DE10329443B4 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zwei in einem Winkel zueinander angeordneten und in einem Übergangsbereich aneinander anstoßenden Tragabschnitten (76, 78, 82, 84, 86, 88), wobei im Betrieb in einem ersten der Tragabschnitte (76, 82, 86) im wesentlichen auf den Übergangsbereich hin gerichtete Druckkräfte und in dem zweiten, anderen Tragabschnitt (78, 84, 88) im wesentlichen vom Übergangsbereich weg gerichtete Kräfte wirken und der Übergangsbereich einen Hinterschnitt (80, 90) des ersten Tragabschnitts (76, 82, 86) ausbildet, der sich über eine gedachte Verlängerung einer Außenwandung des ersten Tragabschnitts (76, 82, 86) in den Übergangsbereich erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Tragabschnitt (76, 82, 86) in einer Schnittebene eine Querabmessung b aufweist, im Übergangsbereich eine Materialverstärkung gegenüberliegend dem Hinterschnitt (80, 90) vorgesehen ist und sich der Hinterschnitt (80, 90) in der Schnittebene gesehen um eine Strecke a, die bis zu b/2 beträgt, über die gedachte Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragabschnitts (76, 82,...

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zwei in einem Winkel zueinander angeordneten und aneinander anstoßenden Tragabschnitten, wobei im Betrieb in einem ersten der Tragabschnitte im wesentlichen auf den Übergangsbereich hin gerichtete Druckkräfte und in dem zweiten, anderen Tragabschnitt im wesentlichen vom Übergangsbereich weg gerichtete Kräfte wirken.
  • Stetig steigende Forderungen nach Verbrauchsoptimierung und Einhaltung immer schärferer Abgasgrenzwerte führt speziell bei Motoren zu einer immer weiteren Anhebung des Brennraumdrucks. Konventionelle Zylinderkopfkonstruktionen geraten dadurch bezüglich der Festigkeit in kritische Grenzbereiche oder versagen gar während des Betriebs. Üblicherweise wird zur Verstärkung von Bauteilen eine Erhöhung der Materialstärke, ein höher belastbares Material oder die Anordnung von Verstärkungsrippen vorgesehen. Gerade bei Zylinderköpfen ist eine Erhöhung der Materialstärke oder das Anbringen von Versteifungsrippen nicht oder nur in sehr begrenztem Umfang möglich, da bezüglich der Gas- und Wasserführung Randbedingungen eingehalten werden müssen. Eine unterschiedliche Materialwahl kann zu erheblichen Mehrkosten führen.
  • Gerade bei hoch belasteten Zylinderköpfen kommt es im Wasserraum im Bereich der Kanal- und Schachtanbindung zur Bodenplatte bzw. zum Ölraumboden in der Nähe zur Tragstruktur der Zylinderkopfverschraubung oft zu Dauerbruchrissen, die zum Ausfall des Bauteils führen können. Solche Risse sind auf eine sehr hohe mechanische Beanspruchung zurückzuführen, die durch Steifigkeitsunterschiede im Bauteil entsteht. Im Bereich der Tragstruktur wirken sehr hohe Druckspannungen aufgrund der Schraubenvorspannkraft, die über das Bauteil gesehen in hohe Zugspannungen im Bereich der Kanal- und Schachtanbindungen übergehen. Zugspannungen werden maßgeblich durch den Brennraumdruck sowie Temperaturgradienten verursacht. Versteifungsmaßnahmen führen zu einer Erhöhung des Bauteilgewichts, zu Nachteilen bei der Kühlung sowie zur Beeinträchtigung der Gießqualität aufgrund von Materialanhäufungen. Bei Materialanhäufungen treten in der Regel ein schlechteres Erstarrungsverhalten, reduzierte Werkstoffqualität sowie Eigenspannungen auf.
  • Aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 1 028 247 A2 ist ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem innerhalb des Zylinderkopfs Versteifungsrippen vorgesehen sind, um die Belastbarkeit zu erhöhen. Aus der Patentschrift DE 199 24 647 C2 ist auch die Verwendung von Parabeln, Hyperbeln und Ellipsen in Ausführung eines Hinterschnittes als Übergang bekannt. Die DD 200 908 A1 offenbart einen Hinterschnitt in Verbindung mit einer Materialverdickung und aus der AT 4 875 U1 ist die Verwendung einer S-förmigen Versteifungskontur bekannt.
