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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß Patentanspruch 1.
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Die
DE 100 28 162 A1 offenbart ein Kurbelgehäuse einer Hubkolbenbrennkraftmaschine aus Leichtmetall mit Lagerstellen zur Lagerung einer Kurbelwelle mit Auflagerflächen und im Wesentlichen dazu rechtwinkligen seitlichen Passflächen des Kurbelgehäuses für einen Kurbelwellenlagerdeckel. Ferner ist eine Übergangszone im Winkelbereich zwischen einer Auflagerfläche und einer seitlichen Passfläche vorgesehen. In der Übergangszone ist eine Entlastungskerbe angeordnet.
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Der
DE 20 58 923 ist ein Kurbelwellenlager für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschinen, als bekannt zu entnehmen, deren Teilebene quer zur Längsmittelebene der Maschine verläuft und deren Lagerdeckel hängend angeordnet, in einer Querwand des Maschinengestells seitlich eingepasst und mit dieser durch quer zur Maschinenlängsmittelebene gerichtete Schrauben fest verspannt ist. Dabei ist vorgesehen, dass diese Schrauben näher der Lagerteilebene als der dieser gegenüberliegenden äußeren Begrenzung des Lagerdeckels angeordnet sind.
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Darüber hinaus ist es aus dem Serienbau von Verbrennungskraftmaschinen bekannt, Gehäuseteile von Gehäusen der Verbrennungskraftmaschinen aus Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, zu fertigen. Es kann vorkommen, dass die Legierungen örtlich auftretenden hohen Spannungen und/oder anderweitigen Belastungen nicht mehr gewachsen sind und es auch nicht möglich ist, durch vermehrten Materialeinsatz, beispielsweise durch eine Wandstärkenerhöhung, die Belastungen Innerhalb ertragbarer Grenzen zu halten. Dabei werden an die Gehäuse immer höhere Anforderungen hinsichtlich der Aufnahme hoher Reaktionskräfte bei gleichzeitig immer geringerem Gewicht gestellt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bereitzustellen, welches ein geringes Gewicht aufweist und auch relativ hohe Belastungen ertragen kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Gehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein solches Gehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, umfasst zumindest ein Gehäuseteil und wenigstens ein Verstärkungselement. Mittels des Verstärkungselements ist zumindest ein Bereich des Gehäuseteils verstärkt. Das Verstärkungselement ist dabei als Schraubelement ausgebildet, welches mit dem zumindest einen Gehäuseteil verschraubt ist. Vorteilhafterweise ist das Schraubelement lediglich mit dem zumindest einen Gehäuseteil verschraubt. Dies bedeutet, dass das Schraubelement unter Vermeidung einer Verbindung zweier voneinander separater Bauteile, beispielsweise Gehäuseteile des Gehäuses, ausschließlich mit dem zumindest einen Gehäuseteil verschraubt ist.
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Das als Schraubelement ausgebildete Verstärkungselement kann dabei wenigstens bereichsweise in einer Aufnahme, insbesondere einer Bohrung, des Gehäuseteils eingesetzt sein. Das Schraubelement verstärkt den wenigstens einen, während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine stark belasteten und somit von einer unerwünschten Beschädigung gefährdeten Bereich, indem sie beispielsweise den Werkstoff, aus dem das Gehäuseteil ausgebildet ist, zwischen einem Gewindebereich und einem Schraubenkopf des Schraubelements vorspannt. So wird eine Druckspannung zwischen dem in Längsrichtung der Schraube vorderen Gewindebereich und dem hinteren Schraubenkopf erzeugt, wodurch die Gefahr von Rissbildung in dem dazwischenliegenden Bereich besonders gering gehalten wird. Auf diese Weise ist der Bereich des Gehäuseteils auf einfache und kostengünstige Weise verstärkt. Dadurch ist es möglich, das Gehäuseteil und damit das gesamte Gehäuse aus einem besonders leichten Werkstoff auszubilden. Bei dem Werkstoff kann es sich beispielsweise um ein Leichtmetall bzw. eine Leichtmetalllegierung wie beispielsweise eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung handeln.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das Schraubelement aus einem anderen Werkstoff ausgebildet ist als das Gehäuseteil. Dadurch wird der gegenüber dem Werkstoff des Schraubelements schwächere Werkstoff des Gehäuseteils durch den demgegenüber höherfesten Werkstoff des Schraubelements ersetzt, wodurch der Bereich des Gehäuseteils besonders effektiv verstärkt ist.
