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Die Erfindung betrifft ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 2.
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Ein derartiges Zylinderkurbelgehäuse ist bereits der
DE 196 00 566 C1 als bekannt zu entnehmen. Das dortige Zylinderkurbelgehäuse weist jeweilige Kühlwasserkanäle auf, welche unter anderem zusammen mit einem Kühlwassermantel einen Gesamtwasserkern bilden, der durch einen einteiligen Gießkern darstellbar ist. Die dortigen Kühlwasserkanäle sind in Motorquerrichtung angeordnet, wobei der Gießkern derart gestaltet ist, dass gegenüberliegende Abschnitte des Kühlwassermantels strömungsmäßig verbunden sind. Die Kühlwasserkanäle betreffen des Weiteren jeweils benachbarte Zylinder einer Zylinderbank und dienen zur Verbesserung der Wärmeabfuhr insbesondere beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine unter hoher Last.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zylinderkurbelgehäuse und ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen eine verbesserte Kühlung der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Zylinderkurbelgehäuse sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 beziehungsweise 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um ein Zylinderkurbelgehäuse der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem eine verbesserte Kühlung der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Abdeckelement durch ein separat vom Zylinderkopf ausgebildetes Deckelteil gebildet ist, welches in einem Fügverfahren, insbesondere durch Rührreibschweißen, mit den Kühlsteg seitlich begrenzenden Randbereichen des Zylinderkurbelgehäuses verbunden ist. Der Kühlsteg entspricht dabei einer Aussparung zwischen jeweils zwei benachbarten Zylindern einer Zylinderbank der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise des Zylinderkurbelgehäuses und ist zunächst nach oben, also in Richtung des Zylinderkopfes, welcher zusammen mit einer Zylinderkopfdichtung an einen oberen Bereich des Zylinderkurbelgehäuses anschließt, geöffnet. Die Zylinderkopfdichtung ist im eingebauten Zustand zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderkurbelgehäuse eingeklemmt. Das Abdeckelement begrenzt den Kühlsteg beziehungsweise grenzt den Kühlsteg von der Zylinderkopfdichtung ab. Die Zylinderkopfdichtung ist im eingebauten Zustand zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderkurbelgehäuse eingeklemmt. Wird der Kühlsteg beispielsweise mittels eines Fräsers hergestellt, so ist der Kühlsteg zunächst nach oben hin offen und bildet demnach eine nutartige Aussparung. Diese nutartige Aussparung des Zylinderstegs beabstandet jeweilige freie Enden der benachbarten Zylinder, welche bei der Herstellung des Kühlstegs entstehen und zwischen welchen der Kühlsteg angeordnet ist. Um nun eine besonders hohe Steifigkeit und gleichzeitig eine besonders gute Kühlwirkung zu schaffen, wird ein Deckelteil in die nutartige Aussparung eingelegt, wobei dieses Deckelteil an die Randbereiche des Zylinderkurbelgehäuses beziehungsweise die jeweiligen freien Enden der benachbarten Zylinder angelegt und dort stoffschlüssig mit diesen verbunden wird. Es wird damit einerseits eine zu große Relativbewegung zwischen den freien Enden der benachbarten Zylinder während des Motorbetriebs unterbunden unterbunden und dementsprechend das Zylinderdeck lokal versteift, indem das Deckelteil mit den jeweiligen Randbereichen des Zylinderkurbelgehäuses stoffschlüssig verbunden ist. Andererseits kann das Deckelteil auch als besonders flaches Blech ausgebildet sein, wodurch der durchströmbare Querschnitt des Kühlstegs besonders groß ist und dementsprechend besonders großflächige Randzonen des Kühlstegs mit Kühlwasser in Kontakt kommen. Mit anderen Worten wird also durch das separat vom Zylinderkopf ausgebildete Deckelteil einerseits eine besonders hohe Steifigkeit zwischen den benachbarten Zylindern und andererseits ein besonders großer von Kühlwasser durchströmbarer Querschnitt des Kühlstegs geschaffen, wodurch eine besonders effiziente Kühlung der Randzonen der jeweiligen benachbarten Zylinder geschaffen wird. Somit kann z. B. der Entstehung sogenannter Hotspots, also thermisch besonders belasteten Zonen, welche zu Selbstzündquellen werden können, besonders effizient entgegengewirkt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine, welches einen von Kühlwasser durchströmbaren Kühlmantel umfasst, welcher wenigstens einen, zwischen benachbarten Zylindern einer Zylinderbank verlaufenden Kühlsteg aufweist, welcher in einem einem Zylinderkopf zugewandten oberen Bereich durch ein Abdeckelement begrenzt ist, wird zunächst der zwischen benachbarten Zylindern einer Zylinderbank verlaufende Kühlsteg hergestellt. Im Bereich des zunächst in Richtung des Zylinderkopfes, also nach oben hin offenen Kühlstegs wird ein separat vom Zylinderkopf ausgebildetes Deckelteil, welches das Abdeckelement bildet angeordnet und das Deckelteil mit den Kühlsteg seitlich begrenzenden Randbereichen des Zylinderkurbelgehäuses gefügt.
