DE19952845C2

DE19952845C2 - Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19952845C2
Application number: DE19952845A
Authority: DE
Inventors: Ugur Ergezen; Leopold Buchriegler
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: US6237558B1; AT3140U1; DE19952845A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine, mit Hauptlagerstühle umfassenden Hauptlagerwänden und schürzenartig verlängerten Seitenwänden, wobei jeder Hauptlagerstuhl seitlich gegenüber den Innenflächen der Seitenwände zumindest teilweise durch eine Ausnehmung freigestellt ist.

Aus der AT 398 608 B ist ein Kurbelgehäuse bekannt, bei welchem die Hauptlagerstühle durch entlang den Rippen des Kurbelgehäuses verlaufende Ausnehmungen teilweise freige stellt sind, so daß eine Weiterleitung von Deformationen und der Gas- und Massenkräften an die Seitenwände des Kurbelgehäuses unterbunden wird. Die Ausnehmungen weisen dabei im Bereich der tiefsten Stelle eine konstante Krümmung auf. Dies hat allerdings den Nachteil, daß Spannungsspitzen zufolge der Kräfte der Lagerschrauben und der Gaskraft sich in einem Punkt der Ausnehmung überlagern, so daß es zu kritischen Spannungszuständen kommen kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die an den Hauptlagerstühlen bei einem Kurbelgehäuse durch mechanische Belastungen auftretenden Spannungen zu vermindern.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, daß die Ausnehmung zumindest abschnittsweise eine gekrümmte Profillinie aufweist, deren Krümmung von einem inneren Abschnitt im Bereich der Seitenfläche des Hauptlagerstuhles zu einem äußeren Abschnitt im Bereich der Innen fläche der Seitenwand hin stetig zunimmt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Profillinie in zumindest einem Bereich maximaler mechanischer Spannung, verursacht etwa durch im we sentlichen in Richtung der Zylinderachse wirkende Gaskräfte und/oder Montagekräfte der Hauptlagerschrauben, einen größeren Krümmungsradius aufweist, als in mechanisch geringer beanspruchten Bereichen. Berechnungen haben gezeigt, daß es auf diese Weise gelingt, kri tische Spannungsspitzen zufolge Überlagerung von Spannungen aus Montagekräften und Gaskräften zu vermindern. Während die spannungskritischen Zonen mit möglichst großem Krümmungsradius ausgebildet sind, können weniger kritische Bereiche mit geringerem Krümmungsradius geformt sein.

Um trotz möglichst geringer mechanischer Belastung die Breite der Ausnehmungen so gering wie möglich zu halten, ist vorgesehen, daß die Profillinie in einem Bereich auf der Seite des Hauptlagerstuhles einen größeren Krümmungsradius aufweist, als im Bereich einer Innen fläche einer Seitenwand. Die Profillinie kann dabei ihren kleinsten Krümmungsradius im Be reich der größten Tiefe der Ausnehmung aufweisen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß sich die Profillinie der Ausnehmung im Bereich der größten Tiefe aus zumindest zwei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien zusammensetzt, wobei der an die Innenfläche anschließende Kreisbogen den geringsten Radius aufweist. In Weiterbil dung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß sich die Profillinie aus zumindest drei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien zusammensetzt.

Es hat sich gezeigt, daß kritische Spannungsspitzen optimal reduziert werden können, wenn die Profillinie zumindest abschnittsweise durch einen Kegelschnitt gebildet ist. Als Kegel schnitt kommen dabei Ellipsen, Hyperbeln und Parabeln in Frage. Der Kegelschnitt kann da bei auch durch Kreise angenähert sein, wobei Korbbögen beispielsweise eine Ellipse annähern können. Bei kurzhubigen Brennkraftmaschinen mit geringer Kurbelgehäusebreite ist es be sonders vorteilhaft, wenn die Hauptachse des Kegelschnittes einen Winkel von etwa 0° ± 60°, vorzugsweise von etwa 0° ± 30°, einschließt, wobei vorzugsweise ein auf der Hauptachse lie gender Scheitelpunkt des Kegelschnittes im oder nahe dem Bereich der größten Tiefe der Ausnehmung, besonders vorzugsweise auf der Seite des äußeren Abschnittes liegt.

