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Die
Erfindung betrifft ein Gehäuse
für eine Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bekannt
sind verschiedene gattungsgemäße Gehäuse, welche
aus einem Innenteil und einem das Innenteil umgebenden Außenteil
bestehen. Innenteil und Außenteil
sind häufig
miteinander vergossen. Zur Gewichtsreduzierung einerseits und zur
Aufnahme der in der Brennkraftmaschine auftretenden Kräfte andererseits
wird häufig
ein Materialmix vorgeschlagen. Das Innenteil besteht dabei beispielsweise aus
einem Graugusskörper
und das Außenteil
aus einem den Innenkörper
umschließenden
Leichtmetall.
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Aus
der
CH 428 319 ist dementsprechend ein
Kurbelgehäuse
bekannt, bei welchem die Laufbuchsen für die Zylinder separat eingesetzt
sind und von einem Aluminiumgehäuse
umgeben sind. Nachteilig bei dieser Ausführung ist es, dass jede der
Laufbuchsen exakt positioniert werden muß, um lagegenau von dem Aluminium
umgossen werden zu können.
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Aus
der
DE 195 40 763
C1 ist ein Gehäuse bekannt,
welches ein einstückig
ausgebildetes Innenteil aufweist. Das Innenteil besteht aus einem Deck
mit daran angeformten Schraubenpfeifen und Lagerstühlen für eine Kurbelwelle.
Einstückig
und materialeinheitlich mit dem Innenteil sind darüber hinaus
Laufbuchsen ausgebildet. Das Innenteil wird dabei ebenfalls mit
einem Leichtmetall umgossen, um das Gehäuse für die Brennkraftmaschine zu
erhalten. Das Deck dient dabei zur Versteifung des Innenteils. Das
Innenteil stellt somit ein stabiles Gebilde dar, welches einerseits
positionsgenau die einzelnen Funktionsteile steif miteinander verbindet
und einen Großteil
des Gehäuses
darstellt. Zur Versteifung des Innenteils sind darüber hinaus
Versteifungsbrücken
vorgesehen, welche die Schraubenpfeifen und die Laufbuchsen miteinander
fest verbinden. Auch im Bereich der Lagerstühle für die Kurbelwelle sind Wandungen
ebenfalls zur Versteifung des Gebildes vorgesehen. Sowohl die Wandungen,
als auch die Versteifungsbrücken
sind mit dem Deck verbunden, um so einen steifen Verbund der Einzelteile
zu erzielen. Obwohl in dieser Ausführung die einzelnen kräfteaufnehmenden
Teile zueinander unverrückbar
positioniert sind, ist es trotzdem nachteilig, dass die Teile starr
miteinander verbunden sind. Wärmedehnungen
und Lageveränderungen
aufgrund von Krafteinflüssen
während
des Betriebes der Brennkraftmaschine führen dabei zu Verspannungen
des Gehäuses,
welche nachteilig sein können.
Darüber
hinaus ist durch die massive Ausführung des Innenteils lediglich
eine geringe Gewichtseinsparung des Gehäuses zu erwarten; da das das
Innenteil umgebende Gehäuse
aus Leichtmetall relativ gering ist.
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Die
DE 34 36 872 C2 zeigt
ein Gehäuse
für eine
Brennkraftmaschine mit einem Innenteil und einem Außenteil,
wobei das Innenteil einzelne Funktionsteile des Gehäuses, wie
Laufbuchsen, Lagerstuhl und Schraubendorne aufweist. Die einzelnen
Funktionsteile sind skelettartig miteinander verbun den und werden
umgossen. Nachteilig ist, dass die Laufbuchsen vor dem Umgießen aufwändig fixiert
werden müssen.
Auch ist für
die Kerne der Kühlwasserkanäle keine
zuverlässige
Lösung
zur Befestigung offenbart.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein besonders leichtgewichtiges
Gehäuse
zu schaffen, welches auch hohen Krafteinflüssen und Wärmedehnungen zuverlässig standhält.