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Eine thermische Dehnung des Gehäuseteils insbesondere während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine vergrößert die mittels des Schraubelements aufgebrachte Vorspannung weiter. Dabei werden gleichzeitig Amplitude sowie Mittelspannung gering gehalten. Der Werkstoff des Gehäuses kommt so in den dauerfesten Bereich des Haigh-Diagramms, das die Dauerfestigkeit des entsprechenden Werkstoffes charakterisiert. Bei entsprechender Ausgestaltung des Schraubelements kann dieses auch Biegespannungen aufnehmen, so dass das Gehäuseteil besonders effizient verstärkt ist.
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Mittels des Schraubelements kann dem Gehäuseteil eine besonders hohe Dauerfestigkeit verliehen werden, wobei zusätzliche, umfangreiche äußere Stabilisierungsmaßnahmen nicht vorgesehen und nicht vonnöten sind. Dies hält auch den Bauraumbedarf des Gehäuses gering. Zudem ist die Verwendung von höherfesten und damit kosten- sowie gewichtsintensiven Werkstoffen für das Gehäuse nicht vonnöten. Darüber hinaus kann der Aufwand zur Herstellung des Gehäuseteils und damit des Gehäuses aufgrund der einfachen Verstärkung mittels des Schraubelements gering gehalten werden.
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Das Gehäuseteil ist beispielsweise mittels eines Gießverfahrens hergestellt, wobei aufgrund der einfachen Verstärkung mittels des Schraubelements relativ komplizierte und damit kostenintensive Gießverfahren vermieden werden können.
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Darüber hinaus ist es nicht vonnöten und nicht vorgesehen, das Gehäuseteil durch Ein- bzw. Umgießen von Eingussteilen zu verstärken. So lassen sich daraus resultierende Probleme bei einer Bearbeitung des Gehäuseteils, wobei die Eingussteile freigelegt werden und es zu einer Bearbeitung zweier voneinander unterschiedlicher Werkstoffe kommt, vermeiden.
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Wie bereits angedeutet, weist das erfindungsgemäße Gehäuse ferner den Vorteil auf, dass es bei Temperaturbeeinflussung und bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Schraubelements und des Gehäuseteils nicht zu einer negativen Beeinträchtigung der Verstärkung, wie es bei einer stoffschlüssigen Verbindung der Fall sein kann, kommt. Vielmehr werden durch unterschiedliche thermische Dehnung die Vorspannung und damit die Verstärkung des Gehäuseteils durch das Schraubelement noch verstärkt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines Kurbelgehäuses einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Gehäuseteil und mit zwei weiteren, mit dem ersten Gehäuseteil verschraubten Gehäuseteilen in Form von Lagerdeckeln, wobei ein während des Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine relativ stark belasteter Bereich des ersten Gehäuseteils mittels eines als Schraubelement ausgebildeten Verstärkungselements verstärkt ist, welches ausschließlich mit dem ersten Gehäuseteil verschraubt und vollständig in dem ersten Gehäuseteil aufgenommen ist;
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2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Gehäuses gemäß 1, wobei das als Schraubelement ausgebildete Verstärkungselement in einem Schmierölkanal des ersten Gehäuseteils aufgenommen ist und einen Durchgangskanal aufweist, der von den Schmierölkanal durchströmendem Schmieröl durchströmbar ist; und
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3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Gehäuses gemäß den 1 und 2, wobei das als Schraubelement ausgebildete Verstärkungselement ein Differenzgewinde aufweist.
