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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe mit einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Motor eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine solche Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen bzw. Kraftfahrzeugmotoren weisen eine Zylinderblockanordnung auf, bei der ein Zylinderkopf und ein Zylinderblock einen oder mehrere Zylinder ausbilden. Zylinderkopf und Zylinderblock werden zunächst getrennt durch aufwendige spanende Verfahren hergestellt. Für den anschließenden Einbau im Motor werden Zylinderkopf und ein Zylinderblock mit Schrauben oder anderen geeignete Befestigungsvorrichtungen montiert. Dabei wird zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock eine Zylinderkopfdichtung eingelegt.
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Die Zylinderkopfdichtung ist dafür ausgebildet, den Bereich zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock abzudichten. Neben der Aufgabe, die verschiedenen Medien wie Gase, Wasser und Öl im Motor voneinander und nach außen abzudichten, dienen Zylinderkopfdichtungen außerdem als Kraftübertragungsglied. So hat die Zylinderkopfdichtung etwa zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock einen erheblichen Einfluss auf die Kraftverteilung innerhalb des gesamten Motorsystems.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, bei denen einzelne Bauteile einer Baugruppe im sogenannten „Bruchtrennverfahren“ hergestellt werden. Das Bruchtrennverfahren ist ein Trennverfahren oder Spaltverfahren. Dabei werden Bauteile an einer vorab festgelegten Stelle „zerbrochen“. An den Bruchstellen werden somit an den getrennten Bauteilen präzise Passflächen für die nachfolgende Montage erzeugt. Verwendet wird das Bruchtrennverfahren im Stand der Technik zur Herstellung von Pleuellagern.
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Bruchgetrennte Pleuellager werden dabei zunächst in einem Gussverfahren einteilig als Monoblock hergestellt und beim Ausgießen mit Bruchkerben versehen. An den gekerbten Stellen wird der Monoblock in zwei Teile zerbrochen. Die Bruchflächen passen exakt zusammen und können bei der Montage auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle verschraubt werden. Am montierten Pleuellager ist die Trennfuge fast nicht mehr sichtbar. Aufgrund der individuellen Bruchgeometrie gehören beide Teile eines Pleuellagers zusammen und sind nicht einzeln austauschbar. Bruchgetrennte Pleuellager bieten hinsichtlich Festigkeit, Fertigungsgenauigkeit sowie der Herstellungskosten Vorteile. Es ist ein exakter Sitz zwischen den Bauteilen gewährleistet und die Kraftübertragung erfolgt besser als bei zwei getrennt hergestellten Bauteilen.
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So werden bspw. in der
DE 10 2011 088 141 A1 die Kurbelwellenträger mit dem Zylinderblock aus einem einstückigen Materialstück geformt, indem sie zunächst durch einen einzigen Gießvorgang hergestellt werden. Die Kurbelwellenträger können nach dem Gießen von dem Zylinderblock abgespalten oder auf andere Weise getrennt werden, so dass eine Kurbelwelle an dem Kurbelwellenträger montiert werden kann.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren für eine Baugruppe mit einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock sind vergleichsweise anfällig für Motorversagen, wofür insbesondere die im Verbindungsbereich von Zylinderkopf und Zylinderblock vorgesehene Zylinderkopfdichtung verantwortlich ist.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik ist noch Raum für Verbesserungen vorhanden. Aufgabe der Erfindung ist, die Wahrscheinlichkeit eines Motorversagens zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe mit einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Baugruppe mit einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die abhängigen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe mit einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Motor eines Kraftfahrzeugs, wobei der Zylinderkopf und der Zylinderblock gemeinsam einen oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine ausbilden. Das Herstellungsverfahren weist dabei mindestens die folgenden Schritte auf: In einem ersten Fertigungsschritt wird ein Monoblock ausgebildet, wobei ein Zylinderkopf und ein Zylinderblock einstückig miteinander verbundenen sind. In einem auf den ersten Fertigungsschritt folgenden zweiten Fertigungsschritt wird der Monoblock in zwei oder mehr Bauteile der Baugruppe getrennt, wobei ein erstes Bauteil den Zylinderkopf und ein zweites Bauteil den Zylinderblock aufweist. In einem auf den zweiten Fertigungsschritt folgenden dritten Fertigungsschritt werden der Zylinderblock und der Zylinderkopf fluiddicht miteinander verbunden.
