DE102009019748A1

DE102009019748A1 - Ladeluftgehäuse aus Kunststoff für Kraftfahrzeugmotoren

Info

Publication number: DE102009019748A1
Application number: DE102009019748A
Authority: DE
Original assignee: Polytec Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: Polytec Plastics Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2009-05-02
Filing date: 2009-05-02
Publication date: 2010-11-11

Abstract

Ein Ladeluftgehäuse aus Kunststoff für Kraftfahrzeugmotoren weist eine obere Gehäusehälfte (10) aus Kunststoff auf. Eine untere Gehäusehälfte (12), die ebenfalls aus Kunststoff hergestellt ist, ist mit der oberen Gehäusehälfte (10) durch Verschweißen verbunden. Die obere Gehäusehälfte (10) weist Ansätze (40) auf, die die untere Gehäusehälfte (12) in Öffnungen (46) durchdringen. Die Ansätze (40), die insbesondere eine Hülse (48) aus Metall aufweisen, dienen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln (20). Die Ansätze sind hierbei derart ausgebildet, dass in montiertem Zustand des Ladeluftgehäuses an dem Kraftfahrzeugmotor eine Entlastung der Schweißnaht, mit der die beiden Gehäusehälften (10, 12) verbunden sind, erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ladeluftgehäuse für Kraftfahrzeugmotoren.
Ladeluftgehäuse für Kraftfahrzeugmotoren sind üblicherweise als Aluminiumguss-Bauteile hergestellt. In Ladeluftgehäusen herrscht während des Betriebs ein Überdruck von ca. 2 bar. Zusätzlich zu diesem Ladedruck müssen Ladeluftgehäuse jedoch derart ausgelegt sein, dass sie auch einen Gasdruck von bis zu 10 bar aushalten. Insbesondere bei Lastkraftwagenmotoren weisen die Ladeluftgehäuse eine große Länge und einen großen Durchmesser auf. Um den entsprechend hohen Drücken standhalten zu können, werden Ladeluftgehäuse im Sandgussverfahren aus Aluminium hergestellt. Die Ladeluftgehäuse sind hierbei einteilig ausgebildet, wobei der Innenraum durch einen Sandkern, d. h. eine verlorene Form, hergestellt wird. Dieses Herstellungsverfahren ist aufwändig. Ferner besteht die Problematik, dass Sandreste in dem Innenraum des Ladeluftgehäuses verbleiben und somit im Betrieb in den Motor gelangen. Ferner ist es erforderlich, die Oberflächen zu glätten. Dies stellt einen weiteren aufwändigen Arbeitsgang dar.
Ferner sind Ladeluftgehäuse für Personenkraftwagen bekannt, die aus zwei Gehäusehälften bestehen, wobei die Gehäusehälften aus Kunststoff hergestellt sind und miteinander verschweißt sind. Hierbei ist eine untere Gehäusehälfte über Schrauben unmittelbar mit dem Zylinderkopf verschraubt. Die obere Gehäusehälfte ist sodann auf die untere Gehäusehälfte aufgesetzt und mit dieser verschweißt. Beim Auftreten von hohen Drücken, wie sie insbesondere in Ladeluftgehäusen für Lastkraftwagen auftreten, kann eine derartige Konstruktion von Ladeluftgehäusen aus Kunststoff nicht eingesetzt werden, da die Belastung der Schweißnähte bei hier auftretenden Drücken zu hoch wäre. Dies würde zu Beschädigungen der Schweißnähte führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ladeluftgehäuse zu schaffen, das aus Kunststoff hergestellt werden kann, wobei das Ladeluftgehäuse hohen Gasdrücken von insbesondere mehr als 5 bar Überdruck ausgesetzt werden kann und insbesondere bei Lastkraftwagen-Motoren verwendet werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Ladeluftgehäuse aus Kunststoff für Kraftfahrzeugmotoren weist eine obere Gehäusehälfte und eine untere Gehäusehälfte auf, die jeweils aus Kunststoff, insbesondere im Spritzgussverfahren hergestellt sind. Die beiden Gehäusehälften sind miteinander, insbesondere entlang einer sich in Längsrichtung der beiden Gehäusehälften erstreckenden Verbindungsebene, verschweißt. Erfindungsgemäß werden Befestigungsmittel, wie Schrauben, mit der oberen Gehäusehälfte verbunden, insbesondere durch entsprechende Öffnungen in der oberen Gehäusehälfte gesteckt und sodann mit dem Kraftfahrzeugmotor, insbesondere dem Zylinderkopf, verschraubt. Erfindungsgemäß ist die untere Gehäusehälfte somit zwischen der über die Befestigungsmittel fixierten oberen Gehäusehälfte und dem Kraftfahrzeugmotor bzw. dem Zylinderkopf angeordnet. Beim Auftreten von hohen Innendrücken in dem Ladeluftgehäuse wird die obere Gehäusehälfte nach oben, d. h. von dem Zylinderkopf weg, gedrückt. Dies führt dazu, dass die entsprechend auftretenden Kräfte unmittelbar in die Befestigungsmittel, wie die Schrauben, eingleitet und an den Zylinderkopf weitergeleitet werden. Dies hat den erfindungswesentlichen Vorteil, dass die bei hohem Druck auf die obere Gehäusehälfte wirkenden Kräfte nicht oder nur zu einem geringen Teil in die Schweißnaht eingeleitet werden. Die untere Gehäusehälfte stützt sich hierbei vorzugsweise beim Auftreten von hohen Innendrücken an der Außenseite des Zylinderkopfs ab.
Vorzugsweise weist die obere Gehäusehälfte insbesondere zylindrisch ausgebildete Ansätze auf, die die untere Gehäusehälfte durchdringen. Die Ansätze sind entweder einstückig mit der oberen Gusshälfte verbunden und aus Kunststoff ausgebildet oder weisen eine in der oberen Gehäusehälfte fixierte Metallhülse auf. Besonders bevorzugt ist es Metallhülsen vorzusehen, die in zylindrischen, einstückig mit der oberen Gusshälfte ausgebildeten Kunststoffansätzen fixiert sind. Die die untere Gehäusehälfte durchdringenden Ansätze dienen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln, wie Schrauben. Mit Hilfe der Befestigungsmittel erfolgt ein Befestigen des Ladeluftgehäuses am Kraftfahrzeugmotor, insbesondere an dessen Zylinderkopf. Hierbei sind erfindungsgemäß die Ansätze derart ausgebildet, dass die Ansätze selbst, vorzugsweise die in den Ansätzen integrierten Metallhülsen, in montiertem Zustand des Ladeluftgehäuses an dem Kraftfahrzeugmotor anliegen. Hierbei liegen die Ansätze insbesondere an einer Außenseite des Zylinderkopfes an.
Da die untere Gehäusehälfte zwischen der oberen Gehäusehälfte und dem Zylinderkopf angeordnet ist, erfolgt erfindungsgemäß eine Entlastung der die beiden Gehäusehälften verbindenden Schweißnaht. Die innerhalb des Ladeluftgehäuses auftretenden Drücke wirken somit im Wesentlichen nicht auf die Schweißnaht zwischen den beiden Kunststoffteilen, sondern werden durch die Befestigungsmitteln, wie die Schrauben, auf den Zylinderkopf übertragen.
Die mit der oberen Gehäusehälfte verbundenen Ansätze sind vorzugsweise mit einem oberen Stegteil verbunden. Das obere Stegteil weist, bezogen auf einen innerhalb des Ladeluftgehäuses angeordneten Ladeluftraum, nach außen. Das Stegteil umgibt das obere Ladeluftgehäuse vorzugsweise vollständig und ist insbesondere mit der oberen Gehäusehälfte einstückig ausgebildet.
Zum Verbinden der oberen mit der unteren Gehäusehälfte durch Verschweißen weist auch die untere Gehäusehälfte vorzugsweise ein unteres Stegteil auf. In montiertem Zustand liegen die beiden Stegteile aneinander an. Das Verschweißen der beiden Gehäusehälften erfolgt an den beiden Stegteilen, wobei insbesondere eine umlaufende Schweißnaht in der Längsebene angeordnet ist.
Die mit der oberen Gehäusehälfte verbundenen Ansätze, die zur Aufnahme der Befestigungsmittel dienen, sind vorzugsweise als sich in Richtung des Kraftfahrzeugmotors verjüngende Buchsen ausgebildet. Es ist somit möglich innerhalb der Buchsen Metallhülsen anzuordnen, wobei die Metallhülsen in die Buchsen eingepresst werden können, so dass eine Untermaßpassung realisiert ist. Dementsprechend ist der Außendurchmesser der Metallhülsen etwas größer als der kleinste Durchmesser der konischen Buchsen. Alternativ zur Ausgestaltung der Ansätze als sich in Richtung des Kraftfahrzeugmotors verjüngende Buchsen ist es auch möglich innerhalb der Ansätze entsprechende Rippen vorzusehen, die im Querschnitt jeweils dreieckig ausgebildet sind und somit dieselbe Funktion wie sich verjüngende Buchsen aufweisen, so dass die Metallhülsen wiederum durch eine Untermaßpassung in die Ansätze eingepresst werden können.
Da eine Außenseite der unteren Gehäusehälfte in montiertem Zustand an dem Kraftfahrzeugmotor, insbesondere einer Außenseite des Zylinderkopfes anliegt, ist es besonders bevorzugt, dass die untere Gehäusehälfte an ihrer Außenseite Abstützelemente aufweist um eine definierte Anlage an der Außenseite des Zylinderkopfes zu gewährleisten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ladeluftgehäuses von oben,
2 eine schematische perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Ladeluftgehäuses von unten,
3 eine schematische Querschnittsansicht durch das Ladeluftgehäuse in montiertem Zustand, und
4 eine schematisch vergrößerte Ansicht des Bereichs IV in 3.
