegend angeordnet und dient als obereAbstützung des Hülsenspannbügels, dessen unteres Ende gegen einen flanschartigen Vorsprung des Gehäusemantels abgestützt ist. Diese bekannte Anordnung hat aber den Nachteil, daß erstens leicht Biegungsmomente in der Laufbüchse wirksam werden und daß zweitens das Kühlmittel die Laufbüchse wie bei den. übrigen bekannten Konstruktionen unmittelbar umspült. Eine solche Konstruktion ist auch insofern als unzweckmäßig anzusehen, als durch den am Gehäusemantel vorgesehenen flanschartigen Vorsprung, der als zusätzliche Versteifung am Kurbelgehäuse für die untere Auflage des Hülsenspannbügels notwendig ist, der dieLaufbüchse umgebende Kühlwasserraum unterteilt und dadurch die Zirkulation des Kühlwassers gehemmt und in ungleicher Weise verteilt wird.
  • Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf eine für Kolbenmotoren, insbesondere Verbrennungsmotoren, bestimmte Einsatzlaufbüchse, deren oberer Bund einerseits zwischen dem Zylinderkopf und andererseits zwischen einer die Büchse umgebenden und sich federnd am Zylinderblock abstützenden Hülse eingespannt ist, wobei die Erfindung darin besteht, daß die Hülse sich mit ihrer unteren Anlagefläche gegen den zur Führung des unterenEndes derLaufbüchse dienendenFührungsbund abstützt.
  • Ein wesentlicher Vorteil des Gegenstandes der Erfindung in mechanischer Hinsicht besteht darin, daß kleine Bearbeitungsungenauigkeiten, die beispielsweise den unteren Führungsbund nicht völlig zur oberen Führung der Büchse einmitten lassen und allenfalls auch kleine Winkelabweichungen in der Parallelität zwischen den beiden genannten Bohrungen hervorrufen, keine Verformung der Laufbüchse mehr bewirken, da die Abstützung der Hülse gegen den Führungsbund einen Ausgleich 'hinsichtlich der durch diese Bearbeitungsungenauigkeiten ungleichen Kräfte auf den Dichtungsflansch ermöglicht. Auch ist bei der Erfindung der an früherer Stelle erwähnte flanschartige Vorsprung am Gehäusemantel entbehrlich. Hieraus erklärt sich die Fassung des Patentanspruches r.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt, abgesehen von der Möglichkeit der Vermeidung einer unmittelbaren Berührung des Kühlwassers mit der Laufbüchse und abgesehen davon, daß der Spannhülse eine größtmögliche federnde Ausdehnungsmöglichkeit gegeben wird, darin, daß sie dabei als zylindrischer Körper eine ausreichende Federung zur elastischen radialen Abstützung der Laufbüchse erhält. Nur als zylindrischer Körper aber ist die Hülse als federndes Element in einer Größenordnung herstellbar, welche etwa der Höhe des Kühlmantels entspricht, und mit Schiebesitz auf der Laufbüchse aufschiebbar, wobei ein Kühlmittelumlau- außerhalb der Hülse um diese herum erfolgt. Das Bauelement Laufbüchse und federnde Abstützhülse erhält außerdem bei der erfindungsgemäßen Anordnung das für die Versteifung dieser Einheit günstigste Wa.ndstärkenmaß.
