DE19540763C1 - Gehäuse für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein gattungsgemäßes Gehäuse ist in der DE 34 36 872 C2 offenbart. Dieses Gehäuse für eine einreihige Brennkraftmaschine weist ein allen Zylindern gemeinsames, einstückiges aus Grauguß bestehendes Innenteil mit einem deckartigen Boden auf. Benachbart von einzelnen Zylindern erstrecken sich Schraubenpfeifen zwischen einer oberen, einen Zylinderkopf tragenden Anschlußebene und einer unteren, eine Längsachse der Kurbel­ welle aufnehmenden Anschlußebene.

Der zwischen diesen Ebenen angeordnete Boden befindet sich näher zu der unteren Anschlußebene und ist in Längsrichtung der Brennkraftmaschine von zwischen den Schraubenpfeifen angeordneten und an ihn angebundenen Seitenstegen umgeben. Zwischen zwei in einer Querebene der Brennkraftmaschine angeordneten Schrauben­ pfeifen erstreckt sich von diesem Boden ausgehend jeweils eine Wandung zu der unteren Anschlußebene, welche der Lagerung der Kurbelwelle dient.

Im Bereich eines jeden Zylinders trägt der Boden eine kreisrunde Ausnehmung, in welche Laufbuchsen separat eingesetzt werden.

Zur Erzielung eines möglichst leichtgewichtigen Gehäuses ist dieses Innenteil von einem aus hitzebeständigem Kunststoff bestehenden Außenteil unter Bildung von Kühlwasser und Öl führenden Räumen umgossen.

Aus der EP 60 067 890 A1 ist es bekannt, ein Gehäuse für eine mehrzylindrige Brennkraft­ maschine mit aus Kunststoff bestehenden Seitenwänden zu versehen. Hierbei ist das Gehäuse im wesentlichen aus einem einstückig ausgebildeten metallischen Gestell mit Laufbuchsen, Kurbelwellenlagern, einem Boden sowie einem oberen, geschlossenen Deck (closed deck) sowie stirnseitigen Seitenwandungen gebildet. Dieses an seinen Längsseiten offene Gebilde wird anschließend durch separat ausgebildete Kunststoff­ seiten wände verschlossen.

Desweiteren ist es aus der DE 43 06 269 A1 bekannt, das Gehäuse für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine derart geteilt auszuführen, daß in einen äußeren, wannenförmigen Gehäusemantel ein einstückig ausgebildetes Innenteil eingeschraubt wird, welches aus einem mit einem umlaufenden Flansch versehenen Boden und daran angeformten Lauf­ buchsen sowie Wandungen mit Kurbelwellenlagern besteht.

Darüber hinaus ist aus der CH 428 319 ein aus Aluminium bestehendes Kurbelgehäuse mit separat eingesetzten Laufbüchsen bekannt, dessen seitliche Wandungen zwecks Minde­ rung der Geräuschabstrahlung durch während des Gießens des Gehäuses eingesetzte Metallplatten gebildet sind.

Schließlich ist aus der DE-OS 17 51 919 dem einstückig ausgebildeter Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine mit angegossenen Kurbelwellenlagern und eingegossenen Steh­ bolzen zur Befestigung eines Zylinderkopfes bekannt, dessen äußere Hülle durch ange­ setzte Formteile aus Blech oder Kunststoff gebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Innen- sowie einem Außenteil zu schaffen, welches im Betrieb der Brennkraftmaschine weitgehend verzugsfrei und möglichst steif ist und darüberhinaus leichtgewichtig und mit akustisch günstigen Dämpfungseigenschaften versehen sein soll.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen benannt.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß das Innenteil einstückig auch die Laufbuchsen aufnimmt, wodurch zusätzliche Verbindungsstellen vermieden sind. Alle geräuschverursachenden bzw. geräuschübertragenden Bauteile des Innenteiles sind somit materialeinheitlich beispielsweise aus einem Graugußwerkstoff zu fertigen, welcher günstige Dämpfungseigenschaften aufweist.

Das wesentliche weitere Bauteil des Gehäuses, das Außenteil, kann zur Gewichtsredu­ zierung des gesamten Gehäuses, aus einem Leichtmetallwerkstoff gefertigt sein, z. B. aus,, einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung, und weist somit eine ausreichende Fe­ stigkeit zur Aufnahme der vom Innenteil auf das Außenteil und umgekehrt übertragenen Kräfte und Momente auf, darüberhinaus ist es für die in einer Brennkraftmaschine herrschenden Betriebsbedingungen, insbesondere vergleichsweise hohe Temperaturen und Beaufschlagung durch Öl bzw. Wasser bestens geeignet.

