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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baueinheit aus einer Zylinderlaufbuchse und einem Kurbelgehäuse für einen Verbrennungsmotor, wobei die Zylinderlaufbuchse und das Kurbelgehäuse jeweils eine Stirnfläche aufweisen, wobei zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Kurbelgehäuse ein die Zylinderlaufbuchse zumindest teilweise umgebender, zu den Stirnflächen offener Kühlwasserraum ausgebildet ist.
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Eine gattungsgemäße Baueinheit ist bspw. in der
DE 101 53 178 A1 beschrieben. Die Zylinderlaufbuchse weist einen umlaufenden Flansch auf, der in eine Auflageschulter aufgenommen ist, die im Kurbelgehäuse im Bereich seiner Stirnfläche ausgebildet ist. Der umlaufende Flansch übernimmt die radiale Führung der Zylinderlaufbuchse und nimmt die axiale Belastung auf, die nach der Montage des Zylinderkopfes bzw. der Zylinderkopfdichtung auf die Zylinderlaufbuchse einwirkt. Daher ist der umlaufende Flansch besonders anfällig gegenüber Verschleiß. Eine Reparatur ist jedoch schwierig bis unmöglich, weil die Zylinderlaufbuchse ausgetauscht werden muss und diese in der Regel in das Kurbelgehäuse eingepresst bzw. eingegossen ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deswegen die Aufgabe zugrunde, eine Baueinheit aus Zylinderlaufbuchse und Kurbelgehäuse so weiterzubilden, dass sowohl Herstellung als auch Reparatur unter Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit vereinfacht werden.
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Die Lösung besteht darin, dass ein Haltering vorgesehen ist, der den Kühlwasserraum vollständig und die Stirnfläche der Zylinderlaufbuchse zumindest teilweise überdeckt.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass ein von der Zylinderlaufbuchse getrennter, als separates Bauteil ausgebildeter Haltering vorgesehen ist. Der Haltering übernimmt nach der Montage des Zylinderkopfes bzw. der Zylinderkopfdichtung sowohl die radiale Führung der Zylinderlaufbuchse im Kurbelgehäuse als auch die Abdichtung des Kühlwasserraums. Der Haltering nimmt ferner zumindest teilweise die axiale Belastung auf, die ausgehend vom Zylinderkopf bzw. von der Zylinderkopfdichtung nach deren Montage auf die Zylinderlaufbuchse einwirkt.
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Da die radiale Führung der Zylinderlaufbuchse über den erfindungsgemäß vorgesehenen Haltering erfolgt, kann die Zylinderlaufbuchse dünnwandiger als im Stand der Technik hergestellt werden. Ferner kann eine größere Auswahl von Werkstoffen zur Herstellung der Zylinderlaufbuchse eingesetzt werden, so dass mit einer gezielten Werkstoffauswahl die mechanischen und/oder tribologischen Eigenschaften der Zylinderlaufbuchse optimiert werden können.
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Da der erfindungsgemäß vorgesehene Haltering als von der Zylinderlaufbuchse getrenntes Bauteil ausgeführt ist, kann er aus einem anderen Werkstoff als die Zylinderlaufbuchse hergestellt werden. Damit können durch eine gezielte Werkstoffauswahl insbesondere die Verschleißfestigkeit, die Steifigkeit und die Wärmeleitfähigkeit des Halterings optimiert werden. Ferner kann die thermische Ausdehnung der für die Zylinderlaufbuchse und den Haltering eingesetzten unterschiedlichen Werkstoffe optimal aufeinander und auf den Werkstoff des Kurbelgehäuses abgestimmt werden. Insbesondere wenn das Kurbelgehäuse aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, die i einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als die für die Zylinderlaufbuchse und/oder den Haltering verwendeten Werkstoffe, kann der Haltering bzw. mit einer Spiel- oder Schiebepassung montiert werden.
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Der erfindungsgemäß vorgesehene Haltering kann bequem demontiert werden und bei Verschleiß separat ausgetauscht werden. Dies ermöglicht es ferner, die Zylinderlaufbuchse ebenfalls austauschbar im Kurbelgehäuse zu fixieren, bspw. in Lowstop-Ausführung (Lagerung der Zylinderlaufbuchse an ihrem Fußende) oder Midstop-Ausführung (mittige Lagerung der Zylinderlaufbuchse, vgl.