  • Mit der Erfindung soll ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine angegeben werden, dessen Belastbarkeit gegenüber konventionellen Maschinenbauteilen verbessert ist.
  • Erfindungsgemäß ist hierzu ein ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, mit zwei in einem Winkel zueinander angeordneten und aneinander anstoßenden Tragabschnitten vorgesehen, wobei im Betrieb in einem ersten der Tragabschnitte im wesentlichen auf den Übergangsbereich hin gerichtete Druckkräfte und in dem zweiten, anderen Tragabschnitt im wesentlichen vom Übergangsbereich weg gerichtete Kräfte wirken, bei dem der Übergangsbereich einen Hinterschnitt des ersten Tragabschnitts ausbildet, der sich über eine gedachte Verlängerung einer Außenwandung des ersten Tragabschnitts in den Übergangsbereich erstreckt und bei dem der erste Tragabschnitt in einer Schnittebene eine Querabmessung b aufweist, im Übergangsbereich eine Materialverstärkung gegenüberliegend dem Hinterschnitt vorgesehen ist und sich der Hinterschnitt in der Schnittebene gesehen um eine Strecke a, die bis zu b/2 beträgt, über die gedachte Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragabschnitts erstreckt.
  • Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Übergangsbereichs ist es möglich, die unterschiedlich gerichteten Kräfte in den beiden Tragbauteilen im kritischen Übergangsbereich einander zu überlagern und wenigstens teilweise auszugleichen. Im kritischen Übergangsbereich werden dadurch Zugspannungen und Druckspannungen überlagert und die Materialbeanspruchung verringert sich auf ein für den gewählten Werkstoff ertragbares Maß.
  • In Weiterbildung der Erfindung hegt in einer Schnittebene gesehen ein tiefster Punkt des Hinterschnitts innerhalb der gedachten Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragabschnitts.
  • Eine solche Ausgestaltung ermöglicht einen besonders wirksamen Ausgleich von Zugspannungen und Druckspannungen.
  • In Weiterbildung der Erfindung bildet der Übergangsbereich in einer Schnittebene gesehen eine parabelförmige oder parabelähnliche Kurve aus und ein Wechsel zwischen dem Übergangsbereich und dem ersten bzw. zweiten Tragabschnitt erfolgt außerhalb von im Betrieb hoch belasteten Materialbereichen.
  • Indem eine Außenwandung des Übergangsbereichs zwischen dem ersten und zweiten Tragabschnitt durch eine parabelförmige oder parabelähnliche Kurve definiert wird, können Unstetigkeiten oder plötzliche Veränderungen im Krümmungsverlauf an der Außenwandung des Übergangsbereichs vermieden werden. Solche Unstetigkeiten im Krümmungsverlauf, üblicherweise verursacht durch Geometriewechsel, beispielsweise dem Übergang von einem Radius in eine gerade Linie, führen zu kerbwirkungsähnlichen Effekten und damit zu hoch belasteten Materialbereichen. Mittels einer parabelförmigen oder parabelähnlichen Kurve in den hoch belasteten Materialbereichen können solche kerbwirkungsähnlichen Effekte vermieden werden und die Materialbelastung kann auf ein für den Werkstoff ertragbares Maß reduziert werden. Außerhalb der hoch belasteten Materialbereiche kann dann ein Geometriewechsel erfolgen, wobei dann sogar scharfkantige Übergänge oder Kerben erlaubt werden können, da keine lokal hohe Materialbelastung zu befürchten ist.
  • In Weiterbildung der Erfindung bildet der Übergangsbereich in einer Schnittebene eine Übergangskurve aus, die einen stetigen Krümmungsverlauf aufweist oder deren Unstetigkeiten im Krümmungsverlauf minimiert sind.
