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BRENNKRAFTMASCHINE 4
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, deren Zylinderblock,
Zylinderkopf und Kurbelwellenlagerung in Form eines Triebwerksträgers eine Baueinheit
bilden, die über eine starre Befestigung im den Triebwerksträger zumindest teilweise
umgebenden Maschinengehäuse aufgehängt ist.
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Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der AT-PS 343 958
bekannt und hat den Vorteil, daß sich zum Unterschied zu anderen bekannten Brennkraftmaschinen
mit unmittelbar im Kurbelgehäuse gelagerter Kurbelwelle nur eine einzige körperschallführende
Verbindung zwischen dem die weitaus größten schallabstrahlenden Flächen aufweisenden
Kurbelwellen- bzw. Maschinengehäuse und dem Triebwerksträger über einen umlaufenden
Anschlußflansch zwischen diesen beiden Bauteilen ergibt, was eine bedeutende Verminderung
des von der Brennkraftmaschine insgesamt abgestrahlten Geräusches ermöglicht.
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Eine andere Art einer Brennkraftmaschine ist in der DE-PS 633 279
beschrieben. Bei dieser Ausführung sind die Stahlzylinder an den Enden durch Schweißung
miteinander verbunden, und jeder Zylinder besitzt am unteren Ende eine gewölbeartige
Verlängerung mit parallelen Seitenwänden, zwischen welchen Träger für die Kurbelwellenlager
angeschweißt sind. Ein Maschinengehäuse, in dem ein Triebwerksträger aufgehängt
sein könnte, ist in dieser Druckschrift nicht geoffenbart.
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Vielmehr wird der Zylinderblock von einem Blechmantel umgeben, der
lediglich zum Sammeln des von den Lagern und Pleuelstangen abtropfenden Öls dient
und keine tragende Funktion zu erfüllen hat.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ausgehend von
einer Anordnung der eingangs genannten
Art und unter Beibehaltung
des vorteilhaften Konzepts ues starr im 5aschinengehäuse befestigten rnriebwerks
trägers eine weitere Reduion des Gesaintgeräusches der Brennkraftmaschine zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Befestigung
des Triebwerksträgers über einzelne starre Tragteile erfolgt, die im Bereich von
Stellen hoher mechanischer Eingangsimpedanz des aschinengehäuses, insbesonders im
Bereich der Stirnseiten bzw. im Bereich von sich zwischen den Stirnseiten erstreckenden
Seitenkanten, starr mit dem Ltaschinengehäuse einerseits und mit mit dem Triebwerkstrager
starr verbundenen Tragarnen andererseits in Verbindung stehen, und daß die Tragarme
zufolge ihres Materials und/oder ihrer Formgebung als biegeelastische Träger zwischen
der starren Befestigung an Triebwerksträger einerseits und am. Tragteil andererseits
körperschalldämmend sind. Es wird also eine den gesamten Triebwerksträger umfassende
linien- bzw. flächenförmige Berührung zwischen dem die hauptsächlich körperschallerregenden
Teile beinhaltenden Triebwerksträger und dem diesen zumindest teilweise umgebenden
Maschinengehäuse durch eine nur in im wesentlichen punktförmigen Bereichen zwischen
den beiden Bauteilen wirkende Befestigung über einzelne Tragteile ersetzt, was die
Überleitung von Körperschall vom Triebvverksträger auf das Maschinengehäuse bereits
wesentlich verringert.
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Durch die Einbindung der Tragteile im Bereich von Stellen hoher mechanischer
Eingangsimpedanz des Maschinengehäuses ist zusätzlich sichergestellt, daß die über
die Tragteile übertragenen dynamischen Kräfte keine großen Schwingamplituden an
den Befestigungsstellen anregen, so daß der Körperschall in den großen Flächen des
Idaschinengehäuses und die von dort ausgehende Luftschallabstrahlung trotz starrer
Befestigung des Triebwerksträgers sehr gering gehalten werden können.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin gelegen, daß zufolge
der körperschalldämmenden Ausbildung der Tragarme der zur starren Befestigung zwischen
Trieb
werksträger und Maschinengehäuse zugeleitete lLörperschall
bereits reduziert ist, wodurch der Gerauschpegel der I.aschine gesenkt wird. Außerdem
werden durch die Tragarme unzulässig hohe Wärmespannungen zwischen Triebwerksträger
und Maschinengehäuse vermieden.