Alternativ dazu kann das Außenteil leichtgewichtig aus einem Kunststoff gefertigt sein.

Vorteilhafterweise erstrecken sich die Schraubenpfeifen weitgehend freistehend von den Laufbuchsen zwischen Deck und oberer Anschlußebene, so daß die durch Kolben­ seitenkräfte auf die Laufbüchsen übertragenen Schwingungen nicht über diese Schrau­ benpfeifen weiter geleitet werden. Ebenso werden aus dem Kurbeltrieb stammende Schwingungen mittels dieser Schraubenpfeifen aufgrund eines durchgängigen Kraftflus­ ses von den Laufbuchsen ferngehalten. Die Laufbuchsen sind daher vom Wechselkräfte zwischen Zylinderkopf und Kurbeltrieb übertragenden Kraftfluß freigestellt und insofern verzugsarm, was sich wiederum z. B. auf Ölverbrauch, Verschleiß und Blow-By-Gase positiv auswirkt.

In vorteilhafter Ausgestaltung können die Schraubenpfeifen in der Nähe des Decks mittels Versteifungsbrücken an dieses und die Laufbuchsen angebunden sein. Zur Erzielung eines optimal steifen Verbundes zwischen Innen- und Außenteil weist das Deck in weiterer Ausgestaltung an seiner äußeren Umfangslinie einen Verkrallungs­ bereich auf, welcher beim Umgießen mit dem Werkstoff des Außengestelles weitgehend umschlossen wird. Zur optimalen Aufnahme von in das Gehäuse eingeleiteten Längs­ kräften, beispielsweise durch ein endseitig angeordnetes Getriebegehäuse, kann dieser Verkrallungsbereich eine umlaufende Wulst aufweisen, welche in weiterer Ausgestal­ tung abschnittsweise verzahnungsartig gestaltet sein kann. In jedem Fall ermöglicht dieses Deck einen ungehinderten, gleichmäßigen Kraftfluß für diese Längskräfte, was wiederum geringere Verzüge bewirkt.

Weiterhin kann das Deck in seinem zwischen der äußeren Umfangslinie und den Lauf­ büchsen liegenden Bereich zwecks verbesserter Verkrallung mittels Durchbrüchen ver­ sehen sein, welche vom Werkstoff des Außenteiles durchsetzt sind.

Außer der genannten Verkrallung im Bereich des Decks kann dieses Gehäuse in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung vergleichbare Verkrallungsbereiche an seiner oberen bzw. unteren Abschlußfläche aufweisen. Zu diesem Zweck können die im Bereich der unteren Anschlußebene liegenden Lagerstühle für die Kurbelwelle nach außen abragende weitere Verkrallungsbereiche aufweisen, welche in Längsrichtung untereinander zwecks Aussteifung verbunden sein können.

Die der oberen Anschlußebene zugeordneten Stirnflächen der Schraubenpfeifen und/ oder der Laufbuchsen können weiterhin eine zu dieser oberen Anschlußebene senkrecht verlaufende Verzahnung zwecks verbesserter Verkrallung aufweisen. Beim Zusammen­ fügen von Innen- und Außenteil werden diese Stirnflächen vollständig vom Material des Außenteiles umgossen, so daß im Bereich dieser oberen Anschlußebene eine material­ einheitliche Deckfläche zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung steht. Dieses ist günstig für die zu verwendenden Schneidwerkzeuge und für den sich einstellenden Spanfluß sowie das Recycling dieser Späne.

Grundsätzlich kann dieses Gehäuse in open deck- oder closed deck-Bauweise ausgeführt werden. Des weiteren ist das Gehäuse in Druckguß, Kokillenguß oder Sandguß darstellbar.

Während des Umgießens des Innenteiles kann zur Herstellung eines Kühlwassermantels ein Wassermantelkern unmittelbar außen auf den Laufbuchsen angeordnet sein, wo durch ein optimaler Wärmeübergang erzielbar ist.

