DE102011121305A1

DE102011121305A1 - Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine sowie Baukastensystem zur Lagerung wenigstens einer Welle einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102011121305A1
Application number: DE201110121305
Authority: DE
Inventors: Michael Wagenplast
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einer Lagerstelle (22) zur Lagerung einer Abtriebswelle oder einer Massenausgleichswelle der Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Gehäuseteil (70), welches wenigstens einen Brennraum (72), insbesondere einen Zylinder (72), der Verbrennungskraftmaschine aufweist, und mit wenigstens einem mit dem ersten Gehäuseteil verbunden, zweiten Gehäuseteil, wobei die wenigstens eine Lagerstelle (22) ausschließlich durch das zweite Gehäuseteil gebildet ist, sowie ein Baukastensystem zur Lagerung wenigstens einer Welle einer Verbrennungskraftmaschine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Baukastensystem zur Lagerung wenigstens einer Welle einer Verbrennungskraftmaschine gemäß Patentanspruch 6.
Die DE 601 17 646 T2 offenbart einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderblock mit einem Zylinder, in dem sich ein Kolben hin- und herbewegt. Der Verbrennungsmotor umfasst eine Kurbelwelle, die drehbar in dem Zylinderblock installiert ist, wobei die Kurbelwelle einen Kurbelstift und ein Gegengewicht umfasst. Es ist ein Mechanismus zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses mit einem oberen Verbindungsglied vorgesehen, dessen eines Ende schwenkbar mit einem Kolbenstift des Kolbens verbunden ist. Der Mechanismus umfasst ein unteres Verbindungsglied, das schwenkbar auf dem Kurbelstift der Kurbelwelle angeordnet ist und dessen einer Teil schwenkbar mit dem anderen Ende des oberen Verbindungsglieds verbunden ist. Darüber hinaus ist eine Steuerwelle vorgesehen, die sich im Wesentlichen parallel zu der Kurbelwelle erstreckt.
Der Mechanismus umfasst außerdem ein Steuerverbindungsglied, dessen erstes Ende schwenkbar mit dem anderen Teil des unteren Verbindungsglieds verbunden ist. Der Mechanismus umfasst auch einen exzentrischen Lageraufbau, über den ein zweites Element des Steuerverbindungsglieds mit der Steuerwelle verbunden ist, so dass eine Drehung der Steuerwelle um ihre Achse ein Schwenken des unteren Verbindungsglieds um den Kurbelstift veranlasst, wodurch der Hub des Kolbens variiert wird.
Bei dem Verbrennungsmotor ist vorgesehen, dass der Mechanismus zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses derart angeordnet ist, dass aus einer Axialrichtung der Kurbelwelle gesehen das erste Ende des Steuerverbindungsglieds auf derselben Seite liegt wie eine Drehachse der Steuerwelle in Bezug auf eine imaginäre Bezugslinie und eine am weitesten entfernte Position von der imaginären Bezugslinie einnimmt, die Drehachse der Steuerwelle außerhalb eines durch den Umfang des Gegengewicht beschriebenen Kreises liegt und näher zu der imaginären Bezugslinie liegt als die am weitesten entfernte Position, wobei die imaginäre Bezugslinie eine Linie ist, die sich entlang einer Achse des Zylinders durch eine Drehachse der Kurbelwelle erstreckt.
Aus der DE 10 2004 054 128 A1 ist ein Kurbeltrieb einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei der Kurbeltrieb eine einteilige Kurbelwelle sowie zumindest ein einteiliges Pleuel aufweist, die miteinander zerstörungsfrei verbaut sind.
Es hat sich gezeigt, dass der Aufwand zur Lagerung der Kurbelwelle aufwändig ist, was zu relativ hohen Kosten der Verbrennungskraftmaschine führen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein Baukastensystem zur Lagerung wenigstens einer Welle einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welche eine einfache und kostengünstige Lagerung einer der Welle der Verbrennungskraftmaschine ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Baukastensystem zur Lagerung wenigstens einer Welle einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein solches Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, weist wenigstens eine Lagerstelle auf. Die Lagerstelle dient zur Lagerung einer Abtriebswelle, insbesondere einer Kurbelwelle, oder einer Massenausgleichswelle der Verbrennungskraftmaschine. Mit der Massenausgleichswelle ist es möglich, Massenkräfte der Verbrennungskraftmaschine während ihres Betriebs zumindest teilweise zu kompensieren.
Das Kurbelgehäuse umfasst ein erstes Gehäuseteil, welches wenigstens einen Brennraum, insbesondere einen Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine aufweist. Das Kurbelgehäuse umfasst ferner wenigstens ein mit dem ersten Gehäuseteil verbundenes, zweites Gehäuseteil.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Lagerstelle ausschließlich durch das zweite Gehäuseteil gebildet ist. Dies bedeutet, dass das erste Gehäuseteil kein mit der Lagerstelle korrespondierendes Lagerteil aufweist. Zur Lagerung der Abtriebswelle oder der Massenausgleichswelle ist somit ausschließlich das zweite Gehäuseteil vorgesehen. Dadurch kann die Abtriebswelle oder die Massenausgleichswelle auf einfache und kostengünstige Weise ausschließlich an dem zweiten Gehäuseteil gelagert werden, welches auf einfache und kostengünstige Weise mit dem ersten Gehäuseteil verbunden wird bzw. ist. Das erste Gehäuseteil weist dabei einen besonders einfachen Aufbau auf und ist zeit- und kostengünstig herzustellen.
