DE19846387A1 - Kurbelwellenlager für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ein Kurbelwellenlager für eine Brennkraftmaschine weist einen in ein Kurbelgehäuse integrierten Lagergrundabschnitt und einen am Lagergrundabschnitt gehaltenen Lagerdeckel auf, wobei der Lagergrundabschnitt und der Lagerdeckel aus einer Leichtmetallegierung bestehen. Im Lagerdeckel ist ein Einsatz aus einem Werkstoff mit geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten aufgenommen. DOLLAR A Um ein Kurbelwellenlager mit geringem Gewicht und hoher Steifigkeit bei minimierten Lagespielveränderungen auszubilden, ist vorgesehen, daß der Lagerdeckel und der Einsatz lösbar miteinander verbundene Bauteile bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelwellenlager für eine Brenn­ kraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die DE 195 45 000 C1 offenbart ein Kurbelwellenlager in einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine mit mehreren Lagerstüh­ len, die jeweils aus einem in das Kurbelgehäuse integrierten Lagergrundabschnitt und einem am Lagergrundabschnitt gehaltenen Lagerdeckel bestehen, zwischen denen die Kurbelwelle aufgenom­ men ist. Der Lagergrundabschnitt und der Lagerdeckel sind aus einer Leichtmetallegierung gegossen, wodurch bei geringem Ge­ wicht eine hohe Festigkeit und Steifigkeit erzielt wird. In den Lagerdeckel ist ein die Kurbelwelle umgreifender Einsatz aus einem eisenmetallischen Werkstoff eingegossen, der einen gegen­ über der Leichtmetallegierung geringeren Wärmeausdehnungs­ koeffizienten besitzt, wodurch das im Bereich der Kurbelwellen­ lagerung entstehende Heißlagerspiel reduziert wird.

Der in den Lagerdeckel eingegossene Einsatz aus Eisenmetall be­ sitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit und überträgt die im Lager entstehende Reibungswärme auch auf das umgebende Leichtmetall­ gehäuse im Bereich der Lagerstühle. Infolge des festen Verbun­ des von Einsatz und Lagerdeckel entstehen wegen der unter­ schiedlichen Wärmeausdehnung von Leichtmetall und Eisenmetall im Lagerdeckel und im Einsatz Wärmespannungen, die zu einer Be­ einträchtigung der Kurbelwellenlagerung führen können. Im un­ günstigsten Fall können die Wärmespannungen sogar zu einem Bau­ teilbruch führen.

Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß Vibrationen der Kurbel­ welle über den Einsatz und den Lagerdeckel auf die Ölwanne übertragen werden und dort zu einer unerwünschten Geräuschent­ wicklung führen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Kurbelwellenlager mit geringem Gewicht und hoher Steifigkeit auszubilden, bei dem Lagespielveränderungen infolge Wärmedehnungen minimiert werden. Gemäß einem weiteren Ziel der Erfindung soll die Geräuschbil­ dung reduziert werden.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst.

Der Einsatz ist im Gegensatz zu bisherigen, bekannten Lösungen nicht in den Lagerdeckel eingegossen, sondern lösbar aufgenom­ men. Dadurch können sich Einsatz und Lägerdeckel auch im mon­ tierten Zustand bis zu einem gewissen Grade gegeneinander ver­ schieben, wodurch unterschiedlich hohe Wärmedehnungen des Ein­ satzes und des Lagerdeckels teilweise ausgeglichen werden kön­ nen und die Entstehung von Wärmespannungen im Grenzbereich zwi­ schen Einsatz und Lagerdeckel vermindert wird.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt in der leichteren Herstellung und Montage. Der Einsatz kann vorgefer­ tigt in den Lagerdeckel eingesetzt und anschließend der Lager­ deckel mit Einsatz am Lagerstuhl montiert werden. Durch die Entkopplung der Herstellung des Einsatzes und der Herstellung des Lagerdeckels können beide Produktionsschritte unabhängig voneinander ausgeführt werden, wodurch kürzere Produktionszei­ ten erzielt und die Herstellungskosten reduziert werden.

