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Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Zylinderkurbelgehäuse für Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise offenbaren die
DE 102 33 359 A1 und die
DE 196 00 566 C1 jeweils ein Zylinderkurbelgehäuse, welches einen ersten Zylinder und wenigstens einen zweiten Zylinder umfasst. Die Zylinder sind in Längsrichtung des Zylinderkurbelgehäuses hintereinander angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Zylinder in Längsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet.
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Des Weiteren offenbart die
JP H06 330 808 A einen Zylinderblock für einen wassergekühlten Motor. Der
DE 36 03 674 A1 ist eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung als bekannt zu entnehmen. Die
DE 10 2005 018 364 A1 offenbart einen Kühlmantel für einen Verbrennungsmotor. Außerdem ist aus der
US 6 415 848 B1 ein Zylinderblock bekannt. Außerdem offenbart die
JP 2010 151 063 A einen Zylinderblock.
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Ferner sind aus dem allgemeinen Stand der Technik Zylinderkurbelgehäuse in Open-Deck-Bauweise für Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Die Zylinderkurbelgehäuse umfassen jeweils eine Mehrzahl von in Längsrichtung des jeweiligen Zylinderkurbelgehäuses hintereinander angeordnete Zylindern und einen die Zylinder jeweils zumindest teilweise umgebenden und von einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlmantel zum Kühlen der Zylinder.
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Wird als das Kühlmedium eine Kühlflüssigkeit verwendet, so wird der Kühlmantel üblicherweise auch als Wassermantel bezeichnet, da die Kühlflüssigkeit üblicherweise auch als Kühlwasser bezeichnet wird. Der Kühlmantel und das diesen durchströmende Kühlmedium dienen dazu, das Zylinderkurbelgehäuses insbesondere im Bereich der Zylinder zu kühlen und somit vor thermischen Schäden zu schützen. Üblicherweise wird der Kühlmantel zwangsdurchströmt.
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Das Zylinderkurbelgehäuse weist auch eine sogenannte Deckseite oder Deckfläche auf, auf welcher im fertig herstellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eine zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse und einem Zylinderkopf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angeordnete Zylinderkopfdichtung abgestützt ist. Mit „Open-Deck“ wird üblicherweise eine Bauweise des Zylinderkurbelgehäuses bezeichnet, bei der der Kühlmantel nach oben, das heißt zur Deckseite hin, zumindest überwiegend offen ist. Hierdurch kann das Zylinderkurbelgehäuses beispielsweise als Gussbauteil, das heißt durch Gießen beziehungsweise ein Gießverfahren hergestellt werden, wobei das Zylinderkurbelgehäuse, insbesondere der Kühlmantel, ohne die Verwendung von verlorenen Kernen hergestellt werden kann. Somit kann das Zylinderkurbelgehäuse kostengünstig hergestellt werden.
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Der Kühlmantel wird einerseits beziehungsweise nach innen hin von wenigstens einer ersten Wandung zumindest teilweise begrenzt, welche auf einer dem Kühlmantel abgewandten Seite auch zumindest einen der Zylinder zumindest teilweise begrenzt. Diese Wandung wird üblicherweise auch als Zylinderrohr bezeichnet oder ist Teil des den entsprechenden Zylinder begrenzenden Zylinderrohrs. Andererseits beziehungsweise nach außen hin wird der Kühlmantel von wenigstens einer zweiten Wandung zumindest teilweise begrenzt, wobei die zweite Wandung von der ersten Wandung unter Ausbildung des Kühlmantels beabstandet ist.
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Aufgrund dieser Beabstandung der Wandungen, das heißt aufgrund der Open-Deck-Bauweise kann es jedoch insbesondere bei hohen Verbrennungsdrücken zu einer unerwünschten Verformung des Zylinderkurbelgehäuses insbesondere im Bereich der Deckseite kommen. Diese Verformungen resultieren insbesondere aus Aufweitungen der Zylinder. Es hat sich gezeigt, dass diese Verformungen, das heißt Zylinderaufweitungen insbesondere bei Dieselmotoren vorkommen können, da hier besonders hohe Verbrennungsdrücke auftreten.