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Das fluiddichtende Verbinden im dritten Fertigungsschritt kann als lösbare Verbindung mit Schrauben oder als nicht lösbare permanente Verfügung mit einem Haftmittel oder mit mechanischen Fügemitteln realisiert werden. Durch die fluiddichtende Verbindung zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock werden die innerhalb und/oder zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock strömenden Medien wie Gase, Wasser und Öl im Motor voneinander und nach außen zur Umgebung hin abgedichtet. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Zylinderkopf-Zylinderblock-Anordnung bietet verschiedene Vorteile. Vor allem kann auf die Zylinderkopfdichtung verzichtet werden, womit ein Motorversagen aufgrund eines Versagens der Zylinderkopfdichtung entfällt. Die Ausfallsicherheit eines Kraftfahrzeugs kann damit verbessert werden.
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Vorzugsweise wird der den Zylinderkopf und den Zylinderblock aufweisende Monoblock in dem ersten Fertigungsschritt einstückig gegossen.
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Mit einem einzigen Fertigungsschritt können damit mindestens zwei Bauteile des Motors gefertigt werden, wofür bislang mindestens zwei Fertigungsschritte, insbesondere zwei Gießschritte, notwendig waren. Damit ist nur noch die Anfertigung einer Gussform nötig, was das Herstellungsverfahren vereinfacht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Monoblock in dem ersten Fertigungsschritt mit einer Trennkerbe ausgebildet, insbesondere gegossen, wobei die Trennkerbe den Monoblock teilweise oder vollständig umlaufend ausgebildet wird.
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Als Trennkerbe im Sinne der Erfindung kann jede Trennkante, Trennlinie oder vergleichbare Sollbruchstelle verstanden werden, die einen Ansatz für ein Trennwerkzeug erleichtert und oder den Trennvorgang zwischen Zylinderkopf und Zylinderkopf zielgerichtet ermöglicht. Die Gussform für den Monoblock wird dabei so ausgebildet, dass sich die Trennkerben bereits beim Ausgießen der Gussform bilden können.
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Vorzugsweise wird der Monoblock in dem zweiten Fertigungsschritt entlang der Trennkerbe getrennt und/oder gespalten und/oder gebrochen.
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Das Trennverfahren im zweiten Fertigungsschritt ist insbesondere als Bruchtrennverfahren oder Spaltverfahren ausgebildet. Andere Verfahren zur Trennung, z.B. Sägen oder Laserschmelzen kommen grundsätzlich auch in Frage. Nach dem Trennen können die Trenn- oder Bruchflächen durch Fräsen, Spanen oder Schleifen nachbearbeitet werden. Gleiches gilt für die übrigen Flächen von Zylinderkopf und Zylinderblock, die nach dem Ausgießen durch spanende Verfahren in die endgültige Form gebracht werden, bspw. indem Ventilsitze, Kanäle und/oder dergleichen Elemente, die ein Verbrennungsmotor aufweist geformt werden.
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In einer vorteilhaften optionalen Weiterbildung der Erfindung werden in dem zweiten Fertigungsschritt der Zylinderkopf mit einer ersten Trenn- oder Bruchfläche und der Zylinderblock mit einer zweiten Trenn- oder Bruchfläche ausgebildet, wobei die erste Trenn- oder Bruchfläche und die zweite Trenn- oder Bruchfläche mit zueinander komplementären Oberflächenstrukturen ausgebildet werden.
