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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug mit einem Zylinderkurbelgehäuse und mit wenigstens einem Zylinderkopf, wobei die Brennkraftmaschine wenigstens abschnittsweise einen kraftaufnehmenden und die Grundstruktur wenigstens des Zylinderkurbelgehäuses und des Zylinderkopfes bildenden Grundkörper aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug.
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STAND DER TECHNIK
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Die
DE 198 20 214 A1 offenbart eine Dämpfungseinrichtung zum Schutz von Insassen in einem Fahrzeug. Bei einem Aufprall des Fahrzeugs kann die Dämpfungseinrichtung ein Mittel zur Energieaufnahme bilden, sodass die Schwere der Verletzung der Insassen bei einem Unfall verringert wird. Jedoch muss bei schweren Auffahrunfällen festgestellt werden, dass sich die Brennkraftmaschine oder weitere Aggregate im Motorraum des Fahrzeugs durch die Stirnwand des Fahrzeugs hindurch in den Insassenraum bewegen können, wodurch erhebliche Verletzungen der Insassen hervorgerufen werden. Insbesondere das massebehaftete, steif ausgebildete Zylinderkurbelgehäuse und der oder die Zylinderköpfe der Brennkraftmaschine bilden eine Gefahr für die Insassen, wenn sich die Brennkraftmaschine aus der Befestigung des Fahrzeugrahmens im Crashfall löst.
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Um eine optimale Energieaufnahme in einem Crashfall im Fahrzeugvorderbereich zu gewährleisten, werden Bauteile im Bereich der Fahrzeugfront vorgesehen, die eine geringere Steifigkeit aufweisen und ein vergrößertes Deformationsvermögen besitzen, durch das bei einer äußeren Krafteinwirkung die kinetische Energie in Verformungsenergie umgewandelt werden kann. Bekannt sind hierfür kontrollierte deformierbare Längsträger und spezielle Bestandteile im Front-End des Fahrzeugs, wobei auch die Stirnwand zwischen dem Motorraum und dem Insassenraum des Fahrzeugs kontrolliert deformierbare Strukturteile aufweisen kann. Bei einem Bruch der Stirnwand und bei einem Einbringen des Zylinderkurbelgehäuses in den Insassenraum des Fahrzeugs sind erhebliche Verletzungen jedoch bislang nicht zu vermeiden.
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Die
DE 100 21 198 A1 offenbart ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, das zur Aufnahme einer in einer Kurbelwellenachse drehbaren Kurbelwelle ausgebildet ist, wobei das Zylinderkurbelgehäuse einen Grundkörper aufweist, der eine kraftaufnehmende Grundstruktur des Zylinderkurbelgehäuses bildet. Jedoch kann auch bei einer solchen Ausführung des Zylinderkurbelgehäuses nicht verhindert werden, dass in einem Crashfall des Fahrzeugs durch das Zylinderkurbelgehäuse erhebliche Verletzungen der Fahrzeuginsassen hervorgerufen werden.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses und eines Zylinderkopfes, das so ausgebildet ist, dass die Schwere der Verletzungen der Fahrzeuginsassen in einem Crashfall des Fahrzeugs reduziert wird. Insbesondere soll erreicht werden, dass durch eine besondere Bauart der Brennkraftmaschine selbst der Insassenschutz verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 13 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Zur Lösung der der Erfindung vorangehenden Aufgabe ist vorgesehen, dass überwiegend außenseitig auf dem Grundkörper des Zylinderkörpergehäuses und/oder des Zylinderkopfes ein Schutzkörper aus einem Material mit einer Steifigkeit angeordnet ist, die geringer ist als die Steifigkeit des Grundkörpers, sodass der Schutzkörper in einem Crashfall des Fahrzeuges einen Insassenschutz bildet.
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Kerngedanke der Erfindung ist die mehrteilige Ausbildung der wesentlichen Bestandteile einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Zylinderkurbelgehäuses und/oder eines Zylinderkopfes, umfassend einen kraftaufnehmenden Grundkörper zur Bildung der Grundstruktur des Zylindergehäuses und überdies umfassend einen Schutzkörper aus einem Material mit geringerer Steifigkeit. In einem Crashfall kann der Schutzkörper entweder deformieren oder zerbrechen, sodass ein zusätzlicher Weg insbesondere zur Energieaufnahme gebildet ist.
