DE102014109017A1

DE102014109017A1 - Wassermantel für ein Kurbelgehäuse

Info

Publication number: DE102014109017A1
Application number: DE102014109017.9A
Authority: DE
Inventors: Francesco Maltoni; Jeroen Slotman; Frank Haubner
Original assignee: FEV GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2015-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wassermantel (1) für ein Kurbelgehäuse (100) mit wenigstens zwei Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5), insbesondere für ein open deck Kurbelgehäuse (100) einer Hubkolbenkraftmaschine, umfassend wenigstens einen die Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5) zumindest abschnittsweise umgebenden Kühlmittelkanal (6) mit wenigstens einer ersten Stirnmantelfläche (7) und einer zweiten Stirnmantelfläche (8) und zwei die Stirnmantelflächen (7, 8) verbindende Längsmantelflächen (9, 10), und zumindest eine mit dem Kühlmittelkanal (6) verbundene zwischen den Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5) ausgestaltete Verbindung (11.1, 11.2, 11.3), insbesondere in Form eines Loches (12), welche die erste Längsmantelfläche mit der zweiten Längsmantelfläche verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer der Stirnmantelflächen der Kühlmittelkanals zumindest eine Drosselstelle (13) ausgestaltet ist, wodurch die Menge des in die Verbindung strömenden Kühlmittels einstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wassermantel für ein Kurbelgehäuse mit wenigstens zwei Zylinderlaufbuchsen, insbesondere für ein open deck Kurbelgehäuse einer Hubkolbenkraftmaschine, umfassend wenigstens einen die Zylinderlaufbuchsen zumindest abschnittsweise umgebenden Kühlmittelkanal mit wenigstens einer ersten Stirnmantelfläche und einer zweiten Stirnmantelfläche und zwei die Stirnmantelflächen verbindende Längsmantelflächen und zumindest eine mit dem Kühlmittelkanal verbundene zwischen den Zylinderlaufbuchsen ausgestaltete Verbindung, insbesondere in Form eines Loches, welche die erste Längsmantelfläche mit der zweiten Längsmantelfläche verbindet. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von Zylinderlaufbuchsen eines mehrzylindrigen Motors mit einem Wassermantel, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Wassermantel, umfassend eine Innenwandung mit einer Innenmantelfläche, die zur formschlüssigen Anlage an die Zylinderlaufbuchsen ausgebildet ist, sowie eine die Innenwandung umgebene Außenwandung, wobei zwischen der Innenwandung und der Außenwandung ein Zwischenraum für ein Kühlmittel gebildet ist, und wenigstens eine zwischen den Zylinderlaufbuchsen ausgestaltete Verbindung, insbesondere in Form eines Loches.
Hubkolben- bzw. Brennkraftmaschinen weisen in der Regel zwei oder mehr Zylinder auf, wobei jeder Zylinder eine Einlass- und eine Auslassseite hat und wobei zwischen zwei Zylindern ein Stegbereich vorgesehen ist. Jeder Zylinder der Hubkolben- bzw. Brennkraftmaschine, insbesondere eines Motors, weist eine Zylinderlaufbuchse und vorzugsweise eine Kühleinrichtung zur Kühlung der Zylinderlaufbuchse auf. Flüssigkeitsgekühlte Motoren sind meist zu einem Block, dem sogenannten Zylinder- oder Motorblock, zusammengefasst. Der Motorblock ist Teil des Verbrennungsmotors. Der Motorblock umfasst neben den Zylindern bzw. den Zylinderlaufbuchsen auch die Kurbelwellenlagerung und bei wasser- bzw. kühlmittelgekühlten Motoren den Wassermantel. Zusammengefasst bilden diese Bauteile das Kurbelgehäuse. Bezüglich der Gestaltung der Zylinderblock-Oberseite gibt es unterschiedliche Ausführungen, nämlich die closed deck und open deck Ausführungen. Bei der closed deck Ausführung ist der die Zylinder umgebende Wassermantel nach oben verschlossen, so dass beim Draufblick auf den Motorblock nur die Zylinderlaufbuchsen sowie die Motoröl- und Kühlwasserkanalbohrungen zu sehen sind. Bei einem open deck Zylinderblock sind die Zylinder freistehend, und der Wassermantel ist nach oben offen, wobei mittels einer speziellen Kopfdichtung dieser durch den Zylinderkopf beim Zusammenbau verschlossen wird. Allerdings ist der open deck Zylinderblock gegenüber dem closed deck Zylinderblock nicht so steif und kann sich unter Beanspruchung leichter verziehen.