Es ist möglich, die gesamte Breite eines Lagerstuhls für den Einsatz auszunutzen, wodurch auch eine Verwendung bei kompakten Motoren mit schmalen Lagerstühlen möglich ist.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind am Einsatz seitliche Stufen vorgesehen, durch die jeweils eine Lagerschraube geführt sein kann, um den Einsatz mit hoher Haltekraft mit dem Lager­ grundabschnitt am Kurbelgehäuse zu verbinden. Die stufige Aus­ führung hat außerdem den Vorteil, daß ein fester Halt im Lager­ deckel gegeben ist und dennoch im Grenzbereich zwischen Einsatz und Lagerdeckel wärmebedingte Ausdehnungen zugelassen werden. Außerdem wird eine zusätzliche Fixierung des Einsatzes bei der Bearbeitung für eine prozeßsichere Fertigung erreicht.

Für eine stabile Kurbelwellenlagerung sind bevorzugt vier La­ gerschrauben durch den Einsatz geführt. In einer vorteilhaften Ausführung verbinden die vier Lagerschrauben zur Stärkung des Verbunds von Einsatz und Lagerdeckel und zur Erhöhung der Ge­ samtsteifigkeit den Lagerdeckel und den Einsatz mit dem Kurbel­ gehäuse. Diese Ausführung bietet außerdem den Vorteil, daß La­ gerdeckel und Einsatz in einem Montageschritt gemeinsam ver­ schraubt werden können und daß die Schrauben von außen zugäng­ lich sind.

In einer anderen vorteilhaften Ausführung (Fig. 4) ist vorgese­ hen, daß der Einsatz auf Lücke zum Lagerdeckel liegt, so daß zwischen der Außenseite des Einsatzes und der Innenseite des Lagerdeckels ein Luftspalt klafft, der die Wärmeübertragung und die Geräuschübertragung vom Einsatz auf den Lagerdeckel weitge­ hend verhindert. In dieser Ausführung ist eine optimale Wärme- und Geräuschentkopplung gegeben.

Als Werkstoff für den Einsatz kommen alle Materialien in Be­ tracht, die die erforderliche Festigkeit zur Aufnahme der Kur­ belwelle bei zugleich geringer Wärmeausdehnung aufweisen. Diese Materialien sind insbesondere eisenmetallhaltige Werkstoffe wie Grauguß oder Verbundwerkstoffe.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun­ gen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Kurbelgehäuse mit einer Kur­ belwellenlagerung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Kurbelwellenlagerung in ei­ ner zweiten Ausführung,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Kurbelwellenlagerung in ei­ ner dritten Ausführung,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Kurbelwellenlagerung in ei­ ner vierten Ausführung.

Das in Fig. 1 gezeigte Kurbelgehäuse 1 einer Brennkraftmaschine umfaßt ein Kurbelwellenlager 2, das durch einen in das Kurbel­ gehäuse 1 integrierten Lagergrundabschnitt 3 und einen am La­ gergrundabschnitt 3 befestigten Lagerdeckel 4 mit einem Einsatz 5 gebildet ist. Das in der Schnittdarstellung nach Fig. 1 ge­ zeigte Kurbelwellenlager 2 gehört zu einem Lagerstuhl aus einer Mehrzahl von Lagerstühlen, in denen die Kurbelwelle der Brenn­ kraftmaschine drehbar gelagert aufgenommen ist. Mehrere Lager­ deckel 4 können zur Erhöhung der Steifigkeit zu einer gemeinsa­ men Lagerbrücke verbunden sein.

Der Lagergrundabschnitt 3 und der Lagerdeckel 4 sind aus Leichtmetall gefertigt, insbesondere aus einer Aluminiumlegie­ rung oder einer Magnesiumlegierung. Der im Lagerdeckel 4 aufge­ nommene Einsatz 5, der eine Lagerbohrung zur Aufnahme der Kur­ belwelle aufweist, besteht aus einem Werkstoff mit einem gerin­ geren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Leichtmetall, bei­ spielsweise aus einem Eisenmetall wie Grauguß oder aus einem Verbundwerkstoff. Der Einsatz 5 dehnt sich durch die im Kurbel­ wellenlager 2 entstehende Wärme nur geringfügig aus.

