DE19902920A1 - Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents
Hubkolben-BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolben-Brennkraftmaschine 50 mit einer in Lagern 25 bis 29 aufgenommenen Kurbelwelle 5 und einem Massenausgleich 40 erster Ordnung und einem Massenausgleich 41 (Lancaster) zweiter Ordnung, zu der eine oder mehrere in den Lagern 26 und 28 aufgenommene Wellen 42, 43 gehören, die in einem Kurbelwellengehäuse 1 aufgenommen sind, wobei die Lager 25 bis 29 der Kurbelwelle 5 und/oder die Lager der Lancaster-Wellen 42, 43 zumindest aus einem Lageroberteil 12, 12' und einem Lagerunterteil 13 bzw. 34, 35 gebildet sind. Zumindest die gegeneinander anliegenden Flanschoberflächen 45, 46 der Lagerober- und Lagerunterteile 12, 12' und 34, 35 weisen eine durch Cracken gebildete Bruchoberfläche auf.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolben-
Brennkraftmaschine mit einer in Lagern aufgenommenen Kurbelwel
le und einem Massenausgleich erster Ordnung und einem Massen
ausgleich (Lancaster) zweiter Ordnung, zu der eine oder mehrere
in Lagern aufgenommene Wellen gehören, die in einem Kurbelwel
lengehäuse aufgenommen sind, wobei die Lager der Kurbelwelle
und/oder die Lager der Lancaster-Wellen zumindest aus einem La
geroberteil und einem Lagerunterteil gebildet sind.
Es ist bereits eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
mit einem Motor, einer Kurbelwelle und einem Getriebe bekannt
(DE 41 34 399 A1), die eine in Lagern aufgenommene Kurbelwelle
und einen Massenausgleich erster Ordnung sowie einen Massenaus
gleich zweiter Ordnung zeigt, zu der mehrere in Lagern aufge
nommene Wellen gehören, die in einem Kurbelwellengehäuse aufge
nommen sind. Das Lagergehäuse des Massenausgleichs zweiter Ord
nung (Lancaster-Ausgleich) ist über eine Flanschverbindung lös
bar mit dem Kurbelwellengehäuse der Kurbelwelle verbunden. Die
getrennte Bauweise des untergehängten Lancaster-Gehäuses führt
zu einem erheblichen Arbeitsaufwand bei der Herstellung der La
ger der Kurbelwelle und der Lager des Lancaster-
Massenausgleichs, insbesondere deshalb, weil für die Bearbei
tung der Lager ein sehr häufiges Umspannen der einzelnen Bau
teile erforderlich ist. Ein erheblicher Arbeitsaufwand zur Be
arbeitung der Lager ist auch erforderlich, um einen exakten
Sitz zwischen den Lagern der Kurbelwelle und/oder den Lagern
des Lancasters zu erreichen.
Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, das Lageroberteil
bzw. den Lagerdeckel und das Lagerunterteil einer Welle derart
auszubilden bzw. herzustellen, daß keine Nachbearbeitung der
Flanschflächen erforderlich ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zumindest
die gegeneinander anliegenden Flanschoberflächen der Lagerober-
und Lagerunterteile eine durch Cracken gebildete Bruchoberflä
che aufweisen. Hierdurch wird erreicht, daß die durch Cracken
gebildeten Flanschflächen nach diesem Arbeitsvorgang nicht mehr
nachbearbeitet werden müssen und die gecrackte Flanschoberflä
che eine sehr gute Fixierung zwischen den zu verbindenden La
gerteilen ermöglicht.
Ferner ist es vorteilhaft, daß, wie bereits erwähnt, die durch
Cracken gebildete Flanschoberfläche nach dem Cracken unbearbei
tet bleibt. Unebenheiten bzw. die aufgerauhte Flanschoberfläche
der zusammenzufügenden Lagerteile ermöglichen eine sehr genaue
Justierung und damit einen exakten Sitz des zumontierenden La
gerteils an dem anderen Lagerteil.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die durch Cracken gebildete
Flanschoberfläche im Bereich ihrer Bruchstelle für den Crack
vorgang eine kleine Einkerbung aufweist. Die Einkerbung bzw.