Damit durch die Form des Wassermantels keine Verformung der Zylinderlaufbuchsen erzeugt wird, und damit die Kolbenringe mit kleiner Vorspannung eingesetzt werden können, werden zur Zeit zwei Ansätze zur Kühlung der Zylinderlaufbuchsen mittels eines Wassermantels verfolgt. Bei einem ersten Ansatz strömt das Kühlmittel entlang der ersten und der letzten Zylinderlaufbuchse und findet dabei entlang der Strecke zwischen der ersten und der letzten Zylinderlaufbuchse einen sehr geringen hydraulischen Widerstand, der geringer ist als der Widerstand, um das Kühlmittel durch die Löcher zwischen den Zylinderlaufbuchsen zu führen. Um jedoch einen genügend großen Kühlmittelstrom durch die Löcher zu erzeugen, bedarf es bei diesem Ansatz eines riesigen Druckgefälles, welches unter Energieverbrauch erzeugt werden muss. Durch Aufbringung der Leistung, um das Druckgefälle aufbauen zu können, bietet sich bei diesem Ansatz der Vorteil, dass der Wassermantel fest ist und dass die Zylinderlaufbuchsen frei sind, um sich symmetrisch verformen zu können.
Ein weiterer Ansatz sieht einen zweiteiligen Wassermantel vor, wobei die Zylinderlaufbuchsen mit dem äußeren des Kurbelgehäuses verbunden sind, so dass das Kühlmittel durch die Löcher fließen kann. Die Verformung der Zylinderlaufbuchsen ist bei diesem Ansatz von der äußeren Geometrie und Belastung, z. B. dem Spannmoment der Zylinderkopfschrauben abhängig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wassermantel für eine verbesserte Kühlung der Zylinderlaufbuchsen eines Motors zu schaffen, wobei die Zylinderlaufbuchsen mit der äußeren Geometrie des Kurbelgehäuses unverbunden sind. Insbesondere soll die Kühlwirkung durch Aufteilung des Kühlmittelstroms, d. h. die Menge des durch die Verbindung fließenden Kühlmittels optimiert werden, wobei die Leistung zur Einstellung eines Druckgefälles zur Aufteilung des Kühlmittelstroms minimiert werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wassermantel für ein Kurbelgehäuse mit wenigstens zwei Zylinderlaufbuchsen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, sowie durch eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von Zylinderlaufbuchsen eines mehrzylindrigen Motors mit einem Wassermantel, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Wassermantel gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Wassermantel beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann, bzw. genommen wird.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Wassermantel für ein Kurbelgehäuse mit wenigstens zwei Zylinderlaufbuchsen, insbesondere für ein open deck Kurbelgehäuse einer Hubkolbenkraftmaschine, umfassend wenigstens einen die Zylinderlaufbuchsen zumindest abschnittsweise umgebenden Kühlmittelkanal mit wenigstens einer ersten Stirnmantelfläche und einer zweiten Stirnmantelfläche und zwei die Stirnmantelflächen verbindende Längsmantelflächen, und zumindest eine mit dem Kühlmittelkanal verbundene zwischen den Zylinderlaufbuchsen ausgestaltete Verbindung, insbesondere in Form eines Loches, welche die erste Längsmantelfläche mit der zweiten Längsmantelfläche verbindet gelöst, wobei erfindungswesentlich vorgesehen ist, dass an wenigstens einer der Stirnmantelflächen des Kühlmittelkanals zumindest eine Drosselstelle ausgestaltet ist, wodurch die Menge des in die Verbindung strömenden Kühlmittels einstellbar ist. Ein derartig ausgestalteter Wassermantel zur Kühlung von Zylinderlaufbuchsen ermöglicht eine effiziente Aufteilung des Kühlmittelstroms zwischen den Mantelflächen und der Verbindung des Wassermantels. Dabei wird in vorteilhafter Weise das Druckgefälle entlang der Strecke zwischen der ersten und der letzten Zylinderlaufbuchse durch die an der Stirnmantelfläche des Kühlmittelkanals ausgestaltete Drosselstelle erzeugt und dabei die zur Aufstellung des Druckgefälles benötigte Leistung minimiert. Als Drosselstelle sollen dabei insbesondere in Reihenfolge ausgestaltete schmale Durchgänge und breite Durchgänge verstanden werden, die das Volumen des Kühlmittelstroms verändern, um das gewünschte Druckgefälle zu erzeugen. Entsprechend kann durch Variation der Reihenfolge von schmalen und breiten Durchgängen die Unterteilung des Kühlmittelstroms einfach eingestellt und optimiert werden. Dabei ist lediglich zu beachten, dass die Festigkeit des Wassermantelkerns so ausgelegt werden muss, dass diese das Gießverfahren zur Herstellung der Kühlvorrichtung aushält, wobei insbesondere der Wassermantel den Druck des Gussmetalls aushalten muss, der die Einlass- und Abgaselemente gegeneinander komprimiert. Zudem sollte die Drosselstelle in vorteilhafter Weise so ausgestaltet sein, dass durch eine Reihenfolge von Beschleunigungen und Druckverlusten des Kühlmittelstroms, die durch die in Reihenfolge ausgestalteten schmalen und breiten Durchgänge vorgegeben werden, der Widerstand für den Kühlmittelstrom so eingestellt werden kann, dass zum einen eine genügend große Menge Kühlmittel durch die Verbindungen zwischen den Zylinderlaufbuchsen strömt, und dabei zum anderen der Wassermantel mit dem Äußeren des Zylinderblocks unverbunden sein kann. Entsprechend bietet sich mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Wassermantels, nämlich mit der Ausgestaltung wenigstens einer Drosselstelle an wenigstens einer der Stirnmantelflächen des Kühlmittelkanals, die Möglichkeit, den Wassermantel einteilig auszuführen, d. h. diesen ohne eine Verbindung zu dem Äußeren des Kurbelgehäuses auszugestalten, wobei unter Erzeugung eines Druckgefälles durch die Drosselstelle an den Stirnmantelflächen des Wassermantels die Menge des durch die Verbindung zwischen den Zylinderlaufbuchsen strömenden Kühlmittels so einstellbar bzw. optimierbar ist, dass die einteilige Form des Wassermantels keine Verformung der Zylinderlaufbuchsen erzeugt, so dass in vorteilhafter Weise die Kolbenringe mit kleiner Vorspannung eingesetzt werden können.
