DE102006033329A1

DE102006033329A1 - Kurbelwellenlager einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006033329A1
Application number: DE200610033329
Authority: DE
Inventors: Jens Fronemann; Walter Heubach
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-07-20
Also published as: DE102006033329B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kurbelwellenlager einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei durch mindestens eine Lagerschraube verbundenen Lagerabschnitten, von denen mindestens einer der Lagerabschnitte eine Kurbelgehäuse aufweist und mindestens einer der Lagerabschnitte als zusammengesetzter Lagerabschnitt ausgebildet ist, der mindestens ein in seinem Grundteil eingegossenes Einlegteil aufweist. Es ist vorgesehen, dass das eingegossene Einlegteil (8) durch ein separates Befestigungsteil (28) kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Grundteil (6) verspannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelwellenlager einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei durch mindestens eine Lagerschraube verbundenen Lagerabschnitten, von denen mindestens einer der Lagerabschnitte ein Kurbelgehäuse aufweist und mindestens einer der Lagerabschnitte als zusammengesetzter Lagerabschnitt ausgebildet ist, der mindestens ein in seinem Grundteil eingegossenes Einlegteil aufweist.
Ein Kurbelwellenlager der eingangs genannten Art ist bekannt. Ein solches Lager besteht aus einem ein Kurbelgehäuse aufweisendem ersten Lagerabschnitt und einem zweiten, als Lagerdeckel ausgebildeten Lagerabschnitt, der auf dem das Kurbelgehäuse aufweisenden Lagerabschnitt aufgeschraubt ist. Beide Lagerabschnitte bestehen – zum Beispiel zur Gewichtsersparnis – ganz oder teilweise aus einem Leichtmetall. Um die mechanischen Eigenschaften des zusammengesetzten Lagerabschnitts bei weiterhin geringem Gewicht zu modifizieren, wird in das Grundteil ein Einlegteil aus einem anderen Werkstoff eingegossen, sodass ein zusammengesetzter Lagerabschnitt entsteht. Der zusammengesetzter Lagerabschnitt bildet zum Beispiel eine Grundplatte mit den Lagerdeckeln des Kurbelwellenlagers. Da bei einigen Materialkombinationen unterschiedlicher Werkstoffe untereinander keine Verbindung möglich ist, sind das Grundteil und das Einlegteil in ihren Grenzbereichen mit ineinandergreifenden Vorsprüngen und Ausnehmungen versehen, die für einen Formschluss zwischen Grundteil und Einlegteil sorgen. Diese Ausbildung des Lagerdeckels hat jedoch den Nachteil, dass es durch Vibrationen und/oder durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Grundteils und des Einlegteils zu einem Ablösen des Einlegteils vom umgebenden Grundteil kommt und somit das Kurbelwellenlager in seiner Festigkeit und Steifigkeit den Belastungen nicht mehr gerecht wird. Da das Grundteil das Einlegteil hauptsächlich entlang der Ausrichtung seiner Lagerteilungsebene umgibt, die quer zur den Verbindungskräften der Lagerabschnitte verläuft, wird bei einem Ablösen des Grundteils vom Einlegteil insbesondere das Einleiten von Querkräften in das Grundteil verhindert.
