Titel: MÜLLER, Die Wärmeverteilung in den Dieselmotoren.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1928, Band 343 (S. 233–240)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj343/ar343063

Die Wärmeverteilung in den Dieselmotoren.

Regierungsbaumeister a. D. R. W. Müller, Witten, Ruhr.

Zweck und Wesen der Untersuchung war die Ermittelung der Wärmeverteilung in Dieselmotoren, die sich ergebenden Wärmespannungen genau festzulegen und die erlangten Werte, die für die konstruktive Beherrschung der Wärmespannungen in Verbrennungsmotoren eine wesentliche Voraussetzung bilden, für die Betriebssicherheit dieser Motoren nutzbar zu verwerten. Hierbei kommt in erster Linie die Kenntnis des Temperaturverlaufs in den Zylinderwandungen in Frage, sodann muß eine Berechnung der Wärmespannungen auf Grund der gegebenen Temperaturverteilung durchführbar sein. Im folgenden wird zunächst die theoretische Seite kurz besprochen und daran anschließend über eingehende Temperaturmessungen an einem Sulzer Zweitaktmotor berichtet. Dabei wurden die Temperaturen an den zummeist die Aufmerksamkeit fesselnden Stellen der Zylinderwandung auf thermo-elektrischem Wege gemessen und sowohl im Deckel- und Zylindereinsatz, wie auch im Kolbenring und Kolben die Temperaturschwingungen während eines Arbeitsspieles photographisch aufgenommen. Diese durch die eingehende Untersuchung über die Wärmeverteilung in den Dieselmotoren erhaltenen Ergebnisse haben wichtige Fingerzeige für die Art der Konstruktion der einzelnen Teile von Verbrennungs-Motoren gegeben, wodurch die Betriebssicherheit dieser Motorenart wesentlich erhöht worden ist.

Zur Beherrschung der Wärmespannungen, die sich aus den Temperaturunterschieden ergeben, ist vor allem die genaue Kenntnis der übrigens veränderlichen Verteilung der Temperaturen in den Zylinderwandungen erforderlich. Selbstverständlich hängt der Erwärmungsgrad der Zylinderwandungen und Kolbenteile von der Temperatur der Verbrennungsgase ab. Nun sind die Temperaturen nicht unveränderlich, sondern sind vielmehr starken Schwankungen während des Arbeitsspieles unterworfen. Nur wenn man genau die Bedingungen kennt für den Austausch der Wärme einerseits auf der Seite der mit den Gasen in Berührung kommenden Wandungen, andererseits auf der vom Kühlwasser berieselten Seite, wird eine Bestimmung des Wärmeverlaufs möglich sein. Durch Indikatordiagramme sowie durch Messungen des Berieselungswassers ergeben sich schon annähernde Werte.

Textabbildung Bd. 343, S. 233

Vorweg soll gesagt werden, daß mit einem Übertragungskoeffizienten gerechnet werden muß, der während des Arbeitsganges in weiten Grenzen schwankt, was den Wärmeaustausch zwischen den Gasen und der Wandung, die mit den Gasen in Berührung kommt, anbetrifft. Besonders an einer Stelle ist die Wärmeübertragung auf die Wandung sehr groß, nämlich in nächster Nähe des oberen toten Punktes, wo infolge der starken Kompression dieser Wärmeübergang ein Vielfaches des durchschnittlichen |234| Wertes beträgt. Bei einer nichtgekühlten Wandung kann sich folglich die Temperatur sogar weit über die durchschnittliche Temperatur der Gase erhöhen, ferner werden die Temperaturschwankungen stark durch diese starke Veränderlichkeit beeinflußt.