Die Drosselstelle des Wassermantels an wenigstens einer der Stirnmantelflächen ist in bevorzugter Weise als Labyrinth ausgestaltet, mit quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels und/oder in Strömungsrichtung des Kühlmittels ausgestalteten konkaven und/oder konvexen Abschnitten. Durch die konkaven und/oder konvexen Abschnitte des Wassermantels werden schmale und breite Durchgänge erzeugt, die das Volumen des dadurch strömenden Kühlmittels regulieren. Entsprechend kann über das als Drosselstelle ausgestaltete Labyrinth ein genügend großer Widerstand, d. h. ein Druckgefälle zwischen der ersten und der letzten Zylinderlaufbuchse erzeugt werden, um den Kühlmittelstrom zwischen den Mantelflächen und der Verbindung, die zwischen den Zylinderlaufbuchsen, insbesondere in Form eines Loches ausgestaltet ist, aufzuteilen.
Um insgesamt die Biegungsfestigkeit in der Entformungsebene des Wassermantels an den Stirnmantelflächen zu erhöhen, können quer oder in Strömungsrichtung des Kühlmittels Rippen und/oder Vertiefungen ausgestaltet sein, durch die lediglich eine kleine Wassermenge fließt, wodurch neben der Erhöhung der Biegungsfestigkeit in der Entformungsebene auch der Widerstand für den Kühlmittelstrom einstellbar ist, und somit das Druckgefälle zwischen der ersten und der letzten Zylinderlaufbuchse zusätzlich mittels der Rippen einstellbar ist.
Da keine zusätzliche Energie benötigt wird, um das Druckgefälle zwischen der ersten und der letzten Zylinderlaufbuchse zu erzeugen, kann über den erfindungsgemäßen Wassermantel durch Ausgestaltung der Drosselstelle das Druckgefälle des Kühlmittelstroms so eingestellt werden, dass das zwischen dem Kühlmittelkanal und der Verbindung fließende Kühlmittel aufteilbar ist. Durch diese Unterteilung des Kühlmittelstroms, der einfach über die Drosselstelle einstellbar und optimierbar ist, lässt sich durch Regulierung des durch die Verbindung und dem Kühlmittelkanal strömenden Kühlmittels erreichen, dass die Zylinderlaufbuchsen keine Verformung erzeugen, bzw. diese symmetrisch verformbar sind, so dass die Kolbenringe mit einer kleinen, bzw. sehr kleinen Vorspannung einsetzbar sind.
Um den Widerstand des Kühlmittelstroms in dem Kühlmittelkanal noch zu erhöhen, bzw. diesen einer weiteren Einstellung bzw. Optimierung zu unterziehen, kann an zumindest einer der Stirnmantelflächen des Wassermantels eine weitere Drosselstelle ausgestaltet sein, die in Form einer Aussparung ausgebildet ist. In vorteilhafter Weise ist dabei die Aussparung in radialer Orientierung entlang der Längsachsen A-A der Zylinderlaufbuchsen an wenigstens einer der Stirnmantelflächen des Wassermantels ausgestaltet. Neben den Rippen und Vertiefungen, bzw. neben dem Labyrinth, welches aus konvexen und/oder konkaven Abschnitten besteht, erfährt der Kühlmittelstrom einen weiteren Widerstand, nämlich dadurch, dass das Kühlmittel an der Stirnmantelfläche des Wassermantels durch einen Engpass fließt. Durch Ausgestaltung der weiteren Drosselstelle, d. h. durch Ausgestaltung insbesondere des Engpasses kann dadurch das Druckgefälle zwischen der ersten Zylinderlaufbuchse und der letzten Zylinderlaufbuchse noch erhöht werden, und dabei in vorteilhafter Weise die Menge des durch die Verbindung strömenden Kühlmittels noch gesteigert werden. Entsprechend kann eine genügend große Menge durch die Verbindung zwischen den Zylinderlaufbuchsen geleitet werden, ohne dass dazu der Wassermantel mit dem äußeren des Zylinderblocks verbunden werden muss. Entsprechend kann bei einteiliger Ausgestaltung des Wassermantels erfindungsgemäß die Menge des durch die Verbindung strömenden Kühlmittels einfach eingestellt und optimiert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von Zylinderlaufbuchsen eines mehrzylindrigen Motors mit einem Wassermantel gelöst, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Wassermantel, umfassend eine Innenwandung mit einer Innenmantelfläche, die zur formschlüssigen Anlage an die Zylinderlaufbuchsen ausgebildet ist, sowie eine die Innenwandung umgebende Außenwandung, wobei zwischen der Innenwandung und der Außenwandung ein Zwischenraum für ein Kühlmittel gebildet ist und wenigstens eine zwischen den Zylinderlaufbuchsen ausgestaltete Verbindung, insbesondere in Form eines Loches, wobei erfindungsgemäß die Außenwandung an wenigstens einer Stirnseite als Labyrinth mit quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels und/oder in Strömungsrichtung des Kühlmittels ausgestalteten konkaven und/oder konvexen Abschnitten ausgebildet ist.