Zur Unterstützung eines einteiligen Lagerdeckels ohne Grundteil ist aus der DE 195 26 890 A1 eine quer zu den Lagerschrauben verlaufende Querschraube bekannt, die eine Druckkraft auf den Lagerdeckel ausübt und so die auf den Lagerdeckel einwirkenden Querkräfte in eine Schürze des Kurbelwellengehäuses einleitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einwirkende Kräfte auf das Einlegteil eines zusammengesetzten Lagerabschnitts in das umgebende Grundteil einzuleiten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass das eingegossene Einlegteil durch ein separates Befestigungsteil kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Grundteil verspannt ist. Unter einem separaten Befestigungsteil ist ein zusätzliches Befestigungsteil zu verstehen, das unabhängig von der Wirkung der Lagerschrauben und einer Ausbildung einer Ausnehmungs-Hintergriff-Struktur zwischen Grundteil und Einlegteil wirken kann. Das separate Befestigungsteil ist zum Beispiel ein Klemmteil, dass das Einlegteil und das Grundteil durch Druckkräfte oder Zugkräfte kraftschlüssig verspannt. Durch dieses Verspannen können einwirkende Kräfte auf das Einlegteil eines zusammengesetzten Lagerabschnitts in das umgebende Grundteil eingeleitet werden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Verspannen des Einlegteils und des Grundteils quer zu einer Längsachse der Lagerschraube erfolgt. Die Lagerschrauben sind weitgehend senkrecht auf einer Lagerteilungsebene ausgerichtet, die durch die beiden Lagerabschnitte gebildet wird. Bei dem zusammengesetzten Lagerabschnitt ist das als Lagerdeckel ausgebildete Einlegteil in einem als Rahmen (Bedplate) ausgebildeten Grundteil eingegossen, wobei das Einlegteil insbesondere bezüglich der zu einer Lagerteilungsebene parallelen Richtungen umgeben ist. Um die Verbindung der somit nebeneinander angeordneten Bereiche des Einlegteils und Grundteils zu erhöhen und um eine permanente Krafteinleitung vom Einlegteil in das Grundteil zu ermöglichen, erfolgt das Verspannen quer zur Längsachse der Lagerschrauben.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das separate Befestigungsteil durch mindestens eine Schraube, insbesondere eine quer zu der Lagerschraube verlaufende Querschraube, ausgebildet ist. Das kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verspannen von Einlegteil und Grundteil erfolgt dabei durch ein direktes Verschrauben dieser beiden Teile. Hierzu ist die Schraube durch einen Kanal innerhalb des Grundteils bis zum Einlegteil geführt, stützt sich einerseits mit ihrem Schraubenkopf an einer Außenseite des Grundteils ab und ist mit ihrem dem Schraubenkopf gegenüberliegenden Ende im Einlegteil verschraubt. Diese Verschraubung sorgt für die kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verspannung. Ist die Schraube quer zu den Lagerschrauben ausgerichtet, so handelt es sich um eine Querschraube, die für eine Querverschraubung des Einlegteils und des Grundteils des zusammengesetzten Lagerabschnitts sorgt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einlegteil und das Grundteil des zusammengesetzten Lagerabschnitts mindestens eine formschlüssig ineinandergreifende Ausnehmungs-Vorsprung-Struktur ausbilden. Dazu sind die jeweiligen Seitenflächen des Einlegteils und des Grundteils profiliert mit ineinander greifenden Vorsprüngen und Ausnehmungen vorgesehen, die zum Beispiel eine zahnähnliche Struktur in einem Grenzbereich bilden und für ein Ineinandergreifen der Zähne wie bei einem Reißverschluss sorgen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Lagerschraube quer durch die Ausnehmungs-Vorsprung-Struktur verläuft, wobei mindestens ein Axialabschnitt dieser Lagerschraube vollständig von der Ausnehmungs-Vorsprung-Struktur umgeben ist. Bei diesem Durchgreifen kann es durch die Klemmwirkung zwischen den im Kurbelgehäuse verschraubten Teil der Lagerschraube und dem Schraubenkopf bei hinreichender Elastizität des Einlegteils und des Grundteils zu einer kraftschlüssigen Verspannung zwischen Einlegteil und Grundteil kommen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass sich der zusammengesetzte Lagerabschnitt mit seinem Einlegteil im Bereich eines Lagerstuhls gegen den anderen Lagerabschnitt abstützt. Dabei kann das Einlegteil den Lagerstuhl mitbilden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Grundteil und das Kurbelgehäuse aus einem ersten Material, insbesondere einem Leichtmetall, bestehen. Sind das Grundteil und das Kurbelgehäuse aus dem gleichen Material gefertigt, so weisen beide Lagerabschnitte auch gleiche Materialeigenschaften, wie zum Beispiel einen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, auf. Werden die Grundteile insbesondere aus Leichtmetall gefertigt, so ergibt sich ein relativ geringes Gewicht des Kurbelwellenlagers.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das Einlegteil aus einem zweiten Material, insbesondere einem Eisenmetall, besteht. Durch die Verwendung eines Einlegteils aus einem Eisenmetall kann das Einlegteil in das Grundteil aus Leichtmetall eingegossen werden. Durch die Wahl dieser Werkstoffe für das Grundteil und das Einlegteil wird eine hohe Festigkeit und Steifigkeit des zusammengesetzten Lagerabschnitts bei geringem Gewicht erreicht.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das erste Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist. Aluminium oder auf Aluminiumlegierungen sind besonders leichte und in der Bearbeitung gut handhabbare Metalle.
