DE19949929C1 - IC engine crankshaft bearing has ratios between clamped lengths of different parts of bearing corresponding to ratios of their different thermal expansion coefficients - Google Patents
IC engine crankshaft bearing has ratios between clamped lengths of different parts of bearing corresponding to ratios of their different thermal expansion coefficientsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Wellenlager für Brennkraft maschinen mit Lagerteilen wie Lageroberteile und Lagerdeckel, die über Lagerschrauben miteinander verbindbar sind.The invention relates to a shaft bearing for internal combustion machines with bearing parts such as upper bearing parts and bearing caps, which can be connected to each other via bearing screws.
Es ist bereits ein Kurbelwellenlager aus der DE 43 24 044 A1 bekannt, das aus einem in einer Querwand des Zylinder- Kurbelgehäuses integrierten Lagerteil und einem gesonderten Lagerdeckel besteht, die über Schrauben fest miteinander ver bunden sind. Die aufgrund der Gas- und Massenkräfte entstehen de örtliche Flächenpressungszunahme zwischen Lagerdeckel und Lagerteil wird dadurch verringert, daß der Lagerdeckel auf seinen äußeren Stirnseiten mit radialen Aussparungen versehen wird, so daß er flächenpressungsausgleichend am Lagerteil an liegt.It is already a crankshaft bearing from DE 43 24 044 A1 known that from a in a transverse wall of the cylinder Crankcase integrated bearing part and a separate Bearing cover exists, which is firmly connected to each other via screws are bound. Which arise due to the gas and mass forces de local surface pressure increase between bearing cover and Bearing part is reduced in that the bearing cover on provided with radial recesses on its outer end faces is, so that it on the bearing part to compensate for surface pressure lies.
Bei Verbrennungsmotoren wird das Kurbelwellenlager je zur Hälfte aus dem Kurbelgehäuse und aus dem Grundlagerdeckel bzw. einem Kurbelgehäuseunterteil gebildet. Der aus Gewichtsgründen zur Zeit übliche Werkstoff Aluminium für das Kurbelgehäuse bringt eine geringere und oft leistungsbegrenzende Belastbar keit des Gewindes für die herkömmliche Grundlagerschraube mit sich. Dieser Festigkeitsnachteil läßt sich durch die Verwen dung austenitischer Schrauben kompensieren. Damit das Grundla gerspiel bei Betriebstemperatur nicht zu groß wird, werden oft ein oder auch zwei Teile des Lagers aus einem Werkstoff mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten gebaut, z. B. der Lagerdeckel. Bei dieser Kombination von Aluminium, Eisen werkstoff und austenitischem Stahl tritt als Nachteil auf, daß sich durch die größere Wärmeausdehnung der austenitischen Schraube gegenüber dem Lagerdeckel im Betriebszustand die Vor spannkraft im Verhältnis zum Montagezustand reduziert.In internal combustion engines, the crankshaft bearing is used Half from the crankcase and from the base bearing cover or formed a crankcase lower part. The weight reasons Aluminum currently used for the crankcase brings a lower and often performance-limiting resilience speed of the thread for the conventional base bearing screw yourself. This disadvantage in strength can be used compensate for austenitic screws. So that the bas interplay at operating temperature does not become too large one or two parts of the bearing with one material built a smaller coefficient of thermal expansion, e.g. B. the bearing cap. With this combination of aluminum and iron material and austenitic steel occurs as a disadvantage that itself by the greater thermal expansion of the austenitic Screw in front of the bearing cover in the operating state clamping force reduced in relation to the state of assembly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kurbelwellenla ger derart auszubilden und anzuordnen, daß die aufgrund der thermischen Ausdehnung der unterschiedlichen Werkstoffe von Lagerteil, Lagerdeckel und Lagerschraube entstehende Varianz der Verschraubungskraft des Kurbelwellenlagers verhindert wird.The invention has for its object the crankshaft to train and arrange such that the due to the thermal expansion of the different materials of Bearing part, bearing cover and bearing screw resulting variance the bolting force of the crankshaft bearing prevented becomes.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Ver hältnis der geklemmten Länge des Lageroberteils und/oder einer Hülse und der geklemmten Länge des Lagerdeckels in etwa gleich dem Verhältnis der Differenzen der Werkstoff- Ausdehnungskoeffizienten von Lagerschraube und Lagerdeckel so wie von Lageroberteil und Lagerschraube ist.The object is achieved in that the Ver Ratio of the clamped length of the upper bearing part and / or one Sleeve and the clamped length of the bearing cap is approximately the same the ratio of the differences in the material Expansion coefficients of the bearing screw and bearing cover see above as from the top part of the bearing and the bearing bolt.