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Um diese Verformungen zu vermeiden oder zumindest gering zu halten, kann das Zylinderkurbelgehäuse beispielsweise sehr massiv, das heißt mit hohen Wanddicken ausgebildet werden. Dies führt jedoch zu einem unerwünscht hohen Gewicht des Zylinderkurbelgehäuses.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zylinderkurbelgehäuse der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass einerseits unerwünschte Verformungen des in Open-Deck-Bauweise ausgebildeten Zylinderkurbelgehäuses auch bei hohen Verbrennungsdrücken zumindest besonders gering gehalten werden können bei gleichzeitiger Realisierung eines besonders geringen Gewichts des Zylinderkurbelgehäuses.
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Diese Aufgabe wird durch ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eins Kraftwagens, der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich Verformungen des Zylinderkurbelgehäuses während des Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine auch bei hohen Verbrennungsdrücken zumindest gering halten lassen bei gleichzeitiger Realisierung eines besonders geringen Gewichts des Zylinderkurbelgehäuses, ist es vorgesehen, dass das Zylinderkurbelgehäuse als Gussbauteil, insbesondere als Druckgussbauteil, aus einer Leichtmetalllegierung ausgebildet ist, wobei der Kühlmantel in jeweiligen ersten Längenbereichen, welche in Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses neben den jeweiligen Zylindern angeordnet sind, in Hochrichtung des Zylinderkurbelgehäuses eine Tiefe aufweist, welche geringer als 30% der durchschnittlichen Tiefe in den übrigen Längenbereichen des Kühlmantels
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Mit anderen Worten weist der Kühlmantel eine entlang seiner Erstreckung in Längsrichtung des Zylinderkurbelgehäuses variierende Topologie auf, so dass er in den jeweiligen, neben jeweiligen Zylindermitten der Zylinder angeordneten ersten Längenbereich weniger tief beziehungsweise flacher ist als im zweiten Längenbereich. Der Wassermantel ist somit im ersten Längenbereich gegenüber den zweiten Längenbereichen deutlich in seiner Tiefe reduziert. Vorzugsweise beträgt die Tiefe in den jeweiligen ersten Längenbereichen höchstens 30 Millimeter, insbesondere 10 Millimeter. Hierdurch können die Zylinder hinreichend mittels des den Kühlmantel durchströmenden Kühlmediums gekühlt werden.
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Des Weiteren ist es vorgesehen, dass der Kühlmantel in den jeweiligen ersten Längenbereichen über seine gesamte, in Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses verlaufende Erstreckung die Tiefe aufweist.
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Durch diese reduzierte Tiefe des Kühlmantels kann sich der jeweilige Zylinder in Querrichtung über einen Wassermantelboden an einem außenliegenden Deckplattenfragement einer eine Deckfläche bildende Deckplatte des Zylinderkurbelgehäuses abstützen, wodurch Aufweitungen der Zylinder in Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses auch bei hohen Verbrennungsdrücken zumindest gering gehalten werden können.
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Des Weiteren ist es in Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses neben dem Kühlmantel eine sich in Längsrichtung erstreckende und wenigstens einen von dem Kühlmedium durchströmbaren und fluidisch mit dem Kühlmantel verbundenen Kanal aufweisende Wasserleiste vorgesehen, wobei in dem Kanal sich in Querrichtung erstreckende und den Kanal überbrückende Stege des Zylinderkurbelgehäuses angeordnet sind. Hierdurch kann eine stabile Abstützung in Querrichtung realisiert werden.
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Dabei sind die Stege in den jeweiligen, ersten Längenbereichen angeordnet. Hierdurch ist eine stabile Querabstützung auf Höhe der Tiefenreduzierung des Kühlmantels geschaffen, d.h. die queraufweitenden Kräfte werden vom Zylinderrohr auf den Wassermantelboden und von dort über die beschriebenen Stege nach außen abgeleitet und von beispielsweise einer längs an der Außenseite im Bereich der Deckfläche verlaufenden Rippenstruktur aufgenommen.
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In Längsrichtung kann sich der jeweilige Zylinder am korrespondierenden Nachbarzylinder und/oder, insbesondere wenn der Zylinder ein Endzylinder ist, an der Deckplatte abstützen. In der Folge können aus hohen Verbrennungsdrücken resultierende Verformungen des Kurbelgehäuses insgesamt zumindest gering gehalten werden.