Alternativ ist vorgesehen, dass das erste Material Magnesium oder eine Magnesiumlegierung ist. Magnesium oder auf Magnesiumlegierungen sind besonders leichte Metalle.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das zweite Material einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das erste Material. Durch eine entsprechende Materialkombination aus erstem und zweitem Material lässt sich ein gleichbleibend gutes Lagerspiel erreichen. Das zweite Material ist insbesondere ein Eisenmetall (Blockgussmaterial, Sinterstahl).
Insbesondere ist vorgesehen, dass das zweite Material ein höheres Elastizitätsmodul aufweist als das erste Material. Durch die Verwendung eines zweiten Materials mit höherem Elastizitätsmodul wird eine höhere Steifigkeit erreicht. Das zweite Material ist dazu insbesondere ein Eisenmetall.
Schließlich ist vorgesehen, dass das Einlegteil – zumindest teilweise – in das Grundteil aufgenommen ist. Da bei einigen Materialkombinationen unterschiedlicher Werkstoffe untereinander keine Verbindung möglich ist, ist das Einlegteil – zumindest teilweise – in das Grundteil aufgenommen.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert und zwar zeigt:
1 ein nicht erfindungsgemäßes Kurbelwellenlager einer Brennkraftmaschine in einer Schnittdarstellung und
2 ein erfindungsgemäßes Kurbelwellenlager einer Brennkraftmaschine in Schnittdarstellung.
Die 1 zeigt einen Teil einer Brennkraftmaschine 1 bestehend aus einem ersten Lagerabschnitt 2 und einem zweiten Lagerabschnitt 3, der als zusammengesetzter Lagerabschnitt 4 ausgebildet ist. Der zusammengesetzte Lagerabschnitt 4 weist ein als Bedplate 5 ausgebildetes Grundteil 6 und ein als Lagerdeckel 7 ausgebildetes Einlegteil 8 auf. Zwischen den Lagerabschnitten 2, 3 ist im Bereich eines Lagerstuhls (Lagersitz) eine Lagerbohrung 9 ausgebildet, die von einem Kurbelgehäuse 10 des ersten Lagerabschnitts 2 und dem Einlegteil 8 des zweiten Lagerabschnitts 3 gebildet wird. Der zweite Lagerabschnitt 3 wird im Bereich des Einlegteils 8 über Lagerschrauben 11, 12 am ersten, gehäusefesten Lagerabschnitt 2 lösbar gehalten. Dazu durchgreift jede der Lagerschrauben 11, 12 einen Kanal 13 innerhalb des Einlegteils 8 bis zur Lagerteilungsebene 14, stützt sich einerseits mit ihrem jeweiligen Schraubenkopf 15, 16 an einer Außenseite 17 des Einlegteils 8 ab und ist mit ihrem, dem jeweiligen Schraubenkopf 15, 16 gegenüberliegenden Ende 17, 18 im ersten Lagerabschnitt 2 verschraubt.