  • Die rohrförmige, auf die Laufbüchse aufgeschobene Feder ergibt eine federnde Auflage zwischen dem Büchsenbund und dem Ring, in welchem die Gummiringe am unteren Ende des Kühlraumes des Zylinderblockes geführt sind, wobei durch diese Spannhülse die Laufbüchse gewissermaßen gegen den Zylinderkopf gepreßt wird, der seinerseits durch die Zylinderkopfschrauben mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Laufbüchse ist dabei in sich völlig spannungslos, und der Federung der äußeren Hülse wegen ändert sich die Dichtungsvorspannung nicht mehr in Abhängigkeit von den Kräften, die durch die wechselnden Gasdrücke auf den Zylinderkopf ausgeübt werden. Während die bekannten Anordnungen mit der Bundauflage unmittelbar in der Kopfplatte des Blockes eine sehr starre Verbindung mit einem sehr kleinen Federungswert darstellen, also kleine Verformungen große Kraftänderungen und damit Verformungsänderungen an der Laufbüchse hervorrufen, hat die neue Anordnung einen sehr großen Federungswert, und die kleinen Verformungen, die der Gasdruck zwischen Zylinderkopf und Blockoberteil hervorruft, haben keinen Einfluß auf die auf der Dichtung liegenden Vorspannungskräfte, und damit sind Verformungen der Laufbüchse vermieden. Dadurch, daß die Hülse sich, im Schiebesitz an der Laufbüchse abstützen kann, erhält sie erst eine genügende Formsteifigkeit. Hierbei ist zu bedenken, daß die Hülse mit ihrer Wandungsstärke in der praktischen Größenordnung von etwa r mm liegen muß, damit sie eine ausreichende Federung hat. Ein derartig dünnes Wandungsrohr ist nur dann steif und wirkt ohne einen Knickvorgang als Feder, wenn es eine Unterstützung durch die Laufbüchse selbst erfährt.
  • In wärmetechnischer Hinsicht ergibt sich durch das Merkmal, daß das Kühlmittel außerhalb der um die Laufbüchse liegenden federnden Hülse fließen soll, der Vorteil, daß die Temperatur der Laufbüchse gegenüber dem Kühlwasser erhöht wird, indem die über die Laufbüchse geschobene federnde Hülse als Wärmeschutz dient. Dieser Vorteil tritt besonders bei Kolbenmotoren, wie sie im Lastwagenbau verwendet werden, günstig in Erscheinung. Die Kühlwassertemperatur bei diesen Kolbenmotoren kann normalerweise 10o° C nicht überschreiten. Zur Vermeidung von chemischer Abnützung infolge Kondensation ist aber eine Wandungstemperatur von 12o bis 1q0° C am günstigsten. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich diese Wandungstemperatur ohne Schwierigkeiten erreichen. Hierbei wirkt natürlich die Hülse nur dann als Wärmeschutz, solange das Kühlwasser ungeeignet niedrige Temperatur besitzt, da infolge des Wärmegefälles in der Hülse selbst und des Wärmeübergangs zwischen Laufbüchse und Hülse das Gesamttemperaturgefälle zwischen Innenwand und Laufbüchse und Außenwand der Hülse erhöht wird. Wenn andererseits durch Erwärmung der Laufbüchse das Spiel zwischen Laufbüchse und federnder Hülse infolge der dadurch bedingten Temperaturdehnung der ersteren kleiner wird, wird der Wärmeübergang zwischen der Laufbüchse und der Hülse günstiger. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine gleichmäßige Kühlung der Laufbüchse von unten bis oben erreicht wird.
  • Nun ist zwar bei Trockenlaufbüchsen die Anordnung eines Schiebesitzes statt eines Preßsitze$ an sich bekannt. Bei einer vorgeschlagenen Anordnung dieser Art ist die auswechselbare Zylinderbüchse durch Dichtringe gegenüber der Zylinderwandung abgedichtet, weist jedoch im übrigen keine mit der Erfindung übereinstimmenden Merkmale auf. Bei einer anderen bekannten Anordnung, die sich auf luftgekühlte Verbrennungsmotoren bezieht, sind am Zylindermantel mehrere über dem Zylinderumfang verteilte Rohrhülsen im Schiebesitz eingesetzt, gegen die sich der Zylinderkopf abstützen soll. Diese einzelnen Rohrstützen ergeben eine durchaus ungleichmisßigeVerspannung der Laufbüchse, und die bekannte Anordnung hat darüber hinaus mit der Erfindung keine weiteren Berührungspunkte.
