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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung mindestens einer
Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses, eine Vorrichtung zur
Bearbeitung mindestens einer Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses sowie
ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine
mit mindestens einer Zylinderbohrung.
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Zur
Bearbeitung von Zylinderlaufflächen
in Zylinderbohrungen von Zylinderkurbelgehäusen sind unterschiedliche
Verfahren bekannt. So wird eine strukturelle Beschaffenheit der
Zylinderlauffläche bspw.
durch Oberflächenhonen
beeinflußt.
Trotzdem können
Zylinderlaufflächen
von Zylinderbohrungen in Zylinderkurbelgehäusen Unrundheiten von ca. 10 μm aufweisen.
Dies ist durch unterschiedliche Steifigkeiten am Zylinderkopf sowie
Massenanordnungen am Zylinderkurbelgehäuse bedingt. Nach einem Verschrauben
des Zylinderkopfes mit dem Zylinderkurbelgehäuse ergeben sich in der Zylinderbohrung
zusätzlich
Ungleichförmigkeiten
von bis zu 80 μm.
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Bei
einer Feinstbearbeitung wird bspw. durch Rohrlupenhohnung versucht,
diese durch Verzug verursachten Ungleichförmigkeiten auszugleichen. Dabei
soll das Rohrlupenhonen Schraubenvorspannkräfte und die Zylinderkopfgeometrie
simulieren, so daß nach
Enttastung einer Rohrlupenvorrichtung die Zylinderbohrung erheblich
unrund ist, um jedoch im Verschraubungsfall exakte Rundheit aufzuweisen. Allerdings
ist Rohrlupenhohnen sehr zeit- und kostenintensiv.
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Außerdem sind
noch weitere Bearbeitungsmaßnahmen
für Zylinderlaufflächen bekannt.
In der Druckschrift
US
4 393 821 A wird vorgeschlagen, diese mit einem Laserstrahl
zu härten.
In der Druckschrift
DE
42 29 092 C1 ist beschrieben, ebenfalls mit einem Laserstrahl
innerhalb einer Zylinderbohrung eine Verengung herzustellen. In
der Druckschrift
DE 197
43 627 A1 wird die Verengung der Zylinderbohrung mittels
eines Kaltverfestigungsverfahrens, wie bspw. Walzen oder Pressen,
erzeugt.
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In
der Druckschrift
DE
198 29 584 C2 wird eine Verengung einer Zylinderlauffläche mittels
eines Induktors durch induktive Randschichtenhärtung erstellt. Diese Verengung
weist bzgl. einer Erhebung von der Zylinderlauffläche eine
hohe Homogenität auf
und ist als entlang der Zylinderlauffläche um 360° umlaufende Nase ausgebildet.
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Mit
vorliegender Erfindung wird angestrebt, Zylinderlaufflächen innerhalb
von Zylinderbohrungen von Zylinderkurbelgehäusen für Brennkraftmaschinen derart
auszugestalten, daß die
Zylinderlauffläche auch
bei Betrieb der Brennkraftmaschine nur geringfügige Unrundheiten aufweist,
so daß somit
bspw. eine Dichtwirkung von Kolbenringen innerhalb der Zylinderbohrung
verbessert wird.
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Hierzu
wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie ein Zylinderkurbelgehäuse mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 12 vorgeschlagen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Bearbeitung mindestens einer Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses für eine Brennkraftmaschine ist
vorgesehen, daß eine
Zylinderlauffläche
der Zylinderbohrung gemäß einer
topographischen Vorgabe zur Bereitstellung einer dreidimensionalen
Konturprofilierung der Zylinderlauffläche behandelt wird. Somit werden
gezielt wellenförmige
in sich abgesenkte Mehrfachanordnungen unterschiedlicher Profilhöhe an der
Zylinderlauffläche
erzeugt. Hierbei geschaffene gleitende Übergangsradien an der Zylinderlauffläche bilden
sanfte Flächenpreßübergänge.
