EP0885354B1 - Maschinengehäuse für hubkolbenmaschinen, insbesondere v-motoren - Google Patents

Maschinengehäuse für hubkolbenmaschinen, insbesondere v-motoren Download PDF

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EP0885354B1
EP0885354B1 EP97905024A EP97905024A EP0885354B1 EP 0885354 B1 EP0885354 B1 EP 0885354B1 EP 97905024 A EP97905024 A EP 97905024A EP 97905024 A EP97905024 A EP 97905024A EP 0885354 B1 EP0885354 B1 EP 0885354B1
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EP
European Patent Office
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bearing
engine
flange
casing according
hollow
Prior art date
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Application number
EP97905024A
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English (en)
French (fr)
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EP0885354A1 (de
Inventor
Thomas EIDENBÖCK
Franz Malischew
Klaus Eigenfeld
Horst Henkel
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Bayerische Motoren Werke AG
Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG, Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
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Publication of EP0885354B1 publication Critical patent/EP0885354B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/108—Siamese-type cylinders, i.e. cylinders cast together
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009—Cylinders, pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/22—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0002—Cylinder arrangements
    • F02F7/0012—Crankcases of V-engines

Definitions

  • the invention relates to a machine housing for reciprocating piston machines.
  • EP-A which was previously published in relation to DE-U 94 12 637 0 554 575 already a machine housing for a liquid-cooled internal combustion engine known, in which also an engine block made of cast iron in a light metal housing is cast in.
  • an engine block made of cast iron in a light metal housing is cast in.
  • massive storage chairs To reduce the weight of the engine block cylinders arranged in series are arranged cohesively adjacent and carry arranged in the connection areas over spaced flat webs, massive storage chairs. Flat webs and storage chairs are used by Pour into the light metal housing in transverse walls connected to it integrally integrated. This, too, designed for strength reasons, material-intensive Support of the crankshaft bearings against a crankcase housing wall acts as the light metal housing acoustically stimulating structure-borne sound bridge.
  • Japanese Patent Laid-Open 4-121 443 for a liquid-cooled Internal combustion engine an engine block with a molded cylinder head known.
  • This design known as the "monoblock” includes one at the bottom of the cylinder liners formed bottom plate, on the one hand the Monoblock enclosing casing is releasably attached and on the other hand massive crankshaft bearings are arranged, the bearing cover over longitudinal webs in a disadvantageously designed storage frame are arranged.
  • the invention is based, for a lightweight machine housing the task a lightweight engine block with high cylinders, through the cylinders to show insignificantly increased design strength.
  • the basic idea of the invention is devices arranged in the longitudinal direction of the machine of the engine block as large as possible relative to the crankshaft axis of rotation spaced in a bandage to achieve a high moment of inertia and to arrange a high section modulus, the necessary for this effective distances on the one hand with the design of the bearing frame at least one stiffening element provided particularly deeply below the crankshaft and on the other hand by an advantageously simple in the direction of the vertical axis of the cylinder or cylinders from the crankshaft axis of rotation far away displaced flange plate are achieved.
  • the stiffening element of the bearing frame integrated into a bandage Flange plate eliminates the cylinder as an essential element imparting strength, whereby the cylinder or cylinders can advantageously be made thin-walled.
  • the piston stroke and cylinder diameter can also be taken into account with the invention to be determined on the structural strength of the engine block with the advantage that even large-volume, powerful reciprocating engines relatively low construction can be carried out.
  • a lightweight engine block offers the invention with the free choice of the largest possible distances longitudinal machine Devices from the plane of the crankshaft axis of rotation the advantage of a relatively thin-walled design of these devices (Flange plate, stiffening elements) with high strength.
  • a machine housing 1 for a liquid-cooled reciprocating piston internal combustion engine designed as a V-engine 2 comprises an engine block 3 and one opposite separate casing 4 formed in one piece from housing walls a material lighter than that of the engine block 3.
  • the engine block 3 is equipped with flange plates 5, each with cylinders 6 on the one hand and split crankshaft bearings on the other 7 are connected, the bearing cover 8 thereof in a bearing frame 9 are arranged with machine longitudinal stiffening elements 10.
  • the flange plates 5 are relative to the cylinders 6 from their lower ends to their upper ends offset with their respective Center of gravity seen on the face at intervals on this side of the bearing center plane 11 of the crankshaft bearings 7 arranged, these distances at least greatest possible distances between the centroids of the profiles of the stiffening elements 10 correspond to the bearing frame beyond the center plane 11 of the bearing, and wherein the crankshaft bearings 7 via struts 12 with the flange plates 5th are connected.
