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Die
Erfindung betrifft ein Zylindergehäuse, insbesondere ein Zylinderkurbelgehäuse, für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine,
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Ein
derartiges Zylindergehäuse
bzw. Zylinderkurbelgehäuse
für eine
flüssigkeitsgekühlte Vierzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine
zeigt beispielsweise die
DE
44 09 750 A1 , bei der ein Zylinderliner mit vier zusammengegossenen
Zylinderwänden
in ein äußeres Zylinderkurbelgehäuse aus
Magnesium eingegossen ist. Insbesondere ist hier vorgesehen dass
die Zylinder Bestandteil eines bereichsweise doppelwandigen, mit
dem Gehäuse
verbundenen Zylindereinsatzes aus korrosionsbeständigem Material sind, in dem
die Kühlflüssigkeit
geführt
ist ohne mit dem Magnesiumgehäuse
in Kontakt zu kommen. Dadurch sollen Korrosionsprobleme im Wassermantelbereich
vermieden werden. Ein solches Verbundguss-Zylinderkurbelgehäuse bietet
zudem Vorteile hinsichtlich Gewicht, wobei der Festigkeit und Biegesteifigkeit
des Verbundguss-Zylindergehäuses durch Ausbildung
von Rippen, Versteifungen etc. Rechnung zu tragen ist. Weiterhin
stellt das Zylindergehäuse
einen Fremdkörper
dar, der die Gestaltfestigkeit reduziert.
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Aus
der gattungsgemäßen
EP 0 695 866 A1 ist
bereits ein Zylinderkurbelgehäuse
für eine
Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern bekannt, wobei
dieses Zylindergehäuse
einen inneren Zylinderliner mit einem äußeren, im Verbundguss hergestellten
und den Zylinderliner teilweise um schließenden Gehäuse aufweist. In zumindest
einem durch ineinander übergehende
Zylinderwände
gebildeten Zwickelbereich des Zylinderliners und/oder an den stirnseitigen
Endbereichen des Zylinderliners ist zumindest ein quer zu den Zylinder-Mittelachsen
verlaufender Quer-Durchbruch vorgesehen, der beim Umgießen des
Zylinderliners mit dem äußeren Gehäuse zur
Herstellung einer Querverbindung zwischen bezogen auf den Zylinderliner
gegenüberliegenden
Wandbereichen des Gehäuses
ausgießbar ist.
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Konkret
ist hier im Bereich des Wassermantels ein Aufbau mit zwei schmalen,
schlitzförmigen Queröffnungen
als Quer-Durchbrüche
vorgesehen, die dem oberen Bereich der den Zylinder bildenden Laufbüchsen zugeordnet
sind. Beim Umgießen
des Zylinderliners mit der Ummantelung fließt hier der Werkstoff durch
die schlitzförmigen
Queröffnungen als
Quer-Durchbrüche
hindurch, so dass die einander zugekehrten Innenwandungen in diesem
Bereich stoffschlüssig
miteinander verbunden und damit auch am Zylinderliner festgelegt
sind.
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Weiter
ist aus der JP 05-321753 A ein Zylinderliner bekannt, bei dem im
Zwickelbereich zwischen aneinandergrenzenden Zylindern Schlitze ausgebildet
sind, damit um die einzelnen Zylinder herum ein ringförmiger Wasserraum
ausgebildet werden kann.
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Aus
der JP 05-321752-A ist ferner ein Aufbau bekannt, bei dem im unteren
Zylinderlinerbereich Schlitze vorgesehen sind, bei deren Ausgießen jedoch
keine ausreichend sichere Verbindung zwischen Gehäuse und
Zylinderliner erzielt werden kann.
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Weiter
ist aus der
DE 34 36
872 C2 ein Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine mit
einem Blockrahmen aus Metall und mehreren Zylinderhülsen bekannt,
die ebenso wie die
DE
199 49 416 A1 ein Gehäuse
für eine
Brennkraftmaschine mit sog. Schraubendomen zeigt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Zylindergehäuse so weiterzuentwickeln,
dass mit relativ geringem fertigungstechnischen Aufwand eine noch
bessere Integration und Gestaltfestigkeit erzielt wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Gemäß Anspruch
ist im Quer-Durchbruch wenigstens eine nach unten zur Kurbelgehäuseseite hin
offene Ausnehmung ausgebildet zum Umgießen von Zylinderlinerteilbereichen.
