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Publication number: DEK0013897MA
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 16. April 1952 Bekanntgemacht am 5. Juli 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft einen einteiligen luftgekühlten Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen, welcher Ventile für den Ein- und Auslaß und einen Kühlkanal über dem Steg zwischen dem Ein- und Auslaßventil enthält.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Zylinderkopfboden des Zylinderkopfes von Biegespannungen durch die Befestigungsschrauben z.u entlasten, und zwar auf eine Art und Weise, bei der die Kühlung des' Steges zwischen dem Ein- und Auslaßventil in besonders vorteilhafter Weise möglich ist. Diese Aufgabe wird; dadurch gelöst, daß oberhalb des Kühlkanals, ein starker biegesteifer Rahmen vorgesehen ist, an dem die Befestigungsschrauben an-, greifen und der eine Durchtrittsöffnung für die Kühlluft frei läßt. Die Bohrungen für die Befestigungsschrauben sind durch den Rahmen hindurchgeführt,, so daß sich die Schraubenmuttern bzw. die Köpfe der Schraubenbolzen gegen den Rahmen abstützen.

Bei einem bekannten Zylinderkopf hat man die auf dem Umfang und auf der Oberfläche desselben befindlichen senkrechten Kühlrippen so mit den Flanschen für den Ein- und. Auslaß zusammengegossen, daß eine gewisse Versteifung des Zylinderkopfes erreicht wird. Diese Versteifung ist jedoch nicht ausreichend. Sie dient auch nicht zum Angriff der Befestigungsschrauben und läßt keine zentrale Öffnung für den Zutritt von Kühlluft zum Steg zwischen den Ventilen frei,. Im Gegensatz, hierzu

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geht die neue Erfindung von einem Zylinderkopf aus, der über dem Steg zwischen dem Ein- und Auslaßventil einen Kühlkanal aufweist. Ein solcher ist"bei dem bekannten Zylinder nicht vorhanden.
5·,. In der Zeichnung ist eine .Ausführungsform der Erfindung beispielsweise" dargestellt.

Abb. ι zeigt einen¹ luftgekühlten Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen von der Seite gesehen;

Abb. 2 zeigt den Zylinderkopf nach Abb. ι von

ίο oben;

Abb. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie III-III in Abb. ι;

Abb. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Abb. ι; ■

Abb. 5 und 6 zeigen Schnitte nach den Linien V-V bzw. VI-VI in Abb. i. ■ · ■; · ^:

Der in den Abbildungen dargestellte Zylinderkopf ist ein solcher für eine Viertakt-Dieselmaschine, die mit einer vom Arbeitszylinder getrennten Brennkammer arbeitet. Sie ist mit ι bezeichnet. Die Brennkammer ι ist mit dem Arbeitszylinder über einen durch den Zylinderkopfboden 2 hindurchgeführten Schußkanal 3 verbunden. Neben-der Brennkammer enthält der Zylinderkopf noch die Ventile für den Ein- und Auslaß. Die Ventile selbst sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Jedoch sind aus der Abb. 4 die in der Zylinderbodenfläche liegenden öffnungen.4 und 5 für den Ein- bzw; Auslaß zu erkennen, die von den Ventilen gesteuert werden. An die öffnungen 4 und 5 schließen sich die Pfeifen 6 und 7 für den Ein- bzw. Auslaß an; Die Pfeifen"6 und'7^;"sind nach der von der Brennkammer ι abgewandten Seite des Zylinderkopfes zu umgebogen und münden an dieser Seite aus. Der

Zylinder weist die Besonderheit auf, daß: bei ihm in einem Abstand vom Zylinderkopfboden 2 ein mit den Pfeifen 6 und 7 und auch mit der Wandung 8 der Brennkammer 1 zusammengegossener starker Rahmen 9 vorgesehen, ist, über den der Zylinderkopfboden 2 gegen den Zylinder gespannt wird. Die Bohrungen 10 für die Befestigungsschrauben sind durch den Rahmen 9 geführt, so daß sich die Schraubenmuttern 11 bzw. die Köpfe der Schraubenbolzen gegen den Rahmen 9 abstützen.

