DE10102764A1

DE10102764A1 - Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10102764A1
Application number: DE2001102764
Authority: DE
Inventors: Rolf Heinemann; Klaus Faerber
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2002-07-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinderkopf, einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Hauptlagerdeckel, die zu einem Motorblock zusammengefügt sind unter Verwendung von Zugankerverschraubungen, die jeweils eine Zylinderkopfschraube und eine Hauptlagerschraube aufweisen, die in den sich gegenüberliegenden Abschnitten derselben Durchgangsbohrung im Zylinderkurbelgehäuse angeordnet sind, mit ihren Achsen auf einer gemeinsamen Mittellinie liegen und mit ihrem jeweiligen Außengewinde mit einem Innengewinde in der Durchgangsbohrung in Wirkverbindung stehen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Zugankerverschraubung zu schaffen, mit der eine wirksame Krafteinleitung der Verschraubungen ohne zusätzliche Bauteile innerhalb der Durchgangsbohrung im Zylinderkurbelgehäuse erzielt wird. Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Durchgangsbohrung (6) im Zylinderkurbelgehäuse (2) zwischen den stirnseitigen Endabschnitten von Zylinderkopfschraube (4) und Hauptlagerschraube (5) einen Abschnitt ohne Gewinde aufweist, der als Freistich (7) ausgestaltet ist und wobei der Durchmesser (D¶F¶) des Freistiches (7) größer ist als der Flankendurchmesser (D¶G¶) des Gewindes in der Durchgangsbohrung (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinderkopf, einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Hauptlagerdeckel, die zu einem Motorblock zusammengefügt sind unter Verwendung von Zugankerverschraubungen, die jeweils eine Zylinderkopfschraube und eine Hauptlagerschraube aufweisen, die in den sich gegenüberliegenden Abschnitten derselben Durchgangsbohrung im Zylinderkurbelgehäuse angeordnet sind, mit ihren Achsen auf einer gemeinsamen Mittellinie liegen und mit ihrem jeweiligen Aussengewinde mit einem Innengewinde in der Durchgangsbohrung in Wirkverbindung stehen.

Brennkraftmaschinen in Hubkolbenbauart weisen zumindest einen Zylinderkopf, ein Zylinderkurbelgehäuse und einen Hauptlagerdeckel mit zugeordneten Lagerelementen für die Kurbelwelle auf. Diese Baugruppen werden zu einer gemeinsamen Baueinheit, dem Motorblock, zusammengefügt. Die Montage erfolgt überwiegend mittels Schraubverbindung, wobei der Zylinderkopf mit den sog. Zylinderkopfschrauben an der Oberseite vom Zylinderkurbelgehäuse befestigt wird, während der Hauptlagerdeckel mit den sog. Hauptlagerschrauben an der Unterseite vom Zylinderkurbelgehäuse befestigt wird. Hierbei ist es aus DE 41 37 534 A1 bekannt, jeweils eine Zylinderkopfschraube und eine Hauptlagerschraube in den sich gegenüberliegenden Abschnitten derselben Durchgangsbohrung im Zylinderkurbelgehäuse anzuordnen. Die Aussengewinde der beiden Schrauben stehen mit einem Innengewinde in der Durchgangsbohrung des Zylinderkurbelgehäuses in Wirkverbindung. Somit liegen die Achsen von Zylinderkopfschraube und Hauptlagerschraube auf einer gemeinsamen Mittellinie. Mit solchen Anordnungen in der Art eines Zugankers können Momente, welche die Brennkraftmaschine im Motorbetrieb zum Schwingen anregen, weitgehend vermieden werden.

Zugankerverschraubungen haben sich aufgrund des geraden Kraftflusses innerhalb der gesamten Schraubverbindung von Zylinderkopf, Zylinderkurbelgehäuse und Hauptlagerdeckel grundsätzlich bewährt. Ein Schwachpunkt ist jedoch die bisher übliche Ausgestaltung der Gewindeabschnitte in der gemeinsamen Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses. Durch die Abstützung der über Zylinderkopfschraube und Hauptlagerschraube fixierten Baugruppen treten in diesem Gewinde gegenläufige Zugspannungen auf. Die teilweise sehr hohen Zugspannungen bewirken eine große Kerbwirkung im Gewinde und sind insbesondere bei modernen Brennkraftmaschinen aus Leichtmetall (z. B. Aluminium) problematisch. Hierbei kann nicht ausgeschlossen werden, dass die gegenläufig wirkenden Kräfte und die auftretenden Kerbwirkungen in kritischen Betriebspunkten zunächst das Gewinde und nachfolgend das gesamte Zylinderkurbelgehäuse auseinanderreißen.

