DE10120850A1 - Kurbelwellenlagerung - Google Patents

Abstract

Bei einer Kurbelwellenlagerung für eine Brennkraftmaschine sind ein aus einem Leichtmetallwerkstoff bestehendes Kurbelgehäuse, mehrere aus einem eisenmetallischen Werkstoff bestehende Lagerdeckel, die mit dem Kurbelgehäuse über Befestigungsmittel lösbar verbunden sind und die die Lagerung für einen Teil des Umfangs der aus einem eisenmetallischen Werkstoff bestehenden Kurbelwelle bilden, und mehrere aus einem eisenmetallischen Werkstoff bestehende Lagerbauteile vorgesehen, die jeweils zwischen den Lagerdeckeln und dem Kurbelgehäuse in einer Ausnehmung desselben angeordnet sind und die die Lagerung für einen anderen Teil des Umfangs der Kurbelwelle bilden. Zwischen den Lagerbauteilen und dem Kurbelgehäuse verbleibt jeweils ein Luftspalt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenlagerung für eine Brennkraftmaschine mit einem aus einem Leichtme­ tallwerkstoff bestehenden Kurbelgehäuse.

Bei Brennkraftmaschinen mit Zylindern in Reihen- oder V-Anordnung, deren Kurbelgehäuse aus Leichtmetallwerk­ stoffen hergestellt sind, treten sehr häufig Probleme an den Lagerstellen für die aus einem Eisenwerkstoff hergestellte Kurbelwelle auf, da sich das Lagerspiel und die Lagerform bei sich verändernder Temperatur aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten des Kurbelgehäuse-Werkstoffes und des Kurbel­ wellen-Werkstoffes verändern. Bei zunehmender Tempera­ tur vergrößert sich die Lagerbohrung, und zwar um ei­ nen sehr viel größeren Faktor als sich die Kurbelwelle vergrößert. So ergibt sich bei zunehmender Temperatur ein erhöhtes Lagerspiel zwischen der Lagerbohrung im Kurbelgehäuse und der in dieser Lagerbohrung gelager­ ten Kurbelwelle, was zu hohen Öldurchsätzen bzw. zu absinkendem Öldruck, ansteigenden Laufgeräuschen und abnehmender Tragfähigkeit im Schmierspalt des Kurbel­ wellenlagers führt.

Daraus ergibt sich der weitere Nachteil, daß bei sol­ chen Kurbelgehäusen aus Leichtmetallwerkstoffen auf­ grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffzien­ ten von Kurbelgehäuse und Kurbelwelle die Durchmesser der Kurbelwellenlagerbohrungen und der Kurbelwelle im Regelfall so ausgelegt werden müssen, daß die Kurbel­ welle auch bei sehr niedrigen Temperaturen in ihrem Lager nicht klemmt. Dies gilt insbesondere für Leicht­ metallegierungen mit einem verhältnismäßig hohen Kup­ fergehalt, bei denen sich insbesondere bei einer Tem­ peraturerhöhung eine beschleunigte und bleibende Gefü­ geveränderung ergibt, die zu einem erheblichen Volu­ menwachstum führt. Des weiteren besteht das Problem, daß sich das Gefüge solcher Werkstoffe auch im Laufe der Zeit verändert und so auch eine Konturveränderung bewirkt.

Aus der EP 0 767 315 A2 ist eine Kurbelwellenlagerung für eine Brennkraftmaschine bekannt, gemäß welcher in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine zwei mitein­ ander verbundene Lagerbrücken mit einer Vielzahl von Lagerabschnitten eingesetzt sind. Dabei sind in die aus einer Leichtmetallegierung gegossenen Lagerab­ schnitte jeweils Einlegeteile aus einem eisenmetalli­ schen Werkstoff eingegossen, um so eine Lagerung für die Kurbelwelle zu bilden.

Einen ähnlichen Stand der Technik zeigt auch die DE 34 26 208 C1.

Die beiden in diesen Schriften beschriebenen Brennkraftmaschinen arbeiten nach dem Boxerprinzip, so daß die oben beschriebene Problematik auf diese Brenn­ kraftmaschinen nur in äußerst beschränktem Umfang an­ zuwenden ist. Des weiteren bietet keine der Schriften ein Lösungsansatz für diese Probleme.

Die EP 0 695 866 A1 beschreibt ein weiteres Kurbelge­ häuse für eine Brennkraftmaschine, wobei sich ein Graugußteil, welches sowohl die Lauffläche für den Kolben als auch die Lagerstellen für die Kurbelwelle festlegt, in einer Ummantelung aus Aluminium befindet. Bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern ergibt sich somit ein durchgehender Grundblock aus Grauguß, welcher zum einen für eine Lagerung der Kurbelwelle sorgt und zum anderen für jeden Kolben eine Lauffläche bildet.