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Die
Aufgabe wird gelöst
mit einem Gehäuse mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Das
erfindungsgemäße Gehäuse für eine Brennkraftmaschine
weist ein Innenteil und ein Außenteil
auf, wobei das Innenteil die einzelnen Funktionsteile des Gehäuses, wie
Laufbuchse, Lagerstuhl und Schraubendome aufweist. Die einzelnen
Funktionsteile sind skelettartig mittels Verliersicherungen miteinander
verbunden, so dass sie im noch nicht umgossenen Zustand im wesentlichen
positionsgenau einander zugeordnet und gehalten sind. Dadurch ergibt
sich der Vorteil gegenüber
dem Stand der Technik, bei welchem einzelne Funktionsteile in eine Vorrichtung
zum Umgießen
eingelegt werden müssen,
dass wesentlich weniger zeitlicher Aufwand zur Herstellung des Gehäuses erforderlich
ist. Außerdem wird
der Vorteil der bekannten Ausführung
mit den Funktionsteilen als Einzelteile beibehalten, wonach ein
besonders leichter und doch hohen Betriebsdrücken standhaltender Motor erhalten
wird. Die Verliersicherungen sind somit lediglich zum Fixieren der einzelnen
Funktionsteile im noch nicht umgossenen Zustand vorgesehen. Sie
tragen kaum zur Erhöhung des
Gewichtes des Gehäuses
bei.
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Vorteilhafterweise
ist die Verliersicherung ein Steg. Hierdurch wird auf einfache Weise
eine Befestigung der einzelnen, in einem Abstand voneinander angeordneten
Funktionsteile miteinander mit minimalem Materialeinsatz erhalten.
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Ist
das Innenteil aus Guß,
insbesondere Grauguß oder
Aluminium hergestellt, so wird ein den individuellen Belastungen
des Motors angepaßte Festigkeit
der Funktionsteile erhalten. So wird beispielsweise ein Dieselmotor
eher Guß-Bauteile
und ein Benzinmotor eher Aluminium-Bauteile für das Innenteil aufweisen.
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Das
Außenteil
des erfindungsgemäßen Gehäuses übernimmt
die eigentliche tragende Funktion des Gehäuses. So kann es je nach zu
erwartender Belastung des Gehäuses
aus Aluminium, insbesondere einer Aluminium-Silizium-Legierung oder aus Kunststoff,
insbesondere faserverstärktem
Kunststoff hergestellt sein.
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Aufgrund
der auftretenden Belastungen hinsichtlich der auftretenden Wärme, Reibung
und Drücke
ist es meist vorteilhaft das Innenteil aus festerem Material als
das Außenteil
herzustellen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn als weiteres Funktionsteil ein Ölkanal an
dem Innenteil angeordnet ist. Der Ölkanal kann dann in einem separaten Herstellungsschritt
besonders kostengünstig
hergestellt und an dem Innenteil anschließend angeheftet werden.
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Ist
die Verliersicherung als Halterung für einen Kern, beispielsweise
für einen
späteren
Kühlwasserkanal
vorgesehen, so wird in besonders einfacher Weise die gesamte Herstellung
des Gehäuses ermöglicht.
Eine eigens dafür
vorgesehene Halterung für
den Kern ist dann nicht mehr erforderlich.
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Um
auf die Material- oder Gestaltungsanforderungen der einzelnen Funktionsteile
besser Rücksicht
nehmen zu können,
ist es vorteilhaft wenn die Funktionsteile aus unterschiedlichen
Materialien bestehen.
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Sind
die Funktionsteile mit einem Verbindungssteg miteinander verbunden,
so ist ein zentrales Element vorhanden, an welchem alle oder einzelne
der Funktionsteile befestigt bzw. angeheftet werden können. Dies
erleichtert unter Umständen
die Herstellung des Innenteiles.
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Einzelne
Funktionsteile können
auch einstückig
miteinander ausgebildet sein. Dadurch werden separate Verbindungselemente
nicht erforderlich. Das entsprechende Funktionsteil enthält dann
mehrere Funktionen gleichzeitig. So kann beispielsweise ein Schraubendom
und ein Lagerstuhl einstückig ausgebildet
sein, wenn sie unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.
