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Dokumentenidentifikation DE19714062C2 21.01.1999
Titel Zylinderkurbelgehäuse mit geschweißten Brücken
Anmelder VAW mandl & berger GmbH, Linz, AT
Erfinder Gosch, Rolf, Dr., Thalheim bei Wels, AT
Vertreter Harwardt Neumann Patent- und Rechtsanwälte, 53721 Siegburg
DE-Anmeldedatum 05.04.1997
DE-Aktenzeichen 19714062
Offenlegungstag 08.10.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.01.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.01.1999
IPC-Hauptklasse F02F 1/10
IPC-Nebenklasse F02F 7/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft nach den Patentansprüchen 1 und 2 ein Gußteil in Form eines Zylinderkurbelgehäuses oder eines Zylinderrohrteils mit einer oder mehreren Zylinderbohrungen und einem Kühlmittelmantelraum, der die Zylinderbohrungen im wesentlichen konzentrisch umgibt und von einer Zylinderrohrwandung und einer Kühlmittelmantelwandung gebildet wird und an einer Deckfläche (Zylinderkopfsitzfläche) zumindest teilweise abgeschlossen ist, sowie entsprechende Verfahren gemäß den Patentansprüchen 11 und 12 zur Herstellung eines solchen Gußteils.

Zylinderkurbelgehäuse der genannten Art sind bei heutigen Verbrennungsmotoren allgemein üblich. Das Zylinderkurbelgehäuse bildet eine Deckfläche, auf die der Zylinderkopf aufgesetzt wird, und umfaßt Kurbelgehäusewangen, die die Kurbelgehäuselager aufnehmen. Das Zylinderkurbelgehäuse wird nach unten mit einer Ölwanne abgeschlossen.

Zylinderrohrteile der genannten Art sind eher bei größeren Verbrennungsmotoren üblich. Die Zylinderrohrteile werden hierbei - gegebenenfalls zusammen mit aufgesetzten Zylinderköpfen - am Kurbelgehäuse mittels Zugankern verspannt. Die Zylinderrohrteile und die Zylinderköpfe können hierbei als Einzelelemente oder jeweils untereinander zu mehreren verbunden ausgebildet sein.

Die Zylinderbohrungen der genannten Gußteile können bei geeignetem Werkstoff bzw. bei geeigneter Oberflächenbehandlung unmittelbar die Zylinderlaufbahnen der mit Kühlmittel gekühlten Zylinderrohre bilden oder ihrerseits sogenannte trockene Zylinderbuchsen, die Oberflächenkontakt mit den genannten Zylinderbohrungen haben, aufnehmen, die die Zylinderlaufbahnen bilden.

Diese Zylinderbuchsen können im Gußteil eingegossen sein (von Schmelze umgossen) oder in das fertige Gußteil nachträglich eingsetzt sein.

Die genannten Kühlmittelmantelräume, denen Kühlmittel in nicht näher darzustellender Weise zugeführt wird, dienen der Wärmeabfuhr aus dem Bereich der Zylinderbohrungen mittels des durchströmenden Kühlmittels. Nach einer ersten verbreiteten Ausgestaltungsform bilden Zylinderkopf und Zylinderkurbelgehäuse einen gemeinsamen Kühlkreislauf. Hierbei strömt innerhalb des gemeinsamen Kühlkreislaufs das Kühlmittel aus den Kühlmittelmantelräumen über Kühlmittelübertrittsöffnungen im Bereich der Deckfläche in den aufgesetzten Zylinderkopf, der entsprechende Kühlmittelübertrittsöffnungen auf seiner Unterseite hat, über. Zwischen den beiden Teilen ist hierbei eine Dichtung eingesetzt, die entsprechende Durchbrüche für die Kühlmittelübertrittskanäle hat. Nach einer zweiten, zunehmend in Gebrauch kommenden Ausführungsform werden Kühlkreisläufe von Zylinderkopf und Zylinderkurbelgehäuse völlig getrennt ausgeführt. Hierbei kann eine zwischen beiden Teilen eingesetzte Dichtung ohne Kühlmittelübertrittsöffnungen die Kühlmittelmantelräume an der Deckfläche abschließen und die beiden Kühlkreisläufe damit voneinander getrennt halten.