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Gemäß der topographischen
bzw. strukturellen Vorgabe werden auch dreidimensionale Konturprofilierung
benachbarter Zylinderbohrungen innerhalb des Zylinderkurbelgehäuses, die
in der Regel unterschiedlich auszubilden sind, gegenseitig berücksichtigt.
Dabei wird mit der topographischen Vorgabe eine Formänderung
der Zylinderlauffläche
der mindestens einen Zylinderbohrung während eines Betriebs der Brennkraftmaschine
kompensiert, hierbei wird bzw. werden das gesamte Zylinderkurbelgehäuse bzw.
sämtliche
Zylinderbohrungen beachtet, so daß ausgehend von der gezielt
bereitgestellten dreidimensionalen Konturprofilierung die Zylinderlauffläche dieser
mindestens einen Zylinderbohrung bei Betrieb der Brennkraftmaschine
unter nachhaltiger Reduzierung von Unrundheiten weitgehend zylindergeometrisch
geformt ist.
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Je
nach Anforderung kann durch geeignete topographische Vorgaben die
dreidimensionale Konturprofilierung auch derart bereitgestellt werden,
daß die
Zylinderlauffläche
bei Betrieb der Brennkraftmaschine im Querschnitt evtl. ideal oval
oder elliptisch geformt ist. Durch diese gezielte Ausgestaltung
der Zylinderlauffläche
wird eine deutliche Verbesserung einer Dichtwirkung von Kolbenringen
in der Zylinderbohrung bei Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht.
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Bei
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorzugsweise vorgesehen, daß die
Zylinderlauffläche
durch elektrische Induktion behandelt wird. Mit dieser Maßnahme ist
es möglich,
die dreidimensionale Konturprofilierung der topographischen Vorgabe
entsprechend in einfacher Weise bereitzustellen. Vorrichtungen hierfür können dementsprechend
gezielt gesteuert werden.
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Des
weiteren ist vorgesehen, daß die
topographische Vorgabe auf Grundlage von Kaltformverzugmessungen
und Warmformverzugberechnungen für
die mindestens eine Zylinderbohrung ermittelt wird. Mit den Warmformverzugberechnungen
wird ein Verhalten und somit eine Verformung der mindestens einen
Zylinderbohrung bei Betrieb der Brennkraftmaschine in Vergleich
zu einer Form der Zylinderbohrung in einem kalten Zustand berücksichtigt.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden Kaltformverzugmessungen
für die
mindestens eine Zylinderbohrung dann durchgeführt, wenn ein Zylinderkopf
auf den Zylinderkurbelgehäuse
aufgeschraubt ist. Diese Kaltformverzugmessungen werden bspw. an
einem Modell oder Prototyp des Zylinderkurbelgehäuses durchgeführt. Dieses
Modell weist Öffnungen
auf, durch die in jede Zylinderbohrung eine Meßeinrichtung, bspw. eine Sonde
in die mindestens eine Zylinderbohrung einführbar ist. Durch die Maßnahme,
die Kaltformverzugsmessungen bei aufgeschraubtem Zylinderkopf durchzuführen, wird
berücksichtig,
daß ein
und dieselbe Zylinderbohrung selbst in einem kalten Zustand abhängig davon,
ob der Zylinderkopf auf dem Zylinderkurbelgehäuse angeschraubt ist oder nicht,
unterschiedlich geformte Zylinderlaufflächen aufweist. Mit der Erfindung
werden durch die Verschraubung verursachte Unrundheiten entlang
der Zylinderlauffläche
nachhaltig reduziert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann zur Bereitstellung einer Feinstbearbeitung der Zylinderlauffläche der
mindestens einen Zylinderbohrung nach einem Oberflächenhonen
oder einer anderen geeigneten Bearbeitungsmaßnahme der mindestens einen
Zylinderbohrung durchgeführt
werden.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird die Zylinderlauffläche der
mindestens einen Zylinderbohrung zumindest partiell verengt und/oder
gehärtet. Zudem
ist vorgesehen, daß die
Zylinderlauffläche
der mindestens einen Zylinderbohrung aus Austensit bzw. Grauguß besteht
und zumindest partiell in Martensit umgewandelt wird. Alternativ
wird das Verfahren für
die Zylinderlauffläche
einer in der mindestens einen Zylinderbohrung des Zylinderkurbelgehäuses angeordneten
Zylinderlaufbuchse durchgeführt.