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Gemaß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Tragarme durchgehend
ausgebildet und dienen jeweils zur gemeinsamen Befestigung des Triebwerksträgers
an beiden Seiten des 8taschinenAehauees. Durch diese I.aßnahine wird der Aufbau
der Brennkraftmaschine vereinfacht.
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Perner sieht eie Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Tragarme
bzw. Tragteile außerhalb des ölbenetzten Innenaumes des Maschinengehäuses angeordnet
sind.
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Durch dieses Merkmal erden sowohl die Montage der Tragarme bzw. Tragteile
als auch die Zugänglichkeit dieser Elemente vereinfacht.
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Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind Einstellelemente
an den Tragteilen zum Ausgleich von Herstellungs- und IWIontagetoleranzen vorgesehen.
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Diese haben den Zweck, Verspannungen zwischen dem Triebwerksträger
und dem Maschinengehäuse bei der Montage zu vermeiden.
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Bei einer als Ottomotor ausgebildeten Brennkraftmaschine ist in vorteilhafter
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Befestigung der Tragarme am Triebwerksträger
jeweils im Bereich der Kurbelwellenhauptlagerwand und/oder im Bereich der Unterkante
des Zylinderblockes und/oder im Bereich des unteren Lagerbügels erfolgt. Da bei
Ottomotoren das von den Eräften im Kurbeltrieb herrührende und huber die Kurbelwangen
im wesentlichen seitlich auf die Hauptlagerwände einwirkende Biegemoment relativ
klein ist, kann auch der untere Bereich der zufolge dieser Beanspruchung wie eine
Biegefeder schwingenden Hauptlagerwände noch für die Befestigung der Tragarme am
Triebwerksträger ausgenützt werden, ohne daß zu große Schwingamplituden und damit
erhöhte Körperschallübertragung ans IxIaschi-
neige hause befürchtet
werden müßten.
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Bei einer als Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine kann nach
eier anderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Befestigung der
Tragarme am mriebwerlstrager jeweils im Bereich oberhalb der Kurbelwellenachse erfolgt;
auf diese eise können die Auswirkrungen der obenbeschriebenen und bei Dieselmotoren
wesentlich größere Biegemomente noch in vertretbaren Grenen gehalten werden; je
kleiner der maximale Abstand der Befestigung der Tragarme von dem im wesentlichen
als starr anzusehenden unteren Ende des Zylinderblocks ist, desto geringer können
sich die seitliche Schwingungen der Hauptlagerwände nach außen hin auswirken.
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Die Srfindun wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Schr&gansicht einer Brennkraftmaschine nach
der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung, Fig. 2 einen teilweisen
iängsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen teilweisen
Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2 bei abgenommenem äußeren Deckel, Fig.
5 eine teilweise Schrägansicht der Ausführung nach den Fig. 2 bis 4, Fig. 6 ein
Detail gemäß VI in Fig. 3, Fig. 7 ein Detail aus einer anderen Ausführungsform in
einer dem linken Teil der Fig. 3 entsprechenden Darstellung und Fig. 8 ein Detail
aus einer weiteren Ausführung in einer spiegelbildlich dem linken Teil der Fig.
2 entsprechenden Darstellung.
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Bei der Brennkraftmaschine nach Fig. 1 sind hier nicht näher dargestellte,
hauptsächlich körperschall-
erregte Teile, wie Zylinderblock, Zylinderkopf
und Kurbelwellenlagerung, in Form eines Triebwerksträgers 1 zu einer geschlossenen
baueinheit vereinigt, die starr in einem diesen Triebwerksträger 1 zumindest teilweise
umgebenden Maschinengehause 2 befestigt ist.
