-
Einstückiger Zylinder, insbesondere für Gasmaschinen Vorliegende Erfindung
bezieht sich auf einen einstückigen Zylinder, der insbesondere für Gasmaschinen
bestimmt ist und mit .einem. zwischen einer inneren und einer äußeren Zylinderwand
eingeschlossenen Kühlraum versehen ist.
-
. Die. Erfindung bezweckt eine solche Ausbildung derartiger Zylinder,
daß sie großen Temperaturschwänkungen standzuhalten vermögen und auch sonst große
konstruktive Festigkeit aufweisen. Die Erfindungszwecke werden dadurch erreicht,
daß die einander umschließenden Zylinderwände von einem bis zum anderen Ende des
Zylinders durchlaufend und nur in ihrem mittleren Teil, nicht aber an ihren Enden
starr miteinander verbunden sind, und zwar durch Längsrippen, so daß die über die
Längsrippen hinausragenden Enden völlig frei sind und sich demgemäß bei Temperaturschwankung@enohne
gegenseitige Beeinträchtigung auszudehnen und zusammenzuziehen yermögen.
-
Neben der Verbindung der Zylinderwände durch die erwähnten Längsrippen
im mittleren Teil können auch noch Verbindungsteile vorgesehen sein, welche eine
Verschiebung der Zylinderwände, in der Längsrich.-tung gestatten. Solche Verbindungsteile
können aus in gewissem Grade biegsamen Rippen oder aus Stehbolzen bestehen.
-
Um der Relativbewegung des inneren und des äußeren Zylindermantels
zueinander bei eintretender Temperaturschwankung Rechnung zu tragen, hat man bereits
vorgeschlagen, die an der inneren Zylinderwand sitzenden Ventilstutzen von der äußeren
Zylinderwand loszulösen und durch. eine freie öfF-nung in derselben hindurchzuführen,
wobei der verbleibende Ringspalt durch einen besonderen Dichtungsring abgedichtet
wurde. In diesem Falle blieb aber die übliche starre Verbindung der Zylinderenden
bestehen: Dadurch wurde die Erreichung des .erstrebten Zwecks zu einem erheblichen
Teil verfehlt. Es gibt bereits dopp.elwändige Zylinder, bei welchen. die beiden
Zylinderwände in ihrem mittleren Teil durch Längsrippen miteinander verbunden sind.
In diesem Falle bestand aber nur in beschränktem Umfange Doppelwandi,gk eit, nämlich
nur bezüglich des mittleren Zylinders, während die Zylinderenden; welche die Ventilstutzen
.enthielten, nur die Fortsetzung der äußeren Zylinderwandung im mittleren Teil.
des Zylinders darstellten, so daß bezüglich der äußeren Zylinderenden von einer
Doppelwandigkeit im eigentlichen Simne nicht gesprochen werden kann.
-
Demgegenüber bezieht sich die vorliegenda Erfindung auf einen .einstückigen
Zylinder, bei dem die inneren und die äußeren Zylinderwände durchlaufend von einem
Ende bis zum anderen angeordnet sind, so daß. der Vorteil der Doppelwandigkeit voll
in Erscheinung zu treten vermag.
-
Die Eifindung soll zur näheren Erläuterung an Ausführtuigsbeispielen
beschrieben werden, welche auf den Zeichnungen veranschaulicht sind.
Abb.
i ist ein mittlerer senkrechter Schnitt durch eineu Zylinder gemäß: der,
Erfindung, welcher .besonders für -Gasmaschinen ,geeignet ist.
-
Abb.2 zeigt in einer _Hälfte einen Schnitt und in der anderen eine
obere Aufsicht auf. den verbesserten Gasmaschinenzylinder.
-
Abb. 3 ist ein senkrechter ,Quersclmi,tt durch den Zylinder, wohei
die rechte Hälfte der Abbildung einen Schnitt durch den mittleren Teil des Zylinders
und die linke Hälfte einen Schnitt durch einen Endabschnitt des Zylinders darstellt.
