DE19846389C1 - 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. Weiterhin ist im Lagerdeckel ein Einsatz aus einem Werkstoff mit geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten eingegossen, wobei der Einsatz einen Durchbruch aufweist und eine Lagerschraube durch den Durchbruch geführt ist. DOLLAR A Um ein schmal bauendes Kurbelwellenlager mit geringem Gewicht und hoher Steifigkeit auszubilden, sind zumindest zwei benachbarte Durchbrüche vorgesehen, die sich vertikal zur Mittelebene des Einsatzes erstrecken. Darüber hinaus ist die Lagerschraube in der Mittelebene des Einsatzes durch die benachbarten Durchbrüche geführt.

Description

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

Aus der DE 195 45 000 C1 ist ein Kurbelwellenlager in einem La­ gerstuhl eines Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine bekannt, das aus einem in das Kurbelgehäuse integrierten Lagergrundab­ schnitt und einem am Lagergrundabschnitt gehaltenen Lagerdeckel besteht, zwischen denen die Kurbelwelle aufgenommen ist. Der Lagergrundabschnitt und der Lagerdeckel sind aus einer Leicht­ metallegierung gegossen, wodurch ein geringes Gewicht bei zu­ gleich hoher Festigkeit und Steifigkeit erzielt wird. In den Lagerdeckel ist ein die Kurbelwelle teilweise umgreifender Ein­ satz aus einem eisenmetallischen Werkstoff eingegossen, der ei­ nen gegenüber der Leichtmetallegierung geringeren Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten besitzt, wodurch das im Bereich der Kurbel­ wellenlagerung entstehende Heißlagerspiel reduziert wird.

Der in den Lagerdeckel eingegossene Einsatz aus Eisenmetall weist im Bereich seiner beiden seitlicher Abschnitte jeweils einen großräumigen Durchbruch auf, der im eingegossenen Zustand mit dem Leichtmetall-Werkstoff des Lagerdeckels ausgefüllt ist. Die Durchbrüche liegen in der Mittelebene des Einsatzes und sind beidseitig von Wandungen des Einsatzes begrenzt, die sich parallel zur Mittelebene erstrecken. Weiterhin sind Schrauben­ bohrungen für die Aufnahme von den Lagerdeckel und den Einsatz am Kurbelgehäuse haltenden Lagerschrauben vorgesehen, die durch die Durchbrüche bzw. den in die Durchbrüche eingegossenen Leichtmetall-Werkstoff verlaufen.

Die die Durchbrüche begrenzenden Wandungen umschließen das ein­ gegossene Leichtmetall in Kurbelwellenlängsrichtung, was zur Folge hat, daß die Lagerstühle relativ breit ausgeführt werden müssen, weil die Wandungen zur Gewährleistung der erforderli­ chen Stabilität eine Mindestdicke aufweisen müssen. Der zur Verfügung stehende axiale Bauraum ist aber insbesondere bei kleinen Motoren sehr begrenzt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein schmal bauendes Kurbelwellenlager mit geringem Gewicht und hoher Steifigkeit auszubilden.

Dieses Problem wird bei einer gattungsgemäßen Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Da die Durchbrüche sich vertikal zur Mittelebene des Einsatzes erstrecken, können schmal bauende Lagerstühle ohne Reduzierung der Steifigkeit und Festigkeit realisiert werden. Jeder Durch­ bruch besitzt unabhängig von der Dicke des Einsatzes umschlie­ ßende Wandungen, so daß eingegossener Lagerdeckel-Werkstoff un­ lösbar in den Durchbrüchen aufgenommen ist und selbst bei sehr schmal bauenden Lagerstühlen ein dauerhaft fester Verbund zwi­ schen dem Einsatz und dem Lagerdeckel gegeben ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß Vibrationen der Kurbelwelle zu einer Vergrößerung des Lagerspiels führen.

Der Verbund wird durch die Mehrzahl der Durchbrüche, die im eingegossenen Zustand jeweils mit Leichtmetall-Werkstoff ausge­ füllt sind, verstärkt, wobei die Spannkraft der durch die Durchbrüche geführten Lagerschraube eine mögliche Spaltbildung zwischen Lagerdeckel und Einsatz verhindert, wodurch unter an­ derem Geräusche verhindert werden. Jeweils eine Lagerschraube führt durch mehrere benachbarte Durchbrüche, was den Einsatz von Material und die Bearbeitungszeit reduziert.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist der Einsatz spiegelsym­ metrisch mit in beiden Seitenabschnitten angeordneten Durchbrü­ chen ausgebildet, wodurch eine gleichmäßige Krafteinleitung in den Einsatz bzw. Kraftübertragung vom Einsatz auf das Kurbelge­ häuse gegeben ist. Die Durchbrüche liegen bevorzugt vertikal übereinander, so daß die Schraubenbohrung etwa parallel zu ei­ ner Vertikalebene durch die Kurbelwelle verläuft und ausrei­ chend Platz für die Aufnahme der Kurbelwelle geschaffen wird. Außerdem wird eine gleichmäßige Kraftübertragung sowohl in la­ teraler als auch in vertikaler Richtung ermöglicht.