Alternativ hierzu kann der Wassermantelkern geringfügig beabstandet zu den Lauf­ buchsen angeordnet sein, so daß diese von einer vergleichsweise dünnen Schicht des Außenteilwerkstoffes umgossen werden, wodurch ein in sich geschlossener, flüssig­ keitsdichter Kühlwasser führender Hohlraum entsteht.

Bevorzugterweise sind an den Lagerstühlen gehaltene Lagerdeckel aus dem gleichen Werkstoff, vorzugsweise Grauguß gefertigt wie das Innenteil. Infolge dessen ist eine schnittgünstige Fertigung der Lagergasse für die Kurbelwelle und im Betrieb der Brenn­ kraftmaschine ein äußerst geringes Lagerspiel erzielbar. Eine weitere Aussteifung und Geräuschdämpfung kann dadurch erzielt werden, daß diese Lagerdeckel in Form einer einstückig ausgebildeten, sich über die Länge des Gehäuses erstreckenden Lagerbrücke zusammengefaßt sind.

Insgesamt bietet die Erfindung den Vorteil, daß ein verzugsarmes, steifes Gehäuse mit sehr guten Lauf- und Dämpfungseigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht geschaffen ist. Es entfällt der sonst übliche Aufwand durch das zusätzliche Einpressen oder Eingießen von, vereinzelten Laufbüchsen bzw. das aufwendige Bearbeiten der Zylinderlaufflächen bei sogenannten Leichtmetallmotoren.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß das Gehäuse im Falle einer Reihenbrennkraft­ maschine oder eines VR-Motors mit mehreren Zylindern ein Innenteil aufweist, während eine V-Brennkraftmaschine für jede Zylinderbank ein eigenes Innenteil aufweisen kann, welche anschließend gemeinsam vom Außenteil umgossen werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeich­ nung näher erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Innenteil eines Gehäuses,

Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht von unten auf ein Innenteil eines Gehäuses,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V gemäß Fig. 1 durch ein Gehäuse,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI gemäß Fig. 1 durch ein Gehäuse und

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII gemäß Fig. 1 durch ein Gehäuse.

Eine Brennkraftmaschine weist ein Gehäuse auf, welches im wesentlichen aus einem insgesamt mit 1 bezeichneten Innenteil und einem um dieses herum gegossenen Außenteil 2 gebildet ist.

Die Brennkraftmaschine weist entlang einer Längsmittelebene L angeordnete Zylinder 3, 4 auf, welche Laufbuchsen 5, 6 aufweisen.

Das Innenteil 1 ist einstückig und materialeinheitlich aus Grauguß gefertigt und besteht im wesentlichen aus den Laufbuchsen 5, 6, einem Deck 7, Schraubenpfeifen 8 sowie Lager 9 für eine Kurbelwelle aufweisenden, in Querebenen Q benachbart zu den Zylin­ dern 3, 4 verlaufenden Wandungen 10.

Gemäß Fig. 2 erstreckt sich das Innenteil 1 im wesentlichen zwischen einer oberen Anschlußebene A für einen nicht gezeigten Zylinderkopf und einer unteren Anschluß­ ebene B.

Es sei darauf hingewiesen, daß die im Zusammenhang mit dieser Erfindung benutzten Begriffe wie oberen bzw. unteren sich lediglich auf die Zeichnungsfiguren beziehen und insbesondere keine Einschränkung bezüglich einer möglichen Einbaulage dieses Gehäu­ ses bedeuten.

Die Schraubenpfeifen 8 erstrecken sich vom Deck 7 ausgehend bis in den Bereich der oberen Anschlußebene A, während sich die Wandungen 10 im wesentlichen vom Deck 7 ausgehend bis zur unteren Anschlußebene B erstrecken.

Die Laufbuchsen 5 erstrecken sich in ihrem unteren Bereich bis zu einer zwischen dem Deck 7 und der unteren Anschlußebene B liegenden Ebene E.

Die Schraubenpfeifen 8 weisen Aufnahmen 11 sowie Gewinde 12 zur Aufnahme von nicht gezeigten, einen Zylinderkopf mit dem Gehäuse verbindenden Schrauben auf.

Beiderseits der Lager 9 sind in jeder Wandung 10 Gewinde 13 zur Befestigung von Kurbelwellenlagerdeckeln 14 angeordnet, wobei diese aus dem gleichen Graugußwerk­ stoff gefertigt sind wie das Innenteil 1.