Textabbildung Bd. 343, S. 234

Die in ein gegebenes Größenelement eines Körpers infolge eines Sinkens der herrschenden Temperatur eindringende Wärmemenge veranlaßt eine Temperatursteigerung dieses Elementes, wobei natürlich die spezifische Wärme eine Rolle spielt. Die sich hieraus ergebende Grundgleichung zur Bestimmung der Temperaturverteilung mit als Wärmeleitungskoeffizient lautet:

(1)

Textabbildung Bd. 343, S. 234

In den Zylinderwandungen sind nun je nach dem Fortschreiten des Arbeitsvorganges die Verteilungen der Temperaturen veränderlich, die aber in unveränderliche Durchschnittswerte zerlegt werden können, bei denen sich in bestimmten Zeiträumen wiederkehrende Temperaturschwingungen übereinanderschichten, wenn die Wärme von der von den Gasen bestrichenen Seite aus in das Innere der Wandung eindringt. Wendet man dies auf die Hauptgleichung an, so ergibt sich, daß diese sich in zwei Gleichungen zerlegen läßt. Diese erwähnten Temperaturschwingungen dringen aber nur wenige Millimeter tief in die Wandung ein, so daß praktisch die besondere Form und die Abmessungen der Wandungen ohne Bedeutung sind. Infolgedessen ergibt sich für die Grundgleichung des thermischen Leitungsvermögens: (2).

Textabbildung Bd. 343, S. 234

Gemäß der Zeit ist andererseits für die bleibende bz Verteilung die Veränderung der Temperatur , daher der Klammerausdruck der Gleichung (l) ebenfalls 0; (3).

Für die in bestimmten Zeiträumen wiederkehrende Temperaturveränderung gibt die allgemeine Auflösung der Gleichung (2) in diesem Falle die Temperatur t in Abhängigkeit von der Tiefe der betrachteten Schicht.

Textabbildung Bd. 343, S. 234

(4).

|235|

Die Temperatur der Wandung kann also durch eine Gerade dargestellt werden, auf welcher sich die gebogenen Wellen aufschichten, die die Temperaturschwingungen darstellen. Ihre Weite wird nach dem Innern der Wandung zu nach einem Exponentialgesetz geringer und zwar sehr schnell. Endlich liefern die Bedingungen, unter welchen sich der Wärmeaustausch durch die Oberfläche vollzieht, eine Gleichung für die Gastemperatur, die andererseits durch das Indikatordiagramm angegeben wird. Durch einen Vergleich wird die Bestimmung der Größen der Oberflächentemperaturen ermöglicht. Entsprechend dem unveränderlichen Wärmefluß schichten sich diese Temperaturschwingungen auf die Verteilung der durchschnittlichen Temperatur auf. Zunächst hat die Lösung nur Gültigkeit für einen unveränderlichen Wärmeleitungskoeffizienten auf der Gasseite, jedoch kann diese Differentialgleichung nicht mehr unmittelbar gelöst werden, wenn man von dieser Voraussetzung abweicht. Dagegen führt ein von ersterer abweichender Weg zum Ziel und seine Anwendung hat für einen Zweitaktmotor bei voller Belastung und 100 Umdrehungen in der Minute die in Abbildung 1 wiedergegebene Kurve der Schwingungen der Oberflächentemperatur gegeben.