Die Form der Durchbrüche ist vorteilhaft näherungsweise recht­ eckförmig, mit der Folge, daß die dem Lagergrundabschnitt im Kurbelgehäuse benachbarte Wandung eines Durchbruchs im Einsatz etwa parallel zur Grenzfläche zwischen Einsatz und Lagergrun­ dabschnitt liegt und eine konstante Wandstärke realisiert wer­ den kann. Aus Festigkeitsgründen und fertigungstechnischen Gründen ist es besonders vorteilhaft, an den Ecken der recht­ eckförmigen Durchbrüche Verrundungen vorzusehen.

Auf der dem Lagergrundabschnitt abgewandten Seite weist der Einsatz vorzugsweise eine Stufe auf, die mit den benachbarten Durchbrüchen in einer Linie liegt. Im eingegossenen Zustand kann die Stufe mit Leichtmetall-Werkstoff des Lagerdeckels auf­ gefüllt werden und es können mit nur einer Lagerschraube sowohl der Einsatz als auch der Lagerdeckel erfaßt und am Lagergrun­ dabschnitt befestigt werden. Die eingearbeitete Stufe hat au­ ßerdem den Vorteil, daß der Wandabschnitt zwischen Stufe und Durchbruch mit der gleichen Stärke wie der seitliche Wandab­ schnitt ausgeführt werden kann.

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

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Lagerdeckel mit Einsatz im Bereich eines Lagerstuhls,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Lagerdeckel zwischen zwei Lagerstühlen.

Das in Fig. 1 dargestellte Kurbelwellenlager 1 zur Aufnahme der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ist im Bereich eines La­ gerstuhls ausgebildet und umfaßt einen nicht näher dargestell­ ten Lagergrundabschnitt 2 im Kurbelgehäuse der Brennkraftma­ schine und einen Lagerdeckel 3 mit einem Einsatz 4. Die Kurbel­ welle ist in einer Mehrzahl in Längsrichtung der Kurbelwelle hintereinander angeordneten Lagerstühlen aufgenommen, wobei zur Erhöhung der Stabilität mehrere Lagerdeckel 3 zu einer Lager­ brücke verbunden werden können.

Der Lagergrundabschnitt 2 und der Lagerdeckel 3 sind aus Leichtmetall bzw. einer Leichtmetallegierung gegossen, bei­ spielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesium­ legierung. Der im Lagerdeckel 3 aufgenommene Einsatz 4 mit ei­ ner halbkreisförmigen Lagerbohrung zur Aufnahme der Kurbelwelle besteht aus einem Werkstoff mit hoher Festigkeit, jedoch einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Leichtmetall, bei­ spielsweise aus einem Eisenmetall wie Grauguß oder aus einem Verbundwerkstoff. Infolge des geringeren Wärmeausdehnungs­ koeffizienten dehnt sich der Einsatz 4 durch die Gesamterwär­ mung des Motors nur geringfügig aus, wodurch die Entstehung von Lagerspiel verringert wird. Zweckmäßig ist auch im Lagergrun­ dabschnitt 2 ein Einsatz mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizi­ enten vorgesehen, der gemeinsam mit dem Einsatz im Lagerdeckel 3 die Kurbelwelle vollständig umschließt.

Der Einsatz 4 besteht aus einem zentralen Grundkörper 10 und sich zu beiden Seiten des Grundkörpers 10 anschließenden, mit dem Grundkörper 10 einteilig ausgebildeten Seitenabschnitten 9.

Der Einsatz 4 ist spiegelsymmetrisch zu einer Vertikalebene 11 aufgebaut, die zugleich die Längsmittelebene der Kurbelwelle bildet.

In die Seitenabschnitte 9 sind jeweils drei Durchbrüche 5 ein­ gebracht, die vertikal übereinander in einer Linie liegen und deren Durchbruchsrichtung sich senkrecht zur Mittelebene 7 des Einsatzes 4 erstreckt, wobei die Mittelebene 7 etwa in der Mit­ te zwischen der Vorderfläche und der Rückfläche des Einsatzes 4 und senkrecht zur Vertikalebene 11 liegt; die Durchbruchsrich­ tung zeigt somit parallel zur Längsachse der Kurbelwelle. Die Durchbrüche 5 weisen alle etwa die gleiche rechteckförmige Querschnittsform auf und sind jeweils etwa gleich groß. In der Mittelebene 7 des Einsatzes 4 betrachtet umschließen Wandungen des Einsatzes 4 die Durchbrüche 5 vollständig.

Bevorzugt sind mindestens zwei, gegebenenfalls auch mehr als drei Durchbrüche in einer Linie liegend vorgesehen.

Auf der dem Lagergrundabschnitt 2 abgewandten Seite weist der Einsatz 4 eine Stufe 12 auf, wodurch der Seitenabschnitt 9 ver­ tikal eine geringere Erstreckung hat als der angrenzende Grund­ körper 10 des Einsatzes 4. Dadurch ist die Wandstärke der Wan­ dungen zur oberen, unteren und seitlichen Außenseite hin je­ weils etwa gleich groß, so daß wärmebedingte Ausdehnungen sich lateral und vertikal im wesentlichen gleichmäßig fortpflanzen können.