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Das Zylinderkurbelgehäuse kann also zunächst unter besonders geringem Aufwand im Rahmen eines Gießprozesses hergestellt (gegossen) werden, wobei insbesondere der Bereich zwischen benachbarten Zylindern, also das Abdeckelement, als kühlkanalfreies Vollmaterial ohne Aussparungen gebildet ist. Auf etwaige Hinterschneidungen, wie sie zum Ausbilden eines in Richtung des Zylinderkopfes durch das Abdeckelement begrenzten Kühlkanals bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erforderlich sind, kann dementsprechend verzichtet werden. Dadurch, dass auf diese Hinterschneidungen verzichtet werden kann, ist der Einsatz von aufwändigen (teuren) verlorenen Formen, bzw. verlorenen Kernen beim Gießen ebenfalls nicht erforderlich. Stattdessen können überwiegend wiederverwendbare Formen beim Gießen des Zylinderkurbelgehäuses verwendet werden. Der Kühlkanal wird somit nachträglich durch spanbildende Bearbeitung zwischen den benachbarten Zylindern hergestellt, wobei zunächst eine Aussparung geschaffen wird. In diese Aussparung des Kühlkanals wird das Deckelteil eingelegt, mit dem Zylinderkurbelgehäuse gefügt und substituiert sozusagen das Abdeckelement. Durch das Fügen, also das stoffschlüssige Verbinden des Deckelteils mit dem Zylinderkurbelgehäuse kann das Zylinderdeck, also die Oberseite des Zylinderkurbelgehäuses, bzw. jeweilige obere Bereiche zwischen den benachbarten Zylindern lokal auf besonders günstige Weise versteift werden, wobei gleichzeitig ein besonders großer Querschnitt mit großflächigen Randzonen des Zylinderstegs zur Kühlung und damit zur Vermeidung etwaiger Hotspots zwischen den benachbarten Zylindern geschaffen wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
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1 eine isometrische Perspektivansicht auf einen Teilbereich eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine;
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2 eine Detailansicht eines mittels eines gestrichelten Kreises umrandeten Bereichs B aus 1, wobei vorliegend eine Aussparung eines Kühlstegs jeweilige freie Enden benachbarter Zylinder in Richtung eines Zylinderkopfes der Verbrennungskraftmaschine voneinander beabstandet;
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3 eine Draufsicht auf das Zylinderkurbelgehäuse; und in
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4 eine Schnittansicht des Kühlstegs gemäß einer Schnittlinie C-C aus 3.
