DE102005051185A1

DE102005051185A1 - Zylinderkurbelwellengehäuse mit mindestens einer Zylinderlaufbahn sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102005051185A1
Application number: DE200510051185
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Hofheinz
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: DE102005051185B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelwellengehäuse mit mindestens einer Zylinderlaufbahn sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das erfindungsgemäße Zylinderkurbelwellengehäuse wird in bekannter Weise gegossen und die Zylinderlauffläche in bekannter Weise geglättet, insbesondere gehont. Hierbei kann ein Pleuelfenster bereits beim Gießen in besonderer Weise berücksichtigt werden. Bei dem fertig gegossenen Zylinderkurbelwellengehäuse werden die Wandungen des Pleuelfensters angeschrägt. Die Anschrägung erfolgt in der Art, dass die Axialwandungen eines Pleuelfensters unter einem Winkel eingebracht werden, der mit der gedachten Umfangslinie der Zylinderlaufbahn einen eingeschlossenen Winkel aufweisen, der kleiner 30 DEG , bevorzugt kleiner 20 DEG und besonders bevorzugt kleiner 10 DEG , ist. Die Umfangswandung des Pleuelfensters hingegen weist mit der Mantellinie der Zylinderlaufbahn einen eingeschlossenen Winkel zwischen 30 DEG und 60 DEG , bevorzugt zwischen 40 DEG und 50 DEG und besonders bevorzugt zwischen 43 DEG und 47 DEG , auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelwellengehäuse mit mindestens einer Zylinderlaufbahn, wobei die Zylinderlaufbahn kurbelwellenseitig mit zwei sich diametral gegenüberliegenden, zur Kurbelwelle hin offenen und einen in etwa rechtwinkligen Querschnitt aufweisenden Pleuelfenstern versehen ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, wie beides im Automobilbereich verwendet und hier als bekannt unterstellt wird

In der Motorenfertigung von Hubkolbenmotoren ist es zur Reduzierung der Bauhöhe eines Hubkolbenmotors möglich, den kurbelwellenseitigen Endbereich der gegossenen Zylinderlaufbahn des gegossenen Zylinderkurbelwellengehäuses mit Pleuelfenstern zu versehen. Diese Pleuelfenster können schon beim Gießen des Zylinderkurbelwellengehäuses berücksichtigt werden, oder erst anschließend in die Wandung der Zylinderlauffläche eingebracht bzw. spanabhebend daraus ausgeschnitten werden. Die Pleuelfenster liegen in der Bewegungsebene der Pleuelstange und sind dazu vorgesehen, dass sich Pleuelstange zwischen ihren beiden seitlichen Umkehrpunkten frei bewegen kann und nicht an der Wandung der Zylinderlauffläche anstößt. Allerdings können die Pleuelfenster nicht mit beliebiger Erstreckung (Tiefe) in Richtung der Mantellinie der Zylinderlauffläche eingebracht werden, da hier die Dichtheit der Kolben/Zylinder-Anordnung im Betrieb gefährdet ist. So weist das Kolbenhemd des Kolbens trotz dem Einbringen der Pleuelfenster mit maximaler Tiefe in eigenen Fällen Schleif- und/oder sonstige Abnützungsspuren auf. Dies ist ein Hinweis auf eine noch unbefriedigende Tribologie dieser Ausgestaltung.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Tribologie eines Zylinderkurbelwellengehäuses mit Pleuelfenstern zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Zylinderkurbelwellengehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren gemäß den Verfahrensschritten des Anspruchs 5 gelöst. Überraschender Weise wurde durch die Anfasungen der Wandungen des Pleuelfensters in den beanspruchten Winkelbereichen die Tribologie der Zylinder/Pleuelanordnung verbessert, was sich dadurch bemerkbar macht, dass nunmehr das Kolbenhemd keinerlei Schleif- und/oder sonstige Abnützungsspuren aufweist. Insbesondere wird dies aber nur erreicht, wenn nicht nur die in etwa parallel zu einer Umfangslinie verlaufende Umfangswandung des Pleuelfensters angefast wird, sondern auch die beiden seitlichen, in etwa parallel zur Axialrichtung der Zylinderlauffläche Axialwandungen des Pleuelfensters angefast werden.

In besonderer Ausgestaltung weist die Axialwandungen des Pleuelfensters mit der gedachten Umfangslinie der Zylinderlaufbahn einen eingeschlossenen Winkel von etwa 8° auf, während die Umfangswandung des Pleuelfensters mit der Mantellinie der Zylinderlaufbahn einen eingeschlossenen Winkel etwa 45° beträgt.

Das Ergebnis der Erfindung wird weiter verbessert, wenn der Übergang von den Axialwandungen in die Umfangswandung abgerundet ist.