  • the engine block 3 designed according to the invention forms a spatial association, the bending and torsional resistance moments advantageously without Integration of the cylinders 6 essentially via that of the bearing center plane 11 in each case the largest possible spaced machine-oriented devices of the Flange plate 5 in combination with the stiffening elements 10 of the bearing frame 9 are achieved.
  • crankshaft bearings 7 each on both sides in hollow struts 13 arranged essentially in a machine transverse plane with the Flange plates 5 are integrally connected, each preferably bearing ring 7 'designed like a ring by means of radial flanges 14 a cylindrical or U-profile on the flange plate side forms with the hollow struts 13 in the connection area stiffening transitions 15.
  • the engine block 3 is preferably at least in the circumference of the flange plates 5 with the crankshaft bearings 7 arranged over the hollow struts 13 inclusive of the bearing frame 9 in one piece, integrally made of vermicular gray cast iron (GGV) manufactured.
  • GGV vermicular gray cast iron
  • the bearing frame 9 separated from the engine block 3 by "cracking" is also included this by means of two crankshaft bearings 7 provided in the hollow struts 13 screw-in screw 20 connectable.
  • the preferably in the V angle of V-engine 2 essentially arranged bolts 20 preferably pass through fracture separating surfaces arranged obliquely in the center plane 11 of the bearing, with which the lateral forces in each crankshaft bearing 7 over the braced Fracture separating surfaces securely with only two bolts 20 provided are transferred. This reduced screwing effort results in an advantageous Way a narrow bearing frame with deep below the center of the bearing 11 stiffening elements 10 or hollow beams 19 that can be arranged.
  • the roof-like flange plates are arranged 5 over their outer longitudinal areas with the crankshaft bearings 7 over accordingly the bolt 20 V-shaped hollow struts 13 in one-piece material Connection.
  • essentially parallel hollow struts 13 in the middle flange plates 5 connected in one piece additionally via this connection area by means of hollow supports 21 with each bearing chair 7 'in connection.
  • These supports 21 are used for power dissipation in the vertical axis of the V-engine 2 to avoid a buckling load on the hollow struts 13.
  • a longitudinal channel 22 is provided, for example in cooperation with the hollow supports 21 of the lubricating oil supply to the bearings 7 is used.
  • the invention is without the cylinders 6 Engine block 3 as a spatial association of high bending and torsional rigidity achieved.
  • This can be used either with the respective or depending on the need Flange plate 5 fixed cylinder 6 can be selected.
  • the flange plates 5 preferably pass obliquely Achieving a stiffer connection between the respective cylinder 6 and Flange plate 5 against operating vibrations, which are additionally spaced in series Cylinders 6 between bridges 23 arranged in the row direction between the cylinders 6 are reduced.
  • the cylinders 6 are without casting an additional Material free in the respective coolant.
  • the flange plates 5 For a permanent connection of the engine block 3 with the one-piece casing 4 have the flange plates 5 in the machine longitudinal and transverse directions in each case by means of large radii cambered edges 24 on the machine housing corners merge into other, smaller radii. They are further Edges 24 e.g. designed as T-shaped flanges 25 in cross section. Alternatively to the Flanges 25, the edges 24 can also have a rough surface for positive and non-positive connection with the light metal casing 4. Furthermore, the flanges 25 can also have a rough surface.
  • the engine block can 3 one made of outer and inner longitudinal and front housing walls assigned one-piece casing 4 from a light metal casting be, which when cooling in the shrinking through the flange 5 of the Engine block 3 handicapped light metal casing 4 over the convex Edges 24 uniformly form-fit and non-positively with the flanges 25 of the Flange plates 5 is connected liquid-tight.
  • the casing 4 is further advantageously stiffened in that the Flange plates 5 cylinders 6 integrally connected by a material fit, each in one with coolant openings 26 provided cold room cover plate 27 which with the casing 4 in one-piece material connection.
  • connection points 34 for ancillaries and / or support brackets via adjacent hollow struts 13 arranged pins 35 are connected preferably serve the arrangement of screw points.
  • the weight advantage achievable with the invention comes in particular in the case of multi-cylinder V-type reciprocating machines are particularly useful, but can also be advantageous for single-row machines with one or more cylinders.

Landscapes

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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Maschinengehäuse für Hubkolbenmaschinen.