  • Im Stand der Technik ist es bekannt, hoch belastete Übergänge zwischen Tragabschnitten auszurunden (mittels Radien bzw. Kegelschnitten), um die gefürchtete Kerbwirkung zu vermeiden. Generell wird dabei darauf geachtet, in einem Winkel aneinander anstoßende Oberflächen zu vermeiden, da sich an solchen Stellen stark erhöhte Materialbelastungen ergeben. Im Ergebnis wird somit darauf geachtet, einen stetigen Steigungsverlauf einer Übergangskurve sicherzustellen, entsprechend einem stetigen Verlauf der ersten Ableitung der Übergangskurve. Gemäß der Erfindung wird nun darauf geachtet, einen stetigen Verlauf der von der zweiten Ableitung der Übergangskurve abhängigen Krümmung zu erzielen, da erkannt wurde, dass auch Unstetigkeiten im Krümmungsverlauf kerbwirkungsähnliche Effekte haben. Sollte aufgrund von Randbedingungen ein stetiger Krümmungsverlauf nicht realisierbar sein, beispielsweise sind mit einigen CAD-Programmen lediglich Kreisradien an Bauteilen darstellbar, ist darauf zu achten, die Unstetigkeiten im Krümmungsverlauf zu minimieren, indem beispielsweise eine Radiusveränderung zwischen aneinander anstoßenden Kreisabschnitten sehr gering gewählt wird.
  • In Weiterbildung der Erfindung setzt eine Außenwandung des Übergangsbereichs eine Außenwandung des ersten Tragabschnitts mit kleinen Krümmungen oder großen Krümmungsradien bis in den Bereich eines Grunds des Hinterschnitts fort und die Außenwandung des Übergangsbereichs setzt eine Außenwandung des zweiten Tragabschnitts mit kleinen Krümmungen oder großen Krümmungsradien bis in den Bereich des Grunds des Hinterschnitts fort und die Außenwandung des Übergangsbereichs weist im Bereich des Grunds des Hinterschnitts große Krümmungen oder kleine Krümmungsradien auf.
  • Durch eine solche Gestaltung ist es möglich, Spannungen aus dem ersten Tragabschnitt und Spannungen als dem zweiten Tragabschnitt bis in den Bereich des Grunds des Hinterschnitts zu führen und dort zu überlagern, um einen teilweisen Ausgleich der beiderseitigen Spannungen zu erreichen.
  • In Weiterbildung der Erfindung weist der erste Tragabschnitt in einer Schnittebene eine Querabmessung b auf, im Übergangsbereich ist eine Materialverstärkung gegenüberliegend dem Hinterschnitt vorgesehen und der Hinterschnitt erstreckt sich in der Schnittebene gesehen um eine Strecke a, die bis zu b/2 beträgt, über die gedachte Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragabschnitts.
  • Bei asymmetrisch gestalteten Tragstrukturen, bei denen der erste Tragabschnitt mit einer Materialverstärkung gegenüberliegend dem Hinterschnitt versehen ist, kann der Hinterschnitt sich noch deutlich weiter in den ersten Tragabschnitt hinein erstrecken, um eine besonders wirksame Überlagerung von entgegengesetzt gerichteten Kräften oder Spannungen zu erzielen.
  • In Weiterbildung der Erfindung bilden der erste Tragabschnitt und der Übergangsbereich in der Schnittebene eine S-artige Querschnittsform.
  • Eine solche Ausgestaltung ist beispielsweise im Randbereich eines Zylinderkopfs vorteilhaft, indem auf einer Außenwand eine Materialverstärkung vorgesehen sein kann und ein Ansaug- oder Auslasskanal lediglich auf einer Seite einer Schraubenpfeife vorgesehen ist.
  • In Weiterbildung der Erfindung bildet der erste Tragabschnitt eine Druckstütze eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine, die im montierten Zustand fluchtend zu einem Motorblocksteg angeordnet ist, und der zweite Tragabschnitt bildet einen vom Brennraum ausgehenden Kanalwandabschnitt eines Einlass- oder Auslasskanals des Zylinderkopfs.
  • Gerade bei hoch belasteten Zylinderköpfen erlaubt die erfindungsgemäße Gestaltung von Übergangsbereichen eine verbrauchs- und emissionsoptimierende Erhöhung des Brennraumdrucks, ohne zulässige Materialbelastungen zu überschreiten.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittansicht eines Übergangsbereichs zwischen einer Druckstütze und einer Kanalwand in einem Zylinderkopf, wobei zwei verschiedene Ausführungsformen dargestellt sind,
  • 2 eine schematische Darstellung des Spannungsverlaufs an einem Übergangsbereich in einem Zylinderkopf gemäß dem Stand der Technik,
  • 3 eine schematische Darstellung der Materialspannungen an einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf,
  • 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gestaltung eines Übergangsbereichs.