Der Lagerdeckel wird hierbei über die Lagerschrauben an das Lageroberteil ge schraubt. Die geklemmte Länge L5 im Lageroberteil wird mittels der Hülse oder der Senkung derart gewählt, daß der gemischte Wärmeausdehnungskoeffizient dem der Lagerschraube entspricht. Die Senkung ist hierbei der nicht tragende Teil des Sackloch gewindes, der als Freibohrung ausgebildet ist, deren Innen durchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Lager schraube.The bearing cap is ge over the bearing screws to the upper bearing part screws. The clamped length L5 in the upper part of the bearing is determined by the sleeve or the sink chosen such that the mixed Coefficient of thermal expansion corresponds to that of the bearing screw. The depression is the non-load-bearing part of the blind hole thread, which is designed as a free bore, the inside diameter is larger than the outer diameter of the bearings screw.
Als geklemmte Länge sind hierbei einerseits die Länge der Hül se unter dem Lagerdeckel zu sehen und andererseits die des nicht tragenden Teils des Sacklochgewindes bzw. der Freiboh rung im Lageroberteil. Dadurch wird erreicht, daß die Vorteile der hohen Festigkeit der Grundlagerverschraubung in einem Leichtmetall-Kurbelwellengehäuse mit austenitischen Schrauben gegenüber Zündkraftbelastung bei konstanter Vorspannkraft er halten werden.The length of the sleeve is the clamped length se under the bearing cap and on the other hand that of the non-load-bearing part of the blind hole thread or the free drilling tion in the upper part of the bearing. It is achieved that the advantages the high strength of the base screw connection in one Light metal crankcase with austenitic screws against ignition force load with constant preload force will hold.
Hierbei ist es hinsichtlich der Werkstoffauswahl von Vorteil, daß das Lageroberteil aus Leichtmetall, wie Aluminium oder Ma gnesium, der Lagerdeckel aus Eisenwerkstoff, wie GGG, und die Lagerschraube aus austenitischem Stahl gebildet ist.With regard to the choice of materials, it is an advantage that the upper bearing part made of light metal, such as aluminum or Ma magnesium, the bearing cover made of iron material, such as GGG, and the Bearing bolt is made of austenitic steel.
Eine entsprechende Möglichkeit hinsichtlich der Werkstoffaus wahl ist gemäß einer Weiterbildung, daß das Verhältnis der ge klemmten Längen von Eisenwerkstoff und Leichtmetall gleich dem Verhältnis der Differenzen der Wärmeausdehnungskoeffizienten von austenitischem Stahl und Eisenwerkstoff sowie von Leicht metall und austenitischem Stahl ist.A corresponding possibility with regard to the material According to further training, choice is that the ratio of the ge clamped lengths of ferrous material and light metal like that Ratio of the differences in the coefficients of thermal expansion of austenitic steel and iron material as well as light is metal and austenitic steel.
Ferner ist es vorteilhaft, daß zwischen der Lagerschraube und dem Lagerdeckel die Hülse vorgesehen ist, wobei die Hülse ei nerseits an einem Kopf der Lagerschraube und andererseits an einer unteren Stirnseite des Lagerdeckels anliegt, und daß die Hülse aus einem Werkstoff gebildet ist, dessen Wärmeausdeh nungskoeffizient in etwa dem des Lageroberteils entspricht. Mittels der Hülse kann somit die verspannte Länge variiert werden, so daß ein gemischter Wärmeausdehnungskoeffizient ent sprechend dem Lagerschraubenmaterial gebildet werden kann.It is also advantageous that between the bearing screw and the sleeve, the sleeve is provided, the sleeve ei on the one hand on a head of the bearing screw and on the other hand abuts a lower end of the bearing cover, and that the Sleeve is formed from a material whose thermal expansion tion coefficient corresponds approximately to that of the upper bearing part. The braced length can thus be varied by means of the sleeve be, so that a mixed coefficient of thermal expansion ent speaking the bearing screw material can be formed.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, daß die Hülse aus Leichtmetall wie Aluminium oder Magnesium gebildet ist. It is also advantageous for this that the sleeve made of light metal how aluminum or magnesium is formed.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß die Hülse Teil einer Lagerbrücke und/oder eines Ölhobels ist. Die Lagerbrücke ist aus Stabilitäts- und Festigkeitsgrün den in Richtung der Kurbelwellenachse entlang der einzelnen Lagerbänke mit den Lagerdeckeln bzw. den Lagerschrauben an das Kurbelwellengehäuse geflanscht. Die Hülsen und die Lagerbrücke entsprechen einem Bauteil und können zusätzlich en Ölhobel in tegrieren. Durch diese einteilige Ausgestaltung kann das Bau teil kostengünstig hergestellt werden.Of particular importance for the present invention is that the sleeve is part of a bearing bracket and / or an oil slicer is. The bearing bracket is made of stability and strength green in the direction of the crankshaft axis along the individual Bearing banks with the bearing caps or the bearing screws on the Flanged crankcase. The sleeves and the bearing bracket correspond to a component and can also have an oil slicer in tegrate. Due to this one-piece design, the construction some can be produced inexpensively.