Nachteilig bei diesem Kurbelgehäuse sind jedoch die starken Unterschiede bezüglich der Wärmeausdehnungs­ koeffizienten des Grundblocks aus Grauguß und der Um­ mantelung aus Aluminium. Über die gesamte Länge einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern können sich bei steigender Temperatur derartige Dehnungen und Ver­ formungen ergeben, daß die Funktion der Brennkraftma­ schine stark beeinträchtigt werden kann. Wenn eine solche Verformung nicht möglich ist, so kann es durch­ aus zu einem Bruch des gesamten Kurbelgehäuses während des Betriebs der Brennkraftmaschine kommen.

Die DE 198 10 464 C1 beschreibt eine weitere Brenn­ kraftmaschine, bei welcher ein Kurbelgehäuse-Unterteil und ein Kurbelgehäuse-Oberteil aus einem Leichtmetall­ werkstoff bestehen. Im Bereich der Lagerstellen für die Kurbelwelle sind sowohl in dem Kurbelgehäuse- Unterteil als auch in dem Kurbelgehäuse-Oberteil Ein­ gußteile aus einem Werkstoff mit einem höheren E-Modul und einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Leichtmetallwerkstoff für das Kurbelgehäuse einge­ gossen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kur­ belwellenlagerung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mittels welcher in sämtlichen auftretenden Temperaturbereichen eine zufriedenstellende Lagerung der aus einem eisenmetallischen Werkstoff bestehenden Kurbelwelle gegenüber einem aus einem Leichtmetall­ werkstoff bestehenden Kurbelgehäuse möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäßen Lagerbauteile, welche in einer Ausnehmung des Kurbelgehäuses angeordnet sind und nicht an dem Kurbelgehäuse anliegen sondern einen Luftspalt gegenüber demselben aufweisen, dienen prak­ tisch als Deckel bzw. Gegenstück für die Lagerdeckel. Somit ergibt sich vorteilhafterweise am gesamten Um­ fang der Kurbelwelle eine Lagerung aus einem Werkstoff mit einem durchgehend sehr ähnlichen bzw. identischen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der darüber hinaus sehr ähnlich zu demjenigen der Kurbelwelle ist, so daß sich ein konstantes Lagerspiel zwischen der Kurbelwelle und den die Lagerung bildenden Bauteile, nämlich den La­ gerdeckeln und den Lagerbauteilen, ergibt. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung bezüglich Geräusch­ entwicklung und Ölverbrauch der Brennkraftmaschine. Damit können die oben beschriebenen Probleme beim Ein­ satz von Kurbelgehäusen aus Leichtmetallwerkstoffen verhindert werden, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Einsatzmöglichkeiten für Leichtmetall im Motoren­ bau führt.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt auch darin, daß sich der Leichtmetallwerkstoff des Kurbelgehäuses aufgrund von Wärmeeinwirkungen an­ nähernd beliebig ausdehnen kann und dabei die Lagerung der Kurbelwelle in keiner Weise beeinflußt. Dies ist der Fall, da die Lagerbauteile aufgrund des vorhande­ nen Luftspaltes völlig unabhängig von dem Kurbelgehäu­ se sind und sich, insbesondere auch kräftemäßig, nicht an demselben abstützen. Ein weiterer Grund ist, daß sich die Lagerbauteile bei ihren ebenfalls durch Wär­ meeinwirkung hervorgerufenen Bewegungen eindeutig den Bewegungen des Lagerdeckels unterordnen und somit eine Veränderung des Lagerspiels nicht möglich ist.

Die Krafteinleitung erfolgt vorteilhafterweise von dem Kurbelgehäuse über die Befestigungsmittel auf die La­ gerdeckel. Ein weiterer Vorteil ist die verhältnismä­ ßig leichte Bauweise der erfindungsgemäßen Kurbelwel­ lenlagerung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kurbelwellenlagerung für eine Brennkraftmaschine; und

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kur­ belwellenlagerung für eine Brennkraftmaschine.

Fig. 1 zeigt eine Kurbelwellenlagerung für eine in ih­ rer Gesamtheit nicht dargestellte Brennkraftmaschine, welche im vorliegenden Fall in Reihenbauweise ausge­ führt ist. Die im folgenden beschriebene Kurbelwellen­ lagerung wäre auch für Brennkraftmaschinen in V- Bauweise und, mit entsprechender Abwandlung, auch für Brennkraftmaschinen in Boxer-Bauweise denkbar.