Vorzugsweise ist das erste Gehäuseteil einstückig ausgebildet und weist den wenigstens einen Brennraum auf. Der Brennraum, insbesondere in Form des Zylinders, ist durch eine Laufbahn des ersten Gehäuseteils begrenzt, entlang welcher ein Kolben der insbesondere als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine relativ zu dem Brennraum bewegbar ist. Zur Kühlung und/oder Schmierung des Zylinders und insbesondere der Laufbahn weist das erste Gehäuseteil vorzugsweise wenigstens einen Kühlflüssigkeitskanal und/oder einen Schmierölkanal auf.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen des Kurbelgehäuses werden die Gehäuseteile miteinander verbunden, indem die Gehäuseteile beispielsweise miteinander verspannt werden. In dem miteinander verbundenen bzw. verspannten Zustand wird nun die wenigstens eine Laufbahn des Brennraums bearbeitet bzw. fertigbearbeitet. Dazu wird die Laufbahn beispielsweise mittels einer Hohnbrille gehont. Dadurch kann eine sehr hohe Rundheitsgenauigkeit erreicht werden. Durch diese Bearbeitung der Laufbahn ist es möglich, durch das Verspannen der Gehäuseteile und somit der Laufbahn wenigstens einen Zustand der Laufbahn beim späteren Betrieb der Verbrennungskraftmaschine nachzubilden und die Laufbahn in diesem Zustand zu bearbeiten. Dies führt zu einer sehr präzisen Bearbeitung der Laufbahn.
Vorzugsweise wird die Laufbahn für den Kolben im Rahmen der Herstellung des Kurbelgehäuses, insbesondere zeitlich vor der Bearbeitung, beschichtet. Zum Beschichten wird beispielsweise ein thermisches Spritzen, insbesondere ein Lichtbogen-Draht-Spritzen (LDS), durchgeführt. Da nun das erste Gehäuseteil einen sehr einfachen Aufbau aufweist und die Lagerstelle zum Lagern der Kurbelwelle bzw. der Massenausgleichswelle lediglich und ausschließlich durch das zweite Gehäuseteil gebildet wird, kann ein unerwünschtes Versehen der Lagerstelle mit einem zum Beschichten der Laufbahn verwendeten Beschichtungswerkstoff vermieden werden. Dadurch fällt kein Reinigungsaufwand zum Reinigen der Lagerstelle an. Das Kurbelgehäuse ist somit auf einfach und damit zeit- und kostengünstige Weise zu bearbeiten und insbesondere mit der Beschichtung der Laufbahn zu versehen.
Um eine unerwünschte und großflächige Verschmutzung des Kurbelgehäuses und insbesondere des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils mit dem Beschichtungswerkstoff zu vermeiden, kann wenigstens ein Schutzelement beim Beschichten verwendet werden, mittels welchem wenigstens ein an den Brennraum angrenzender Bereich vor dem Versehen des Bereichs mit dem Beschichtungswerkstoff geschützt ist. Vorzugsweise ist das Schutzelement in wenigstens ein Verspannelement integriert, mittels welchem die Gehäuseteile miteinander verspannt werden.
Das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse weist auch einen nur sehr geringen Bauraumbedarf auf, so dass Package-Probleme gelöst und/oder vermieden werden können. Zudem weist es ein vorteilhaftes Geräuschverhalten (NVH-Verhalten, NVH – Noise Vibration Harshness) sowie ein nur sehr geringes Gewicht auf.
Zur Erfindung gehört auch ein Baukastensystem zur Lagerung wenigstens einer Welle, insbesondere eine Abtriebswelle, einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens. Das Baukastensystem umfasst ein Gehäuseteil, welches wenigstens einen Brennraum, insbesondere einen Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine aufweist. Das Baukastensystem umfasst ferner ein mit dem Gehäuseteil verbindbares Basiselement, welches wenigstens einen zumindest einer ersten Lagerstelle zur Lagerung der Welle zugeordneten ersten Lagerteil aufweist. Des Weiteren umfasst das Baukastensystem ein erstes Lagerelement, welches wenigstens ein mit dem ersten Lagerteil korrespondierenden und der ersten Lagerstelle zugeordneten zweiten Lagerteil aufweist. Darüber hinaus ist wenigstens ein zweites Lagerelement vorgesehen, welches wenigstens einem mit dem ersten Lagerteil korrespondierenden und der ersten Lagerstelle zugeordneten dritten Lagerteil und wenigstens einen vierten Lagerteil aufweist. Der vierte Lagerteil ist einer zweiten Lagerstelle zur Lagerung eines weiteren Rotationselements der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet. Die Lagerelemente sind dabei wahlweise unter Ausbildung der ersten Lagerstelle mit dem Basiselement zu verbinden. Dabei sind die Lagerelemente wahlweise unter Ausbildung der ersten Lagerstelle mit dem Basiselement beispielsweise zu verschrauben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kurbelgehäuses sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Baukastensystems anzusehen und umgekehrt.