Gußteile in Form von Zylinderkurbelgehäusen sind in sogenannter "open-deck"-Konstruktion und in sogenannter "closed-deck"-Konstruktion bekannt. Die hierzu nachfolgenden Erklärungen lassen sich sinngemäß auf Gußteile in Form von Zylinderrohrteilen der genannten Art übertragen. Bei der "open-deck"-Konstruktion stehen die Zylinderrohrwandungen im Verhältnis zu den Kühlmittelmantelwandungen im Bereich der Deckfläche vollkommen frei (z. B. DE 36 39 691 A1). Die den Kühlmittelmantel begrenzenden Wandungen sind hierbei von der Deckfläche betrachtet bevorzugt hinterschnittfrei ausgebildet. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, Gußteile dieser Art in Druckgußtechnik in Dauergußformen (Kokillen) herzustellen. Ein in Richtung der Zylinderbohrungen axial entfernbares Formteil bzw. Kernteil bildet den Kühlmittelmantelraum. Bei der "closed-deck"-Konstruktion sind zwischen der Zylinderrohrwandung und der Kühlmittelmantelwandung im Bereich der Deckfläche Überbrückungen vorgesehen, die die Kühlwasserübertrittsöffnungen reduzieren (z. B. DE-Z "MTZ", 1993; S. 421, Bild 2, S. 579, Bild 5). Durch diese Konstruktion ergibt sich ein Bauteil größerer Festigkeit. Ein Verformen der Zylinderrohrwandungen im Querschnitt (Ovalisieren) wird ebenso verhindert wie ein wesentlicher Unterschied der thermischen Dehnungen zwischen Zylinderrohrwandung einerseits und Kühlmittelmantelwandung andererseits, der zu Verzügen und Beschädigungen der Dichtungen führen könnte. Zylinderkurbelgehäuse bzw. Zylinderrohrteile mit diesen Merkmalen können nur unter Verwendung verlorener Kerne und geeigneter Gießverfahren hergestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gußteil in Form eines Zylinderkurbelgehäuses bereitzustellen, das im Druckgußverfahren in Dauerformen herstellbar ist, ohne die typischen Nachteile der "open-deck"-Konstruktion aufzuweisen.

Eine erste erfindungsgemäße Lösung gemäß Patentanspruch 1 besteht darin, daß der Kühlmittelmantelraum von gegossenen Wandungsflächen der Zylinderrohrwandung und der Kühlmittelmantelwandung gebildet wird, die von der Deckfläche (Zylinderkopfsitzfläche) betrachtet hinterschnittfrei sind, und daß Brückenelemente in den Kühlmittelmantelraum eingebracht sind, die die Zylinderrohrwandung und die Kühlmittelmantelwandung bereichsweise miteinander verbinden und Kühlmittelübertrittsöffnungen freilassen.

Eine zweite erfindungsgemäße Lösung gemäß Patentanspruch 2 besteht darin, daß der Kühlmittelmantelraum von gegossenen Wandungsflächen der Zylinderrohrwandung und der Kühlmittelmantelwandung gebildet wird, die von der Deckfläche (Zylinderkopfsitzfläche) betrachtet hinterschnittfrei sind, und daß Brückenelemente in den Kühlmittelmantelraum eingebracht sind, die die Zylinderrohrwandung und die Kühlmittelmantelwandung umlaufend miteinander verbinden und den Kühlmittelmantelraum an der Deckfläche vollständig abschließen.

Mit der erfindungsgemäßen Form des Gußteils können die Vorteile der Druckgußtechnik wie insbesondere Dünnwandigkeit und Endkonturnähe sowie hohe Gießgeschwindigkeit wie bei einer "opendeck"-Konstruktion voll ausgeschöpft werden. Weitere sich ergebende Vorteile sind die Möglichkeit, Ölkanäle und Kernlöcher vorzugießen. Auf der anderen Seite werden auch die Vorteile der "closed-deck"-Konstruktion ausgeschöpft, indem durch die anschließend hergestellten Überbrückungen zwischen Zylinderrohrwandung und Kühlmittelmantelwandung die mechanische Festigkeit erhöht und die thermischen Dehnungen klein gehalten.