Der Rahmen 9 ist so stark ausgebildet, daß er alle durch die Befestigungsschrauben hervorgerufenen mechanischen Beanspruchungen aufnimmt, so daß der Zylinderkopfboden unverspannt gegen den Zylinder gedrückt wird. Die Zylinderkopfdichtung erfährt rundum eine gleichbleibende spezifische Flächenpressung. Um eine gute Verbindung zwischen dem Rahmen 9 und dem Zylinderkopf boden 2 herzustellen, sind noch besondere Abstützungen 12 für den Rahmen 9 vorgesehen. . , '

Die Fernhaltungvon Biegespannungen irh Zylinderkopfboden 2 durch den Rahmen 9 ist' insbesondere vorteilhaft für den zwischen den Öffnungen 4 und 5 vorhandenen, hohen ' Betriebstemperaturen ausgesetzten- Steg 13, der,'wie die Erfahrung gezeigt hat, sehr leicht reißt, so daß der'Zylinderkopf unbrauchbar wird. Der Steg 13 ist jedoch nicht allein gefährdet. So muß dem ganzen zwischen^der

"' Brennkammer ι und den. Ventilen liegenden Teil des Zylinderkopf bodens.imbezuig auf die Kühlung be- .'. sondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Es ist deshalb, damit die Erfindung vollendet ist, dier Rahmen 9 so steif ausgeführt, daß er eine Durchtrittsöffnung 14 für Kühlluft bilden, kann und auch bildet, welch letztere zwecks intensiver Kühlung des Steges 13 (und im vorliegenden Beispielsfalle auch des Teiles des Zylinderkopfbodens 2 zwischen der Brennkammer 1 und den Ventilen) von außen herangeführt wird, durch die Öffnungen 14 strömt und in Richtung auf den Zylinderkopfboden 2 zu gegen den Steg 13 und dessen unmittelbare Umgebung bläst, dort umgelenkt wkd und durch Kanäle im Zylinderkopf nach den Seiten abströmt. Um eine zweckentsprechende Gestaltung der Durchtrittsöffnung 14 zu erhalten, kann der Rahmen 9 mit einer den übrigen Teil des Zylinderkopfbodens 2 überdeckenden Platte 15 zusammengegossen sein, die über dem zwischen der Brennkammer 1 und den Ventilen liegenden Teil des Zylinderkopfbodens die Eintrittsöffnung 14 für Kühlluft aufweist.

Bei dem dargestellten Zylinderkopf sind die Brennkammer 1 und die Ventile für den Ein- und Auslaß im Dreieck zueinander angeordnet. Demzufolge bilden die Brennkammer 1 und die Pfeifen 6 und 7 für den Ein- und Auslaß drei nach den Außenseiten des Zylinderkopfes austretende Kühlluftkanäle ί6, ιγ und 18, die unten durch den Zylinderkopfboden 2 und oben durch den Rahmen 9 begrenzt werden. Von der gegen den Zylinderkopf geblasenen Kühlluft strömt ein großer Teil durch die Öffnung 14 ein und "bläst gewissermaßen" in 95" senkrechter Richtung gegen den Steg 13, so daß dieser außerordentlich gekühlt wird, und zwar von Kühlluft, die vorher keine Erwärmung an anderen Teilen des Zylinderkopfes erfahren hat. Der Rahmen 9 hat also die vorteilhafte Doppelwirkung — und in letzterer ist das Wesen der Erfindung zu sehen -^-, daß er . den Zylinderkopfboden 2, insbesondere dessen Steg 13, von mechanischen Beanspruchungen'entlastet und die Möglichkeit einer günstigen Kühlluftführung für den Steg 13 schafft. Der ,Steg 13 wird somit in zweifacher Hinsicht entlastet, so daß er eher imstande ist als bisher, den an ihn gestellten Forderungen während des. Betriebes der Brennkraftmaschine zu entsprechen.

Da die Auslaßpartie' des Zylinderkopfes am no meisten erwärmt wird, ist der , Querschnitt des zwischen den Pfeifen 6 und 7 liegenden Kühiluftkanals 16 größer als der Querschnitt eines der beiden anderen Kühlluftkanäle 17 und 18. Zwecks Verbesserung der Kühlung der gefährdeten Teile des Zylinderkopfbodens 2 sind in den drei Luftkanälen 16, 17 und 18 auf dem Zylinderkopfboden 2 stehende Kühlrippen angeordnet. Die Kühlrippen 19 und 20 in- ' den -einander gegenüberliegenden Kanälen 17 und 18 sind im Bogen über denStegi3 hinweg zum Kühlkanal 16 zwischen- den Pfeifen 6 und" 7 und durch diesen Kanal hindurchgefuhrt. Zur Verbesserung der Kühlung-der Pfeife 7 für den Auslaß ist diese an ihrer Wand 21, die zur Begrenzung der Kühlluftkanäle 16 und 18 dient, mit Kühlrippen 22 unid-23 besetztMm Küihlluftkanal 18.