Dies bedeutet, dass das je nach Bedarf, das heißt je nach Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine, entweder das erste Lagerelement oder das zweite Lagerelement mit dem Basiselement verbunden wird bzw. verbunden ist. Ist das erste Lagerelement mit dem Basiselement verbunden, so bilden der erste Lagerteil des Basiselements und der zweite Lagerteil des ersten Lagerelements die erste Lagerstelle, an der die Welle der Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse drehbar gelagert wird. Diese Kombination, das heißt das Vorsehen der Verbindung des Basiselements mit dem ersten Lagerelement ist dabei einer ersten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet.
Ist die Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, so wird beispielsweise anstelle des ersten Lagerelements das zweite Lagerelement mit dem Basiselement verbunden. Dabei bilden der erste Lagerteil des Basiselements und der dritte Lagerteil des zweiten Lagerelements die erste Lagerstelle, an der ebenso die Welle, insbesondere die Abtriebswelle und insbesondere die Kurbelwelle oder die Massenausgleichswelle, der Verbrennungskraftmaschine zu lagern bzw. gelagert ist.
Im Gegensatz zum ersten Lagerelement, welches vorzugsweise als Lagerteil zur Lagerung eines Rotationselements ausschließlich das der ersten Lagerstelle zugeordnete erste Lagerteil aufweist, weist das zweite Lagerelement zusätzlich zum dritten Lagerteil den vierten Lagerteil auf. Durch den vierten Lagerteil ist die zweite Lagerstelle zumindest teilweise oder vollständig gebildet. So kann das weitere Rotationselement, welches bei der zweiten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine nicht jedoch bei der ersten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, an der vierten Lagerstelle um eine weitere Drehachse drehbar gelagert werden.
Bei dem weiteren Rotationselement der Verbrennungskraftmaschine handelt es sich beispielsweise um eine weitere Welle, insbesondere um eine Steuerwelle einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses der Verbrennungskraftmaschine. Die Steuerwelle kann dabei als Exzenterwelle ausgebildet sein. Bei einem weiteren Rotationselement kann es sich auch um die Massenausgleichswelle eines Massenausgleichs der Verbrennungskraftmaschine handeln, mittels welcher beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine Massenkräfte zumindest teilweise kompensierbar sind. Dadurch kann eine hohe Laufruhe Der Verbrennungskraftmaschine dargestellt werden.
Das erfindungsgemäße Baukastensystem ermöglicht somit die einfache und kostengünstige Darstellung unterschiedlicher Ausführungsformen der Verbrennungskraftmaschine mit einer nur sehr geringen Teileanzahl. Dazu ist es lediglich erforderlich, das entsprechende Lagerelement mit dem Basiselement zu verbinden. Dies bedeutet, dass bei jeder Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine das gleiche Basiselement verwendet werden kann und lediglich das zu verwendende Lageelement zu variieren ist. Durch das Baukastensystem ist somit eine modulare Lagerkonzeption für sämtliche Ausführungsformen der Verbrennungskraftmaschine geschaffen, welche die Kosten der Verbrennungskraftmaschine und insbesondere zur Lagerung der Rotationselemente in einem sehr geringen Rahmen hält.
Die Lagerstellen zum Lagern der Welle bzw. des weiteren Rotationselement werden dabei ausschließlich durch das Basiselement und die Lagerelemente, nicht jedoch durch das Gehäuseteil gebildet. Somit weist das Gehäuseteil einen sehr einfachen Aufbau, geringe Kosten und ein geringes Gewicht auf.
In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst das Basiselement einen Lagerrahmen mit einer Mehrzahl von ersten Lagerteilen, die jeweiligen ersten Lagerstellen zugeordnet sind, wobei durch die ersten Lagerstellen an die Lagergasse zur Lagerung der Welle, insbesondere der Kurbelwelle, gebildet ist. Bei dem Lagerrahmen sind die Lagerteile rahmenartig angeordnet und miteinander verbunden, was zu einem besonders geringen Gewicht des Lagerrahmens und damit des Basiselements führt bei gleichzeitiger Realisierung einer besonders hohen Steifigkeit des Lagerrahmens. Dies hält das Gewicht der Verbrennungskraftmaschine gering, wodurch diese mit einem geringen Kraftstoffverbrauch und damit mit geringen CO₂-Emmissionen betrieben werden kann.