Einritzung kann mittels eines Lasers vorgenommen werden und
stellt sicher, daß an der Stelle der Einritzung beim Bruchvor
gang, d. h. beim Abbrechen des Lagerunterteils vom Lagerober
teil, sich genau an dieser Stelle eine Crackfläche bildet, die
dann der Flanschoberfläche des Lagers entspricht. Fügt man nach
der Montage der Wellen die beiden zusammengehörenden Lagerteile
wieder zusammen, so lassen sich diese auf einfache Weise ju
stieren, da die beiden zusammengehörigen Bruchoberflächen bzw.
Crackflächen wieder genau zusammen kommen. Hierdurch nimmt das
Lager wieder die gleiche Position wie vor dem Crackvorgang ein.
Man erhält also einen sehr exakten Sitz des anzufügenden La
gerunterteils am Lageroberteil.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß
das Lageroberteil der Lancaster-Welle, mit dem das Lagerunter
teil lösbar verbunden ist, ebenfalls eine durch Cracken gebil
dete Flanschoberfläche bzw. erste Crackebene aufweist und daß,
wie bereits erwähnt, das Lageroberteil der Lancaster-Welle mit
seiner gecrackten Flanschoberfläche gegen die gecrackte Flan
schoberfläche des Lagerunterteils der Kurbelwelle anliegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung ist schließlich vorgesehen, daß die zweite Crackebene
oder Trennfläche zwischen dem Lageroberteil und dem Lagerunter
teil der Lancaster-Welle für den Massenausgleich zweiter Ord
nung gebildet ist.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß
die zweite Crackebene der Flanschoberfläche des Lageroberteils
und des Lagerunterteils entspricht, die in etwa auf der glei
chen Ebene liegt wie die Trennfläche zwischen einer Kurbelwanne
und dem Kurbelwellengehäuse.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anord
nung ist es von Vorteil, daß die Crackoberfläche eine Rautiefe
zwischen 0,01 mm und 0,1 mm aufweist.
Vorteilhaft ist es ferner, daß zumindest ein Lagerunterteil des
Lagers der Kurbelwelle mit mindestens einem Lager der Lan
caster-Welle einteilig verbunden ist bzw. eine Baueinheit bil
det. Hierdurch kann die Montagezeit verringert und die Bearbei
tungszeit des Lagerteils verkürzt, werden, da das Werkstück nur
wenige Male umgespannt zu werden braucht.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß das einteilige Bauteil mit dem
Lagerunterteil des Lagers der Kurbelwelle einerseits an ein La
geroberteil der Kurbelwelle, andererseits an ein Lagerunterteil
der Lancaster-Welle angeschlossen ist.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß das einteilige Bauteil der Kur
belwelle neben den beiden Lageroberteilen für die beiden Lan
caster-Wellen ein weiteres Lagerunterteil für eine dritte Welle
des Lancasters aufweist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Pa
tentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Fi
guren dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Hubkol
ben-Brennkraftmaschine mit einer in La
gern aufgenommenen Kurbelwelle und ei
nem Massenausgleich (Lancaster) zweiter
Ordnung,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der
Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem
Massenausgleich zweiter Ordnung, wobei
der Massenausgleich zweiter Ordnung
drei Wellen aufweist,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der
einzelnen Lagerunterteile zur Aufnahme
der Kurbelwelle mit dem zwei Wellen
aufweisenden Massenausgleich zweiter
Ordnung,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Teils des
Kurbelwellengehäuses mit dem einteili
gen Lageroberteil und Lagerunterteil,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für
die Ausbildung der Lager der Kurbelwel
le und der Lancaster-Welle mit zwei
Crackebenen für einen Vier-
Zylindermotor,
Fig. 6 ein Bauteil mit integriertem Lagerun
terteil für die Kurbelwelle und einem
Lageroberteil für eine Lancaster-Welle
und einer Crackebene.
In der Zeichnung ist mit 50 eine Hubkolben-Brennkraftmaschine
bezeichnet, die beispielsweise als Drei- oder Vier-
Zylindermotor ausgebildet sein kann und ein Kurbelwellengehäu
se 1 umfaßt, das in Fig. 1 und 5 einen Zylinderblock 48 zeigt,
auf dem ein Zylinderkopf 47 mittels Zugankerschrauben 23 befe
stigt ist. In dem Kurbelwellengehäuse 1 befindet sich eine Kur
belstange 49, die an ihrem oberen Ende mit einem Kolben 51 ver
bunden ist und mit ihrem anderen Ende an eine Kurbelwelle 5 an
geschlossen ist.