  • Die beim Gegenstand der Erfindung erwünschte Erhöhung der Wandtemperatur der Zylinderlaufbüchse gelingt in einer hinsichtlich der Temperaturen viel enger begrenzten Form, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwischen Hülse und Laufbüchse ein mit einer hochsiedenden Flüssigkeit gefüllter Zwischenraum vorgesehen ist und ein Kühlmittelumlauf um die Hülse herum stattfindet. Die Kühlwassertemperatur kann dann auf etwa 70° C bleiben, während sich dagegen die hochsiedende Flüssigkeit infolge der obwaltenden Wärmeübergangsverhältnisse auf eine Temperatur von beispielsweise 12o° C einstellt. Auf diese Weise ist ohne die Komplikation einer Druckkühlung trotzdem eine Heißkühlung der Zylinderlaufbüchse zu erreichen, wodurch den gefürchteten Korrosionsmöglichkeiten entgegengewirkt wird.
  • Auch bei Verwendung von Wasser als üblichem Kühlmittel lassen sich günstige Kühlkreisläufe erzielen. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform gemäß der Erfindung ist das untere Ende der Hülse mit Bohrungen versehen, die den Raum zwischen der Laufbüchse und der Hülse mit dem Kühlwasscrraum des Motors verbinden, und. am oberen Ende der Laufbüchse sind Bohrungen vorgesehen, durch welche das Kühlmittel in einen Ringraum oder in Taschen austritt, durch die wiederum ein Überströmen des Kühlmittels in den Zylinderkopf ermöglicht ist. Die Laufbüchse wird somit zwangsweise ringsherum und auf ihrer gesamten Länge gleichmäßig von der Kühlflüssigkeit bei hoher Geschwindigkeit durchströmt.
  • Es ist zwar bekannt, um den Laufzylinder einer Brennkraftmaschine herum einen Mantel zu legen, der mit einem Stoff gefüllt ist, welcher bei atmosphärischer Temperatur fest, bei Betriebstemperatur des Motors dagegen flüssig ist. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art ist der den Laufzylinder umgebende Mantel von Kühlschlangen durchsetzt, durch die Luft als Kühlmittel hindurchgeführt wird. Diese Art Wärmeaustausch zwischen einer hochsiedenden Flüssigkeit und einem Kühlmittel würde sieh für die erfindungsgemäße Anordnung nicht eignen, weil dann die federnde Hülse an vielen Stellen in zahlreicher Weise unterbrochen werden müßte, was ihrem Federungswert abträglich sein würde.
  • In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch einen Brennkraftmaschinenzylinder mit eingesetzter Laufbüchse, auf welche die erfindungsgemäße Hülse im Schiebesitz aufgeschoben ist, Fig. 2 einen Längsschnitt ähnlich Fig. i, jedoch mit einer Hülse, die zwischen sich und der Laufbüchse einen Zwischenraum begrenzt, der mit hochsiedender Flüssigkeit gefüllt ist, Fig. 3 einen teils im Schnitt in Ansicht dargestellten Brennkraftmaschinenzylinder mit darin eingesetzter Laufbüchse, auf welche die erfindungsgemäße Hülse so aufgeschoben ist, daß dadurch im wesentlichen getrennte, jedoch unter sich verbundene Kühlräume gebildet werden, durch die ein Kühlmittelkreislauf geführt wird.
  • Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern benannt.