Zur Gewichtsreduzierung eines Maschinengehäuses ist es grundsätzlich bekannt, den hochbelasteten, im wesentlichen aus den Zylindern mit unmittelbar oder mittelbar angeformten Kurbelwellen-Lagern gebildeten Triebwerksblock vorzugsweise aus Eisenwerkstoff herzustellen, und die geringer belasteten Gehäusewände gesondert aus einem leichteren oder besonders dünnwandig verfertigten Material auszubilden.
Ein Beispiel dieses Bauprinzips für das Maschinengehäuse einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine ist aus der GB-PS 678 903 bekannt, wobei die den Kurbelraum begrenzenden Gehäusewände sowie die zur Abdeckung der Zylinder-Kühlmittelräume dienenden Gehäusewände aus Metallblechen gefertigt sind. Demgegenüber ist der Triebwerksblock zur Erzielung der erforderlichen Festigkeit relativ massiv ausgebildet mit endseitigen Stirnwänden zwischen Deck- und Bodenplatten der Zylinder, wobei an der Bodenplatte gewichtige Lagerstühle einstückig angeordnet sind.
Nachteile dieses bekannten Maschinengehäuses wie auch eines aus der GB-PS 695 972 bekannten Gehäuses sind jeweils eine mäßige Gewichtsreduzierung sowie Korrosions- und Dichtprobleme insbesondere in den Verbindungsstellen der Baugruppen aus unterschiedlichen Materialien. Hinzu treten ferner Akustikprobleme.
Zur Reduzierung insbesondere der Akustikprobleme ist aus der US 4 446 827 ein Maschinengehäuse für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine bekannt, das einen der vorgenannten GB-PS 678 903 entsprechend massiv gestalteten Triebwerksblock umfaßt, dem gesonderte Gehäusewände aus einem stark dämpfenden Material, wie Gummi, Kunststoff oder Harz zugeordnet sind.
Korrosions- und Dichtprobleme für ein aus unterschiedlichen Materialien gestaltetes Maschinengehäuse einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine sind gemäß dem deutschen Gebrauchsmuster DE-U 94 12 637 dadurch vermieden, daß ein aus Grauguß gefertigter Triebwerksblock von einem Leichtmetall-Gehäuse umgossen ist, wobei die Kühlmittelräume ausschließlich im Leichtmetall-Gehäuse ausgebildet sind. Nachteilig hierbei ist die massive Gestaltung des Triebwerksblockes mit an den Kurbelwellen-Lagerstühlen über stegförmige Abstützungen angeordnete Motorfußleisten, die im Ölwannen-Anschlußbereich des Leichtmetall-Gehäuses mit diesem stoffschlüssig verbunden sind. Mit dieser schwergewichtigen Gestaltung ergibt sich als weiterer Nachteil, daß diese mit den Lagerstühlen stoffschlüssig verbundenen Motorfußleisten als Körperschallbrücken wirken und zumindest die mit ihnen stoffschlüssig verbundenen Kurbelraumabdeckungen des Leichtmetall-Gehäuses akustisch anregen.
Weiter ist aus der gegenüber dem DE-U 94 12 637 vorveröffentlichten EP-A 0 554 575 für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine bereits ein Maschinengehäuse bekannt, bei dem ebenfalls ein aus Grauguß gebildeter Triebwerksblock in ein Leichtmetall-Gehäuse eingegossen ist. Zur Gewichtsreduzierung des Triebwerksblockes sind in Reihe angeordnete Zylinder stoffschlüssig benachbart angeordnet und tragen in den Verbindungsbereichen über beabstandete Flachstege angeordnete, massiv gestaltete Lagerstühle. Flachstege und Lagerstühle werden beim Eingießen in das Leichtmetall-Gehäuse in mit diesem verbundenen Querwänden stoffschlüssig integriert. Auch diese aus Festigkeitsgründen gestaltete, materialaufwendige Abstützung der Kurbelwellen-Lager gegen eine Kurbelraum-Gehäusewand wirkt als das Leichtmetall-Gehäuse akustisch anregende Körperschallbrücke.
Schließlich ist aus der japanischen Patent-Offenlegung 4-121 443 für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine ein Triebwerksblock mit angeformten Zylinderkopf bekannt. Diese als "Monoblock" bekannte Gestaltung umfaßt eine am unteren Ende der Zylinderbuchsen ausgebildete Bodenplatte, an der zum einen eine den Monoblock umschließende Ummantelung lösbar befestigt ist und an der andererseits massiv ausgebildete Kurbelwellen-Lagerstühle angeordnet sind, deren Lagerdeckel über Längsstege in einem nachteilig materialaufwendig gestalteten Lagerrahmen angeordnet sind.
