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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse
und einem Zylindergehäuseunterteil, zwischen denen eine
mittlere Teilung für ein Einsetzen mindestens eines Hauptlagers
einer Kurbelwelle ausgebildet ist.
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Eine
derartige Brennkraftmaschine ist zum Beispiel als sogenannter Schürzenmotor
bekannt. Der Schürzenmotor weist ein Zylinderkurbelgehäuse mit
als Schürzen ausgebildeten Maschinenwänden (Seitenwänden)
auf, die bis in einen Bereich unterhalb der mittleren Teilung heruntergezogen
sind. Das Zylindergehäuseunterteil bildet einen Lagerdeckel des
Hauptlagers und wird mittels einer Verschraubung mit senkrecht zur
Teilung beziehungsweise ihrer Teilungsebene verlaufenden Schrauben
an das Zylinderkurbelgehäuse angeschraubt. Zusätzlich
ist oft auch eine Querverschraubung mit mindestens einer parallel
zur Teilung verlaufenden Lagerschraube durch die Schürze
vorgesehen. Durch diese Querverschraubung können beim Verspannen
von Zylinderkurbelgehäuse und Zylindergehäuseunterteil
auftretende Zugspannungen zumindest teilweise kompensiert werden.
Die
DE 195 26 890
A1 zeigt einen solchen Schürzenmotor der senkrechte
Verschraubungen mit Spannschrauben zur Befestigung des Zylindergehäuseunterteils
und eine Querverschraubung mit einer Druckschraube zur Spannungsreduktion
aufweist.
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Derartige
Brennkraftmaschinen sind zumeist als Monoguss-Motoren ausgebildet,
deren Zylinderkurbelgehäuse mit Lagerstuhl und Zylinderrohren aus
einem Guss sind. Um verschleißfeste Zylinderlaufflächen
zu erzielen, müssen harte, meist etwas spröde
Werkstoffe eingesetzt werden, die eine entsprechend geringe Duktilität
aufweisen. Dies gilt für Eisen- wie auch für Aluminium-
oder andere Leichtmetall-Werkstoffe. Eine geringe Duktilität
eines Werkstoffes lässt diesen empfindlich auf Zug- und Biegewechselkräfte
reagieren. Beim Lagerstuhl in Brennkraftmaschinen, insbesondere
bei Brennkraftmaschinen mit V-förmig angeordneten Zylinderrohren,
ziehen die Lagerschrauben der Verschraubung über das Zylindergehäuseunterteil
mit großen Kräften am Lagerstuhl des Zylinderkurbelgehäuses.
Bei einer Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylinderrohren
wirken zusätzlich Zündschläge unter einem
Winkel zur Ausrichtung der Lagerschrauben, sodass heftige Druck-
und Zugspannungsspitzen jeweils links und rechts der Hauptlagerbohrung
entstehen. Durch eben diese Zug- beziehungsweise Biegebeanspruchungen
entstehen örtlich Reaktionsmomente, welche den in aller
Regel hochfesten Lagerdeckel an der mittleren Teilung auf der dem
zündenden Zylinder gegenüberliegenden Seite in
den Lagerstuhl des Zylinderkurbelgehäuses drücken.
Auf der jeweils anderen Seite entstehen in stetigen Wechsel hohe
Zugkraftspitzen.