Eine obere Gehäusehälfte 10 des Ladeluftgehäuses ist über einen zylindrischen Ansatz 12 mit einer Zuführleitung verbindbar. Die obere Gehäusehälfte 10 weist in Längsrichtung 14 des Ladeluftgehäuses einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Über Ausbuchtungen 16 sind Befestigungsöffnungen 18 zugänglich, so dass von oben entsprechende Befestigungsmittel, wie Schrauben 20 (3, 4) eingesteckt werden können.
Eine untere Gehäusehälfte 22 (2) ist von unten in die obere Gehäusehälfte eingelegt, so dass die untere Gehäusehälfte 22 im dargestellten Ausführungsbeispiel vollständig innerhalb der oberen Gehäusehälfte 10 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ladeluftgehäuse 10, 12 für sechs in Reihe angeordnete Zylinder ausgebildet. Dementsprechend weist die untere Gehäusehälfte 22 sechs Öffnungen 24 auf. Über die Öffnungen 24 ist das Ladeluftgehäuse mit Öffnungen im Zylinderkopf und über diese mit den Zylinderräumen verbunden.
Die Verbindung der beiden aus Kunststoff hergestellten Gehäusehälften 10, 12 erfolgt durch Verschweißen. Hierzu weist die obere Gehäusehälfte 10 einen stegförmigen Ansatz 26 auf. Dieser ist umlaufend ausgebildet und stellt somit eine Art ringförmigen, nach außen, d. h. weg von dem innerhalb der beiden Gehäusehälften 10, 12 angeordneten Ladeluftraum 28 weisenden Ansatz, dar. Mit der unteren Gehäusehälfte 12 ist ebenfalls ein Stegteil 30 verbunden. Entsprechend dem Stegteil 26 ist das Stegteil 30 umlaufend ausgebildet. In montiertem Zustand liegen die beiden Stegteile 26, 30 somit aneinander an bzw. sind parallel zueinander ausgerichtet. In dem Bereich 32, in dem sich die beiden Stegteile 26, 30 berühren, erfolgt ein Verschweißen der beiden aus Kunststoff hergestellten Gehäusehälften 10, 12.
Am äußeren Rand ist das Stegteil 26 mit einem nach unten, d. h. in Richtung eines Zylinderkopfes 34, weisenden Randelement 36 verbunden. Die untere Gehäusehälfte 12 und insbesondere das mit der unteren Gehäusehälfte verbundene untere Stegteil 30 sind vollständig innerhalb dieses Randelements 36 angeordnet.
Wie insbesondere aus der Vergrößerung in 4 ersichtlich, ist die obere Gehäusehälfte 10 im Bereich der Öffnungen 18 (1), in denen die Schrauben 20 aufgenommen werden, mit einem zylindrischen Ansatz 40 verbunden bzw. einstückig mit diesem ausgebildet. Der zylindrische Ansatz 40 weist in Richtung einer Außenseite 42 des Zylinderkopfes 34, wobei ein äußeres Ende 44 des zylindrischen Ansatzes 40 die Außenseite 42 des Zylinderkopfs 34 nicht berührt sondern zu dieser einen Abstand aufweist.
In der unteren Gehäusehälfte 12 ist eine vorzugsweise kreisrunde Öffnung 46 vorgesehen, die von dem zylindrischen Ansatz 40 durchdrungen ist. Hierbei weist die Öffnung 46 einen deutlich größeren Durchmesser als den Außendurchmesser des Ansatzes 40 auf um das Auftreten von Spannungen zu vermeiden.
Innerhalb des zylindrischen Ansatzes 40, der als Buchse dient, ist eine metallische Hülse 48 angeordnet. Zur Befestigung der Hülse 48 in der Buchse 40 ist die Buchse 40 derart ausgebildet, dass sie sich in Richtung des Zylinderkopfes verjüngt bzw. konisch ausgebildet ist. Hierdurch wird die Hülse 48 in einem unteren Bereich 50 des Ansatzes bzw. der Buchse 40 durch eine Übermaßpassung klemmend gehalten. Die Metallhülse 48 steht über das Ende 44 des Ansatzes 40 vor, so dass die Metallhülse 48 einerseits an der Unterseite des Schraubenkopfes 52 und an der Außenseite 42 des Zylinderkopfes 34 anliegt. In montiertem Zustand ist durch die Hülse 48 ein günstiger Kraftverlauf realisiert. Insbesondere wird auch bei hohen in dem Ladeluftraum 28 (3) herrschenden Drücken die Schweißnaht im Bereich 32 nicht oder nur geringfügig belastet.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Ladeluftgehäuses ist es möglich dieses aus zwei Kunststoffbauteilen herzustellen. Dies ist im Wesentlichen darin begründet, dass die auf die Schweißnaht, mit der die beiden Bauteile verbunden sind, wirkenden Kräfte gering sind. Insbesondere bei der in den Fig. dargestellten Ausführungsform werden die Kräfte von der oberen Gehäusehälfte 10 über die Schrauben 20 an den Zylinderkopf 34 eingeleitet. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass der Schraubenkopf 52 an einer ebenen Oberfläche 54 flächig anliegt. Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass zur Kraftübertragung an der Unterseite des Schraubenkopfes 52 die Hülse 48 anliegt, die sich an der Außenseite 42 des Zylinderkopfs 34 abstützt.

