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Die Erfindung betrifft ein Zylindergehäuse für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Zylindergehäuse für Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik, beispielsweise aus der Massenfertigung von Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen für Personenkraftwagen hinlänglich bekannt. Das Zylindergehäuse weist dabei wenigstens einen Brennraum in Form eines Zylinders auf, dessen Laufbahn durch einen Zylindermantel gebildet ist. Die Laufbahn des Zylinders dient zum Führen eines in dem Zylinder anzuordnenden Kolbens der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Mit anderen Worten bewegt sich der Kolben während des Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine entlang der Laufbahn.
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Das Zylindergehäuse umfasst auch einen den Zylindermantel auf einer der Laufbahnseite zumindest teilweise umgebenden Wassermantel, welcher somit den Zylinder zumindest teilweise umgibt. Der Wassermantel ist dabei einerseits durch ein den Zylindermantel außenumfangsseitig zumindest teilweise umgebendes Außengehäuseelement des Zylindergehäuses und andererseits zumindest teilweise durch den Zylindermantel begrenzt. Dies hat zur Folge, dass der Zylindermantel den Wassermantel auf einer der Laufbahn abgewandten Seite des Zylindermantels begrenzt. Der Wassermantel ist von einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmbar, so dass der Zylindermantel beziehungsweise der Zylinder werden kann
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Ein solches Zylindergehäuse ist beispielsweise der
DE 10 2008 013 813 A1 als bekannt zu entnehmen. Diese offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses, wobei ein Kern hergestellt wird. Der Kern wird in ein Gießwerkzeug eingelegt, woraufhin das Zylinderkurbelgehäuse unter erhöhtem Druck und unter Verwendung eines Leichtmetalls gegossen wird. Der Kern wird anschließend aus dem gegossenen Zylinderkurbelgehäuse herausgelöst. Schließlich wird eine Zylinderwand durch ein thermisches Spritzverfahren beschichtet.
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Die
DE 699 30 050 T2 offenbart einen Zylinder mit einem einstückigen Metallkörper, der eine Deckfläche zur Befestigung eines Zylinderkopfes und ein Außengehäuse aufweist, wobei der einstückige Metallkörper einen oberen Teil und einen unteren Teil einschließt. Der obere Teil weist eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen auf, wobei der untere Teil zumindest einen Teil eines Kurbelgehäuses begrenzt. Das Außengehäuse weist einen profilierten Wandteil an dem oberen Teil des Blockes und einen profilierten Wandteil an dem unteren Teil des Blockes auf. Die profilierten Wandteile weisen dabei eine allgemein gekrümmte Form auf.
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Dabei ist es vorgesehen, dass der profilierte Wandteil am oberen Teil des Zylinderblockes eine Reihe von teilzylindrischen Abschnitten einschließt, die koaxial bezüglich der Zylinderbohrungen angeordnet sind, dass sich die Abschnitte vollständig nach oben hin in Richtung auf die Deckfläche erstrecken, und dass die Abschnitte miteinander zusammenpassen, um den profilierten Wandteil mit einer Wellenform zu bilden.
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Es hat sich gezeigt, dass es insbesondere bei sehr hohen im Zylinder herrschenden Temperaturen zu einem Verzug der Laufbahn kommen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zylindergehäuse der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein Verzug der Laufbahn auch bei hohen im Zylinder herrschenden Temperaturen zumindest besonders gering gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Zylindergehäuse 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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Um ein Zylindergehäuse, insbesondere für einen Kraftwagen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass auch bei sehr hohen, im Zylinder herrschenden Temperaturen unerwünschte Verzüge der Laufbahn des Zylinders vermieden oder zumindest besonders gering gehalten werden können, ist erfindungsgemäß in dem Wassermantel wenigstens ein Verstärkungselement zum Aussteifen des Zylindermantels vorgesehen. Das Verstärkungselement ist dabei in dem Wassermantel angeordnet, ohne den Wassermantel vollständig in zwei Teilwassermäntel fluidisch zu trennen. Mit anderen Worten unterbleibt eine durch das Verstärkungselement bewirkte, vollständige fluidische Trennung des Wassermantels in zwei Teilwassermäntel.
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Durch den Einsatz des Verstärkungselements lassen sich insbesondere temperaturbedingte Verzüge der Laufbahn gering halten oder vermeiden, so dass auch die innere Reibung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine während des Betriebs gering gehalten werden kann. Darüber hinaus kann durch die Aussteifung des Zylindermantels der Schmiermittel- beziehungsweise Ölverbrauch gering gehalten werden. Weiterhin lässt sich ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisieren, was als NVH-Verhalten bezeichnet wird (NVH – Noise Vibration Harshness). Die Aussteifung des Zylindermantels trägt auch zu einer verbesserten Steifigkeit und Festigkeit des Zylindergehäuses insgesamt bei.