In besonderer Weise beträgt der Übergangsradius von den Axialwandungen in die Umfangswandung zwischen 0,1 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 1 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,3 mm und 0,5 mm.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Pleuelfensters einer Zylinderlaufbahn eines Zylinderkurbelwellengehäuse wird das Zylinderkurbelwellengehäuse in bekannter Weise gegossen und die Zylinderlauffläche in bekannter Weise geglättet, insbesondere gehont. Hierbei kann das Pleuelfenster bereits beim Gießen in besonderer Weise berücksichtigt werden. Bei dem fertig gegossenen Zylinderkurbelwellengehäuse werden die Wandungen des Pleuelfensters angeschrägt. Die Anschrägung der insbesondere ebenen Wandungen erfolgt in der Art, dass die Axialwandung eines Pleuelfensters unter einem Winkel eingebracht werden, der mit der gedachten Umfangslinie der Zylinderlaufbahn einen eingeschlossenen Winkel aufweisen, der kleiner 30°, bevorzugt kleiner 20° und besonders bevorzugt kleiner 10° ist, und dass die Umfangswandung des Pleuelfensters einen Winkel aufweist, der mit Mantellinie der Zylinderlaufbahn einen eingeschlossenen Winkel zwischen 30° und 60°, bevorzugt zwischen 40° und 50° und besonders bevorzugt zwischen 43° und 47° bildet.

Das Ergebnis der Erfindung kann weiters dadurch verbessert werden, dass Übergang von den Axialwandungen in die Umfangswandung abgerundet wird.

Vorzugsweise wird hierbei ein Radius für den Übergang von den Axialwandungen in die Umfangswandung gewählt, der zwischen 0,1 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 1 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,3 mm und 0,5 mm beträgt.

Wurde das Pleuelfenster nicht bereits beim Gießen vorgeformt, ist es sinnvoll, das Pleuelfenster mittels eines Fräsers aus der Wandung der Zylinderlauffläche auszufräsen.

In beiden Fällen, d.h. mit gegossenem oder gefrästem Pleuelfenster, ist es sinnvoll das Abschrägen der Wandungen des Pleuelfensters spanabhebend vorzunehmen, insbesondere zu fräsen.

Zum Fräsen der Wandungen des Pleuelfensters und insbesondere zum gleichzeitigen Einbringen des Pleuelfensters wird ein Fräskopf gewählt, dessen aktive rotationssymmetrische und im Eingriff zu einer Mantellinie der Zylinderlauffläche parallele äußere Schneide einen Durchmesser aufweist, der zwischen 50–80%, bevorzugt 60–80% und besonders bevorzugt zwischen 70 bis 80% des Durchmessers der Zylinderlaufbuchse beträgt. Die Ausformung der Axialwandungen ergibt sich somit aus der Eindringtiefe dieser Schneide des Fräskopfes in die Wandung der Zylinderlaufbahn des Zylinderkurbelwellengehäuses.

Des Weiteren ist es zur gleichzeitigen Ausbildung der Umfangswandung sinnvoll, wenn die aktive Schneide des Fräskopfes an seinem Endbereich entsprechend der Ausbildung der Umfangswandung ebenfalls angeschrägt wird.

In weiterer Ausgestaltung werden die angeschrägten Wandungen des Pleuelfensters vor dem Endmaßbearbeiten, insbesondere dem Honen der Zylinderlauffläche eingebracht. Hierdurch ist eine Gradbildung am Übergang der Zylinderlauffläche in die Umfangswandung und/oder Axialwandung verringert.