An einem aus einem Leichtmetallwerkstoff, im vorlie­ genden Fall aus einer Leichtmetallegierung mit wenig­ stens den Werkstoffen Aluminium, Silizium und Kupfer, bestehenden Kurbelgehäuse 1 sind entlang einer Kurbel­ welle 2 mehrere Lagerdeckel 3 angebracht, von denen aufgrund der Schnittdarstellung jedoch nur einer er­ kennbar ist. An seiner den Lagerdeckeln 3 zugewandten Seite weist das Kurbelgehäuse 1 jeweils eine Ausneh­ mung 4 auf, in welcher jeweils ein Lagerbauteil 5 an­ geordnet ist, und zwar derart, daß zwischen dem Kur­ belgehäuse 1 und den Lagerbauteilen 5 jeweils ein Luftspalt 6 verbleibt. Dabei bildet das Lagerbauteil 5 jeweils einen Teil der Lagerung für die Kurbelwelle 2, der zugehörige Lagerdeckel 3 bildet den jeweils ande­ ren Teil.

Um einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erreichen, bestehen die Kurbelwelle 2, die Lagerdeckel 3 und die Lagerbauteile 5 jeweils aus einem eisenme­ tallischen Werkstoff, vorzugsweise aus Grauguß.

Selbstverständlich ist auch die Verwendung von Schmiedeteilen möglich. Gegebenenfalls ist auch eine ge­ mischte Verwendung von Grauguß und Schmiedewerkstoffen möglich bzw. sinnvoll, d. h. es kann beispielsweise ei­ ne geschmiedete Kurbelwelle 2 mit gegossenen Lagerdec­ keln 3 und geschmiedeten oder gegossenen Lagerbautei­ len 5 kombiniert werden. Das gleiche trifft auf Sin­ terteile und auch Sinterschmiedeteile auf Eisenbasis zu.

Zwischen den Lagerbauteilen 5 und der Kurbelwelle 2 sowie zwischen den Lagerdeckeln 3 und der Kurbelwelle 2 sind jeweils Lagerschalen 7 angeordnet, welche bei­ spielsweise aus einem Zweikomponentenwerkstoff mit ei­ ner Lauffläche aus Aluminium bestehen können. Auf die­ se Weise kann ein geeigneter tribologischer Partner für die Kurbelwelle 2 gewährleistet werden.

Die Lagerdeckel 3 sind über zwei als Schrauben 8 aus­ gebildete Befestigungsmittel mit dem Kurbelgehäuse 1 lösbar verbunden, wobei die Schrauben 8 durch jeweili­ ge Durchgangsbohrungen 9 und 10 in dem Lagerdeckel 3 bzw. dem Lagerbauteil 5 verlaufen und in Gewinde 11 eingreifen, welche in dem Kurbelgehäuse 1 vorgesehen sind. Auf diese Weise werden mit den Schrauben 8 nicht nur die Lagerdeckel 3, sondern auch die Lagerbauteile 5 an dem Kurbelgehäuse 1 angebracht, wobei zu bemerken ist, daß durch den Luftspalt 6 die Lagerbauteile 5 be­ züglich ihrer Bewegungen unabhängig von dem Kurbelge­ häuse 1 sind. Vielmehr sind die Lagerbauteile 5 nur den Bewegungen der Lagerdeckel 3 untergeordnet und be­ wegen sich damit gegenüber dem Kurbelgehäuse 1 völlig unabhängig. Die Fixierung der Lagerbauteile 5 erfolgt ausschließlich über die Schrauben 8, die auch für die Krafteinleitung von dem Kurbelgehäuse 1 auf die Lagerdeckel 3 verantwortlich sind.

Am Außenumfang des jeweiligen Lagerbauteils 5 befindet sich in dem Kurbelgehäuse 1 eine im vorliegenden Fall im Querschnitt annähernd quadratisch ausgeführte Aus­ sparung 12, welche die temperaturbedingte Ausdehnung des Kurbelgehäuses 1 in Querrichtung desselben von der durch die Lagerdeckel 3 und die Lagerbauteile 5 gebil­ deten Kurbelwellenlagerung fernhält.

Bei der vorliegenden Ausführung sind die Aussparungen 12 unmittelbar unterhalb der nicht dargestellten Zy­ linderbohrungen des Kurbelgehäuses 1 und somit mittig zwischen den beiden Schrauben 8 angeordnet. Bei einer Ausführung der Brennkraftmaschine in V-Bauweise wären auch zwei Aussparungen 12 denkbar, die jeweils um ei­ nen Winkel zueinander versetzt unterhalb der jeweili­ gen Zylinderbohrungen angeordnet wären.