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Durch das Bruchtrennverfahren werden an den aus dem Monoblock abgetrennten Bauteilen Zylinderkopf und Zylinderblock präzise Passflächen erzeugt, um sie beim späteren Verbinden oder Fügen an den Passflächen exakt anlegen zu können. Die Trenn- oder Bruchflächen bilden sich für jeden Bruchtrennvorgang individuell aus. Durch geeignete Materialwahl wird verhindert, dass die abgetrennten Bauteile in dem Bruchtrennvorgang splittern. Damit kann anschließend jedoch ein Zylinderkopf ausschließlich an den Zylinderblock angelegt werden, mit dem er zuvor im Monoblock verbunden gewesen ist. Im Wartungsfall können Zylinderkopf und Zylinderblock nur gemeinsam ausgetauscht werden. Eine aufwendige Bearbeitung des Verbindungsbereichs zur Erzeugung planarer Oberflächen im Verbindungsbereich zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock kann ebenfalls entfallen, was die Herstellungskosten reduziert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vor oder in dem dritten Fertigungsschritt ein Dichtmaterial zwischen den Zylinderkopf und den Zylinderblock, insbesondere auf einer ersten Trenn- oder Bruchfläche des Zylinderkopfs und/oder einer zweiten Trenn- oder Bruchfläche des Zylinderblocks, aufgetragen.
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Ein solches Dichtmaterial ist beim Auftragen vorzugsweise fließfähig und/oder plastisch verformbar, bspw. als Harz, Paste oder Gel bereitgestellt. Damit kann auch an einer Trenn- oder Bruchfläche mit einzelnen Unebenheiten eine gleichmäßige Schicht zum Dichten erzeugt werden. Daher ist diese Form der Dichtung ideal für die komplementäre Oberflächenstruktur der Passflächen. Bevorzugt wird ein Harz als Dichtmaterial verwendet. Durch dieses Verfahren zur Herstellung der fluiddichtenden Verbindung zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock kann die Fertigung eines separaten Dichtungsbauteils entfallen. Eine fluiddichte Verbindung im Sinne der Erfindung ist eine solche, bei welcher ein Austritt jeglicher Medien seien diese gasförmig oder flüssig vermieden ist.
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Zusätzlich kann das Dichtmaterial zur Ausbildung einer Klebeverbindung, insbesondere einer dauerhaften Klebeverbindung, verwendet werden.
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Das Klebematerial kann dabei gleichzeitig das Dichtmaterial darstellen oder zusätzlich zu diesem ausgebildet werden. Vorzugsweise ist das Klebematerial schichtweise beidseitig der Schicht aus Dichtmaterial angeordnet. Alternativ sind das Klebematerial und das Dichtmaterial als einzige homogene Schicht, bspw. aus einem klebenden Harz, ausgebildet. Durch die Verwendung eines Klebematerials sind Zylinderkopf und Zylinderblock dauerhaft und sicher aneinander gefügt. Damit können die Schraubverbindungen, insbesondere die Zylinderkopfschrauben, entfallen. Dies hat den Vorteil, dass die von Zylinderkopfschrauben hervorgerufenen Spannungen innerhalb der Baugruppe, insbesondere während des Betriebs der Brennkraftmaschine, vollständig vermieden werden.
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Mit der Erfindung wird das Bruchtrennverfahren zielführend dazu verwendet, aus einem mit Trennfuge versehenen und gegossenen Monoblock einen Zylinderblock und einen Zylinderblock zu bilden, welche nach dem Trennen und Fertigbearbeiten der Verbrennungsmotorelemente unter Verzicht auf eine Zylinderkopfdichtung dennoch fluiddicht miteinander zu dem Verbrennungsmotor verbindbar sind.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt auch mit einer Baugruppe, insbesondere einer Baugruppe hergestellt mit einem bereits beschriebenen Herstellungsverfahren, mit einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Motor eines Kraftfahrzeugs, wobei der Zylinderkopf und der Zylinderblock gemeinsam einen oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine ausbilden.
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Dabei sind der Zylinderkopf und der Zylinderblock aus einem ursprünglich einstückigen Monoblock gefertigt, sodass der Zylinderkopf eine erste Trenn- oder Bruchfläche und der Zylinderblock eine zweite Trenn- oder Bruchfläche aufweist, wobei die erste Trenn-oder Bruchfläche und die zweite Trenn- oder Bruchfläche zueinander komplementäre Oberflächenstrukturen aufweisen.
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Vorzugsweise weisen ein Verbindungsbereich zwischen der ersten Trenn- oder Bruchfläche und der zweiten Trenn- oder Bruchfläche ein Dichtmaterial, vorzugsweise ein dichtendes Harz, auf.