Gewinde 13 und Gewinde 14 können axial miteinander fluchtend zur Verbesserung des Kraftflusses angeordnet sein, alternativ können von den Lagerdeckeln 14 bis in den Zylinderkopf durchgehende Zuganker verwendet werden.

Integraler Bestandteil des Innengestelles 1 ist benachbart zum Deck 7 ein sich in Längsrichtung erstreckender Hauptölkanal 15, von welchem beispielsweise Querkanäle 16 zur Versorgung der Lager 9 abzweigen.

Zur Erzielung eines steifen Verbundes sind zwischen den Schraubenpfeifen 8 und den Laufbuchsen 5, 6 im Bereich des Decks 7 Versteifungsbrücken 17 angegossen. In der zwischen den Zylindern 3 und 4 liegenden Querebene Q ist die Wandung 10 über das Deck 7 hinaus in Richtung auf die obere Anschlußebene A unter Belassung eines Kühlwasserdurchtrittes 18 geführt.

Zur Herstellung einer in Quer- und Längsrichtung des Gehäuses formschlüssigen Ver­ krallung zwischen Außenteil 2 und Innenteil 1 weist das Deck 7 an seiner äußeren Umfangslinie einen Verkrallungsbereich 20 auf, welcher weitgehend vom Außengestell 2 umgossen ist.

Der Verkrallungsbereich 20 weist eine zumindest abschnittsweise entlang der Umfangs­ linie des Decks 7 verlaufende, sich zu beiden Seiten dieses Decks 7 erstreckende Wulst 21 auf, welche, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, eine verzahnungsartige Gestalt 22 aufweist.

Zwecks Erhöhung der Verkrallungswirkung weist das Deck 7 gemäß Fig. 1 Durch­ brüche 23 auf, welche beim Umgießen mit dem Außenteil 2 von dessen Werkstoff durchsetzt werden.

In Abweichung von der in den Figuren gezeigten Ausgestaltung des Deckes 7 kann dieses deutlich enger benachbart zu den Laufbuchsen 5, 6 beziehungsweise den Schraubenpfeifen 8 verlaufen und in sofern weniger plattenartig ausgebildet sein wie beispielsweise aus Fig. 1 ersichtlich.

Ein weiterer Verkrallungsbereich 24 ist an Lagerstühlen 25 der Lager 9 nach außen abragend in Form von mit einer Öffnung versehenen Streben 26 ausgebildet. Diese können, wie in Fig. 3, rechte Bildhälfte dargestellt, mittels angegossener Brücken 27 in Längsrichtung des Gehäuses miteinander verbunden sein.

Zur Bereitstellung einer Verkrallung im Bereich der oberen Anschlußebene A weisen die Laufbuchsen 5, 6 eine Verzahnung 28 in Form von eingegossenen Ausnehmungen 29 an ihrer der Ebene A zugewandten Stirnfläche 30 auf.

Eine identische Verkrallung kann an den entsprechenden Stirnflächen 31 der Schrauben­ pfeifen 8 vorgesehen sein.

Diese Stirnflächen 30, 31 werden vom Außenteilwerkstoff gemäß Fig. 5 und 6 vollständig umgossen, so daß eine materialeinheitliche, dem Zylinderkopf zugewandte Deckfläche 32 entsteht.

Während des Umgießens des Innenteiles 1 kann ein Wassermantelkern 35 geringfügig beabstandet zu den Laufbuchsen 5, 6 derart angeordnet sein, daß diese von einer vergleichsweise dünnen Schicht 36 umgeben sind.

Alternativ hierzu kann dieser Wassermantelkern 35 auch direkt auf den Laufbuchsen 5, 6 angeordnet sein.

Zur Bereitstellung einer gleichmäßigen Kühlung auf dem Umfang der Laufbuchsen 5, 6 kann ein Wassermantel 37 zwischen den Schraubenpfeifen 8 und den Laufbuchsen 5, 6 durchgeführt sein, wobei zu diesem Zwecke gemäß Fig. 6 die Schraubenpfeifen 8 mit Abflachungen 38 versehen sein können.