  • 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gestaltung eines Übergangsbereichs und
  • 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gestaltung eines Übergangsbereichs.
  • Die schematische Schnittansicht der 1 zeigt rechts einer strichpunktierten Mittellinie eine erste erfindungsgemäße Gestaltung eines Übergangsbereichs zwischen einer Druckstütze 10 und einer Kanalwand 12 eines Zylinderkopfs. Links der strichpunktierten Mittellinie ist eine weitere Möglichkeit der erfindungsgemäßen Gestaltung eines Übergangsbereichs zwischen der Druckstütze 10 und einer weiteren Kanalwand 14 dargestellt.
  • Die Druckstütze 10 ist oberhalb eines Motorblockstegs 16 angeordnet und zwischen dem Motorblocksteg 16 und dem Zylinderkopf ist eine Zylinderkopfdichtung 18 angeordnet.
  • Lediglich der Übersichtlichkeit halber sind Motorblocksteg 16, Zylinderkopfdichtung 18 und Zylinderkopf in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. Der Motorblocksteg 16 trennt einen ersten Brennraum 20 und einen zweiten Brennraum 22 voneinander. In der Darstellung der 1 nach oben werden die Brennräume 20, 22 durch eine Brennraumplatte 24 des Zylinderkopfs begrenzt. In der Brennraumplatte sind (Öffnungen für einen Einlasskanal 26 bzw. einen Auslasskanal 28 vorgesehen, die jeweils von einem Ventilsitzring 30 definiert sind. Schematisch ist ein den Einlasskanal wahlweise öffnendes oder verschließendes Einlassventil 32 angedeutet. Ebenfalls schematisch angedeutet ist eine im geschlossenen Zustand des Einlassventils 32 durch die Verbrennung im Raum 20 erzeugte Gaskraft FG, die auf die dem Brennraum zugewandte Begrenzung der Brennraumplatte 24 und die Unterseite des Einlassventils 32 wirkt. Da das Einlassventil 32 im geschlossenen Zustand am Ventilsitzring 30 anliegt, wird die auf das Einlassventil 32 wirkende Gaskraft FG ebenfalls auf die Brennraumplatte 24 übertragen.
  • Der Zylinderkopf wird entgegen der in der Darstellung der 1 nach oben gerichteten Gaskraft FG durch die nach unten gerichtete Schraubenvorspannkraft FS am Motorblocksteg 16 gehalten. Die Schraubenvorspannkraft FS ist mittels zweier Pfeile 36 angedeutet.
  • Rechts der strichpunktierten Mittellinie der 1 ist eine konventionelle Gestaltung des Übergangs zwischen der Druckstütze 10 und der Kanalwand 12 in gestrichelten Linien angedeutet Die erfindungsgemäße Gestaltung des Übergangsbereichs ist dahingegen in durchgezogenen Linien gezeigt. Anhand der die Schraubenvorspannkraft FS andeutenden Pfeile 36 und der die Gaskraft FG andeutenden Pfeile 34 ist zu erkennen, dass es im Übergangsbereich zwischen der Druckstütze 10 und der Kanalwand 12 zu einer erheblichen Materialbelastung kommt. Durch den erfindungsgemäßen Hinterschnitt der Druckstütze 10 gelingt es, Zugspannungen aus der Kanalwand 12 in den Bereich eines Grunds 38 des Hinterschnitts zu führen, so dass die Zugspannungen dort mit Druckspannungen in der Druckstütze 10 überlagert und wenigstens teilweise ausgeglichen werden. Der Grund 38 des Hinterschnitts, entsprechend dem tiefsten Punkt des Hinterschnitts, ist dabei so angeordnet, dass er innerhalb einer gedachten Verlängerung der Druckstütze 10 nach unten liegt. Auf der linken Hälfte der Darstellung der 1 ist eine solche gedachte Verlängerung mittels einer gestrichelten Linie 40 angedeutet.
