Vorrichtung zur Kühlung. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von unter Biegebeanspruchung stehenden Teilen von Brennkraftmaschinen und besteht darin, dass das Kühlmittel durch in die druckbeanspruchte Zone eingegossene Rohre geführt wird, zum Zweck, einerseits zur Kühlung, anderseits zur Herabminderung der thermischen Zugspannungen der dem Ver brennungsgas abgewendeten Seite des Körpers zu dienen.
Die eingegossenen Rohrschlangen können vor dem Eingiessen mit Versteifungs rippen versehen sein. Vorteilhaft werden min destens zwei parallel geschaltete Rohrstränge angeordnet, welche Durchbrechungen im Kör per eng umschliessen. Die Rohre können in Rippenkörper eingebettet sein, um Material anhäufungen an den der erwärmten Seite abgewendeten Wandpartien zu vermeiden.
Normalerweise werden Maschinenelemente, welche einen unter Druck stehenden, mit einem heissen Mittel gefüllten Raum umschliessen, insbesondere Kolben und Zylinderdeckel von Brennkraftmaschinen, durch einen Strom eines Kühlmittels auf ihrer Aussenseite gekühlt. Es ist Bekannterweise möglich, durch Bohrungen das Kühlmittel nahe an die gasberührte Ober fläche heranzubringen und dadurch die Wärme beanspruchungen herabzusetzen.
Da diese Boh rungen nur geradlinig und nicht in Schlangen oder Bogen ausgeführt werden können, sind für die Anwendung dieses Prinzips enge Grenzen gezogen. Wärmeabfuhr nahe an der Oberfläche von fast beliebig schwierigen Bau formen wird bei der vorliegenden Vorrichtung dadurch erreicht, dass das Kühlmittel in Rohren geführt wird, welche in dem betreffenden Körper eingebettet sind.
Dadurch, dass die Rohre in die druckbeanspruchte Zone der Wandung eingegossen werden, können unter keinen Umständen Zugbeanspruchungen zwi schen den Rohren und ihrer Umgebung auf treten, welche die Bindung der beiden aufheben.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen- standes sind auf der Zeichnung schematisch dargestellt.
Die bei der bisherigen Konstruktion auf tretenden Beanspruchungsverhältnisse gehen aus den Fig. 1 und 2 hervor. Fig. 3 zeigt einen achsialen Schnitt durch den Arbeitszylinder, Fig. 4 einen Schnitt durch den Deckel eines ersten Beispiels, Fig. 5 zeigt einen andern Kolben im Schnitt nach III-IlI in Fig. 6 und Fig. 6 einen Schnitt durch die Linie III-III von Fig. 3.
In Fig. 1 ist eine Kurve a eingezeichnet, welche die mechanische Beanspruchung eines Kolbenbodens in Funktion der Wandstärke darstellt. Wenn die Wandstärke gross ist, ist die mechanische Beanspruchung klein. Bei gleichen Kolbenabmessungen und erhöhtem Druck wird die Kurve ai erhalten. b ist die thermische Beanspruchung. Sie steigt mit stei gender Wandstärke und hängt ab von den Temperaturen beidseitig des Kolbenbodens.
Die resultierende Beanspruchung ist durch die Kure c dargestellt, die gleich ist der Summe der Kuren a und<I>b.</I> Aus der Kure<B>ei,</B> die gleich der Summe der Kurven a, und b ist, ist ersichtlich, dass durch höheren Druck auf den Kolbenboden durchwegs höhere resul tierende Beanspruchungen entstehen.
In den Kurven c und ei entsteht bei einer bestimmten Wandstärke ein Minimum der totalen (resultierenden) Beanspruchung.
Wenn man den Druck erhöht und gleich zeitig die Wandstärke verstärkt, so dass die mechanische Beanspruchung gleich bleibt, so bleibt die Kurve a unverändert (Fig. 2). Die Kure b verschiebt sich infolge grösseren Temperaturabfalls in der nun dickeren Wand nach bi, d. h. verläuft steiler. Die resultierende neue Kurve ei liegt wiederum höher als die resultierende Kurve c.
