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Kuhlripp enanordnung für Luftkühlung Die Erfindung bezieht sich auf
eine Kühirippenanordnung für Bauteile luftgekühlter Brennkraftmaschinen, insbesondere
für den Zylinderkopf, bei dem die Kühlrippen in Strömungsrichtung der Kühlluft angeordnet
sind.
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Bei luftgekühlten Maschinen wird die Leistung häufig durch die Warmfestigkeit
von thermisch hochbeanspruchten Teilen begrenzt. So sind z.B. die Temperaturen des
Kolbens oder des Zylinderkopfes maßgebend für die maximale Leistung. Aus diesem
Grunde werden gut wärmeleitende Werkstoffe verwendet und eine intensive Kühlung
angestrebt. Eine wirksame Kühlung setzt jedoch große Kühlflächen voraus, die sich
wegen des größeren Bauvolumens nicht beliebig steigern lassen. Bei Kühlrippen läßt
sich zwar die Kühlfläche durch besonders enge Rippenabstände ohne Vergrößerung des
Bauvolumens vergrößern,
jedoch steigt dann der Strömungswiderstand
der KUhlluft rasch an, so daß für das Kühlluftgebläse größere Leistungen erforderlich
sind. Bei engen Rippenteilungen gelangt außerdem die Kühlluft trotz des Gebläsedruckes
mit zunehmender Rippenhöhe nicht mehr bis an den Rippenfuß, so daß gerade diese
besonders heiße Zone nicht mehr wirksam gekühlt wird.
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Da enge Rippenteilungen hohe Gebläseleistungen erfordern und große
Rippenhöhen das Bauvolumen vergrößern, wird stets ein Kompromiß zwischen diesen,
die Kühlwirkung beeinflussenden Faktornn angestrebt. Es ist bekannt (US-PS 1 821
434), die Kühlwirkung bei einem Zylinder mit LängsriREn dadurch zu steigern, daß
die Kühlrippen in Form einer Wellenlinie angeordnet sind und damit eine Wirbelbildung
im Kühlluftstrom begünstigen, was zugleich eine bessere Kühlwirkung zur Folge haben
soll. Da bei dieser Ausführung die Wellenlinie stetig verläuft, kann keine nennenswerte
Wirbelbildung eintreten, außerdem wird die Kühlluft hauptsächlich in dem größeren
sich
darbietenden Durchtrittsquerschnitt in der Nähe der Rippenenden
entlangströmen und den engen, strömungstechnisch ungünstigen Rippengrund nicht erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Form und Lage von Kühlrippen
so zu gestalten, daß sich am besonders heißen Rippengrund eine wirkungsvolle Kühlung
ergibt. Dieses wird bei einer Kühlrippenanordnung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß die Kühlrippen in Strömungsrichtung abwechselnd nach beiden Seiten unter
einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung geknickt sind, wobei jede Kante einer
Knickfalte entgegen der Strömungsrichtung geneigt ist.
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Die in Strömungsrichtung hintereinander liegenden Knickfalten bewirken
ein ständiges Abreißen der Strömung an jeder Kante und damit eine sbrke Wirbelbildung
mit entsprechend gutem Wärmeübergang. Außerdem erzeugt die dem Luftstrom entgegenstehende
geneigte Rippenfläche eine zum Rippengrund hin gerichtete Strömungskomponente. Diese
zum
Rippengrund gerichtete Strömungskomponente setzt sich mit der
Komponente in Strömungsrichtung zu einer zum Rippengrund hin geneigten Resultierenden
zusammen.
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Diese Resultierende wird an jeder geneigten Rippenfläche erneut zum
Rippengrund abgelenkt, so daß die geneigten Stromfäden noch treppenförmig mehr und
mehr zum Rippengrund abgelenkt werden. Zugleich mischt sich diese Strömung mit den
an jeder Knickfalte entstehenden Wirbel. Damit wird der besonders heiße Rippengrund
durch das hohe Temperaturgefälle wirkungsvoll gekühlt.
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Zur Erzeugung ausreichender Wirbel und damit eines guten Wärmeübergangs
wird vorgeschlagen, daß die Länge einer Knickfalte etwa 6 bis 12 mm beträgt und
die Abweichung jeder Knickung von der geraden Strömungsrichtung bis etwa 18 ° abweicht.
Größere Winkelabweichungen der Knickfalten sollen ebenso zulässig sein.
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Um bei den verwickelten Formen des Zylinderkopfes mit teilweise vertikalen
und horizontalen Kühlrippen
der Kühlluft möglichst wenig glatte
Durchschnittsquerschnitte zu bieten, wird vorgeschlagen, daß bei senkrecht zueinander
angeordneten Kühlrippen das Rippenende der Kontur der querverlaufenden Kühlrippe
folgt.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
die geknickten Kühlrippen zur Lenkung der Strömungsrichtung entlang gekrümmter Strömungslinien
angeordnet sind.
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Durch diese Formgebung der Kühlrippen ist es möglich, den Kuhlluftstrom
von den Seiten des Zylinderkopfes abzulenken und zum sehr heißen Bereich in der
Zylinderkopfmitte zu führen.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Die Abb. 1 zeigt einen Horizontalschnitt durch den Zylinderkopf einer
stehenden Zylindereinheit einer luftgekühlten Hubkolbennaschlne oberhalb der Zylinderkopfbodenplatte.