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Die 1 zeigt ein Kurbelgehäuse 10 einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Das Kurbelgehäuse 10 umfasst ein erstes Gehäuseteil 12, durch welches ein erster Lagerteil 14 einer ersten Lagerstelle 16 gebildet ist. Durch das erste Gehäuseteil 12 ist ferner ein zweiter Lagerteil 18 einer zweiten Lagerstelle 20 gebildet.
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Mit dem ersten Gehäuseteil 12 ist ein zweites Gehäuseteil in Form eines ersten Lagerdeckels 22 verbunden. Dazu sind Schrauben 24 vorgesehen, welche korrespondierende Durchgangsöffnungen des ersten Lagerdeckels 22 durchdringen und über jeweilige Gewinde mit dem ersten Gehäuseteil 12 verschraubt sind.
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Durch den ersten Lagerdeckel 22 ist ein mit der ersten Lagerstelle 16 korrespondierender dritter Lagerteil 26 gebildet. Der erste Lagerteil 14 und der dritte Lagerteil 26 bilden die erste Lagerstelle 16, an welcher eine Kurbelwelle 28 um eine Drehachse 30 relativ zu dem ersten Gehäuseteil 12 und zu dem ersten Lagerdeckel 22 drehbar gelagert ist.
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Während des Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine wirken auf die erste Lagerstelle 16 Belastungen, welche durch einen ersten Kraftpfeil F1 angedeutet sind.
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Mit dem ersten Gehäuseteil 12 ist auch ein drittes Gehäuseteil in Form eines zweiten Lagerdeckels 32 verbunden. Dazu sind Schrauben 34 vorgesehen, welche korrespondierende Durchgangsöffnungen des zweiten Lagerdeckels 32 durchdringen und über jeweilige Gewinde in das erste Gehäuseteil 12 eingeschraubt sind.
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Durch den zweiten Lagerdeckel 32 ist ein vierter Lagerteil 36 gebildet, welcher mit der zweiten Lagerstelle 20 korrespondiert. Dabei bilden der zweite Lagerteil 18 und der vierte Lagerteil 36 die zweite Lagerstelle 20, an welcher eine weitere Welle 38 der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse 41 relativ zum ersten Gehäuseteil 12 und zum zweiten Lagerdeckel 32 drehbar gelagert ist.
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Bei der weiteren Weile 38 handelt es sich beispielsweise um eine Verstellwelle, insbesondere um eine Exzenterwelle, einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Dies bedeutet, dass durch Drehen der weiteren Welle 38 das wenigstens eine Verdichtungsverhältnis der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine verstellt wird.
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Beim Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine wirken auf die zweite Lagerstelle 20 Belastungen, welche durch einen zweiten Kraftpfeil F2 dargestellt sind.
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Wie anhand der 1 ersichtlich Ist, wirken die Belastungen, die durch die Kraftpfeile F1 und F2 dargestellt sind, in unterschiedliche und insbesondere in zumindest im Wesentlichen entgegengesetzte Richtungen.
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Dies führt dazu, dass wenigstens ein Bereich A des ersten Gehäuseteils 12 relativ stark belastet ist. Bei dem Bereich A handelt es sich vorliegend um einen Eckbereich des ersten Gehäuseteils 12, in welchem der erste Laderdeckel 22 angeordnet ist.
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Aufgrund der starken Belastung des Bereiches A ist dieser besonders von unerwünschten Beschädigungen gefährdet. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das erste Gehäuseteil 12 aus einem besonders leichten Werkstoff wie beispielsweise einer Leichtmetalllegierung gebildet ist.
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Um nun die Gefahr von unerwünschten Beschädigungen des ersten Gehäuseteils 12 insbesondere in dem Bereich A gering zu halten, ist ein Verstärkungselement vorgesehen, welches als Schraubelement 40 ausgebildet ist. Das Schraubelement 40 ist ausschließlich, d. h. unter Vermeidung einer Verbindung von wenigstens zwei voneinander separaten Bauteilen mit dem ersten Gehäuseteil 12 verschraubt und in dem ersten Gehäuseteil 12 aufgenommen. Dabei ist das Schraubelement 40 aus einem festeren Werkstoff, beispielsweise aus einem Stahl, gebildet, als das erste Gehäuseteil 12.