Das Grundteil 6 und das Kurbelgehäuse 10 sind aus einem ersten Material gefertigt, wobei das erste Material zur Gewichtsersparnis ein Leichtmetall, insbesondere eine Aluminiumlegierung oder eine Magnesiumlegierung beziehungsweise ein auf Aluminium oder Magnesium basierendes Material, ist. Das Einlegteil 8 und das Grundteil 6 des zusammengesetzten Lagerabschnitts 4 weisen in ihrem Grenzbereich 19 ineinandergreifende Ausnehmungs-Vorsprung-Strukturen 20 auf. Diese periodisch angeordneten Ausnehmungs-Vorsprung-Strukturen 20 bilden eine Zahnstruktur 21, die das Einlegteil 8 und das Grundteil 6 ineinander verzahnt, wodurch eine gewisse Festigkeit des zusammengesetzten Lagerabschnitts 4 gegeben ist. Das im Grundteil 6 des zweiten Lagerabschnitts 3 aufgenommene Einlegteil 8 ist aus einem zweiten Material gefertigt, das sich vom ersten Material der Grundteile 6, 10 unterscheidet. Das zweite Material des Einlegteils 8 besitzt insbesondere einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein höheres Elastizitätsmodul als das erste Material. Die Lagerschrauben 11, 12 sind mit ihrer jeweiligen Längsachse 22, 23 senkrecht auf der zwischen dem ersten Lagerabschnitt 2 und dem zweiten Lagerabschnitt 3 ausgebildeten Lagerteilungsebene 14 ausgerichtet. Das als Lagerdeckel 7 ausgebildete Einlegteil 8 ist in das als Bedplate 5 ausgebildete Grundteil 6 eingegossen, sodass das Einlegteil 8 formschlüssig – zumindest teilweise – im Grundteil 6 einliegt.
Durch die fehlende kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Grundteil 6 und dem Einlegteil 8 ist es über die Laufzeit der Brennkraftmaschine 1 möglich, dass sich das eingegossene Einlegteil 8 vom umgebenden Werkstoff des Grundteils 6 ablöst und somit der Lagerstuhl in Bezug auf Festigkeit und Steifigkeit den Belastungen nicht mehr gerecht wird.
Die 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Kurbelwellenlager 24 einer Brennkraftmaschine 1, das im Wesentlichen dem Kurbelwellenlager der 1 entspricht, sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Die Tiefe H der Ausnehmungs-Vorsprung-Strukturen 20 zwischen dem Grundteil 6 und dem Einlegteil 8 des zusammengesetzten Lagerabschnitts 4 ist deutlich größer als der Durchmesser D der Lagerschrauben 11, 12. Die Lagerschraube 12 verläuft mittig durch den Kanal 13 in der Ausnehmungs-Vorsprung-Struktur 14, wobei der Durchmesser D des Kanals 13 geringer ist als die Tiefe H der komplementär ausgebildeten Ausnehmungs-Vorsprung-Strukturen 20, sodass die quer durch die Ausnehmungs-Vorsprung-Strukturen 20 verlaufende Lagerschraube 12 in einem Axialabschnitt 25 vollständig von den Ausnehmungs-Vorsprung-Strukturen 20 umgeben ist. Bei hinreichend großer Elastizität des Materials des Einlegteils 8 kommt es im Bereich der Ausnehmungs-Vorsprung-Strukturen 20 zu einem kraftschlüssigen Verspannen. Zusätzlich werden das Einlegteil 8 und das Grundteil 6 durch eine senkrecht auf den Längsachsen 22, 23 verlaufenden, als Querschraube 26 ausgebildeten Schraube 27 (Spannschraube) kraft- und/oder formschlüssig verspannt. Die Schraube 27 ist ein separates Befestigungsteil 28. Dabei durchgreift die Schraube 27 durch eine Bohrung 29 im Grundteil 6 um mit seinem Außengewinde 30 in einem Innengewinde 31 des Einlegteils 8 verschraubt zu sein und sich gleichzeitig mit seinem Schraubenkopf 32 an der Seitenwand 33 des Grundteils 6 abzustützen. Durch die Querverschraubung mit dem als Querschraube 26 ausgebildeten Befestigungsteils 28 werden das Grundteil 6 und das Einlegteil 8 kraftschlüssig und/oder formschlüssig verspannt. Durch diese Verspannung werden die auf dem Einlegteil 8 einwirkenden Kräfte sicher über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine 1 in das umgebende Material des Grundteils 6 eingeleitet, wodurch die Brennkraftmaschine 1 eine höhere Betriebssicherheit erhält. Weiterhin werden Verformungen und Verzüge des Kurbelwellenlagers 24 durch die Betriebslasten reduziert, wodurch der Lagerstuhl deutlich steifer ist als ohne die zusätzliche kraft- und/oder formschlüssige Verspannung durch die Querverschraubung mittels des als Querschraube 26 ausgebildeten Befestigungsteils 28.