Textabbildung Bd. 343, S. 235

Die Temperatur schwingt an der mit den Gasen in Berührung kommenden Oberfläche in bestimmten Zeiträumen wiederkehrend um einen Durchschnittswert. Trotz der gewaltigen Veränderung der Gastemperatur in einem Motor während einer Umdrehung schwankt diese Temperatur nur um 14° C nach oben und um 8° C nach unten und im Innern der Wandung gleichen sich diese Temperaturschwingungen schnell aus. Es wurde festgestellt, daß in einer Tiefe von nur 5 mm diese Temperaturschwingung nur noch ½° C beträgt. In der Abbildung 1 sind die sich auf die verschiedenen Tiefen beziehenden Temperaturkurven aufgetragen, und zwar von Millimeter zu Millimeter Tiefe, so daß man für jede Kurbelwellenstellung die Verteilung der Temperatur in der Wandung erhält, ebenso sind in Abb. 3 für die ersten fünf Millimeter Wandungsdicke einige kennzeichnende Kurven wiedergegeben. Praktisch können die Temperaturschwingungen die unveränderliche Verteilung der Temperaturen nur bis zu einer Tiefe von 5 mm störend beeinflussen, trotzdem die Gastemperaturen in sehr weiten Grenzen schwanken, d.h. zwischen den Abgastemperaturen und denen bei der höchsten Verbrennung. Daraus ergibt sich, daß die Temperaturschwingungen in den Wandungen sehr gering sind. Trotz dieser geringen Temperaturschwingungen bewirken doch andererseits die in die Wandungen eindringenden Wärmemengen starke Veränderungen, die hauptsächlich durch den Abfall der Temperatur, nämlich durch die Neigung der Temperaturkurven beim Eintritt, wie in Abb. 2 ersichtlich, sich ergeben, diese Neigung kann sogar ein Vielfaches ihres beständigen Wertes erreichen. Dann bewirkt die in die Wandung eindringende Wärme große Veränderungen, sie sammelt sich dann in den Oberflächenschichten und verteilt sich während des Arbeitsganges tiefer in die Wandung.

Textabbildung Bd. 343, S. 235

Den Kurven liegen Motorgeschwindigkeiten n = 100 Umdrehungen in der Minute zugrunde und wechseln im umgekehrt proportionalen Sinne mit Vn ab, woraus hervorgeht, daß besonders bei den Motoren mit langsamem Gang diese Temperaturschwingungen und die von diesen abhängenden thermischen, in bestimmten Zeiträumen wiederkehrenden Spannungen auftreten. Trotz der Geringheit der Temperaturveränderungen erreichen die Spannungen, die durch diese hervorgebracht werden, |236| recht beträchtliche Werte, die bei einem Motor mit voller Belastung bei 100 Umdrehungen in der Minute in bestimmten Zwischenräumen wiederkehrend zwischen 120 kg/cm2 bei der Ausdehnung und 200 kg/cm2 bei der Kompression während einer Umdrehung abwechseln. Zum mindesten treten sie als Zusatzspannung auf, die sich in bestimmt wiederkehrenden Zeitabständen auf den unveränderlichen thermischen Durchschnittsspannungen aufschichten. Bei der näheren Zeitbestimmung des Temperaturfeldes im Falle von Belastungsänderung muß, da es sich ja um glatte Wandung handelt, von dem der Gleichung (2) entsprechenden Zustande ausgehen.

Textabbildung Bd. 343, S. 236

(5).

Diese Lösung wird man den Anfangszuständen und besonderen Grenzen anpassen, dadurch, daß man die entsprechenden Werte von A, B und n bestimmt.

Für eine glatte, 50 mm starke gußeiserne Wandung erhält man bei plötzlicher, mit voller Belastung erfolgter Inbetriebsetzung des Motors die in Abb. 5 wiedergegebenen Kurven, die die Temperaturverteilung in den verschiedenen Augenblicken nach der Inbetriebsetzung anzeigen. Die Anwärmung erfolgt anfangs durch eine starke Wärmeaufnahme durch die Wandung, ohne daß diese gleichzeitig auf das Zirkulationswasser übertragen wird. Während der ersten Sekunden steigt also die Temperatur der mit den Gasen in Berührung kommenden Flächen sehr schnell, dann aber langsamer, um schließlich theoretisch den vorherrschenden Zustand nur nach einer unbegrenzten Zeit zu erreichen. Schon nach Verlauf von 5 Minuten ist der Unterschied weniger als 15° C. Besonders bedeutungsvoll ist die starke Krümmung der Temperaturkurve im Anfang, weil diese Verteilung der Temperatur eine nachträgliche thermische Ermüdung zur Folge hat.