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Sind
miteinander fluchtende Schraubendome als Zugstäbe ausgebildet, so wird vorteilhafterweise
ein besonders guter Kraftverlauf in dem Innenteil und dem gesamten
Gehäuse
erzielt. Dies ist vorteilhaft beim Betrieb des Motors, der das erfindungsgemäße Gehäuse verwendet.
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Um
besonders viel Gewicht einsparen zu können, kann vorgesehen werden,
dass die Verbindungsstege nach dem Umgießen des Innenteils mit dem
Außenteil
entfernt werden. Da die Verbindungen und die Verbindungsstege nach
dem Umgießen
des Innenteiles nicht mehr benötigt
werden, ist es daher besonders vorteilhaft, wenn bei der Konstruktion
die Lage der Verbindungen so vorgesehen wird, dass sie nach dem
Umgießen
noch zugänglich
sind und von dem Gehäuse
abgetrennt werden können.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen.
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Es
zeigt:
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1 einen
Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Innenteil,
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2 eine
Draufsicht auf ein Innenteil eines Ausführungsbeispieles,
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3 eine
Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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4 eine
Seitenansicht des Ausführungsbeispiels
gemäß 3.
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1 zeigt
einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Innenteil 1. Bei
diesem Innenteil 1 sind alle wesentlichen Funktionsteile
miteinander verbunden. Eine Laufbuchse 2 hängt mittels
eines Steges 3 an einem Schraubendom 4. Der Schraubendom 4 weist
an jedem seiner Enden eine Gewindebohrung 5 auf. Mittels
der Gewindebohrung 5, welche der Laufbuchse 2 näher ist,
wird im montierten Zustand der Zylinderkopf an dem Innenteil bzw.
dem Motorgehäuse
befestigt. An dem von der Laufbuchse 2 abgewandten Ende
des Schraubendomes 4 wird in der Gewindebohrung 5 ein
Lagerbett für
die Kurbelwelle angeschraubt. Über
einen Lagerstuhl 6, welcher später ebenfalls zur Lagerung
der Kurbelwelle dient, ist ein weiterer Schraubendom 4' an dem Innenteil 1 befestigt.
Der Schraubendom 4' weist
ebenfalls zwei Gewindebohrungen 5 auf, welche zur Befestigung
des Zylinderkopfes bzw. des Lagerbettes der Kurbelwelle dienen.
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Im
Betrieb der Brennkraftmaschine entstehen Kräfte im Bereich des Zylinderkopfes
und im Bereich der Kurbelwelle. Diese Kräfte werden bei diesem Ausführungsbeispiel
in besonders vorteilhafter Weise durch die Gestaltung der Schraubendome 4 und 4' aufgenommen.
Die Kräfte
werden dabei über Befestigungsschrauben
des Zylinderkopfes und des Kurbelwellenlagerbettes in die Schraubendome 4 und 4' über die
Gewindebohrungen 5 eingeleitet. Durch die Gestaltung des
Schraubendomes 4, 4' wird die
Kraft von einer Gewindebohrung 5 zur gegenüberliegenden
Gewindebohrung 5 geleitet und sorgt somit für einen
Kräfteausgleich
bzw. eine optimale Kraftaufnahme in dem Innenteil 1.
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Die
Schraubendome 4 und 4' sind bei diesem Ausführungsbeispiel
in Form eines Zugstabes ausgebildet. Hierdurch sind sie bereits
durch ihre Form geeignet, die hier auftretenden Kräfte optimal aufzunehmen.
Kräfte
werden kaum in andere Strukturen des Innenteils 1 als in
den Schraubendom 4, 4' eingeleitet. Somit ist durch diese
Kräftekonzentration und
eine darauf abgestimmte Gestaltung des Schraubendomes 4, 4' eine einerseits
optimale Ausführung
hinsichtlich der Kräfteaufnahme,
als auch andererseits eine optimale Ausführung bezüglich des Gewichtes der Brennkraftmaschine
erzielt.