Diese Zylinderlaufbuchse ist bspw. in die mindestens eine Zylinderbohrung
eingegossen. Zur Gewichtsreduzierung ist das Zylinderkurbelgehäuse zumindest abgesehen
von der mindestens einen Zylinderlaufbuchse aus einem leichtmetallischen
Werkstoff geringer Dichte, z.B. einer Aluminium- oder Aluminium-Silizium
Verbindung oder dergleichen, hergestellt.
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An
der Zylinderlauffläche
werden partielle Oberflächenerhebungen
erzeugt und es werden durch Vorbearbeitungen gegebene Oberflächenhonstrukturen
dabei abgebildet. Mit der Erfindung wird jede Zylinderbohrung des
Zylinderkurbelgehäuses
durch individuelle Gestaltung von partiellen Verengungen bzw. Oberflächenanhebungen
derart gestaltet, daß die
Zylinderbohrung bei aufgeschraubtem Zylinderkopf und bei Betrieb
der Brennkraftmaschine Kalt- und Warmformverzüge kompensiert. Durch Härtung der
Zylinderlauffläche
der mindestens einen Zylinderbohrung, bedingt durch Umwandlung eines
Graugusseisengefüges
in harten Martensit, ist die Zylinderbohrung bei Aufladung des Verbrennungsmotors
hoch belastbar. Des weiteren wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
ein "blow by" sowie eine Emission
von Abgasen reduziert.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird entlang der Zylinderlaufbahn eine hohe Härte und somit ein hoher Verschleißwiderstand
der mindestens einen Zylinderbohrung erzeugt. Zusätzlich ist
es möglich,
durch Lasereinsatz einen oberen Totpunkt der mindestens einen Zylinderbohrung
im Millimeterbereich gemäß der topographischen
Vorgabe zu gestalten.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Bearbeitung mindestens einer Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses für eine Brennkraftmaschine weist
zumindest einen Induktor auf. Mit dieser Vorrichtung ist der zumindest
eine Induktor zur Bereitstellung einer dreidimensionalen Konturprofilierung an
einer Zylinderlauffläche
der mindestens einen Zylinderbohrung gemäß einer topographischen Vorgabe
zu steuern. Hierbei ist es möglich,
daß die
Vorrichtung mehrere dieser Induktoren aufweist, so daß gleichzeitig
mehrere bzw. alle Zylinderbohrungen des Zylinderkurbelgehäuses behandelt
werden können. In
Ausgestaltung dieser Vorrichtung ist der zumindest eine Induktor
innerhalb der mindestens einen Zylinderbohrung zu bewegen. Dabei
sind Funktionsparameter des zumindest einen Induktors zu regeln.
Eine Regelung erfolgt hierbei unter Berücksichtigung der topographischen
Vorgabe bspw. rechnergestützt. Hierbei
werden die Funktionsparameter wie Stromfrequenz, Leistung, Heizzeit
und dergleichen, in Abhängigkeit
einer Position des Induktors innerhalb der mindestens einen Zylinderbohrung
punktgenau und individuell eingestellt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine
mit mindestens einer Zylinderbohrung ist eine Zylinderlauffläche der
mindestens einen Zylinderbohrung gemäß einer topographischen Vorgabe
zur Bereitstellung einer dreidimensionalen Konturprofilierung dieser
Zylinderlauffläche
bearbeitet. Mit der Erfindung wird erreicht, daß Brennkraftmaschinen auch
zukünftig
harte Emissionsgesetze erfüllen.