Weitere sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung können den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Im Übrigen wird die Erfindung and von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 ein Ausschnitt eines Zylinderkurbelwellengehäuses mit einer durch eine Zylinderlaufbuchse ausgebildeten Zylinderlauffläche,
2 eine Ausschnittsvergrößerung auf ein Pleuelfenster mit Betrachtungsrichtung von der Kurbelwelle her,
3 eine radiale Ansicht auf ein Pleuelfenster,
4 einen Axialschnitt durch die Mitte eines Pleuelfensters und
5 die Herstellung eines Pleuelfensters mit einem Fräskopf.
In 1 ist ein Ausschnitt eines Zylinderkurbelwellengehäuses dargestellt. Das Zylinderkurbelwellengehäuse 8 weist eine Zylinderlauffläche 1 auf, die im vorliegenden Fall als Zylinderlaufbuchse dargestellt ist. Die Zylinderlauffläche 1 ist für eine Kolben/Pleuel-Anordnung vorgesehen, die sich in bekannter Weise innerhalb der Zylinderlauffläche 1 bewegt. Die Zylinderlauffläche 1 ist kurbelwellenseitig mit zwei Pleuelfenstern 3 versehen. Die Pleuelfenster 3 sind zur Kurbelwelle hin offen und liegen sich diametral gegenüber. Ferner sind sie in der Bewegungsebene der Pleuelstange angeordnet. Durch diese Weise kann die Pleuelstange an ihren Umkehrpunkten in die Pleuelfenster 3 eindringen, wodurch für den an der Pleuelstange angeordneten Kolben eine zumindest in Axialrichtung kleinere Bauweise ermöglicht ist. Dies wiederum ermöglicht einen Motor geringerer Höhe.
Die beiden bezüglich der Zylinderlauffläche 1 axial verlaufenden Wandungen der Pleuelfenster 3 – im folgenden Axialwandung 2 genannt – weisen mit einer gedachten Umfangslinie 4 der Zylinderlauffläche 1 einen eingeschlossenen Winkel α kleiner 30°, bevorzugt kleiner 20° und besonders bevorzugt kleiner 10° auf. Im günstigsten Fall beträgt der Winkel α etwa 8°.
Die bezüglich der Zylinderlauffläche 1 umfangsseitig verlaufende Wandung des Pleuelfensters 3 – im folgenden Umfangswandung 5 genannt – hingegen weisen mit einer Mantellinie 6 der Zylinderlauffläche 1 einen eingeschlossenen Winkel β zwischen 30° und 60°, bevorzugt zwischen 40° und 50° und besonders bevorzugt zwischen 43° und 47° auf. Im günstigsten Fall beträgt der Winkel β etwa 45°.
Der Übergang von den Axialwandungen 2 in die Umfangswandung 5 ist u.A. aus produktions- und materialtechnischer Sicht in sinnvoller Weise abgerundet. Der Übergangsradius 7 von den Axialwandungen 2 in die Umfangswandung 5 beträgt zwischen 0,1 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 1 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,3 mm und 0,5 mm beträgt.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Pleuelfensters 3 für eine Zylinderlauffläche 1 eines Zylinderkurbelwellengehäuses 8 beschrieben.
Das Zylinderkurbelwellengehäuse 8 wird in bekannter Weise gegossen und die Zylinderlauffläche 1 in bekannter Weise geglättet, insbesondere gehont. Diese Glättung kann vor oder nach dem Einbringen der Pleuelfenster 3 erfolgen. Beim Einbringen und/oder Feinbearbeiten der Pleuelfenster 3 werden gleichzeitig die Wandungen 2 und 5 des Pleuelfensters 3 angeschrägt.
Zur Reduktion u.A. der Gesamtbearbeitungszeit wird das Pleuelfenster 3 in sinnvoller Weise bereits beim Gießen vorgeformt.
Das Abschrägen der Wandungen des Pleuelfensters 3 wird auf einfache Weise spanabhebend vorgenommen, insbesondere gefräst.
In günstiger Weise wird zum Fräsen ein Fräskopf 9 verwendet, der mit einer aktiven rotationssymmetrischen und im Eingriff zu einer Mantellinie 6 der Zylinderlauffläche 1 parallelen äußeren Schneide 9 versehen ist. Die Breite, also der Durchmesser des Fräskopf 9 zwischen diesen aktiven äußeren Schneiden beträgt zwischen 50–80%, bevorzugt 60–80% und besonders bevorzugt zwischen 70 bis 80% des Durchmessers der Zylinderlauffläche 1. Ferner ist die aktive Schneide des Fräskopfs 9 in seinem Endbereich 10 entsprechend der Ausbildung der Umfangswandung 5 angeschrägt.
In vorteilhafter Weise werden die angeschrägten Wandungen 2, 5 des Pleuelfensters 3 vor dem Endmaßbearbeiten, insbesondere vor dem Honen der Zylinderlauffläche 1 eingebracht. Hierdurch wird die später gehonte Fläche nicht durch das Material der Pleuelfenster 3 verunreinigt oder gar beschädigt.
In zweckmäßiger Weise wird der Übergang von den Axialwandungen 2 in die Umfangswandung 5 abgerundet. Als Radius für den Übergang von den Axialwandungen 2 in die Umfangswandung 5 hat sich ein Übergangsradius 7 zwischen 0,1 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 1 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,3 mm und 0,5 mm bewährt.
Zur Einbringung dieses Übergangsradius 7 hat es sich als günstig erwiesen, den zur Herstellung der Wandungen 2, 5 verwendeten Fräskopf 9 im Bereich des Übergangsradius 7 mit entsprechend ausgebildeten Schneidenabschnitten zu versehen.
Der Übergangsradius 7 ist u.A. daher sinnvoll, damit die zugehörige Fasen keine scharfkantigen Ecken aufweisen. Von besonderem Vorteil ist dies beim an- und/oder abschließenden Honen, da dadurch die Honleiste geschützt ist.