DE 43 43 238 A1 ). Bei der Demontage der Zylinderlaufbuchse kann diese an der Außenfläche im Bereich des Kühlwasserraums gegriffen werden, wodurch ihre Demontage weiter vereinfacht wird.
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Die erfindungsgemäße Baueinheit ist insgesamt einfach aufgebaut und einfach zu handhaben, wodurch sich auch ein erheblicher Kostenvorteil ergibt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Eine Stirnfläche des Halterings ist zweckmäßigerweise zur Stirnfläche des Kurbelgehäuses bündig angeordnet, so dass die Zylinderkopfdichtung sich über den gesamten Haltering erstrecken kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform überdeckt der Haltering die Zylinderlaufbuchse teilweise. In diesem Fall weist die Zylinderlaufbuchse im Bereich ihrer Stirnfläche einen Falz auf, in dem der Haltering aufgenommen ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Zylinderlaufbuchse besonders sicher in radialer Richtung abgestützt und gehalten.
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Aus bei dieser Ausführungsform ist es zweckmäßig, dass eine Stirnfläche des Halterings zur Stirnfläche der Zylinderlaufbuchse und zur Stirnfläche des Kurbelgehäuses bündig angeordnet ist, so dass die Zylinderkopfdichtung sich über den gesamten Haltering erstrecken kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform überdeckt der Haltering die Stirnfläche des Kurbelgehäuses teilweise. Dann ist es von Vorteil, wenn das Kurbelgehäuse im Bereich seiner Stirnfläche einen Falz aufweist, in dem der Haltering aufgenommen ist, um auch bei dieser Ausführungsform eine besonders zuverlässige radiale Abstützung zu erhalten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform überdeckt der Haltering die Stirnfläche der Zylinderlaufbuchse vollständig, so dass die vom Zylinderkopf bzw. der Zylinderkopfdichtung nach deren Montage ausgehende, auf die Zylinderlaufbuchse wirkende axiale Belastung vollständig vom Haltering aufgenommen wird.
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Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, an den Haltering einen Abstreifring anzuformen, der in das Innere der Zylinderlaufbuchse ragt. Dieser Abstreifring dient im Motorbetrieb zum Abstreifen von sich ggf. bildender Ölkohle von dem in der Zylinderlaufbuchse aufgenommenen Kolben, insbesondere vom Feuersteg des Kolbens. Der Abstreifring kann eingesetzt werden, ohne die Zylinderlaufbuchse baulich zu verändern, so dass diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baueinheit besonders einfach zu montieren ist.
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Die Stirnfläche des Kurbelgehäuses kann eine dem Haltering zugeordnete Aushebemulde und/oder Aushebenut aufweisen, um die Demontage des Haltering weiter zu vereinfachen.
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Der Haltering besteht vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, bspw. einer Eisengusslegierung, einem Stahlwerkstoff oder einer Nichteisenlegierung. Damit können insbesondere die Verschleißfestigkeit die Steifigkeit, die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeausdehnung des Halterings gezielt und unabhängig von der Zylinderlaufbuchse eingestellt werden und seine mechanischen und thermischen Eigenschaften optimiert werden, um eine möglichst hohe Lebensdauer zu erzielen. Wenn der Haltering beschichtet ausgeführt ist, kann seine Wärmeleitfähigkeit noch stärker beeinflusst werden. Da der Haltering als separates Bauteil ausgebildet ist, kann eine derartige Beschichtung einfach und kostengünstig ausgeführt werden.
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Die Zylinderlaufbuchse besteht besonders bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff. Damit kann sie dünnwandiger als im Stand der Technik hergestellt werden, ohne dass ihre mechanischen Eigenschaften, insbesondere ihre Festigkeit beeinträchtigt werden. Außerdem kann ggf. eine Gewichtsersparnis erreicht werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei gleichem Bauraum der Kühlwasserraum vergrößert und damit die Kavitationsanfälligkeit verringert werden kann und/oder dass die Zylinderbohrung zur Aufnahme der Zylinderlaufbuchse im Kurbelgehäuse ohne Verkleinerung des Kühlwasserraums vergrößert werden kann.