-
Abb. ¢ zeigt in ihrem einen Teil einen Längsschnitt und in ihrem anderen
eine obere Aufsicht auf eine. abgeänderte Ausführungsform eines Gasmaschinenzylinders
gemäß -der Erfindung.
-
Abb.5 veranschaulicht in ihren beiden Hälften einen Schnitt durch
den mittleren und durch einen- Endabschnitt des in Abb. q. dargestellten Zylinders.
-
Abb. 6 veranschaulicht in der rechts und in der links liegenden Hälfte
Schnitte duich den mittleren und einen Endabschnitt .einer weiteren Ausführungsform
eines Zylinders gemäß der Erfindung.
-
Abb. 7 -zeigt ein Bruchstück von.- senkrechten Querschnitten duich
den mittleren und einen Endal)scbnitt einer weiteren Zylinderform._ - _ .
-
Bei der - ,Ausführungsform.- gemäß den Abb. i bis 3 besitzt der-Zylinder
eine innere Wand 2, welche die Verbrennungskammer i1 umschließt, und eine.-äußert
Wand 3, welche die innere Wand mit einem gewissen Abstande umgibt und mit ihr einen
ringförmigen Kühlraum 12 bildet. Die äußere Zylinderwand-3 besitzt= an ihren beiden
Enden oben und unten Öffnungen, denen sich Einlaß- und Auslaßstutzen q., - io anschließen,
welche an der inneren Wand 2 angegossen sind und den Kühlraum. 12 durchsetzen. Diä
Ventilstutzen q., io sind vorzugsweise nur in fester Verbindung mit der Innenwand
2, ohne jedoch auch an die Außenwand 3 angegossen zu, sein. . In dem Zylinderabschnitt,
der zwischen den Ventilstutzen q., io liegt,- befindet sich in dem Raum eine Reihe
von Längsrippen 5, welche sowohl an die Innen- als auch an dieAußenwand 'angegossen
sind und diese beiden Wände miteinander verbinden. Die Rippen 5 erstrecken sich
in der Längsrichtung des Zylinders und sind ziemlich dünn ausgeführt, so daß sie
seitlich. eine gewisse Biegung erfahren können. -Mit den Wänden 2; 3 sind auch mehrere
radial gestellte Abstandsrippen 6 sowohl an der Innenwand 2 als auch an der Außenwand3
angegossen. - Diese .sind nahe den Ventilstutzen q., iö angeordnet und ebenso wie
die Rippen 5 verhältnismäßig dünn und demgemäß -in der Längsrichtung der Zylinderachse
biegsam. Die Rippen 5 und 6 gestatten, obwohl sie den Kühlraum durchsetzen, freie
Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühlraum.
-
Wie in Abb. i bis 3 dargestellt, sind die Enden der Wände 2, 3 frei
von Teilen, die mit. ihnen zusammengegossen sind, und der Ringraum zwischen der
Innen- und Außenwand ist an -den Enden durch Platten 7 verschlossen. .Auch die ringförmigen
Öffnungen zwischen. -den äußeren Enden der Ventilstutzen ¢, 1 o und der äußeren
Zylinderwand 3 sind durch Platten 8 bzw. 9 verschlossen. Die VerschluBplatten 7,
8, 9 schließen den Kühlraum 12 ab, so daß das darin befindliche Kühlmittel, das
in beliebiger bekannterWeise zu und abgeführt werden kann, nicht entweichen kann.
-
Bei der Ausführungsform nach Abb. ¢ und.5 ist die innere Zylinderwand
mit 13 bezeichnet und umschließt die Verbrennungskammer 21. Dieselbe wird von einer
Außenwand 14 im Äbstande von der Innenwand umschlossen, welche mit der Innenwand
einen Kühlraum 22 bildet. Die äußere Wand 14 besitzt eben und unten Öffnungen, denen
sich Einlaß- und Auslaßventilstutzen 15,bzw. .i9 anschließen, welche an die Innenwand
13 angegossen sind und den -Kühlraum 22 durchsetzen. Die Ventilstutzen 1-5, i9 -sind
vorzugsweise nur an die Innenwand 13,- nicht :aber an die Außenwand 14 angegossen.