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Die Befestigung des Triebwerstrgers 1 im Maschinengehäuse 2 erfolgt
dabei über einzelne Tragteile 4, welche an mit dem Triebwerksträger an angedeuteten
Befestigungsstellen 5 starr verbundenen Tragarmen 3 angeordnet sind und am Maschinengehäuse
2 im Bereich von Stellen hoher mechanischer Eingangsimpedanz angreifen. Im vorliegenden
Falle befinden sich die Tragteile 4 im Bereich von sich zwischen den Stirnseiten
6 des Maschinengehäuses 2 erstreckenden Seitenkanten 7 sowie gleichzeitig im Bereich
der Stirnseiten 6 des Maschinengehauses selbst.
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Durch diese Art der starren Befestigung des die körperschallerregten
meile umfassenden Triebwerksträgers 1 im den Triebwerksträger im vorliegenden Falle
von unten her etwa bis in den Bereich der halben Höhe der Zylinderbüchsen umgebenden
Maschinengehäuse 2 wird einerseits erreicht, daß der Triebwerksträger 1 keine oder
zumindest nur sehr geringe Schwingungsamplituden aufweisende Bewegungen relativ
zum Maschinengehäuse 2 durchführen kann, was insbesondere im Bereich von niedrigen
Frequenzen (etwa im Bereich unterhalb von 200 Hz) große Vorteile gegenüber einer
elastischen Befestigung ergibt, da damit keine Probleme mit Resowanzen und den dabei
auftretenden groB w litwZgen Relativbewegungen zwischen Triebwerksträger und Maschinengehäuse
auftreten können und beispielsweise das direkte Anflanschen eines Getriebes 8 an
die hier nicht weiter dargestellte Kurbelwelle ohne weiteres möglich wird.
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Andererseits ist durch die beschriebene Anordnung der Tragteile 4,
welche im dargestellten Beispiel eine zumindest annahernd punktförmige starre Verbindung
zwischen dem Triebwerksträger 1 und dem Maschinengehäuse 2 ergeben, an Stellen,
an denen das Maschinen-
teiia.use 2 eine hohe dynamische Steifigkeit
aufweist, sichergestellt, daß über die Tragarne 3 und Tragteile 4 in die Befestigungsstellen
am aschinengeäuse 2 eingeleiteter Körperschall nicht zu großen Schwingamplituden
der großen schallabstrahlenden Flächen des Easchinengehäuses führen kann, womit
der insgesamt abgestrahlte Schallpegel sehr niedrig gehalten wird.
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Durch die Formgebung bzw. die Materialwahl können die Tragarme 3
im Bereich zwischen der Befestigung am Triebwerksträger 1 und den einzelnen Tragteilen
4 zusätzlich in einem gewissen Bereich biegeweich bzw.
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körperschalldämmend ausgeführt werden, womit die Einleitung von Körperschall
über die Tragteile 4 ins M'aschinengehäuse 2 weiter verringert wird. Da die Kurbelwellenhauptlagerwände
9 - hier sind nur die für die Befestigung der Tragarme 3 wesentlichen beiden äußeren
angedeutet - zufolge der von den Kräften im Kurbeltrieb verursachten und über die
Kurbelwangen eingeleiteten seitlichen Biegemomente im Betrieb der Maschine nach
Art einer Blattfeder in Schwingung versetzt werden, kann auch über die Anordnung
der Befestigungsstellen 5 zwischen Triebwerksträger 1 und Tragarm 3 die Körperschalleinleitung
ins ilaschinengehäuse 2 beeinflußt werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 5 sind die in ihrer
Funktion den zu Fig. 1 besprochenen Teilen gleichwertigen Bauteile mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Der Triebwerksträger 1, der den Zylinderblock 10, die damit z.B.
einstückig ausgeführten Hauptlagerwände 9 samt Kurbelwellenlagerung 11, Kurbelwelle
12 und hier nicht weiter dargestellte Teile, wie Pleuel, Kolben, Zylinderkopf, umfaßt,
ist wiederum starr im Maschinengehäuse 2 gelagert. Zu diesem Zweck ist an den beiden
Stirnseiten des Triebwerksträgers 1 jeweils ein durchgehender Tragarm 3 angeordnet,
der an Befestigungsstellen 5 mit dem Triebwerksträger 1 verschraubt ist und im Bereich
seiner äußeren Enden jeweils einzelne
Tragteile 4 - hier gebildet
von Durchgangslöchern und efestlgugsschrauben - auf-veist, die zur starren Befestigung
am Maschinengehäuse 2 dienen.