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Das
Innenteil 1 besteht zur Aufnahme der in der Brennkraftmaschine
auftretenden Kräfte
aus einem widerstandsfähigen
Material. Als besonders günstig
hat sich bereits in der Vergangenheit Grauguß erwiesen. Das das Innenteil 1 aufnehmende
Gehäuse,
welches um das Innenteil 1 gegossen oder gespritzt wird,
kann aus einer Leichtmetallegierung, insbesondere einer Aluminium-Silizium-Legierung bestehen.
In manchen Ausführungen
kann dieses Material aber auch ein wärmebeständiger Kunststoff, der eventuell
faserverstärkt
ist, sein. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Innenteils 1 muß das Material,
welches das Innenteil 1 umhüllt, nur einen geringen Bruchteil
der Kräfte
des Innenteils 1 aufnehmen. Es ist daher möglich, dieses
Außenteil
sehr leicht und entsprechend weniger kräfteresistent auszubilden. Für weniger
belastete Motoren kann auch der Einsatz von Aluminium oder Magnesium
für das Innenteil 1 ausreichend
sein. Die Ummantelung des Innenteils 1 kann dann mit einem
noch leichterem Material, beispielsweise Kunststoff erfolgen.
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Bei
einer Wärmeausdehnung
des leichteren Materials des Außenteiles
wird durch die Gestaltung des Innenteils bei dieser Ausführung zudem
erreicht, dass das sich weiter ausdehnende leichte Material zwischen
dem angeschraubten Zylinderkopf und dem Lagerbett der Kurbelwelle
gepreßt
wird. Eine zusätzliche
Verstärkung
des erfindungsgemäßen Gehäuses wird
damit erreicht.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf ein ähnliches Ausführungsbeispiel
wie in 1 dargestellt. Es handelt sich hierbei um ein
Innenteil 1 für
zwei Zylinder. Die Laufbuchsen 2.1 und 2.2 für die Zylinder
sind nebeneinander angeordnet. Jede Laufbuchse 2.1 und 2.2 weist
zwei kleine Stege 3.2 und 3.3 bzw. 3.4 und 3.5 auf. Über diese
Stege 3.2 bis 3.5 sind die Schraubendome 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 mit
den Laufbuchsen 2.1 und 2.2 verbunden. Über die
Lagerstühle 6.1 und 6.3 sind
die Schraubendome 4.1 bzw. 4.6 mit den Schraubendomen 4.2 bzw. 4.5 verbunden.
Ebenso verbindet der Lagerstuhl 6.2 die Schraubendome 4.3 und 4.4 miteinander.
Es entsteht hierdurch ein zusammenhängendes Gebilde in Form eines
Skelettes, welches das Innenteil 1 darstellt. Dieses Skelett
erlaubt in besonders vorteilhafter Weise eine sehr leichtgewichtige
Gestaltung des Innenteils 1. Lediglich die Funktionsteile
Laufbuchse, Schraubendom und Lagerstuhl sind wie beim Stand der
Technik als Einlegeteile ausgeführt.
Diese Einlegeteile sind im Gegensatz zum Stand der Technik allerdings
mittels der Stege 3.2 bis 3.5 miteinander verbunden,
so dass ein zusammenhängendes
Gebilde der Einlegeteile entsteht. Die Stege 3.2 haben
ausschließlich
die Aufgabe, die einzelnen Funktionsteile zusammenzuhalten. Hierdurch
wird das Einlegen der einzelnen Funktionsteile in eine Vorrichtung
zum Umgießen
wesentlich erleichtert, da nur ein Teil ausgerichtet werden muß. Dies
ist zeit- und kostengünstiger.