Mit der ersten Lösung werden die Voraussetzungen für die Verwirklichung eines gemeinsamen Kühlkreislaufs von Zylinderkopf und Zylinderkurbelgehäuse geschaffen. Mit der zweiten Lösung lassen sich getrennte Kühlkreisläufe für Zylinderkopf und Zylinderkurbelgehäuse darstellen. In besonders vorteilhafter Weise wird hierbei die Zylinderkopfdichtung nur zur Abdichtung gegenüber den Brenngasen, nicht jedoch gegenüber dem Kühlmittel in Anspruch genommen. Die bis auf Zuström- und Abströmbohrungen vollkommen geschlossenen Kühlmittelmantelräume erhalten eine Form, die selbst durch Gießen mit verlorenen Kernen nur unter großen Schwierigkeiten darstellbar wäre.

Vorzugsweise sollen die erfindungsgemäßen Gußteile aus Aluminium- bzw. Magnesium-Legierungen hergestellt werden, die insbesondere für Verbrennungsmotoren von Personenkraftwagen aus Gewichtsgründen zunehmend bevorzugt werden.

Nach einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Brückenelemente aus eingeschweißten oder eingeklebten Formteilen bestehen. Neben dem Verschweißen oder Verkleben können in dieser Weise eingesetzte Formteile auch eingeschrumpft werden oder verkeilt werden. Die Verwendung solcher Formteile ist insbesondere unumgänglich, wenn die Dicke des Kühlmittelmantels eine bestimmte Größe überschreitet. In weiterführender Ausgestaltung dieser Variante können die Formteile auf Absätzen in den Wandungsflächen aufliegen, die entweder eingegossen oder mechanisch gefertigt sind. Hierbei ist es möglich, in Radialrichtung bezogen auf die Zylinderrohrachsen hinterschnittene Ausnehmungen in den Wandungsteilen vorzusehen, in die die Formteile eingreifen.

Nach einer anderen Ausgestaltungsform ist es möglich, daß die Brückenelemente im wesentlichen aus Schweißgut bestehen. Dies ist bevorzugt auf Kühlmittelmäntel von relativ geringer radialer Dicke anwendbar. Auch hier kann jedoch zuvor ein Stützelement eingelegt oder eingeklemmt werden, das ein sofortiges Wegfließen des Schweißgutes beim Herstellen der Brückenelemente verhindert.

Da die im Druckgußverfahren in Dauergußform hergestellten Gußteile in der Regel mit Formtrennmitteln behaftet sind, wird vorgeschlagen, dieses vor dem Herstellen der Brückenelemente durch Einschweißen oder Einkleben zumindest bereichsweise zu entfernen. Abwandlungen des vorstehend Gesagten ergeben sich für den Fachmann aus dem Gesamtinhalt der Beschreibung.

Verfahren zur Herstellung von Gußteilen der genannten Art sind ebenfalls angegeben. Auf den Inhalt der darauf gerichteten Patentansprüche 11 und 12 wird hiermit Bezug genommen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Hierin zeigt:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das Zylinderrohr eines erfindungsgemäßen Gußteils im Bereich des Kühlwassermantelraums gemäß der Schnittlinie nach Fig. 2 und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Deckfläche des Gußteils nach Fig. 1 jeweils als Teildarstellung.

Die Figuren werden nachstehend gemeinsam beschrieben.

