DE102013200912B4

DE102013200912B4 - Kurbelgehäuse

Info

Publication number: DE102013200912B4
Application number: DE102013200912.7A
Authority: DE
Inventors: Leander Schramm; Clemens Maria Verpoort; Wolfgang Pütz; Mark Silk; Ralph W. K. Wilton; Barry Griffiths; Dave Harknett
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: CN103244307B; DE102013200912A1; US8833331B2; US20130199490A1; CN103244307A

Abstract

Kurbelgehäuse (1) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer Zylinderbohrung (3), die eine beschichtete Laufbuchse (4) aufweist, die nicht bis zur Dichtfläche (5) zu einem Zylinderkopf reicht, so dass zwischen Dichtfläche (5) und Laufbuchse (4) die Zylinderbohrung aus dem Grundmaterial des Kurbelgehäuses (1) besteht, und die an einer Dichtfläche (5) zu einem Zylinderkopf eine Fase (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (12) eine einzelne gekrümmte Fase ist, wobei die Fase (12) sich von der Dichtfläche (5) bis mindestens bis zum Rand der Laufbuchse (4) oder weiter in die Laufbuchse erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer beschichteten Zylinderbohrung, die an einer Dichtfläche zu einem Zylinderkopf eine Fase aufweist.
Aus der WO 00/37789 A1 geht ein solches Kurbelgehäuse hervor. Das Zylinder-Kurbelgehäuse umfasst wenigstens eine Zylinderbohrung zur Aufnahme eines Kolbens. Dabei weist die Zylinderbohrung an der Zylinderkopffläche bzw. der Dichtfläche des Zylinder-Kurbelgehäuses eine Einlauffase auf und die Zylinderlauffläche ist bis zu einem Übergang zu der Einlaufphase mit einer thermischen Beschichtung versehen.
Insbesondere die Reparatur der Zylinderbohrungen der Kurbelgehäuse ist aufwendig. Besteht das Kurbelgehäuse lediglich aus Grauguss, kann die Zylinderbohrung ausgebohrt, durch thermisches Spritzen neu beschichtet und anschließend auf die ursprünglichen Maße nachbearbeitet werden.
Besteht das Kurbelgehäuse allerdings aus Aluminium (bzw. einer entsprechenden Legierung) ist eine solche Reparatur nicht ohne Weiteres möglich. Der Kolben läuft aber nicht immer direkt im Motorblockmaterial, weil dieses Material höhere tribologische Ansprüche nicht erfüllt und auch der Austausch von Kolben und Zylinder als Hauptverschleißteile sich erheblich komplizierter gestaltet. Deshalb wird oft eine Zylinderlaufbuchse (auch cylinder liner) eingebaut. Bei einer Reparatur wird die innere Oberfläche der Laufbuchse nachgebohrt und durch Honen feinbearbeitet. Als Werkstoffe für Zylinderlaufbuchsen haben sich Gusseisen- oder Aluminiumlegierungen (meist mit Silizium) bewährt.
Eine Neubeschichtung wie oben ist zwar möglich, aber es kommt häufig zu Abplatzungen etc. des neuen Materials, z.B. aufgrund des Überspritzens des Kurbelgehäusematerials mit dem abweichenden Linermaterial und deren unterschiedlichen thermischen Eigenschaften.
Daher ist eine Nach-Bearbeitung der Deckfläche bzw. Dichtfläche zum Zylinderkopf hin notwendig.
Aus der DE 10 2009 008 741 A1 ist ein Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer beschichteten Zylinderbohrung bekannt, die an einer Dichtfläche zu einem Zylinderkopf eine Fase aufweist, wobei die Fase eine Doppelfase, bestehend aus einer ersten und einer zweiten Fase, ist. Eine entsprechende Offenbarung geht aus der JP 2010-275898 A1 hervor, wobei die Doppelfase sich bis zur Laufbuchse erstreckt.
Diese Doppelfase verhindert eine aufwendige Nach-Bearbeitung im Bereich des Einlaufs bzw. der Dichtfläche. Allerdings ist sie aufwendig und der entsprechende Fräser komplex.