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Die
Stege 3.2 bis 3.5 können sehr klein ausgeführt sein,
da sie lediglich eine Haltefunktion im nicht umgossenen Zustand
der einzelnen Funktionsteile haben. Sie stellen sozusagen eine Verliersicherung
für die
Funktionsteile dar. Die Stege 3.2 bis 3.5 können dabei
als Gussteile ausgeführt
sein, wobei alle Funktionsteile, inklusive der Stege 3.2 bis 3.5 als ein
Stück,
beispielsweise in Grauguß gegossen
werden. Die Stege 3.2 bis 3.5 können allerdings
auch als Einzelteile ausgeführt
sein, welche in einem vorbereitenden Arbeitsschritt die einzelnen
Funktionsteile miteinander verbinden. Die einzelnen Funktionsteile werden
damit über
die Stege 3.2 bis 3.5 aneinander geheftet.
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Das
erfindungsgemäße Innenteil 1 kann auch
aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Es kann damit
auf die einzelnen Bedürfnisse der
einzelnen Funktionsteile individuell hinsichtlich der Gestaltung
und Materialwahl eingegangen werden. So kann beispielsweise vorgesehen
werden, dass die Lagerstühle 6.1 bis 6.3 aus
einem gleitgünstigen
Material hergestellt sind. Bei den Laufbuchsen 2.1 und 2.2 kann
das Material darüber
hinaus als besonders wärmebeständig ausgestaltet
sein. Die Schraubendome 4.1 bis 4.6 können aus
einem Material hergestellt sein, welches für die Aufnahme von Gewinden
in den Gewindebohrungen 5 und die entsprechenden Zugkräfte, welche
im Betrieb der Brennkraftmaschine auftreten, besonders gut geeignet
sind. Die Stege 3.2 bis 3.5 dienen dann zur Verbindung
dieser einzelnen Funktionsteile bzw. Materialien. Es kann dabei
neben einer kraftschlüssigen Verbindung
der Stege mit den Funktionsteilen auch eine formschlüssige Verbindung
vorgesehen sein. Es kann dabei beispielsweise ein Anschrauben der
einzelnen Funktionsteile aneinander erfolgen. Die Funktionsteile
können
aber auch so ausgebildet sein, dass sie Steckaufnahmen für die aneinander
grenzenden Funktionsteile haben. Das Innenteil 1 kann dann durch
einfaches Ineinanderstecken der Funktionsteile gebildet werden.
Es muß lediglich
die möglichst genaue
Positionierung der einzelnen Funktionsteile zueinander gewährleistet
sein, um ein späteres
Umgießen
des Innenteils 1 zu erleichtern und ein Nachrichten soweit
wie möglich
zu vermeiden.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung in Draufsicht. Zwei Laufbuchsen 2.1 und 2.2 sind
wiederum mittels Stegen 3 in das Innenteil 1 eingebunden.
Die Stege 3 reichen dabei entweder von einer Laufbuchse 2 zu
einem Schraubendom 4 oder zu einem Verbindungssteg 7.
Ebenso sind weitere Schraubendome 4.1, 4.3 und 4.7 über Stege 3 mit
dem Verbindungssteg 7 verbunden. Es entsteht hier wiederum
ein skelettartiges Innenteil 1, welches aus einzelnen Funktionselementen
besteht, welche in einer im wesentlichen korrekten Position zueinander
mittels der Stege 3 und dem Verbindungssteg 7 gehalten
werden.
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Nachdem
dieses Innenteil 1 mit beispielsweise Aluminium oder Kunststoff
umgossen bzw. umspritzt wurde, haben die Stege 3 und der
Verbindungssteg 7 im wesentlichen keine Funktion mehr. Die
Haltefunktion wird dann hauptsächlich
durch die umspritzte Masse des Außenteils erhalten. Die Stege 3 bzw.
der Verbindungssteg 7 können
dann, sofern sie noch zugänglich
sind, auch aus dem Gehäuse entfernt
werden, beispielsweise indem sie abgeschnitten werden. Dies führt zu einer
zusätzlichen Gewichtsreduktion
der Brennkraftmaschine.