Eine derartig ausgebildete Kühlvorrichtung, bei der die Innenwandung mit einer Innenmantelfläche zur formschlüssigen Anlage an die Zylinderlaufbuchsen ausgebildet ist, kann weiterhin gewährleistet werden, dass aufgrund der formschlüssigen Anlage der Innenmantelfläche an die Zylinderlaufbuchsen weiterhin eine effektive und gleichmäßige Kühlung der Zylinderlaufbuchsen ermöglicht ist, wodurch thermomechanische Belastungen aufgrund ungleichmäßiger thermischer Dehnungen und innerer Spannungen verringert bzw. ausgeschlossen werden können. Erfindungsgemäß ist dabei die Außenwandung an wenigstens einer Stirnseite als Labyrinth ausgestaltet, wobei konkave und konvexe Abschnitte quer oder in Strömungsrichtung des Kühlmittels ausgebildet sind. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass neben der gleichbleibend guten Kühlung der Zylinderlaufbuchsen durch die labyrinthartige Ausgestaltung der Außenwandung eine Drosselstelle, d. h. ein Widerstand für den Kühlmittelstrom an zumindest einer der Stirnseite der Kühlvorrichtung ausgestaltet ist, durch den das Druckgefälle zwischen der ersten und der letzten Zylinderlaufbuchse derart einstellbar ist, dass das zwischen der Innenwandung und der Außenwandung fließende Kühlmittel und dass zwischen den Zylinderlaufbuchsen durch die Verbindung strömende Kühlmittel aufteilbar ist.
In vorteilhafter Weise kann eine weitere Aufteilung des Kühlmittels zwischen der Verbindung und dem zwischen der Innenwandung und der Außenwandung ausgestalteten Kühlmittekanal auch durch Ausgestaltung einer Engstelle an wenigstens einer Stirnseite der Kühlvorrichtung in Form einer zusätzlichen Drosselstelle erfolgen. Dabei ist in vorteilhafter Weise die Stirnseite über ihre radiale Orientierung entlang der Längsachse A-A der Zylinderlaufbuchse verjüngt. Durch die Verjüngung oder Engstelle an der Stirnseite kann das zwischen der Innen- und Außenwandung fließende Kühlmittel im Bereich der Stirnseite der Kühlvorrichtung nicht über die gesamte radiale Orientierung entlang der Längsachse A-A der Zylinderbuchsen fließen, weshalb die als Engstelle ausgestaltete Drosselstelle einen Strömungswiderstand für das zwischen der Innen- und Außenwandung fließende Kühlmittel bildet, wodurch das Druckgefälle zwischen der ersten und der letzten Zylinderlaufbuchse einstellbar ist und dadurch die Menge des durch die Verbindung strömenden Kühlmittels steigerbar ist. Insgesamt bietet sich so unter Zugrundelegung der beiden Aspekte der vorliegenden Erfindung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen der Vorteil, den Kühlmittelstrom des Kühlmittelstroms bei einteiliger Ausgestaltung des Wassermantels durch Ausbildung bzw. Dimensionierung wenigstens einer Drosselstelle an zumindest einer Stirnseite bzw. Stirnmantelfläche der Kühlvorrichtung bzw. des Wassermantels so aufzuteilen, dass ohne zusätzliche aufzubringende Energie durch Erzeugung des Druckgefälles zwischen der ersten und der letzten Zylinderlaufbuche der Kühlmittelstrom zwischen den Mantelflächen und der Verbindung so aufzuteilen, dass eine ausreichend große und optimierbare Menge Kühlmittel durch die Verbindung zwischen den Zylinderlaufbuchsen geleitet wird bzw. strömt. Insbesondere bietet sich die Möglichkeit durch die als Labyrinth ausgestaltete Drosselstelle den Kühlmittelstrom zwischen dem Kühlmittelkanal und der Verbindung in optimaler Weise einzustellen, wobei die Leistung zum Aufbau eines Druckgefälles zwischen dem ersten und dem letzten Zylinder minimiert werden kann bzw. wie bereits beschrieben, keine zusätzliche Energie von außen zum Aufbau des Druckgefälles aufgebracht werden muss. Zudem kann mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Wassermantel eine symmetrische Verformung der Zylinderlaufbuchsen