Zusätzlich
zu der Möglichkeit
von Querverbindungen mittels der Quer-Durchbrüche ist hier zudem noch ein
umgreifender Einschluss von Zylinderlinerteilbereichen, wie z. B.
von unteren Schraubenpfeifen, möglich,
was die Gestaltfestigkeit des gesamten Zylindergehäuses bzw.
Zylinderkurbelgehäuses
sowie deren Integration nochmals wesentlich erhöht. Als Quer-Durchbruch im
Sinne des Gegenstands des Patentanspruchs 1 ist dabei auch die in
der 3 gezeigte Ausführungsform zu verstehen, bei
der der Quer-Durchbruch zusammen mit den beiden Ausnehmungen 36 ebenfalls
eine Querverbindung im ausgegossenen Zustand mit gleichzeitigem
Umgießen
der Schraubenpfeifen ermöglicht.
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Die
Ausnehmungen können
dabei vorteilhaft beiderseits einer mittigen Verbindung des Zwickelbereichs
des Zylinderliners und innerhalb der unteren Schraubenpfeifen verlaufen
und somit symmetrisch entlang den Zylindermittelachsen wirkende
Umklammerungen bzw. Kraftfluss übertragende
Verbindungen zwischen Kurbelgehäuse
und Zylindergehäuse bilden.
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Des
weiteren kann bevorzugt bei mehr als zwei Zylindern der Brennkraftmaschine
in einem jeden Zwickelbereich zumindest ein Quer-Durchbruch vorgesehen
sein, um z. B. aufgrund mehrerer entsprechender Querverbindungen
die Gesamtsteifigkeit des Zylindergehäuses zu optimieren.
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Der
zumindest eine Quer-Durchbruch könnte grundsätzlich spanend
durch Bohren und/oder Fräsen
hergestellt sein. Dies ist jedoch relativ zeit- und arbeitsintensiv,
da es einen zusätzlichen
Bearbeitungsschritt erfordert. Besonders bevorzugt ist deshalb,
diesen zumindestens einen Quer-Durchbruch gießtechnisch in den Zylinderliner
einzuformen. Wird beispielsweise der Zylinderliner im Kokillengießverfahren
hergestellt, so kann der Quer-Durchbruch einfachst durch entsprechende
Gestaltung der Gießform
mit eingeformt werden.
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Der
zumindest eine Quer-Durchbruch verläuft im Wesentlichen quer zu
den Zylindermittelachsen, wobei der Quer-Durchbruch ferner im Querschnitt
etwa rechteckförmig
(oder oval länglich)
ausgeführt
sein kann und dessen Längserstreckung
parallel zu den Zylindermittelachsen ausgerichtet sein kann. Dies
ermöglicht
einen für
das Verbundgießen des äußeren Gehäuses günstigen Öffnungsquerschnitt
des Quer-Durchbruchs, so dass z. B. Druckguss prozesssicher durchführbar ist.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können an die Zylinderwände des
Zylinderliners einerseits Schraubenpfeifen für die Befestigung des Zylinderkopfes
der Brennkraftmaschine und andererseits Schraubenpfeifen für die Befestigung
von Lagerdeckeln der Kurbelwellenlagerung der Brennkraftmaschine
angeformt sein, wobei der zumindest eine Quer-Durchbruch zwischen
den besagten Schraubenpfeifen verläuft. Der Kraftfluss zwischen
den Schraubenpfeifen zur Abstützung
des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine einerseits und der Triebwerkslagerung
andererseits ist dabei nicht unterbrochen, sondern verläuft vorteilhaft über angrenzende Rippen
des Zylinderliners. Der Quer-Durchbruch verläuft dabei genau zwischen den
Rippen.