Durch die Verbindbarkeit des Lagerrahmens mit den Lagerelementen weist der Lagerrahmen einen sehr flexiblen Aufbau auf und ist für eine Motorenfamilie mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Verbrennungskraftmaschine verwendbar. Dabei verbleibt die äußere Erscheinung der unterschiedlichen Ausführungsformen der Verbrennungskraftmaschine zumindest im Wesentlichen identisch. Somit können auch Mototräume von Kraftwagen, in welchem die Verbrennungskraftmaschinen anzuordnen sind, zumindest im Wesentlichen gleich ausgestaltet werden, was die Kosten über die Kraftwagen mit den unterschiedlichen Verbrennungskraftmaschinen hinweg gering hält.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Perspektivansicht eines Lagerrahmens eines Baukastensystems einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, welcher wahlweise mit voneinander unterschiedlichen Lagerelementen des Baukastensystems verbunden werden kann, wodurch bei unterschiedlichen Ausführungsformen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine unterschiedliche Rotationselemente der Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht gelagert werden können;
2 eine schematische Perspektivansicht des Lagerrahmens gemäß 1, welcher mit ersten Lagerelementen des Baukastensystems verbunden ist;
3 eine schematische Perspektivansicht des Lagerrahmens gemäß 1, welcher mit einer Mehrzahl von zweiten Lagerelementen des Baukastensystems verbunden ist;
4 eine schematische Perspektivansicht des Lagerrahmens gemäß 1, welcher mit einer Mehrzahl der ersten Lagerelemente und mit einem dritten Lagerelement des Baukastensystems verbunden ist;
5 eine schematische Perspektivansicht des Lagerrahmens gemäß 1, welcher mit einer Mehrzahl der ersten Lagerelemente und mit zwei vierten Lagerelementen des Baukastensystems verbunden ist;
6 eine schematische Perspektivansicht eines Gehäuseteils eines Kurbelgehäuses für die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, welches mit dem Lagerrahmen gemäß den 1 bis 5 zu verbinden ist;
7 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Gehäuseteils gemäß 6;
8 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Gehäuseteils gemäß den 6 und 7; und
9 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Gehäuseteils gemäß 8.
Die 1 zeigt einen Lagerrahmen 10 eines Baukastensystems zur Darstellung eines modularen Lagerkonzepts für unterschiedliche Ausführungsformen einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Das Baukastensystem ist dabei anhand der 1 bis 9 dargestellt.
Der Lagerrahmen 10 umfasst eine Mehrzahl von Kurbelwellenlagerdeckelunterteilen 12, die jeweilige erste Lagerteile 14 in Form von Lageraufnahmen aufweisen. Wie der 1 zu entnehmen ist, stellen die Kurbelwellenlagerdeckelunterteile 12 dabei Querstreben dar, welche sich gemäß einem Richtungspfeil 16 zumindest im Wesentlichen in Querrichtung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine erstrecken. Die Querstreben sind dabei durch seitliche Längsstreben 18 des Lagerrahmens 10 miteinander verbunden, wobei sich die Längsstreben 18 gemäß einem Richtungspfeil 20 zumindest im Wesentlichen in Längsrichtung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine erstrecken. Vorliegend sind die Kurbelwellenlagerdeckelunterteile 12 und die Längsstreben 18 einstückig miteinander ausgebildet. Dazu kann der Lagerrahmen 10 als Gussbauteil aus einem Leichtmetall bzw. einer Leichtmetalllegierung, insbesondere Aluminium, gebildet sein mit anschließendem Schmieden und Umschmelzen, insbesondere Laserumschmelzen, der jeweiligen Oberfläche der Kurbelwellenlagerdeckelunterteile 12. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Lagerrahmen aus einem Leichtmetall, beispielsweise Aluminium oder Magnesium, aus einem Stahl oder aus UHC (Ultra Hybrid Carbon) mit den Kurbelwellenlagerdeckelunterteilen 12 als Einlegeteile aus Stahl, UHC oder aus hochfestem Aluminium gebildet ist.
Die ersten Lagerteile 14 sind dabei jeweiligen ersten Lagerstellen 22 zugeordnet, an welchen eine Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zu lagern ist. Wie der 1 ferner zu entnehmen ist, ist durch die ersten Lagerstellen 22 eine Lagergasse 24 gebildet, an welcher die Kurbelwelle gelagert werden kann.
Die Kurbelwelle stellt dabei eine Abtriebswelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine dar, über welche Drehmomente von der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine abgeführt werden können. Der Lagerrahmen 10 kann ein Gehäuseteil eines Kurbelgehäuses, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses, der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sein, in welchem die Kurbelwelle gelagert wird.
Mit der Kurbelwelle sind über jeweilige Pleuel Kolben gelenkig gekoppelt, wobei die Kolben in jeweiligen Brennräumen, insbesondere Zylindern, translatorisch verschiebbar angeordnet sind. Über die gelenkige Kopplung der Kolben mit der Kurbelwelle können die translatorischen Bewegungen der Kolben in den Zylindern relativ zu diesen in einer rotatorischen Bewegung der Kurbelwelle um eine Drehachse relativ zum Lagerrahmen 10 umgewandelt werden.
Die 2 zeigt den Lagerrahmen 10, welcher mit einer Mehrzahl von ersten Lagerelementen 26 verbunden ist. Die ersten Lagerelemente 26 des Baukastensystems stellen dabei erste Kurbelwellenlagerdeckeloberteile dar, welche jeweilige zweite Lagerteile 28 aufweisen. Die jeweiligen zweiten Lagerteile 28 korrespondieren dabei mit den jeweiligen ersten Lagerteilen 14 und sind den jeweiligen ersten Lagerstellen 22 zugeordnet. Wie der 2 zu entnehmen ist, sind dabei die ersten Lagerelemente 26 unter Ausbildung der jeweiligen ersten Lagerstellen 22 mit dem Lagerrahmen 10 verbunden. Mit anderen Worten bilden die ersten Lagerteile 14 und die zweiten Lagerteile 28 die jeweiligen ersten Lagerstellen 22 in Form von Lagerbohrungen, an bzw. in welchen die Kurbelwelle gelagert werden kann.