Mit beiden Wänden 13,14 zusammengegossen sind zwischen den Ventilstutzen 15, 19
in der . Längsrichtung verlaus fende Rippen-16 angeordnet. Die Rippen 16 s EI
' d verhältnismäßig dünn, so daß sie seitlich.
-
zu federn vermögen.. Nahe den Ventilstutzen 15, -19 sind -Stehbolzen
.17, angeordnet, welche die Innen- -und Außenwand 13, 14 miteinander verbinden-und
eine gewisse Seitenbiegung zulassen ,@ und, auf diese Weise eine Ausdehnungsbewegung
-der Zylinderwände 13, 14 gegeneinander ermöglichen.
-
Die Rippen i 6-und die Stehbolzen 17 schaffen nur eine nachgiebige
Verbindung zwischen der inneren und der .äüßeren-Zylinderwand, ohne jedoch- die
Zirkulation .des .Kühlmittels durch den Kühlraum- zu verhindern. Die äußersten Enden
der inneren- und der äußeren Zylinderwand können- durch dünne Abschlußwände 18 verschlossen
sein, welche mit den Zylinderwänden- zusammenhängen, aber eine gewisse Biegsamkeit
in der Längsrichtung der Zylinderachse.besitzen. Die Ringspalten =zwischen - den
.äußeren Enden det Ventilstutzen 15, 19 und den Rändern -,der-Öff_nungen in der
äußeren Zylinderwand können durch Platten verschlossen sein, wie sie .bei der Ausführungsform
gemäß. Abb. 1 bis- 3 -vorgesehen wären. Die Wände 13, i q. können mit Zündkerzenöffnungeh
äo
versehen sein, =wie- auf der Zeichnung (Abb.5) angedeutet: Bei der Ausführungsform
gemäß Abb.6 bildet eine innere Wand 23 die Verbrennungskammer 3 i und ist durch
eine in einem Teil polygonal und. im anderen wesentlich zylindrisch dargestellte
Wand 24 bzw. 3o umschlossen, unter Bildung -eines Kühlraumes 32 zwischen beiden
Wänden. In dem Abschnitt mit zylindrisch " gestalteter Außenwand ist diese unten
und oben mit Öffnungen versehen, in welche die Einlaß- und AuslaßventilstUtZen 25,
28 hineinragen, welche an die Innenwand 23 angegossen sind und -den Kühlraum 32
durchsetzen. Die Ventilstutzen 25, 28 stehen nicht in- direkter Gußverbindung mit
der äußeren Zylinderwand 3o und die Ringspalten zwischen ihnen und den Rändern der
Öffnungen in der äußeren Zylinderwand können gemäß Abb. t durch aufgelegte Verschlußplatten
verschlossen werden. Auf der rechten Hälfte der Abb.6 sind die beiden Zylinderwände
23, 24 durch mit ihnen aus einem Stück gegossene radial angeordnete Rippen 26 verbunden,-
welche an die Außenwand in den Mitten der flachen Zylinderwandä:bschnitte angesetzt
sind. Diese Rippen erstrecken sich in der Längsrichtung des Zylinders und sind seitlich
federnd. Auf der linken Seite 'der Abb. 6 sind zur Verbindung der inneren und der
äußeren Zylinderwand nahe den Ventilstutzen 25,28 Stehbolzen 27 vorgesehen,
welche seitlich biegsam sind: Die Rippen 26 und die Stehbolzen 27 stellen nur die
nachgiebige Verbindung zwischen der inneren und der äußeren Zylinderwand
dar, ohne jedoch die freie Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühlraum zu stören.
Die Enden der inneren und der äußeren Zylinderwand 23, 24 können getrennt gehalten
werden, wie -in Abb. r angedeutet, oder durch Endwände miteinander verbunden
sein, wie in Abb. 4 dargestellt. Auch können in den Zylinderwänden Öffnungen 29
zum Einsetzen von Zündkerzen vorgesehen sein.