In dem Kurbelwellengehäuse 1 befindet sich ein der Kurbelwel
le 5 zugeordneter Massenausgleich 40 erster Ordnung und ein
Massenausgleich 41 zweiter Ordnung (Lancaster), die insbesonde
re in Fig. 3 veranschaulicht sind.
In Fig. 3 ist die Kurbelwelle 5 weggelassen und nur deren La
ger 25, 26, 27, 28 und 29 dargestellt. Die Lager 25 bis 29 sind
über in Fig. 1, 2 dargestellte Schrauben bzw. die Zuganker
schrauben 23 mit Lageroberteilen 7 und dem Zylinderkopf 47
(vgl. Fig. 1) bzw. mit Teilen des Kurbelwellengehäuses 1 lösbar
verbunden.
Die einzelnen Lager 25 bis 29 werden also durch je ein Lager
oberteil 7 und durch je ein Lagerunterteil 13 zur Aufnahme der
Kurbelwelle 5 gebildet.
Die Lageroberteile 7 bzw. Lagerdeckel können aus einem ähnli
chen Werkstoff mit ähnlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie
die Kurbelwelle 5 ausgebildet sein. Das Lagerunterteil 13 bzw.
der Lagerstuhl der Kurbelwelle 5 kann ebenfalls aus einem ähn
lichen Werkstoff mit gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie
die Kurbelwelle 5 gebildet sein. Beispielsweise ist es möglich,
hierfür GGG, Sinter-Alu oder andere Verbundwerkstoffe zu wäh
len. Die in Fig. 3 perspektivisch dargestellten Lageruntertei
le 26 und 28 sind einteilig mit einem Lageroberteil 12 bzw. 12'
des Massenausgleichs zweiter Ordnung verbunden. Das Lagerunter
teil 26 bzw. 28 und das Lageroberteil 12, 12' bilden also eine
Baueinheit 44. Die aus den Teilen 26 und 12 gebildete Bauein
heit 44 ist ebenfalls über die in Fig. 1 bzw. 2 dargestellten
Zugankerschrauben 23 mit dem Zylinderkopf 47 lösbar verbunden.
Der Massenausgleich zweiter Ordnung bzw. der Lancaster 41 weist
zwei parallel zueinander verlaufende Wellen 42 und 43 auf, die
in Lagerschalen 34 und 35 drehbar aufgenommen sind, die über
Schrauben 52, 53, 55 mit dem Lagerunterteil 13 lösbar verbunden
sind.
Der Antrieb der Lancaster-Wellen 42 und 43 erfolgt gemäß Fig. 3
über ein Zahnradgetriebe. Hierzu gehört ein auf der Kurbelwel
le 5 angeordnetes Antriebsrad 14, das in Eingriff mit einem er
sten Antriebsrad 17 und einem getriebenen Zahnrad 18 des Mas
senausgleichs zweiter Ordnung steht. Die Lancaster-Wellen 42
und 43 liegen etwas oberhalb einer Kurbelwanne 16. Das An
triebsrad 14 ist auf der Kurbelwelle 5 drehfest angeordnet,
während das Antriebsrad 17 auf der Lancaster-Welle 42 und das
getriebene Zahnrad 18 auf der Lancaster-Welle 43 drehfest vor
gesehen ist. Die beiden Lancaster-Wellen 42 und 43 verlaufen
parallel zueinander auf einer horizontal verlaufenden Querebe
ne 8.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 kann der
Massenausgleich zweiter Ordnung auch aus mindestens drei Wel
len 42, 43, 22 bestehen, wobei das Abtriebsrad 14 über ein auf
der dritten Welle 22 angeordnetes Zahnrad 54 direkt antreibt.
Die dritte Welle 22 liegt in etwa auf der gleichen Höhe wie die
Lager 25 bis 29 der Kurbelwelle 5, also auf einer horizontalen
Querebene 4.
Das Antriebsrad 14 steht ferner, wie bereits erwähnt, mit dem
Antriebsrad 17 der Welle 42 in Antriebsverbindung, die wiederum
die Welle 43 über das Antriebsrad 18 antreibt.
Ein Lagerunterteil 21 der dritten Welle 22 bildet mit den ent
sprechenden Lageroberteilen 12 der beiden parallel zueinander
verlaufenden Wellen 42 und 43 ebenfalls ein einteiliges Bau
teil 44, das über die Zugankerschrauben 23 gemäß Fig. 1, 2 mit
dem Lageroberteil 7 und auch mit dem Zylinderkopf 47 lösbar
verbunden ist.