Wie auch vorgegangen wird, entspricht also einer höheren mechanischen oder thermi schen Belastung eine grössere resultierende Beanspruchung. Diese Beanspruchung steigt mit dem Durchmesser, so dass die übliche Kolbenkonstruktion durch die Materialeigen schaften auf gewisse Durchmesser- und Be lastungsgrenzen beschränkt ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach der Er findung (Fig. 3 und 4) ist die Zylinder laufbüchse 1 mit Einlasskanälen 2 für die Einlassluft und mit Auslasskanälen 3 für die Auspuffgase verbunden. Der Kolben 4 ist in der innern Totpunktstellung dargestellt. Auf der Zy linderlaufbüchse 1 ist der Deckel 5 ange ordnet, der durch einen Ring 6 und Schrauben 7 mit dem Mantel 8, 9 verbunden ist.
Im Deckel 5 ist das Brennstoffventil 10 und das Anlass- ventil 11 vorgesehen. Die Schubstange 12 ist an einem Kolbenzapfen 13 befestigt. Zwischen dem Einsatzzylinder 1 und dem Mantel 8 bzw. 9 ist ein Kühlraum angeordnet, wobei das Kühlmittel in 26 eingeführt und durch die Leitung 2 7 wieder abgeführt wird. Für die Kühlung des Zylinderdeckels 5 ist eine Kühlmittelleitung 14 vorgesehen, wobei das Kühlmittel beispielsweise durch in die druck beanspruchte Zone eingegossene Rohre 15 ge führt ist.
Diese Kühlmittelleitung kann aus zwei parallel geschalteten Rohrsträngen, z. B. Rohrschlangen 16 und 17 bestehen, so dass die Öffnungen für das Anlassventil 11 und die Öffnungen für das Brennstoffventil 10 eng umschlossen sind. Der Auslass des Kühlmittels erfolgt durch die Leitung 18.
Für den Kolben 4 sind die Kühlrohre 20 ebenfalls in die druckbeanspruchte Zone ein gegossen, wobei durch ein Posaunenrohr 21 das Kühlmittel zugeführt, durch die Auslass- leitung 22 in den Raum 23 entleert und durch das Posaunenrohr 24 abgeleitet wird.
An Stelle eines kreisrunden Rohrprofils können auch abgeplattete Rohrprofile ver wendet werden, wobei die einzelnen Rohr stränge näher angeordnet werden können und die Länge des vom Wärmestrom durchflossenen Weges verringert wird. Die Rohrschlangen 15 bzw. 20 können zur Erleichterung des Ein giessens ebenfalls mit Versteifungsrippen 34 versehen sein, welche ebenfalls mehrheitlich innerhalb der druckbelasteten Zone liegen.
In Fig. 5 ist ein anderes Beispiel darge stellt. Das Kühlmittel wird durch nichtge zeichnete Posaunenrohre und durch die Lei tung 30 eingeführt und durch die Leitung 31 abgelassen. Das Kühlmittel kann aber auch durch die Rohre 31 eingeführt und durch das Rohr 30 abgeführt werden. Zwischen den Rohren 20 sind Distanzstücke 33 angebracht, um den Rohrschlangen 20 während des C1iessens eine genügende Festigkeit zu verleihen. Der Kolbenboden selbst ist als Rippenkörper, z. B. mittels Kreuzrippen 34, ausgebildet, um 14Ta- terialanhäufungen an den der erwärmten Seite abgewendeten Wandpartien 35 zu vermeiden.
Die Rohrschlangen 15 bzw. 20 können vor dem Eingiessen mit Sandstrahlgebläsen be handelt werden, um eine metallische Ver bindung zwischen Rohr- und Gussstück zu erzielen. Gegebenenfalls können die Rohre vor dem Eingiessen auch luftleer gemacht oder mit einem inerten Gas, z. B. Stickstoff, ge füllt werden, um Verzunderungserscheinungen beim Giessen zu vermeiden.
Device for cooling. The invention relates to a device for cooling parts of internal combustion engines that are subject to bending stress and consists in that the coolant is passed through pipes cast into the pressure-stressed zone, for the purpose of cooling on the one hand and reducing the thermal tensile stresses on the side facing away from the combustion gas on the other to serve the body.
The cast coils can be provided with stiffening ribs before casting. Advantageously, at least two parallel pipe strings are arranged which closely enclose openings in the body. The tubes can be embedded in rib bodies in order to avoid material accumulations on the wall sections facing away from the heated side.