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sind mehr Kühlrippen angeordnet als im Kühlluftkanal 1-7. Zur Verbesserung der Kühlung der Brennkammer ι hat diese in bekannter Weise an ihrer Wand 8, die zur Begrenzung der Kühlluf tkanäle 17 und 18 dient, Kühlrippen 24.

Bei dem in den Abbildungen dargestellten Zylinderkopf ist die Brennkammer 1 in der Anblaserichtung des Hauptkühlluftstromes angeordnet. Die gegen die Brennkammer 1 blasende Kühlluft wird durch eine entsprechende Führung von Leitrippen 25 und 26 in Höhe des Rahmens 9 an beiden Seiten des Zylinderkopfes vorbeigeleitet. Dadurch ^; besteht die Möglichkeit, daß die aus den Kühlluftkanälen 17 und 18 austretende Kühlluft ebenfalls durch eine entsprechende Führung der Leitrippe 25, wie bei 27 dargestellt ist, getrennt von der Kühlluft, die gegen die Brennkammer 1 bläst, an den Seiten des Zylinderkopfes vorbei abgeleitet wird. Zur weiteren Verbesserung der Kühlung' der Pfeife 7 für den Auslaß ist dieselbe dort, wo die Kühlluft aus der Hauptanblaserichtung gegen die Brennkammer 1 vorbeiströmt, noch mit Kühlrippen 28 besetzt. Eine weitere Verbesserung der Kühlung der ,Pfeife 8 für den Auslaß ist dadurch hergestellt, daß oberhalb des Rahmens 9 ein Teilkühlluftstrom um die Pfeife 7 herum nach der Seite des Zylinderkopfes geführt wird. Es ist zu diesem Zweck im Rahmen 9 oben eirie Vertiefung 29 eingearbeitet.
Über dem Zylinderkopf befindet sich bei der zusammengebauten Brennkraftmaschine eine auf dem Zylinderkopf befestigte Schale zur Umhüllung und Lagerung der Kipphebel, die zur Betätigung · der Ventile dienen. Die Kipphebel werden über Stoßstangen betätigt, die von einer im Kurbelgehäuse liegenden Nockenwelle aus angetrieben werden und durch Öffnungen 32 des Zylinderkopfes bis in die Schale hinein hochgeführt sind. Die nach der von der Brennkammer 1 abgewandten Seite des Zylinder- ' kopfes herausgeführten Pfeifen 6 und 7 sind an ihrer Mündung je mit einem Flansch 30 bzw. 31 versehen, der zum Anschluß von Rohrleitungen dient. Der Zylinderkopf ist vorzugsweise ein solcher für eine Brennkraftmaschine, bei der mehrere Zylinder in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind. In Abb. 4 ist strichpunktiert angedeutet, wie die Zylinderköpfe solcher Brennkraftmaschinen aneinandergrenzen. Zur Heranführung des Kühlluftstromes an den Zylinderkopf bzw. die Zylinderköpfe sind diese selbstverständlich in bekannter Weise noch mit Kühlluftleitblechen umgeben.

Die Erfindung ist nicht auf den in den Abb. 1 bis 6 dargestellten Zylinderkopf beschränkt. Sie ist bei allen Zylinderköpfen mit Vorteil anwendbar, die einen hohen Temperaturen ausgesetzten Steg oder mehrere solcher Stege aufweisen, wie dies z. B. bei Viertakt-Brennkraftmaschinen, die mehr als je ein Ventil für den Ein- und Auslaß oder bei Z\veitakt-Brennkraftmaschinen, die ein Ventil und eine Brennkammer im Zylinderkopf haben, der . Fall ist.