Textabbildung Bd. 343, S. 236

Die bei Veränderung der Belastung entstehenden thermischen Zusatzspannungen lassen sich in ihrer Wirkung etwa wie folgt darstellen: Man denke sich ein Prisma, einfach viereckig, von gleicher Höhe wie die Dicke der Platte und vollständig frei, um sich ausdehnen zu können. Dieses Prisma wird seine ebenen Seitenflächen verlieren, wenn es einer ungleichmäßigen Erwärmung ausgesetzt wird und die angrenzenden Wandelemente zwingen das Prisma, wegen der Symmetrie, die Form einer abgestumpften Pyramide mit ebenen Seitenflächen anzunehmen. Die daraus hervorgehenden elastischen Verlängerungen und Spannungen verändern sich von Schicht zu Schicht quer durch die Wandung. Dann ist eine Bestimmung durch Berechnung möglich, wenn man davon ausgeht, daß die für die Erhaltung der ebenen Seitenflächen erforderliche Deformationsarbeit ein Minimum sein muß. Auf diesem Wege gelangt man zu einer einfachen Gleichung. Wendet man diese bei den Kurven der Abb. 3 an, so erhält man die Spannungskurven der Abb. 4 in den Zeiten, die bei 10, 20 und 40 Sekunden nach der Inbetriebsetzung des Motors liegen, wobei man als Werkstoff für die Wandungen Gußeisen mit einem Koeffizienten angenommen hat. Die Abbildung 4 läßt erkennen, daß sowohl auf der von Gas als auch auf der von Wasser bestrichenen Seite der Wandung eine Kompressionsbeanspruchung auftritt, dagegen in den mittleren Schichten der Wandung eine Zugbeanspruchung. Weiter ergibt sich, daß nach zehn Sekunden auf der von den Gasen bestrichenen |237| Seite die Spannungen besonders hoch sind, sich aber dann schnell vermindern, dagegen sind die Spannungen auf der vom Wasser bestrichenen Seite zur gleichen Zeit gering und wachsen bis zu 40 Sekunden. In diesem Augenblick überholen sie die Spannungen, die zur gleichen Zeit von der Gasseite ausgehen.

Textabbildung Bd. 343, S. 237

Die Lage der Kurven in Abb. 5 veranschaulicht sehr genau das Spiel der Ausgleichsspannungen während der ersten Minute des Betriebes. Auf der Gasseite erreichen die Druckspannungen (Kurve a) nach einem sehr schnellen Anstieg nach Verlauf von 10 Sekunden ihren Höhepunkt, um dann wieder schnell abzufallen, dagegen wachsen auf der Wasserseite die Druckspannungen (Kurve b) langsamer, überholen nach Ablauf von 25 Minuten die Spannungen der Gasseite und vermindern sich dann ebenfalls, nachdem sie bei 40 Sekunden ihren Höhepunkt erreicht haben. Bei nicht zu dicken Wandungen zeigen die Ausgleichsspannungen keine Gefahr, selbst wenn sie bei einer plötzlichen Belastung entstehen, da in dem gegebenen Falle, wo die Stärke der Wandung 50 mm erreicht, die Zugspannung 160 kg/cm2 nicht überschreitet.

Für einen Umlaufkörper (Grundform für den Kolben, Zylinderdeckel und Zylindermantel) läßt sich die unveränderliche Verteilung der Temperatur im Innern der Zylinderwandung wie folgt ausdrücken:

(6)

Textabbildung Bd. 343, S. 237

Die Gleichung stellt eine gewisse Uebereinstimmung mit der der Frage der Drehung in Umlaufskörpern dar, und in vorliegendem Falle kann man auf die für diese in Frage kommenden Lösungen zurückgreifen. Für einen Zylinderdeckel mit Wasserzirkulation Bauart Sulzer (selbiger besitzt nur eine einzige, zentral liegende Oeffnung, die das Brennstoffventil und die Anlaßverbindung enthält) ergibt die Berechnung ein genügend genaues Netz von rechtwinkeligen Linien, die den Bedingungen der Differentialgleichung der thermischen Leitfähigkeit entsprechen, vor allem zeigen dieses deutlich die Kontrollpunkte, die in dem Diagramm eingetragen sind. Hierzu ist noch zu bemerken, daß eine gleichmäßige Gastemperatur im ganzen Verbrennungsraum und der gleiche Wärmeleitungskoeffizient in allen Punkten angenommen worden ist. Die der unveränderlichen Verteilung der Temperaturen entsprechenden thermischen Spannungen können jedoch nur in dem Falle genau bestimmt werden, wenn die achsiale Symmetrie des Kolbens, des Deckels und des Zylindermantels durch keinerlei Konstruktionseinzelheiten wie Ventile, Rippen etc. gestört werden. Handelt es sich aber um die Frage des Hüllenwiderstandes mit axialer Symmetrie für irgend eine Temperaturverteilung, die aber symmetrisch zur Achse läuft, so kann die Temperatur symmetrisch in bezug auf die Achse sowohl im Sinne der Höhe wie auch in dem der Hüllendicke abweichen.