Claims

Zylinderkurbelwellengehäuse mit mindestens einer Zylinderlauffläche, welche kurbelwellenseitig mit zwei sich diametral gegenüberliegenden, zur Kurbelwelle hin offenen, in einer Bewegungsebene einer Pleuelstange einer sich innerhalb der Zylinderlauffläche bewegenden Kolben/Pleuel-Anordnung angeordneten und einen in etwa rechtwinkligen Querschnitt aufweisenden Pleuelfenstern versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden bezüglich der Zylinderlauffläche (1) axial verlaufenden Wandungen – im folgenden Axialwandung (2) genannt – eines Pleuelfensters (3) mit der gedachten Umfangslinie (4) der Zylinderlauffläche (1) einen eingeschlossenen Winkel (α) kleiner 30°, bevorzugt kleiner 20° und besonders bevorzugt kleiner 10° aufweisen, dass die bezüglich der Zylinderlauffläche (1) umfangsseitig verlaufende Wandung – im folgenden Umfangswandung (5) genannt – des Pleuelfensters (3) mit der Mantellinie (6) der Zylinderlauffläche (1) einen eingeschlossenen Winkel (β) zwischen 30° und 60°, bevorzugt zwischen 40° und 50° und besonders bevorzugt zwischen 43° und 47° aufweist.
Zylinderkurbelwellengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialwandungen (2) eines Pleuelfensters (3) mit der gedachten Umfangslinie (4) der Zylinderlauffläche (1) einen eingeschlossenen Winkel (α) von etwa 8° aufweisen, und dass die Umfangswandung (5) des Pleuelfensters (3) mit der Mantellinie (6) der Zylinderlauffläche (1) einen eingeschlossenen Winkel (β) von etwa 45° aufweist.
Zylinderkurbelwellengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von den Axialwandungen (2) in die Umfangswandung (5) abgerundet ist.
Zylinderkurbelwellengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsradius (7) von den Axialwandungen (2) in die Umfangswandung (5) zwischen 0,1 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 1 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,3 mm und 0,5 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Pleuelfensters einer Zylinderlaufbahn eines Zylinderkurbelwellengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderkurbelwellengehäuse (8) in bekannter Weise gegossen und die Zylinderlauffläche (1) in bekannter Weise geglättet, insbesondere gehont wird, dass das Pleuelfenster (3) eingebracht wird, dass die Wandungen des Pleuelfensters (3) angeschrägt werden, wobei die beiden bezüglich der Zylinderlauffläche (1) axial verlaufenden Wandungen – im folgenden Axialwandung (2) genannt – eines Pleuelfensters (3) unter einem Winkel eingebracht werden, der mit der gedachten Umfangslinie (4) der Zylinderlauffläche (1) einen eingeschlossenen Winkel (α) aufweisen, der kleiner 30°, bevorzugt kleiner 20° und besonders bevorzugt kleiner 10° ist, und wobei die bezüglich der Zylinderlauffläche (1) umfangsseitig verlaufende Wandung – im folgenden Umfangswandung (5) genannt – des Pleuelfensters (5) mit einem Winkel eingebracht werden, der mit Mantellinie (6) der Zylinderlauffläche (1) einen eingeschlossenen Winkel (β) zwischen 30° und 60°, bevorzugt zwischen 40° und 50° und besonders bevorzugt zwischen 43° und 47° aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuelfenster (3) bereits beim Gießen vorgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschrägen der Wandungen des Pleuelfensters (3) spanabhebend vorgenommen, insbesondere gefräst wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen des Pleuelfensters (3) gefräst werden, dass zum Fräsen ein Fräskopf (8) mit einer aktiven rotationssymmetrischen und im Eingriff zu einer Mantellinie (6) der Zylinderlauffläche (1) parallelen äußeren Schneide (9) gewählt wird, deren Durchmesser zwischen 50–80%, bevorzugt 60–80% und besonders bevorzugt zwischen 70 bis 80% des Durchmessers der Zylinderlauffläche (1) beträgt, und deren aktive Schneide in seinem Endbereich (10) entsprechend der Ausbildung der Umfangswandung (5) angeschrägt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die angeschrägten Wandungen des Pleuelfensters (3) vor dem Endmaßbearbeiten, insbesondere dem Honen der Zylinderlauffläche (1) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übergang von den Axialwandungen (2) in die Umfangswandung (5) abgerundet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von den Axialwandungen (2) in die Umfangswandung (5) abgerundet wird und dass als Radius für den Übergang von den Axialwandungen in die Umfangswandung ein Übergangsradius (7) zwischen 0,1 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 1 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,3 mm und 0,5 mm gewählt wird.