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und An ordnung ist es von Vorteil, daß im Lageroberteil ein Sackloch gewinde vorgesehen ist und das Sacklochgewinde von einer Flanschfläche ausgehend eine Senkung oder eine Ausnehmung auf weist. Der Innendurchmesser der Senkung oder Ausnehmung ist größer als der Außendurchmesser der Lagerschraube. Hierdurch wird erreicht, daß die geklemmte Länge entsprechend der Werk stoffpaarung im Verhältnis zum Originalzustand ähnlich wie bei der Verwendung einer Hülse variiert werden kann. Der mit der Senkung zurückgesetzte Gewindeansatz hat somit die gleiche Wirkung wie eine Hülse.In connection with the training and to the invention order it is advantageous that a blind hole in the upper part of the bearing thread is provided and the blind hole thread of one Flange surface based on a depression or a recess has. The inside diameter of the counterbore or recess is larger than the outside diameter of the bearing screw. Hereby is achieved that the clamped length according to the factory material pairing in relation to the original condition similar to the use of a sleeve can be varied. The one with the Lowering recessed thread approach therefore has the same Effect like a sleeve.
Vorteilhaft ist es ferner, daß das Lageroberteil für die La gerschraube am Ende des Sacklochgewindes einen Freiraum, wie eine Freibohrung, aufweist bzw. das Schraubenende freigestellt ist.It is also advantageous that the upper bearing part for the La screw a free space at the end of the blind hole thread, like has a clear hole, or the screw end is free is.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß die Lagerschraube an ihrer gewindeseitigen Stirnseite eine Ausnehmung aufweist oder diese ausgekesselt ist. Der entstehende Steifigkeitssprung aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Lager oberteil und Lagerschraube wird somit kleiner. It is also advantageous that the bearing screw on her thread-side end face has a recess or this is cackled. The resulting stiffness jump due to the different coefficients of thermal expansion of bearings the upper part and the bearing screw thus become smaller.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:Further advantages and details of the invention are in the Claims and explained in the description and in the Figures shown. It shows:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Kurbel wellengehäuses mit Senkung und Hülse und Fig. 1 is a sectional view of a crankshaft housing with countersink and sleeve and
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Kurbel wellengehäuses mit Auskesselung und Freibohrung. Fig. 2 is a sectional view of a crankshaft housing with Auskesselung and free drilling.
In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Kurbelwellengehäuse darge stellt, das auf seiner oberen Stirnseite bzw. Flanschfläche 13 zwei Sacklochgewinde 14 aufweist, die zur Aufnahme von nicht dargestellten Halteschrauben eines nicht dargestellten Zylin derkopfs dienen. Auf einer gegenüberliegenden Seite bzw. unte ren Flanschfläche 12 des Kurbelwellengehäuses 1 sind ebenfalls zwei Sacklochgewinde 8 vorgesehen, die zur Aufnahme von Lager schrauben 4 dienen. Am unteren Ende des Kurbelwellengehäuses 1 ist jeweils auf der rechten und linken Seite eine Schürze 15 vorgesehen.In Figs. 1 and 2 Darge represents 1 indicates a crank case, which has on its upper end face or flange 13, two blind holes 14, derkopfs serve a Zylin not shown for receiving not shown screws. On an opposite side or unte ren flange surface 12 of the crankshaft housing 1 , two blind hole threads 8 are also provided, which serve to accommodate bearings 4 screws. At the lower end of the crankshaft housing 1 , an apron 15 is provided on the right and left side.
Mittels der Lagerschrauben 4 wird ein Lagerdeckel 3 gegen das Kurbelwellengehäuse 1 bzw. gegen ein Lageroberteil 2 zur Anla ge gebracht bzw. mit diesem verschraubt. Zusätzlich zu dieser Verschraubung weist die Schürze 15 auf jeder Seite einen Hal tebolzen 16 auf, der den Lagerdeckel 3 mit der Schürze 15 ver bindet.By means of the bearing screws 4 , a bearing cap 3 is brought against the crankshaft housing 1 or against an upper bearing part 2 for contact or screwed to it. In addition to this screw connection, the apron 15 has a Hal tebolzen 16 on each side, which binds the bearing cap 3 with the apron 15 ver.
