AT3140U1

AT3140U1 - Kurbelgehäuse für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT3140U1
Application number: AT0072698U
Authority: AT
Inventors: Ugur Dipl Ing Ergezen; Leopold Buchriegler
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 1999-10-25
Also published as: US6237558B1; DE19952845A1; DE19952845C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse (1) für eine Brennkraftmaschine, mit Hauptlagerstühle (8) umfassenden Hauptlagerwänden (5) und schürzenartig verlängerten Seitenwänden (11), wobei jeder Hauptlagerstuhl (8) seitlich gegenüber den Innenflächen (11a) der Seitenwände (11) zumindest teilweise durch eine Ausnehmung (10) freigestellt ist. Um kritische Spannungen im Bereich des Hauptlagerstuhles (8) zu vermeiden, ist vorgesehen, daß die Ausnehmung (10) zumindest abschnittsweise eine gekrümmte Profillinie (110) aufweist, deren Krümmung von der Seitenfläche (8a) des Lagerstuhles (8) zur Innenfläche (11a) der Seitenwand (11) hin stetig zunimmt.

Description

AT 003 140 Ul

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine, mit Hauptlagerstühle umfassenden Hauptlagerwänden und schürzenartig verlängerten Seitenwänden, wobei jeder Hauptlagerstuhl seitlich gegenüber den Innenflächen der Seitenwände zumindest teilweise durch eine Ausnehmung freigestellt ist.

Aus der AT 398 608 B ist ein Kurbelgehäuse bekannt, bei welchem die Hauptlagerstühle durch entlang den Rippen des Kurbelgehäuses verlaufende Ausnehmungen teilweise freigestellt sind, so daß eine Weiterleitung von Deformationen und der Gas- und Massenkräften an die Seitenwände des Kurbelgehäuses unterbunden wird. Die Ausnehmungen weisen dabei im Bereich der tiefsten Stelle eine konstante Krümmung auf. Dies hat allerdings den Nachteil, daß Spannungsspitzen zufolge der Kräfte der Lagerschrauben und der Gaskraft sich in einem Punkt der Ausnehmung überlagern, so daß es zu kritischen Spannungszuständen kommen kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und bei einem Kurbelgehäuse der eingangs genannten Art die durch mechanische Belastung auftretenden Spannungen zu vermindern.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, daß die Ausnehmung zumindest abschnittsweise eine gekrümmte Profillinie aufweist, deren Krümmung von einem inneren Abschnitt im Bereich der Seitenfläche des Hauptlagerstuhles zu einem äußeren Abschnitt im Bereich der Innenfläche der Seitenwand hin stetig zunimmt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Profillinie in zumindest einem Bereich maximaler mechanischer Spannung, verursacht etwa durch im wesentlichen in Richtung der Zylinderachse wirkende Gaskräfte und/oder Montagekräfte der Hauptlagerschrauben, einen größeren Krümmungsradius aufweist, als in mechanisch geringer beanspruchten Bereichen. Berechnungen haben gezeigt, daß es auf diese Weise gelingt, kritische Spannungsspitzen zufolge Überlagerung von Spannungen aus Montagekräften und Gaskräften zu vermindern. Während die spannungskritischen Zonen mit möglichst großem Krümmungsradius ausgebildet sind, können weniger kritische Bereiche mit geringerem Krümmungsradius geformt sein.

Um trotz möglichst geringer mechanischer Belastung die Breite der Ausnehmungen so gering wie möglich zu halten, ist vorgesehen, daß die Profillinie in einem Bereich auf der Seite des Hauptlagerstuhles einen größeren Krümmungsradius aufweist, als im Bereich einer Innenfläche einer Seitenwand. Die Profillinie kann dabei ihren kleinsten Krümmungsradius im Bereich der größten Tiefe der Ausnehmung aufweisen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß sich die Profillinie der Ausnehmung im Bereich der größten Tiefe aus zumindest zwei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien zusammensetzt, wobei der an die Innenfläche anschließende Kreisbogen den geringsten Radius aufweist. In Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß sich die Profillinie aus zumindest drei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien zusammensetzt. 2 AT 003140 Ul