Derartige Probleme werden bei der Hubkolbenbrennkraftmaschine gemäß DE 196 04 547 A1 gelöst, indem die gleichachsig angeordneten Zylinderkopf- und Hauptlagerschrauben nicht direkt mit der zugeordneten Durchgangsbohrung im Zylinderkurbelgehäuse in Wirkverbindung stehen, sondern lediglich indirekt. Die Aussengewinde der beiden Schrauben greifen in korrespondierende Innengewinde von Hülsen ein, die in der Durchgangsbohrung des Zylinderkurbelgehäuses abgestützt sind. Durch diese technische Lösung ist insbesondere für Brennkraftmaschinen mit einem Zylinderkurbelgehäuse aus Aluminium eine kraftfluss- und beanspruchungsgerechte Konstruktion mit einer verbesserten Krafteinleitung der Verschraubungen in das Zylinderkurbelgehäuse möglich. Die zusätzlichen Hülsen ergeben zweifelsfrei funktionelle Vorteile, erfordern jedoch einen erhöhten Bauteil- und Montageaufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zugankerverschraubung zu schaffen, mit der eine wirksame Krafteinleitung der Verschraubungen ohne zusätzliche Bauteile innerhalb der Durchgangsbohrung im Zylinderkurbelgehäuse erzielt wird. Dies soll durch konstruktive Ausgestaltungen der Durchgangsbohrung im Übergangsbereich von Zylinderkopfschraube und Hauptlagerschraube erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Durchgangsbohrung im Zylinderkurbelgehäuse zwischen den stirnseitigen Endabschnitten von Zylinderkopfschraube und Hauptlagerschraube einen Abschnitt ohne Gewinde aufweist, der als Freistich ausgestaltet ist und wobei der Durchmesser des Freistiches größer ist als der Flankendurchmesser des Gewindes in der Durchgangsbohrung. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Gemäß der Erfindung wird in das Gewinde ein Freistich mit Radien eingebracht, der das Gewinde trennt und die durch die gegenläufig wirkenden Kräfte hervorgerufene Kerbwirkung erheblich reduziert. Die erfindungsgemäße Konstruktion ist für alle Brennkraftmaschinen in Hubkolbenbauart geeignet. Die bevorzugte Anwendung sind jedoch Brennkraftmaschinen mit einem Zylinderkurbelgehäuse aus Leichtmetall, bei denen der vorteilhafte gerade Kraftfluss der Verschraubung von Zylinderkopf/Zylinderkurbelgehäuse/Hauptlagerdeckel nunmehr mit einer montagefreundlichen sowie fertigungstechnisch und kostenseitig günstigen Zugankerverschraubung realisiert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Hubkolben-Brennkraftmaschine in Schnittdarstellung

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung

In der Zeichnung sind die Baugruppen einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ersichtlich, die im vorliegenden Sachverhalt relevant sind. Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine hat zumindest einen Zylinderkopf 1, ein Zylinderkurbelgehäuse 2 und einen Hauptlagerdeckel 3. Diese drei Baugruppen 1; 2; 3 sind unter Verwendung von Zugankerverschraubungen zu einem Motorblock zusammengefügt. Jede Zugankerverschraubung weist eine Zylinderkopfschraube 4 und eine Hauptlagerschraube 5 auf, die jeweils in den sich gegenüberliegenden Abschnitten derselben Durchgangsbohrung 6 im Zylinderkurbelgehäuse 2 angeordnet sind. Die Achsen der einander zugeordneten Zylinderkopfschraube 4 und Hauptlagerschraube 5 liegen auf einer gemeinsamen Mittellinie "M". Die Zylinderkopfschraube 4 und die Hauptlagerschraube 5 sind jeweils mit einem Aussengewinde versehen, das mit einem Innengewinde in der Durchgangsbohrung 6 des Zylinderkurbelgehäuses 2 in Wirkverbindung steht. Das Innengewinde der Durchgangsbohrung 6 ist jedoch kein durchgehendes Gewinde. Vielmehr weist die Durchgangsbohrung 6 zwischen den stirnseitigen Endabschnitten von Zylinderkopfschraube 4 und Hauptlagerschraube 5 einen Abschnitt ohne Gewinde auf, der als Freistich 7 ausgestaltet ist.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Durchmesser "D_F" des Freistiches 7 größer ist als der Flankendurchmesser "D_G" des Gewindes in der Durchgangsbohrung 6 des Zylinderkurbelgehäuses 2. Weiterhin ist der Freistich 7 in den Übergangsbereichen von seinem oberen und unteren horizontalen Abschnitt in den jeweils vertikalen Abschnitt mit einem Radius "R" ausgestaltet. Die Höhe bzw. vertikale Ausdehnung "H" des Freistiches 7 sollte so groß wie möglich gewählt werden, sie entspricht jedoch vorzugsweise dem ein- bis dreifachen Betrag des Flankendurchmessers "D_G" vom Gewinde in der Durchgangsbohrung 6 des Zylinderkurbelgehäuses 2. Eine vorteilhafte Ausgestaltung wird erreicht, sofern die Zylinderkopfschraube 4 und die Hauptlagerschraube 5 in Montageendlage mit einer Länge "s" in den Freistich 7 ragen, die der dreifachen Gewindesteigung entspricht. Somit wird ein optimaler Kraft- und Schraubenangriff gewährleistet.