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Des
weiteren kann bei einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine
der zumindest eine Quer-Durchbruch baulich besonders günstig unterhalb
von um die Zylinderwände
des Zylinderliners herum eingeformten Kühlwasserkanälen angeordnet sein, wodurch
trotz eines ausreichenden Öffnungsquerschnittes
des Quer-Durchbruches eine kompakte Konstruktion mit geringem Stichmaß (= Abstand von
Zylindermittelachse zu Zylindermittelachse) erreichbar ist.
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Grundsätzlich ist
es jedoch auch möglich
z. B. keinen durchgehenden Quer-Durchbruch
insbesondere im Zwickelbereich auszubilden, sondern lediglich solche
Quer-Durchbrüche
vorzusehen, mit denen einzelne Zylinderteilbereiche, wie z. B. untere Schraubenpfeifen,
umgossen werden. Auch lediglich ausnehmungsartige Stichkanäle sind
dabei im Querschnitt durch den Zylinderliner gesehen zu beiden Seiten
desselben denkbar.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die
schematische Zeichnung zeigt in:
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1 einen
als Vierling ausgebildeten Zylinderliner für eine Vierzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine
mit jeweils einem Quer-Durchbruch im Zwickelbereich der ineinander übergehenden
Zylinderwände,
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2 einen
Querschnitt gemäß Linie
II-II der 1 durch den Zwickelbereich des
Zylinderliners im umgossenen Zustand, und
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3 einen
alternativen Querschnitt durch einen Zylinderliner ohne durchgehenden Quer-Durchbruch
im Zwickelbereich.
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In
der 1 ist mit 10 ein abschnittsweise dargestellter
Zylinderliner bezeichnet, der für
eine Vierzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine zum Umgießen mit
einem äußeren Gehäuse 12 (vgl. 2) zur
Herstellung eines Zylinderkurbelgehäuses vorgesehen ist.
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Der
Zylinderliner 10 weist im Wesentlichen vier etwa kreisringförmige Zylinderwände 14 auf,
die nach oben durch eine Deckwand 16 (closed deck Konstruktion)
abgeschlossen sind. In der Deckwand 16 sind allgemein mit 18 bezeichnete
Durchgänge vorgesehen,
die in Verbindung mit darunter liegenden Kühlkanälen 20 (vgl. 2)
zur Kühlung
der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine
dienen.
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Ferner
enden in der Deckwand 16 erste Schraubenpfeifen 22,
die mit nicht dargestellten Befestigungsschrauben zur Befestigung
eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine kommunizieren.
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Im
Wesentlichen senkrecht unter den ersten Schraubenpfeifen 22 sind
weitere Schraubenpfeifen als untere Schraubenpfeifen 24 vorgesehen,
die in noch zu beschreibender Weise zur Befestigung von nicht dargestellten
Lagerdeckeln an den Lagerstühlen 26 der
Triebwerks- bzw. Kurbelwellenlagerung der Brennkraftmaschine dienen.
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Die
Schraubenpfeifen 22, 24 sind jeweils gusstechnisch
durch Rippen 25 miteinander und an die Zylinderwände 14 angebunden,
wie dies z. B. anhand der unteren Schraubenpfeifen 24 aus
der 1 entnehmbar ist.
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Des
weiteren verlaufen die Kühlkanäle 20 als Kühlwassermantel
ringförmig
um die Zylinderwände 14,
wobei sie nach oben teilweise durch die Deckwand 16 abgeschlossen
sind (bei einer ebenfalls möglichen
open deck Konstruktion wären
sie nach oben vollständig
offen). Die Kühlkanäle 20 sind
etwa bis zur halben Höhe
der Zylinderwände 14 ausgebildet
und enden im Bereich einer Abstufung 28, wobei ab hier
und nach unten die Zylinderwände 14 einwandig
verlaufen.
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Die
einander benachbarten Zylinderwände 14 sind
zusammengegossen und bilden zwischen sich einen Steg- bzw. Zwickelbereich 30 größerer Wandstärke.
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In
einem jeden Zwickelbereich 30 (im Ausführungsbeispiel mit vier Zylindern
somit drei Zwickelbereiche) sind unterhalb der Kühlwasserkanäle 20 – also im
einwandigen Bereich der Zylinderwände 14 – quer zu
den Zylindermittelachsen 14a verlaufende Quer-Durchbrüche 32 ausgebildet,
die im Querschnitt her beispielhaft rechteckförmig gestaltet sind (vgl. 1).