Es kann zweckmäßig sein, auch im Lagergrundabschnitt 3 zur Auf­ nahme der Kurbelwelle einen Einsatz aus einem Werkstoff mit ei­ nem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten vorzusehen.

Der Einsatz 5 ist lösbar in den Lagerdeckel 4 eingesetzt und über Lagerschrauben 8, 9, 10, 11 mit dem Lagerdeckel 4 verbun­ den und am Lagergrundabschnitt 3 gehalten. Der Einsatz 5 weist in den Seitenbereichen jeweils eine Stufe 6, 7 auf, die auf ei­ ner komplementär geformten Schulter im Lagerdeckel 4 aufliegt. Durch jede Stufe 6, 7 ist eine Schraube 8, 9 geführt. Durch den Grundkörper der Einsatzes 5 sind zwei weitere Schrauben 10, 11 geführt. Die Schrauben 8, 9, 10, 11 sind von der Außenseite des Lagerdeckels 5 zugänglich und befestigen sowohl den Lagerdeckel 4 als auch den Einsatz 5 am Lagergrundabschnitt 3 des Kurbelge­ häuses 1. Die Verschraubungsauflagen der Lagerschrauben 8 bis 11 auf der Außenseite des Lagerdeckels 4 können außerhalb des Kurbelwellengegengewichts plaziert werden. Verbreiterte Schrau­ benköpfe und Auflagen gewährleisten eine gleichmäßige Kraftauf­ nahme der Schraubkräfte am Lagerdeckel 4.

Zusätzliche Lagerschrauben 12 und 13 verbinden den Lagerdeckel 4 beidseitig des Einsatzes 5 und dienen der Gehäuseabdichtung.

Ein Bolzen 15 und eine Abreißschraube 14 verbinden den Lager­ deckel 4 mit dem Einsatz 5. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Einsatz 5 nach der Trennflächenbearbeitung und anderen Vor­ bearbeitungen nicht mehr mit Einsätzen anderer Lagerstühle ver­ wechselt werden kann.

Die Seitenflächen des Einsatzes 5 liegen auf Lücke im Sitz des Lagerdeckels 4, so daß zwischen benachbarten Seitenflächen von Lagerdeckel 4 und Einsatz 5 jeweils ein Luftspalt 16 gebildet ist, über den unterschiedliche hohe, thermisch bedingte Ausdeh­ nungen von Lagerdeckel 4 und Einsatz 5 ausgeglichen werden und die Übertragung geräuschproduzierender Vibrationen gemindert wird.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind der Lagerdeckel 4 und der Einsatz 5 über insgesamt zwei Lagerschrauben 10, 11 am La­ gergrundabschnitt des Kurbelgehäuses befestigt. Der Lagerdeckel 4 und der Einsatz 5 sind über eine weitere kurze Abreißschraube 14 miteinander verbunden. Der Einsatz 5 weist zwei seitliche Stufen 6, 7 auf, die in eine komplementär geformte Schulter in dem im Lagerdeckel 5 ausgebildeten Sitz eingepaßt sind. In Ver­ tikalrichtung - lotrecht zur Längsachse der Kurbelwelle - ist jeweils ein kleiner Luftspalt zwischen den Stufen und den Auf­ lageschultern im Sitz des Lagerdeckels 4 ausgebildet.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Ein­ satz 5 im Lagerdeckel 4 wiederum zwei seitliche Stufen 6, 7 auf, durch die jeweils eine Schraube 8, 9 geführt ist, um den Lagerdeckel 4 und den Einsatz 5 am Lagergrundabschnitt zu befe­ stigen. Die weiteren Schrauben 10, 11 sind durch den Grundkör­ per des Einsatzes 5 geführt.

Zwischen den Seitenflächen des Grundkörpers des Einsatzes 5 und der Aufnahme im Lagerdeckel 4 ist ein kleiner Luftspalt 16 ge­ bildet.