Das einteilige Bauteil 44 der Lancaster-Wellen 42, 43 und 22
kann gemäß Fig. 4 über Querverschraubungselemente 24 mit dem
Unterteil des Kurbelwellengehäuses 1 zusätzlich lösbar verbun
den werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die gegeneinander anliegenden Flan
schoberflächen des Lagerunterteils 13 und des Lagerunter
teils 12, 12' eine durch Cracken gebildete Flanschoberfläche 45
bilden, die auch als erste Crackebene (I) bezeichnet wird
(Fig. 5).
Eine zweite Crackebene 46 (II) verläuft zwischen den Flanscho
berflächen des Lageroberteils 12, 12' und dem Lagerunter
teil 34, 35 der Lancaster-Welle 42, 43.
Hierdurch wird erreicht, daß die durch Cracken gebildeten
Flanschflächen bzw. Flanschoberflächen 45 des Lagerober
teils 12, 12' und des Lagerunterteils 13 nach diesem Arbeits
vorgang nicht mehr nachbearbeitet werden müssen. Die gecrackte
Flanschoberfläche ermöglicht eine sehr gute Fixierung zwischen
den zu verbindenden Lagerteilen.
Für den Crackvorgang bzw. den Trennvorgang des Lagerunter
teils 13 der Kurbelwelle 5 vom Lageroberteil 12, 12' im Bereich
der Stelle, an der das Lagerunterteil weggebrochen werden soll,
wird eine Einkerbung bzw. Einritzung mittels eines Lasers oder
auch durch mechanische Bearbeitung vorgenommen. Hierdurch wird
sichergestellt, daß an der Stelle der Einritzung bzw. Einker
bung beim Bruchvorgang, d. h. beim Abbrechen des Lagerober
teils, 12, 12' vom Lagerunterteil 13 bzw. beim Abbrechen des
Lagerunterteils 34, 35 vom Lageroberteil 12, 12' sich jeweils
genau an dieser Stelle eine Crackfläche bildet, die dann der
Flanschoberfläche 45 bzw. 46 des oberen Lagers bzw. Lagerdec
kels 12, 12' und des Lagerunterteils 13, 34, 35 entspricht.
Fügt man nach dem Crackvorgang die zusammengehörenden Lagertei
le wieder zusammen, so lassen sich diese auf einfache Weise ju
stieren, da die beiden zusammengehörigen Bruchoberflächen bzw.
Crackflächen wieder genau an ihrer Trennstelle passgenau zusam
men kommen. Hierdurch nimmt das Lager wieder die gleiche Posi
tion wie vor dem Crackvorgang ein. Man erhält also hierdurch
ohne Nachjustierung einen sehr exakten Sitz des anzufügenden
Lagerunterteils 13, 34, 35 am Lageroberteil 12, 12'.
Bei der Vierzylinder-Motorversion gemäß Fig. 5 ist das Lagerun
terteil 13 der Kurbelwelle 5 über kurze Schrauben 23' mit dem
Kurbelwellengehäuse 1 lösbar verbunden. An dem Lagerunter
teil 13 sind über die Schrauben 52, 53, das Lageroberteil 12,
12' und das Lagerunterteil 34, 33 der Lancaster-Wellen 42, 43
lösbar angeschlossen.
Zwischen dem Lagerunterteil 13 der Kurbelwelle 5 und dem Lager
oberteil 12, 12' der Lancaster-Wellen 42, 43 befindet sich die
zweite, bereits erwähnte Crackebene 46.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Vier-
Zylindermotor (Fig. 2, 3) im Schnitt dargestellt. Aus dieser
Zeichnung ist ersichtlich, daß die Kurbelwelle 5 und die fünf
hintereinander liegenden Lager 25 bis 29 über die einfachen
Schrauben 23 mit je einem Zylinderkopf 47 lösbar verbunden sind
und bei diesem Ausführungsbeispiel nur das zweite und vier
te Lagerunterteil 13 mit dem Lageroberteil 12 bzw. 12' die
Baueinheit 44 bilden. Ferner kann nach diesem Beispiel die Wel
le 43 den Massenausgleich zweiter Ordnung (Lancaster) aufwei
sen, während die erste Welle 42 als glatte Welle ohne Massen
ausgleich ausgebildet ist.