Dabei liegt die Längserstreckung
der Quer-Durchbrüche 32 wie
ersichtlichquer zu den Zylindermittelachsen 14a.
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Des
weiteren sind zwischen den unteren Schraubenpfeifen 24 und
einer mittigen Verbindung 34 (vgl. 2) des Zwickelbereiches 30 nach
unten offene Ausnehmungen 36 in den Zylinderliner 10 eingeformt,
die in die Quer-Durchbrüche 32 münden und mittels
denen das untere Kurbelgehäuse 40 des
Zylinderkurbelgehäuses
bzw. dessen Querwände 38 mit
dem Gehäuse 12 zusammengießbar sind.
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In
die Querwände 38 des
Kurbelgehäuses 40 sind
die Lagerstühle 26 eingegossen
und es sind Bohrungen 42 vorgesehen, die mit den unteren Schraubenpfeifen 24 fluchten
und in die die Befestigungsschrauben für die Lagerdeckel der Triebwerklagerung
der Brennkraftmaschine in die unteren Schraubenpfeifen 24 einschraubbar
sind.
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Der
Zylinderliner 10 ist aus einem höherfesten Werkstoff bzw. einer
Aluminiumlegierung im Kokillengussverfahren hergestellt, wobei über ein
entsprechendes Gießwerkzeug
zugleich die Quer-Durchbrüche 32 und
die Ausnehmungen 36 eingeformt werden.
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Danach
wird der Zylinderliner 10 zur Bildung des Gehäuses 12 und
des Kurbelgehäuses 40 bzw. des
gesamten Zylinderkurbelgehäuses
mit einem niedriger festen Werkstoff bzw. einer Magnesiumlegierung
umgossen, wobei mit Bezug zur 2 die gezeigte
Konfiguration mit z. B. den Zylinderliner 10 umschließenden Seitenwänden 44, 46 des
Zylinderkurbelgehäuses
hergestellt wird (es wird auf die unterschiedlich geneigten Schraffuren
des Zylinderliner 10 und der Gehäuse 12, 40 verwiesen).
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Mit
dem Umgießen
des Zylinderliners 10 werden über den Quer-Durchbruch 32 und
die Ausnehmungen 36 innere Verbindungen zwischen den Seitenwänden 44, 46 des
Gehäuses 12 und
zwischen den Quer-Durchbrüchen 32 und
den Ausnehmungen 36 geschaffen. Der besseren Darstellung wegen
sind diese Verbindungsbereiche kreuzschraffiert hervorgehoben.
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In
der 3 ist gemäß einer
alternativen Ausführungsform
ein Querschnitt durch einen alternativen Zylinderliner 10' im umgossenen
bzw. ausgegossenen Zustand gezeigt, wobei der Zylinderliner 10' hier im Gegensatz
zur Ausführungsform
gemäß den 1 und 2 keinen
durchgehenden horizontalen Durchbruch aufweist. Eine derartige Ausführungsform
ist z. B. für
Zylinderliner für
Motoren mit geringem Stegmaß geeignet,
da hier ein durchgehender horizontaler Durchbruch zu dünn wäre. Anstelle
eines durchgehenden horizontalen Durchbruchs ist hier ein durch
die Pfeile 35 gekennzeichneter, nicht horizontal durchgehender
Quer-Durchbruch als in etwa „radialer" Durchbruch vorgesehen,
wobei im ausgegossenen Zustand, wie er in der 3 gezeigt
ist, hier ebenfalls beispielhaft die unteren Schraubenpfeifen 24 umgossen
sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Anstelle
der genannten Gießwerkstoffe
können
auch andere Werkstoffe und andere Zylindergehäuse bzw. Zylinderkurbelgehäuse (z.B.
in open deck Konstruktion) verwendet sein. Auch liegt hinsichtlich
der Zylinderzahl und des Typs der Brennkraftmaschine keine Beschränkung vor;
es könnte
auch eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylinderreihen in Betracht
kommen.