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Entscheidend ist dabei, dass auch der Schutzkörper zur Bildung des eigentlichen Zylinderkurbelgehäuses beiträgt und Bestandteil desselben ist und nicht lediglich eine Art Mantel um ein konventionelles Zylinderkurbelgehäuse oder Zylinderkopfes bildet. Diese zusätzliche Funktion ergibt sich aus dem Grundkörper, der lediglich die Grundstruktur der Motorkomponente der Brennkraftmaschine bildet, und die Motorkomponente wird ausgehend vom Grundkörper vervollständigt durch den Schutzkörper, der überwiegend außenseitig auf dem Grundkörper angeordnet ist, wobei dieser den Grundkörper jedoch auch wenigstens partiell umschließen oder sich in Zwischenräume des Grundkörpers hinein erstrecken kann.
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Der Grundkörper kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein, und es kann beispielsweise ein erster Grundkörper vorgesehen sein, der das Zylinderkurbelgehäuse bildet und es kann ein zweiter Grundkörper vorgesehen sein, der den Zylinderkopf bildet. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung auch weitere Motorkomponenten den erfindungsgemäßen Aufbau mit einem mechanisch steifen Grundkörper und mit einem biegeweichen Schutzkörper aufweisen, beispielsweise Anbaukomponenten wie Ansaugkrümmer oder dergleichen.
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Mit besonderem Vorteil ist der Grundkörper aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet, und/oder der Schutzkörper ist aus einem Kunststoff und/oder einem Faserverbundmaterial ausgebildet. Damit ist der Grundkörper in sich starr und struktursteif ausgeführt, sodass die Kräfte, die durch den Betrieb der Brennkraftmaschine auf das Zylinderkurbelgehäuse und/oder den Zylinderkopf wirken, von der Grundstruktur aufgenommen werden. Der Schutzkörper trägt dabei nicht oder nur unwesentlich zur Bildung der kraftaufnehmenden Grundstruktur der Komponente bei, jedoch kann der Schutzkörper beispielsweise in der Grundstruktur des Grundkörpers vorhandene Öffnungsberieche schließen, und damit zur vollständigen Einhausung der Kurbelwelle und dem sich im Kurbelraum befindenden Kühlmedium beitragen.
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Insbesondere ist es von Vorteil, dass der Schutzkörper wenigstens abschnittsweise oder überwiegend oder vollumfänglich eine Schutzhülle um den Grundkörper bildet. Der Schutzkörper weist dabei eine geringere Steifigkeit auf als der Grundkörper, was sich durch die Steifigkeitsdifferenz zwischen dem Grundkörper und dem Schutzkörper ergibt. Insbesondere weist der Grundkörper keine die Kurbelwelle vollständig umschließende Struktur auf, sondern der Grundkörper kann beispielsweise eine Skelettstruktur umfassen. Die Öffnungsbereiche zwischen den Rippen, Streben und sonstigen Bestandteilen der Skelettstruktur werden geschlossen mit dem Schutzkörper, wobei der Schutzkörper einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein kann. Beispielsweise kann der Schutzkörper aus einer Anzahl von außenseitig auf dem Grundkörper aufbringbaren Platten oder Schalen bestehen, wobei die Wanddicke des Schutzkörpers beispielsweise 1,5 bis 10-mal so groß ist wie die Strukturdicke des Grundkörpers. Die Strukturdicke des Grundkörpers beschreibt dabei die Dicke von Wandungen, Streben, Rippen, Verbindungen und dergleichen, die den Grundkörper bilden.
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Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, dass der Schutzkörper Haltemittel zur Anordnung von Nebenaggregaten an der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs aufweisen. Beispielsweise können am Schutzkörper eine Lichtmaschine, ein Klimakompressor, ein Ölkühler und dergleichen angeordnet werden und im Crashfall können sich aufgrund der geringeren Steifigkeit des Materials des Schutzkörpers die angeordneten Nebenaggregate von dem Zylinderkurbelgehäuse und/oder dem Zylinderkopf lösen.
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Neben Mitteln und insbesondere Kanälen zur Medienführung kann der Schutzkörper vordergründig die Funktion der Abdichtung des Kurbelraums erfüllen, und weist der Schutzkörper mehrere plattenartige Elemente auf, die außenseitig an den Grundkörper angebracht werden, so können diese miteinander mediendicht verklebt oder mit Verbindungsmitteln verbunden werden. Beim Zylinderkopf kann überwiegend beispielsweise die Außenhaut aus dem Schutzkörper bestehen, während der Grundkörper eine innen liegende Grundstruktur bildet.