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Durch den Boden des eine variierende Topologie aufweisenden Kühlmantel ist somit eine Querabstützung geschaffen, der dem Zylinderkurbelgehäuse eine sehr hohe Stabilität verleiht. Dadurch kann das Zylinderkurbelgehäuse kostengünstig in Open-Deck-Bauweise dargestellt werden und gleichzeitig kann eine unerwünscht massive Ausgestaltung des Zylinderkurbelgehäuses, welche bei herkömmlichen Zylinderkurbelgehäusen zur Realisierung einer hohen Stabilität erforderlich ist, vermieden werden. Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Zylinderkurbelgehäuse mit nur geringen Wanddicken aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, hergestellt werden, so dass das Gewicht des Zylinderkurbelgehäuses besonders gering gehalten werden kann und sehr vorteilhafterweise besonders dicke Zylinderwandstärken, die in der Gusspraxis häufig zu Ausschuss durch Lunkerbildung führen, vermieden werden.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Höhen- bzw. Tiefenreduktion des Wassermantels im Sinne einer guten resultierenden Zylinderrundheit unter Innendruck in schrägen Rampen und nicht etwa schlagartig mit Höhensprüngen über senkrechte Wandsegmente. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Gipfel des Wassermantelbodens auf Höhe der jeweiligen Zylindermitte kuppenartig gerundet ist.
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Mit anderen Worten ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Tiefe des Kühlmantels, d.h. der Abstand eines Bodens des Kühlmantels von der Deckfläche in den jeweiligen ersten Längenbereichen, deren mittlere Längskoordinate der der jeweilig benachbarten Zylindermitte zumindest näherungsweise entspricht, auf einen Wert kleiner 30% der durchschnittlichen Tiefe des Kühlmantels in den restlichen Längenbereichen reduziert ist, wobei An- und Abstiege (Übergangsbereiche) des topografischen Bodens nicht senkrecht dargestellt sind, sondern zur Erreichung einer im Betrieb guten Zylinderrundheit als mindestens 5° zur Senkrechten geneigte Rampen ausgebildet sind. Ferner sind die höchsten Punkte des Bodens als sanft gerundete Kuppen ausgebildet, und die Rampen sind an Talübergängen ebenso sanft abgerundet, wodurch jeweils auf Höhe der Mitte der jeweiligen Zylinder durch den hochgezogenen Boden in Querrichtung nach außen die Zylinder abstützende Strukturen, bestehend aus den Rampen und Kuppen, gebildet sind mit dem Ziel, die zum Beispiel bei einem Dieselmotor mit extrem hohem Innendruck belasteten Zylinder beziehungsweise die Zylinderrohre nach außen abzustützen und somit einer zu großen und somit versagensrelevanten Queraufweitung der Zylinder vorzubeugen und dadurch dem wirtschaftlich gießbaren aber gleichzeitig in Querrichtung am Zylinderdeck herkömmlich weichen Open-Deck-Konzept eine Anwendung beispielsweise bei einem Dieselmotor zu ermöglichen.
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Infolge der Open-Deck-Bauweise kann eine einfache, zeit- und kostengünstige Herstellung des Zylinderkurbelgehäuses realisiert werden. Insbesondere kann dadurch beim Gießen des Zylinderkurbelgehäuses auf verlorene Kerne verzichtet werden. Bei der Open-Deck-Bauweise sind die Zylinder beziehungsweise jeweilige, die Zylinder begrenzende Zylinderrohre zumindest im Wesentlichen freistehend, wobei der Kühlmantel zumindest überwiegend in Hochrichtung nach oben offen ist.
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Durch die Abstützung der Zylinder ist es möglich, ein kostengünstiges Druckguss-Aluminium-Zylinderkurbelgehäuse darzustellen mit einfachstmöglichem Open-Deck-Konzept und Verbrennungshöchstdrücken von beispielsweise 200 bar. Hierbei kann auch eine sehr gute Rundheit der Zylinder realisiert werden. In Längsrichtung können sich die Zylinder am jeweiligen Nachbarzylinder (Gewölbekellereffekt) bzw. an der Zylinderdeckplatte der Endzylinder abstützen.
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Als im Rahmen der Erfindung mitumfasst ist es jedoch zu betrachten, dass das Zylinderkurbelgehäuse aus für einen Ottomotor, Diesottomotor oder aber auch für einen Dieselmotor verwendet werden kann, bei welchem es zu besonders hohen Verbrennungsdrücken kommen kann. Dabei kann das Zylinderkurbelgehäuse hohe Spitzendrücke schadfrei und ohne übermäßige Verformungen ertragen bei gleichzeitiger Realisierbarkeit eines sehr geringen Gewichts des Zylinderkurbelgehäuses. Zu solch hohen Spitzendrücken kommt es insbesondere dann, wenn wenigstens ein Turbolader, insbesondere Abgasturbolader, zum Aufladen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine verwendet wird.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Zylinderkurbelgehäuses. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Zylinderkurbelgehäuses sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird beim Gießen des Zylinderkurbelgehäuses mittels wenigstens eines verlorenen Kerns wenigstens ein in Hochrichtung nach oben geschlossener und von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal, insbesondere Stegkühlkanal, hergestellt. Der Kühlkanal wird vorzugsweise in einem Zylindersteg als Stegkühlkanal ausgebildet. Vorzugsweise werden mehrere solcher Kühlkanäle, insbesondere Stegkühlkanäle hergestellt.