Bei dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik ist als gemeinsames Merkmal erkennbar, daß die für einen Triebwerksblock erforderliche Biege- und Torsionssteifigkeit vorwiegend über miteinander verbundene Zylinder erzielt ist, und zwar entweder über deren siamesische Anordnung oder deren Anordnung zwischen einstückig-stoffschlüssig verbundenen Deck- und Boden-Flanschplatten die zusätzlich über Stirnplatten verbunden sind. Einen besonders steifen, aber durch den anstelle der Deck-Flanschplatte vorgesehenen, einstückig-stoffschlüssig angeordneten Zylinderkopf auch schwergewichtigen Triebwerksblock mit einem massiven Lagerrahmen für die Lagerdeckel der Kurbelwellen-Lager zeigt die oben genannte gattungsbildende japanische Patent-Offenlegung 4-121 443.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein leichbauendes Maschinengehäuse einen mit Zylindern leichtgewichtigen Triebwerksblock von hoher, durch die Zylinder unwesentlich gesteigerter Gestalffestigkeit aufzuzeigen.
Der Grundgedanke der Erfindung ist, in Maschinenlängsrichtung angeordnete Einrichtungen des Triebwerksblockes relativ zur Kurbelwellen-Drehachse größtmöglich beabstandet in einem Verband zur Erzielung eines hohen Trägheitsmomentes und damit eines hohen Widerstandsmomentes anzuordnen, wobei die hierfür erforderlichen wirksamen Abstände einerseits über die Gestaltung des Lagerrahmens mit zumindest einem besonders tief unterhalb der Kurbelwelle vorgesehenen Versteifungselement und andererseits durch eine vorteilhaft einfach in Richtung der Hochachse des Zylinders bzw. der Zylinder von der Kurbelwellendrehachse weit entfernt verlagert angeordneten Flanschplatte erzielt sind. Durch die erfindungsgemäß mit dem Versteifungselement des Lagerrahmens in einen Verband eingebundene Flanschplatte entfällt der Zylinder als wesentliches Festigkeit vermittelndes Element, wodurch der bzw. die Zylinder vorteilhaft dünnwandig ausgebildet werden können.
Weiter können mit der Erfindung Kolbenhub und Zylinderdurchmesser ohne Berücksichtigung auf die Gestaltfestigkeit des Triebwerksblockes festgelegt werden mit dem Vorteil, daß auch großvolumige, leistungsstarke Hubkolbenmotoren relativ niedrig bauend ausgeführt werden können. Bezüglich eines leichtbauenden Triebwerksblockes bietet die Erfindung mit der freien Wahl größtmöglicher Abstände maschinenlängsgerichteter Einrichtungen von der Ebene der Kurbelwellen-Drehachse den Vorteil einer relativ dünnwandigen Ausgestaltung dieser Einrichtungen (Flanschplatte, Versteifungselemente) bei hoher Festigkeit.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Maschinengehäuses sind in den Ansprüchen 2 bis 12 angegeben mit der Zielsetzung, durch einstückig-stoffschlüssig miteinander verbundene offene und hohle Profile sowohl für den vorzugsweise aus einem Grauguß hergestellten Triebwerksblock als auch für die aus Gehäusewänden einstückige Ummantelung aus einem Leichtmetall jeweils bei geringem Materialaufwand eine hohe Gestaltfestigkeit beider Baugruppen einzeln und in funktioneller Verbindung zu erzielen.
Die Erfindung ist anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten Beispiels beschrieben. Es zeigt:
Figur 1
Für einen V-Motor einen Triebwerksblock in perspektivischer Ansicht mit teilweise gezeigter Ummantelung,
Figur 2
Triebwerksblock und Ummantelung im Querschnitt gemäß der Linie 2-2 in Figur 1.
Ein Maschinengehäuse 1 für eine als V-Motor gestaltete, flüssigkeitsgekühlte Hubkolben-Brennkraftmaschine 2 umfaßt einen Triebwerksblock 3 und eine demgegenüber gesonderte, aus Gehäusewänden einstückig gebildete Ummantelung 4 aus einem gegenüber dem des Triebwerksblockes 3 leichteren Material. Zur Verbindung mit der Ummantelung 4 ist der Triebwerksblock 3 mit Flanschplatten 5 ausgerüstet, die jeweils einerseits mit Zylindern 6 und andererseits mit geteilten Kurbelwellen-Lagern 7 in Verbindung stehen, wobei deren Lagerdeckel 8 in einem Lagerrahmen 9 mit maschinenlängsgerichteten Versteifungselementen 10 angeordnet sind.