Tatsächlich ist die Aufstellung der Differentialgleichung allgemein für Umlaufshüllenkörper mit symmetrischer Temperaturverteilung möglich. Bei verschiedenen kann man sogar noch weiter gehen, besonders bei denen mit einem konstanten Krümmungsradius am Endpunkte, also Körper mit konischer, kugelförmiger oder ringförmiger Oberfläche, hierin sind die beiden Fälle inbegriffen: Zylinder und runde, ebene Platten, welches die Hauptgrundformen für die Zylinderwandungen darstellen.

Für den Deckel des Zweitaktmotors kann man mit großer Genauigkeit die thermischen Spannungen bestimmen, weil diese besondere Bauart es ermöglicht, alle solche unkrontollierbaren Vergrößerungen der Spannungen zu vermeiden, die durch Unterbrechung der achsialen Symmetrie infolge Anbringung von Ventilen, Rippen etc. unvermeidlich sind. Die den warmen Gasen ausgesetzte wassergekühlte Wandung hat eine konische Hüllenform von einer möglichst geringen Dicke, um thermischen Spannungen vorzubeugen. Zum Widerstand gegen den Gasdruck stützt sie sich in ihrer Mitte durch den Einbau des Brennstoffventils und der Anlaßvorrichtung auf eine starke runde Platte, |238| wodurch unter gleichzeitiger Berechnung der Einfluß der konischen Hüllendicke studiert und in günstigster Weise in bezug auf den zylindrischen Teil und der runden Platte eine Lösung gefunden werden kann. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, dem Deckel angemessene Abmessung zu geben mit achsialer Symmetrie bei gegebener symmetrischer Temperaturverteilung in bezug auf Achse und Belastung. Man ist sogar in der Lage, an Hand einer Zeichnung über Temperaturverteilung die genaue Lösung der Differentialgleichung graphisch zu erhalten, wie es als Beispiel am Zylindermantel gezeigt wird. Das Liniennetz der Abb. 6 gibt diese Temperaturverteilungen an sowie auch die verschiedene Dicke nach dem Profil des Zylindermantels. Der Mantelteil rechts des Ringes ist in sich selbst schon einer von der Temperaturverteilung herrührenden Spannung und Drehung unterworfen.

Textabbildung Bd. 343, S. 238

Eine genaue Berechnung der Spannungen und Deformationen ist trotz des allgemeinen Charakters dieser Daten möglich durch graphische Lösung der Differentialgleichung, die in Abb. 6 aufgetragen sind und zwar die Deformationen in 100facher Vergrößerung. Von großer Bedeutung ist, wie die Prüfung der Beispiele erkennen läßt, für diese sichere Beurteilung der thermischen Spannungen eine einfache und symmetrische Bauart des Deckels, des Kolbens und des Mantels. Das entgegengesetzte Beispiel gibt der Deckel des Viertaktmotors, der durch die Anordnung von mehreren Ventilen unterbrochen ist, wo sich leicht durch Temperaturunterschiede hervorgerufene Risse zeigen, weil keine Möglichkeit besteht, eine genaue Berechnung aufzustellen. Für den Erbauer von Großkraftmotoren sind diese thermischen Spannungen von großer Wichtigkeit. Die Firma Gebrüder Sulzer hat auf ihren Versuchsstand nun eine Reihe von Messungen im Innern der Zylinderwandungen zur Ermittlung der Temperaturverteilungen in Großkraftmaschinen durchgeführt und zwar an einem Zweitaktmotor mit Hilfe von Thermoelementen. Diese Beobachtungen erfolgten an 30 verschiedenen Punkten des Kolbens, Deckels und des Zylindermantels. Hierbei beschränkte man sich nicht nur auf Messungen der mittleren Temperaturen, sondern ermittelte auch mit vollständiger Genauigkeit auf photographischem Wege die Temperaturschwingungen während einer Umdrehung des Motors. Herr Naegel, Professor an der technischen Hochschule zu Dresden, gab hierzu die Initiative.