Ferner geht aus der 2 hervor, dass die ersten Lagerelemente 26 als Lagerteile zur Lagerung eines Rotationselements der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausschließlich die den ersten Lagerstellen 22 zugeordneten zweiten Lagerteile 28 aufweisen. Dies bedeutet, dass die ersten Lagerelemente 26 keine weiteren Lagerteile zur Lagerung eines Rotationselements wie beispielsweise einer weiteren Welle, eines Zahnrads, einer Riemenscheibe oder dergleichen Rotationselement der Verbrennungskraftmaschine aufweisen. Die Verbindung des Lagerrahmens 10 ausschließlich mit den ersten Lagerelementen 26 ist dabei einer ersten Ausführungsform der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ohne Ausgleichswelle zugeordnet. Dies bedeutet, dass keine Ausgleichswelle zum Ausgleich von Massenkräften vorgesehen ist, die entsprechend wenigstens eine Lagerstelle zur Lagerung der Ausgleichswelle benötigen würde. Dabei ist die erste Ausführungsform der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bzw. die Verbindung des Lagerrahmens 10 ausschließlich mit den ersten Lagerelementen 26 laststufenkonzeptfähig.
Ferner ist bei der ersten Ausführungsform der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine auch kein Antrieb für eine Wasserpumpe vorgesehen, welcher ebenso eine Lagerstelle zur Lagerung des Antriebs benötigen würde. Bei der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine handelt es sich beispielsweise um eine vierzylindrige Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine in Reinbauweise (R4).
Der Lagerrahmen 10 weist eine erste Aufnahme 30 für einen Motorträger auf, über den die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine in einem Motorraum eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, befestigt werden kann. Dabei ist die erste Aufnahme 30 durch den Lagerrahmen 10 gebildet, d. h. einstückig mit diesem ausgebildet. Zur vorteilhaften Befestigung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine im Motorraum können durch den Lagerrahmen 10 auch weitere Aufnahmen für jeweilige Motorträger gebildet sein. Darüber hinaus weist der Lagerrahmen 10 eine zweite Aufnahme 32 für eine Öl- und/oder Hochdruck- und/oder Vakuumpumpe beispielsweise einer Klimaanlage auf. Die zweite Aufnahme 32 kann alternativ oder zusätzliche auch zur Aufnahme eines anderweitigen Nebenaggregats und/oder zur Aufnahme eines Antriebs eines Nebenaggregats der Verbrennungskraftmaschine dienen.
Gemäß 3 ist der Lagerrahmen 10 nun ausschließlich mit zweiten Lagerelementen 34 des Baukastensystems verbunden. Die zweiten Lagerelemente 34 weisen jeweilige dritte Lagerteile 36 auf, welche den jeweiligen ersten Lagerteilen 14 zugeordnet sind und mit den ersten Lagerteilen 14 der Kurbelwellenlagerdeckelunterteile 12 korrespondieren. Wie der 3 zu entnehmen ist, sind die zweiten Lagerelemente 34 unter Ausbildung der jeweiligen ersten Lagerstellen 22 mit den Kurbelwellenlagerdeckelunterteilen 12 verbunden. Dabei stellen die zweiten Lagerelemente 34 jeweilige zweite Kurbelwellenlagerdeckeloberteile dar.
Die zweiten Lagerelemente 34 weisen darüber hinaus jeweilige vierte Lagerteile 38 auf, welche jeweiligen zweiten Lagerstellen 40 zugeordnet sind. Vorliegend sind die zweiten Lagerstellen 40 durch die vierten Lagerteile 38 gebildet.
Analog zu den zumindest im Wesentlichen koaxial zueinander angeordneten ersten Lagerstellen 22 sind auch durch die zumindest im Wesentlichen koaxial zueinander angeordneten zweiten Lagerstellen 40 eine weitere Lagergasse 42 gebildet, an welcher eine Verstellwelle einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen jeweiliger Verdichtungsverhältnisses der Zylinder der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zu lagern ist. Wie zu erkennen ist, ist dabei die weitere Lagergasse 42 in Hochrichtung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gemäß einem Richtungspfeil 44 oberhalb der Lagergasse 24 angeordnet, so dass bezogen auf die Kurbelwelle eine sogenannte Obenlage der Verstellwelle der Stelleinrichtung dargestellt ist.
Wie die ersten Kurbelwellenlagerdeckeloberteile sind auch die zweiten Kurbelwellenlagerdeckenoberteile mit Schrauben bezogen auf die Hochrichtung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine von unten her vormontierbar bzw. vormontiert.