  • Bei der Gestaltung des Hinterschnitts wird erfindungsgemäß auch darauf geachtet, dass innerhalb hoch belasteter Materialbereiche kein Geometriewechsel stattfindet, wie dies bei der gestrichelt angedeuteten Übergangskurve 42 gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. Bei der konventionellerweise gewählten Übergangskurve 42 geht die geradlinige Außenwandung der Druckstütze 10 in einen Kantenradius über, der Grund der Übergangskurve ist wieder geradlinig gestaltet und geht mittels eines weiteres Kantenradius dann in die Kanalwand über. Bei jedem Geometriewechsel, beispielsweise beim Übergang der geradlinigen Außenwand der Druckstütze 10 in den ersten Kantenradius, tritt ein Sprung im Krümmungsverlauf der Übergangskurve 42 auf. Der Krümmungsverlauf ist von der zweiten Ableitung der Übergangskurve 42 abhängig. Solche Unstetigkeiten im Krümmungsverlauf führen aber zu kerbwirkungsähnlichen Effekten bei der Materialbelastung. Beim Stand der Technik wird lediglich darauf geachtet, einen stetigen Steigungsverlauf der Übergangskurve zu realisieren und in einem Winkel aneinander anstoßende Oberflächen zu vermeiden.
  • Bei der erfindungsgemäße Gestaltung des Übergangsbereichs, definiert durch die durchgezogen dargestellte Übergangskurve 44, ist dahingegen auf einen stetigen Krümmungsverlauf geachtet. So wird die Übergangskurve in weiten Teilen und in jedem Fall in den hoch belasteten Materialbereichen in der Umgebung des Grunds 38 durch eine Parabel bestimmt, die einen stetigen Krümmungsverlauf aufweist. Auch beim Übergang in an diese Parabel anschließende Geometrien, beispielsweise der Gestaltung des Übergangs in die geradlinige Außenwand der Druckstütze 10 sowie beim Übergang in die Außenwand der Kanalwand 10, wird auf einen möglichst stetigen Krümmungsverlauf oder allmähliche Veränderungen der Krümmung geachtet.
  • Dabei ist festzuhalten, dass außerhalb hoch belasteter Materialbereiche durchaus scharfkantige Übergänge und Geometriewechsel zugelassen werden können. So ist in der linken Hälfte der 1 eine parabelförmige Übergangskurve 46 dargestellt, die den Hinterschnitt der Druckstütze 10 ausbildet. Es ist dabei zu erkennen, dass die Parabelform bis zum Übergang in die geradlinige Außenwandung der Druckstütze 10 beibehalten wurde. Am Übergang zwischen der geradlinigen Außenwandung der Druckstütze 10 und der Übergangskurve stoßen die Außenwandung der Druckstütze 10 und die Außenwandung des Übergangsbereichs in einem Winkel aneinander. Da dieser scharfkantige Übergang aber außerhalb des hoch belasteten Materialbereichs liegt, ist an dieser Stelle keine Materialbelastung zu erwarten, die über dem für den Werkstoff ertragbaren Maß liegt.
  • In der Darstellung der 1 ist eine Querabmessung b der Druckstütze 10 angedeutet. Die Übergangskurve 44 erstreckt sich im Bereich des Hinterschnitts der Druckstütze 10 um eine Strecke a über die gedachte Verlängerung der Druckstütze 10 hinaus. Der Wert a kann dabei zwischen b/16 und b/3 betragen. Diese Werte für a sind bei symmetrischer Gestaltung der Druckstütze 10 zweckmäßig, beispielsweise zur strichpunktiert dargestellten Mittellinie symmetrischer Gestaltung. Ebenfalls dargestellt ist die Höhe des Übergangsbereichs h, die so groß gewählt wird, dass ein Übergang zwischen der Übergangskurve 44 und der geradlinigen Außenwand der Druckstütze 10 bereits außerhalb der hoch belasteten Materialbereiche liegt.