Zur Erzielung eines leichtbauenden Triebwerksblockes 3 bei hoher Biege- und Torsionssteifigkeit sind die Flanschplatten 5 erfindungsgemäß relativ zu den Zylindern 6 von deren unteren Enden hin zu deren oberen Enden versetzt mit ihren jeweils stirnseitig gesehenen Flächenschwerpunkten in Abständen diesseits der Lagermittenebene 11 der Kurbelwellen-Lager 7 angeordnet, wobei diese Abstände wenigstens größtmöglichen Abständen der Flächenschwerpunkte der Profile der Versteifungselemente 10 des Lagerrahmens jenseits der Lagermittenebene 11 entsprechen, und wobei die Kurbelwellen-Lager 7 über Streben 12 mit den Flanschplatten 5 verbunden sind.
Der erfindungsgemäß gestaltete Triebwerksblock 3 bildet einen räumlichen Verband, dessen Biege- und Torsions-Widerstandsmomente vorteilhafterweise ohne Einbindung der Zylinder 6 im wesentlichen über die von der Lagermittenebene 11 jeweils größtmöglich beabstandeten maschinenlängsgerichteten Einrichtungen der Flanschplatte 5 in Kombination mit den Versteifungselementen 10 des Lagerrahmens 9 erzielt sind.
Ein geringes Gewicht bei hoher Steifigkeit ist in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung dadurch erreicht, daß die Kurbelwellen-Lager 7 jeweils über beidseitig im wesentlichen in einer Maschinenquerebene angeordnete Hohlstreben 13 mit den Flanschplatten 5 einstückig-stoffschlüssig verbunden sind, wobei jeder vorzugsweise halbringartig gestaltete Lagerstuhl 7' mittels Radialflanschen 14 ein zylinder- bzw. flanschplattenseitig offenes U-Profil bildet mit die Hohlstreben 13 im Anschlußbereich aussteifenden Übergängen 15.
Weiter ist für eine Steifigkeit bei geringem Gewicht unter Ausnützung eines durch eine nicht gezeigte Ölwanne gegebenen Bauraumes vorgesehen, daß jeder Lagerdeckel 7" bzw. 8 gegenseitig in Maschinenlängsrichtung beabstandet angeordnete, relativ zur Lagermittenebene 11 nach seitwärts tief unten gerichtete Fortsätze 16 aufweist, wobei die relativ dünnwandig gestalteten Fortsätze 16 mittels Abdeckungen 17 im wesentlichen geschlossene Hohlprofile 18 bilden, die mit im Querschnitt den Fortsätzen 16 angepaßt dreieckförmigen, dünnwandig ausgebildeten Hohlbalken 19 als Versteifungselemente 10 in Verbindung stehen.
Vorzugsweise ist der Triebwerksblock 3 zumindest im Umfang der Flanschplatten 5 mit den über die Hohlstreben 13 angeordneten Kurbelwellen-Lagern 7 einschließlich des Lagerrahmens 9 einstückig-stoffschlüssig aus vermicularen Grauguß (GGV) gefertigt. Zur Teilung der Kurbelwellen-Lager 7 ist der Lagerrahmen 9 mit den Lagerdeckeln 7" vorzugsweise mittels Bruchtrennen von den Lagerstühlen 7' gesondert, wobei zur Bruchtrennung das in der deutschen Patent-Anmeldung P 195 47 389 vorgeschlagene Verfahren zur Ausbildung von Bruchtrennkerben insbesondere in Kombination mit einer der in der PCT-Anmeldung PCT/EP 95/00875 vorgeschlagenen Vorrichtung zur Anwendung kommt.
Der durch "Cracken" vom Triebwerksblock 3 abgetrennte Lagerrahmen 9 ist mit diesem mittels zweier je Kurbelwellen-Lager 7 vorgesehener, in die Hohlstreben 13 einschraubbarer Schraubbolzen 20 verbindbar. Die vorzugsweise im V-Winkel des V-Motors 2 im wesentlichen angeordneten Schraubbolzen 20 durchsetzen die vorzugsweise in der Lagermittenebene 11 angeordneten Bruchtrennflächen schief, womit die Querkräfte in jedem Kurbelwellen-Lager 7 über die verspannten Bruchtrennflächen sicher mit den lediglich zwei vorgesehenen Schraubbolzen 20 übertragen sind. Dieser verringerte Verschraubungsaufwand ergibt in vorteilhafter Weise einen schmal bauenden Lagerrahmen mit tief unterhalb der Lagermittenebene 11 anordbaren Versteifungselementen 10 bzw. Hohlbalken 19.