Um eine Ölversorgung der Lagerschalen 7 und der darin gelagerten Kurbelwelle 2 zu gewährleisten, verlaufen durch das Kurbelgehäuse 1 und die Lagerbauteile 5 Öl­ kanäle 13, von denen im vorliegenden Fall selbstver­ ständlich nur einer dargestellt ist. In dem Luftspalt 6 sind die Ölkanäle 13 durch Dichtungseinrichtungen 14 abgedichtet, welche im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel als O-Ringe ausgeführt sind. Gegebenenfalls ist auch eine Ölzufuhr zu der Kurbelwellenlagerung über die Lagerdeckel 3 oder die Trennfläche zwischen den Lagerdeckeln 3 und den Lagerbauteilen 5 zu realisie­ ren.

Fig. 2 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Bildung der Kurbelwellenlagerung durch die Lagerdeckel 3 und die Lagerbauteile 5. Hierbei sind die Lagerdeckel 3 wie­ derum mit den Schrauben 8 an dem Kurbelgehäuse 1 ange­ bracht, jedoch sind zur Anbringung der Lagerbauteile 5 an dem Lagerdeckel 3 weitere Schrauben 15 vorgesehen, welche nicht in das Kurbelgehäuse 1 eingreifen und so­ mit die Lagerbauteile 5 völlig unabhängig von dem Kur­ belgehäuse 1 an den Lagerdeckeln 3 anbringen. Bezüg­ lich eventueller Veränderungen des Lagerspiels hat dies jedoch nur geringe Auswirkungen, da auch bei die­ sem Ausführungsbeispiel die Lagerbauteile 5 nur den Bewegungen der Lagerdeckel 3 untergeordnet sind und sich gegenüber dem Kurbelgehäuse 1 völlig unabhängig bewegen.

Claims (11)

1. Kurbelwellenlagerung für eine Brennkraftmaschine mit einem aus einem Leichtmetallwerkstoff beste­ henden Kurbelgehäuse (1), mit mehreren aus einem eisenmetallischen Werkstoff bestehenden Lagerdec­ keln (3), die mit dem Kurbelgehäuse (1) über Be­ festigungsmittel (8) lösbar verbunden sind und die die Lagerung für einen Teil des Umfangs der aus einem eisenmetallischen Werkstoff bestehenden Kurbelwelle (2) bilden, und mit mehreren aus ei­ nem eisenmetallischen Werkstoff bestehenden La­ gerbauteilen (5), die jeweils zwischen den Lager­ deckeln (3) und dem Kurbelgehäuse (1) in einer Ausnehmung (4) desselben angeordnet sind und die die Lagerung für einen anderen Teil des Umfangs der Kurbelwelle (2) bilden, wobei zwischen den Lagerbauteilen (5) und dem Kurbelgehäuse (1) je­ weils ein Luftspalt (6) verbleibt.

2. Kurbelwellenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbauteile (5) mittels der zur Anbringung der Lagerdeckel (3) an dem Kurbelgehäuse (1) die­ nenden Befestigungsmittel (8) zwischen den Lagerdeckeln (3) und dem Kurbelgehäuse (1) angebracht sind.

3. Kurbelwellenlagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbauteile (5) ausschließlich mittels der Befestigungsmittel (8) mit dem Kurbelgehäuse (1) und den Lagerdeckeln (3) verbunden sind.

4. Kurbelwellenlagerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (8) als Schrauben ausge­ bildet sind, die in Gewinde (11) eingreifen, wel­ che in dem Kurbelgehäuse (1) vorgesehen sind.

5. Kurbelwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse (1) im Bereich der jeweiligen Ausnehmung (14) mit jeweils wenigstens einer dem jeweiligen Lagerbauteil (5) zugeordneten Ausspa­ rung (12) versehen ist.

6. Kurbelwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lagerbauteilen (5) und der Kurbel­ welle (2) und zwischen den Lagerdeckeln (3) und der Kurbelwelle (2) jeweils Lagerschalen (7) an­ geordnet sind.

7. Kurbelwellenlagerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschalen (7) eine Aluminium-Lauffläche für die Kurbelwelle (2) aufweisen.

8. Kurbelwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Kurbelgehäuse (1) und die Lagerbauteile (5) jeweils Ölkanäle (13) verlaufen.

9. Kurbelwellenlagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölkanäle (13) gegenüber den Ausnehmungen (4) des Kurbelgehäuses (1) mittels einer Dichtungs­ einrichtung (14) abgedichtet sind.

10. Kurbelwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (8) als Schrauben (8) aus­ gebildet sind.

11. Kurbelwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse (1) aus einer Leichtmetallegie­ rung besteht, welche zumindest die Bestandteile Aluminium, Silizium und Kupfer aufweist.