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Ein
besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Funktionsteile
durch das vorliegende Innenteil richtig positioniert sind, um ohne
aufwendige Nacharbeit-Maßnahmen
in dem Motor Verwendung zu finden.
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Die
Lagerstühle 6.1, 6.2 und 6.3 können ebenfalls
an dem Verbindungssteg 7, an den Schraubendomen 4 oder über Stege 3 mit
anderen Funktions- oder Verstärkungsteilen
befestigt sein. Auch hier dienen die Stege 3 oder die Verbindungen
mit den Schraubendomen 4 im wesentlichen dazu, die Position
für das
Umspritzen des Innenteils 1 festzulegen.
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4 zeigt
eine ähnliche
Ausführung,
wie sie in 3 dargestellt ist. Verbindungsstege 7.1, 7.2 und 7.3 dienen
als zentrale Aufnahmen für
die Funktionselemente Laufbuchse 2, Schraubendom 4 und Lagerstuhl 6.
Darüber
hinaus ist ein weiteres Funktionsteil bei dieser Ausführung an
dem Verbindungssteg 7.2 angeheftet. Es handelt sich hierbei
um einen Ölkanal 8,
welcher ebenfalls ein Bestandteil des Innenteils darstellt. Der Ölkanal 8 wird
dann bei der Weiterbearbeitung in das beispielsweise Aluminium oder
Kunststoff des Außenteils
eingegossen und ist somit ebenfalls positionsgenau in dem Motorgehäuse verankert.
Der Ölkanal 8 kann
dabei als Blechteil ausgeführt
sein und hierdurch sehr einfach und kostengünstig gestaltet werden.
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Die
in dem Innenteil 1 der 4 dargestellten
Schraubendome 4 sind nicht durchgehend. Sie werden entsprechend
in dem Material des Außenteils verankert
und können
hierfür
nicht dargestellte Rippen für
eine bessere Verzahnung mit dem Außenteil aufweisen. Es kann
aber auch vorgesehen sein, dass die Schraubendome 4 nicht
wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen
eine Sacklochbohrung als Gewindebohrung aufweisen, sondern, dass
sie eine Durchgangsbohrung haben, die durch die Schraubendome 4 des
Innenteils 1 und durch das Material des Außenteils
gehen. Wenn die Schraubendome 4 im Bereich der Laufbuchse 2 mit
den Schraubendomen 4 im Bereich der Lagerstühle 6 miteinander fluchten,
so kann zur Befestigung des Zylinderkopfes und des Lagerbettes der
Kurbelwelle auch eine Durchgangsschraube verwendet werden.
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Bei
einer günstigen
Anordnung der Stege 3, beispielsweise im Bereich der Laufbuchse 2,
können sie
neben der Funktion der Halterung für die Schraubendome 4 auch
als Halterung für
einen Kern 9 vorgesehen sein. Der Kern 9 kann
beispielsweise nach dem Umgießen
des Innenteils 1 einen Hohlraum für einen Kühlwasserkanal bilden. Der Kern 9 kann
dabei durch einfaches Auflegen auf die Stege 3 positionsgenau
in das Skelett in das Innenteil 1 vor dem Umgießen eingelegt
werden und nach dem Umgießen,
beispielsweise durch Zerstörung
des Kerns den Hohlraum bilden. Der Kühlwasserkanal ist dann in dem
Außenteil
eingeformt.
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Besonders
bemerkenswert ist es, dass die als Verliersicherungen dienenden
Stege nicht zur Kraftübertragung
im fertigen, das heißt
im mit dem Außenteil
umgossenen Gehäuse
dienen. Sie sind lediglich dafür
vorgesehen die einzelnen Funktionselemente vor und während des
Umgießens
im wesentlichen positioniert zu halten. Die tragende Funktion des
Gehäuses übernimmt
im wesentlichen das Außenteil.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Insbesondere die Art der Funktionsteile sowie die Gestaltung der
Stege kann individuell anders ausgeführt sein. Auch sind Kombinationen
der einzelnen Ausführungsbeispiele
selbstverständlich
möglich.