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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.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Perspektivansicht eines Zylindergehäuses in Form eines Zylinderkurbelgehäuses für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einem Kühlmantel, der in jeweiligen ersten Längenbereichen, welche in Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses neben jeweiligen Zylindern angeordnet sind, in Hochrichtung des Zylinderkurbelgehäuses eine Tiefe aufweist, welche geringer als 30% der durchschnittlichen Tiefe in den übrigen Längenbereichen des Kühlmantels ist.
- 2 ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene sowie perspektivische Draufsicht des Zylinderkurbelgehäuses;
- 3 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Unteransicht eines Formelements zum zumindest teilweisen Herstellen des Zylinderkurbelgehäuses;
- 4 ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene sowie perspektivische Draufsicht des Zylinderkurbelgehäuses;
- 5 ausschnittsweise eine weitere schematische und perspektivische Schnittansicht des Zylinderkurbelgehäuses;
- 6 ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene sowie perspektivische Seitenansicht des Zylinderkurbelgehäuses; und
- 7 ausschnittsweise eine weitere schematische und teilweise geschnittene sowie perspektivische Ansicht des Zylinderkurbelgehäuses.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein Zylindergehäuse in Form eines Zylinderkurbelgehäuses 10 für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Das Zylinderkurbelgehäuse 10 weist eine Mehrzahl von einstückig miteinander ausgebildeten und in Längsrichtung hintereinander angeordneten Lagerstühlen 12 auf, welche jeweils eine Lageraufnahme teilweise, vorliegend zur Hälfte, begrenzen, wobei die jeweilige Hälfte der Lageraufnahme mit 14 bezeichnet ist. Über die Lagerstühle 12 kann eine Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse relativ zum Zylinderkurbelgehäuse 10 drehbar am Zylinderkurbelgehäuse 10 gelagert werden.
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Wie aus 1 erkennbar ist, weist das Zylinderkurbelgehäuse 10 vorliegend vier Zylinder 16a-d auf, welche in Längsrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10 hintereinander angeordnet sind. In 1 ist die Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10 mit einem Richtungspfeil 18 angedeutet, während die Längsrichtung durch einen Richtungspfeil 20 und die Hochrichtung durch einen Richtungspfeil 22 angedeutet sind.
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Wie besonders gut aus 2 und 4 erkennbar ist, werden die jeweiligen Zylinder 16a-d durch ein jeweiliges Zylinderrohr 24 begrenzt. Im fertig hergestellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist in den Zylindern 16a-d jeweils ein Kolben angeordnet, welcher relativ zum entsprechenden Zylinder 16a-d translatorisch verschiebbar und gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden ist.
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Wie ferner besonders gut aus 2 und 4 erkennbar ist, weist das Zylinderkurbelgehäuse 10 auch einen die Zylinder 16a-d jeweils zumindest teilweise umgebenden und von einem Kühlmedium in Form einer Kühlflüssigkeit durchströmbaren Kühlmantel in Form eines Wassermantels 26 auf. Dadurch können die Zylinderrohre 24 beziehungsweise die Zylinder 16a-d mittels des Kühlwassers gekühlt werden.
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Das Zylinderkurbelgehäuse 10 ist als Druckgussbauteil aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, gebildet. Mit anderen Worten wird das Zylinderkurbelgehäuse 10 aus einem zunächst flüssigen Gusswerkstoff gebildet. 3 zeigt dabei ein Formelement in Form eines Deckschiebers 27 eines Druckgusswerkzeugs, wobei das Zylinderkurbelgehäuse 10 mittels des Deckschiebers 27 zumindest teilweise hergestellt wird. Vom Deckschieber 27 sind in 3 insbesondere Positivformbereiche 28 zum Herstellen der Zylinder 16a-d sowie Positivformbereiche 30 zum Herstellen des Wassermantels 26 erkennbar. In die Bereiche des Druckgusswerkzeugs, in denen die Positivformbereiche 28, 30 angeordnet sind, kann kein Gusswerkstoff gelangen, so dass die Bereiche frei vom Gusswerkstoff bleiben. Dadurch bilden sich in den Bereichen der Positivformbereiche 28 die Zylinder 16a-d und in den Bereichen der Positivformbereiche 30 der Wassermantel 26 aus.