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~as Schwungradgehäuse 13, der äußere Deckel 14 zur Abdeckung des
Zahnriemens 15 zum Antrieb der hier nicht dargestellten obenliegenden Nockenwelle,
sowie die beiden inneren Deckel 16, 17 seien hier nur der Vollständigkeit halber
erwähnt. Gleiches gilt auch für die aus den Fig. 2 und 4 ersichtliche schalldämmende
Abdeckung 18 für den oberen, aus dem I.Iaschinengehause 2 herausragenden Teil des
Triebwerksträger 1, welche an einem umlaufenden Flansch 19 auf das Kaschinengehäuse
2 bzw.
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den äußeren Deckel 14 aufgesetzt ist. Durch die Anordnung einer elastischen
Dichtung 20 zwischen dem oberen Rand des taschinengehauses 2 - welches gemäß Fig.
4 bzw. 5 in der Höhe der Eurbelwellenachse 21 geteilt ist - und dem Triebwerksträger
1 bzw. dem Zylinderblock 10 ist der von dieser schalldämmenden Abdeckung 18 umfaßte
obere Bereich des Triebwerksträgers 1 trocken; im Bereich der Kurbelwelle wird der
Austritt von Schmieröl durch Dichtungen 22 verhindert.
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Der Vollständigkeit halber ist hier noch zu erwähnen, daß es natürlich
prinzipiell auch möglich wäre, das Maschinengehäuse 2 als den Triebwerksträger 1
vollständig umfassende Naßkapsel auszubilden - am vorteilhaften Konzept der beschriebenen
starren Aufhängung des Triebwerksträgers im Kurbelgehäuse würde sich dabei nichts
ändern.
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Aus Fig. 4 bzw. 5 ist wiederum ersichtlich, daß die Anordnung der
hier nur von Schrauben und entsprechenden Durchgangsbohrungen am Tragarm 3 gebildeten
Tragteile 4 im Bereich von sich zwischen den Stirnseiten des Maschinengehäuses 2
erstreckenden Seitenkanten 7 sowie den Stirnseiten selbst erfolgt. Diese Stellen
des Easchinengehäuses haben hohe mechanische Eingangsimpedanz, wodurch die über
die Tragarme 3 eingeleiteten Körperschallschwingungen vom Triebwerksträger sich
nicht in hohen Schwingamplituden der großen körperschallabstrahlenden Flächen des
Maschinengehäuses 2
auswirken können.
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Schließlich ist in der Darstellung nach Fig. 5 noch ein Getriebegehäuse
8 angedeutet, welches an der Seite des Scngradgehäuses 13 angeflanscht ist.
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Das in Fig. 6 in größerem Maßstab und allen Sinzelheiten dargestellte
Detail VI aus Fig. 3 zeigt die Anordnung eines Einstellelementes 23 am Tragteil
4, welches zum Ausgleich von Herstellungs- und Lntagetoleranzen dient und es ermöglicht,
daß der Triebwerksträger im Maschinengehäuse ohne Verspannung der Tragarme 3 - insbesonders
in Richtung der Kurbelwellenachse - befestigt werden kann. In einer Gewindebohrung
24 des ì;Iaschinengehauses 2 ist zu diesem Zweck eine Schraubhülse 25 eingeschraubt,
die über eine in den Boden der Schraubhülse 25 einschraubbare Madenschraube 26 verspannt
und £eoichert werden kann. Damit kann die die Anlagefl~che fr den Tragarm 3 darstellende
vordere Stirnfläche 27 der Schraubhülse 25 in Richtung der };urbelwellenachse gegenüber
dem Maschinengehäuse 2 verstellt werden, was Herstellungs- und Montagetoleranzen
des Triebwerksträgers bzw. der Tragarinbefestigung ausgleichen läßt.
