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Publication number: DEM0016700MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 17. Dezember 1952 Bekannitgemachit am 18. Oktober 1956Registration date: December 17, 1952 Announcement on October 18, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Bei allen thermisch hochbelasteten Kolbenmaschineii und in besonders starkem ;Maße bei luftgekühlten Brennkraftmaschinen wird im Betriebszustand das kopfseitige Ende der Zylinder erheblich wärmer als das dem .Kurbelgehäuse zugewandte. Dementsprechend ist die radiale Wärmedehnung über die Länge der Zylinder ungleichmäßig·, was zu Schwierigkeiten beim Einpassen der Kolben führt. ■In all piston machines with high thermal loads and to a particularly strong extent in air-cooled internal combustion engines is in the operating state the head end of the cylinder is considerably warmer than the one facing the crankcase. Accordingly, the radial thermal expansion is uneven over the length of the cylinder, which leads to difficulty in fitting the pistons. ■

ίο ■ Durch die Verwendung von Leichtmetallen mit guter Wärmeleitfähigkeit als Zylinderbau-stoff konnten diese Schwierigkeiten zwar gemildert, aber nicht überwunden werden. Insbesondere kommen bei Leichtmetallzylindern, deren Lauffläche durch eingegossene oder eingepreßte Laufbüchsen aus verschleißfesteren Werkstoffen,, z. B. aus Grauguß oder Stahl, gebildet sind, immer noch recht erhebliche Temperaturunterschiede zwischen dem kopfseitigen und dem kurbelwellenseitigen Büchsenende vor, welche ungleichmäßige Maßänderungen bewirken lind bei mit ungenügender Überdeckung in den Leichtmetallmantel eingefügten- Büchsen auch zur Lockerung derselben führen können.ίο ■ By using light metals with good thermal conductivity as a cylinder material these difficulties could be alleviated, but not overcome. In particular, come in the case of light metal cylinders, the running surface of which is made of more wear-resistant thanks to cast or pressed-in liners Materials ,, z. B. made of cast iron or steel, are still quite substantial Temperature differences between the head end and the crankshaft end of the liner, which uneven dimensional changes cause if there is insufficient overlap in the Bushings inserted in a light metal jacket can also lead to loosening of the same.

Diesen letzteren Mangel kann man gemäß einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag verhältnismäßig leicht dadurch vermeiden, daß man die .den Preßsitz der Büchse im Zylindermantel bewirkende Maßüberdeckung zwischen der Mantelbohrung und dem Büchsenaußen durchmesser über die Länge oder über die Länge und den Umfang der Büchse, ver-This latter deficiency can be remedied proportionally according to a proposal that has not been previously published easily avoided by the .the interference fit of the sleeve in the cylinder jacket causing the dimensional overlap between the jacket bore and the outer diameter of the liner over the length or over the length and circumference of the sleeve,

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schieden groß macht, und zwar mindestens so groß, daß, sie durch die Erwärmung der betroffenen Teile im ,Betriebszustand nicht aufgehoben wird. Ferner ist es bereits bekannt, einen f oranschlüssigeri, und festen Sitz von in Leichtmetallzylinder eingeschrumpften Grauguß- und Stahlbüchsien dadurch zu gewährleisten, daß die aneinander anliegenden Flächen der Büchsen und/oder Zylinder .eine sich von den beiden Enden zur Mitte hin konisch verjungende oder erweiternde Form erhalten, wodurch ebenfalls über die Länge der Büchse verschieden große Maßüberdeckungen und Schrumpfdrücke bewirkt werden können, die in diesem Falle ihre Maximal- oder Minimalwerte in der Mittelzone der Büchse haben. Eine .Regelung der Wärmedehnung der Büchsen in dem Sinne, daß einer Erweiterung des heißeren Büchsenendes gegenüber dem kühleren entgegengewirkt wird, findet dadurch nicht statt.makes divorce great, and at least as great that it is not canceled by the heating of the affected parts in the operating state. Furthermore, it is already known to use a foranschligeri, and tight fit of gray cast iron and steel bushings shrunk into light metal cylinders to ensure that the abutting surfaces of the sleeves and / or cylinders .eine obtained from the two ends towards the center tapering or widening shape, whereby also different over the length of the can large dimensional overlaps and shrinkage pressures can be caused, in this case their Have maximum or minimum values in the center zone of the rifle. A regulation of thermal expansion of the cans in the sense that an extension of the hotter end of the can compared to the cooler is counteracted, does not take place.

Ein weiterer, bekanntgewordener Vorschlag, welcher darin besteht, bei einem luftgekühlten Brennkraftmaschinienzylinder mit aufgeschrumpftem Rippenmantel die Querschnitte des¹ äußeren Schrumpfkörpers entsprechend der Betriebstemperatur der Laufbuchse gegen den Zylinderkopf zu größer zu machen, so daß die im fertig bearbeiteten Zustande eingeschrumpfte Laufbuchse bei kalter Maschine sich gegen den Zylinderkopf zu verjüngt und im betriebswarmen Zustand wieder die zylindrische Form annimmt, beschäftigt sich zwar mit dem Problem, die Nachteile, welche sich durch die stärkere Wärmeausdehnung der heißeren Büchsenzonen ergeben, durch Variierung der Auswirkungen des Schrumpfdruckes zu vermeiden, dabei wird aber keine Ver.gleichmäßigung der Wärmeausdehnung erreicht, sondern man erhält lediglich an Stelle einer im betriebswarmen Zustand von der Zylinderform abweichenden Laufbahn eine solche, die im kalten Zustand im umgekehrten Sinne, aber im gleichen Ausmaß konisch ist. Man ist daher auch bei Befolgung dieses Vorschlages gezwungen, unerwünscht große Spiele zwischen der Zylinderlauffläche und dem Mantel des einzubauenden Kolbens vorzusehen, da ja der letztere in jedem Betrieb szustande in der Lage sein muß, auch die engste Stelle des Zylinders zu passieren. ^{Another proposal that has become known consists in making the cross-sections of the 1} outer shrink body in an air-cooled internal combustion engine cylinder with a shrunk-on rib shell corresponding to the operating temperature of the liner against the cylinder head, so that the liner shrunk in the finished state against when the machine is cold tapering the cylinder head and assuming the cylindrical shape again when it is warm, deals with the problem of avoiding the disadvantages that result from the greater thermal expansion of the hotter liner zones by varying the effects of the shrinkage pressure, but no Ver. Uniform thermal expansion is achieved, but instead of a raceway that deviates from the cylindrical shape when it is at operating temperature, one is obtained that is conical in the opposite direction when cold, but to the same extent. One is therefore forced, even if this proposal is followed, to provide undesirably large clearances between the cylinder surface and the jacket of the piston to be installed, since the latter must be able to pass even the narrowest point of the cylinder in every operating condition.

■Die Erfindung bezieht sich nun ebenfalls auf Zylinder, welche für thermisch hochjbelas'tete Kolbenmaschinen, insbesondere für luftgekühlte Brennkraftmaschinen, bestimmt sind und 'einen aus Leichtmetall bestehenden Mantel mit 'einer in diesen eingegossenen oder eingeschrumpften Laufbuchse aufweisen, deren Werkstoff 'einen kleineren Wärmedehnungsbeiwert als das Leichtmetall hat und bei denen das Verhältnis der Wandstärke des Leichtmetallmantels zu derjenigen der Büchse an verschiedenen Stellen des Zylinders verschiedenartig ist. Sie betrifft aber im Gegensatz zu dem zuletzt besprochenen Vorschlag eine derartige Ausführungs,-form solcher Zylinder, bei denen die Bohrung der Büchse in kaltem Zustand zylindrisch ist, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, es zu erreichen, daß sie auch im betriebswarmen Zustand im wesentlichen zylindrisch bleibt. Es soll also erreicht werden, daß. die radiale Wärmieausddhnung des Zylinders ungeachtet der unterschiedlichen Betriebstemperatuiren vergleichmäßigt wird.The invention now also relates to Cylinders, which are used for thermally highly loaded piston engines, especially for air-cooled Internal combustion engines, are determined and 'one off Light metal existing jacket with 'a liner cast or shrunk into this have whose material 'has a smaller coefficient of thermal expansion than the light metal and at which the ratio of the wall thickness of the light metal jacket to that of the sleeve at different Place the cylinder is different. In contrast to the latter, however, it concerns discussed proposal such an embodiment, form such cylinders in which the bore of the liner is cylindrical in the cold state, and it it is based on the task of achieving that it is also essentially at operating temperature remains cylindrical. So it is supposed to be achieved be that. the radial expansion of the The cylinder is evened out regardless of the different operating temperatures.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wandstärken von Mantel und Büchse derart gewählt sind, daß — gemessen an verschiedenen Höhenstellen ■ des Zylinders, und zwar beim kopfseitigen Zylinderende angefangen und in Richtung des kurbelwellenseitig angeordnetem Befestigungsflansches der Büchse fortschreitend — das Verhältnis der Wandstärke des Mantels zur Büchsenwandstärke umgekehrt proportional zu der in der genannten Richtung verlaufenden Abnahme der Betriebstemperatur des Zylinders zunimmt. ...,■■ ■This object is achieved according to the invention solved that the wall thicknesses of the jacket and sleeve are chosen such that - measured on different heights ■ of the cylinder, starting with the cylinder head end and progressing in the direction of the mounting flange of the bushing arranged on the crankshaft side - The ratio of the wall thickness of the jacket to the sleeve wall thickness is inversely proportional to the decrease in the operating temperature of the running in the direction mentioned Cylinder increases. ..., ■■ ■

Die Wirkung dieser Maßnahme beruht darauf, daß der beim Umgießen oder beim Einschrumpfen der Büchse auftretende Schrumpfdruck (im kalten Zustand gemessen) eine elastische Verstauchung des Büchsenwerkstoffes..und gleichzeitig eine elastische Vordehnung des Mantelwerkstoffes bewirkt, wobei das Verhältnis der Stauchung des einen zur Dehnung des anderen Teiles dem Verhältnis der Wandstärken proportional ist. Beim Wiedererwärmen bilden sich die elastischen Spannungen !entsprechend der teniperaturbedingten Abnahme des Schrumpfdruckes zurück, und diese Wirkung überlagert sich der normalen Wärmeausdehnung derart, daß sich eine Gesamtwärmeausdehnung ergibt, die zwischen derjenigen des Büchsenwerkstoffes und des Mantelwerkstoffes liegt und die um so größer wird, je größer der von der Büchse durch elastische Verformung aufgenommene Anteil des in kaltem Zustand vorhanden gewesenen Schrumpfdruckes war. Man kann daher innerhalb der durch die Werkstoffeigenschaften gegebenen Grenzen die Wärmedehnung durch Varüerung des von der Büchse aufzunehmenden Verformungsanteils weitgehend beeinflussen, und ,man kann sie insbesondere dadurch vergleichmäßigen, daß man den von der Büchse aufzunehmenden Verformungsanteil dort steigert, wo· das natürliche Dehnungsbestreben relativ klein ist, also an den Stellen mit niedriger Betriebstemperatur. The effect of this measure is based on the fact that the casting around or shrinking the shrinkage pressure occurring in the liner (measured in the cold state) is an elastic sprain of the liner material ... and at the same time causes an elastic pre-stretching of the jacket material, where the ratio of the compression of one part to the elongation of the other part is the ratio of the Wall thickness is proportional. When rewarming, the elastic tensions develop accordingly the decrease in the shrinkage pressure due to the ten perature back, and this effect is superimposed on normal thermal expansion in such a way that gives a total thermal expansion that is between that of the liner material and the jacket material and which becomes larger, the larger that of the bushing due to elastic deformation recorded portion of the shrinkage pressure that was present in the cold state. The thermal expansion can therefore be measured within the limits given by the material properties largely influence by varying the deformation proportion to be absorbed by the liner, and, in particular, one can equalize them by removing the one from the can the deformation component to be absorbed increases there, where · the natural tendency to stretch is relatively small, i.e. at the points with a low operating temperature.

Vorzugsweise wird man auch das in das Kurbelgehäuse hineinragende Büchsenende in an sich bekannter Weise mit einem unter Schrumpfdruck anliegenden Mantel aus einem Werkstoff mit größerem Wärmedehnungsbeiwert als dem des Büchsenwerkstoffes versehen, um die vorteilhafte Wirkung auch auf diesen besonders kühlen Zylinderteil zu erstrecken und dadurch das Klemmen des im Zylinder laufenden Kolbens in dieser Zone bei höheren Temperaturen zu vermeiden.The bushing end protruding into the crankcase is preferably also known per se Way with a jacket made of a material with a larger size, which is applied under shrinkage pressure Thermal expansion coefficient than that of the liner material provided in order to extend the advantageous effect to this particularly cool cylinder part and thereby the jamming of the piston running in the cylinder in this zone at higher temperatures to avoid.

Claims

PATENT CLAIMS: '

i. For piston machines with high thermal loads, especially for air-cooled internal combustion engines, certain cylinder with a Mayitel made of light metal and a in this cast or 'shrunk sleeve, the material of a smaller one

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Has thermal expansion coefficient than the light metal, the ratio of the wall thickness of the light metal jacket to that of the sleeve being different in size at different points on the cylinder, characterized in that the wall thicknesses of the jacket and sleeve and thus also their due to the shrinkage stress (measured in the cold state) caused elastic change in diameter (sprain of the bushing, pre-stretching of the jacket) are chosen so that - measured at different height points of the cylinder, namely at the top end of the cylinder and progressing in the direction of the crankshaft-arranged mounting flange of the bushing - the ¹ ratio of the wall thickness of the Shell to the sleeve wall thickness is inversely proportional to the decrease in the operating temperature of the cylinder.

2. Cylinder according to claim 1, characterized in that that also a free end of the liner protruding into the crankcase A jacket made of a material with a larger coefficient of thermal expansion, which is attached to it under shrinkage pressure than that of the barrel material.

Considered publications:
German Patent Nos. 347300, 577185, 246;

Austrian Patent No. 162088;
British Patent Nos. 117 596, 555639; franzö'sisebJe patent specification No. 934 637.