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Bei
Betrieb der Brennkraftmaschine sind Dichtheitsreserven am Kolbenring
bei Bewegung entlang der Zylinderlauffläche erhöht, dies ist auch in Kombination
mit reduzierten Leichtlaufölen
möglich. Außerdem werden
innerhalb der mindestens einen Zylinderbohrung Rauheiten reduziert.
Durch erfindungsgemäße Ausgestaltung
der mindestens einen Zylinderbohrung unter Anordnung volumetrisch
erzeugter geschlossener, erhabener Flächen mit definierten Unrundheiten
bzw. dreidimensionalen, geometrischen Konturprofilierungen können deutlich
höhere
Brennraumdrücke
erzielt werden. Insgesamt wird mit der Erfindung eine zuverlässige Langzeitstabilität eines
Niveaus und von Konturen innerhalb der Zylinderbohrung durch Erhöhung einer
Gefügehärte bzw.
Anregung gezielter Drehrichtungswechsel der Kolbenringe zur Reduzierung
eines einseitigen Kolbenringverschleißes erzielt.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, daß die
vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung ein Diagramm zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahren
in bevorzugter Ausgestaltung.
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Das
in der 1 durch das schematische Diagramm angedeutete
Verfahren zur Bearbeitung mindestens einer Zylinderbohrung eines
Zylinderkurbelgehäuses
für eine
Brennkraftmaschine, bei dem eine Zylinderlauffläche der mindestens einen Zylinderbohrung
gemäß einer
topographischen Vorgabe zur Bereitstellung einer dreidimensionalen
Konturprofilierung der Zylinderlauffläche behandelt wird, weist in
bevorzugter Ausgestaltung vier nacheinander durchzuführende Schritte 2, 4, 6, 8 auf.
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In
dem ersten Schritt 2 wird ein Zylinderkurbelgehäuse, bei
dem die mindestens eine Zylinderbohrung bspw. durch Oberflächenhohnen
vorbearbeitet ist mit einem Zylinderkopf verschraubt. In dem zweiten
Schritt 4 wird an der mindestens einen Zylinderbohrung
im verschraubten Zustand des Zylinderkurbelgehäuses eine Kaltformverzugsmessung durchgeführt. Hierzu
ist bspw. ein Modell oder Prototyp des Zylinderkurbelgehäuses mit
zumindest einer Öffnung
versehen, durch die ein geeigneter Sensor zur Vermessung der Zylinderlauffläche der
mindestens einen Zylinderbohrung einzuführen ist. Derart ermittelte
Werte für
die Kaltformverzugsmessung werden durch theoretisch bereitgestellte
Warmformverzugsberechnungen zur Berücksichtigung einer Verformung
der mindestens einen Zylinderbohrung bei Betrieb der Brennkraftmaschine
ergänzt.
Darauf basierend werden im dritten Schritt 6 topographische Vorgaben
ermittelt.
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Bei
dem letzten Schritt 8 des Verfahrens wird die Zylinderlauffläche der
mindestens einen Zylinderbohrung unter Umsetzung der topographischen
Vorgaben bei abgeschraubten Zylin derkopf vorzugsweise durch elektrische
Induktion behandelt. Hierbei erfolgt eine Umwandlung der bspw. aus
Austensit bestehenden Zylinderlauffläche in Martensit. Dabei wird die
Zylinderlauffläche
der mindestens einen Zylinderbohrung zumindest partiell verengt
und/oder gehärtet.
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Die
somit erfindungsgemäß bereitgestellte dreidimensionale
Konturprofilierung der Zylinderbohrung hat den Vorteil, daß die mindestens
eine Zylinderbohrung bei Betrieb der Brennkraftmaschine bei aufgeschraubtem
Zylinderkopf über
eine gesamte Höhe
entlang einer Längsachse
der Zylinderbohrung an jedem Querschnitt der mindestens einen Zylinderbohrung
insbesondere eine ideal zylindergeometrische oder je nach Anforderung
bspw. eine ideal elliptische Form aufweist.