Wie Fig. 2 zeigt, weist die Lagerschraube 4 an ihrem gewinde seitigen Ende eine Ausnehmung bzw. Auskesselung 10 auf, die sich von der Stirnseite ausgehend um 0.7 D bis 2 D axial zum Schraubenkopf hin erstreckt, wobei D den jeweiligen Durchmes ser der Schraube bezeichnet. As shown in FIG. 2, the bearing screw 4 has at its threaded end a recess or recess 10 , which extends from the end face by 0.7 D to 2 D axially towards the screw head, where D denotes the respective diameter of the screw .
Die Lagerschraube 4 auf der rechten Seite bzw. das Lagerober teil 2 weist im Bereich des gewindeseitigen Endes einen Hohl raum bzw. eine Freibohrung 7 auf, deren nicht dargestellter Mittelpunkt in etwa im Bereich des Schraubenendes vorgesehen ist, so daß ein bis zwei Gewindegänge der Schraube frei sind.The bearing screw 4 on the right side or the upper bearing part 2 has in the area of the threaded end a cavity or a free bore 7 , the center of which is not shown is provided approximately in the area of the screw end, so that one to two threads of the screw are free.
In Fig. 1 ist zwischen Lagerdeckel 3 und Lagerschraube 4 eine Hülse 9 dargestellt. Über die Hülse 9 und die Lagerschraube 4 wird der Lagerdeckel 3 gegen das Lageroberteil verspannt.In Fig. 1, a sleeve 9 is shown between the bearing cover 3 and the bearing screw 4 . Over the sleeve 9 and the bearing screw 4 of the bearing cap 3 is clamped against the bearing upper part.
Das Sacklochgewinde 8 auf der rechten Seite weist im Bereich der Flanschfläche 12 eine Senkung 11 auf. Die Senkung er streckt sich von der Flanschfläche ausgehend axial zum Ende des Sacklochgewindes hin. Sie weist einen Durchmesser auf, der in etwa gleich oder größer als eine Bohrung 17 im Lagerdeckel ist.The blind hole thread 8 on the right side has a countersink 11 in the region of the flange surface 12 . The reduction he stretches axially from the flange surface to the end of the blind hole thread. It has a diameter which is approximately the same as or larger than a bore 17 in the bearing cap.
Das Verhältnis der geklemmten Längen L5 des Lageroberteils 2, d. h. die Länge 5 der Senkung 11 sowie die Länge 5' der Hül se 9, zu der Länge L6 des Lagerdeckels 3 ist in etwa gleich dem Verhältnis der Differenzen der Werkstoff- Ausdehnungskoeffizienten von Lagerschraube 4 und Lagerdeckel 3 sowie von Lageroberteil 2 und Lagerschraube 4. Dieses Verhält nis beschreibt die nachstehende Formel.The ratio of the clamped lengths L5 of the upper bearing part 2 , ie the length 5 of the countersink 11 and the length 5 'of the sleeve 9 , to the length L6 of the bearing cover 3 is approximately equal to the ratio of the differences in the material expansion coefficient of the bearing screw 4 and Bearing cover 3 as well as upper bearing part 2 and bearing screw 4 . This ratio describes the formula below.
Zwischen den beiden Lagerschrauben 4 sind das Lageroberteil 2 und der Lagerdeckel 3 mit einer Aufnahme 18 für die nicht dar gestellte Kurbelwelle vorgesehen. Sie wird im wesentlichen durch zwei halbrunde Ausnehmungen im Lagerdeckel 3 und im La geroberteil 2 gebildet. Zur Stabilisierung des Kurbelwellenge häuses in Richtung einer nicht dargestellten Kurbelwellenachse ist mit den Lagerschrauben 4 ein in der Zeichnung nicht darge stellter Ölhobel verschraubt, der als eine Art Leiter die ein zelnen Lagerdeckel 3 bzw. Lagerstühle miteinander verbindet.Between the two bearing screws 4 , the upper bearing part 2 and the bearing cover 3 are provided with a receptacle 18 for the crankshaft, not shown. It is essentially formed by two semicircular recesses in the bearing cap 3 and in the geroberteil 2 La. To stabilize the crankshaft housing in the direction of a crankshaft axis, not shown, is screwed with the bearing screws 4, a not shown in the drawing, oil slicer, which connects as a kind of ladder which connects an individual bearing cap 3 or bearing seats.
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