1: Brennkraftmaschine
2: Lagerabschnitt
3: Lagerabschnitt
4: zusammengesetzter Lagerabschnitt
5: Bedplate
6: Grundteil
7: Lagerdeckel
8: Einlegteil
9: Lagerbohrung
10: Kurbelgehäuse
11: Lagerschraube
12: Lagerschraube
13: Kanal
14: Lagerteilungsebene
15: Schraubenkopf
16: Außenseite
17: Ende
18: Ende
19: Grenzbereich
20: Ausnehmungs-Vorsprung-Struktur
21: Zahnstruktur
22: Längsachse
23: Längsachse
24: Kurbelwellenlager
25: Axialabschnitt
26: Querschraube
27: Schraube
28: Befestigungsteil
29: Bohrung
30: Außengewinde
31: Innengewinde
32: Schraubenkopf
33: Seitenwand
H: Tiefe
D: Durchmesser

Claims

Kurbelwellenlager einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei durch mindestens eine Lagerschraube verbundenen Lagerabschnitten, von denen mindestens einer der Lagerabschnitte ein Kurbelgehäuse aufweist und mindestens einer der Lagerabschnitte als zusammengesetzter Lagerabschnitt ausgebildet ist, der mindestens ein in seinem Grundteil eingegossenes Einlegteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das eingegossene Einlegteil (8) durch ein separates Befestigungssteil (28) kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Grundteil (6) verspannt ist.
Kurbelwellenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verspannen des Einlegteils (8) und des Grundteils (6) quer zu einer Längsachse (22, 23) der Lagerschraube (11, 12) erfolgt.
Kurbelwellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (28) durch mindestens eine Schraube (27), insbesondere eine quer zu der Lagerschraube (11, 12) verlaufende Querschraube (28), ausgebildet ist.
Kurbelwellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegteil (8) und das Grundteil (6) des zusammengesetzten Lagerabschnitts (4) mindestens eine formschlüssig ineinandergreifende Ausnehmungs-Vorsprung-Struktur (20) ausbilden.
Kurbelwellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschraube (11, 12) quer durch die Ausnehmungs-Vorsprung-Struktur (20) verläuft, wobei mindestens ein Axialabschnitt (25) dieser Lagerschraube (11) vollständig von der Ausnehmungs-Vorsprung-Struktur (14) umgeben ist.
Kurbelwellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zusammengesetzte Lagerabschnitt (4) mit seinem Einlegteil (8) im Bereich eines Lagerstuhls gegen den anderen Lagerabschnitt (2) abstützt.
Kurbelwellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundteil (6) und das Kurbelgehäuse (10) aus einem ersten Material, insbesondere einem Leichtmetall, bestehen.
Kurbelwellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegteil (8) aus einem zweiten Material, insbesondere einem Eisenmetall, besteht.
Kurbelwellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.
Kurbelwellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material Magnesium oder eine Magnesiumlegierung ist.
Kurbelwellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das erste Material.
Kurbelwellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein höheres Elastizitätsmodul aufweist als das erste Material.
Kurbelwellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegteil (8) – zumindest teilweise – in das Grundteil (6) aufgenommen ist.