Zwischen der Zylinderkopfschraube 4 und der Hauptlagerschraube 5 verbleibt in Einbaulage im Freistich 7 ein vertikaler Abstand "h". Dieser Abstand "h" ist eine Funktion der Relaxation der Schraubenverbindung bzw. des (vorzugsweise aus Leichtmetall bestehenden) Zylinderkurbelgehäuses 2. Die Relaxation wird u. a. bestimmt durch das Anzugsmoment, den Schraubenwerkstoff sowie durch die Gestaltfestigkeit und die Dichte des Zylinderkurbelgehäuses 2.

Die Zylinderkopfschraube 4 und die Hauptlagerschraube 5 sind vorzugsweise als "Dehnschrauben" ausgebildet, bei denen das Gewinde in den Rollenschaftdurchmesser übergeht. Hierbei wird vorgeschlagen, diese Schrauben 4 und 5 auf lediglich einem Drittel der Gesamtschraubenlänge mit Gewinde auszugestalten, wobei von der Gewindelänge wiederum nur etwa 30% bis 40% in das Zylinderkurbelgehäuse 2 eingeschraubt werden sollten. Damit sich Gewindesteigungsfehler kaum bemerkbar machen, ist es zweckmäßig, dass die Einschraublänge von Zylinderkopfschraube 4 und Hauptlagerschraube 5 maximal dem dreifachen Betrag des Flankendurchmessers "D_G" vom Gewinde in der Durchgangsbohrung 6 entspricht.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Zylinderkopf

2

Zylinderkurbelgehäuse

3

Hauptlagerdeckel

4

Zylinderkopfschraube

5

Hauptlagerschraube

6

Durchgangsbohrung

7

Freistich
D_F

Durchmesser vom Freistich
D_G

Flankendurchmesser vom Gewinde
H Höhe des Freistiches
h Abstand zwischen Zylinderkopf- und Hauptlagerschraube
M gemeinsame Mittellinie von Zylinderkopf- und Hauptlagerschraube
R Radius am Freistich
s Länge der Zylinderkopf- und Hauptlagerschraube im Freistich

Claims

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinderkopf, einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Hauptlagerdeckel, die zu einem Motorblock zusammengefügt sind unter Verwendung von Zugankerverschraubungen, die jeweils eine Zylinderkopfschraube und eine Hauptlagerschraube aufweisen, die in den sich gegenüberliegenden Abschnitten derselben Durchgangsbohrung im Zyinderkurbelgehäuse angeordnet sind, mit ihren Achsen auf einer gemeinsamen Mittellinie liegen und mit ihrem jeweiligen Aussengewinde mit einem Innengewinde in der Durchgangsbohrung in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrung (6) im Zylinderkurbelgehäuse (2) zwischen den stirnseitigen Endabschnitten von Zylinderkopfschraube (4) und Hauptlagerschraube (5) einen Abschnitt ohne Gewinde aufweist, der als Freistich (7) ausgestaltet ist und wobei der Durchmesser (D_F) des Freistiches (7) größer ist als der Flankendurchmesser (D_G) des Gewindes in der Durchgangsbohrung (6).

2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freistich (7) in den Übergangsbereichen von seinem oberen und unteren horizontalen Abschnitt in den jeweils vertikalen Abschnitt mit einem Radius (R) ausgestaltet ist.

3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freistich (7) eine vertikale Ausdehnung (H) aufweist, die dem ein- bis dreifachen Betrag des Flankendurchmessers (D_G) vom Gewinde in der Durchgangsbohrung (6) entspricht.

4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfschraube (4) und die Hauptlagerschraube (5) mit einer Länge (s) in den Freistich (7) ragen, die der dreifachen Gewindesteigung entspricht.

5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfschraube (4) und die Hauptlagerschraube (5) auf lediglich einem Drittel ihrer Länge mit Gewinde ausgestaltet sind.

6. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfschraube (4) und die Hauptlagerschraube (5) mit lediglich 30% bis 40% ihrer Gewindelänge im Zylinderkurbelgehäuse (2) eingeschraubt sind.

7. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschraublänge von Zylinderkopfschraube (4) und Hauptlagerschraube (5) maximal dem dreifachen Betrag des Flankendurchmessers (D_G) vom Gewinde in der Durchgangsbohrung (6) entspricht.