-
Bei der in Abb.7 dargestellten Ausführungsform bildet die innere Zylinderwand
33 eine Verbrennungskammer 41 und ist von einer teils gezahnten und teils wesentlich
zylindrischen Wand 34 umschlossen, welche sich im Abstande von der Innenwand befindet
und mit ihr einen Kühlraum 42 bildet. Die zylindrischen Endabschnitte 4o der äußeren
Wand 34 sind mit oberen und unteren öffnungen und Einlaß- und Auslaßventilstutzen
35 versehen, welche letzteren an die Innenwand 33 angegossen sind und sich durch
den Kühlraum hindurch in Öffnungen der äußeren Zylinderwand 4o hinein erstrecken.
- Die Ventilstutzen 3 5 stehen außer Gußverbindung mit der äußeren Zylinderwand
40, und die Ringspalten zwischen- den Ventilstützen und den Rändern der Öffnungen
in der äußeren Zylinderwand- können durch Platten -verschlös= sen werden, wie für
die bereits beschriebene Ausführungsform angegeben.
-
'- Eine Reihe von radial gestellten Rippen 36 verbindet, die innere
Zylinderwand mit den am weitesten nach innen vorspringenden Teilen des gezahnten
mittleren Abschnittes der äußeren Zylinderwand 34. Diese Rippen erstrecken sich.
in der Längsrichtung des Zy, linders und sind seitlich biegsam. Nahe .den Ventilstutzen
35 sind die beiden Zylinderwände durch .Stehholzen 37 miteinander -ver-: Bunden,
die ebenfalls seitlich biegsam sind: Die Rippen 36 und die Stehbolzen 37 wir-. ken
so zusammen, daß. sie die beiden-Zylinderwände 33, 34 zwar in nachgiebiger Weise
miteinander verbinden, ohne jedoch die Bewegung des Kühlmittels durch den Kühlraum
zu unterbinden. -Die Enden der inneren. und äußeren Zylinderwände 33, -34 können
getrennt gehalten sein, wie in Abb. r angedeutet, öder auch miteinander durch eine
Endwand verbunden sein, wie 'in Abb. 4 dargestellt. Auch können in den Zylinderwänden
öffnüngenM 39 zum Einsetzen von Zündkerzen vorgesehen sein.
-
Wenn die beschriebenen und dargestellten Zylinder bei Brennkraftmaschinen
oder-Gasmaschinen benutzt werden, dann haben -die Explosionen bzw. die Verbrennung
der Gase die Wiirkung, da.ß die Innenwände ganz außerordentlich hoch erhitzt werden..
Uni die Erhitzung herabzusetzen, wird ein Kühlmittel, wie z. B. Wasser, durch den
-Kühlraum geleitet, was zur Folge hat, _daß starke Ternperaturdifferenzen zwischen
der Innen- und der Außenwand auftreten. Da die Explosionen periodisch- erfolgen,
tritt abwechselnde Erhitzung und Abkühlung der Innenwand ein. Die Temperatur kann
auch schwanken in Abhängigkeit von den Schwankungen in der . Zusammensetzung des:
explosiven Gemisches. -Um zu: vermeiden, daß der Zylinder infolge dieser Tempetaturschwankungen
und der Verschiedenheit der Temperaturen zwischen der Innenwand und der Außenwand
zerstört- wird, ist es wünschenswert, die Möglichkeit zu schaffen, daß, sich die
Wände unabhängig voneinander ausdehnen und zusammenziehen können. Infolge der starken
Drücke, welche in @ den Verbrennungskammern solcher Zylinder auftreten, ist es
je-
doch notwendig, die Außenwand zur Abstützung der Innenwand -zu benutzen.
-
Wegen der komplizierten Form des in Frage kommenden Gußstückes wird
das Gießen derartiger Zylinder auch dadurch erschwert, daß in den verschiedenen
Teilen
des Gußstückes ungleiche 'Spannungen - auftreten. Die äußere.
und die innere Zylinderwand können sich verschieden schnell abkühlen, wodurch-.erhebliche
. Spannungen in den diese Wände verbindenden Teilen -auftreten. Alle Verbindungsteile
zwischen der äußeren und der inneren.Zyljnderwand sollten daher hinreichend federnd
sein, um eine Relativbewegung der Wände zueinander sowohl während der Herstellung
als auch während des Betriebes zuzulassen.