Aus der US 5,050,547 A (2) ist es bekannt eine gekrümmte Fase zu verwenden, die sich von einer Beschichtung der Laufbuchse bis hin zu einem zur Dichtfläche beabstandeten Punkt hin erstreckt, so dass die Beschichtung im Bereich der Fase bei der Bearbeitung der Dichtfläche nicht beaufschlagt wird. Allerdings verbleibt daher immer eine Stufe in der Bohrung.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kurbelgehäuse bereitzustellen, das eine einfachere Bearbeitung der Zylinderbohrung im Bereich der Dichtfläche.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Kurbelgehäuse gelöst.
Dadurch, dass die Fase eine einzelne gekrümmte Fase ist, wobei die Fase sich von der Dichtfläche bis mindestens bis zum Rand der Laufbuchse oder weiter in die Laufbuchse erstreckt, ist es möglich, die Zylinderbohrungsfase in einem Bearbeitungsvorgang mittels eines einfachen Werkzeugs herzustellen und dabei einen günstigen Materialübergang zu erreichen. Als Werkzeug kann ein entsprechend ausgebildeter Fräser, Bohrer oder Bohrmeisel verwendet werden.
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung bei einer Reparatur angewendet werden, wenn die Zylinderbohrung eine Laufbuchse aufweist, die nicht bis zur Dichtfläche reicht, so dass zwischen Dichtfläche und Laufbuchse die Zylinderbohrung aus dem Grundmaterial des Kurbelgehäuses besteht, wobei die Fase bis zum Rand der Laufbuchse oder weiter in die Laufbuchse reicht. Dadurch wird alles Spritzmaterial vom Grundmaterial zwischen Dichtfläche und Laufbuchse abgetragen. Dies ist erforderlich, weil das Spritzmaterial ggf. auf dem Grundmaterial nicht so gut haftet wie auf dem Material der Laufbuchse. Aufgrund von Ovalitäten in der Zylinderbohrung kann es auch sinnvoll sein, dass die Fase dabei teilweise in die Laufbuchse selber geführt wird, damit Spritzmaterial vom Grundmaterial sicher abgetragen wird. Vorteilhaft ermöglicht die gekrümmten Fase den Abtrag des Spritzmaterials, ohne dabei viel Grundmaterial des Kurbelgehäuses selber abzutragen.
Durch die gekrümmte Fase werden Materialabplatzungen der Spritzschicht am Übergang der unterschiedlichen Materialien des Kurbelgehäuses und des Liners verhindert, so dass es möglich ist, auch Kurbelgehäuse aus Aluminium bzw. entsprechenden Legierungen zu reparieren.
Somit umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Reparaturverfahren für ein Kurbelgehäuse aus dem Grundmaterial Aluminium bzw. entsprechenden Legierungen, in dem die Zylinderbohrung zunächst ausgebohrt oder ausgefräst wird, anschließend mittels thermischen Spritzen neubeschichtet und anschließend die gekrümmte Fase mit einem Fräser eingebracht wird.
Insbesondere hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Fase in Längsrichtung der Zylinderbohrung eine trompetenförmige Erweiterung der Zylinderbohrung zur Dichtfläche hin ausbildet.
Es hat sich dabei als besonders günstig erwiesen, wenn die Fase in Längsrichtung der Zylinderbohrung einen Radius aufweist, der an der Dichtfläche etwa um 0,1 mm größer ist als der ursprüngliche Zylinderbohrungsradius und ggf. die Fase ab der Dichtfläche bis in eine Tiefe der Zylinderbohrung von etwa 2 bis 6 mm, insbesondere 3,5 mm reicht. Dabei sollte die Fase einen Radius von etwa 40 mm bis 100 mm aufweisen.
Somit wird ein besonders stetiger Übergang erreicht, der Materialabplatzen etc. verhindert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, in der