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Das Schraubelement 40 weist einen Schaft 42 auf, welcher in einem Vorderbereich mit einem Gewinde 44 versehen ist. Über das Gewinde 44 ist das Schraubelement 40 mit einem korrespondierenden Gewinde des ersten Gehäuseteils 12 verschraubt. In einem bezogen auf die Längsrichtung hinter dem Vorderbereich angeordneten Hinterbereich 46 weist das Schraubelement 40 einen Schraubenkopf 48 auf, über welchen des Schraubelement 40 an dem ersten Gehäuseteil 12 abgestützt ist. Durch Anziehen des Schraubelements 40 über einen im Schraubenkopf 48 ausgebildeten Werkzeugeingriff 50, welcher beispielsweise als Innensechskant ausgebildet ist, kommt es zwischen dem Gewinde 44 und dem Schraubenkopf 48 zu einer Vorspannung des Werkstoffes des erster Gehäuseteils 12, wodurch Druckspannungen ausgebildet werden. So kann insbesondere die Gefahr einer Rissbildung in dem zwischen dem Gewinde 44 und dem Schraubenkopf 48 liegenden Bereich und somit insbesondere in dem gefährdeten Bereich A gering gehalten werden.
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Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Kurbelgehäuses 10, wobei das Schraubelement 40 in einen Schmierölkanal 52, welcher innerhalb des ersten Gehäuseteils 12 verläuft, integriert, d. h. aufgenommen ist. Damit das Schraubelement 40 einen Durchfluss von Schmieröl durch den Schmierölkanal 52 nicht unerwünschterweise behindert, weist das Schraubelement 40 einen Durchgangskanal 54 auf. Der Durchgangskanal ist dabei von dem den Schmierölkanal 52 durchströmenden Schmieröl zu durchströmen.
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Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kurbelgehäuses 10, wobei das Schraubelement 40 in seinem Hinterbereich 46 ein weiteres Gewinde 56 aufweist. Das erste Gewinde 44 und das weitere Gewinde 56 bilden ein Differenzgewinde, wobei das weitere Gewinde 56 eine andere, vorzugsweise geringere Steigung aufweist als das Gewinde 44 im Vorderbereich des Schraubelements 40. Beim Einschrauben des Schraubelements 40 in das erste Gehäuseteil 12 kann somit im Werkstoff des ersten Gehäuseteils 12 eine gezielte Druckspannung aufgebaut werden, die den Werkstoff des ersten Gehäuseteils 12 für äußere Zugspannungen unempfindlicher macht, als wenn das Schraubelement 40 nicht vorgesehen wäre. Das Differenzgewinde ermöglicht somit eine besonders gleichmäßige Einleitung der Belastung in den Werkstoff des ersten Gehäuseteils 12.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kurbelgehäuse
- 12
- erstes Gehäuseteil
- 14
- erster Lagerteil
- 16
- erste Lagerstelle
- 18
- zweiter Lagerteil
- 20
- zweite Lagerstelle
- 22
- erster Lagerdeckel
- 24
- Schraube
- 26
- dritter Lagerteil
- 28
- Kurbelwelle
- 30
- Drehachse
- 32
- zweiter Lagerdeckel
- 34
- Schraube
- 36
- vierter Lagerteil
- 38
- weitere Welle
- 40
- Schraubelement
- 41
- Drehachse
- 42
- Schaft
- 44
- Gewinde
- 46
- Hinterbereich
- 48
- Schraubenkopf
- 50
- Werkzeugeingriff
- 52
- Schmierölkanal
- 54
- Durchgangskanal
- 56
- weiteres Gewinde
- A
- Bereich
- F1
- erster Kraftpfeil
- F2
- zweiter Kraftpfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10028162 A1 [0002]
- DE 2058923 [0003]