Wie aus den Figuren ersichtlich, stehen die dachartig angeordneten Flanschplatten 5 über ihre äußeren Längsbereiche mit den Kurbelwellen-Lagern 7 über entsprechend den Schraubbolzen 20 V-förmig angeordneten Hohlstreben 13 in einstückig-stoffschlüssiger Verbindung. Zwischen den vorteilhafterweise zu den Achsen der Zylinder 6 im wesentlichen parallel angeordneten Hohlstreben 13 stehen die mittig einstückig verbundenen Flanschplatten 5 über diesen Verbindungsbereich zusätzlich mittels hohl ausgebildeter Stützen 21 mit jedem Lagerstuhl 7' in Verbindung. Diese Stützen 21 dienen der Kraftableitung in Hochachse des V-Motors 2 zur Vermeidung einer Knickbelastung der Hohlstreben 13. Zur Aussteifung des Verbindungsbereiches der Flanschplatten 5 ist ein Längskanal 22 vorgesehen, der beispielsweise im Zusammenwirken mit den hohlen Stützen 21 der Schmieröl-Zufuhr zu den Lagern 7 dient.
Wie weiter vorne bereits angesprochen, ist mit der Erfindung ohne die Zylinder 6 ein Triebwerksblock 3 als ein räumlicher Verband von hoher Biege- und Torsionssteifigkeit erzielt. Damit können je nach Bedarf entweder einsetzbare oder mit der jeweiligen Flanschplatte 5 fest verbundene Zylinder 6 gewählt werden. Im letztgenannten Fall durchsetzen diese die Flanschplatten 5 vorzugsweise schief zur Erzielung einer steiferen Verbindung zwischen jeweiligem Zylinder 6 und Flanschplatte 5 gegen Betriebsschwingungen, die zusätzlich bei in Reihe beabstandeten Zylindern 6 über in Reihenrichtung angeordnete Brücken 23 zwischen den Zylindem 6 reduziert sind. Weiter stehen die Zylinder 6 ohne Umguß eines zusätzlichen Materials frei im jeweiligen Kühlmittel.
Für eine dauerhafte Verbindung des Triebwerksblockes 3 mit der einstückigen Ummantelung 4 weisen die Flanschplatten 5 in Maschinenlängs- und -querrichtung jeweils mittels großer Radien bombierte Ränder 24 auf, die an den Maschinengehäuse-Ecken über weitere, kleinere Radien ineinander übergehen. Weiter sind die Ränder 24 z.B. als im Querschnitt T-förmige Flansche 25 gestaltet. Alternativ zu den Flanschen 25 können die Ränder 24 auch eine bruchrauhe Oberfläche aufweisen zur form- und kraftschlüssigen Verbindung mit der Leichtmetall-Ummantelung 4. Ferner können auch die Flansche 25 eine bruchrauhe Oberfläche aufweisen.
Mit dieser Ausgestaltung der Ränder 24 an den Flanschplatten 5 kann dem Triebwerksblock 3 eine aus äußeren und inneren längsseitigen sowie stirnseitigen Gehäusewänden einstückige Ummantelung 4 aus einem Leichtmetallguß zugeordnet werden, wobei die beim Abkühlen im Schrumpfen durch die Flanschplatten 5 des Triebwerksblockes 3 behinderte Leichtmetall-Ummantelung 4 über die bombierten Ränder 24 vergleichmäßigt form- und kraftschlüssig mit den Flanschen 25 der Flanschplatten 5 flüssigkeitsdicht verbunden ist.
Die Ummantelung 4 ist weiter vorteilhaft dadurch ausgesteift, daß die mit den Flanschplatten 5 einstückig-stoffschlüssig verbundenen Zylinder 6 jeweils in einer mit Kühlmittel-Durchbrechungen 26 versehenen Kühlraum-Deckplatte 27 enden, die mit der Ummantelung 4 in einstückig-stoffschlüssiger Verbindung steht.
Zur weiteren Aussteifung der Ummantelung 4 und damit des Maschinengehäuses 1 bilden innere längsseitige Gehäusewände 28 mit den V-Raum querenden Boden- und Deckwänden 29 und 30 einen die Reihen der Zylinder 6 aussteifenden Hohlträger 31, der als Kühlmittelkanal mit einem z.B. stirnseitig angeordneten Pumpengehäuse 32 zwischen einstückig angeformten Ventiltriebschächten in Verbindung steht (Figur 2).