Es hat sich gezeigt, daß kritische Spannungsspitzen optimal reduziert werden können, wenn die Profillinie zumindest abschnittsweise durch einen Kegelschnitt gebildet ist. Als Kegelschnitt kommen dabei Ellipsen, Hyperbeln und Parabeln in Frage. Der Kegelschnitt kann dabei auch durch Kreise angenähert sein, wobei Korbbögen beispielsweise eine Ellipse annähem können. Bei kurzhubigen Brennkraftmaschinen mit geringer Kurbelgehäusebreite ist es besonders vorteilhaft, wenn die Hauptachse des Kegelschnittes einen Winkel von etwa 0° ± 60°, vorzugsweise von etwa 0° ± 30°, einschließt, wobei vorzugsweise ein auf der Hauptachse liegender Scheitelpunkt des Kegelschnittes im oder nahe dem Bereich der größten Tiefe der Ausnehmung, besonders vorzugsweise auf der Seite des äußeren Abschnittes liegt.

Wird die Profillinie zumindest abschnittsweise durch eine Ellipse gebildet, so entspricht vorzugsweise der Krümmungsradius des inneren Abschnittes der Profillinie dem Krümmungsradius der Ellipse im Bereich einer kleinen Halbachse.

In einer anderen sehr spannungsarmen Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die Profillinie zumindest abschnittsweise durch eine Spirale oder eine Evolvente gebildet ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse in einem Schnitt durch einen Zylinder und Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1.

Das Kurbelgehäuse 1 einer Brennkraftmaschine umfaßt den Zylinderteil 2 für ein oder mehrere Zylinder 3, welche von einem Kühlwassermantel 4 umgeben sind, sowie die Hauptlagerwände 5, in welchen die Kurbelwellen-Hauptlager 6 angeordnet sind. Mit 3a sind die Zylinderachsen, und mit 6a die Kurbelwellenachse bezeichnet.

Mit Bezugszeichen 9 sind Bohrungen für Lagerschrauben zur Befestigung von nicht weiter dargestellten Hauptlagerbügeln an den Hauptlagerstühlen 8 angedeutet.

Die einteilig mit dem Kurbelgehäuse 1 ausgebildeten Hauptlagerstühle 8 sind durch Ausnehmungen 10 gegenüber den schürzenartigen Seitenwänden 11 des Kurbelgehäuses 1 freige-stellt. Zur Strukturversteifung bilden die Seitenwände 11 im Bereich der Hauptlagerwände 5 im wesentlichen in Richtung der Zylinderachse 3a ausgebildete Rippen 12 aus.

Um die Biegespannungen im Bereich der Ausnehmungen 10 so gering wie möglich zu halten und eine kritische Überlagerung von Spannungsspitzen zufolge der Montagekraft der Lagerschrauben einerseits und der Gaskräfte andererseits zu vermeiden, sind die Ausnehmungen 10 im Bereich 13 der größten Tiefe T mit einer stetig von einem inneren Abschnitt 113 zu einem äußeren Abschnitt 112 zunehmenden Krümmung ausgeführt. Im einfachsten Fall kann die Profillinie 110 der Ausnehmungen 10 im Bereich 13 durch zwei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien r„ r2 gebildet werden, wobei der Radius r, im Bereich der Innenfläche 11a der Seitenwände 11 des Kurbelgehäuses 1 kleiner ist als der Radius r2 im Bereich der Seitenflächen 8a der Hauptlagerstühle 8.

Der mechanisch am stärksten beanspruchte Bereich der Ausnehmung 10 auf der Seite des Hauptlagerstuhles 8 weist den größten Krümmungsradius r2 auf. Im Bereich der Innenflächen 1 la der Seitenwände 11 des Kurbelgehäuses 1 treten eher geringere Spannungen auf, so daß 3 AT 003 140 Ul die Ausnehmung 10 auf der Seite der Innenflächen 11a mit geringeren Krümmungsradius r, ausgefiihrt sein kann, um die Breite der Ausnehmung 10 so gering wie möglich zu halten. Zwischen den Radien r, und r, ist ein Übergangsbereich mit dem Radius r3 ausgebildet.

Die Profillinie 110 der Ausnehmung 10 kann zumindest teilweise durch eine Kegelschnittfigur aus der Gruppe Ellipse, Hyperbel und Parabel gebildet werden. Daneben sind auch andere geometrische Kurven, wie Spiralen oder Evolventen möglich. Es ist auch denkbar, die Kegeischnittfigur durch Kreisbögen, beispielsweise durch Korbbögen, anzunähem.