Textabbildung Bd. 343, S. 238

Der Versuchszylinder des Zweitaktmotors hatte 600 mm Bohrung, 1060 mm Hub, 100 Umdrehungen in der Minute und entwickelte 1350 P.S. Die Punkte in der inneren (Gas-) Seite befinden sich alle 0,5 mm unter den mit den Gasen in Berührung kommenden Flächen. Die verwendeten Thermoelemente bestanden aus 0,5 mm dicken Kupfer-Konstantandrähten, deren Lötstelle für je 100° C Temperaturunterschied eine Spannung von etwa 5 Millivolt ergaben. An den Hauptbeobachtungsstellen waren diese Drähte der Thermoelemente in konisch geschliffene Stöpsel aus besonderem Gußeisen eingebaut. Durch Gips waren diese Drähte in Glasröhrchen festgelegt und mit ganz besonderer Sorgfalt eingesetzt, so daß man die Gewähr hatte, daß die Gußstelle genau bei 0,5 mm Tiefe lag. Eine besonders sorgfältige Legung des Kabels erforderten die Beobachtungspunkte des Kolbens. Hier wurden die verschiedenen Drähte zu einem Kabel von 24 Drähten vereinigt, das längs der Kolbenstange bis zum Kreuzkopf und von hier längs der Hebel außerhalb des Motors zur Aufnahmestelle der Diagramme führt. Alle Drähte, die von dem Kolben, Deckel und Zylindermantel kommen, laufen in einer Beobachtungsstelle zusammen, von wo man |239| sie mittelst Kommutatoren zu einem Millivoltmeter für annähernde Messungen oder zu einer Ausgleichsverbindung für genaue Messung der mittleren Werte leitete sowie zu einem Galvanometer für photographische Aufzeichnung des Temperaturverlaufes. Diese letztere Apparatur war in einem besonderen Raume aufgestellt und zwar weit vom Motor entfernt, damit die feinen Erschütterungen des Motors nicht störend einwirken konnten. Um auch bei der photographischen Aufnahme jede Erschütterung zu vermeiden, war das Galvanometer mit vibrierendem Draht, wodurch die Schwingungen des thermo-elektrischen Stromes wiedergegeben werden, an einem Stahldraht aufgehängt. Der thermo-elektrische Strom fließt nun durch einen goldenen Draht von etwa 100 mm Länge und 0,005 mm Dicke, der zwischen zwei starken magnetischen Polen eingespannt ist. Eine elektrische Bogenlampe beleuchtet diesen Draht, der hierbei entstehende Schatten des Drahtes wird mit Hilfe eines Mikroskopes beobachtet und seine der Stromstärke entsprechenden Ausweichungen werden auf eine photographische Trommel aufgetragen, die von einem Elektromotor mit einstellbarer Geschwindigkeit angetrieben wird und durch einen sehr engen achsialen Spalt erleuchtet wird, welchen der Verschluß während der Dauer einer Trommelumdrehung öffnete. Ein besonders aufgestellter Widerstand verhinderte, daß der thermo-elektrische Strom nicht ganz durch den Golddraht des Galvanometers geht, sondern nur der Teil, der den Temperaturveränderungen entspricht, also vom mittleren Werte abweicht. Im allgemeinen erreichten die im Apparat festgestellten Stromstärken nur ± 4/1000 Milliampère.