Für die Erzielung einer leichtbauenden Ummantelung 4 ist ferner vorgesehen, daß diese zwischen einem im Bereich der Lagermittenebene 11 vorgesehenen Ölwannenflansch 33 und der Verbindung mit den Flanschen 25 der Flanschplatten 5 angeordnete Anschlußstellen 34 für Nebenaggregate und/oder Tragstützen über an benachbarten Hohlstreben 13 angeordnete Zapfen 35 in Verbindung stehen, die vorzugsweise der Anordnung von Verschraubungsstellen dienen.
Um größere Belastungen von der Leichtmetall-Ummantelung 4 fernzuhalten, ist dem ummantelten Triebwerksblock 3 abtriebseitig ein gesonderter Anschlußflansch 36 für ein nicht gezeigtes Getriebe zugeordnet, der im Mittenbereich und in beiden Außenbereichen der Flanschplatte 5 oberhalb des abtriebseitigen Kurbelwellen-Lagers 7 und mit dem Lagerrahmen 9 im Bereich der Hohlbalken 19 unterhalb dieses Lagers 7 jeweils über Schraubverbindungen 37 mit dem Triebwerksblock 3 verbindbar ist.
Der mit der Erfindung erzielbare Gewichtsvorteil kommt insbesondere bei mehrzylindrigen Hubkolbenmaschinen der V-Bauart besonders zum Tragen, kann aber auch für einreihige Maschinen mit ein bis mehreren Zylindern vorteilhaft sein.

Claims (14)

  1. Maschinengehäuse für Hubkolbenmaschinen,
    das einen mit einem gesonderten Zylinderkopf verbindbaren Triebwerksblock (3) umfaßt, der mit gesonderten Gehäusewänden einer Ummantelung (4) aus unterschiedlichem Werkstoff ausgerüstet ist,
    wobei der Triebwerksblock (3) eine Flanschplatte (5) zum Tragen eines Zylinders (6) und zum Anschluß der Gehäusewände sowie geteilter Kurbelwellen-Lager (7) umfaßt,
    deren Lagerdeckel (8 bzw. 7") in einem Lagerrahmen (9) mit zumindest einem maschinenlängsgerichteten Versteifungselement (10) angeordnet sind,
    wobei die Kurbelwellen-Lager (7) mit der Flanschpaltte (5) über vom Zylinder (6) gesondert an der Flanschplatte (5) angreifende Streben (12 bzw. 13) verbunden sind,
    und die Flanschplatte (5) als Tragelement für einen Zylinder (6) ausgebildet ist und von dessen unterem Ende weg zum oberen Ende hin versetzt angeordnet ist derart,
    daß ein größtmöglicher Abstand des stirnseitig gesehenen Flächenschwerpunktes der Flanschplatte (5) von der Lagermittenebene (11) der Kurbelwellen-Lager (7) errreicht ist,
    der wenigstens einem Abstand eines stirnseitig gesehenen Flächenschwerpunktes eines Profils des Versteifungselementes (10) des Lagerrahmens (9) von der Lagermittenebene (11) entspricht.
  2. Maschinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß jedes Lager (7) über beidseitig im wesentlichen in einer Maschinenquerebene angeordnete Hohlstreben (13) mit der Flanschplatte (5) einstückig-stoffschlüssig verbunden ist, und
    daß jeder halbringartig gestaltete Lagerstuhl (7') mittels Radialflansche (14) ein flanschplattenseitig offenes U-Profil bildet mit die Hohlstreben (13) zumindest abschnittsweise aussteifenden Übergängen (15).
  3. Maschinengehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß jeder Lagerdeckel (7") gegenseitig beabstandet angeordnete, relativ zur Lagermittenebene (11) nach seitwärts unten gerichtete Fortsätze (16) aufweist, und
    daß die relativ dünnwandigen Fortsätze (16) mittels Abdeckungen (17) im wesentlichen geschlossene Hohlprofile (18) bilden, die
    mit im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmigen, dünnwandig ausgebildeten Hohlbalken (19) als Versteifungselemente (10) in Verbindung stehen.
  4. Maschinengehäuse nach den Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Flanschplatte (5) mit den über die Hohlstreben (13) angeordneten Kurbelwellen-Lagern (7) einschließlich des Lagerrahmens (9) einstückig aus einem Grauguß gebildet ist, und
    daß der Lagerrahmen (9) mit den Lagerdeckeln (7") mittels Bruchtrennen von den Lagerstühlen (7') gesondert und
    mit dem Triebwerksblock (3) mittels zweier je Kurbelwellen-Lager (7) vorgesehener, in die Hohlstreben (13) einschraubbarer Schraubbolzen (20) verbindbar ist.