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Ein besonderer Vorteil wird erreicht, wenn der Grundkörper mittels einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt ist, wobei auch der Schutzkörper entsprechend aus einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt werden kann. Generative Fertigungsverfahren bieten ein hohes Maß an Flexibilität und Gestaltungsfreiheit und bieten insbesondere eine bevorzugte Technologie zur Herstellung von rippenartigen, skelettähnlichen Strukturen, ohne dass Entformungsschrägen vorgesehen werden müssen oder beispielsweise muss das Vermeiden von Hinterschneidungen nicht beachtet werden, wie es der Fall ist bei der konventionellen Herstellung von Gusskörpern. Der Schutzkörper kann im Spritzgussverfahren hergestellt werden, wobei auch ein Schäumverfahren mit einem beispielsweise anschließenden Tiefziehen eine mögliche Fertigungsvariante darstellen kann. Insbesondere besteht aber auch die Möglichkeit, den Schutzkörper an den Grundkörper anzuspritzen, wobei vorzugsweise wenigstens Teile des Grundkörpers mit dem Material des Schutzkörpers umspritzt werden können.
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Die Erfindung richtet sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses und/oder eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, wobei Verfahren wenigstens die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Grundkörpers, der zur wenigstens abschnittsweisen Bildung des Zylinderkurbelgehäuses und/oder des Zylinderkopfes eine kraftaufnehmende Grundstruktur aufweist und überwiegend außenseitiges Anordnen eines Schutzkörpers aus einem Material auf oder an dem Grundkörper, aufweisend eine Steifigkeit, die geringer ist als die Steifigkeit des Grundkörpers, sodass der Schutzkörper in einem Crashfall des Fahrzeugs einen Insassenschutz bildet.
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Ein besonderes Merkmal des Verfahrens ist darin zu sehen, dass der Grundkörper mittels eines generativen Fertigungsverfahrens bereitgestellt wird und/oder dass der Schutzkörper mittels eines Spritzgussverfahrens oder beispielsweise auch mittels eines Schäumverfahrens bereitgestellt wird. Insbesondere kann der Schutzkörper an dem Grundkörper angespritzt werden oder der Grundkörper wird mit dem Schutzkörper umgespritzt, und das generative Fertigungsverfahren kann beispielsweise ein selektives Lasersintern betreffen, wobei jede Form des sogenannten 3-D-Druckes Verwendung finden kann.
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BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Zylinderkurbelgehäuses in Anordnung in einem Fahrzeug und
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2 eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkurbelgehäuses, umfassend einen Grundkörper und einen Teil eines Schutzkörpers.
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1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Zylinderkurbelgehäuse 11 und einen Zylinderkopf 12 als Beispiel von Motorkomponenten im Motorraum einer Brennkraftmaschine 1 eines Fahrzeugs 10, welches vorderseitig dargestellt ist, und eine Stirnwand 20 umfasst, die einen Motorraum 23 von einem Insassenraum 24 trennt.
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Im Zylinderkurbelgehäuse 11 ist in einer Kurbelwellenachse 15a rotierbar eine Kurbelwelle 15 aufgenommen, und das Zylinderkurbelgehäuse 11 weist einen Kurbelraum 19 auf, in dem die Kurbelwelle 15 angeordnet ist. Oberseitig auf dem Zylinderkurbelgehäuse 11 befindet sich in beispielhafter, schematisch vereinfachter Darstellung ein Zylinderkopf 12.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist mit dem Zylinderkurbelgehäuse 11 und einem Zylinderkopf 12 dargestellt, wobei die Darstellung stark schematisiert ist, und der Zylinderkopf 12 kann beispielsweise vom Zylinderkurbelgehäuse 11 entnommen werden.
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Das Zylinderkurbelgehäuse 11 weist eine Grundstruktur auf, die durch einen Grundkörper 13 gebildet ist und der Grundkörper 13 kann beispielsweise aus einem Grauguss ausgebildet oder mittels einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt sein. Außenseitig auf dem Grundkörper 13 befindet sich ein Schutzkörper 14, der den Grundkörper 13 beispielsweise voll umfänglich umschließt. Der Grundkörper 13 muss dabei nicht bereits eine vollständig umschlossene Struktur aufweisen, um den Kurbelraum 19 flüssigkeitsdicht auszubilden, sondern der Grundkörper 13 kann beispielsweise auch eine Rippenstruktur oder eine Skelettstruktur aufweisen. Die Flüssigkeitsdichtigkeit zur Ausgestaltung des Kurbelraums 19 wird schließlich durch den Schutzkörper 14 erreicht, und der Schutzkörper 14 umgibt den Grundkörper 13 wenigstens überwiegend außenseitig, wobei auch Strukturbestandteile des Schutzkörpers 14 zwischen Strukturbestandteilen des Grundkörpers 13 angeordnet sein können.