  • In der Darstellung der 2 ist der Spannungsverlauf an einem konventionell gestalteten Übergang zwischen einer Druckstütze 50 und einer Kanalwand 52 eines Zylinderkopfs dargestellt Die Spannungen sind dabei relativ zur Übergangskurve aufgetragen, so dass auf der mit einem Plus-Zeichen gekennzeichneten Seite der Übergangskurve aufgetragene Spannungen Zugspannungen und auf der mit einem Minus-Zeichen markierten Seite der Übergangskurve Druckspannungen aufgetragen sind. Mit einer gestrichelten Linie 54 sind die durch die Schraubenvorspannkraft FS verursachten Materialspannungen schematisch angedeutet. Mittels einer gepunkteten Linie 56 sind die durch eine Gaskraft FG im Brennraum verursachten Materialspannungen schematisch angedeutet. Die strichpunktiert dargestellte Linie 58 soll die Überlagerung der Kurven 54 und 56 darstellen, entsprechend einer überlagerten Spannung aus der Schraubenvorspannkraft FS und der Gaskraft FG. Anhand des Verlaufs der strichpunktierten Gesamtspannungskurve 58 ist zu erkennen, dass sich die Kurven 54 und 56 in einer Weise überlagern, dass ein hohes Druckspannungsmaximum 60 sowie ein hohes Zugspannungsmaximum 62 auftreten. Im Bereich des Druckspannungsmaximums 60 sowie des Zugspannungsmaximums 62, liegen die am höchsten belasteten Materialbereiche und in diesen Bereichen ist ein Versagen des Materials zu erwarten.
  • Die Darstellung der 3 zeigt in zur 2 vergleichbarer Darstellung den Spannungsverlauf an einem erfindungsgemäß gestalteten Zylinderkopf. Die Druckstütze 10 geht dabei mittels eines Hinterschnitts in die Kanalwand 12 über, wobei sich der Hinterschnitt über eine gedachte Verlängerung der Außenwand der Druckstütze 10 in diese hinein erstreckt. Vergleichbar zur Darstellung der 2 sind Materialspannungen relativ zur Übergangskurve 64 dargestellt, mittels der die Außenwand der Druckstütze 10 in die Außenwandung der Kanalwand 12 übergeht. Vergleichbar zur 2 ist eine durch die Schraubenvorspannkraft FS verursachte Materialspannung mittels einer gestrichelten Linie 66 angedeutet. Eine durch die Gaskraft FG verursachte Materialspannung ist durch eine gepunktete Linie 68 angedeutet und die Überlagerung der Kurven 66 und 68 ist durch eine strichpunktierte Linie 70 angedeutet. In der Darstellung der 3 ist zu erkennen, dass die Zugspannungen aus der Kanalwand 12 durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Übergangskurve 64 in den Bereich des Grunds des Hinterschnitts geleitet werden. Auch die in der Druckstütze 10 wirkenden Druckspannungen haben ihr Maximum etwa im Bereich des Grunds des Hinterschnitts, der deutlich innerhalb der gedachten Verlängerung der Außenwand der Druckstütze 10 liegt. Die sich ergebende Gesamtspannung, entsprechend der strichpunktierten Linie 70, zeigt dadurch eine gegenüber der Darstellung der 2 deutlich verringerte maximale Druckspannung 72 sowie eine deutlich verringerte maximale Zugspannung 74, da durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Übergangsbereichs Zugspannungen und Druckspannungen sich wenigstens teilweise gegeneinander aufheben. Im Ergebnis ergibt sich eine gegenüber der konventionellen Gestaltung der 2 reduzierte Materialbelastung.
  • Die Darstellung der 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gestaltung eines Übergangsbereichs zwischen einer Druckstütze 76 eines Zylinderkopfs und einer Kanalwand 78. Der Übergangsbereich ist bei der Ausführungsform der 4 asymmetrisch und gegenüberliegend dem Hinterschnitt 80 ist an der Druckstütze 76 eine Materialverstärkung durch Materialauftrag vorgesehen. Die Druckstütze 76 erhält dadurch ein etwa S-förmiges Aussehen in der Schnittansicht der 4. Aufgrund der Materialverstärkung der Druckstütze 76 kann sich bei der asymmetrischen Gestaltung einer Druckstütze 76 der Hinterschnitt 80 um eine Strecke a über die gedachte Verlängerung der Außenwand der Druckstütze 76 in diese hinein erstrecken, die bis zur Hälfte der Querabmessung b der Druckstütze 76 beträgt.