Wird die Profillinie zumindest abschnittsweise durch eine Ellipse gebildet, so entspricht vor zugsweise der Krümmungsradius des inneren Abschnittes der Profillinie dem Krümmungs radius der Ellipse im Bereich einer kleinen Halbachse.

In einer anderen sehr spannungsarmen Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die Profillinie zumindest abschnittsweise durch eine Spirale oder eine Evolvente gebildet ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse in einem Schnitt durch einen Zylinder und

Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1.

Das Kurbelgehäuse 1 einer Brennkraftmaschine umfaßt den Zylinderteil 2 für ein oder meh rere Zylinder 3, welche von einem Kühlwassermantel 4 umgeben sind, sowie die Hauptlager wände 5, in welchen die Kurbelwellen-Hauptlager 6 angeordnet sind. Mit 3a sind die Zylin derachsen, und mit 6a die Kurbelwellenachse bezeichnet.

Mit Bezugszeichen 9 sind Bohrungen für Lagerschrauben zur Befestigung von nicht weiter dargestellten Hauptlagerbügeln an den Hauptlagerstühlen 8 angedeutet.

Die einteilig mit dem Kurbelgehäuse 1 ausgebildeten Hauptlagerstühle 8 sind durch Ausneh mungen 10 gegenüber den schürzenartigen Seitenwänden 11 des Kurbelgehäuses 1 freige stellt. Zur Strukturversteifung bilden die Seitenwände 11 im Bereich der Hauptlagerwände 5 im wesentlichen in Richtung der Zylinderachse 3a ausgebildete Rippen 12 aus.

Um die Biegespannungen im Bereich der Ausnehmungen 10 so gering wie möglich zu halten und eine kritische Überlagerung von Spannungsspitzen zufolge der Montagekraft der Lager schrauben einerseits und der Gaskräfte andererseits zu vermeiden, sind die Ausnehmungen 10 im Bereich 13 der größten Tiefe T mit einer stetig von einem inneren Abschnitt 113 zu einem äußeren Abschnitt 112 zunehmenden Krümmung ausgeführt. Im einfachsten Fall kann die Profillinie 110 der Ausnehmungen 10 im Bereich 13 durch zwei Kreisbögen mit unterschied lichen Radien r₁, r₂ gebildet werden, wobei der Radius r₁ im Bereich der Innenfläche 11a der Seitenwände 11 des Kurbelgehäuses 1 kleiner ist als der Radius r₂ im Bereich der Seiten flächen 8a der Hauptlagerstühle 8.

Der mechanisch am stärksten beanspruchte Bereich der Ausnehmung 10 auf der Seite des Hauptlagerstuhles 8 weist den größten Krümmungsradius r₂ auf. Im Bereich der Innenflächen 11a der Seitenwände 11 des Kurbelgehäuses 1 treten eher geringere Spannungen auf, so daß die Ausnehmung 10 auf der Seite der Innenflächen 11a mit geringeren Krümmungsradius r₁ ausgeführt sein kann, um die Breite der Ausnehmung 10 so gering wie möglich zu halten. Zwischen den Radien r₁ und r₂ ist ein Übergangsbereich mit dem Radius r₃ ausgebildet.

Die Profillinie 110 der Ausnehmung 10 kann zumindest teilweise durch eine Kegelschnitt figur aus der Gruppe Ellipse, Hyperbel und Parabel gebildet werden. Daneben sind auch an dere geometrische Kurven, wie Spiralen oder Evolventen möglich. Es ist auch denkbar, die Kegelschnittfigur durch Kreisbögen, beispielsweise durch Korbbögen, anzunähern.