Die Abbildung 7 gibt die ermittelten Temperaturen bei normalem Betrieb, in diesem Falle bei Vollast und bei 100 Umdrehungen in der Minute wieder. Die provisorisch gezogenen isothermischen Linien lassen die Gestaltung des thermischen Flusses nach dem Zirkulationswasser hin erkennen. Die Höchsttemperaturen im Deckel wie im Kolben erreichten abgerundet 300° C, nur im oberen Teil des Mantels, an der Stelle, die der oberste Teil des Kolbens nicht erreicht, wurde eine Temperatur von 333° festgestellt, es ist dies die höchste Temperatur, die bei voller Belastung in den Wandungen des Motors gemessen wurde. Welchen Einfluß die zentrale Einspritzung des Brennstoffes mit der kalten Luft ausübt sowie das Fortschreiten der Verbrennung, zeigen genau die Temperaturen auf dem Boden des Kolbens, nämlich der mittlere Teil ist immer der kälteste. Bei geringen Belastungen erreicht die Kolbentemperatur ihren höchsten Punkt in der Bogenhälfte, dagegen bei voller Belastung, bei der ja die Verbrennungszeit länger dauert, liegt die wärmste Stelle am äußeren Rand des Kolbens. Das gleiche gilt auch für den Mantelteil, der in der Höhe des Ringes liegt, der nur bei höheren Belastungen in die Zone der glühenden Gase gelangt. Uebrigens wird der Verbrennungsvorgang, den man aus der Veränderung der Temperaturverteilung folgern kann, in gleicher Weise durch die Schwingungen der Temperaturen während eines Arbeitsganges bestätigt. Am geringsten sind die Schwingungen in der Mitte des Kolbens. Das Diagramm der Abb. 8 gibt solche Schwingungen bei halber Belastung und 100 Umdrehungen in der Minute während zweier Umdrehungen wieder und zwar an der Stelle in der Mitte des Kolbens und im Halbbogen. Dieses Originaldiagramm in Größe von 170 × 280 mm ermöglicht sehr genaue Ablesungen.

Textabbildung Bd. 343, S. 239

Im Zylindermantel erreichten die Temperaturen ihren höchsten Punkt in der Höhe des Ringes, d.h. an der Stelle, die der erste Kolbenring nicht erreicht und an der infolgedessen eine Schmierung auch nicht in Frage kommt. Ein anderer Beobachtungspunkt war so gelegt, daß er gerade noch vom obersten Kolbenring überschritten wurde, die hier ermittelte Temperatur betrug 251° C. Ganz besonderes Interesse bieten die hier aufgenommenen Temperaturdiagramme bei % Belastung (Abb. 9) und bei einfacher Kompression, also ohne Brennstoffaufnahme (Abb. 10). Hier bewirkt unmittelbar vor und nach dem Passieren des oberen toten Punktes der obere Kolbenring eine plötzliche Senkung der Temperatur und zwar beim Durchgang eine solche Abkühlung der Mantelwandung, daß diese noch sehr gut in 0,5 mm Tiefe wahrnehmbar ist, woraus hervorgeht, daß der Kolbenring den oberen Zylindermantelteil abkühlt. Bei voller Belastung war demnach eine noch niedrige Temperatur als 250° C hier zu erwarten, was man auch bestätigt fand, denn die Temperaturmessungen gaben bei voller Belastung nur einen mittleren Wert von 128° C und einen Höchstwert von 135° C. Hieraus kann man weiter schließen, daß bei Zweitaktmotoren die Kolbenringe nicht im entferntesten die Temperaturen erreichen, wie sie bei Dampfmaschinen z.B. ermittelt wurden, was wiederum für die Schmierung der Zweitaktmotoren von außerordentlicher Wichtigkeit ist. Die Abb. 11 gibt ein Diagramm bei % Belastung während zweier Umdrehungen von der Temperaturveränderung des oberen Kolbenringes, die in einer Tiefe von 0,5 mm in der Gleitfläche dieses Kolbenringes gemessen |240| wurden. Die für den Augenblick unverständlich erscheinenden Schwingungen können, wie folgt, erklärt werden:

