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Die Erfindung betrifft einen Zylinder für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinders.
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Aus der
DE 1 912 287 U ist ein Zylinder für einen Verbrennungsmotor bekannt, dessen Überströmkanäle seitlich von am Zylinder befestigten Deckeln verschlossen sind. Die Deckel können über eine Niet-, Kleb- oder Klemmverbindung an dem Zylinder festgelegt sein. Die
DE 103 12 097 A1 zeigt ebenfalls einen Zylinder mit solchen Deckeln. Eine am Deckel angeformte Nase wirkt als Anschlag in Zylinderlängsrichtung.
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Besonders bei Deckeln, die Überströmkanäle im Bereich der Überströmöffnungen begrenzen, ist eine genaue Positionierung am Zylinder erforderlich, um die gewünschte Kanalgeometrie zu erreichen. Beim Befestigen von Deckeln wird jedoch zwischen Zylinder und Deckel ein Spalt benötigt, so dass der Deckel in Zylinderlängsrichtung und in Zylinderumfangsrichtung mit Spiel am Zylinder geführt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und eine gewünschte Kanalgeometrie besitzt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung des Zylinders anzugeben.
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Diese Aufgabe wird bezüglich des Zylinders durch einen Zylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Die Anschläge in Zylinderlängsrichtung und in tangentialer Richtung zur Zylinderbohrung erlauben eine genaue Positionierung des Deckels in diesen Richtungen. Durch entsprechende Anordnung der Anschläge kann außerdem eine gewünschte Spaltbreite zwischen Deckel und Zylinder, beispielsweise als Klebspalt, vorgegeben werden. Die Anschläge werden dabei vorteilhaft benachbart zu den funktionskritischen Geometrien angeordnet, so dass sich kurze Toleranzketten ergeben und in diesen Bereichen eine sehr genaue Positionierung erfolgen kann. Im Bereich der Anschläge können Deckel und Zylinder mit hoher Genauigkeit hergestellt werden, um eine sehr exakte Positionierung mit geringem Aufwand zu erreichen.
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Nach der Erfindung ist an mindestens einem der beiden Bauteile von Zylinder und Deckel ein umlaufender Steg vorgesehen, der in eine umlaufende Nut des anderen Bauteils ragt. Der Steg und die Nut können als Dichtkontur oder insbesondere auch als Klebekontur ausgebildet sein. Vorteilhaft sind am Zylinder und am Deckel jeweils eine Nut und ein Steg ausgebildet, zwischen denen ein im Querschnitt etwa S-förmiger Spalt gebildet ist. Das Verhältnis der Tiefe der Nut zur Breite der Nut beträgt dabei insbesondere etwa 1,0 bis etwa 3,0.
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Vorteilhaft sind die Spaltbreiten an beiden Längsseiten der Nut etwa gleich groß. Nach der Erfindung ist eine Spaltbreite von etwa 0,2 mm bis etwa 0,8 mm vorgesehen.
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Der Deckel ist an den Zylinder angeklebt, wobei mindestens an den Längsseiten der Nut Klebeflächen ausgebildet sind. Für eine Klebeverbindung ist eine Belastung auf Scherung vorteilhaft. Aufgrund der Ausrichtung der Längsseiten der Nut nach außen, also in Belastungsrichtung, wird eine vorteilhafte Belastung der Klebeflächen auf Scherung erreicht. Bei S-förmiger Gestaltung des Querschnitts des Spalts ergeben sich große Klebeflächen, die eine hohe Belastbarkeit und Festigkeit der Verbindung sicherstellen. Aufgrund des Ineinandergreifens von Nut und Steg wird eine Vorpositionierung des Deckels am Zylinder erreicht. Die endgültige Positionierung erfolgt durch den ersten und den zweiten Anschlag.
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Die Positionierung des Deckels am Zylinder erfolgt vorteilhaft automatisiert. Hierzu ist vorgesehen, dass der Deckel an seiner der Zylinderbohrung abgewandt liegenden Außenseite mindestens einen Anlagepunkt für eine Stelleinrichtung besitzt. Die Stelleinrichtung kann beispielsweise ein pneumatischer oder elektrischer Schieber oder dgl. sein. Um die seitliche Bewegung des Deckels an dem Anschlag zu ermöglichen, ist insbesondere die Fläche des Anlagepunkts und/oder die Stelleinrichtung zur Richtung senkrecht auf die Deckelebene geneigt.
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Um die Herstellung des Zylinders in einem Druckgussverfahren auch bei komplizierten Kanalgeometrien zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Deckel eine in den Kanal ragende, den Kanal begrenzende Rippe besitzt. Dadurch lassen sich die Kanalgeometrien zwischen Zylinder und Deckel weitgehend frei gestalten. Um eine gute Strömungsführung im Bereich der Öffnung des Kanals zur Zylinderbohrung zu erreichen, ist vorgesehen, dass der Abstand der Rippe zur Zylinderbohrung weniger als etwa 0,8 mm beträgt. Dadurch können günstige Strömungsverhältnisse erreicht werden. An der der Zylinderbohrung zugewandten Stirnseite besitzt die Rippe vorteilhaft eine Dicke von etwa 0,8 mm bis etwa 2,0 mm. Der sich ergebende Sprung des Strömungsquerschnitts des Kanals im Bereich der Stirnseite der Rippe lässt sich dadurch vergleichsweise gering halten, so dass die Beeinflussung der Strömung durch die Rippe in diesem Bereich noch akzeptabel ist. Gleichzeitig können die vorgesehenen Dicken bei einfacher Fertigung erreicht werden. Insbesondere ist mindestens ein Anschlag an einer in den Kanal ragenden, den Kanal begrenzenden Rippe ausgebildet.
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Eine einfache Gestaltung ergibt sich, wenn zwei benachbart zueinander verlaufende Kanäle von einem gemeinsamen Deckel verschlossen sind.
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Für ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinders für einen Verbrennungsmotor, wobei der Zylinder eine Zylinderbohrung und eine Zylinderwand besitzt, wobei in der Zylinderwand mindestens ein Kanal ausgebildet ist, wobei an dem Zylinder mindestens ein Deckel angeordnet ist, der den Kanal auf der der Zylinderbohrung abgewandten Seite mindestens teilweise verschließt, und wobei zwischen Zylinder und Deckel ein erster Anschlag in Zylinderlängsrichtung und ein zweiter Anschlag in tangentialer Richtung zur Zylinderbohrung gebildet ist, ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt der Deckel am Zylinder in einer ersten Richtung etwa radial zur Zylinderbohrung angeordnet wird, und dass in einem zweiten Schritt der Deckel in einer zweiten Richtung verschoben wird, die parallel zu einer etwa tangential zur Zylinderbohrung und parallel zur Zylinderlängsrichtung verlaufenden Ebene liegt, bis der Deckel am ersten Anschlag und am zweiten Anschlag am Zylinder anliegt. Dadurch kann auf einfache Weise eine genaue Positionierung des Deckels am Zylinder erreicht werden.
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Erfindungsgemäß ist an mindestens einem der beiden Bauteile von Zylinder und Deckel ein umlaufender Steg vorgesehen, der in eine umlaufende Nut des anderen Bauteils ragt, wobei zwischen dem Steg und der Nut ein Spalt gebildet ist, der an einer ersten Längsseite der Nut eine erste Spaltbreite und an einer zweiten, parallel zur ersten Längsseite verlaufenden zweiten Längsseite eine zweite Spaltbreite besitzt, wobei die erste und die zweite Spaltbreite nach dem Anordnen des Deckels am Zylinder in der ersten Richtung unterschiedlich groß sind, und wobei die erste und die zweite Spaltbreite beim Verschieben des Deckels in der zweiten Richtung an dem ersten und dem zweiten Anschlag so verändert werden, dass sie nach dem Verschieben des Deckels etwa gleich groß sind. Aufgrund der Anordnung des Spalts relativ zu den Anschlägen lässt sich eine definierte Spaltbreite konstruktiv auf einfache Weise vorgeben. Dadurch kann eine hohe Genauigkeit erreicht werden. Durch das definierte Verschieben des Deckels bis zu den Anschlägen kann eine im Wesentlichen konstante Spaltbreite konstruktiv vorgegeben werden. Dadurch kann insbesondere beim Ankleben des Deckels an den Zylinder eine hohe Festigkeit der Verbindung sichergestellt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Verbrennungsmotor in Richtung der Linie I-I in 2,
- 2 einen schematischen Schnitt durch einen Zylinder entlang der Linie II-II in 1,
- 3 eine Seitenansicht eines Zylinders,
- 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Zylinders aus 3,
- 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht in Richtung des Pfeils V in 4,
- 6 den Ausschnitt VI aus 5 in vergrößerter Darstellung,
- 7 einen Schnitt durch den Zylinder auf der Höhe der Linie VII-VII in 5,
- 8 die Einzelheit VIII aus 7 in vergrößerter Darstellung,
- 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX in 7,
- 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X in 3,
- 11 den Zylinder mit Deckel gemäß der Darstellung aus 7 vor dem Verschieben des Deckels und
- 12 die Einzelheit XII aus 11 in vergrößerter Darstellung.
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In den 1 und 2 ist als Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor ein Zweitaktmotor 1 schematisch gezeigt. Der Zweitaktmotor 1 ist ein schnell laufender Motor mit kleinem Hubraum und dient beispielsweise als Antriebsmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorsäge, einem Trennschleifer, einem Freischneider oder dgl..
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Der Zweitaktmotor 1 besitzt einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum 3 ist von einem Kolben 5 begrenzt, der über ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 antreibt. Der Zylinder 2 besitzt eine Zylinderwand 43, die eine Zylinderbohrung 42 begrenzt. An der Zylinderbohrung 42 mündet ein vom Kolben 5 schlitzgesteuerter Gemischkanal 8. Außerdem mündet an der Zylinderbohrung 42 ein Luftkanal 14, der sich im Bereich des Zylinders 2 in die beiden in 2 gezeigten Äste 17, 18 aufteilt, die jeweils mit einem Lufteinlass 15 an der Zylinderbohrung 42 münden. Im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 ist der Lufteinlass 15 über jeweils eine am Kolben 5 vorgesehene Kolbentasche 16 mit Überströmfenstern 11 und 13 von Überströmkanälen 10 und 12 verbunden. Aus dem Brennraum 3 führt ein vom Kolben 5 schlitzgesteuerter Auslass 9. Die beiden auslassnahen Überströmkanäle 10 und die beiden einlassnahen Überströmkanäle 12 verbinden das Kurbelgehäuse 4 im Bereich des in 1 gezeigten unteren Totpunkts des Kolbens 5 mit dem Brennraum 3, so dass Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse 4 in den Brennraum 3 einströmen kann. Der Kolben 5 bewegt sich im Zylinder 2 in Richtung einer Zylinderlängsachse 45.
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Im Betrieb wird im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 ins Kurbelgehäuse 4 Kraftstoff/Luft-Gemisch über den Gemischkanal 8 angesaugt. In den Überströmkanälen 10 und 12 wird gleichzeitig Luft oder kraftstoffarmes Gemisch aus dem Luftkanal 14 vorgelagert. Beim Abwärtshub des Kolbens 5 wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch ins Kurbelgehäuse 4 verdichtet. Sobald der Kolben 5 die Überströmfenster 11 und 13 öffnet, strömt aus den Überströmkanälen 10 und 12 zunächst die vorgelagerte Luft in den Brennraum 3 ein und spült noch im Brennraum 3 vorhandene Abgase aus dem vorangegangenen Motorzyklus durch den Auslass 9 aus. Anschließend strömt Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse 4 in den Brennraum 3 nach. Beim Aufwärtshub des Kolbens 5 wird das Gemisch im Brennraum 3 komprimiert und im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 von einer nicht gezeigten Zündkerze gezündet. Die darauffolgende Verbrennung beschleunigt den Kolben 5 in Richtung auf das Kurbelgehäuse 4. Sobald der Auslass 9 vom Kolben 5 geöffnet wird, strömen die Abgase aus dem Brennraum 3 aus und werden von der in den Überströmkanälen 10 und 12 vorgelagerten Luft des nächsten Motorzyklus ausgespült.
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Der Zylinder 2 ist in einem Druckgussverfahren hergestellt. Um auch die Überströmkanäle 10 und 12 in einem Druckgussverfahren herstellen zu können, sind die Überströmkanäle 10 und 12 zur Zylinderaußenseite hin von Deckeln 19 verschlossen, von denen in 3 einer gezeigt ist. Die Deckel 19 sind in 2 nicht gezeigt, so dass die Überströmkanäle 10 und 12 in dieser Darstellung zur Zylinderaußenseite hin offen sind. Wie 3 zeigt, besitzt der Deckel 19 einen umlaufenden Rand 20.
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Zur Herstellung des Zweitaktmotors 1 werden die beiden spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildeten Deckel 19 automatisiert am Zylinder 2 positioniert. Zur Positionierung besitzt der Zylinder 2 Anlagepunkte 31 für eine Stelleinrichtung, und der Deckel 19 besitzt Anlagepunkte 30, an denen eine oder mehrere Stelleinrichtungen angreifen können.
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Wie die teilgeschnittenen Bereiche in 4 zeigen, besitzt der Deckel 19 am Rand 20 einen umlaufenden Steg 23, der in eine umlaufende Nut 24 des Zylinders 2 ragt. Der Steg 23 und die Nut 24 laufen am gesamten Rand 20 um. Wie in den 3 bis 5 angedeutet, sind die Überströmkanäle 10 und 12 unter den Auslass 9 geführt. Hierzu besitzt der Zylinder 2 einen in den Bereich des Kurbelgehäuses 4 ragenden Stutzen 27, in dem die Überströmkanäle 10 und 11 von beiden Seiten des Zylinders 2 ins Kurbelgehäuse 4 geführt sind.
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6 zeigt die Gestaltung von Zylinder 2 und Deckeln 19 im oberen, zum Brennraum 3 benachbart liegenden Bereich im Einzelnen. Benachbart zum Überströmfenster 13 ragt an der dem Kurbelgehäuse 4 abgewandten Seite eine Rippe 37 des Deckels 19 in den Überströmkanal 12, die den Überströmkanal 12 an seiner dem Brennraum 3 benachbart liegenden, oberen Wand begrenzt. Die Rippe 37 besitzt zur Zylinderbohrung 42 einen Abstand g, der vorteilhaft möglichst klein ausgebildet ist. Der Abstand g muss allerdings so gewählt sein, dass sichergestellt ist, dass die Rippe 37 auch bei ungünstigen Fertigungstoleranzen nicht in die Zylinderbohrung 42 ragen kann. Vorteilhaft beträgt der Abstand g weniger als 0,8 mm. Dadurch wird eine geringe Beeinflussung der Strömung im Überströmkanal 12 erreicht. An ihrer der Zylinderbohrung 42 zugewandten Stirnseite 50 besitzt die Rippe 37 eine Dicke h, die vorteilhaft etwa 0,8 mm bis 2 mm beträgt. Die Rippe 37 besitzt eine dem Überströmkanal 12 abgewandt liegende Anlagefläche 38, die an einer Anlagefläche 39 des Zylinders 2 anliegt und mit dieser einen ersten Anschlag 25 in Richtung der Zylinderlängsachse 45 bildet.
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Wie 6 zeigt, ist zwischen dem Deckel 19 und dem Zylinder 2 ein Spalt 26 gebildet, der im Querschnitt eine etwa S-förmige Kontur besitzt. Der Zylinder 2 besitzt einen Steg 21 und die an der dem Überströmkanal 12 abgewandten Seite daran anschließende Nut 24. In die Nut 24 ragt der Steg 23 des Deckels 19. Der Steg 21 des Zylinders 2 ist in einer Nut 22 des Deckels 19 angeordnet. Die Nut 22 besitzt eine erste, dem Überströmkanal 12 zugewandt liegende Längsseite 46 und eine zweite, parallel zur ersten Längsseite 46 verlaufende zweite Längsseite 47, die dem Überströmkanal 12 abgewandt liegt. Entsprechend besitzt die Nut 24 im Zylinder 2 eine erste Längsseite 48, die gegenüberliegend zur zweiten Längsseite 47 der Nut 22 angeordnet ist, sowie eine zweite Längsseite 49. An der ersten Längsseite 46 besitzt der Spalt 26 eine Spaltbreite a, zwischen der zweiten Längsseite 47 und der ersten Längsseite 48 eine Spaltbreite b und benachbart zur zweiten Längsseite 49 eine Spaltbreite d. Die Spaltbreiten a, b und d sind im Wesentlichen gleich groß. Der Deckel 19 ist an den Zylinder 2 angeklebt. In den Bereichen der Längsseiten 46, 47, 48 und 49 ist die im Spalt 26 gebildete Klebefläche auf Scherung belastet. Dadurch, dass die nach außen verlaufenden Längsseiten 46 bis 49 vergleichsweise breit ausgebildet sind, ergibt sich eine große Klebefläche und damit eine hohe Haltekraft des Deckels 19 am Zylinder 2.
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Die 7 und 8 zeigen die etwa in Richtung der Zylinderlängsachse 45 verlaufende, zum Gemischeinlass 8 benachbart angeordnete Seite des Deckels 19. An dem einlassnahen Überströmkanal 12 ist an den Deckeln 19 jeweils eine Rippe 34 ausgebildet, die bis nahe an die Zylinderbohrung 42 ragt und die den Überströmkanal 12 begrenzt. Die Rippe 34 besitzt, wie in 8 gezeigt ist, eine Stirnseite 50, deren Abmessungen und Abstand zur Zylinderbohrung 42 vorteilhaft denen an der Rippe 37 entspricht. Die Rippe 34 besitzt eine seitliche Anlagefläche 36, an der eine seitliche Anlagefläche 35 des Deckels 19 anliegt. Die beiden Anlageflächen 35 und 36 bilden einen Anschlag 33 für den Deckel 19, an dem der Deckel 19 in tangentialer Richtung zur Zylinderbohrung anliegt.
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Wie 8 zeigt, sind die Stege 21 und 23 und die Nuten 22 und 24 auch an den in Hochrichtung des Zylinders 2 verlaufenden Seiten ausgebildet. Auch die Längsseiten 46, 47, 48 und 49 sind entsprechend ausgebildet. Gleiches gilt für die Abstände a, b und d. Wie 8 zeigt, besitzt der Steg 21 zu dem zwischen den Längsseiten 46 und 47 angeordneten Nutgrund der Nut 22 einen Abstand. In diesem Bereich besitzt der Spalt 26 eine Spaltbreite c. Die Spaltbreite c ist vorteilhaft etwa gleich groß wie die Spaltbreiten a, b und d.
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Die 9 und 10 zeigen Längsschnitte durch den Zylinder 2 im Bereich des auslassnahen Überströmfensters 11 und des einlassnahen Überströmfensters 13. Wie 9 zeigt, verläuft der einlassnahe Überströmkanal 12 im Bereich des Überströmfensters 11 des auslassnahen Überströmkanals 10 an der dem Kurbelgehäuse 4 zugewandten Seite des Überströmkanals 10. Beide Überströmkanäle 10, 12 sind unter den Auslass 9 geführt.
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Wie die 9 und 10 auch zeigen, sind der Steg 23 und die Nut 24 umlaufend ausgebildet. Der Steg 23 erstreckt sich über den gesamten Rand 20 des Deckels 19. Der Steg 21 und die Nut 22 sind nur im oberen, dem Brennraum zugewandten Bereich sowie im einlassnahen Hochabschnitt des Deckels 19 angeordnet. Dass im Bereich der auslassnahen Hochseite kein Steg 21 und keine Nut 22 vorgesehen sind, ist in 11 gezeigt.
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Der Deckel 19 besitzt an seiner der Zylinderbohrung 42 abgewandt liegenden Außenseite 44 die Anlagepunkte 30. An den Anlagepunkten 30 greifen bei der Montage des Deckels 19 am Zylinder 2 eine oder mehrere Stelleinrichtungen 32 an. Die Stelleinrichtungen 32 können beispielsweise Pneumatikzylinder sein. Die Anlagepunkte 30 können parallel zur Zylinderlängsachse 45 verlaufen oder gegenüber dieser leicht geneigt sein. Zur Montage des Deckels 19 wird der Deckel 19 zunächst am Zylinder 2 angeordnet, und zwar in der in 11 gezeigten Richtung 41. Die Richtung 41 liegt radial zur Zylinderbohrung 42. Wie 12 zeigt, besitzt nach dem Anordnen des Deckels 19 am Zylinder 12 die seitliche Anlagefläche 36 des Deckels 19 zur Anlagefläche 35 des Zylinders 2 einen Abstand e. Der Spalt 26 besitzt an der Längsseite 46 eine Spaltbreite a' und an der gegenüberliegenden Längsseite 47 eine Spaltbreite b', die deutlich kleiner als die Spaltbreite a' ist. Die Spaltbreite d' an der Längsseite 49 entspricht etwa der Spaltbreite a'. Nach dem Anordnen des Deckels 19 am Zylinder 2 wird der Deckel 19 in einer Richtung 40 (siehe auch 4) in tangentialer Richtung der Zylinderbohrung zum Einlass des Gemischkanals 8 und in Richtung der Zylinderlängsachse 45 zum Brennraum 3 hin verschoben, bis der Deckel 19 an den beiden Anschlägen 25 und 33 anliegt. Die zur Zylinderaußenseite seitliche Bewegung in der Richtung 40 erfolgt durch die Stelleinrichtung 32. Dadurch, dass sichergestellt ist, dass der Deckel 19 an den beiden Anschlägen 25 und 33 anliegt, ist der Deckel 19 zum Zylinder 2 genau positioniert. Nach dem Verschieben des Deckels 19 in Richtung des Pfeils 40 sind die Spaltbreiten a, b und d gleich groß, wie in den 6 und 8 gezeigt.
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Um eine feste Klebverbindung des Deckels 19 am Zylinder 2 zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Tiefe t der Nut 22 etwa das Einfache bis etwa das Dreifache der Breite f der Nut 22 beträgt. Die Tiefe s der Nut 24 beträgt vorteilhaft ebenfalls das etwa Einfache bis etwa das Dreifache der Breite i der Nut 24. Dadurch werden große Klebeflächen und eine feste Verbindung des Deckels 19 am Zylinder 2 erreicht.
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Jeder Deckel 19 begrenzt beide Überströmkanäle 10, 12 zur Zylinderaußenseite hin. Zwischen den Überströmkanälen 10, 12 ist am Zylinder 2 eine Rippe 28 angeordnet. Benachbart zur Rippe 28 ist, wie in 7 gezeigt, eine Rippe 29 am Deckel 19 angeformt, die den auslassnahen Überströmkanal 10 begrenzt. Auch die Rippe 29 besitzt zur Zylinderbohrung 62 vorteilhaft einen Abstand von weniger als etwa 0,8 mm. Dadurch werden günstige Strömungsverhältnisse erreicht.