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An der Stirnfläche 27 der Schraubhülse 25 ist weiters eine Paßhülse
29 eingesetzt, die mit einer Durchgangsbohrung 28 des Tragarmes 3 zusammenwirkt
und somit den Triebwerksträger gegenüber dem Laschinengehäuse zentriert. Die kraftschlüssige
Befestigung erfolgt über eine Sechskantschraube 30, welche in die Schraubhülse 25
eingeschraubt ist.
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Ebenfalls in kSg. 6 ist wiederum der innere Deckel 16 samt Befestigungsschraube
31 sowie der äußere Deckel 14 ersichtlich.
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Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, daß die Befestigung
des Triebwerksträgers im Maschinengehäuse natürlich auch ohne die stirnseitigen
Tragarme durch unmittelbar zwischen dem Triebwerksträger und dem Maschinengehäuse
angeordnete Tragteile vorgenommen werden könnte, was lediglich die Anordnung entsprechender
Ansätze, Butzen oder dgl. erfordern
würde.
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Bei der In Fig. 7 im Detail dargestellten Ausführungsforin besteht
der einzig wesentliche Unterschied zur Ausführung nach den Fig. 2 bis 5 (siehe Darstellung
in Fig. 3) nur darin, daß nunmehr die Tragarme 3 einstückig mit dem Zylinderblock
10 bzw. mit den unterhalb des Zylinderblockes zur Lagerung der hier nicht dargestellten
Kurbelwelle dienenden Teil ausgeführt, beispielsweise bei der I4.erstellung angegossen,
sind. Auf diese Weise kann in gewissen Fällen die Herstellung und die Montage der
;.raschine vereinfacht erde, wobei auch hier die Uoglichkeit gegeben ist, beispielsweise
durch die Gußgestaltung, den Tragarmen eine gewisse Biegeelastizität zu verleihen,
was sich günstig im Hinblick auf eine Verringerung der Sinleitun von dynamischen
Kräften vom Triebwerksträger ins Itasch nengehäuse auswirkt.
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ei der in Eig. 8 dargestellten Ausführung ist als wesentlicher Unterschied
zu der Ausführungsform nach den Fig. 2 bis 5 (siehe Darstel.lung auf der linken
Seite der Fig. 2) der Tragarm 3 außerhalb des ölbenetzten Raumes des Maschinengehäuses
2 angeordnet. Zu diesem Zweck ist an der stirnseitigen Hauptlagerwand 9 ein beispielsweise
ringförmig und konzentrisch um die Kurbelwellenachse 21 angegossener Ansatz 32 angebracht,
der bis in den Bereich eines durch eine Öldichtung 22' elastisch abgedichteten Durchtritts
durch das Maschinengehäuse 2 vorsteht. Der in diesem Beispiel an Befestigungsstellen
5 auch unterhalb der Kurbelwellenachse 21 befestigte Tragarm 3 ist von außerhalb
des Maschinengehäuses 2 auf den Ansatz 32 aufgeschraubt und im Bereich seines Kurbelwellendurchtritts
ebenfalls mit einer Öldichtung 22 versehen. Die Tragteile 4 sind hier wiederum nur
von durch ihre Mittellinie angedeuteten Schrauben samt zugehörigen Durchgangsbohrungen
gebildet und dienen in der zu den anderen Ausführungsformen bereits ausführlich
beschriebenen Weise zur Lagerung des Triebwerksträgers 1 gegenüber dem Iflaschi-
nengehäu
se 2.
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Diese Ausführungsform bringt gewisse Montageerleichterungen, da die
Tragarme 3 bzw. Tragteile 4 bereit nach Abnahme eines einzelnen äußeren Deckels
14 zugänglich sind.
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