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Die Zylinderlaufbuchse kann in besonders einfacher Weise, bevorzugt nahtlos, aus einem Rohr gezogen sein, so dass sie besonders wirtschaftlich herstellbar ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen in schematischer, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baueinheit in perspektivischer Darstellung im Schnitt;
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baueinheit in perspektivischer Darstellung im Schnitt;
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baueinheit in perspektivischer Darstellung im Schnitt.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Baueinheit 10 aus einer Zylinderlaufbuchse 11 und einem Kurbelgehäuse 12, wobei das Kurbelgehäuse nur teilweise dargestellt ist. Das Kurbelgehäuse 12 kann sowohl aus Guss-Legierungen, Stahl Legierungen als auch Aluminiumlegierungen hergestellt sein. Der einzusetzende Werkstoff kann Abhängig von der Anwendung und den konstruktiven Erfordernissen gewählt werden.
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Die Zylinderlaufbuchse 11 besteht aus einem Stahlwerkstoff oder einer Graugusslegierung, im Ausführungsbeispiel St52-3 und ist in an sich bekannter Weise aus einem Rohr nahtlos gezogen. Es kann ebenfalls ein geschweißtes Rohr eingesetzt werden.
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Die Zylinderlaufbuchse 11 ist in einer Zylinderbohrung 13 im Kurbelgehäuse aufgenommen. Die Innenwand der Zylinderbohrung 13 ist im Ausführungsbeispiel mit einem umlaufenden Stützrand 14 versehen, auf dem sich die Zylinderlaufbuchse 11 mit einem korrespondierenden, an ihrer äußeren Mantelfläche ausgebildeten Stützkragen 15 abstützt. Oberhalb des Stützkragens 15 weist die Zylinderlaufbuchse 11 an ihrer äußeren Mantelfläche eine bauchige Anlagefläche 16 auf, die sich an der Innenwand der Zylinderbohrung 13 abstützt.
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Das Kurbelgehäuse 12 ist mit einer Stirnfläche 18 versehen, entlang derer im montierten Zustand der Zylinderkopf bzw. die Zylinderkopfdichtung des Verbrennungsmotors abdichtend aufliegen. Die Stirnfläche 18 ist also zur späteren Brennraumseite des Verbrennungsmotors hin orientiert. Die Zylinderlaufbuchse 11 weist eine umlaufende Stirnfläche 19 auf, die ebenfalls zur Brennraumseite des Verbrennungsmotors hin orientiert ist.
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Die Zylinderbohrung 13 und die Zylinderlaufbuchse 11 schließen einen umlaufenden Kühlwasserraum 17, der von der Innenwand der Zylinderbohrung 13 und der äußeren Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse 11 gebildet ist. Das Kurbelgehäuse 12 ist in an sich bekannter Weise mit Zulauf- und Ablaufkanälen für Kühlwasser versehen (nicht dargestellt). Der Kühlwasserraum 17 ist nach oben, d. h. zu den Stirnflächen 18, 19 hin offen.
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Ein Haltering 20 dient zum Verschließen des Kühlwasserraums 17 und zur radialen Führung der Zylinderlaufbuchse 11 in der Zylinderbohrung 13. Der Haltering 20 kann aus metallischen Werkstoffen hergestellt werden, wie z. B. niedrig legierten Stahlwerkstoffen, C15, GJL 250, GJV, GJS, etc. Es hat sich herausgestellt das nichtrostende Stähle eingesetzt werden können um Korrosion an dem Haltering zu vermeiden.
