DE971024C - Fuer thermisch hochbelastete Kolbenmaschinen bestimmter Zylinder mit einem aus Leichtmetall bestehenden Mantel und einer in diesen eingegossenen oder eingepressten Laufbuechse - Google Patents

Description

• Für thermisch hochbelastete Kolbenmaschinen bestimmter Zylinder mit einem aus Leichtmetall bestehenden Mantel und einer in diesen eingegossenen oder eingepreßten Laufbüchse Bei allen thermisch hochbelasteten Kolbenmaschinen und in besonders .starkem ,Maße bei luftgekühlten Brennkraftmaschinen wund 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.
• Durch die Verwendung von Leichtmetallen mit guter Wärmeleitfähigkeit als Zylinderbaustoff konnte 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 GrauguB oder Stahl, gebildet sind, immer noch recht erhebliche Temperaturunterschiede zwischen dem kopfseitigen und dem kurbelwellenseitigen Büchgenende vor, welche ungleichmäßige Maßänderungen bewirken und bei mit ungenügender überdeckung in den Leichtmetallmantel eingefügten Büchsen auch zur Lockerung derselben führen können.
• 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 Büchsenaußendurchmesser über die Länge oder über die Länge und den Umfang der Büchse verschieden 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 formschlüssige, und festen Sitz von in Leichtmetallzylinder eingeschrumpften Grauguß- und Stahlbüchsen dadurch zu gewährleisten, daß die aneinander anliegenden Flächen der Büchsen und/oder Zylinder eine sich von den beiden Enden zur Mitte hin konisch verjüngende odererweiternde 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 kühlerer entgegengewirkt wird, findet dadurch nicht statt.
• Ein weiterer, bekanntgewordener Vorschlag, welcher darin besteht, bei einem luftgekühlten Brennkraftmaschinenzylinder mit .aufgeschrumpftem Rippenmantel die Querschnitte des äußeren Schrumpfkörpers entsprechend der Betriebstempe-, ratur der Laufbüchse gegen den Zylinderkopf zu größer zu machen, se daß die im fertig bearbeiteten Zustande eingeschrumpfte Laufbüchse 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 Wärmeausdefnung der heißeren Büchsenzonen ergeben, durch Variierung der Auswirkungen des Schrumpfdruckes zu vermeiden, dabei wird aber keine Vergleichmäßigung 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 dein. Mantel des einzubauenden Kolbems vorzusehen, da ja der letztere in jedem Betriiebszustande in der Lage sein muß, auch die engste Stelle des Zylinders zu passieren.
• 'Die Erfindung bezieht sich nun ebenfalls auf Zylinder, welche für thermisch hochbelastete Kolbenmaschinen, insbesondere für luftgekühlte Brennkraftmaschinen, bestimmt sind und einen aus Leichtmetall bestehenden Mantel mit einer £n diesen eingegossenen odereingeschrumpften Laufbüchse aufweisen, deren Werkstoff einen kleineren Wärmedehnungsbeiwert als das Leichtmetall hat und bei denen das Verhältnis der Wandstärke des Leichtmetalhna:ntels zu derjenigen der Büchse an verschiedenen Stellen des Zylinders verschiedenartig ist. Sie betrifft aber im Gegensatz zu dem zuletzt besprochenen Vorschlag eine derartige Ausführungsfarm 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 wesentliehen zylindrisch bleibt. Es soll also .erreicht werden, daß die radiale Wärmeausdehnung des Zylinders ungeachtet der unterschiedlichen Betriebstemperaturen vergleichmäßi;gt wird.
• 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 angeordneten 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.
• 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 elastisdhe 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 Spannungenentsprechend der temperaturbedingten 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 Variierung des von der Büchse aufzunehmenden Verformungsanteils weitgehend beeinflussen, und man kann sie insbesondere dadurch vergleiclunäßigen, daß man den von der Büchse aufzun ehmenden Verformungsanteil dort steigert, wo das natürliche Dehnungsbestreben relativ klein ist, also an den Stellen mit niedriger Betriebstemperatur.
• Vorzugsweise wird man auch das in das Kurbelgehäuse hineinragende Büchsenende in an sich bekannter Weisse mit einem unter Schrumpfdruck anliegenden Mantel aus einem Werkstoff mit größerem Wärmedehnungsbeiwert als dem des Büchsenwerkstoffes versehen, um die vorteilhafte Wirkung auch auif diesen besonders kühlen Zylinderteil zu erstrecken und dadurch das Klemmen des im Zylinder laufenden Kolbens in dieser Zone bei höheren Temperaturen zu vermeiden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Für thermisch hochbelastete Kolbenmaschinen, insbesondere für luftgekühlte Brennkraftmaschinen, bestimmter Zylinder mit einem aus Leichtmetall bestehenden Mantel und einer in diesen eingegossenen oder eingeschrumpften Laufbuchse, deren Werkstoff einen kleineren Wärmedehnungsbeiwert aufweist als das Leichtmetall, wobei das Verhältnis der Wandstärke des Leichtmetallmantels zu derjenigen der Büchse an verschiedenen Stellen des Zylinders verschieden groß ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärken von Mantel und Büchse und damit auch deren durch die Schrumpfspannung (im kalten Zustand gemessen) bewirkte, elastische Durchmesserveränderung (Vorstauchung der Büchse, Vordehnung des Mantels) derart gewählt sind, daB - .gemessen an verschiedenen Höhenstellen des Zylinders, und zwar beim kopfseitigen Zylinderende angefangen und in Richtung des kurbehvellenseitg angeordneten 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.
2. 2. Zylinder nach Anspruch. i, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein 1n das Kurbelgehäuse hineinragendes freies Ende der Laufbüchse snit einem unter Schrumpfdruck anliegenden Mantel aus einem Werkstoff mit größerem Wärmedehnungsbeiwert als dem des Büchsenwerkstoffes versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 347 300, 577 185, 841 246; österreichische Patentschrift Nr. 162 088; britische Patentschriften Nr. 117596, 127856, 555 639: französische Patentschriften Nr.776 i87, 934637.