Normally, machine elements which enclose a pressurized space filled with a hot medium, in particular pistons and cylinder covers of internal combustion engines, are cooled on their outside by a flow of a coolant. It is known that it is possible to bring the coolant close to the upper surface in contact with the gas through holes and thereby reduce the thermal stress.
Since these holes can only be carried out in a straight line and not in snakes or arcs, narrow limits are drawn for the application of this principle. Heat dissipation close to the surface of almost any difficult construction is achieved in the present device in that the coolant is guided in tubes which are embedded in the body in question.
Because the pipes are poured into the pressure-stressed zone of the wall, under no circumstances can tensile stresses occur between the pipes and their surroundings, which break the bond between the two.
Embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically in the drawing.
The stress conditions occurring in the previous construction are shown in FIGS. 1 and 2. 3 shows an axial section through the working cylinder, FIG. 4 shows a section through the cover of a first example, FIG. 5 shows another piston in section III-III in FIG. 6 and FIG. 6 shows a section through line III -III of Fig. 3.
In Fig. 1, a curve a is drawn, which represents the mechanical stress on a piston crown as a function of the wall thickness. If the wall thickness is large, the mechanical stress is small. The curve ai is obtained with the same piston dimensions and increased pressure. b is the thermal stress. It increases with increasing wall thickness and depends on the temperatures on both sides of the piston crown.
The resulting stress is shown by the curve c, which is equal to the sum of the curves a and <I> b. </I> From the curve <B> ei, </B> which is equal to the sum of the curves a and b is, it can be seen that higher pressure on the piston crown results in higher stresses.
In curves c and ei, a minimum of the total (resulting) stress occurs at a certain wall thickness.
If the pressure is increased and the wall thickness is increased at the same time, so that the mechanical stress remains the same, curve a remains unchanged (FIG. 2). The curve b shifts due to the greater temperature drop in the now thicker wall to bi, i.e. H. runs steeper. The resulting new curve ei is in turn higher than the resulting curve c.
As is also the case, a higher mechanical or thermal load corresponds to a greater resulting stress. This stress increases with the diameter, so that the usual piston design is limited by the material properties to certain diameter and loading limits.
In the embodiment according to the invention (Fig. 3 and 4), the cylinder liner 1 is connected to inlet ducts 2 for the inlet air and to outlet ducts 3 for the exhaust gases. The piston 4 is shown in the inner dead center position. On the cylinder barrel 1 Zy the cover 5 is arranged, which is connected to the jacket 8, 9 by a ring 6 and screws 7.
The fuel valve 10 and the starter valve 11 are provided in the cover 5. The push rod 12 is attached to a piston pin 13. A cooling space is arranged between the insert cylinder 1 and the jacket 8 or 9, the coolant being introduced into 26 and discharged again through the line 27. A coolant line 14 is provided for cooling the cylinder cover 5, the coolant being guided, for example, through pipes 15 cast in the pressure-stressed zone.
This coolant line can consist of two parallel pipe runs, for. B. coils 16 and 17 exist, so that the openings for the starting valve 11 and the openings for the fuel valve 10 are tightly enclosed. The coolant is discharged through line 18.
For the piston 4, the cooling tubes 20 are also poured into the pressure-stressed zone, the coolant being fed through a trombone tube 21, emptied through the outlet line 22 into the space 23 and discharged through the trombone tube 24.
Instead of a circular pipe profile, flattened pipe profiles can also be used, whereby the individual pipe strands can be arranged closer and the length of the path through which the heat flow flows is reduced. The coils 15 and 20 can also be provided with stiffening ribs 34 to facilitate the pouring, which are also mostly within the pressure-loaded zone.
In Fig. 5, another example is Darge provides. The coolant is introduced through the trumpet tubes, not shown, and through the line 30, and is drained through the line 31. However, the coolant can also be introduced through the tubes 31 and discharged through the tube 30. Spacers 33 are attached between the tubes 20 in order to give the tube coils 20 sufficient strength during pouring. The piston head itself is designed as a rib body, e.g. B. by means of cross ribs 34, designed to avoid 14 accumulations of material on the wall sections 35 facing away from the heated side.
The coils 15 and 20 can be treated with sandblasting before pouring in order to achieve a metallic connection between the pipe and the casting. If necessary, the pipes can also be evacuated or filled with an inert gas, e.g. B. nitrogen, are filled to avoid scaling phenomena when pouring.