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Die Wahl des Werkstoffs hängt davon ab, welche mechanischen und thermischen Eigenschaften der Haltering im Einzelfall aufweisen sollte und welche Werkstoffe für das Kurbelgehäuse 12 und die Zylinderlaufbuchse 11 gewählt wurden. Auf diese Weise können die mechanischen und thermischen Eigenschaften der einzelnen Bauteile gut aufeinander abgestimmt werden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der Haltering im Bereich der Stirnfläche 18 des Kurbelgehäuses 12 und der Stirnfläche 19 der Zylinderlaufbuchse 11 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Stirnfläche 18 des Kurbelgehäuses 12 und die Stirnfläche 19 der Zylinderlaufbuchse 11 in zusammengebautem Zustand in derselben Ebene angeordnet. In einen dem Kühlwasserraum 17 benachbarten Bereich der Stirnfläche 18 des Kurbelgehäuses 12 ist ein umlaufender Falz 21 eingearbeitet. Korrespondierend hierzu ist in den dem Kühlwasserraum 17 benachbarten Bereich der Stirnfläche 19 der Zylinderlaufbuchse 11 ein Falz 22 eingearbeitet.
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Die beiden korrespondierenden Falze 21, 22 nehmen den Haltering 20 auf, derart, dass der Haltering 20 den Kühlwasserraum vollständig überdeckt. Der Haltering 20 weist eine Stirnfläche 23 auf, die in montiertem Zustand ebenfalls zur späteren Brennraumseite des Verbrennungsmotors hin orientiert ist. Die Stirnfläche 23 des Halterings 20 ist sowohl zur Stirnfläche 18 des Kurbelgehäuses 12 als auch zur Stirnfläche 19 der Zylinderlaufbuchse 11 bündig angeordnet.
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Der Haltering 20 wird insbesondere dann mit geringfügigem Übermaß in die Falze 21, 22 eingebracht, wenn das Kurbelgehäuse aus einer Aluminiumlegierung mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht. Durch die Ausdehnung des Werkstoffes im Motorbetrieb wird das Übermaß ausgeglichen, und es stellt sich eine geringfügige Spiel- oder Schiebepassung zwischen dem Haltering 20 und den Falzen 21, 22 ein.
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Zur Verbesserung der Dichtwirkung des Halterings 20 gegenüber den Kühlwasserraum 17 sind im Ausführungsbeispiel im Bereich der Falze 21, 22 Dichtungen 24 in Form von O-Ringen vorgesehen.
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Die Stirnfläche 18 des Kurbelgehäuses 12 weist eine dem Haltering 20 zugeordnete Aushebemulde 25 auf, um die Demontage die Demontage des Halterings 20 zu vereinfachen. Die Aushebenmulde 25 dient als Angriffsmittel zum Ausheben des Halterings 20 aus den Falzen 21, 22.
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Zur Montage der erfindungsgemäßen Baueinheit 10 bzw. des fertigen Motors wird zuerst die Zylinderlaufbuchse 11 in die Zylinderbohrung 13 eingesetzt. Dann wird in an sich bekannter Weise ein Kolben in die Zylinderlaufbuchse 11 eingesetzt und montiert. Dann wird der Haltering 20 in die Falze 21, 22 eingesetzt.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baueinheit 110 aus einer Zylinderlaufbuchse 111 und einem Kurbelgehäuse 112, wobei das Kurbelgehäuse nur teilweise dargestellt ist. Die Baueinheit 110 entspricht im Wesentlichen der Baueinheit 10 gemäß 1, so dass gleiche Strukturmerkmale mit denselben Bezugszeichen versehen sind und diesbezüglich auf die Beschreibung zu 1 verwiesen wird.
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Der wesentliche Unterschied des Ausführungsbeispiels gemäß 2 zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 besteht darin, dass der Haltering 120, der zum Verschließen des Kühlwasserraums 17 und zur radialen Führung der Zylinderlaufbuchse 111 in der Zylinderbohrung 13 dient, die Stirnfläche 119 der Zylinderlaufbuchse 111 vollständig überdeckt. Die Stirnfläche 119 der Zylinderlaufbuchse 111 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht in derselben Ebene angeordnet wie die Stirnfläche 118 des Kurbelgehäuses 112, sondern axial zurückgesetzt ist. Dies hat zur Folge, dass die Stirnfläche 123 des Halterings 120 in montiertem Zustand bündig zur Stirnfläche 118 des Kurbelgehäuses 112 angeordnet ist.