Claims

Ladeluftgehäuse aus Kunststoff für Kraftfahrzeugmotoren, mit einer oberen Gehäusehälfte (10) aus Kunststoff, und einer unteren Gehäusehälfte (12) aus Kunststoff, die mit der oberen Gehäusehälfte (10) verschweißt ist, wobei die obere Gehäusehälfte (10) mit Befestigungsmitteln (20) verbunden ist, die zur Befestigung des Ladeluftgehäuses am Kraftfahrzeugmotor dienen, wobei die Befestigungsmittel (20) derart angeordnet sind, dass sie in montiertem Zustand des Ladeluftgehäuses die durch den im Ladeluftgehäuse herrschenden Druck hervorgerufenen Kräfte über die Befestigungsmitteln im Wesentlichen an den Zylinderkopf (34) zur Entlastung der Schweißnaht übertragen.
Ladeluftgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (20) ein Kopfteil (52) aufweist, das an einer Außenseite (54) der oberen Gehäusehälfte (10) anliegt, um eine gute Kraftübertragung von der oberen Gehäusehälfte (10) auf das Befestigungsmittel (20) zu gewährleisten.
Ladeluftgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Gehäusehälfte (10) Ansätze (40) aufweist, die die untere Gehäusehälfte (12) durchdringen und zur Aufnahme der Befestigungsmittel (20) dienen.
Ladeluftgehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansätze (40) derart ausgebildet sind, dass sie an dem Kraftfahrzeugmotor, insbesondere einer Außenseite (42) des Zylinderkopfs (34) zur Entlastung der Schweißnaht anliegen.
Ladeluftgehäuse nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansätze (40) mit einem bezogen auf einen durch die beiden Gehäusehälften ausgebildeten Ladeluftraum (28) nach außen weisenden, vorzugsweise umlaufend ausgebildeten oberen Stegteil (26) verbunden sind.
Ladeluftgehäuse nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansätze (40) als insbesondere konische, sich in Richtung des Kraftfahrzeugmotors verjüngende Buchsen ausgebildet sind.
Ladeluftgehäuse nach einem der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ansätzen (40) Metallhülsen (48) angeordnet sind, die vorzugsweise einen Außendurchmesser aufweisen, der größer als der kleinste Innendurchmesser der Ansätze (40) ausgebildet ist, so dass eine Untermaßpassung erfolgt.
Ladeluftgehäuse nach einem der Ansprüche 5–8, gekennzeichnet durch ein mit der unteren Gehäusehälfte (12) verbundenes, unteres Stegteil (30), das in montiertem Zustand an dem oberen Stegteil (26) anliegt.
Ladeluftgehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Stegteil (30) eine Ausnehmung (46) aufweist, durch die die Ansätze (40) ragen.
Ladeluftgehäuse nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäusehälften (10, 12) an den Stegteilen (26, 30) miteinander verschweißt sind.
Ladeluftgehäuse nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenseite der unteren Gehäusehälfte (12) in montiertem Zustand an dem Kraftfahrzeugmotor anliegt.
Ladeluftgehäuse nach einem der Ansprüche 1–11, gekennzeichnet durch mit der unteren Gehäusehälfte (12) verbundenen Abstützelementen, die in montiertem Zustand an dem Kraftfahrzeugmotor anliegen.