Bei der Stelleinrichtung handelt es sich beispielsweise um ein sogenanntes Multilinksystem. Die Stelleinrichtung bzw. das Multilinksystem umfasst dabei jeweilige, den Zylindern zugeordnete Querhebel, welche an jeweiligen Hubzapfen der Kurbelwelle relativ zu den Hubzapfen drehbar gelagert sind. Einerseits sind die Querhebel gelenkig mit den jeweiligen Pleuel verbunden, die wiederum mit den Kolben gelenkig gekoppelt sind. Andererseits sind die Querhebel mit jeweiligen Nebenpleueln gelenkig gekoppelt. Die Verstellwelle ist dabei beispielsweise als Exzenterwelle ausgebildet und umfasst Exzenterelemente, an denen die Nebenpleuel relativ zu den Exzenterelementen drehbar gelagert sind. Ein Drehen der in der weiteren Lagergasse 42 gelagerten Verstellwelle (Exzenterwelle) um eine Drehachse relativ zu den zweiten Lagerelementen 34 bewirkt über die gelenkige Kopplung über die Nebenpleuel mit den Querhebeln, dass die Querhebel relativ zu den Hubzapfen gedreht werden. Dies wiederum bewirkt über die Pleuel eine Verschiebung der Kolben in den Zylindern relativ zu diesen, so dass die jeweiligen Verdichtungsverhältnisse der Zylinder variabel und bedarfsgerecht eingestellt werden können.
Die Verbindung des Lagerrahmens 10 mit den zweiten Lagerelementen 34 korrespondiert somit zu einer zweiten Ausführungsform der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welcher die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine die variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnisse und die Stelleinrichtung mit der Verstellwelle aufweist.
Die 4 zeigt den Lagerrahmen 10, welcher mit einem Teil der ersten Lagerelemente 26 verbunden ist. Im Unterschied zur 2 ist jedoch eines der Lagerelemente 26 durch ein drittes Lagerelement 46 des Baukastensystems ersetzt. Das dritte Lagerelement 46 weist einen fünften Lagerteil 48 auf, welcher mit dem ersten Lagerteil 14 korrespondiert und der ersten Lagerstelle 22 zugeordnet ist. Wie der 4 zu entnehmen ist, ist dabei das dritte Lagerelement 46 unter Ausbildung der ersten Lagerstelle 22 mit dem korrespondierenden Kurbelwellenlagerdeckelunterteil 12 verbunden. Dabei stellt das dritte Lagerelement 46 des Baukastensystems ein drittes Kurbelwellenlagerdeckeloberteil dar.
Ferner weist das dritte Lagerelement 46 einen sechsten Lagerteil 50 auf, welcher einer dritten Lagerstelle 52 zugeordnet ist. Vorliegend ist die dritte Lagerstelle 52 durch den sechsten Lagerteil 50 gebildet.
Die dritte Lagerstelle 52 dient zur Lagerung eines weiteren Rotationselements der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine in Form eines Zahnrads der Wasserpumpe der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Das Zahnrad ist beispielsweise mit einer Welle der Wasserpumpe drehfest verbunden, welche zumindest an der dritten Lagerstelle 52 gelagert werden kann. Das Zahnrad der Wasserpumpe kann dabei im Eingriff mit einem weiteren, mit der Kurbelwelle drehfest verbundenen Zahnrad stehen, so dass die Wasserpumpe über die Kurbelwelle riemenlos und somit besonders verlustarm angetrieben werden kann.
Gemäß 5 ist der Lagerrahmen 10 mit den ersten Lagerelementen 26 verbunden, wobei zwei der ersten Lagerelemente 26 durch vierte Lagerelemente 54 ersetzt sind. Die vierten Lagerelemente 54 weisen dabei siebte Lagerteile 56 auf, welche mit den jeweiligen ersten Lagerteilen 14 der Kurbelwellenlagerdeckelunterteile 12 korrespondieren und den jeweiligen ersten Lagerstellen 22 zugeordnet sind. Wie der 5 zu entnehmen ist, sind die vierten Lagerelemente 54 unter Ausbildung der jeweiligen ersten Lagerstellen 22 mit den Kurbelwellenlagerdeckelunterteilen 12 verbunden. Die vierten Lagerelemente 54 weisen jeweilige achte Lagerteile 58 sowie neunte Lagerteile 60 auf. Die achten Lagerteile 58 sind vierten Lagerstellen 62 zugeordnet. Vorliegend sind die vierten Lagerstellen 62 durch die achten Lagerteile 58 gebildet. Die neunten Lagerteile 60 sind jeweiligen fünften Lagerstellen 64 zugeordnet. Vorliegend sind die jeweiligen fünften Lagerstellen durch die neunten Lagerteile 60 gebildet. Die vierten Lagerstellen 62 und die fünften Lagerstellen 64 dienen zur Lagerung bzw. zur Aufnahme von Ausgleichswellen eines Massenausgleichs zum zumindest teilweisen Ausgleichen von Massenkräften, so dass ein besonders ruhiger Lauf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine darstellbar ist.
Ferner weisen die vierten Lagerelemente 54 zehnte Lagerteile 66 auf, welche jeweiligen sechsten Lagerstellen 68 zugeordnet sind. Vorliegend sind die sechsten Lagerstellen 68 durch die zehnten Lagerteile 66 gebildet. Die sechsten Lagerstellen 68 dienen dabei zur Lagerung bzw. zur Aufnahme eines Umlenkrads.