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Wie aus 2 und 4 ferner zu erkennen ist, wird der Wassermantel 26 einerseits beziehungsweise nach innen hin durch das jeweilige Zylinderrohr 24 begrenzt. Mit anderen Worten begrenzt das jeweilige Zylinderrohr 24 auf einer ersten dem Wassermantel 26 abgewandten Innenseite den jeweiligen Zylinder 16a-d und auf einer dem jeweiligen Zylinder 16a-d abgewandten Außenseite den Wassermantel 26 zumindest teilweise. Andererseits beziehungsweise nach außen hin ist der Wassermantel 26 durch eine entsprechende, vom Zylinderrohr 24 zumindest teilweise beabstandete Wandung 31 des Zylinderkurbelgehäuses 10 begrenzt. Dabei ist das Zylinderkurbelgehäuse 10 in Open-Deck-Bauweise ausgebildet, so dass der Wassermantel 26 in Hochrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10 nach oben hin zumindest überwiegend offen ausgebildet ist. Hierdurch kann das Zylinderkurbelgehäuse 10 besonders einfach hergestellt werden, da der Wassermantel 26 zumindest mittels des Deckschiebers 27 nach oben hin abgeformt werden kann. Mit anderen Worten kann der Deckschieber 27 nach dem Gießen in Hochrichtung nach oben aus dem Wassermantel 26 herausbewegt werden.
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Anhand des Deckschiebers 27 lässt sich sehr gut erkennen, dass der Wassermantel 26 eine variierende Topographie, das heißt eine - ausgehend von einer in Hochrichtung nach oben weisenden Zylinderkopfdichtungsfläche 32 des Zylinderkurbelgehäuses 10 in Hochrichtung nach unten - variierende Tiefe aufweist. Die Zylinderkopfdichtungsfläche 32 wird üblicherweise auch als „Deckseite“ oder als „Deckfläche“ bezeichnet und durch eine Deckplatte 47 des Zylinderkurbelgehäuses 10 gebildet.
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Aus 2 ist erkennbar, dass der Wassermantel 26 in jeweiligen ersten Längenbereichen 34, welche in Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10 zumindest im Wesentlichen neben den jeweiligen Zylindern 16a-d beziehungsweise ihren Zylindermitten angeordnet sind, in Hochrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10 eine Tiefe aufweist, welche geringer als 30% der durchschnittlichen Tiefe in den übrigen Längenbereichen 36 des Wassermantels 26 ist. Diese übrigen Längenbereiche 36 umfassen jeweilige weitere Längenbereiche und Übergangsbereiche 39, über welche die jeweiligen ersten Längenbereiche 34 in die weiteren Längenbereiche übergehen.
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Die jeweiligen Übergangsbereiche 39 schließen sich an die jeweiligen ersten Längenbereiche 34 an und erstrecken sich schräg zur Hochrichtung und schräg zur Längsrichtung des Zylinderkurbelgehäuses. Vorzugsweise schließen die Übergangsbereiche 39 mit der Hochrichtung einen Winkel von mindestens 5 Grad ein. Ferner ist es vorgesehen, dass die Übergangsbereiche 39 über jeweilige Radien in die jeweiligen ersten Längenbereiche 34 und die jeweiligen weiteren Längenbereiche übergehen.