  5. Maschinengehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß bei einem V-Motor (2) dachartig angeordnete Flanschplatten (5) mittig in einstückiger Verbindung stehen und
    über diesen Verbindungsbereich mittels hohl ausgebildeter Stützen (21) mit jedem Lagerstuhl (7') verbunden sind, und
    jedes Kurbelwellen-Lager (7) über zwei in einer Maschinenquerebene V-förmig angeordnete Hohlstreben (13) mit flanschnahen äußeren Längsbereichen der Flanschplatten (5) in einstückig-stoffschlüssiger Verbindung steht.
  6. Maschinengehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Flanschplatten (5) mittig über einen Längskanal (22) in Verbindung stehen, der
    im Zusammenwirken mit den hohlen Stützen (21) der Schmierölzufuhr zu den Kurbelwellen-Lagern (7) dient.
  7. Maschinengehäuse nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß die dachartig angeordneten Flanschplatten (5) von den jeweiligen Zylindern (6) jeder Reihe jeweils schief durchsetzt mit diesen in einstückig-stoffschlüssiger Verbindung stehen, und
    daß gegenseitig in Reihe beabstandete Zylinder (6) über in Reihenrichtung angeordnete Brücken (23) miteinander verbunden sind.
  8. Maschinengehäuse nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    daß die verbundenen Flanschplatten (5) in Maschinenlängs- und -Querrichtung jeweils mittels großer Radien bombierte Ränder (24) aufweisen, die
    an den Maschinengehäuse-Ecken über weitere Radien in Verbindung stehen, wobei
    die Ränder (24) als im Querschnitt T-förmige Flansche (25) gestaltet sind.
  9. Maschinengehäuse nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
    daß eine aus äußeren und inneren längsseitigen sowie stirnseitigen Gehäusewänden einstückige Ummantelung (4) aus Leichtmetall mit den Flanschen (25) der Flanschplatten (5) mittels Gießverfahren in flüssigkeitsdichter, form- und kraftschlüssiger Verbindung steht, und
    daß die in den Flanschplatten (5) angeordneten Zylinder (6) jeweils in einer gegebenenfalls mit Kühlmitteldurchbrechungen (26) versehenen, mit der Leichtmetall-Ummantelung (4) einstückig-stoffschlüssig verbundenen Kühlraum-Deckplatte (27) enden.
  10. Maschinengehäuse nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsflächen der Ränder (24) und/oder der Flansche (25) der Flanschplatten (5) mit der Leichtmetall-Ummantelung (4) eine bruchrauhe Oberfläche aufweisen.
  11. Maschinengehäuse nach den Ansprüchen 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
    daß die inneren längsseitigen Gehäusewände (28) mit den V-Raum querenden Boden- und Deckwänden (29, 30) einen die Reihen der Zylinder (6) aussteifenden Hohlträger (31) bilden, der
    als Kühlmittelkanal mit einem stirnseitig angeordneten Pumpengehäuse (32) zwischen einstückig angeformten Ventiltriebschächten in Verbindung steht.
  12. Maschinengehäuse nach den Ansprüchen 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ummantelung (4) zwischen einem im Bereich der Lagermittenebene (11) vorgesehenen Ölwannenflansch (33) und der Flanschverbindung mit den Flanschplatten (5) vorgesehene Anschlußstellen (34) für Nebenaggregate und/oder Tragstützen über an benachbarten Hohlstreben (13) angeordnete Zapfen (35) in Verbindung stehen.
  13. Maschinengehäuse nach den Ansprüchen 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
    daß dem ummantelten Triebwerksblock (3) abtriebseitig ein gesonderter Anschlußflansch (36) zugeordnet ist, der
    im Mittenbereich und in beiden Außenbereichen der Flanschplatten (5) oberhalb des abtriebseitigen Kurbelwellen-Lagers (7) und
    mit dem Lagerrahmen (9) im Bereich der Hohlbalken (19) unterhalb dieses Lagers (7) jeweils über Schraubverbindungen (37) mit dem Triebwerksblock (3) verbindbar ist.
  14. Maschinengehäuse nach den Ansprüchen 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (6) an ihren Außenumfängen jeweils frei von einem Umguß aus einem zusätzlichen Material angeordnet von einem Kühlmittel, insbesondere der Hubkolben-Brennkraftmaschine (2), beaufschlagt sind.
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