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In einer optionalen Weiterbildung der Erfindung weist der Verbindungsbereich eine Klebeverbindung, insbesondere eine permanente Klebeverbindung mit einem klebenden Harz, auf.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen in beispielhafter Ausführungsform, jeweils schematisch in
- 1 ein Flussdiagramm eines beispielhaften erfindungsgemäßes Herstellungsverfahrens, in
- 2a eine Prinzipskizze eines ersten Zwischenprodukts eines beispielhaften erfindungsgemäßes Herstellungsverfahrens, in
- 2b eine Prinzipskizze eines zweiten Zwischenprodukts eines beispielhaften erfindungsgemäßes Herstellungsverfahrens und in
- 2c eine Prinzipskizze einer beispielhaften erfindungsgemäßen Baugruppe.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt ein Flussdiagram eines beispielhaften erfindungsgemäßes Herstellungsverfahrens 100 mit den Fertigungsschritten A, B und C, wobei die Zwischenprodukte und die erfindungsgemäße Baugruppe 105 zu diesem Herstellungsverfahren 100 in den 2a-c skizziert sind.
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Gemäß 1 wird in einem ersten Fertigungsschritt A ein Monoblock 102 einstückig aus einem Rohmaterial 101 gegossen. Der Monoblock 102 wird beim Gießen oder nach dem Gießen mit einer Trennkerbe 106 als Sollbruchstelle versehen, wobei die Trennkerbe 106 gemäß 2a den Monoblock 102 teilweise oder vollständig umläuft. Die Trennkerbe 106 unterteilt den Monoblock 102 in ein erstes Bauteil, welches nach dem zweiten Fertigungsschritt B den Zylinderkopf 103 ausbildet und in ein zweites Bauteil, welches nach dem zweiten Fertigungsschritt B den Zylinderblock 104 ausbildet.
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In dem an den ersten Fertigungsschritt A anschließenden zweiten Fertigungsschritt B wird der Monoblock 102 entlang der Trennkerbe 106 in den Zylinderkopf 103 und den Zylinderblock 104 getrennt, gebrochen oder gespalten. Dadurch entsteht gemäß 2b der Zylinderkopf 103 mit einer ersten Trenn- oder Bruchfläche 103a und der Zylinderblock 104 mit einer zweiten Trenn-oder Bruchfläche 104a. Durch die Ausbildung des Monoblocks 101 mit sprödem Material sind nach dem Trennen, Spalten oder Bruchtrennen die erste Trenn- oder Bruchfläche 103a und die zweite Trenn- oder Bruchfläche 104a mit zueinander komplementären Oberflächenstrukturen ausgebildet, ohne dass Material vom Monoblock 102 absplittert. Würden die erste Trenn- oder Bruchfläche 103a und die zweite Trenn- oder Bruchfläche 104a nach dem Trennvorgang wieder aneinander gelegt, wäre der dadurch ausgebildete Verbindungsbereich mit dem Auge kaum zu sehen.
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Weiter werden in einem auf den zweiten Fertigungsschritt B folgenden dritten Fertigungsschritt C die zuvor im Fertigungsschritt B getrennten Bauteile Zylinderblock 104 und Zylinderkopf 103 dicht oder fluiddicht wieder miteinander verbunden, wobei hierfür vor oder bei dem dritten Fertigungsschritt C eine dünne Schicht Dichtmaterial auf der ersten Trenn- oder Bruchfläche 103a des Zylinderkopfs und/oder der zweiten Trenn-oder Bruchfläche 104a des Zylinderblocks aufgetragen wird. Für eine permanente Verbindung zur Ausbildung der Baugruppe 105 kann gemäß 2c an dem Verbindungsbereich zwischen Zylinderkopf 103 und Zylinderblock 104 als Dichtmaterial eine Klebeverbindung 107 verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Herstellungsverfahren
- 101
- Rohmaterial
- 102
- Monoblock
- 103
- Zylinderkopf
- 103a
- erste Trenn- oder Bruchfläche
- 104
- Zylinderblock
- 104a
- zweite Trenn- oder Bruchfläche
- 105
- Baugruppe
- 106
- Trennkerbe
- 107
- Klebeverbindung
- A
- erster Fertigungsschritt
- B
- zweiter Fertigungsschritt
- C
- dritter Fertigungsschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088141 A1 [0006]