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Die Abb. 2 zeigt die Form von parallelen Kühlrippen in perspektivischer
Darstellung.
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In Abb. 1 ist ein Zylinderkopf 1 für eine luftgekühlte ReSenmaschine
im Horizontalschnitt knapp oberhalb der Zylinderkopfbodenplatte 2 dargestellt. Die
horizontal verlaufenden Gaswechselkanäle für den Einlaß 3 und den Auslaß 4 führen
nach der Abluftseite des Zylinderkopfes 1, die zugleich eine Längsseite der Zylinderreihe
bildet.
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Die Zuströmseite der Kühlluft liegt den Kanalmündungen für den Ein-
und Auslaß 3, 4 gegenüber. Sie wird zum Teil durch eine angegossene Säule 5 mit
horizontalen Rippen abgedeckt, so daß sich der KUhlluftstrom in zwei Teile teilt.
Die beiden Kühlluftströme umfließen die Säule 5 und die hinter ihr angeordnete,
nicht näher dargestellte Einspritzeinrichtung. Die vertikal auf dem Zylinderkopfboden
2 angeordneten Kühlrippen 6 lenken die geteilten Kühlluftströme teilweise wieder
zur Zylinderkopfmitte, während der Rest an den Zylinderkopfseiten
zwischen
jeweils zwei Zylindereinheiten entlangströmt. Zwischen den Gaswechselkanälen 3,
4 ist der'thermisch besonders gefährdete Stegbereich zwischen den Ventilen mit vertikalen
Rippen 6 besetzt. Alle Rippen verlaufen gemäß der Erfindung in Strömungsrichtung
der Kühlluft wellenförmiggeknickt und parallel. Zugleich ist die Kante 9 einer jeden
Knickfalte 7 entgegen der Strömungsrichtung geneigt.
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Durch diese Neigung ist auch die Teilfläche der Kühlrippe, auf die
die Kühlluft auftrifft, geneigt, so daß sich für die strömende Kühlluft eine abwärts
zum Rippengrund gerichtete Komponente ergibt. Die zum Rippengrund gerichtete Komponente
bewirkt fUr einen Teil der Kühlluft eine Zwangsführung zum besonders heißen Rippengrund
und an der Knickfalte 7 eine zusätzliche Verwirbelung der Luftströmung.
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Durch diese Maßnahmen ergibt sich durch das hohe Wärmegefälle der
Kühlluft zum Rippengrund eine besonders intensive Kühlung, die durch die Wirbelbildung
an den Falten noch unterstützt wird. Die entgegen der Strömungsrichtung geneigten
Rippenflächen einer jeden Knickfalte ist, weil sie einen Teil der Kühlluft zum Rippengrund
ablenkt, jeder
herkömmlichen Verrrippung an Kühlwirkung überlegen.
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Besonders wirkungsvoll ist dies bei nebeneinander angeordneten Zylindereinheiten.
In diesen Fällen können bekanntlich aus Gründnn einer wirtschaftlichen Herstellung
die Kühlrippen benachbarter Zylinder einheiten nicht ohne Stoßfuge angeordnet werden.
In diesr Stoßfuge mit spitz auslaufenden Rippen geht erfahrlungsgemäß ein Teil der
Kühlluft ungenutzt verloren. Gemäß der Erfindung wird jedoch die zum Rippengrund
abgelenkte Kühlung auch an den Stoßfugen zu einer besseren Ausnutzung und damit
geringeren Kühlluftverlusten führen.
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Die Gaswechselkanäle 3, 4 sind, wie die Abbildung zeigt, an den Außenseiten
mit horizontalen Rippen 8 besetzt, die ebenfalls erfindungsgemäß wellenförmig geknickt
sind. Im Bereich der Zylinderkopfmitte, wo sich horizontal und vertikal verlaufende
Rippen 6, 8 gegenüberstehen, folgen die Rippenenden dem stetig geknickten Verlauf
der benachbarten Rippen, so daß keine glatten Durchgänge für die Kühlluft entstehen.
An den Außenseiten des Zylinderkopfes 1 haben die Rippenenden einen geradlinigen
Verlauf, damit die Stoßfuge zur nicht näher dargestellten benachbarten Zylindereinheit
möglichst klein wird.
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In Abb. 2 sind mehrere vertikal und parallel angeordnete Kühlrippen
6 perspektivisch dargestellt. Die Strömungsrichtung der Kühlluft ist durch Pfeile
gekennzeichnet. Die Kühlrippen 6 sind abwechselnd nach beiden Seiten unter einem
spitzen Winkel zur Strömungsrichtung der Kühlluft geknickt. Die Kante 9 jeder Knickfalte
ist entgegen der Strömungsrichtung geneigt und damit auch die Rippenfläche 10. Durch
diese Neigung wird die Strömungsrichtung der Kühlluft an jeder Rippenfläche zum
Rippengrund hin abgelenkt, so daß sich von Falte zu Falte eine mehr und mehr zum
Rippengrund gerichtete Strömungsrichtung ergibt. Diese Strömung mischt sich mit
den an jeder Kante einer Knickfalte entstehenden Wirbel, so daß auch bei großer
Rippentiefe bis zum Rippengrund eine intensive Kühlung erzielt wird.