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Hierfür ist in einen dem Kühlwasserraum 17 benachbarten Bereich der Stirnfläche 118 des Kurbelgehäuses 112 ist ein umlaufender Falz 121 eingearbeitet. Der Falz 121 liegt axial unterhalb der Stirnfläche 119 der Zylinderlaufbuchse 111. Korrespondierend hierzu ist in den die Stirnfläche 119 der Zylinderlaufbuchse 111 überdeckenden Bereich des Halteringes 120 ein Falz 126 eingearbeitet. Der Falz 121 nimmt den Haltering 120, während der Haltering 120 sich mit seinem Falz 126 auf der Stirnfläche 119 der Zylinderlaufbuchse 111 abstützt. Damit wird eine zuverlässige radiale Führung der Zylinderlaufbuchse 111 erzielt.
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Zur Verbesserung der Dichtwirkung des Halterings 120 gegenüber den Kühlwasserraum 17 sind im Ausführungsbeispiel im Bereich der Falze 121, 126 Dichtungen 24 in Form von O-Ringen vorgesehen.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baueinheit 210 aus einer Zylinderlaufbuchse 211 und einem Kurbelgehäuse 212, wobei das Kurbelgehäuse nur teilweise dargestellt ist. Die Baueinheit 210 entspricht im Wesentlichen der Baueinheit 10 gemäß 1, so dass gleiche Strukturmerkmale mit denselben Bezugszeichen versehen sind und diesbezüglich auf die Beschreibung zu 1 verwiesen wird.
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Der wesentliche Unterschied des Ausführungsbeispiels gemäß 3 zu den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 und 2 besteht darin, dass der Haltering 220, der zum Verschließen des Kühlwasserraums 17 und zur radialen Führung der Zylinderlaufbuchse 111 in der Zylinderbohrung 13 dient, die Stirnfläche 219 der Zylinderlaufbuchse 211 mit einem an den Haltering 120 im Ausführungsbeispiel einstückig angeformten Abstreifring 227 übergreift. Die Stirnfläche 219 der Zylinderlaufbuchse 211 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel nicht in derselben Ebene angeordnet ist wie die Stirnfläche 218 des Kurbelgehäuses 212, sondern axial zurückgesetzt ist. Dies hat zur Folge, dass die Stirnfläche 223 des Halterings 220 in montiertem Zustand bündig zur Stirnfläche 218 des Kurbelgehäuses 212 angeordnet ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird auf die Einbringung von Falzen verzichtet. Stattdessen bildet der Haltering 220 mit einem Schenkel 228 und dem im Ausführungsbeispiel einstückig an ihn angeformten Abstreifring 227 eine umlaufende U-förmige Ausnehmung, in die die Stirnfläche 219 und der daran angrenzende Bereich der Zylinderlaufbuchse 211 aufgenommen sind. Der Haltering 220 ragt mit Damit wird eine zuverlässige radiale Führung der Zylinderlaufbuchse 211 erzielt. Der Schenkel 228 des Halterings 220 ragt in den Kühlwasserraum 17 hinzu. Dadurch wird der Kühlwasserraum 17 abgedichtet. Der Schenkel 228 stützt sich sowohl auf der äußeren Mantelfläche der Zylinderlaufbuchse 211 als auch auf der Innenfläche der Zylinderbohrung 13 ab. Dadurch wird eine zuverlässige radiale Führung der Zylinderlaufbuchse 211 gewährleistet.
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Der Abstreifring 227 dient zum Abstreifen von ggf. im Motorbetrieb entstehender Ölkohle an dem im fertigen Motor in der Zylinderlaufbuchse 211 aufgenommenen Kolben. Der Abstreifring kann für diesen Zweck dünnwandig ausgebildet sein.
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Zur Verbesserung der Dichtwirkung des Halterings 220 gegenüber den Kühlwasserraum 17 sind im Ausführungsbeispiel im Bereich des Schenkels 228 Dichtungen 24 in Form von O-Ringen vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10153178 A1 [0002]
- DE 4343238 A1 [0008]