-
Es ist klar, daß bei der -in den Abb. i bis 3 dargestellten Ausführungsform
der Erfindung die innere lind die äußere Zylinderwand. sich unabhängig voneinander
ausdehnen und zusammenziehen können. Die nach der Seite hin biegsamen Längsrippen
5 gestatten eine Verlagerung der Zylinderwände 2, 3 im mittleren Teil. des Zylinders,
während die biegsamen Organe 6 eine Bewegung der Zylinderwände relativ zueinander
an den Zylinderenden ,ermöglichen. -Die Ventilgehäusestutzen 4, i o, welche nicht
an die äußere Zylinderwand 3 -angegossen sind, gestatten ebenfalls eine freie Bewegung
der Wände mit Bezug aufeinander in beliebiger Richtung, ohne da:ß eine .Zerstörung
des -Gußstückes zu befürchten ist.
-
Auch bei den in den Abb. 4, 5, 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen
ist eine Relativbewegurig zwischen der inneren und der äußeren Zylinderwand- augenscheinlich:
möglich. Die biegsamen Rippen 16, 26, 3 6 gestatten - die Relativbewegung
der. inneren und äußeren Zylinderwand im- mittleren Zylinderteil, -während die elastischen
Stehbolzen 17, 27, 37 eine Relativbewegung dieser Wände um ihre Achse und
in - Richtung derselben an den- Zylinderenden zulassen. Wie im Falle der bb, i sind
auch bei den Ausführungsformen -nach den Abb. 4 bis 7 die Ventilgehäusestützen
15, 19, 25, 28, 35 nicht an der äußeren Zylinderwand angegossen, so daß auch
sie die Bewegung der Zylinderwände relativ zueinander nicht stören. Die tangentialen
Rippen 16 gemäß Abb. 5. dienen in erster Linie .zur- Abstützung der Zylinderwände
gegeneinander und verursachen eine Relativbewegung der Zylinderwände um die Zylinderachse,
wenn die Rippen 16 sich ausdehnen oder zusammenziehen. . Bei der polygonalen Form
der äußeren Zylinderwand gemäß Abb. 6 erzeugt . die Ausdehnung , der Rippen 26 die
Wirkung; die ebenen Seitenflächen des Polygons nach außen durchzubiegen, während
eine Zusammenziehung . der Rippen 26 diese Wandteile wieder eben macht. Bei - der
gezahnten -Form -der äußeren Zy: linderwand, welche in Abb. 7 dargestellt äst, wird
die Spannung, welche- sich aus einer Ausdehnung oder Zusammenziehung,der Rippen
36ergibt, an den- am weitesten ausladenden Zahnspitzen aufgenommen.
-
Es ergibt sich hiernach, daß die gemäß -der Erfindung hergestellten
Zylinder alle Spannungen aufnehmen und _ aushalten können, welche entweder während
der Herstellung der Zylinder oder während ihres- Betriebes auftreten: Die Verbindungsteile
-zwischen den beiden Zylinderwänden stützen die innere Zylinderwand gegen 'übermäßigen
Druck ab, ohne die Zirkulation des 'Kühlmittels durch. den Mantelraum zu stören.
Die Ventilgehäusestutzen können - sowohl an die innere Zylinderwand als auch an
die äußere angegossen seip.; es .empfiehlt sich jedoch , sie an die innere Zylinderwand
anzugießen, um zu vermeiden,, daß das Kühlinittel in die Verbrennungskammer gelangt.
-
Die Erfindung ist nicht auf die KonstruktionseInzslheiten beschränkt;
welche sich aus der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbe@spielen. ergeben,
sondern kann in mannigfacher Weise abgeändert -werden, ohne daß das Wesen der-Erfindung
verlassen wird-