Ein fertiggestelltes, aus Innenteil 1 und Außenteil 2 gebildetes Gehäuse ist am besten aus Fig. 5 erkennbar, wobei dort ein einstückig mit dem Außenteil 2 ausgebildeter Getriebeflansch 40 zur Anbindung einer Getriebeeinheit an das Gehäuse erkennbar ist. Verkrallungsbereich 20 und Streben 26 sind vom Außenteilwerkstoff umgossen, wobei zur weiteren Aussteifung des gesamten Gehäuses mit Durchbrüchen versehene Rippen 41, im Bereich der Wandungen 10 sowie der Lager 9 vorgesehen sind.

Fig. 5 läßt ebenfalls deutlich erkennen, in welcher Weise das Deck 7 sowie außenlie­ gende Wandungen 42 des Außenteiles 2 einen Öl führenden Raum im Bereich des Kurbeltriebes begrenzen, während oberhalb des Deckes 7 Kühlwasser führende Räume in Form des Wassermantels 37 ausgebildet sind.

Claims (15)

1. Gehäuse für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit mindestens einem einstückig ausgebildeten, mindestens einen Zylinder (3, 4) aufweisenden, metallischen Innen­ teil (1), welches ein Deck (7) mit daran angeformten, sich zumindest in den Bereich einer oberen Anschlußebene (A) für einen Zylinderkopf erstreckende Schrauben­ pfeifen (8) aufweist, wobei sich benachbart zu dem Zylinder (3, 4) in Querebenen (Q) von diesem Deck (7) ausgehende Wandungen (10) bis zu einer unteren An­ schlußebene (B) erstrecken, welche Lagerstühle (25) für eine Kurbelwelle aufweisen, und mit einem um das Innenteil (1) gegossenen, Kühlwasser und Öl führende Räume bildenden Außenteil (2) aus einem vom Innenteil (1) abweichenden Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß einstückig und materialeinheitlich mit dem Innenteil Laufbuchsen (5, 6) ausgebildet sind.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Laufbuchsen (5, 6) zwischen der oberen Anschlußebene (A) und einer zwischen dem Deck (7) und der unteren Anschlußebene (B) liegenden Ebene (E) erstrecken.

3. Gehäuse nach eine der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schraubenpfeifen (8) und den Laufbuchsen (5, 6) im Bereich des Decks (7) ange­ gossene Versteifungsbrücken (17) angeordnet sind.

4. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Deck (7) an seiner Umfangslinie einen Verkrallungsbereich (20) aufweist, welcher weitgehend von ei­ nem korrespondierenden Bereich des Außenteiles (2) umgossen ist.

5. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Lagerstühlen (25) nach außen abragende, weitere Verkrallungsbereiche (24) angeordnet sind.

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest abschnittsweise entlang der Umfangslinie eine umlaufende Wulst (21) erstreckt.

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umfangslinie zumindest abschnittsweise eine ver­ zahnungsartige Gestalt (22) aufweist.

8. Gehäuse nach einem der Ansprüche 4 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Deck (7) im Verkrallungsbereich (20) vom Außen­ teilwerkstoff durchsetzte Durchbrüche (23) aufweist.

9. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Verkrallungs­ bereiche (24) mittels angegossener Brücken (27) in Längsrichtung des Gehäuses miteinander verbunden sind.

10. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oberen Anschlußebene (A) zugewandte Stirnflächen (30, 31) des Innenteiles (1) vom Außenteilwerkstoff umgossen sind, derart, daß eine materialeinheitliche, dem Zylinderkopf zugewandte Deckfläche (32) entsteht.

11. Gehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Stirn­ flächen (30, 31) eine senkrecht zu der oberen Anschlußebene (A) verlaufende Ver­ zahnung (28) trägt.

12. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Umgießens des Innenteiles (1) ein Wassermantelkern (35) unmittelbar auf den Laufbuchsen (5, 6) angeordnet ist.

13. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Umgießens des Innenteiles (1) ein Wassermantelkern (35) geringfügig beabstandet zu den Lauf­ buchsen (5, 6) angeordnet ist.

14. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (9) der Kurbel­ welle Lagerdeckel (14) aufweisen, deren beidseitig einer Längsmittelebene (L) des Gehäuses angeordnete Verschraubungen fluchtend mit den Schraubenpfeifen (8) angeordnet sind.

15. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (9) der Kurbelwelle Lagerdeckel (14) aufweisen, welche in Richtung einer Längsmittelebene (L) brückenartig untereinander verbunden sind, wobei diese aus dem gleichen Werk­ stoff gefertigt sind wie das Innenteil (1).