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Um
ein Zylindergehäuseunterteil bereitzustellen, das möglichst
Zugkraftarm an dem Zylinderkurbelgehäuse befestigt werden
kann, ist vorgesehen, dass das Zylindergehäuseunterteil
einen separaten Lagerdeckel des Hauptlagers aufweist, der mittels
mindestens einer Schrägverschraubung mit dem Zylinderkurbelgehäuse
verbunden ist. Weist das Zylindergehäuseunterteil einen
separaten Lagerdeckel des Hauptlagers beziehungsweise Lagerstuhls
auf, so kann dieser aus hochfestem Material ausgebildet sein, während
der Rest des Zylindergehäuseunterteils aus einem wesentlich
leichteren, weniger festem Material bestehen kann. Die Verbindung
von Zylinderkurbelgehäuse und Lagerdeckel mittels der Schrägverschraubung
reduziert insbesondere die Zug- und/oder Biegebeanspruchung des
Zylinderkurbelgehäuse-Lagerstuhls. Diese Beanspruchung
des Zylinderkurbelgehäuses ist bei einer Brennkraftmaschine
mit V-förmig angeordneten Zylinderrohren (V-Motor) besonders
groß. Bei V-Motoren wirken die Zündschläge
unter einem Winkel auf die mittlere Teilung, sodass große
Spannungsspitzen entstehen. Um diese zu reduzieren ist die Ausrichtung
der Schrägverschraubung vorzugsweise an einen Winkel zwischen
den Achsen der Zylinderrohre und der Senkrechten auf der Teilung
angepasst.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine weitere Verschraubung
zwischen dem Lagerdeckel und dem Zylinderkurbelgehäuse vorgesehen,
die rechtwinklig zur Teilung verläuft. Diese als Geradverschraubung
ausgebildete Verschraubung sorgt für ein Verspannen des
Lagerdeckels mit dem Zylinderkurbelgehäuse. Sie ist die
eigentliche Verschraubung des Hauptlagers. Die weitere Verschraubung
weist vorzugsweise mindestens ein Gewindeloch im Zylinderkurbelgehäuse
auf, in das das Gewinde eines senkrecht zur mittleren Teilung beziehungsweise
zu einer Teilungsebene verlaufende Zuganker eingeschraubt ist, der
sich mit seinem Kopf an der Außenfläche des Lagerdeckels
abstützt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Schrägverschraubung ein Gewindeloch im Lagerdeckel
aufweist, in das das Gewinde einer Spannschraube eingeschraubt ist,
welche sich mit ihrem Kopf am Zylinderkurbelgehäuse abstützt.
Bei einer derartigen Schrägverschraubung mit einer von
außen eingeführten Spannschraube können
insbesondere die Druckspannungen aufgrund von Biegemomenten im Betrieb
der Brennkraftmaschine verringert werden. Mit Vorteil ist vorgesehen,
dass sich die Spannschraube mit ihrem Kopf an einer seitlichen Maschinenwand des Zylinderkurbelgehäuses
abstützt. Bei einer Brennkraftmaschine mit V-förmig
angeordneten Zylinderrohren ist die Spannschraube der Schrägverschraubung
insbesondere parallel oder in etwa parallel zur Ausrichtung mindestens
eines der Zylinderrohre ausgerichtet.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens
zwei Schrägverschraubungen vorgesehen sind, die auf einander
gegenüberliegenden Seiten einer senkrecht zur mittleren
Teilung durch eine Drehachse der montierten Kurbelwelle verlaufenden
Symmetrieebene angeordnet sind. Vorzugsweise weist eine der Schrägverschraubungen
eine Spannschraube auf, die parallel oder in etwa parallel zu einem
Zylinderrohr einer ersten Zylinderbank angeordnet ist und die zweite Schrägverschraubung
eine Spannschraube die parallel oder etwa parallel zu einem Zylinderrohr
einer zweiten Zylinderbank angeordnet ist.
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass der Lagerdeckel als ein in einen Rahmen
des Zylindergehäuseunterteils eingegossener Lagerdeckel
ausgebildet ist. Der Rahmen ist als Lagertraverse beziehungsweise
Bedplate ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Aluminium. Der
in den Rahmen eingegossene Lagerdeckel besteht aus einem Material
auf Eisenbasis wie zum Beispiel Stahl, insbesondere jedoch Späroguss
(GGG 50). Durch das Eingießen des Lagerdeckels in den Rahmen
ergibt sich eine feste Verbindung. Der Lagerdeckel kann so sehr
klein und auf den Bereich des Hauptlagers reduziert sein, was zu einer
Gewichtsersparnis führt.
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Schließlich
ist mit Vorteil vorgesehen, dass in mindestens einem dem Rahmen
zugewandten Bereich zwischen dem Lagerdeckel und dem Zylinderkurbelgehäuse
ein Spaltraum ausgebildet ist. Durch die Biegebeanspruchungen aufgrund
der Zündschläge würden ohne diesen Spaltraum
an einer dem Rahmen zugewandten Außenkante des Lagerdeckels
bei der mittleren Teilung hohe Druckspritzen entstehen. Die Wechselwirkung
der Zug- beziehungsweise Biegebeanspruchung mit diesen Druckspitzen
ließe den Werkstoff des Zylinderkurbelgehäuses
an dieser Stelle ermüden und es entstünde mit
hoher Wahrscheinlichkeit ein Ermüdungsbruch. Durch den
Spaltraum wird der hochfeste Lagerdeckel in seinem dem Rahmen zugewandten
Außenbereich mit einem weichen Übergang versehen.
Dies kann zum Beispiel durch ein leichtes Absetzen der Außenkante
des Lagerdeckels nach dem Fertigbearbeiten der Flanschfläche
des Rahmens geschehen. Insbesondere ist vorgesehen, dass zur Ausbildung
des Spaltraums der Lagerdeckel nach außen zu einer Kante
hin zunehmend – im Mikrometer-Bereich – abgesetzt.
