DE19757233A1 - Zylindergehäuse für Hubkolben-Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zylindergehäuse für Hubkolben-Maschinen, insbe­ sondere ein Zylinderkurbelgehäuse für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige in open-deck Bauweise ausgeführte Zylindergehäuse können ins­ besondere bei Brennkraftmaschinen höherer spezifischer Leistung Stand­ festigkeitsprobleme ergeben, die sich in Verzügen (Ovalität) der freistehen­ den Zylinder und/oder in Undichtigkeiten auswirken können. Um dem vorzu­ beugen, wählt man bei derartigen Brennkraftmaschinen closed-deck Kon­ struktionen mit Durchbrüchen im Anschlußflächenbereich für den Zylinder­ kopf. Diese Konstruktionen sind aber zwangsläufig komplizierter zu gießen und es sind teilweise verlorene Kerne zu verwenden, die in zusätzlichen Ar­ beitsgängen zu entfernen sind.

Durch die DE 32 20 775 C2 ist ein Zylinderkurbelgehäuse bekannt, bei dem das Zylindergehäuse und die Zylinder getrennt voneinander gegossen, zu­ sammengebaut und dann im Anschlußflächenbereich für den Zylinderkopf Elektronenstrahlgeschweißt werden. Auch eine solche Konstruktion ist im Herstellungsaufwand immer noch relativ aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit geringem Mehraufwand im Druckgußver­ fahren hergestellte Zylindergehäuse auch für spezifisch höher belastete Ma­ schinen bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, nach dem Gießvorgang im Bereich der Anschlußfläche für den Zylinderkopf zumindest eine die Außenwand des Zylindergehäuses mit dem Zylinder verbindende Brücke als Verstärkung vorzusehen. Bevorzugt sind mehrere symmetrisch um den oder die Zylinder verteilte Brücken angeordnet.

Die Brücken können kraft- und/oder formschlüssig eingesetzt sein, z. B. durch Einpressen, Kleben, Einschrumpfen, Verstemmen, etc., und somit ins­ besondere eine Stützfunktion ausüben.

Zur Erhöhung der mit den Brücken erzielbaren Festigkeit wird ferner vorge­ schlagen, die Brücken stoffschlüssig festzulegen. Die stoffschlüssige Ver­ bindung kann beispielsweise durch Löten, bevorzugt aber durch Schweißen, insbesondere mittels Laser- oder Elektronenstrahlschweißen hergestellt werden. Der erfindungsgemäße Vorschlag hat den besonderen Vorteil, daß zunächst von einer herkömmlichen Druckgußkonstruktion ausgegangen werden kann, so daß beispielsweise für niedrigere und höhere spezifische Belastungen grundsätzlich das gleiche Zylindergehäuse verwendbar ist. Dies verringert zum Beispiel bei der Serienfertigung von Brennkraftmaschi­ nen unterschiedlicher Leistungen beträchtlich den Herstellungsaufwand, da ggf. von gleichen Zylinderkurbelgehäusen ausgegangen werden kann.

Während dann die einen Zylinderkurbelgehäuse nach dem Druckgießen spanend weiterbearbeitet werden, können die für höhere Leistung vorgese­ henen Zylinderkurbelgehäuse in einem Zwischenfertigungsschritt durch Einlöten bzw. Einschweißen oder anderweitigem Festlegen der vorgeschla­ genen Brücken im Anschlußflächenbereich für den Zylinderkopf verstärkt werden. Aufgrund der üblichen Verwendung einer Zylinderkopfdichtung im Anschlußflächenbereich müssen die Verbindungen nicht dicht ausgeführt sein, sondern lediglich ihrer Verstärkungsfunktion gerecht werden. Dadurch ist es möglich, diese ohne größeren fertigungstechnischen Mehraufwand durchzuführen; Dichtigkeitsprüfungen sind nicht erforderlich.

Die Gießwerkzeuge für das Zylindergehäuse können so ausgeführt sein, daß bereits gießtechnisch im Bereich der einzulegenden Brücken Taschen in die Zylinderwände bzw. Gehäuseaußenwände eingeformt werden, die die Positionierung und Festlegung der Brücken erleichtern. Fertigungstechnisch vorteilhaft ist es ferner, wenn die Brücken aus einem Werkstoff mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der Werkstoff des Zylindergehäuses ausge­ führt sind, weil dadurch Schweißhilfen entfallen können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel­ heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 abschnittsweise eine Reihen-Hubkolben-Brennkraftmaschine in Draufsicht auf die Anschlußfläche für den Zylinderkopf; und

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1 durch das Zylinderge­ häuse.

Das allgemein mit 10 bezeichnete Zylinderkurbelgehäuse für eine Vier-Zy­ linder-Reihen-Hubkolben-Brennkraftmaschine weist ein Zylindergehäuse 12 und ein daran angeformtes, nur andeutungsweise dargestelltes Kurbelge­ häuse 14 auf.

Das Zylinderkurbelgehäuse 10 ist im Druckgußverfahren aus einer Leicht­ metall-Legierung, z. B. AlSi9 (mit üblichen weiteren Legierungszusätzen), hergestellt. Die open-deck Bauweise zeigt sich dabei darin, daß der um die ringförmigen Zylinderwände 16, 18 und innerhalb der Außenwände 20, 22 (es sind nur die Seitenwände ersichtlich) des Zylindergehäuses 12 ausgebildete Kühlwassermantel 24 nach oben, der planen Anschlußfläche 26 für die Zy­ linderkopfdichtung und dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zu, offen ausgebildet ist. D. h., daß zunächst nach dem Gießen die Zylinderwände 16, 18 bzw. die Zylinder frei stehen, somit im Bereich der Anschlußfläche 26 keine Verbindung zu den Außenwänden 20, 22 aufweisen.