umgesetzt werden. Wenn erforderlich, kann die Konstruktion des Wassermantels bzw. der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung Rippen auf der Entformungsebene aufweisen, wenn das Gießverfahren eine bessere Biegungsfestigkeit benötigt. Dabei können die am meisten belasteten Gebiete weiterhin die für das Gießverfahren notwendige Stärke beibehalten. Schließlich bedarf es für den erfindungsgemäßen Wassermantel bzw. für die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung keiner besonderen und insbesondere keiner komplizierten Form, die das Gießverfahren zur Herstellung des Zylinderblocks erschweren oder verteuern würden.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine perspektivische Ansicht des Gesamtvolumens des erfindungsgemäßen Wassermantels,
2 einen Ausschnitt der vorderen Stirnmantelfläche des Wassermantels aus 1 in Draufsicht von oben,
3 zeigt den Wassermantel aus 1 mit zusätzlicher Drosselstelle an der vorderen Stirnmantelfläche und
4 eine perspektivische Detailansicht einer einteiligen Kühlvorrichtung in einem open deck Kurbelgehäuse.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
In der 1 ist in einer perspektivischen Ansicht das Gesamtvolumen eines erfindungsgemäßen Wassermantels 1 für ein Kurbelgehäuse 100 mit vier Zylinderlaufbuchsen 2, 3, 4 und 5 gezeigt. Der gezeigte Wassermantel 1 ist insbesondere für ein open deck Kurbelgehäuse 100 einer Hubkolben- bzw. Brennkraftmaschine ausgestaltet. Die Zylinderlaufbuchsen, 2, 3, 4 und 5 sind in der 4 dargestellt und sind in der hier vorliegenden 1 zum Anzeigen der Lage des Wassermantels 1 um die Zylinderlaufbuchsen 2, 3, 4 und 5 durch die Pfeile und deren Bezugszeichen 2, 3, 4 und 5 markiert. Um die Zylinderlaufbuchsen 2, 3, 4 und 5 herum ist der Wassermantel 1 einen Kühlmittelkanal 6 bildend, ausgestaltet. Der Kühlmittelkanal 6 streckt sich dabei über die radiale Orientierung entlang der Längsachsen A-A der Zylinderlaufbuchsen 2, 3, 4, und 5 um die Zylinderlaufbuchsen 2, 3, 4, und 5 herum. Der Kühlmittelkanal 6 ist in eine erste Stirnmantelfläche 7, die in der Darstellung im vorderen Teil des Wassermantels 1 ausgestaltet ist, und in eine zweite Stirnmantelfläche 8, die in der Darstellung im hinteren Teil des Wassermantels 1 ausgestaltet ist, aufteilbar. Die erste Stirnmantelfläche 7 ist mit der zweiten Stirnmantelfläche 8 über zwei Längsmantelflächen 9 und 10 verbunden. Die Längsmantelflächen 9 und 10 erstrecken sich dabei in paralleler Lage zueinander zwischen der ersten Zylinderlaufbuchse 2 bis zu der letzten Zylinderlaufbuchse 5. Insgesamt ist somit der Kühlmittelkanal 6 durch miteinander verbundene Stirnmantelflächen 7 und 8 und den damit verbundenen Längsmantelflächen 9 und 10 ausgestaltet. Zusätzlich sind die Längsmantelflächen 9 und 10 zwischen den Zylinderlaufbuchsen 2 und 3, 3 und 4 sowie 4 und 5 über Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 miteinander verbunden. Die Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 zwischen der Längsmantelfläche 9 und der Längsmantelfläche 10 werden dabei insbesondere in Form eines Loches 12 zwischen jeweils den Zylinderlaufbuchsen 2 und 3, 3 und 4 und 4 und 5 gebildet, durch welches das Kühlmittel von der Längsmantelfläche 9, d. h. von der Einlassseite zu der Auslassseite zwischen den Zylinderlaufbuchsen 2 und 3, 3 und 4 sowie 4 und 5 zu der Längsmantelfläche 10 fließen kann. Damit das Kühlmittel von der Längsmantelfläche 9 zu der Längsmantelfläche 10 durch die Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 strömen kann, muss das Kühlmittel zwischen dem Kühlmittelkanal 6 und den Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 aufgeteilt werden. Eine Aufteilung bzw. die Einstellung der Menge des durch die Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 strömenden Kühlmittels erfolgt durch Einstellung eines Druckgefälles zwischen der ersten Zylinderlaufbuchse 2 und der letzten Zylinderlaufbuchse 5. Um dabei zur Erzeugung eines Druckgefälles die dafür aufzubringende Leistung zu minimieren, sind an beiden Stirnmantelflächen 7 und 8 mehrere Drosselstellen 13 ausgestaltet. Insgesamt bilden dabei die Drosselstellen 13 ein Labyrinth 14 durch quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels ausgestaltete konkave und konvexe Abschnitte, die in Strömungsrichtung des Kühlmittels aneinandergereiht sind und aufeinanderfolgen. Zudem ist, wie an der vorderen Stirnmantelfläche 7 zu erkennen, zwischen jeweils zwei konvexen Abschnitten in Strömungsrichtung des Kühlmittels jeweils eine Rippe 15 ausgestaltet, die dazu dient, der Konstruktion des Wassermantels 1 für das Gießverfahren der Kühlvorrichtung 50 bzw. des Kurbelgehäuses 100 eine bessere Biegungsfestigkeit zu geben. Zum Gesamtvolumen des Wassermantels 1 ist zudem der an der Längsmantelfläche 9 im Bereich der Zylinderlaufbuchse 2 ausgestaltete Einlass 16 für das Kühlmittel zu zählen. Über den Einlass 16 wird das Kühlmittel unter Hochdruck in den Wassermantel 1 bzw. in die Kühlvorrichtung 50 gepresst und über den im Bereich der letzten Zylinderlaufbuchse 5 ausgestalteten Auslass unter Hochdruck aus dem Wassermantel 1 bzw. der Kühlvorrichtung 50 herausgepresst. Durch die Ausgestaltung der Drosselstellen 13 an den Stirnmantelflächen 7 und 8 des Wassermantels 1 wird die Aufteilung des Kühlmittels zwischen dem Kühlmittelkanal 6 und den Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 geleistet. Durch die aufeinanderfolgenden konkaven und konvexen Abschnitten der Drosselstellen 13 kommt es nämlich zu einer Reihenfolge von Beschleunigungen und Druckverlusten des von der Einlassseite über den Einlass 16 zu der Auslassseite in dem Kühlmittekanal 6 fließenden Kühlmittels, wodurch ein Druckgefälle zwischen der ersten Zylinderlaufbuchse 2 und der letzten Zylinderlaufbuchse 5 aufgebaut wird, was dazu dient, dass durch den Kühlmittelkanal 6 fließende Kühlmittel aufzuteilen, nämlich dieses im Bereich der Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 aufzuteilen, wodurch die Menge des durch die Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 strömenden Kühlmittels einstellbar ist. Da die aufeinanderfolgenden konkaven und konvexen Abschnitte zu Beschleunigungen und Druckverlusten führen, d. h. einen Widerstand für das in dem Kühlmittelkanal 6 strömenden Kühlmittel bilden, kann durch Ausgestaltung, d. h. durch Aufeinanderfolge von konkaven und konvexen Abschnitten insgesamt die Drosselstelle 13 bzw. das Labyrinth 14 so ausgestaltet werden, dass die Unterteilung des Kühlmittelstroms zwischen dem Kühlmittelkanal 6 und den Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 in einfacher Art und Weise eingestellt und optimiert werden kann. Möchte man beispielsweise die Menge des durch die Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 strömenden Kühlmittels erhöhen, kann in einfacher Weise der Widerstand für das Kühlmittel im Bereich der Stirnmantelflächen 7 und/oder 8 durch eine weitere Drosselstelle 13, nämlich durch eine zusätzliche konkave und/oder konvexe Ausgestaltung der Stirnmantelfläche 7 und/oder 8 erhöht werden. Anders gesagt, kann durch die Vergrößerung des Labyrinths 14 durch zusätzliche Drosselstellen 13, die als konkave und/oder konvexe Abschnitte ausgebildet sind, der Widerstand für das Kühlmittel in einfacher Weise erhöht werden, und dadurch die Aufteilung des Kühlmittels zwischen dem Kühlmittelkanal 6 und den Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 in einfacher Weise eingestellt und optimiert werden.