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Das Zylindergehäuse kann als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet sein und demzufolge einen Aufnahmeraum aufweisen, in welchem eine Kurbelwelle um eine Drehachse relativ zu dem Zylinderkurbelgehäuse drehbar an dem Zylinderkurbelgehäuse zu lagern ist.
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Da das Verstärkungselement in dem Wassermantel aufgenommen ist, kann eine besonders vorteilhafte Kühlung des Zylindermantels und somit des Zylinders durch ein den Wassermantel durchströmendes Kühlmedium, insbesondere Kühlflüssigkeit, gewährleistet werden. Das Verstärkungselement ist dabei allumfangsseitig außer auf einer ersten Seite, auf der das Verstärkungselement am Zylindermantel vorgesehen ist und gegebenenfalls außer auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite, auf der das Verstärkungselement gegebenenfalls mit dem Außengehäuseelement verbunden ist, von dem den Wassermantel durchströmenden Kühlmedium umströmbar. Ist das Verstärkungselement von dem Außengehäuseelement beabstandet, das heißt nicht mit diesem verbunden, so kann das Verstärkungselement auch auf der zweiten Seite von dem Kühlmedium umströmt werden.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verstärkungselement ein Verbindungselement, über welches der Zylindermantel mit dem Außengehäuseelement verbunden ist. Das Verbindungselement ist dabei einerseits mit dem Außengehäuseelement und andererseits mit dem Zylindermantel verbunden, so dass eine besonders gute Abstützung und Aussteifung des Zylindermantels realisiert werden können. Das Verbindungselement ist somit allumfangsseitig, außer auf der ersten und außer auf der zweiten Seite, von dem Kühlmedium umströmbar.
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Über das Verbindungselement kann der Zylindermantel mit dem Außengehäuseelement zumindest im Wesentlichen punktförmig oder linienförmig oder kreisförmig verbunden sein, so dass eine besonders vorteilhafte Aussteifung dargestellt ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Verstärkungselement wenigstens eine Bombierung des Zylindermantels auf einer der Laufbahn abgewandten Außenseite umfassen. Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Verstärkungselement wenigstens eine Versteifungsrippe zum Aussteifen des Zylindermantels aufweist.
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Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Aussteifung des Zylindermantels kann auch vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement in Hochrichtung des Zylindergehäuses besonders tief beziehungsweise unten im Wassermantel angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine den Wassermantel in zwei fluidisch voneinander getrennte Teilwassermäntel vollständig trennendes Trennelement in Hochrichtung des Zylindergehäuses besonders tief beziehungsweise unten angeordnet ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Zylindergehäuse als Gussbauteil, insbesondere als Druckgussbauteil, ausgebildet und dadurch auf einfache, zeit- und kostengünstige Weise herstellbar. Als Gießverfahren zum Herstellen des Zylindergehäuses eignet sich besonders gut ein Sandgussverfahren oder ein Druckgussverfahren.
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Um das Gewicht des Zylindergehäuses besonders gering zu halten, ist dieses aus einem Leichtmetall beziehungsweise einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung, gebildet. Ferner ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Verstärkungselement einstückig mit dem Zylindermantel und dem gegebenenfalls dem Außengehäuseelement ausgebildet ist, um so die Teileanzahl des Zylindergehäuses besonders gering zu halten.
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Darüber hinaus ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Zylindermantel einstückig mit dem Außengehäuseelement ausgebildet ist. Alternativ dazu ist es denkbar, dass der Zylindermantel eine separat von dem Außengehäuseelement ausgebildete und beispielsweise in das Außengehäuseelement eingesetzte Zylinderlaufbuchse ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur 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 der einzigen Fig. eine schematische Seitenansicht eines Kernelements zum Herstellen eines Zylindergehäuses für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindermänteln, welche jeweils durch wenigstens ein in einem Wassermantel angeordnetes Verstärkungselement ausgesteift sind.
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Die Fig. zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Kernelement 10 zum Herstellen eines Zylindergehäuses im Rahmen eines Gießverfahrens. Das Zylindergehäuse ist eine Komponente einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, und kann beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet werden und demzufolge einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen und Lagern einer Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine dienen. Die Kurbelwelle ist dabei an dem Zylinderkurbelgehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Zylinderkurbelgehäuse drehbar zu lagern.