Um eine solche bevorzugt stoffschlüssige Verbindung nachträglich herzu­ stellen, sind nun in der oberen Zeichnungshälfte der Fig. 1 je Zylinder 16, 18 eine erste, bogenförmige Brücke 28 und zwischen den Zylindern 16, 18 eine zweite, etwa dreieckförmige Brücke 30 aus einer Leichtmetall-Legierung mit einem höheren Schmelzpunkt als den des Zylinderkurbelgehäuses 10 vor­ gesehen, z. B. aus dem Werkstoff AlSi12. Die Brücken 28, 30 sind stoff­ schlüssig sowohl mit den Zylinderwänden 16, 18 als auch mit den Außen­ wänden 20, 22 des Zylindergehäuses 12 verbunden.

Die stoffschlüssige Verbindung ist unter Vakuum mittels Elektronenstrahl­ schweißen hergestellt, wobei zur Positionierung der Brücken 28, 30 in die besagten Wände 16, 18, 20, 22 allgemein mit 32 bezeichnete Taschen einge­ formt sind (vgl. Fig. 1 und 2).

Gemäß der unteren Zeichnungshälfte der Fig. 1 können auch Brücken 36 in der dort gezeigten Anordnung nur zwischen den Zylinderwänden 16, 18 und den Außenwänden 20, 22 symmetrisch um die Zylinder 16, 18 angeordnet sein, ohne eine direkte Verbindung zwischen den Zylindern 16, 18 wie in der oberen Zeichnungshälfte herzustellen.

Die Anzahl und Anordnung der Brücken 28, 30, 36 ergibt sich aus den aus der jeweiligen Konstruktion sich herauskristallisierenden Anforderungen, die ggf. empirisch zu ermitteln sind. Neben den gezeigten Anordnungen können auch noch andere Anordnungen bzw. Kombinationen von Brücken verwen­ det sein. Ggf. können die Zylinder 16, 18 im Bereich der eingezeichneten Mittellinie der Fig. 1 auch unmittelbar durch Stege aneinander angeformt sein. Gleiches gilt ggf. für den ersten und letzten Zylinder in Verbindung mit der an diesen angrenzenden stirnseitigen Gehäuse-Außenwand (nicht dar­ gestellt).

Die Taschen 32 können bereits im Gießwerkzeug vorgesehen und somit unmittelbar beim Druckgießen angeformt werden.

In diese Taschen 32, die der jeweiligen Außenkontur der Büchsen 28, 30, 36 angepaßt sind, können für Brennkraftmaschinen höherer spezifischer Lei­ stung die Brücken in die vordefinierten Positionen eingelegt und mittels Elektronenstrahlenergie eingeschweißt werden. Anschließend wird das Zy­ linderkurbelgehäuse 10 ggf. nach Einspeisung in die allgemeine Fertigungs­ linie in bekannter Weise spanend bearbeitet, wobei auch die Zylinder­ kopf-Anschlußfläche mit oder ohne den eingeschweißten Brücken 28, 30, 36 plan­ bearbeitet wird.

Anstelle der beschriebenen Elektronenstrahl- oder Laserstrahl-Schweißung können die Brücken auch unter Verwendung eines Lotes eingelötet werden. Sollen die Brücken vermehrt nur eine Stützfunktion ausüben, so können sie auch eingeklebt (z. B. mittels eines temperaturfesten Klebers auf Keramikbasis), eingeschrumpft, eingepreßt oder eingelegt und verstemmt werden.

Claims (10)

1. Zylindergehäuse für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Zylinderkurbel­ gehäuse für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, das in Leichtmetall-Druck­ guß ausgeführt ist und das in open-deck Bauweise einen zur Zylinder­ kopf-Anschlußfläche offenen Kühlwassermantel um den zumindest einen Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der An­ schlußfläche (26) zumindest eine zwischen der Außenwand (20, 22) des Zylindergehäuses (12) und dem Zylinder (16, 18) angeordnete Brücke (28, 30, 36) eingesetzt ist.

2. Zylindergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß symme­ trisch zum Zylinder (16, 18) mehrere Brücken (28, 30, 36) angeordnet sind.

3. Zylindergehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Mehrzylindermaschinen auch jeweils einander benachbarte Zylinder (16, 18) verbindende Brücken (30) vorgesehen sind.

4. Zylindergehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brücken stoffschlüssig mit der Außenwand (20, 22) und dem Zylinder (16, 18) verbunden sind.

5. Zylindergehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken (28, 30, 36) mittels Strahlschweißen eingeschweißt sind.

6. Zylindergehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken (28, 30, 36) durch Anwendung des Elektronenstrahlschweißens eingeschweißt sind.

7. Zylindergehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß in die Außenwände (20, 22) und/oder Zylin­ derwände (16, 18) Taschen (32) eingeformt sind, in die die Brücken (28, 30, 36) einlegbar sind.

8. Zylindergehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brücken (28, 30, 36) aus dem gleichen Grundwerkstoff wie das Zylindergehäuse (12) hergestellt sind.

9. Zylindergehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken (28, 30, 36) durch Legierungszusätze einen niedrigeren Schmelz­ punkt als der Werkstoff des Zylindergehäuses (12) aufweisen.

10. Zylindergehäuse nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Zylindergehäuse (12) aus einem Aluminium-Werkstoff mit einem Silizium-Gehalt von ca. 9% und die Brücken (28, 30, 36) aus einem Aluminium-Werkstoff mit einem Silizium-Gehalt < 11% bestehen.