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Mit anderen Worten ist die Wassermanteltiefe, d.h. der Abstand des Wassermantelbodens von der Deckfläche, in den ersten Längenbereichen 34, deren mittlere Längskoordinate der der jeweilig benachbarten Zylindermitte zumindest näherungsweise entspricht, auf einen Wert kleiner 30% der durchschnittlichen Tiefe des Wassermantels 26 in den restlichen Längenbereichen 36 reduziert ist, wobei die An- und Abstiege (Übergangsbereiche 39) des topografischen Wassermantelbodens nicht senkrecht dargestellt sind, sondern zur Erreichung einer im Betrieb guten Zylinderrundheit als mindestens 5° zur Senkrechten geneigte Rampen ausgebildet sind sowie die höchsten Punkte des Wassermantelbodens als sanft gerundete Kuppen ausgebildet sind und die Rampen an den Talübergängen ebenso sanft abgerundet sind, wodurch jeweils auf Mitte Zylinder 16a-d durch den hochgezogenen Wassermantelboden in Querrichtung nach außen die Zylinder 16a-d abstützende Strukturen, bestehend aus den Rampen und Kuppen, gebildet werden mit dem Ziel, die z.B. bei einem Dieselmotor mit extrem hohem Innendruck belasteten Zylinderrohre 24 nach außen abzustützen und somit einer zu großen und somit versagensrelevanten Queraufweitung der Zylinder 16a-d vorzubeugen und dadurch dem wirtschaftlich gießbaren aber gleichzeitig in Querrichtung an der Deckfläche prinzipiell weichen Open-Deck-Konzept eine Anwendung zum Beispiel beim Dieselmotor zu ermöglichen.
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Hierbei weist der seitlich neben den Zylindern 16a-d angeordnete Wassermantel 26 - bezogen auf die Längsrichtung - zwischen den jeweiligen Zylindern 16a-d bzw. deren Zylindermitten eine größere Tiefe auf als in Querrichtung neben den Zylindern 16a-d. Die Längenbereiche 36 sind dabei etwa 45° zur Längs- oder Querrichtung angeordnet. Anhand von 3 ist erkennbar, dass die jeweiligen ersten Längenbereiche 34 durch damit korrespondierende erste Längenbereiche 38 der Positivformbereiche 30 hergestellt werden, wobei die jeweiligen zweiten Längenbereiche 36 durch damit korrespondierende zweite Längenbereiche 40 der Positivformbereiche 30 beim Gießen hergestellt werden. Die Übergangsbereiche 39werden mittels Längenbereiche 43 der Positivformbereiche 30 beim Gießen hergestellt.
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Durch diese variierende Topographie ist eine Querabstützung des jeweiligen Zylinderrohrs 24 in Querrichtung nach außen geschaffen, so dass übermäßige Verformungen der Zylinderrohre 24 auch bei hohen Verbrennungsspitzendrücken (pmax) vermieden werden. Eine Längsabstützung des jeweiligen Zylinder 16a-d erfolgt durch den jeweiligen Nachbarzylinder und/oder, insbesondere bei den Endzylindern, an der Deckplatte 47. Hierbei ist ein Gewölbekellereffekt geschaffen, so dass insbesondere übermäßige Aufweitungen der Zylinder 16a-d auch bei hohen Verbrennungsdrücken vermieden werden können.
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Aus 4 bis 6 ist besonders gut erkennbar, dass das Zylinderkurbelgehäuse 10 auch eine sich in Längsrichtung erstreckende und wenigstens einen von dem Kühlmedium (Kühlflüssigkeit) durchströmbaren Kanal 35 aufweisende Wasserleiste 37 aufweist, die in Querrichtung seitlich neben dem Wassermantel 26 angeordnet ist. Der Kanal 35 ist dabei fluidisch mit dem Wassermantel 26 verbunden, so dass die Kühlflüssigkeit zunächst dem Kanal 35 beziehungsweise der Wasserleiste 37 zugeführt und anschließend von dem Kanal 35 dem Wassermantel 26 zugeführt wird. Die Wasserleiste 37 ist somit eine Kühlwasserverteilungsleiste.
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Die Wasserleiste 37 ist dabei segmentiert. Mit anderen Worten weist die Wasserleiste 37 mehrere Segmente 41 auf, welche zumindest teilweise durch jeweilige Stege 42 in Längsrichtung fluidisch voneinander getrennt sind. In den Segmenten 41 kann Kühlwasser aufgenommen werden. Mit anderen Worten handelt es sich bei den Segmenten 41 somit um einzelne Sammel- oder Aufnahmekammern für das Kühlwasser. Vorliegend sind die Segmente 41 nur teilweise fluidisch durch die zwischen den Segmenten 41 angeordneten Stege 42 getrennt, so dass die Segmente 41 fluidisch miteinander verbunden sind.