Es entsteht insbesondere eine Verrundung mit einem Radius im Meter-Bereich.
Eine derartige Verrundung kann durch Senken mittels eines Profilsenkers
oder durch Längs fräsen oder Längschleifen
erzeugt werden. Durch diese Maßnahme wird vorher erwähnte „scharfe"
Druckspitze vermieden, welche eine Kerbwirkung aufweist und zu Rissen
im Zylinderkurbelgehäuse führen kann.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand zugehöriger Zeichnungen
näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung durch eine Brennkraftmaschine mit V-förmig
angeordneten Zylinderrohren und
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2 einen
Ausschnitt A der Schnittdarstellung der 1.
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Die 1 zeigt
einen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem
Zylinderkurbelgehäuse 2 und einem Zylindergehäuseunterteil 3.
Zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse 2 und dem Zylindergehäuseunterteil 3 ist
eine mittlere Teilung 4 mit einer Teilungsebene für
ein Einsetzen mindestens eines Hauptlagers 5 einer nicht
gezeigten Kurbelwelle ausgebildet. Die Teilungsebene der Teilung 4 verläuft durch
die Drehachse 6 der Kurbelwelle. Senkrecht zu der Teilungsebene
der Teilung 4 und ebenfalls durch die Drehachse 6 der
Kurbelwelle verläuft eine Symmetrieebene 7 der
Brennkraftmaschine 1. Das Zylindergehäuseunterteil 3 besteht
aus mehreren, in Längsrichtung der Brennkraftmaschine 1 angeordneten
Lagerdeckeln 8, die in einen gemeinsamen Rahmen 9 des
Zylindergehäuseunterteils 3 eingegossen sind.
Der Rahmen 9 ist insbesondere als Bedplate ausgebildet.
Das Zylinderkurbelgehäuse 1 und der Rahmen 9 des
Zylindergehäuseunterteils 3 bestehen vorzugsweise
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der in den Rahmen 9 eingegossene
Lagerdeckel 8 ist vorzugsweise als Sphäroguss
(GGG) ausgebildet.
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Zur
Verbindung des Zylinderkurbelgehäuses 2 mit dem
Lagerdeckel 8 des Zylindergehäuseunterteils 3 sind
diese durch zwei Arten von Verschraubungen, einer rechtwinklig zur
Teilung 4 verlaufenden Verschraubung 10 und einer
einen gegenüber der Senkrechten 11 einen Winkel α ungleich
0 aufweisenden Schrägverschraubung 12. Die rechtwinklig zur
Teilungsebene der Teilung 4 verlaufenden Verschraubungen 10 weisen
Lagerschrauben 13 auf. Jede der Lagerschrauben 13 durchgreift
einen von einer Außenseite 14 bis zur Teilung 4 führenden
Kanal 15 innerhalb des Lagerdeckels 8 und stützen
sich einerseits mit ihrem jeweiligen Schraubenkopf 16 an der
Außenseite 14 des Lagerdeckels 8 ab und
sind mit ihrem jeweiligen, dem Schraubenkopf 16 gegenüberliegenden
Gewinde 17 in einem an die Teilungsebene der Teilung 4 grenzenden
Bereich des Zylin derkurbelgehäuses 2 verschraubt.
Weiterhin werden Zylinderkurbelgehäuse 2 und Zylindergehäuseunterteil 3 durch
Spannschrauben 18 der Schrägverschraubung 12 gegeneinander
verspannt. Jede der Spannschrauben 18 besitzt eine Längsachse 19,
die gegenüber der Senkrechten 11 auf der Teilungsebene
der Teilung 4 einen Winkel α ungleich 0 aufweist. Die
Längsachsen 19 sind bezüglich der Symmetrieebene 7 spiegelsymmetrisch
angeordnet. Gleichzeitig verlaufen die Längsachsen 19 in
etwa parallel zu zugeordneten Zylinderachsen 19 von V-förmig
angeordneten Zylinderrohren 20 der als V-Motor ausgebildeten
Brennkraftmaschine 1. Jede der Spannschrauben 18 stützt
sich einerseits mit ihrem Kopf 22 an je einer seitlichen
Maschinenwand 23 ab und erstreckt sich durch Kanäle 24, 25 des
Zylinderkurbelgehäuses 2 und des Rahmens 9 bis
in einen dem Rahmen 9 zugewandten Bereich 26 des
Lagerdeckels 8, in dem dieser ein Gewindeloch 27 aufweist,
in das ein Gewinde 28 der Spannschraube 18 eingeschraubt ist.