2 zeigt zur Darstellung der Reihenfolge von Beschleunigungen und Druckverlusten im Bereich der konkaven und konvexen Abschnitte, die als Drosselstellen 13 innerhalb des Labyrinths 14 an den Stirnmantelflächen 7 und 8 des Wassermantels 1 ausgestaltet sind, die Stirnmantelfläche 7 in einer Detailansicht in Draufsicht von oben, wobei der Kühlmittelfluss als Wasserflusspfade („WFP“, water flow paths), d. h. insbesondere dessen Beschleunigung und dessen Abbremsung schematisch eingezeichnet ist. Das Kühlmittel fließt in der Darstellung der 2 von der Einlassseite, nämlich in der Darstellung von links zu der Auslassseite, in der Darstellung rechts. Das von der Längsmantelfläche 9 strömende Kühlmittel gelangt in einen ersten konkaven Abschnitt einer ersten Drosselstelle 13, wobei der konkave Abschnitt quer zur Fließrichtung entlang der Längsachse A-A der Zylinderlaufbuchse 2, 3, 4 und 5 ausgestaltet ist, wobei es zu einer Druckerhöhung und Beschleunigung des Kühlmittels kommt, und tritt danach in einem konvexen Abschnitt unter Druckverlust ein. Danach tritt das Kühlmittel wieder in einen konkaven Abschnitt unter Erhöhung des Drucks und Beschleunigung des Kühlmittels ein und wird in einem weiter darauffolgenden konvexen Abschnitt durch Druckverlust wieder entschleunigt. Die Aufeinanderfolge von konkaven und konvexen Abschnitten kann dabei beliebig sein und dient hier in erfindungsgemäßer Weise zur Ausgestaltung eines Labyrinths 14 über das die Aufteilung des Kühlmittelstroms zwischen dem Kühlmittelkanal 6 und den Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 einstellbar ist.
In der 3 ist der Wassermantel 1 der 1 mit Blick auf die hintere Längsmantelfläche 10 gezeigt. Im Gegensatz zu dem Wassermantel 1 aus 1 ist in dem in der 3 dargestellten Wassermantel 1 an der Stirnmantelfläche 7 eine weitere Drosselstelle 130 in Form einer Aussparung ausgestaltet. Über der Aussparung 130 bildet die Stirnmantelfläche 7 des Wassermantels 1 eine in Strömungsrichtung des Kühlmittels liegende Engstelle aus, wodurch die Aufteilung des Kühlmittelstroms zwischen dem Kühlmittelkanal 6 und den Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 weiter steigerbar ist. Das bedeutet, dass durch die Ausgestaltung einer weiteren Drosselstelle 130 eine zusätzliche Einstellung der Aufteilung des Kühlmittelstroms zwischen dem Kühlmittelkanal 6 und den Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 neben den als konkaven und konvexe Abschnitte ausgestalteten Drosselstellen 13 innerhalb des Labyrinths 14 einstellbar ist, d. h. der Widerstand für das in dem Wassermantel 1 fließenden Kühlmittel durch Ausgestaltung einer weiteren Drosselstelle 130 erhöht werden kann.
Schließlich zeigt 4 eine Kühlvorrichtung 50 eines Kurbelgehäuses 100 zur Kühlung von Zylinderlaufbuchsen 2, 3, 4 und 5 eines mehrzylindrigen Motors mit einem Wassermantel 1, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Wassermantel 1. Die Kühlvorrichtung 50 umfasst eine Innenwandung 51 mit einer Innenmantelfläche 52 die zur formschlüssigen Anlage an die Zylinderlaufbuchsen 2, 3, 4 und 5 ausgebildet ist. Die Innenwandung 51 ist von einer Außenwandung 54 umgeben, wobei zwischen der Innenwandung 51 und der Außenwandung 54 ein Zwischenraum 55 ausgebildet ist, der den Kühlmittelkanal 6 bildet. Zwischen den Zylinderlaufbuchsen 2 und 3, 3 und 4 sowie 4 und 5 sind Löcher 12, insbesondere in Form von Bohrungen oder Fräsungen ausgestaltet, die zum Durchströmen des Kühlmittels zwischen den Zylinderlaufbuchsen 2 und 3, 3 und 4 sowie 4 und 5 dienen. Die Löcher 12 sind von der Einlassseite zu der Auslassseite der Kühlvorrichtung 50, d. h. von der Längsmantelfläche 9 zu der Längsmantelfläche 10 nach unten laufend, d.h. abfallend angelegt. Über die Löcher 12 werden die Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3 zwischen der Längsmantelfläche 9 und der Längsmantelfläche 10 des Wassermantels 1 gebildet. Die Außenwandung 54 ist an den Stirnseiten 56 und 57 der Kühlvorrichtung 50 zur Ausbildung eines Labyrinths 14 mit quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels ausgestalteten konkaven und konvexen Abschnitten ausgebildet, die als Drosselstellen 13 innerhalb des Labyrinths 14 zur Einstellung eines Widerstandes für das Kühlmittel und zur Erzeugung eines Druckgefälles zwischen der ersten Zylinderlaufbuchse 2 und der letzten Zylinderlaufbuchse 5, ausgebildet sind. Wie bereits für den Wassermantel 1 in der 2 beschrieben, wird durch die Aufeinanderfolge der konkaven und der konvexen Abschnitte das in dem Zwischenraum 55 geführte Kühlmittel in Strömungsrichtung gebremst und wieder beschleunigt, wodurch eine Aufteilung des Kühlmittelstroms zwischen dem Zwischenraum 55, der den Kühlmittekanal 6 bildet, und den Löchern 12 steuerbar ist. Bei dem hier in der 4 dargestellten Kurbelgehäuse 100 handelt es sich um ein open deck Kurbelgehäuse 100 einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine. Die Aufteilung des Kühlmittelstroms zwischen dem Zwischenraum 55 bzw. dem Kühlmittelkanal 6 und den Löchern 12 bzw. den Verbindungen 11.1, 11.2 und 11.3, erlaubt es den Zylinderlaufbuchsen 2, 3, 4 und 5 sich symmetrisch zu verformen.