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Die Stege 42 sind in dem Kanal 35 angeordnet und erstrecken sich in Querrichtung des Zylinderkurbelgehäuses 10, wobei sie den Kanal 35 in Querrichtung überbrücken. Die Stege 42 sind dabei in den jeweiligen ersten Längenbereichen 34 mit der reduzierten Tiefe angeordnet Die Stege 42 sind einerseits an einer Wandung 33 und andererseits an einem Wandungsbereich 44 des Zylinderkurbelgehäuses 10 abgestützt bzw. einstückig mit der Wandung 33 und dem Wandungsbereich 44 ausgebildet. Die Wandung 33 begrenzt auf einer ersten Seite den Wassermantel 26 und auf einer der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite den Kanal 35. Durch den Wandungsbereich 44 ist der Kanal 35 in Querrichtung nach außen hin begrenzt. Über die Stege 42 kann sich die Wandung 33 in Querrichtung am Wandungsbereich abstützen, wobei der Wandungsbereich 44 auf der Auslassseite angeordnet ist.
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Darüber hinaus ist die als Segmentwasserleiste ausgebildete Wasserleiste 37 mit einer massiven Balkenrippe in Form einer massiven Außenrippe 46 versehen, mittels welcher die Wasserleiste 37 verstärkt ist. Durch die Stege 42 ist ein Lastpfad von der Wandung 33 zur Außenrippe 46 geschaffen, so dass dadurch Verformungen des Zylinderkurbelgehäuses 10 weiter entgegengewirkt ist. Auf der der Auslassseite gegenüberliegenden Einlassseite führt ein entsprechender Lastpfad vom jeweiligen Zylinderrohr 24 direkt zu der die Zylinderkopfdichtungsfläche 32 umfassenden Deckplatte 47 (1) des Zylinderkurbelgehäuses 10. Die einzelnen Segmente 41 können mittels des Deckschiebers 27 ebenfalls von oben abgeformt werden. Dies bedeutet, dass die Segmente 41 beim Gießen mittels des Deckschiebers 27 hergestellt werden, wobei der Deckschieber 27 nach dem Gießen nach oben aus den einzelnen Segmenten 41 herausgezogen werden kann.
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In Hochrichtung unterhalb der Stege 42 sind Durchgangsöffnungen 48 vorgesehen, welche durch wenigstens einen entsprechenden Schieber in Querrichtung seitlich abgeformt werden, um dadurch die Stege 42 herzustellen. Bei diesem Schieber kann es sich um einen sogenannten Außenschieber handeln. Dies bedeutet, dass der Schieber zum Herstellen der Stege 42 unter Ausbildung der Durchgangsöffnungen 48 verwendet und nach dem Gießen in Querrichtung aus den Durchgangsöffnungen 48 herausgezogen werden. Im fertig hergestellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sind die Durchgangsöffnungen 48 fluidisch verschlossen, so dass ein Austritt von Kühlmedium aus der Wasserleiste 37 vermieden werden kann.
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Wie zu erkennen ist, sind die Stege 42 in Längsrichtung zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest überwiegend auf Höhe der jeweiligen Längenbereiche 34 angeordnet, so dass dort eine besonders stabile Abstützung gewährleistet werden kann. Hierdurch können vom Wassermantelboden nach außen vom jeweiligen Zylinder 16a-d abgeleitete Verformungskräfte unter Innendruck definiert nach außen abgestützt werden.
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Dies kann auf die geschilderte Art erreicht wird, indem die Wasserleiste 37 segmentartig mittels einer Druckgussform abgeformt wird, nämlich immer abwechselnd mittels Segmenten des Außenschiebers und Segmenten des Deckschiebers 27.
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Ist seitlich am Kurbelgehäuse ein strukturschwächendes Element, z.B. eine Open-Deck-Wasserleiste 37 angeordnet, so ist durch geeignete Ausführung dafür Sorge zu tragen, daß die durch die auf Zylindermitte angehobenen Wassermantelbodenbereiche nach außen übertragenen Kräfte nicht an solch einer Querbiegungs-weichen Struktur eingeleitet werden, wodurch die querabstützende Wirkung des topografischen Wassermantelbodens auf die Zylinderrohre aufgehoben würde, sondern die Weichheit der Nachbarstruktur z.B. durch Maßnahmen entsprechend P827966 aufgehoben und somit ein stabiler Kraftfluss auf ein außenliegendes Längsversteifungselement, z.B. eine Außenrippe oder einen dort verlaufenden Deckplattenbereich, gewährleistet ist.