Die Verbindung des Lagerrahmens 10 mit den ersten Lagerelementen 26 und dem dritten Lagerelement 46 gemäß 4 ist dabei einer dritten Ausführungsform der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zugeordnet, während die Verbindung des Lagerrahmens 10 mit den ersten Lagerelementen 26 und den vierten Lagerelementen 54 gemäß 5 einer vierten Ausführungsform der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist. In Zusammenschau der 1 bis 5 ist somit erkennbar, dass unter Verwendung des gleichen Lagerrahmens 10 und durch bedarfsweises und wahlweises Verbinden des Lagerrahmens 10 mit den Lagerelementen 26, 34, 46 und/oder 54 die unterschiedlichen Ausführungsformen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine darstellbar sind und die entsprechenden Rotationselemente der jeweiligen Ausführungsformen auf einfache und kostengünstige Weise gelagert werden können. Somit ist durch das Baukastensystem eine modulare Lagerrahmenkonzeption für sämtliche Ausführungsformen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine geschaffen.
Die 6 und 7 zeigen ein Gehäuseteil 70, mit vier Zylindern 72 der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Das Gehäuseteil 70 ist dabei mit dem Lagerrahmen 10 und über diesen mit den Lagerelementen 26, 34, 46, 54 zu verbinden. Das Gehäuseteil 70 stellt somit ein erstes Gehäuseteil des Kurbelgehäuses dar, während der Lagerrahmen 10 mit den wahlweise mit dem Lagerrahmen 10 verbundenen Lagerelemente 26, 34, 46, 54 ein zweites Gehäuseteil des Kurbelgehäuses darstellen.
Wie den 6 und 7 zu entnehmen ist, sind die Lagerstellen 22, 40, 52, 62, 64, 68 ausschließlich durch das zweite Gehäuseteil (Lagerrahmen 10 und entsprechende Lagerelemente 26, 34, 46, 54) nicht jedoch durch das Gehäuseteil 70 gebildet. Das Gehäuseteil 70 weist entsprechend keinen Lagerstuhl für die Kurbelwelle auf. Das Gehäuseteil 70 weist ferner Öl- und Kühlflüssigkeitskanäle auf, um die Zylinder 72 und insbesondere ihre Laufbahnen für die jeweiligen Kolben zu schmieren. Das Gehäuseteil 70 weist somit einen sehr einfachen Aufbau auf und ist zeit- und kostengünstig herstellbar. Insbesondere sind Laufbahnen 74 der Zylinder 72 auf einfache Weise durch thermisches Spritzen mit einem Beschichtungswerkstoff zu beschichten.
Zum Herstellen bzw. Fertigstellen der Zylinder 72 und insbesondere des Laufbahnen 74 werden das Gehäuseteil 70 und der Lagerrahmen 10 miteinander verbunden, indem sie miteinander verspannt werden.
In diesem verspannten Zustand werden die Laufbahnen 74 der Zylinder 72 beispielsweise durch Honen mittels einer Honbrille bearbeitet. Durch das Verspannen mittels Verspannelemente können spätere Betriebszustände für die Laufbahnen 74 simuliert werden, so dass die Laufbahnen 74 besonders vorteilhaft bearbeitet werden können.
Das Bearbeiten der Laufbahnen 74 in dem verspannten Zustand gewährleistet dabei eine sehr hohe Rundgenauigkeit. Ferner können die Verspannelemente auch als Schutzelemente dienen, um ein unerwünschtes Versehen anderweitiger Bereiche als die Laufbahnen 74 des Gehäuseteils 70 mit dem Beschichtungswerkstoff zumindest überwiegend zu vermeiden. Dadurch kann ein Reinigungsaufwand des Kurbelgehäuses vermieden werden.
Das Kurbelgehäuse ermöglicht ferner den flexiblen Verbau von Antriebs-, Abtriebs- und Ausgleichswellen sowie der Steuerwelle, je nach Ausführungsform der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine.
Wie den 6 und 7 ferner zu entnehmen ist, weist das Gehäuseteil 70 einen Aufnahmeraum 76 auf, in welchem beispielsweise die Verstellwelle der Stelleinrichtung aufgenommen werden kann. Mit anderen Worten wird das Gehäuseteil 70 gemäß den 6 und 7 für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine verwendet, deren wenigstens eines Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist.
Im Gegensatz zum Gehäuseteil 70 gemäß den 6 und 7 weist das Gehäuseteil 70 gemäß den 8 und 9 den Aufnahmeraum 76 nicht auf. Das Gehäuseteil 70 gemäß den 8 und 9 wird entsprechend bei einer Verbrennungskraftmaschine verwendet, deren wenigstens eines Verdichtungsverhältnis nicht variabel einstellbar ist.