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Das Zylindergehäuse weist eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern auf, welche zumindest im Wesentlichen in einer Reihe in Längsrichtung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise des Zylindergehäuses hintereinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine als Reihenmotor beziehungsweise in Reihenbauweise ausgebildet ist. Das Zylindergehäuse weist vorliegend vier Zylinder auf, so dass die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine als Vier-Zylinder-Reihenmotor ausgebildet ist. Das Kernelement 10 wird im Rahmen der Herstellung des Zylindergehäuses in ein Gießwerkzeug eingelegt und zumindest teilweise mit einem flüssigen Gusswerkstoff umgossen. Das Kernelement 10 dient insbesondere dazu, einen sogenannten Wassermantel des Zylindergehäuses herzustellen. Nach dem Gießen des Zylindergehäuses wird das Kernelement 10 aus dem Zylindergehäuse entfernt, so dass an der Stelle, an der das Kernelement 10 angeordnet ist beziehungsweise war, ein Hohlraum in Form des Wassermantels entsteht. Der Wassermantel umgibt den jeweiligen Zylinder zumindest teilweise und ist von einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit beziehungsweise einem Kühlwasser, durchströmbar. Dadurch können die Zylinder mittels des Kühlmediums gekühlt werden.
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Der jeweilige Zylinder weist eine Laufbahn für einen jeweiligen, im Zylinder aufzunehmenden Kolben auf. Mit anderen Worten kann sich der Kolben während des Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine entlang der Laufbahn des jeweiligen Zylinders zumindest im Wesentlichen translatorisch bewegen und sich an der Laufbahn abstützen. Die jeweilige Laufbahn wird durch einen jeweiligen Zylindermantel des jeweiligen Zylinders gebildet. Der Wassermantel umgibt den jeweiligen Zylindermantel auf einer der Laufbahn abgewandten Außenseite des jeweiligen Zylindermantels, so dass der jeweilige Zylindermantel mittels des Kühlmediums gekühlt wird.
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Das Zylindergehäuse umfasst auch wenigstens ein Außengehäuseelement, welches den jeweiligen Zylindermantel zumindest teilweise umgibt und zumindest bereichsweise von dem Zylindermantel beabstandet ist. Der Wassermantel wird dabei einerseits durch das Außengehäuseelement und andererseits durch den jeweiligen Zylindermantel begrenzt. Der jeweilige Zylindermantel kann einstückig mit dem Außengehäuseelement ausgebildet werden, so dass die Zylindermäntel auch miteinander einstückig ausgebildet sind. Die Zylindermäntel und das Außengehäuseelement werden dabei im Rahmen des Gießverfahrens durch Gießen hergestellt.
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Die jeweiligen Zylindermäntel können auch separat voneinander und jeweils separat vom Außengehäuseelement ausgebildet und beispielsweise durch eine jeweilige Zylinderlaufbuchse gebildet sein. Bezogen auf das Gießverfahren ist das Kernelement 10 somit zwischen dem Zylindermantel und dem Außengehäuseelement ausgebildet, so dass dazwischen der Wassermantel hergestellt werden kann.
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Wie aus der Fig. erkennbar ist, umfasst das Kernelement 10 ein oberes, erstes Kernteil 12 und ein unteres, zweites Kernteil 14. Die Kernteile 12, 14 sind dabei in Hochrichtung des Zylindergehäuses voneinander beabstandet, so dass zwischen diesen ein Spalt 16 ausgebildet ist. Durch diese Beabstandung beziehungsweise durch den Spalt 16 wird beim Gießen des Zylindergehäuses ein Trennelement ausgebildet, durch welches der Wassermantel in einen oberen, ersten Teilwassermantel und einen unteren, zweiten Teilwassermantel aufgeteilt wird, wobei die Teilwassermantel im fertig hergestellten Zustand des Zylindergehäuses fluidisch voneinander getrennt sind. Dies bedeutet, dass das erste Kernteil 12 zum Herstellen des oberen, ersten Teilwassermantels dient, während das zweite Kernteil 14 zum Herstellen des unteren, zweiten Teilwassermantels dient. Beide Teilwassermantel werden nach außen hin durch das Außengehäuseelement und nach innen hin durch den jeweiligen Zylindermantel begrenzt. Das Trennelement ist dabei einstückig mit dem Außengehäuseelement und mit den Zylindermänteln ausgebildet.
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Um nun auf besonders einfache Weise eine sehr hohe Steifigkeit des jeweiligen Zylindermantels zu realisieren, ist in dem Wassermantel, vorliegend in dem unteren, zweiten Teilwassermantel, wenigstens ein jeweiliges Verstärkungselement zum Aussteifen des jeweiligen Zylindermantels vorgesehen. Das jeweilige Verstärkungselement umfasst dabei wenigstens ein Verbindungselement, welches einerseits mit dem Zylindermantel und andererseits mit dem Außengehäuseelement verbunden ist, so dass der jeweilige Zylindermantel über das jeweilige, wenigstens eine Verbindungselement mit dem Außengehäuseelement verbunden und an diesem abgestützt ist. Dadurch ist der jeweilige Zylindermantel mittels des wenigstens einen, jeweiligen Verstärkungselements ausgesteift.