Bezugszeichenliste

1: Wassermantel
2: Zylinderlaufbuchse
3: Zylinderlaufbuchse
4: Zylinderlaufbuchse
5: Zylinderlaufbuchse
6: Kühlmittelkanal
7: erste Stirnmantelfläche
8: zweite Stirnmantelfläche
9: erste Längsmantelfläche
10: zweite Längsmantelfläche
11.1: Verbindung
11.2: Verbindung
11.3: Verbindung
12: Loch, Löcher
13: Drosselstelle
14: Labyrinth
15: Rippe
16: Einlass
50: Kühlvorrichtung
51: Innenwandung
52: Innenmantelfläche
54: Außenwandung
55: Zwischenraum
56: Stirnseite
57: Stirnseite
100: Kurbelgehäuse
130: Drosselstelle, Aussparung
A-A: Längsachse der Zylinderlaufbuchsen
WFP: Water Flow Path

Claims

Wassermantel (1) für ein Kurbelgehäuse (100) mit wenigstens zwei Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5), insbesondere für ein open deck Kurbelgehäuse (100) einer Hubkolbenkraftmaschine, umfassend wenigstens einen die Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5) zumindest abschnittsweise umgebenden Kühlmittelkanal (6) mit wenigstens einer ersten Stirnmantelfläche (7) und einer zweiten Stirnmantelfläche (8) und zwei die Stirnmantelflächen (7, 8) verbindende Längsmantelflächen (9, 10), und zumindest eine mit dem Kühlmittelkanal (6) verbundene zwischen den Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5) ausgestaltete Verbindung (11.1, 11.2, 11.3), insbesondere in Form eines Loches (12), welche die erste Längsmantelfläche (9) mit der zweiten Längsmantelfläche (10) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer der Stirnmantelflächen (7, 8) der Kühlmittelkanal (6) zumindest eine Drosselstelle (13) ausgestaltet ist, wodurch die Menge des in die Verbindung strömenden Kühlmittels einstellbar ist.
Wassermantel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (13) als Labyrinth (14) mit aneinandergereihten und quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels und/oder in Strömungsrichtung des Kühlmittels ausgestalteten konkaven und/oder konvexen Abschnitten ausgebildet ist.
Wassermantel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (13) zumindest eine quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels und/oder in Strömungsrichtung des Kühlmittels ausgestaltete Rippe (15) und/oder Vertiefung aufweist.
Wassermantel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Drosselstelle (13) und/oder das Labyrinth (14) ein Druckgefälle entlang der Strecke zwischen den Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5) erzeugbar ist.
Wassermantel (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellung des Druckgefälles der Kühlmittelstrom zwischen dem Kühlmittelkanal (6) und der Verbindung (11.1, 11.2, 11.3) aufteilbar ist.
Wassermantel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Regulierung des durch die Verbindung (11.1, 11.2, 11.3) und durch den Kühlmittelkanal (6) strömenden Kühlmittels die Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5) symmetrisch verformbar sind.
Wassermantel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer der Stirnmantelflächen (7, 8) eine weitere Drosselstelle in Form einer Aussparung (130) ausgestaltet ist.
Kühlvorrichtung (50) zur Kühlung von Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5) eines mehrzylindrigen Motors mit einem Wassermantel (1), insbesondere mit einem Wassermantel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine Innenwandung (51) mit einer Innenmantelfläche (52), die zur formschlüssigen Anlage an die Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5) ausgebildet ist, eine die Innenwandung (51) umgebende Außenwandung (54), wobei zwischen der Innenwandung (51) und der Außenwandung (54) ein Zwischenraum (55) für ein Kühlmittel gebildet ist, und wenigstens eine zwischen den Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5) ausgestaltete Verbindung (11.1, 11.2, 11.3), insbesondere in Form eines Loches (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandung (54) an wenigstens einer Stirnseite (56, 57) zur Ausbildung eines Labyrinth (14) mit quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels und/oder in Strömungsrichtung des Kühlmittels ausgestalteten konkaven und/oder konvexen Abschnitten ausgebildet ist.
Kühlvorrichtung (50) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer der Stirnseiten (56, 57) über die radiale Orientierung entlang der Längsachsen (A-A) der Zylinderlaufbuchsen (2, 3, 4, 5) zumindest abschnittsweise eine Drosselstelle (13) in Form einer Engstelle ausgestaltet ist, wodurch die Menge des durch die Verbindung (11.1, 11.2, 11.3) strömenden Kühlmittels steigerbar ist.