In Fig. 2 ist beispielsweise eine einen Teil der Profillinie 110 ausbildende Ellipse 114 einge zeichnet, deren Hauptachse 115 zur Zylinderachse 3a bzw. einer Parallelen 3b zur Zylinder achse 3a einen Winkel α zwischen 0° und 90° einschließen kann. Bei Brennkraftmaschinen mit kleinem Hub und schmaler Bauweise ist es günstig, wenn der Winkel α etwa 0° ± 60°, vorzugsweise 0° ± 30° beträgt, wobei der auf der Hauptachse 115 liegende Scheitelpunkt 116 der Ellipse 114 im Bereich der inneren Seitenfläche 11a der Seitenwand 11 liegt. Der kleinste Radius r₁ der Profillinie 110 befindet sich somit im Bereich der großen Hauptachse 115 der Ellipse 114, der größte Radius r₂ im Bereich einer kleinen Halbachse 117.

Dadurch gelingt es, die Spannungsspitzen, die durch Montagekräfte der Lagerschrauben und durch die Gaskräfte entstehen, zu entkoppeln, so daß eine örtliche Überbelastung vermieden werden kann.

Claims

1. Kurbelgehäuse (1) für eine Brennkraftmaschine, mit Hauptlagerstühle (8) umfassenden Hauptlagerwänden (5) und schürzenartig verlängerten Seitenwänden (11), wobei jeder Hauptlagerstuhl (8) seitlich gegenüber den Innenflächen (11a) der Seitenwände (11) zu mindest teilweise durch eine Ausnehmung (10) freigestellt ist, dadurch gekennzeich net, daß die Ausnehmung (10) zumindest abschnittsweise eine gekrümmte Profillinie (110) aufweist, deren Krümmung von einem inneren Abschnitt (113) im Bereich der Seitenfläche (8a) des Hauptlagerstuhles (8) zu einem äußeren Abschnitt (112) im Be reich der Innenfläche (11a) der Seitenwand (11) hin stetig zunimmt.

2. Kurbelgehäuse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie (110) in zumindest einem Bereich maximaler mechanischer Spannung, verursacht etwa durch im wesentlichen in Richtung der Zylinderachse (3a) wirkende Gaskräfte und/oder Mon tagekräfte der Hauptlagerschrauben, einen größeren Krümmungsradius (r₂, r₃) aufweist, als in mechanisch geringer beanspruchten Bereichen.

3. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie (110) zumindest abschnittsweise durch eine Spirale oder eine Evolvente gebildet ist.

4. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profil linie (110) zumindest abschnittsweise durch einen Kegelschnitt gebildet oder einem Ke gelschnitt angenähert ist.

5. Kurbelgehäuse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelschnitt durch Kreisbögen angenähert ist, wobei vorzugsweise eine Ellipse (114) durch Korb bögen angenähert ist.

6. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profil linie (110) zumindest abschnittsweise durch eine Ellipse (114) gebildet ist, wobei vor zugsweise der Krümmungsradius (r₂) des inneren Abschnittes (113) der Profillinie (110) dem Krümmungsradius der Ellipse (114) im Bereich einer kleinen Halbachse (117) ent spricht.

7. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie (110) in einem Bereich auf der Seite des Hauptlagerstuhles (8) einen größeren Krümmungsradius (r₂) aufweist, als im Bereich einer Innenfläche (11a) einer Seitenwand (11).

8. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie (110) ihren kleinsten Krümmungsradius (r₁) im Bereich (13) der größten Tiefe (T) der Ausnehmung (10) aufweist.

9. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse (115) des Kegelschnittes mit einer Parallelen (3b) zur Zylinderachse (3a) einen Winkel (α) von etwa 0° ± 60°, vorzugsweise von etwa 0° ± 30°, einschließt, wobei vorzugsweise ein auf der Hauptachse (115) liegender Scheitelpunkt (116) des Kegel schnittes im oder nahe dem Bereich des Scheitelabschnittes (111) der Profillinie (110), besonders vorzugsweise auf der Seite des äußeren Abschnittes (113) liegt.

10. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Profillinie (110) der Ausnehmung (10) im Bereich (13) der größten Tiefe (T) aus zumindest zwei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien (r₁, r₃) zusammensetzt, wobei der an die Innenfläche (11a) anschließende Kreisbogen den geringsten Radius (r₁) auf weist.

11. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Profillinie (110) aus zumindest drei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien (r₁, r₂, r₃) zusammensetzt.