Die· Erfindung ist hauptsächlich bei luftgekühlten Zylinderköpfen aus Leichtmetall anwendbar. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, daß die Erfindung auch vorteilhaft für Zylinderköpfe ist, die aus einem anderen Werkstoff bestehen.

Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird bemerkt, daß für die Gegenstände der' Unteransprüche ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Patentanspruch 1) losgelöster Schutz nicht begehrt ist.

Claims

PaTENTANSPBÜCHE:

1. Einteiliger luftgekühlter Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen (vorzugsweise mit einer mit dem Arbeitszylinder verbundenen Brennkammer), welcher Ventile für den Ein- und Auslaß und einen Kühlkanal über dem Steg zwischen dem Ein- und Auslaßventil enthält, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Kühlkanals ein starker biegesteifer Rahmen (9)^: vorgesehen ist, an dem die Befestigungsschrauben angreifen und der eine Durchtrittsöffnung (14) für die Kühlluft frei läßt.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (10) für die .Befestigungsschrauben durch den Rahmen (9) geführt sind.

3. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (9) zusätzlich gegen den Zylinderkopfboden (2) abgestützt ist.

4. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis ,3, der eine Brennkammer und zwei Ventile für den Ein- und Auslaß enthält, dadurch gekennzeichnet, daß Lufkanäle (16, 17 und 18) zwischen den beiden Pfeifen (6 und 7) für den Ein- und Auslaß und zwischen diesen und der Brennkammer (1) nach außen geführt sind.

5. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des zwischen den Pfeifen (6 und 7) für den Ein- und Auslaß liegenden Kühlluftkanales (16) größer ist als der Querschnitt eines der beiden anderen Kühlluftkanäle (17 und 18) zwischen der Brennkammer (1) und den Pfeifen (6 und 7)

für den Ein- bzw. Auslaß. /

6. Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den drei nach den Außenseiten des Zylinderkopfes führenden Kühlluftkanälen (16, 17 und 18) auf dem Zylinderkopf boden (2) stehend Kühlrippen (19 und 20) angeordnet sind.

7. Zylinderkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Zylinderkopfboden (2) stehenden Kühlrippen (19 und 20) der einander gegenüberliegenden Kühlluftkanäle (17 und 18) zwischen der Brennkammer

(1) und den Pfeifen (6 und 7) für den Ein- und Auslaß im Bogen über den Steg (13) hinweg zu dem Kühlluftkanal (16) zwischen den Pfeifen (6 und 7) laufen und durch diesen Kanal (16) hindurchgeführt sind.

8. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfeife (7) für den Auslaß an ihrer Wand (21), die zur Be-

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grenzung der Kühlluftkanäle (16 u,nd 18) dient, mit Kühlrippen (22 und 23) besetzt ist.

9. Zylinderkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kühlluftkanal (18) zwischen der Brennkammer (1) und der Pfeife (7) für den Auslaß, mehr Kühlrippen angeordnet sind als in dem Kühlluftkanal (17) zwischen dem Brennraum (1) und der Pfeife (6) für den Einlaß.

10. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1) an ihrer Wand (8), die zur Begrenzung der Kühlluftkanäle (17 und 18) dient, mit Kühlrippen (24) besetzt ist..

11, Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 10, bei dern die Brennkammer in der An-■ blaserichtung des Hauptkühlluftstromes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Kühlluftkanälen (17 und 18) zwischen der Brennkammer (1) und den Pfeifen (ß und 7) für den Ein- bzw. Auslaß austretende Kühlluft durch eine Leitrippenführung (27, 25) getrennt von derjenigen Kühlluft abgeleitet wird, die gegen die Brennkammer (1) bläst.

12. Zylinderkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen die Brennkammer (1) blasende Kühlluft durch Leitrippenführungen (25, 26) in der Höhe des Rahmens (9) an beiden Seiten des Zylinderkopfes vorbei abgeleitet wird· "

13. Zylinderkopf nach Anspruch ii, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfeife (7) für den Auslaß an der Seite des Zylinderkopfes dort, wo die Kühlluft aus der Hauptanblaserichtung gegen die Brennkammer (1) vorbeistxömt, mit Kühlrippen (28) besetzt ist

14. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Rahmens (9) ein Teilkühlluftstrom um die Pfeife (7) für den Auslaß herum nach der Seite des Zylinderkopfes geführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift »Das Motorrad«, Heft 4, 195 ij S; 99.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen