DE102011081486A1

DE102011081486A1 - Kurbelgehäuse

Info

Publication number: DE102011081486A1
Application number: DE102011081486A
Authority: DE
Inventors: Thomas Flender; Michael Kreisig; Falk Schneider; Stefan Steichele
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-02-28
Also published as: CN103061915A; US20130047951A1; JP2013044332A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse (1) mit einer darin in einem Lagertunnel (2) über Wälzlager (3) gelagerten Nockenwelle (4), wobei – zumindest ein Teil eines jeweiligen Wälzlagers (3) thermisch mit der Nockenwelle oder dem Kurbelgehäuse (1) gefügt ist, – der Lagertunnel (2) des Kurbelgehäuses (1) ausschließlich im Bereich (12) der Wälzlager (3) bearbeitet ist. Hierdurch lässt sich die Nockenwelle (4) einerseits leicht lagern und andererseits leicht in das Kurbelgehäuse (1) leicht einbauen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse mit einer darin in einem Lagertunnel über Wälzlager gelagerten Nockenwelle. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit einem derartigen Kurbelgehäuse.
Nockenwellen werden in Brennkraftmaschinen zur Steuerung der Ein- und Auslassventile verwendet und besitzen hierfür Nocken, die über einen Ventiltrieb das zugehörige Ein- oder Auslassventil betätigen. Gelagert werden derartige Nockenwellen üblicherweise in entsprechenden Lagerböcken über Gleitlager, wobei die Lagerböcke individuell ausgerichtet werden müssen, um ein leichtes Laufen der Nockenwelle garantieren zu können. Die Lagerböcke werden ihrerseits mit dem Zylinderkopf, das heißt mit einem Zylinderkurbelgehäuse, verbunden, insbesondere verschraubt, wobei beim Festziehen dieser Verschraubung eine Flucht der einzelnen Lageraugen der Lagerböcke unbedingt berücksichtigt werden muss. Die üblicherweise zur Lagerung von Nockenwellen verwendeten Gleitlager bedürfen darüber hinaus einer genau definierten Schmierung, um die gewünschten, guten Lagereigenschaften erzielen zu können.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Kurbelgehäuse eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine leichte Lagerung einer Nockenwelle und eine vereinfachte Montage sowie durch einen reduzierten Herstellungsaufwand auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Nockenwelle in einem Lagertunnel über Wälzlager, das heißt beispielsweise über Kugellager oder Nadellager und damit vergleichsweise leichtgängig zu lagern und diese Wälzlager thermisch mit der Nockenwelle oder dem Kurbelgehäuse vor der eigentlichen Montage der Nockenwelle im Lagertunnel zu fügen. Durch den Umstand, dass der Lagertunnel des Kurbelgehäuses erfindungsgemäß ausschließlich in dem Bereich der Wälzlager bearbeitet bzw. nachbearbeitet ist, kann der Herstellungsaufwand des Kurbelgehäuses deutlich reduziert werden, da dieses nicht mehr wie bisher entlang des gesamten Lagertunnels bearbeitet bzw. nachbearbeitet werden muss, sondern ausschließlich noch in denjenigen Bereichen, in welchen nachträglich die Wälzlager auch tatsächlich angeordnet werden. Durch das thermische Fügen der Wälzlager mit der Nockenwelle oder dem Kurbelgehäuse ist zudem eine vergleichsweise einfache Befestigung des Wälzlagers gegeben. Zum thermischen Fügen des Wälzlagers mit der Nockenwelle wird dieses erwärmt und/oder die Nockenwelle abgekühlt, wogegen beim thermischen Fügen des Wälzlagers mit dem Kurbelgehäuse das Kurbelgehäuse erwärmt und/oder das jeweilige Wälzlager abgekühlt wird. Durch den Ersatz von bisher in diesem Bereich verwendeten Gleitlagern durch die erfindungsgemäßen Wälzlager kann die Nockenwelle deutlich leichter gelagert werden, was sich bei Kraftfahrzeugen in einem reduzierten Kraftstoffverbrauch und einer verbesserten CO₂-Bilanz niederschlagen dürfte.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Lagertunnel zumindest eine Radialstufe auf und verjüngt sich in Einschubrichtung der Nockenwelle in das Kurbelgehäuse. Durch eine derartige Radialstufe können unterschiedlich große und damit auch unterschiedlich leistungsstarke Wälzlager verwendet werden, so dass beispielsweise denkbar ist, dass im Bereich eines Ketten-/Riemenrades ein vergleichsweise großes und damit leistungsfähiges Wälzlager angeordnet wird, wogegen an einem dem Ketten-/Riemenrad abgewandten Ende der Nockenwelle lediglich ein vergleichsweise kleines Wälzlager angeordnet wird. Durch die zumindest eine Radialstufe und den sich in Einschubrichtung der Nockenwelle verjüngenden Lagertunnel, kann die Nockenwelle einfach in den Lagertunnel eingeschoben und dort fixiert werden. Der Lagertunnel verjüngt sich dabei ähnlich eines Tannenbaums in Einschubrichtung. Die einzelnen Wälzlager der Nockenwelle werden beim Einbau der Nockenwelle in das Kurbelgehäuse an genau denjenigen Stellen positioniert, an welchen zuvor der Lagertunnel bearbeitet, beispielsweise nachbearbeitet, insbesondere gehont, worden ist, um in diesem Bereich einen einwandfreien und optimalen Sitz eines Außenrings des Wälzlagers im Lagertunnel garantieren zu können.
Zweckmäßig ist das Kurbelgehäuse einstückig ausgebildet. Um einen Montageaufwand weiter reduzieren zu können, ist das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse einstückig, das heißt aus einem Stück bzw. aus einem Guss hergestellt, wodurch insbesondere separate Montageschritte zur Fertigung des Kurbelgehäuses entfallen können. Als Material kommen hierbei insbesondere Leichtmetalle, wie beispielsweise Aluminium oder Magnesium oder aber auch Eisen in Betracht. Die einstückige Ausbildung des Kurbelgehäuses kann beispielsweise durch entsprechende Sandkerne bzw. Sandformen realisiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist im Kurbelgehäuse ein gegen einen Außenring des Wälzlagers bewegbarer und fixierbarer Sicherungsstift vorgesehen, der optional in eine Umfangsnut des Außenrings des Wälzlagers eingreifen und dadurch dieses in Axialrichtung fixieren kann. Der Sicherungsstift kann dabei beispielsweise in der Art einer Madenschraube ausgebildet sein oder aber auch lediglich in der Art eines Stiftes und wird gegen den Außenring des Wälzlagers und damit gegen das Wälzlager selbst verspannt, wodurch dieses in Axialrichtung im Lagertunnel fixiert werden kann. Weist der Außenring des Wälzlagers zusätzlich eine nach außen offene und umlaufende Umfangsnut auf, so kann der Sicherungsstift einen komplementär zur Nutgeometrie ausgebildeten Kopf aufweisen, mit welchem er in die Umfangsnut des Außenrings eingreift und dadurch das Wälzlager zumindest in Axialrichtung fixiert. Eine Fixierung in Radialrichtung dürfte aller Voraussicht nach nicht erforderlich sein, da das Wälzlager mit seinem Außenring spielfrei oder lediglich mit definiertem geringem Spiel im Lagertunnel des Kurbelgehäuses positioniert wird. Zum Entfernen der Nockenwelle, beispielsweise zu Wartungszwecken, muss somit zunächst der Sicherungsstift entfernt und dadurch eine Axialbewegung des durch diesen gesicherten Wälzlagers zugelassen werden. Derartige Sicherungsstifte können in nahezu jeglicher Ausführungsform denkbar sein. Ein derartiger Sicherungsstift muss nicht generell für jede Nockenwelle und jedes Kurbelgehäuse vorgesehen sein, sondern kann beispielsweise für Nockenwellen und Kurbelgehäuse mit hohen Axialkräften vorbehalten sein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Kurbelgehäuse mit einer zugehörigen Nockenwelle.
Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßes Kurbelgehäuse 1 eine darin in einem Lagertunnel 2 über Wälzlager 3 gelagerte Nockenwelle 4 auf. Um dabei einerseits die Fertigung des Kurbelgehäuses 1 weniger aufwändig und damit kostengünstiger gestalten zu können und andererseits die Nockenwelle 4 möglichst leichtgängig und damit kraftstoffsparend lagern zu können, wird der Lagertunnel 2 des Kurbelgehäuses 1 ausschließlich im Bereich 12 der Wälzlager 3 bearbeitet und als Wälzlager 3 beispielsweise Kugellager oder Nadellager gewählt. Die Nockenwelle 4 besitzt in bekannter Weise auf dieser angeordnete Nocken 5, die nicht gezeigte Ein- und Auslassventile eines Verbrennungsmotors ansteuern.
Gemäß der 1 sind die Wälzlager 3 als Kugellager ausgebildet und thermisch mit der Nockenwelle 4 gefügt. Selbstverständlich ist dabei auch vorstellbar, dass die Wälzlager 3 mit dem Kurbelgehäuse, das heißt im Lagertunnel 2 thermisch gefügt werden. Alternativ hierzu ist auch denkbar, dass bei einer Ausbildung der Wälzlager 3 als Nadellager ein Außenring 9 des Wälzlagers 3 thermisch mit dem Lagertunnel 2 des Kurbelgehäuses 1 und ein Innenring 14 des Wälzlagers 3 thermisch mit der Nockenwelle 4 gefügt ist. Durch das thermische Fügen kann eine vergleichsweise einfache und langjährig erprobte Verbindung zwischen dem Wälzlager 3 einerseits und der Nockenwelle 4 bzw. dem Kurbelgehäuse 1 andererseits erzielt werden.
Durch den Umstand, dass der Lagertunnel 2 ausschließlich an denjenigen Bereichen 12 bearbeitet bzw. nachbearbeitet ist, an welchen später die Wälzlager 3 angeordnet sind, können die dazwischenliegenden Bereiche 13 unbearbeitet bleiben und dadurch der Herstellungsaufwand des Kurbelgehäuses 1 deutlich reduziert werden.
Betrachtet man die 1, so kann man erkennen, dass der Lagertunnel 2 zumindest eine Radialstufe 6 aufweist und sich in Einschubrichtung 7 der Nockenwelle 4 verjüngt. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer Tannenbaumstruktur mit Stufen 6. Hierdurch ist es möglich, belastungsgerechte Wälzlager 3 vorzusehen, beispielsweise im Bereich eines nicht gezeigten Ketten-/Riemenrades ein vergleichsweise großes und dadurch leistungsstarkes Wälzlager 3, wobei an einem dem Ketten-/Riemenrad abgewandten Längsende der Nockenwelle 4 ein lediglich vergleichsweise kleines und dadurch leistungsschwächeres Wälzlager 3 vorgesehen wird. Eine Kante der Radialstufe 6 kann eine Fase 8 aufweisen, um beim Einschieben der Nockenwelle 4 in den Lagertunnel 2 Beschädigungen weitestgehend ausschließen zu können.
Zur Axialsicherung der Nockenwelle 4 im Lagertunnel 2 kann im Kurbelgehäuse 1 ein gegen den Außenring 9 des Wälzlagers 3 bewegbarer und fixierbarer Sicherungsstift 10 vorgesehen sein, wobei optional am Außenring 9 des Wälzlagers 3 zusätzlich eine nach außen offene Umfangsnut vorgesehen werden kann, in die der Sicherungsstift 10, beispielsweise mit einem komplementär zur Nutengeometrie ausgebildeten Kopf eingreift und dadurch das Wälzlager 3 in Axialrichtung fixiert. Bei dem gemäß der 1 dargestellten Sicherungsstift 10 ist ein derartiger Kopf nicht vorgesehen, so dass dieser Sicherungsstift 10 linienförmig oder flächig gegen den Außenring 9 des Wälzlagers 3 drückt. Der Sicherungsstift 10 kann dabei als Stift im eigentlichen Sinne oder auch als Madenschraube ausgebildet sein. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Sicherungsstift 10 nicht am Außenring 9 des Wälzlagers 3 angreift, sondern benachbart zum Wälzlager 3, beispielsweise in Einschubrichtung 7 hinter diesem, eingeschoben bzw. eingedreht wird und dadurch die erforderliche Axialsicherung bildet.
An zumindest einem der Wälzlager 3 können zur Sicherung desselben in Axialrichtung zwei benachbarte Sicherungsringe 11 angeordnet sein, die beispielsweise ebenfalls mit der Nockenwelle 4 thermisch gefügt sind. Das Kurbelgehäuse 1 kann gemäß der Erfindung einteilig oder sogar einstückig ausgebildet sein, beispielsweise aus Leichtmetall wie insbesondere Aluminium, wobei bisher erforderliche Lagerböcke, die separat und damit aufwändig montiert werden mussten, entfallen können.
Betrachtet man die untere Seite des Lagertunnels 2, so kann man an dieser den Bereich 12 erkennen, in welchem der Lagertunnel 2 bearbeitet ist, um eine einwandfreie Anlage des Außenrings 9 des Wälzlagers 3 bieten zu können. In den daneben angeordneten Bereichen 13 ist eine derartige Bearbeitung nicht erforderlich, wodurch die Bearbeitung des Kurbelgehäuses 1 insgesamt weniger aufwändig gestaltet werden kann. Der nicht bearbeitete Bereich 13 ist dabei hinsichtlich seiner Rauheit übertrieben dargestellt, um die Vorteile der Erfindung herausstellen zu können. Der Bereich 12 erstreckt sich üblicherweise ringförmig um das Wälzlager 3 in seiner späteren Einbaulage herum und ist somit selbstverständlich an allen Seiten des Lagertunnels 2 umlaufend vorhanden.
Mit dem erfindungsgemäßen Kurbelgehäuse 1 und den eingesetzten Wälzlagern 3 lässt sich die Nockenwelle 4 vergleichsweise leichtgängig und damit kraftstoffsparend lagern, wobei zudem die Montage der Nockenwelle 4 im Kurbelgehäuse 1 vereinfacht wird, da bisher erforderliche Lagerböcke, die separat ausgerichtet werden müssten, entfallen können.

Claims

Kurbelgehäuse (1) mit einer darin in einem Lagertunnel (2) über Wälzlager (3) gelagerten Nockenwelle (4), wobei – zumindest ein Teil eines jeweiligen Wälzlagers (3) thermisch mit der Nockenwelle oder dem Kurbelgehäuse (1) gefügt ist, – der Lagertunnel (2) des Kurbelgehäuses (1) ausschließlich im Bereich (12) der Wälzlager (3) bearbeitet ist.
Kurbelgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager (3) als Kugellager oder als Nadellager ausgebildet sind.
Kurbelgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagertunnel (2) zumindest eine Radialstufe (6) aufweist und sich in Einschubrichtung (7) der Nockenwelle (4) verjüngt.
Kurbelgehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei unterschiedlich große Wälzlager (3) vorgesehen sind, die an unterschiedlichen Radialstufen (6) des Kurbelgehäuses (1) anliegen.
Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse (1) einstückig ausgebildet ist.
Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Kurbelgehäuse (1) ein gegen einen Außenring (9) des zugehörigen Wälzlagers (3) bewegbarer und fixierbarer Sicherungsstift (10) vorgesehen ist.
Kurbelgehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsstift (10) in eine Umfangsnut des Außenrings (9) des Wälzlagers (3) eingreift und dadurch dieses in Axialrichtung fixiert.
Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Wälzlager (3) zur Sicherung in Axialrichtung zwei benachbarte Sicherungsringe (11) auf der Nockenwelle (4) vorgesehen sind.
Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.