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1 zeigt in einer isometrischen Perspektivansicht einen Teilbereich eines Zylinderkurbelgehäuses 10 und damit einen wichtigen Bestandteil einer Verbrennungskraftmaschine 12, von welcher vorliegend lediglich das Zylinderkurbelgehäuse 10 und ein durch einen gestrichelten Quader angedeuteter Zylinderkopf 16 dargestellt ist. Zwischen dem Zylinderkopf 16 und dem Zylinderkurbelgehäuse 10 wird unter anderem zum Abdichten eines Kühlmantels 20 des Zylinderkurbelgehäuses 10 eine hier nicht weiter dargestellte Zylinderkopfdichtung eingelegt. Mit anderen Worten ist die hier nicht dargestellte Zylinderkopfdichtung bei der betriebsbereiten Verbrennungskraftmaschine 12 zwischen dem Zylinderkopf 16 und dem Zylinderkurbelgehäuse 10 eingeklemmt, so dass in dem Kühlmantel 20 geführtes Kühlwasser beziehungsweise Kühlmittel nicht aus dem Kühlmantel 20 in Richtung des Zylinderkopfes 16 austreten kann und somit dementsprechend ein Wasserschlag vermieden wird. Mit anderen Worten wird also mittels der hier nicht dargestellten Zylinderkopfdichtung vermieden, dass Kühlwasser aus dem Kühlmantel 20 bei laufender Verbrennungskraftmaschine 12 in einzelne Zylinder 30 des Zylinderkurbelgehäuses 10 eintreten kann. Die einzelnen Zylinder 30 der Verbrennungskraftmaschine 12 beziehungsweise des Zylinderkurbelgehäuses 10 sind vorliegend in einer Reihe angeordnet und sind Bestandteil einer Zylinderbank 14. Die Zylinderkopfdichtung wird beim Zusammenbau der Verbrennungskraftmaschine 12 an eine Oberseite 22 des Zylinderkurbelgehäuses 10 angelegt. Bei der Gestaltung der Oberseite 22 des Zylinderkurbelgehäuses 10 wird zwischen einer sogenannten closed-deck Ausführung und einer sogenannten open-deck Ausführung unterschieden. Bei der closed-deck Ausführung ist der die Zylinder 30 umgebende Kühlmantel 20 zumindest im Wesentlichen nach oben hin, also in Richtung des Zylinderkopfes 16 beziehungsweise der Zylinderkopfdichtung verschlossen. Bei der Draufsicht auf das Zylinderkurbelgehäuse 10 (bei abmontiertem Zylinderkopf 16 sowie entfernter Zylinderkopfdichtung) sind dementsprechend lediglich die Bohrungen der Zylinder 30 sowie etwaige Bohrungen für Motorölkanäle und Kühlwasserkanäle zu sehen. Mit anderen Worten ist also bei der closed-deck Ausführung der Kühlmantel 20 aus dieser Perspektive überwiegend verschlossen. Bei einer Open-Deck Ausführung des Zylinderkurbelgehäuses 10 hingegeben sind die Zylinder 30 freistehend und der Kühlmantel 20 ist nach oben, also in Richtung des Zylinderkopfs 16 offen. Zur Abdichtung des Kühlmantels 20 wird eine spezielle Zylinderkopfdichtung verwendet, welche (im zusammengebauten Zustand der Verbrennungskraftmaschine 12) den Zylindern 30 im Bereich des Zylinderdecks, also im Bereich der Oberseite 22 erhöhte Steifigkeit verleiht und welche die überwiegend nach oben hin offenen Bereiche des Kühlmantels 20 wirksam gegenüber einem Wasseraustritt abdichtet. Um eine wirksame Abdichtung des Kühlmantels 20 gegenüber einem Kühlwasseraustritt zu gewährleisten, beziehungsweise einen Wasserschlag zu vermeiden, ist die spezielle Zylinderkopfdichtung dementsprechend aufwendig und kostspielig ausgebildet. Bei der open-deck Ausführung werden die Zylinder 30 jedoch besonders effizient von Kühlwasser durchströmt wobei im Gegensatz zur closed-deck Ausführung eine verbesserte Vermeidung von Hotspots erreicht werden kann. Demgegenüber ist der Vorteil der closed-deck Ausführung die etwas höhere Steifigkeit des Zylinderkurbelgehäuses 10, welches dazu allerdings im Rahmen eines aufwendigen Gießverfahrens, unter anderem mit sogenannten verlorenen Kernen, bei welchen der Gießkern zerstört wird, hergestellt wird.
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2 zeigt eine Detailansicht eines mittels eines Fräsers oder eines anderen spanenden Werkzeugs gebildeten Kühlstegs 40 gemäß eines in 1 gestrichelt umrandeten Bereichs B. Ein der Herstellung des Kühlstegs 40 vorrausgehender Gießprozess, bei welchem das Zylinderkurbelgehäuse 10 sowie der Kühlmantel 20 unter Verwendung geeigneter Gießkerne gebildet werden, ist hier nicht weiter dargestellt. Jeweilige im Rahmen dieses vorausgehenden Gießprozesses stoffschlüssig durch ein Abdeckelement miteinander verbundene freien Enden 54, 56 der benachbarten Zylinder 30 sind infolge der Bildung des Kühlstegs 40 mittels des Fräsers voneinander beabstandet und dementsprechend einander gegenüberliegende flächig ausgebildete Randbereiche 44, 46 der jeweiligen freien Enden 54, 56 infolge einer durch den Fräser hergestellten nutartigen Aussparung 60 voneinander beabstandet. Das Abdeckelement wird also mittels des Fräsers zunächst unter Bildung der Aussparung 60 zwischen den benachbarten Zylindern 30 entfernt.