Bezugszeichenliste

10: Lagerrahmen
12: Kurbelwellenlagerdeckelunterteile
14: erster Lagerteil
16: Richtungspfeil
18: Längsstreben
20: Richtungspfeil
22: erste Lagerstelle
24: Lagergasse
26: erstes Lagerelement
28: zweiter Lagerteil
30: erste Aufnahme
32: zweite Aufnahme
34: zweites Lagerelement
36: dritter Lagerteil
38: vierter Lagerteil
40: zweite Lagerstelle
42: weitere Lagergasse
44: Richtungspfeil
46: drittes Lagerelement
48: fünfter Lagerteil
50: sechster Lagerteil
52: dritte Lagerstelle
54: viertes Lagerelement
56: siebter Lagerteil
58: achter Lagerteil
60: neunter Lagerteil
62: vierte Lagerstelle
64: fünfte Lagerstelle
66: zehnter Lagerteil
68: sechste Lagerstelle
70: Gehäuseteil
72: Zylinder
74: Laufbahn
76: Aufnahmeraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60117646 T2 [0002]
DE 102004054128 A1 [0005]

Claims

Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einer Lagerstelle (22) zur Lagerung einer Abtriebswelle oder einer Massenausgleichswelle der Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Gehäuseteil (70), welches wenigstens einen Brennraum (72), insbesondere einen Zylinder (72), der Verbrennungskraftmaschine aufweist, und mit wenigstens einem mit dem ersten Gehäuseteil verbunden, zweiten Gehäuseteil dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lagerstelle (22) ausschließlich durch das zweite Gehäuseteil gebildet ist.
Kurbelgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lagerstelle (22) zur Lagerung der Abtriebswelle ausgebildet ist, wobei wenigstens eine zweite Lagerstelle (40) zur Lagerung der Massenausgleichswelle vorgesehen ist und wobei auch die wenigstens eine zweite Lagerstelle (40) ausschließlich durch das zweite Gehäuseteil gebildet ist.
Kurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dritte Lagerstelle (52) zur Lagerung einer Verstellwelle zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, wobei auch die dritte Lagerstelle (52) ausschließlich durch das zweite Gehäuseteil gebildet ist.
Kurbelgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lagerstellen (22, 40, 52) zur Lagerung von Wellen an dem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine ausschließlich durch das zweite Gehäuseteil gebildet sind.
Kurbelgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil wenigstens zwei Gehäuseelemente (10, 26, 34, 46, 54) umfasst, durch welche jeweilige Lagerteile (14, 28, 36, 38, 48, 50, 56, 58, 60, 66) der korrespondierenden Lagerstelle (22, 40, 52, 62, 64, 68) gebildet sind und welche unter Ausbildung der korrespondierenden Lagerstelle (22, 40, 52, 62, 64, 68) miteinander verbunden sind.
Baukastensystem zur Lagerung wenigstens einer Welle einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, mit einem wenigstens einen Brennraum (72), insbesondere Zylinder (72), der Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Gehäuseteil (70), mit einem mit dem Gehäuseteil (70) verbindbaren Basiselement (10), welches wenigstens einen zumindest einer ersten Lagerstelle (22) zur Lagerung der Welle zugeordneten ersten Lagerteil (14) aufweist, mit einem ersten Lagerelement (26), welches wenigstens einen mit dem ersten Lagerteil (14) korrespondierenden und der ersten Lagerstelle (22) zugeordneten zweiten Lagerteil (28) aufweist, und mit wenigstens einem zweiten Lagerelement (34), welches wenigstens einen mit dem ersten Lagerteil (14) korrespondierenden und der ersten Lagerstelle (22) zugeordneten dritten Lagerteil (36) und wenigstens einen vierten Lagerteil (38) aufweist, der zumindest einer zweiten Lagerstelle (40) zur Lagerung eines weiteren Rotationselements der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist, wobei die Lagerelemente (26, 34) wahlweise unter Ausbildung der ersten Lagerstelle (22) mit dem Basiselement (10) zu verbinden sind.
Baukastensystem nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerelement (26) wenigstens einen fünften Lagerteil (48) aufweist, welcher zumindest einer dritten Lagerstelle (52) zur Lagerung eines dritten Rotationselements der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist,
Baukastensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Baukastensystem wenigstens ein drittes Lagerelement (46) umfasst, welches wenigstens einen mit dem ersten Lagerteil (14) korrespondierenden und der ersten Lagerstelle (22) zugeordneten fünften Lagerteil (48) und wenigstens einen sechsten Lagerteil (50) aufweist, der zumindest einer dritten Lagerstelle (52) zur Lagerung eines dritten Rotationselements der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist, wobei die Lagerelemente (26, 34, 46) wahlweise unter Ausbildung der ersten Lagerstelle (22) mit dem Basiselement (10) zu verbinden sind.
Baukastensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Baukastensystem wenigstens ein drittes Lagerelement (46) umfasst, welches wenigstens einen mit dem ersten Lagerteil (14) korrespondierenden und der ersten Lagerstelle (22) zugeordneten sechsten Lagerteil (60) und wenigstens einen siebten Lagerteil (56) aufweist, der zumindest einer vierten Lagerstelle (62) zur Lagerung eines vierten Rotationselements der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist, wobei die Lagerelemente (26, 34, 46) wahlweise unter Ausbildung der ersten Lagerstelle (22) mit dem Basiselement (10) zu verbinden sind.
Baukastensystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerelement (26) als Lagerteil zur Lagerung eines Rotationselements der Verbrennungskraftmaschine ausschließlich den der ersten Lagerstelle (22) zugeordneten zweiten Lagerteil (28) aufweist.