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Das jeweilige Verstärkungselement wird vorliegend im Rahmen des Gießverfahrens hergestellt, so dass das Verstärkungselement beziehungsweise das jeweilige Verbindungselement einstückig mit dem jeweiligen Zylindermantel und mit dem Außengehäuseelement ausgebildet ist.
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Um beispielsweise einen ersten der Zylindermäntel mittels eines ersten der Verstärkungselemente auszusteifen, sind in einem ersten Teilbereich 18 des zweiten Kernteils 14 Aussparungen in Form von schlitzförmigen Durchgangsöffnungen 20 vorgesehen. Der noch flüssige Gusswerkstoff kann beim Gießen durch die Durchgangsöffnungen 20 hindurchströmen, so dass dadurch zwei erste Verbindungselemente des ersten Verstärkungselements hergestellt werden, wobei der erste Zylindermantel über die ersten Verbindungselemente mit dem Außengehäuseelement verbunden ist. Aufgrund der schlitzförmigen Ausgestaltung der Durchgangsöffnungen 20 werden auch die ersten Verbindungselemente zumindest im Wesentlichen schlitzförmig hergestellt, so dass eine zumindest im Wesentlichen linienförmige Verbindung des ersten Zylindermantels über die ersten Verbindungselemente mit dem Außengehäuseelement realisiert wird.
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Um einen zweiten der Zylindermäntel mittels eines zweiten der Verstärkungselemente auszusteifen, sind in einem auf den ersten Teilbereich 18 folgenden, zweiten Teilbereich 22 des zweiten Kernteils 14 Aussparungen in Form von zumindest im Wesentlichen kreisrunden Durchgangsöffnungen 24 vorgesehen. Der noch flüssige Gusswerkstoff kann beim Gießen durch die Durchgangsöffnungen 24 hindurchströmen, so dass dadurch zweite Verbindungselemente des zweiten Verstärkungselements ausgebildet werden. Die zweiten Verbindungselemente weisen einen zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf, so dass eine zumindest im Wesentlichen kreisförmige oder punktförmige Verbindung des zweiten Zylindermantels über die zweiten Verbindungselemente mit dem Außengehäuseelement realisiert ist.
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Um ferner einen dritten der Zylindermäntel mittels eines dritten der Verstärkungselemente auszusteifen, ist in einem auf den zweiten Teilbereich 22 folgenden, dritten Teilbereich 26 des zweiten Kernteils 14 eine Aussparung in Form einer zumindest im Wesentlichen schlitzförmigen Durchgangsöffnung 28 vorgesehen. Der noch flüssige Gusswerkstoff kann beim Gießen durch die Durchgangsöffnung 28 hindurchströmen, so dass dadurch ein drittes Verbindungselement des dritten Verstärkungselements ausgebildet wird.
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Um schließlich auch den vierten Zylindermantel mittels des vierten Verstärkungselements auszusteifen, ist in einem auf den dritten Teilbereich 26 folgenden, vierten Teilbereich 30 des zweiten Kernteils 14 eine Aussparung in Form einer Durchgangsöffnung 32 vorgesehen, welche zumindest im Wesentlichen bogenförmig ausgebildet ist. Beim Gießen kann der Gusswerkstoff auch durch die Durchgangsöffnungen 32 hindurchströmen, so dass dadurch ein viertes Verbindungselement des vierten Verstärkungselements ausgebildet ist.
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Anhand der Fig. ist ersichtlich, dass das unterschiedliche Formen der jeweiligen Verbindungselemente durch unterschiedliche Formen der Durchgangsöffnungen 20, 24, 28, 32 ausgebildet werden können.
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Durch den oberen Teilwassermantel ist ein oberer Kühlraum gebildet, welcher in Open-Deck-Bauweise ausgebildet ist. Durch den unteren Teilwassermantel ist ein unterer Kühlraum gebildet, welcher in Closed-Deck-Bauweise ausgebildet ist. Hierdurch ist das Zylinderkurbelgehäuse in der sogenannten Deep-Closed-Deck-Bauweise ausgebildet, wobei das Trennelement zum fluidischen Trennen der Teilwassermantel gegenüber einer Verbindungsfläche des Zylindergehäuses, über die das Zylindergehäuse mit einem Zylinderkopf verbunden wird, in Richtung der Drehachse der Kurbelwelle zurückversetzt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kernelement
- 12
- erstes Kernteil
- 14
- zweites Kernteil
- 16
- Spalt
- 18
- erster Teilbereich
- 20
- Durchgangsöffnung
- 22
- zweiter Teilbereich
- 24
- Durchgangsöffnung
- 26
- dritter Teilbereich
- 28
- Durchgangsöffnung
- 30
- vierter Teilbereich
- 32
- Durchgangsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008013813 A1 [0004]
- DE 69930050 T2 [0005]