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3 zeigt in einer Draufsicht das Zylinderkurbelgehäuse 10, wobei erkennbar ist, dass durch die jeweiligen Aussparungen 60 der Kühlmantel 20 um die Zylinder 30 herum erweitert wird und somit eine verbesserte Umströmung der Zylinder 30 mit Kühlwasser erreicht wird.
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4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht entsprechend einer Schnittlinie C-C in 3 durch den Kühlsteg 40 beziehungsweise die freien Enden 54, 56. In die nutartige Aussparung 60 zwischen den beiden freien Enden 54, 56 ist vorliegend ein Deckelteil 42, welches als Abdeckelement des Kühlstegs 40 dient, eingelegt. Mit anderen Worten wird der Kühlsteg 40 durch Einlegen des Deckelteils 42 in die nutartige Aussparung 60 und anschließendes stoffschlüssiges Verbinden des Deckelteils 42 mit den Randbereichen 44, 46 des Zylinderkurbelgehäuses 10 gebildet. Zwischen dem Deckelteil 42 und den Randbereichen 44, 46 herrscht dabei zunächst beidseitig des Deckelteils 42 ein Spalt, welcher durch Reibschweißen, insbesondere Reibquetschschweißen, zumindest im Bereich jeweiliger Fügezonen 58 geschlossen wird. Die Aussparung 60 weist eine Höhe y auf und wird durch Einlegen des Deckelteils 42 in Richtung des Zylinderkopfes 16 gegenüber Kühlwasseraustritt abgedichtet. Mit anderen Worten wird dadurch die nutartige Aussparung 60 nach oben hin verschlossen, wodurch ein mit Kühlwasser durchströmbarer Querschnitt 70 der Höhe y-x gebildet wird. Der mit Kühlwasser durchströmbare Querschnitt 70 wird seitlich durch jeweilige an die benachbarten Zylinder 30 angrenzende Randzonen 64, 66 begrenzt. Durch die Wärmeabgabe über die jeweilige Zylinderwand an den Randzonen 64, 66 können sogenannte Hotspots im Bereich des Zylinderdecks vermieden werden. Derartige Hotspots stellen insbesondere bei Hochleistungsmotoren Zonen mit erhöhter Selbstentzündungsgefahr dar, wodurch zum Beispiel bei Ottomotoren die sogenannte Klopffestigkeit in unvorteilhafter Weise verringert werden kann. Zur Vermeidung dieser Hotspots dient der Kühlsteg 40, also mit anderen Worten das Einfräsen von Kühlschlitzen in die Trennwände der benachbarten Zylinder 30 und das anschließende Deckeln, also Abdichten mittels des Deckelteils 42, welches einen oberen Bereich 48 des Kühlstegs 40 und damit einen Teil der Oberseite 22 des Zylinderkurbelgehäuses 10 bildet.
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Es können also die jeweiligen Vorteile der open-deck Ausführung und er closed-deck Ausführung durch Herstellung des Kühlstegs 40 verbunden werden.
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Einerseits kann das Zylinderkurbelgehäuse 10 im Rahmen eines besonders einfachen und unkomplizierten Gießprozesses unter Vermeidung verlorener Formen hergestellt werden, wobei zunächst das Zylinderkurbelgehäuse 10 zumindest im Bereich zwischen den benachbarten Zylindern 30 als closed-deck Ausführung gebildet ist. Im Anschluss daran wird in diesem Bereich zwischen den Zylindern 30 jeweils die Aussparung 60 z. B. mittels eines Fräsers hergestellt. Ein Teil der Aussparung 60 wird im Anschluss daran unter Bildung des Kühlstegs 40 durch stoffschlüssiges Verbinden des Deckelteils 42 mit dem Zylinderkurbelgehäuse 10 im oberen Bereich 48 nach oben hin verschlossen. Dadurch verbleibt ein von Kühlwasser durchströmbarer Querschnitt 70, durch welchen besonders effizient Wärme abgeführt und dementsprechend Hotspots vermieden werden können. Der Kühlsteg 40 umfasst dabei einerseits das Deckelteil 42, als auch den durchströmbaren Querschnitt 70.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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