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Die Steifigkeit des Schutzkörpers 14 ist deutlich geringer ausgebildet als die Steifigkeit des Grundkörpers 13. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Schutzkörper 14 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, während der Grundkörper 13 konventionell aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist. In einem Crashfall kann damit der Schutzkörper 14 plastisch verformen oder zerbrechen, sodass ein zusätzlicher Beitrag für die gesamte Energieaufnahme entsteht. Als wesentlicher weiterer Vorteil wird die Masse des Zylinderkurbelgehäuses 11 und des Zylinderkopfes 12 reduziert, was neben Verbrauchsvorteilen des Fahrzeugs 10 auch im Crashfall vorteilhaft ist, da ein Zylinderkurbelgehäuse 11 mit einer geringeren Masse auch geringere Verletzungen bei den Insassen im Insassenraum 24 erzeugt.
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Zwischen dem Front-End des Fahrzeugs 10 und beispielhaft dem Zylinderkurbelgehäuse 11 des Fahrzeugs 10 sind Crashabstände A’, A’’, B’ und B’’ dargestellt. Die Crashabstände A’, A’’ zeigen diejenigen Abstände, die unter Berücksichtigung des Schutzkörpers 14 entstehen und die Ansicht verdeutlicht, dass die Crashabstände A’, A’’ größer sind als die Crashabstände B’, B’’, die gegeben wären, wenn der Schutzkörper 14 und der Grundkörper 13 einteilig aus einem beispielsweise Gussmaterial hergestellt wären. Durch den im Crashfall zerstörbaren Schutzkörper 14 erhöht sich dabei der Crashabstand, beispielsweise um die 1-fache oder auch um die 2-fache Dicke des Schutzkörpers 14, die beispielsweise mehrere cm betragen kann. Hingegen kann der Grundkörper 13 bzgl. des Werkstoffaufwandes minimiert ausgeführt werden, sodass die auftretenden Betriebskräfte in dem Zylinderkurbelgehäuse 11 und/oder dem Zylinderkopf 12 gerade getragen werden können. Der Schutzkörper 14 kann dabei zusätzlich zur Aussteifung des Grundkörpers 13 beitragen, insbesondere, wenn der Grundkörper 13 eine Skelettstruktur aufweist. Im Crashfall ist jedoch eine bewusste Zerstörung des Schutzkörpers 14 vorgesehen und gewünscht, insbesondere, um die Crashabstände B’, B’’ zu vergrößern, sodass ein größerer Gesamt-Crashabstand erzeugt wird, wie mit den Crashabständen A’, A’’ dargestellt.
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Zylinderkurbelgehäuse 11, und unterseitig sind Lagerschalen 18 vorhanden, um die Kurbelwelle 15 zu lagern, während oberseitig die Zylinderbohrungen 21 zur Aufnahme der Kolben der Brennkraftmaschine 1 dargestellt sind. Das Zylinderkurbelgehäuse 11 zeigt die beiden Bestandteile, aus denen dieses erfindungsgemäß aufgebaut ist, nämlich den Grundkörper 13 aus einem beispielsweise konventionellen Grauguss in einer material-minimierten Ausführung und einen teilweise dargestellten Schutzkörper 14. Der Schutzkörper 14 weist dabei auch weitere Funktionen auf, die gebildet werden können, beispielsweise durch einen Kanal 17 zur Medienführung, wobei auch ein Haltemittel 16 dargestellt ist, um beispielsweise Nebenaggregate der Brennkraftmaschine 1 am Schutzkörper 14 und damit am Zylinderkurbelgehäuse 11 anzuordnen. Der Schutzkörper 14 bildet ein plattenartiges Element, das zudem Rippenstrukturen 25 zur Aussteifung aufweist. Die Rippenstrukturen 17 können beispielsweise so gestaltet sein, dass bei einer Krafteinwirkung von der Außenseite ein Bruch des Schutzkörpers 14 schneller erreicht wird, als bei einer Krafteinwirkung von der Innenseite des Schutzkörpers 14.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktive Einzelheiten oder räumliche Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 10
- Fahrzeug
- 11
- Zylinderkurbelgehäuse
- 12
- Zylinderkopf
- 13
- Grundkörper
- 14
- Schutzkörper
- 15
- Kurbelwelle
- 15a
- Kurbelwellenachse
- 16
- Haltemittel
- 17
- Kanal
- 18
- Lagerschale
- 19
- Kurbelraum
- 20
- Stirnwand
- 21
- Zylinderbohrung
- 22
- Fahrzeugrad
- 23
- Motorraum
- 24
- Insassenraum
- 25
- Rippenstruktur
- A‘, A‘‘
- Crashabstand ohne Schutzkörper
- B‘, B‘‘
- Crashabstand mit Schutzkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19820214 A1 [0002]
- DE 10021198 A1 [0004]