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Aus 5 ist eine Querstrom-Stegkühlung des Zylinderkurbelgehäuses 10 erkennbar, welche Querkanäle 50 umfasst. Die Querkanäle 50 können von der Kühlflüssigkeit durchströmt werden, so dass dann jeweilige Stege der Zylinder 16a-d gekühlt werden können. Bei den Querkanälen 50 handelt es sich um Kühlkanäle in Form von gebohrten Stegkühlkanälen, welche in jeweiligen Zylinderstegen der Zylinder 16a-d angeordnet sind, Die Stegkühlkanäle werden beim Gießen des Zylinderkurbelgehäuses 10 mittels verlorener Kerne hergestellt und sind zur Deckfläche hin geschlossen.
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Aus 7 ist besonders gut zu erkennen, dass das jeweilige Zylinderrohr 24 einen ersten Wandungsbereich 52 und einen sich in Hochrichtung nach unten an den ersten Wandungsbereich 52 anschließenden zweiten Wandungsbereich 54 aufweist. Der erste Wandungsbereich 52 weist dabei eine die Zylinderkopfdichtungsfläche 32 zumindest teilweise bildende Stirnseite 56 der Deckplatte 47 auf. Wie aus 7 zu erkennen ist, weist der erste Wandungsbereich 52 eine geringere Wanddicke als der zweite Wandungsbereich 54 auf. Mit anderen Worten ist die Zylinderkopfdichtungsfläche 32, welche auch als Zylinderdeckfläche bezeichnet wird, in ihrem jeweiligen durch das jeweilige Zylinderrohr 24 gebildeten Bereich gegenüber einer in Hochrichtung konstanten Wanddicke des Zylinderrohrs 24 zurückgezogen. Ein Übergang vom ersten Wandungsbereich 52 zum zweiten Wandungsbereich 54 erfolgt über einen sehr großen Rundungsradius, so dass ein großer Rundungsradius am kerbwirkungsintensiven Bearbeitungsrand geschaffen ist. Dadurch ist eine kerbwirksame Bearbeitungskante nicht im Bereich der höchsten Spannung. Darüber hinaus können durch große Rundungsradien Kerbwirkungen und Spannungen gering gehalten werden. Das jeweilige Zylinderrohr 24 weist also im ersten Wandungsbereich 52 einen geringeren außenumfangsseitigen Durchmesser auf als im zweiten Wandungsbereich 54. Oder anders ausgedrückt: Das jeweilige Zylinderrohr 24 ist im Bereich der Zylinderkopfdichtungsfläche 32, welche auch als Deckfläche bezeichnet wird, in seiner Dicke reduziert.
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Die Zylinderkopfdichtungsfläche 32 (Deckfläche) ist dabei eine Fläche, an der eine Zylinderkopfdichtung angeordnet wird. In fertig hergestelltem Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine dient die Zylinderkopfdichtung dazu, das Zylinderkurbelgehäuse 10 gegen einen auf dem Zylinderkurbelgehäuse 10 angeordneten Zylinderkopf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine abzudichten, wobei der Zylinderkopf auf einer dem Zylinderkurbelgehäuse 10 abgewandten Seite der Zylinderkopfdichtung an dieser anliegt und mit dem Zylinderkurbelgehäuse 10 verbunden, beispielsweise verschraubt, ist.
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Das Zylinderkurbelgehäuse 10 kann für jedwede Art von Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine genutzt werden. Besonders vorteilhaft ist es nutzbar für Dieselmotoren, da es dort zu besonders hohen Verbrennungsdrücken kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylinderkurbelgehäuse
- 12
- Lagerstuhl
- 14
- Hälfte
- 16a-d
- Zylinder
- 18
- Richtungspfeil
- 20
- Richtungspfeil
- 22
- Richtungspfeil
- 24
- Zylinderrohr
- 26
- Wassermantel
- 27
- Deckschieber
- 28
- Positivformbereich
- 30
- Positivformbereich
- 31
- Wandung
- 32
- Zylinderkopfdichtungsfläche
- 33
- Wandung
- 34
- erste Längenbereiche
- 35
- Kanal
- 36
- übrige Längenbereiche
- 37
- Wasserleiste
- 38
- erster Längenbereich
- 39
- Übergangsbereich
- 40
- zweiter Längenbereich
- 41
- Segment
- 42
- Steg
- 43
- Längenbereich
- 44
- Wandungsbereich
- 46
- Außenrippe
- 47
- Deckplatte
- 48
- Durchgangsöffnung
- 50
- Querkanal
- 52
- erster Wandungsbereich
- 54
- zweiter Wandungsbereich
- 56
- Stirnseite