Ferner ist es möglich, daß das Antriebsrad 14 als Kettenrad
ausgebildet ist und über ein nicht dargestelltes Zugmittel mit
einem der Antriebsräder der Welle 42 in Antriebsverbindung
steht.
Die Trennlinie 8 zwischen der Kurbelwanne 16 und dem Kurbelwel
lengehäuse 1 liegt in etwa auf der gleichen horizontalen
Querebene wie die durch die beiden Wellen 42, 43 verlaufende
Querebene. Die Trennlinie 8 zwischen den Lageroberteilen 12,
12' des einteiligen Bauteils 44 und den Lagerunterteilen 34, 35
des Lancasters liegen auf der zweiten Crackebene 46. Die Crac
kebene 46 kann auch etwas oberhalb oder unterhalb der Trennli
nie 8 zwischen der Kurbelwanne 16 und dem Kurbelwellengehäuse 1
liegen.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn jede Trennstelle zwischen den
einzelnen Lagern als Crackfläche ausgebildet ist.
Claims (10)
1. Hubkolben-Brennkraftmaschine (50) mit einer in Lagern (25
bis 29) aufgenommenen Kurbelwelle (5) und einem Massenaus
gleich (40) erster Ordnung und einem Massenausgleich (41)
(Lancaster) zweiter Ordnung, zu der eine oder mehrere in den
Lagern (26 und 28) aufgenommene Wellen (42, 43) gehören, die in
einem Kurbelwellengehäuse (I) aufgenommen sind, wobei die La
ger (25 bis 29) der Kurbelwelle (5) und/oder die Lager der Lan
caster-Wellen (42, 43) zumindest aus einem Lageroberteil (12,
12') und einem Lagerunterteil (13 bzw. 34, 35) gebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die gegeneinander anliegenden Flanschober
flächen (45, 46) der Lagerober- und Lagerunterteile (12,
12' und 13, 34, 35) eine durch Cracken gebildete Bruchober
fläche aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die durch Cracken gebildete Flanschoberfläche (45, 46)
nach dem Cracken unbearbeitet bleibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die durch Cracken gebildete Flanschoberfläche (45, 46) im
Bereich ihrer Bruchstelle für den Crackvorgang eine kleine Ein
kerbung aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lageroberteil (12, 12') der Lancaster-Welle (42, 43),
mit dem das Lagerunterteil (34, 35) lösbar verbunden ist, eben
falls eine durch Cracken gebildete Flanschoberfläche (46) bzw.
erste Crackebene (46) aufweist und daß das Lageroberteil (12,
12') der Lancaster-Welle (42, 43) mit seiner gecrackten Flan
schoberfläche (45) gegen die gecrackte Flanschoberfläche des
Lagerunterteils (13) der Kurbelwelle (5) anliegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Crackebene oder Trennfläche (46) zwischen dem
Lageroberteil (12, 12') und dem Lagerunterteil (34, 35) der
Lancaster-Welle (42, 43) für den Massenausgleich zweiter Ord
nung (41) gebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Crackebene (46) der Flanschoberfläche des La
geroberteils (12, 12') und des Lagerunterteils (34, 35) ent
spricht, die in etwa auf der gleichen Ebene liegt wie die
Trennfläche 8 zwischen einer Kurbelwanne (16) und dem Kurbel
wellengehäuse (I).
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Crackoberfläche eine Rautiefe zwischen 0,01 mm und
0,1 mm aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Lagerunterteil (13) des Lagers (26, 28) der
Kurbelwelle (5) mit mindestens einem Lager (12, 12') der Lan
caster-Welle (42, 43) einteilig verbunden ist bzw. eine Bauein
heit (44) bildet.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das einteilige Bauteil (44) mit dem Lagerunterteil (13)
des Lagers (26, 28) der Kurbelwelle (5) einerseits an ein La
geroberteil (7) der Kurbelwelle (5), andererseits an ein La
gerunterteil (34, 35) der Lancaster-Welle (42 bzw. 43) ange
schlossen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das einteilige Bauteil (44) der Kurbelwelle (5) neben den
beiden Lageroberteilen (12, 12') für die beiden Lancaster-
Wellen (42, 43) ein weiteres Lagerunterteil (21) für eine drit
te Welle (22) des Lancasters aufweist.
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