Durch die Durchbrüche 5 ist eine Schraubenbohrung 6 zur Aufnah­ me einer Lagerschraube 8 geführt, welche von der Unterseite her eingeschraubt wird und den Einsatz 4 mit dem Lagergrundab­ schnitt 2 verbindet. Die Längsachse 13 der Schraubenbohrung und der Lagerschraube verläuft parallel zur Vertikalebene 11 durch die Kurbelwelle. Auf der Stufe 12 des Einsatzes 4 ist Material des Lagerdeckels 3 aufgefüllt, so daß die Lagerschraube 8 so­ wohl den Einsatz 4 als auch den Lagerdeckel 3 am Lagergrundab­ schnitt 2 bzw. an dem Kurbelgehäuse hält.

Parallel nach innen in Richtung der Vertikalebene 11 versetzt befinden sich weitere Schraubenbohrungen 14 mit Lagerschrauben 15. Die Schraubenbohrungen 14 und die Lagerschrauben 15 durch­ dringen ausschließlich den Einsatz 4 und befestigen diesen zu­ sätzlich zu den außenliegenden Lagerschrauben am Lagergrundab­ schnitt 2.

Die Herstellung des Verbundes aus Lagerdeckel und Einsatz er­ folgt durch allseitiges Umgießen des Einsatzes mit dem Werk­ stoff des Lagerdeckels, so daß die Durchbrüche und die Stufen am Einsatz mit dem Leichtmetall des Lagerdeckels aufgefüllt werden. Auch die Vorderseite und die Rückseite des Einsatzes sind zunächst mit Leichtmetall umgossen und müssen in einem nächsten Bearbeitungsschritt mechanisch wieder freigelegt wer­ den. Dies hat den Vorteil, daß insbesondere bei kompakten Moto­ ren mit schmalen Lagerstühlen der Einsatz sich in Achsrichtung der Kurbelwelle betrachtet über die volle Lagerstuhlbreite er­ strecken kann.

Der Darstellung nach Fig. 2 ist zu entnehmen, daß im endbear­ beiteten Zustand des aus Lagerdeckel 3 und Einsatz 4 bestehen­ den Verbundes die zwischen zwei Durchbrüchen 5 liegenden Wan­ dungen 16 des Einsatzes 4 sich in Richtung der seitlichen Au­ ßenwand hin verjüngen, so daß diese Wandungen teilweise vom Werkstoff des Lagerdeckels 3 umschlossen sind, mit der Folge, daß am fertigen Bauteil ausreichend dimensionierte Querschnitte des Lagerdeckels 3 vorhanden sind. Die vertikal verlaufende Wandung 17 (siehe Fig. 1) des Einsatzes 4 ist in Achsrichtung der Kurbelwelle gesehen schmaler ausgebildet als die lateralen Wandungen 16; die vertikale Wandung 17 ist daher vollständig im Lagerdeckel 3 eingegossen.

Claims (10)

1. Kurbelwellenlager für eine Brennkraftmaschine, mit einem in ein Kurbelgehäuse integrierten Lagergrundabschnitt (2) und ei­ nem am Lagergrundabschnitt (2) gehaltenen Lagerdeckel (3), wo­ bei der Lagergrundabschnitt (2) und der Lagerdeckel (3) aus ei­ ner Leichtmetallegierung bestehen, und mit einem im Lagerdeckel (3) eingegossenen Einsatz (4) aus einem Werkstoff mit geringe­ rem Wärmeausdehnungskoeffizienten, wobei der Einsatz (4) einen Durchbruch (5) aufweist und eine Lagerschraube (8) durch den Durchbruch (5) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei benachbarte Durchbrüche (5) vorgesehen sind, die sich vertikal zur Mittelebene (7) des Einsatzes (4) er­ strecken und daß die Lagerschraube (8) in etwa in der Mittel­ ebene (7) des Einsatzes (4) durch die benachbarten Durchbrüche (5) geführt ist.

2. Kurbelwellenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (5) in einem Seitenabschnitt (9) vorgesehen sind, der sich seitlich an einen Grundkörper (10) des Einsatzes (4) anschließt.

3. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (4) spiegelsymmetrisch aufgebaut ist.

4. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (5) beiderseitig unsymmetrisch angeordnet sind.

5. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschraube (8) parallel zu einer Vertikalebene (11) durch die Kurbelwelle verläuft.

6. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (5) im Querschnitt im wesentlichen recht­ eckförmig sind.

7. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß alle Durchbrüche (5) die gleiche Querschnittsfläche aufwei­ sen.

8. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (4) auf der dem Lagergrundabschnitt (2) abge­ wandten Seite eine Stufe (12) aufweist, durch die die Schrau­ benbohrung (6) geführt ist.

9. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei benachbarte, in einer Längsachse (13) lie­ gende Durchbrüche (5) vorgesehen sind.

10. Kurbelwellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Lagerschraube (8) durch die Durchbrüche (5) eine weitere Lagerschraube (15) durch den Grundkörper (10) des Einsatzes (4) geführt ist.