1 einen Längsschnitt durch einen Steg zwischen zwei Zylinderbohrungen eines Kurbelgehäuses; und
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im Bereich der Fase zeigt.

Die Figuren zeigen Schnitte durch ein Kurbelgehäuse 1 im Bereich eines Steges 2, der die beiden Zylinderbohrungen 3 trennt. Dabei zeigt 1 einen Übersicht und 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus 1.
In den Zylinderbohrungen 3 sind die Laufbuchsen 4 ins Kurbelgehäuse 1 eingegossen. Bevorzugt bestehen die Laufbuchsen 4 aus Stahl- oder Grauguß, während das Grundmaterial des Kurbelgehäuses 1 aus einer Aluminiumlegierung besteht. Eine Dichtfläche 5 zu einem nicht dargestellten Zylinderkopf schließt das Kurbelgehäuse 1 nach oben hin ab. Die Laufbuchsen 4 reichen nicht bis zur Dichtfläche 5, so dass in den Zylinderbohrungen 3 zwischen Dichtfläche 5 und Laufbuchsen 4 Ringflansche 6 aus dem Grundmaterial ausgebildet sind.
Das gezeigte Kurbelgehäuse 1 stellt ein zu überarbeitendes Kurbelgehäuse dar, wenn die Laufbuchsen 4 aufgrund übermäßiger Beanspruchung verschlissen sind und durch ein Spritzreparaturverfahren überarbeitet werden.
Wie aus 2 zu sehen ist, werden die Laufbuchsen 4 im Bereich der verschlissenen Kolbenlaufbahnen um einen bestimmten Durchmesser ausgebohrt, wodurch sich in jeder Laufbuchse 4 ein Absatz 7 ergibt. Im nicht ausgebohrten Vorsprung 8 der Laufbuchse 4 zwischen Ringflansch 6 und Absatz 7 weist jede Laufbuchse 4 den ursprünglichen Durchmesser der Laufbuchse 4 auf.
Die beiden Zylinderbohrungen 3 weisen verschiedene Bearbeitungsstände auf. Die linke Zylinderbohrung 3 zeigt den Bearbeitungsstand direkt nach dem Aufbringen einer Spritzschicht 9, wobei die Spritzschicht 9 durch jedes geeignete Metallspritzverfahren aufgetragen werden kann, z. B. Plasmapulverspritzen, Plasmadrahtspritzen etc. Die Spritzschicht 9 weist eine Überdicke auf und dehnt sich über den Absatz 7 hinweg in den Vorsprung 8 und in den Bereich des Ringflansches 6 aus. Von daher muss die Spritzschicht in einem weiteren Arbeitschritt auf Nennmaß der Zylinderbohrung 3 abgetragen werden.
Die rechte Zylinderbohrung 3 zeigt den Zustand nach der mechanischen Bearbeitung des Kurbelgehäuses 1 und insbesondere der Spritzschicht 9. Im Bereich des Absatzes 7 ist die Spritzschicht 9 auf Nennmaß abgetragen, insbesondere durch eine Honbearbeitung. Die Oberfläche zeigt die typische Honstruktur 10 mit den gekreuzten Riefen.
Im Bereich des Ringflansches 6 gestaltet sich die Bearbeitung schwieriger, da die Spritzschicht 9 zwar in diesem Bereich aufgetragen wurde, jedoch keine genügende Haftung zum Grundmaterial aufweist. Weiterhin problematisch ist die ursprünglich eingebrachte Anfasung 11, die der Kolbenmontage diente.
Mittels der gekrümmten Fase 12 mit dem Radius R lässt sich der gesamte Bereich des Ringflansches 6 und der Trennfläche 5 so bearbeiten, dass die Anfassung 11 ganz abgetragen wird und die Trennfläche 5 als auch der Ringflansch komplett vom Spritzmaterial der Spritzschicht 9 befreit sind. Durch die Krümmung der Fase 12 ist der Materialabtrag am Ringflansch minimal. Dieser geringe Abtrag ist erwünscht, damit der Totraum im Zylinder nicht unnötig ansteigt bzw. sich im Bereich der Fase 12 möglichst wenig Totgebiete bezüglich der Verbrennung und Durchmischung des Brennraumes bilden.
Damit beim Einbringen der Fase 12 sicher alles Spritzmaterial der Spritzschicht 9 vom Ringflansch entfernt wird, setzt sich die Fase 12 bis in den Absatz 8 der Laufbuchse 4 fort. Sichtbar ist dies an der in der Zylinderbohrung 3 umlaufenden Trennlinie 13, bei der die Oberflächenstruktur sich ändert von der Honstruktur 10 zur umlaufend abgedrehten bzw. gebohrten Bohrstruktur 14 mit den umlaufenden Riefen im Bereich der gekrümmten Fase 12, wodurch die Bohrstruktur 14 ein Indikator für die Ausdehnung der Fase 12 ist. Bevorzugt erstreckt sich die Fase bis in den Bereich zwischen der Oberkante der Laufbuchse und dem oberen Ende der Kolbenring-Lauffläche.
Die Fase 12 verläuft gekrümmt nach außen, d.h. bildet in Längsrichtung der Zylinderbohrung 3 eine trompetenförmige Erweiterung der Zylinderbohrung 3 zur Dichtfläche 5 hin aus.
Bei den gezeigten Abmessungen beginnt die Fase 12 an der Trennlinie 13 in einer Tiefe von etwa 3,5 mm in der Zylinderbohrung 3 und läuft nach oben und außen hin aus, so dass an der Dichtfläche 5 etwa um 0,1 mm größer ist als der ursprüngliche Zylinderbohrungsradius an der Trennlinie 13.
Die gekrümmte Fase kann auch bei Kurbelgehäusen verwendet werden, die keine Laufbuchsen aufweisen. Dann dient die Fase der Reinigung des Übergangsbereiches von Zylinderbohrung zur Dichtfläche und gleichzeitig als Montagehilfe beim Einführen eines Kolbens in die Zylinderbohrung. Durch die gekrümmte Fase ergibt sich ein weicher Übergang, wodurch sich ein Kolben leichter in die Zylinderbohrung einführen lässt.

Claims

Kurbelgehäuse (1) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer Zylinderbohrung (3), die eine beschichtete Laufbuchse (4) aufweist, die nicht bis zur Dichtfläche (5) zu einem Zylinderkopf reicht, so dass zwischen Dichtfläche (5) und Laufbuchse (4) die Zylinderbohrung aus dem Grundmaterial des Kurbelgehäuses (1) besteht, und die an einer Dichtfläche (5) zu einem Zylinderkopf eine Fase (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (12) eine einzelne gekrümmte Fase ist, wobei die Fase (12) sich von der Dichtfläche (5) bis mindestens bis zum Rand der Laufbuchse (4) oder weiter in die Laufbuchse erstreckt.
Kurbelgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (12) in Längsrichtung der Zylinderbohrung eine trompetenförmige Erweiterung der Zylinderbohrung zur Dichtfläche hin ausbildet.
Kurbelgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (12) ab der Dichtfläche (5) bis in eine Tiefe der Zylinderbohrung (3) zwischen 2 und 6 mm, insbesondere 3,5 mm reicht.
Kurbelgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (12) einen Krümmungsradius (R) zwischen 40 mm und 100 mm aufweist.
Kurbelgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9) der Zylinderbohrung (3) eine Reparaturbeschichtung aus thermischem Spritzmaterial ist.