  • In sämtlichen Ausführungsformen ist i der obere Bund der Zylinderlaufbüchse 2, während die Kopfplatte des Zylinderblockes mit 3 bezeichnet ist. Die Laufbüchse :2 ist von der Hülse q. umgeben, auf die sich der Bund i der Zylinderlaufbüchse abstützt; die Laufbüchse ist weiterhin in den dargestellten Ausführungsbeispielen mit ihrem unteren Ende jeweils am Auflagering 5, welcher die Dichtringe 6 enthält, geführt. Der Auflagering 5 kann auch gesondert im Zylinderblock angeordnet sein.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. i ist die Hülse 4 mit Schiebesitz auf die Laufbüchse :2 aufgeschoben und außerhalb der Hülse um diese herum in dem von der Laufbüchse und dem Zylindermantel begrenzten Raum 8" ein Kühlm.ittelumlauf vorgesehen, der als solcher in der Zeichnung nicht weiter veranschaulicht ist. Als umlaufende Kühlflüssigkeit wird vorzugsweise Wasser verwendet. Die Laufbüchse :2 ist an ihrem oberen Bund in der Kopfplatte 3 mit enger Fassung geführt. Die Hülse 4 weist zweckmäßige-rwe.ise einen Federungswert auf, der bei Auflage des Zylinderkopfes auf der Blockoberkante einen solchen Druck auf die Dichtfläche erzeugt, daß die erforderliche Vorspannung auf die Dichtfläche entsteht und. daß bei dieser Vorspannung der Federungswert der Hülse wesentlich größer ist als der Federungswert der Verbindung Zylinderkopf-Kopfplatte des Zylinderblockes.
  • In Fig. 2 ist die Hülse ,4. so angeordnet, daß einerseits zwischen derselben und der Laufbüchse 2 der geschlossene Raum 8b und andererseits zwischen der Laufbüchse 2 und dem Zylindermantel der Raum 8a gebildet wird. Der Raum 8b ist dabei mit einer hochsiedenden Flüssigkeit gefüllt, während der Raum 8a für den (in der Zeichnung nicht weiter veranschaulichten) Umlauf des Kühlmittels, z. B. Wasser, um die Hülse 4 herum dient.
  • In Fäg. 3 ist die Hülse 4 gleichfalls so angeordnet, daß wieder die Räume 8a, 8b gebildet werden. Diese Räume sind jedoch unter sich verbunden, und zwar so, daß das jetzt beide Kühlräume durchfließende Kühlmittel, z. B. Wasser, vom Raum 8a her durch Bohrungen 7 in den Raum.8b eintritt und aus dem letzteren durch Bohrungen 9 wieder austritt, wobei es in die Taschen io gelangt und "dann durch die Bohrungen i i nach dem Zylinderkopf weitergeführt wird. In dieser Figur ist auch gezeigt, daß der Kühlmittelstrom in waagerechter Richtung geführt werden kann; hierzu dienen die Wulste 12 und das Fenster 13 in der Hülse 4, durch welch letzteres die Kühlflüssigkeit ebenfalls in den Zylinderraum 8b eintreten kann.
  • Zu den nachfolgenden Ansprüchen. wird bemerkt, daß für die Gegenstände der Patentansprüche 2 oder 3 ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch i) losgelöster Schutz nicht begehrt ist.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Für Kolbenmotoren, insbesondere Verbrennungsmotoren, bestimmte Einsatzlaufbüchse, deren oberer Bund einerseits zwischen dem Zylinderkopf und andererseits zwischen einer die Büchse umgebenden und sich federnd am Zylinderblock abstützenden Hülse eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4) sich mit ihrer unteren Anlagefläche gegen den zur Führung des unteren Endes der Laufbüchse (2) dienenden Führungsbund (5) abstützt.
  2. 2. Einsatzlaufbüchse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse mit Schiebesitz auf die Laufbüchse (2) aufgeschoben ist und ein Kühlmittelumlauf außerhalb der Hülse um diese herum erfolgt.
  3. 3. Einsatzlaufbüchse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hülse und Laufbüchse (2) ein mit einer hochsiedenden Flüssigkeit gefüllter Zwischenraum vorgesehen ist und ein Kühlmittelumlauf um die Hülse herum erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 373 327; österreichische Patentschrift Nr. 16q.205; französische Patentschriften Nr. 403 395, 973 377; USA.-Patentschrift Nr. 2 o85 81o.
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