Ein Zylinderkurbelgehäuse 11 mit mehreren Zylinderbohrungen 12, 13, von denen zwei dargestellt sind, besteht im Bereich der Zylinderbohrungen im wesentlichen aus einer Zylinderrohrwandung 14, 15 und einer Kühlmittelmantelwandung 16, die in der Regel die äußere Kurbelgehäusewandung 16 ist. Die Zylinderbohrung 12 ist eine Zylinderbohrung in Endlage. Die Zylinderrohrwandungen 14, 15 haben einen gemeinsamen Rohrwandungsabschnitt 17. Die Zylinderrohrwandungen 14, 15 bilden mit der Kühlmittelmantelwandung 16 einen jeweils im wesentlichen konzentrisch zu den Zylinderrohrwandungen 14, 15 verlaufenden Kühlmittelmantelraum 18. Dieser ist wie in Fig. 1 erkennbar durch von einer Deckfläche 19 aus betrachtet axial hinterschnittfreie Wandungen 20 der Zylinderrohrwandungen 14, 15 und 22 der Kühlmittelmantelwandung 16 begrenzt. Im Bereich der Deckfläche 19 sind Brückenelemente 23-28 vorgesehen, die die Zylinderrohrwandungen 14, 15 mit der Kühlmittelmantelwandung 16 verbinden. Das im Schnitt dargestellte Brückenelement 23 besteht aus einem Formteil 31, das auf Absätze 30, 32 in den Wandungen 20, 22 aufgelegt ist und mittels Schweißnähten 33, 35 mit diesen verbunden ist. Das im Schnitt dargestellte Brückenelement 25 besteht ausschließlich aus Schweißgut. Die Brückenelemente 23, 25 und 24, 26 sind beispielhaft jeweils gegenüberliegend auf einer Querschnittslinie senkrecht zur Verbindungslinie der Zylinderrohrmitten angeordnet. Die Brückenelemente 27, 28 sind jeweils zwischen der gemeinsamen Zylinderrohrwandung 17 und der Kühlmittelmantelwandung 16 angeordnet. Der Kühlmittelmantelraum 18 verläuft im wesentlichen konzentrisch zu den Zylinderrohrwandungen 14, 15, wobei seine radiale Dicke jedoch zur Anpassung an die Zuström- und Abströmverhältnisse des Kühlwassers über dem Umfang unterschiedlich ist.

Bezugszeichenliste

11Kurbelgehäuse

12Zylinderrohr

13Zylinderrohr

14Zylinderrohrwandung

15Zylinderrohrwandung

16Kurbelgehäusewandung

17gemeinsamer Rohrwandungsabschnitt

18Kühlmittelmantelraum

19Deckfläche

20Wandung (14)

22Wandung (16)

23Brückenelement

24Brückenelement

25Brückenelement

26Brückenelement

27Brückenelement

28Brückenelement

30Absatz

31Formteil

32Absatz

33Schweißnaht

35Schweißnaht


Anspruch[de]
  1. 1. Gußteil in Form eines Zylinderkurbelgehäuses (11) oder eines Zylinderrohrteils mit einer oder mehreren Zylinderbohrungen (12, 13) und einem Kühlmittelmantelraum (18), der die Zylinderbohrungen (12, 13) im wesentlichen konzentrisch umgibt und von einer Zylinderrohrwandung (14, 15) und einer Kühlmittelmantelwandung (16) gebildet wird und an einer Deckfläche (19) (Zylinderkopfsitzfläche) zumindest teilweise abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Kühlmittelmantelraum (18) von gegossenen Wandungsflächen (20, 22) der Zylinderrohrwandung (14, 15) und der Kühlmittelmantelwandung (16) gebildet wird, die von der Deckfläche (19) (Zylinderkopfsitzfläche) betrachtet hinterschnittfrei sind, und

    daß Brückenelemente (23 bis 28) in den Kühlmittelmantelraum (18) eingebracht sind, die die Zylinderrohrwandung (14, 15) und die Kühlmittelmantelwandung (16) bereichsweise miteinander verbinden und Kühlmittelübertrittsöffnungen (26 bis 42) freilassen.
  2. 2. Gußteil in Form eines Zylinderkurbelgehäuses (11) oder eines Zylinderrohrteils mit einer oder mehreren Zylinderbohrungen (12, 13) und einem Kühlmittelmantelraum (18), der die Zylinderbohrungen (12, 13) im wesentlichen konzentrisch umgibt und von einer Zylinderrohrwandung (14, 15) und einer Kühlmittelmantelwandung (16) gebildet wird und an einer Deckfläche (19) (Zylinderkopfsitzfläche) zumindest teilweise abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Kühlmittelmantelraum (18) von gegossenen Wandungsflächen (20, 22) der Zylinderrohrwandung (14, 15) und der Kühlmittelmantelwandung (16) gebildet wird, die von der Deckfläche (19) (Zylinderkopfsitzfläche) betrachtet hinterschnittfrei sind, und