Gemäß Fig. 4 verbinden die Schrauben 8 bis 11 nur den Einsatz 5 mit dem Lagergrundabschnitt; dagegen wird der Lagerdeckel 4 nicht von den Schrauben 8 bis 11 gehalten, sondern ist über nicht dargestellte Lagerschrauben am Lagergrundabschnitt befe­ stigt. Optional kann der Lagerdeckel 4 mit Schrauben 14 am Ein­ satz befestigt werden. Zwischen dem Einsatz 5 und dem Lagerdec­ kel 4 ist ein allseits umschließender Luftspalt 16 gebildet, der gegebenenfalls nur im Bereich der Schraube 14 für die Ver­ bindung von Lagerdeckel 4 und Einsatz 5 unterbrochen ist. Die Ausnehmung im Lagerdeckel 4 zur Aufnahme des Einsatzes 5 ist nicht komplementär zum Einsatz 5 geformt, sondern bietet aus­ reichend Raum zur Aufnahme der Schraubenköpfe der Lagerschrau­ ben 8 bis 11.

In dieser Ausführung sind der Lagerdeckel 4 und der Einsatz 5 weitestgehend voneinander isoliert, wodurch sowohl die Wärme­ übertragung als auch die Schwingungsübertragung weitgehend re­ duziert sind.

Die dem Lagergrundabschnitt zugewandte Fläche 17 des Einsatzes 5 weist Profilierungen 18 auf, die zur Bildung eines stärkeren Verbundes und zur Vereinfachung der Montage in komplementär ge­ formte Profilierungen bzw. Ausnehmungen am Lagergrundabschnitt eingreifen. Die Profilierungen 18 können, wie in der linken Bildhälfte von Fig. 4 dargestellt, die Lagerschrauben ringför­ mig umgreifen oder in einer weiteren Variante - wie in der rechten Bildhälfte dargestellt - auf der Fläche 17 als Erhebung ausgebildet sein.

Die Montage des Kurbelwellenlagers erfolgt in zwei Abschnitten: zunächst wird der Einsatz 5 über die Schrauben 8 bis 11 am nicht dargestellten Lagergrundabschnitt befestigt, anschließend wird der Lagerdeckel 4 über die Schraube 14 am Einsatz 5 bzw. über in Fig. 4 nicht gezeigte weitere Schrauben mit dem Lager­ grundabschnitt verbunden.

Claims (11)

1. Kurbelwellenlagerung in einer Brennkraftmaschine, mit einem in ein Kurbelgehäuse (1) integrierten Lagergrundabschnitt (3) und einem am Lagergrundabschnitt (3) gehaltenen Lagerdeckel (4), wobei der Lagergrundabschnitt (3) und der Lagerdeckel (4) aus einer Leichtmetallegierung bestehen, und mit einem im La­ gerdeckel (4) aufgenommenen Einsatz (5) aus einem Werkstoff mit geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerdeckel (4) und der Einsatz (5) lösbar miteinander verbundene Bauteile bilden.

2. Kurbelwellenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerdeckel (4) und der Einsatz (5) am Lagergrundab­ schnitt (3) angeschraubt sind.

3. Kurbelwellenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Lagerschrauben (8, 9, 10, 11) pro Einsatz (5) vorgese­ hen sind.

4. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschrauben (8, 9, 10, 11) sowohl den Lagerdeckel (4) als auch der Einsatz (5) mit dem Lagergrundabschnitt (3) verbinden.

5. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Befestigung von Lagerdeckel (4) und Einsatz (5) un­ terschiedliche Lagerschrauben (8, 9, 10, 11; 12, 13) vorgesehen sind.

6. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) seitliche Stufen (6, 7) aufweist.

7. Kurbelwellenlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch jede Stufe (6, 7) eine Lagerschraube (8, 9) geführt ist.

8. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerdeckel (4) und der Einsatz (5) auf Lücke zueinan­ der angeordnet oder optional teilweise verbunden sind.

9. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) und der Lagergrundabschnitt (3) im Bereich angrenzender Flächen (17) komplementär geformte Profilierungen (18) aufweisen.

10. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) aus einem eisenmetallischen Werkstoff be­ steht.

11. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) aus einem Verbundwerkstoff besteht.