  • Die schematische Schnittansicht der 5 zeigt eine weitere Gestaltungsmöglichkeit für einen Übergang zwischen einer Druckstütze 82 und einer Kanalwand 84 eines Zylinderkopfs. Die Druckstütze 82 weist eine in der Schnittansicht der 5 kegelförmige, sich nach unten zum Hinterschnitt hin verjüngende Gestalt auf.
  • Eine weitere mögliche Gestaltung einer Druckstütze 86 und des Übergangs zu einer Kanalwand 88 bei einem Zylinderkopf zeigt die schematische Schnittansicht der 6. Die Druckstütze 86 hat eine kegelförmige Gestalt, die sich im Unterschied zur Ausführungsform der 5 aber nach unten erweitert. Durch einen Hinterschnitt 90 im Übergangsbereich wird die Querabmessung der Druckstütze 86 wieder verringert, um dann – ausgehend vom Hinterschnitt 90 – in die Kanalwand 88 überzugehen.

Claims (7)

  1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zwei in einem Winkel zueinander angeordneten und in einem Übergangsbereich aneinander anstoßenden Tragabschnitten (76, 78, 82, 84, 86, 88), wobei im Betrieb in einem ersten der Tragabschnitte (76, 82, 86) im wesentlichen auf den Übergangsbereich hin gerichtete Druckkräfte und in dem zweiten, anderen Tragabschnitt (78, 84, 88) im wesentlichen vom Übergangsbereich weg gerichtete Kräfte wirken und der Übergangsbereich einen Hinterschnitt (80, 90) des ersten Tragabschnitts (76, 82, 86) ausbildet, der sich über eine gedachte Verlängerung einer Außenwandung des ersten Tragabschnitts (76, 82, 86) in den Übergangsbereich erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Tragabschnitt (76, 82, 86) in einer Schnittebene eine Querabmessung b aufweist, im Übergangsbereich eine Materialverstärkung gegenüberliegend dem Hinterschnitt (80, 90) vorgesehen ist und sich der Hinterschnitt (80, 90) in der Schnittebene gesehen um eine Strecke a, die bis zu b/2 beträgt, über die gedachte Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragabschnitts (76, 82, 86) erstreckt.
  2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schnittebene gesehen ein tiefster Punkt (38) des Hinterschnitts innerhalb der gedachten Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragabschnitts (76, 82, 86) liegt.
  3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich in einer Schnittebene gesehen eine parabelförmige oder parabelähnliche Kurve ausbildet und ein Wechsel zwischen dem Übergangsbereich und dem ersten beziehungsweise zweiten Tragabschnitt ausserhalb von im Betrieb hochbelasteten Materialbereichen erfolgt.
  4. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich in einer Schnittebene eine Übergangskurve (44) ausbildet, die einen stetigen Krümmungsverlauf aufweist oder deren Unstetigkeiten im Krümmungsverlauf minimiert sind.
  5. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenwandung des Übergangsbereichs eine Außenwandung des ersten Tragabschnitts (76, 82, 86) mit kleinen Krümmungen oder großen Krümmungsradien bis in den Bereich eines Grunds des Hinterschnitts fortsetzt, dass die Außenwandung des Übergangsbereiches eine Außenwandung des zweiten Tragabschnitts (78, 84, 88) mit kleinen Krümmungen oder großen Krümmungsradien bis in den Bereich des Grunds des Hinterschnitts fortsetzt, und dass die Außenwandung des Übergangsbereichs im Bereich des Grunds des Hinterschnitts große Krümmungen oder kleine Krümmungsradien aufweist.
  6. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Tragabschnitt (76, 82, 86) und der Übergangsbereich in der Schnittebene eine s-artige Querschnittsform bilden.
  7. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Tragabschnitt (76, 82, 86) eine Druckstütze des Zylinderkopfs bildet, die im montierten Zustand fluchtend zu einem Motorblocksteg (16) angeordnet ist, und dass der zweite Tragabschnitt (78, 84, 88) einen vom Brennraum ausgehenden Kanalwandabschnitt eines Einlass- oder Auslasskanals (26, 28) des Zylinderkopfs bildet.
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