In Fig. 2 ist beispielsweise eine einen Teil der Profillinie 110 ausbildende Ellipse 114 eingezeichnet, deren Hauptachse 115 zur Zylinderachse 3a bzw. einer Parallelen 3b zur Zylinderachse 3a einen Winkel α zwischen 0° und 90° einschließen kann. Bei Brennkraftmaschinen mit kleinem Hub und schmaler Bauweise ist es günstig, wenn der Winkel α etwa 0° ± 60°, vorzugsweise 0° ± 30° beträgt, wobei der auf der Hauptachse 115 liegende Scheitelpunkt 116 der Ellipse 114 im Bereich der inneren Seitenfläche 11a der Seitenwand 11 liegt. Der kleinste Radius r, der Profillinie 110 befindet sich somit im Bereich der großen Hauptachse 115 der Ellipse 114, der größte Radius r2 im Bereich einer kleinen Halbachse 117.

Dadurch gelingt es, die Spannungsspitzen, die durch Montagekräfte der Lagerschrauben und durch die Gaskräfte entstehen, zu entkoppeln, so daß eine örtliche Überbelastung vermieden werden kann. 4

Claims

AT 003 140 Ul ANSPRÜCHE 1. Kurbelgehäuse (1) für eine Brennkraftmaschine, mit Hauptlagerstühle (8) umfassenden Hauptlagerwänden (5) und schürzenartig verlängerten Seitenwänden (11), wobei jeder Hauptlagerstuhl (8) seitlich gegenüber den Innenflächen (11a) der Seitenwände (11) zumindest teilweise durch eine Ausnehmung (10) freigestellt ist, dadurch gekennzeichnet. daß die Ausnehmung (10) zumindest abschnittsweise eine gekrümmte Profillinie (110) aufweist, deren Krümmung von einem inneren Abschnitt (113) im Bereich der Seitenfläche (8a) des Hauptlagerstuhles (8) zu einem äußeren Abschnitt (112) im Bereich der Innenfläche (11a) der Seitenwand (11) hin stetig zunimmt.
2. Kurbelgehäuse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie (110) in zumindest einem Bereich maximaler mechanischer Spannung, verursacht etwa durch im wesentlichen in Richtung der Zylinderachse (3a) wirkende Gaskräfte und/oder Montagekräfte der Hauptlagerschrauben, einen größeren Krümmungsradius (r2, r3) aufweist, als in mechanisch geringer beanspruchten Bereichen.
3. Kurbelgehäuse (1) ach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie (110) zumindest abschnittsweise durch eine Spirale oder eine Evolvente gebildet ist.
4. Kurbelgehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie (110) zumindest abschnittsweise durch einen Kegelschnitt gebildet oder einem Kegelschnitt angenähert ist.
5. Kurbelgehäuse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelschnitt durch Kreisbögen angenähert ist, wobei vorzugsweise eine Ellipse (114) durch Korbbögen angenähert ist.
6. Kurbelgehäuse (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie (110) zumindest abschnittsweise durch eine Ellipse (114) gebildet ist, wobei vorzugsweise der Krümmungsradius (r2) des inneren Abschnittes (113) der Profillinie (110) dem Krümmungsradius der Ellipse (114) im Bereich einer kleinen Halbachse (117) entspricht.
7. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie (110) in einem Bereich auf der Seite des Hauptlagerstuhles (8) einen größeren Krümmungsradius (r2) aufweist, als im Bereich einer Innenfläche (11a) einer Seitenwand (Π)·
8. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Profillinie (110) ihren kleinsten Krümmungsradius (r,) im Bereich (13) der größten Tiefe (T) der Ausnehmung (10) aufweist.
9. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse (115) des Kegelschnittes mit einer Parallelen (3b) zur Zylinderachse (3a) einen Winkel (a) von etwa 0° ± 60°, vorzugsweise von etwa 0° ± 30°, einschließt, wobei vorzugsweise ein auf der Hauptachse (115) liegender Scheitelpunkt (116) des Kegel- 5 AT 003140 Ul Schnittes im oder nahe dem Bereich des Scheitelabschnittes (111) der Profillinie (110), besonders vorzugsweise auf der Setie des äußeren Abschnittes (113) liegt.
10. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Profillinie (110) der Ausnehmung (10) im Bereich (13) der größten Tiefe (T) aus zumindest zwei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien (r,, r3) zusammensetzt, wobei der an die Innenfläche (11a) anschließende Kreisbogen den geringsten Radius (r,) aufweist.
11. Kurbelgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Profillinie (110) aus zumindest drei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien (r,, r2, r3) zusammensetzt. 6