    daß Brückenelemente (23 bis 28) in den Kühlmittelmantelraum (18) eingebracht sind, die die Zylinderrohrwandung (14, 15) und die Kühlmittelmantelwandung (16) umlaufend miteinander verbinden und den Kühlmittelmantelraum (18) an der Deckfläche (19) vollständig abschließen.
  3. 3. Gußteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenelemente (23, 24) aus eingeschweißten Formteilen (31) bestehen.
  4. 4. Gußteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenelemente aus eingeklebten Formteilen bestehen.
  5. 5. Gußteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenelemente aus verkeilten Formteilen bestehen.
  6. 6. Gußteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenelemente aus eingeschrumpften Formteilen bestehen.
  7. 7. Gußteil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile (31) auf Absätzen (30, 32) in den Wandungsflächen (20, 22) aufliegen.
  8. 8. Gußteil nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile in in Radialrichtung hinterschnittene Ausnehmungen in den Wandungen (14, 15, 16) eingreifen.
  9. 9. Gußteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenelemente (25, 26) im wesentlichen aus Schweißgut bestehen.
  10. 10. Gußteil nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8 mit zusammengegossenen Zylinderrohren, bei dem jeweils zwei benachbarte Zylinderbohrungen (12, 13) von einem gemeinsamen Zylinderrohrwandungsabschnitt (17) begrenzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Brückenelemente (27, 28) an dem gemeinsamen Rohrwandungsabschnitt (17) beidseitig ansetzen.
  11. 11. Verfahren zur Herstellung eines Gußteils in Form eines Zylinderkurbelgehäuses (11) oder eines Zylinderrohrteils mit einer oder mehreren Zylinderbohrungen (12, 13) und einem Kühlmittelmantelraum (18), der die Zylinderbohrungen (12, 13) im wesentlichen konzentrisch umgibt und von einer Zylinderrohrwandung (14, 15) und einer Kühlmittelmantelwandung (16) gebildet wird und an einer Deckfläche (19) (Zylinderkopfsitzfläche) zumindest teilweise abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelmantelraum (18) mit Wandungsflächen (20, 22) der Zylinderrohrwandung (14, 15) und der Kühlmittelmantelwandung (16) gegossen wird, die von der Deckfläche (19) (Zylinderkopfsitzfläche) betrachtet hinterschnittfrei sind, und anschließend Brückenelemente eingefügt werden, die die Zylinderrohrwandung (14, 15) und die Kühlmittelmantelwandung (16) bereichsweise miteinander verbinden und Kühlmittelübertrittsöffnungen (36 bis 42) freilassen.
  12. 12. Verfahren zur Herstellung eines Gußteils in Form eines Zylinderkurbelgehäuses (11) oder eines Zylinderrohrteils mit einer oder mehreren Zylinderbohrungen (12, 13) und einem Kühlmittelmantelraum (18), der die Zylinderbohrungen (12, 13) im wesentlichen konzentrisch umgibt und von einer Zylinderrohrwandung (14, 15) und einer Kühlmittelmantelwandung (16) gebildet wird und an einer Deckfläche (19) (Zylinderkopfsitzfläche) zumindest teilweise abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelmantelraum (18) mit Wandungsflächen (20, 22) der Zylinderrohrwandung (14, 15) und der Kühlmittelmantelwandung (16) gegossen wird, die von der Deckfläche (19) (Zylinderkopfsitzfläche) betrachtet hinterschnittfrei sind, und anschließend Brückenelemente eingefügt werden, die die Zylinderrohrwandung (14, 15) und die Kühlmittelmantelwandung (16) umlaufend miteinander verbinden und den Kühlmittelmantelraum (18) an der Deckfläche (19) vollständig abschließen.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußteil im Druckgußverfahren erzeugt wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einfügen der Brückenteile am Gußteil haftendes Formtrennmittel zumindest im Bereich der Brückenteile entfernt werden.






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