Der Bereich 27 ist zwischen dem Lagerdeckel 8 und
dem Rahmen 9 eine Kante 29 mit einer Ebene ausgebildet,
die senkrecht zur Längsachse 19 der Spannschraube 18 liegt.
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Durch
die Schrägverschraubung 12 wird eine Druckvorspannung
im Kurbelgehäuse-Lagerstuhl zur Kompensation der im Betrieb
der Brennkraftmaschine auftretenden Zug- und/oder Biegewechselspannungen
induziert. Da das Material des Zylinderkurbelgehäuses 2 gegenüber
Druckspannungen beziehungsweise Druckkräften weit unempfindlicher
ist als gegenüber diesen Zug- und/oder Biegewechselspannungen,
ist die permanente Druckvorspannung vorzugsweise größer
als die Spitzen der Zug- und/oder Biegewechselspannungen oder zumindest
von gleicher Größe wie diese. Um die Druckvorspannung
präzise einzustellen, werden die Spannschrauben 18 der
Schrägverschraubung 12 bei der Montage vorzugsweise
nach dem Anziehen der Lagerschrauben 13 der Verschraubung 10 angezogen.
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In
dem dem Rahmen 9 zugewandten Bereich 28 des Lagerdeckels 8 ist
zwischen dem Lagerdeckel 8 und dem Zylinderkurbelgehäuse 2 ein
Spaltraum 30 ausgebildet (siehe Bereich A beziehungsweise 2).
Der Spaltraum ist dazu im Bereich der Teilungsebene der Teilung 4 zur
Kante 29 hin nach außen angesetzt. Durch dieses
Absetzen entsteht ein weicher Übergang des hochfesten Lagerdeckels 8 an seinen
Kanten 29. Durch das Absetzen entsteht eine Verrundung 31 des
Lagerdeckels 8 an der Teilung 4 zur Kante 29 hin,
deren Herstellung mittels eines Profilsenkers 32 in 2 dargestellt
ist. Der Senker 32 mit Radius r weist zur Herstellung der
Verrundung 31 mit Radius R an seiner Abschlusskante 33 ein
entsprechendes Profil 34 auf. Der Radius R der Verrundung 31 liegt
im Meter-Bereich. Mittels des sich um die Achse 35 drehenden
Senkers 32 kann für jeden Lagerdeckel 8 separat
eine entsprechende Verrundung erstellt werden.
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Alternativ
kann die Verrundung 31 auch durch Längsfräsen
oder Längsschleifen erstellt werden.
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Durch
das Erstellen der Verrundung 31 wird der Spaltraum 30 bei
montiertem Zylindergehäuseunterteil 3 gebildet.
Dieser Spaltraum 30 verhindert das Auftreten von „scharfen"
Druckspritzen durch Zug- beziehungsweise Biegebeanspruchungen und örtliche
Reaktionsmomente, die der montierte Lagerdeckel 8 sonst
auf die ihm zugewandte Gegenfläche des Zylinderkurbelgehäuses 2 drückt.
Eine derartige Druckspritze würde eine Kerbwirkung auf
das Zylinderkurbelgehäuse 2 ausüben und
zu einer erhöhten Rissgefahr führen. Durch die
Verrundung 31 beziehungsweise den dadurch ausgebildeten
Spaltraum 30 wird diese Gefahr deutlich reduziert.
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinderkurbelgehäuse
- 3
- Zylindergehäuseunterteil
- 4
- Teilung
- 5
- Hauptlager
- 6
- Drehachse
- 7
- Symmetrieebene
- 8
- Lagerdeckel
- 9
- Rahmen
- 10
- Verschraubung
- 11
- Senkrechte
- 12
- Schrägverschraubung
- 13
- Lagerschrauben
- 14
- Außenseite
- 15
- Kanal
- 16
- Schraubenkopf
- 17
- Gewinde
- 18
- Spannschraube
- 19
- Längsachse
- 20
- Zylinderachse
- 21
- Zylinderrohr
- 22
- Kopf
- 23
- Maschinenwand
- 24
- Kanal
- 25
- Kanal
- 26
- Bereich
- 27
- Gewindeloch
- 28
- Gewinde
- 29
- Kante
- 30
- Spaltraum
- 31
- Verrundung
- 32
- Profilsenker
- 33
- Abschlusskante
- 34
- Profil
- 35
- Achse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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