Unmittelbar vor Erreichung von PMS gelangt der Kolbenring in den oberen heißesten Teil des Zylindermantels, wo er sich um etwa 10° C erwärmt, bis er jenseits von PMS in gleichem Abstand von neuem in den kältesten Teil des Zylindermantels gelangt, wo selbstverständlich wieder Abkühlung erfolgt. Bevor nun auf seinem Wege der Kolbenring PMJ erreicht, gehen dieser und der Beobachtungspunkt an einer Auspufföffnung vorüber. In dieser Stelle wird die durch die kalte Zylinderwandung hervorgerufene Abkühlung plötzlich unterbrochen, dagegen strömt die Wärme aus dem Innern des Kolbenrings nach der zuvor abgekühlten Außenfläche. Hierbei steigt die Temperatur anfangs schnell, dann langsam wie bei einer Erwärmungskurve, bis der Kolben die Auspufföffnung verdeckt und der Beobachtungspunkt wieder mit der. kalten Zylindermantelöffnung in Berührung tritt. Noch unmittelbar vor Erreichung der Auspufföffnungen gibt der absteigende Ast der Kurve ein leichtes Zäckchen an, was vom Durchgang des Ringes über einen im Mantel befindlichen Nocken herrührt.

Textabbildung Bd. 343, S. 240

Die Abb. 12 liefert den Beweis dafür, daß sich tatsächlich die Abkühlung nur in der äußersten Schicht vollzieht. Dieses Diagramm zeigt die Temperaturveränderung des Kolbenringes in 1,5 mm Tiefe unter der Gleitfläche. Weiter ist noch erläuternd zu bemerken, daß die beiden Diagramme der Abb. 11 und 12 unmittelbar nacheinander aufgenommen worden sind und die Beobachtungspunkte sich nur wenige Millimeter voneinander entfernt befinden, so daß sich der Verkauf der Diagramme nur durch den Tiefenunterschied von 1 mm zwischen den beiden Beobachtungspunkten erklärt. Von weiterem Interesse sind die Diagramme bei der Inbetriebsetzung und Stillsetzung des Motors. So zeigt das Diagramm Abb. 13 das Ansteigen der Temperatur während des Anlaufens unter Vollast eines Beobachtungspunktes im Deckel, wobei genau jede der Zündungen zu unterscheiden ist. Alle 10 Sekunden vertausche man den Beobachtungspunkt auf der Gasseite mit dem auf der wassergekühlten Seite und umgekehrt, so daß die Temperaturerhöhung sowohl der gas- wie der wassergekühlten Seite auf demselben Diagramm erscheint. Die charakteristische Veränderung der Temperaturen beim plötzlichen Anhalten eines mit Vollast laufenden Motors zeigt(das Diagramm 14. Man erkennt genau die letzten Zündungen und unmittelbar nach der letzten Zündung sinkt auf der Gasseite sehr rasch die Temperatur, hingegen kann man während der ersten 10 Sekunden auf der Wasserseite kein Sinken der Temperatur feststellen. Die Erwärmung des Kolbens während der ersten drei Minuten ist im Diagramm der Abb. 15 veranschaulicht und zwar, wenn der Motor mit Vollast anläuft. Die 10 Beobachtungspunkte des Kolbens waren jeder abwechselnd zwei Sekunden mit dem Galvanometer verbunden, so daß jeder Beobachtungspunkt alle 20 Minuten wieder auftrat. Im ganzen wurden 200 Diagramme aufgenommen.

Diese reiche Ausbeute mit ihren wertvollen Auskünften über Temperaturverteilung und thermischen Spannungen in Dieselmotoren dient zur Ergänzung der Ergebnisse, die im Laufe der Zeit die Firma Gebr. Sulzer aus zahlreichen Versuchen mit ihren Motoren gewonnen hat.

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