DE102009041708A1

DE102009041708A1 - Schraubenpfeife für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, Zylinderkopf, Brennkraftmaschine und Fahrzeug sowie Verfahren zur Herstellung einer Schraubenpfeife

Info

Publication number: DE102009041708A1
Application number: DE200910041708
Authority: DE
Inventors: Jan Zimmermann
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2011-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraubenpfeife (1) für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, wobei die Schraubenpfeife (1) einen ersten Bereich (2) aufweist. Der erste Bereich (2) ist im Wesentlichen als ein erster Kegelstumpf (3) mit einer Grundfläche (4), einer Deckfläche (5) und einer Mantelfläche (6) ausgebildet. Der Winkel (α) zwischen der Deckfläche (5) und der Mantelfläche (6) beträgt weniger als 87°.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubenpfeife für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, einen Zylinderkopf mit einer derartigen Schraubenpfeife, eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubenpfeife.
Aus der DE 42 23 780 C2 ist eine Schraubverbindung für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei in einem Maschinengehäuse anordbare Schraubbolzen über Spannelemente unter Zwischenlage elastisch kegelig verformbarer Unterlegscheiben mit dem Zylinderkopf in Verbindung stehen. Dabei ist eine im Wesentlichen ebene Unterlegscheibe vorgesehen, der am Spannelement eine kegelförmige Anlagefläche mit einem zur ebenen Unterlegscheibe relativen Kegelneigungswinkel zwischen 5' (Minuten) und 50' (Minuten) und der am Zylinderkopf als Auflagefläche eine kegelförmige Vertiefung mit einem materialabhängig entsprechend angepassten Kegelneigungswinkel zugeordnet ist. Die kegelförmige Vertiefung weist eine dem Außendurchmesser der zunächst ebenen Unterlegscheibe überschreitende Abmessung derart auf, dass die Unterlegscheibe beim Schraubenanzug über die spannelementseitige Anlagefläche vom Schraubbolzen aus fortschreitend zum Umfangsrand hin beaufschlagt ist bis zur Anlage an Auflagefläche und Anlagefläche. Dadurch wird beim Schraubenanzug ein Mitdrehen der Unterlegscheibe vermieden und die zylinderkopfseitige Auflagefläche ist bei korrektem Schraubenanzug gleichmäßig gepresst.
Aus der EP 0 784 150 B1 ist ein Zylinderkurbelgehäuse einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine bekannt. Auf der dem Zylinderkopf zugewandten Seite des Zylinderkurbelgehäuses sind Schraubenpfeifen für die Schraubenanbindung des Zylinderkopfes angeordnet. Die Schraubenpfeifen nehmen dabei das Schraubengewinde auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schraubenpfeife für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubenpfeife anzugeben, die hinsichtlich Belastungs- und Fertigungseigenschaften verbesserte Eigenschaften aufweisen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Schraubenpfeife für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bereitgestellt, wobei die Schraubenpfeife einen ersten Bereich aufweist. Der erste Bereich ist im Wesentlichen als ein erster Kegelstumpf mit einer Grundfläche, einer Deckfläche und einer Mantelfläche ausgebildet. Der Winkel zwischen der Deckfläche und der Mantelfläche beträgt weniger als 87°.
Dabei ist der Winkel zwischen der Deckfläche und der Mantelfläche derjenige spitzwinklige Winkel, den die Normalenvektoren der Deckfläche und der Mantelfläche einschließen. Anders ausgedrückt beträgt der Winkel, den der Normalenvektor der Deckfläche und die Mantelfläche einschließen, mehr als 3°.
Unter der Grundfläche des Kegelstumpfes wird hier und im folgenden die größere der beiden Kreisflächen verstanden. Entsprechend ist die Deckfläche die kleinere der beiden Kreisflächen.
Die erfindungsgemäße Schraubenpfeife besitzt dadurch, dass sie in dem ersten Bereich im Wesentlichen als Kegelstumpf ausgebildet ist und dabei der Winkel zwischen der Deckfläche und der Mantelfläche weniger als 87° beträgt, den Vorteil, dass sich die Schraubenpfeife in Richtung auf die Grundfläche hin aufweitet, wodurch eine gleichmäßige Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften der Schraubenpfeife gewährleistet wird und die Flächenpressung unterhalb der vorgesehenen Auflagefläche einer Schraube, insbesondere eines Schraubenflansches, verbessert wird. Die Auflagefläche der Schraube wird dabei im Wesentlichen von der Grundfläche des ersten Kegelstumpfes gebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraubenpfeife weist die Schraubenpfeife einen zweiten, an den ersten Bereich angrenzenden Bereich auf. Der zweite Bereich ist im Wesentlichen als ein zweiter Kegelstumpf mit einer Grundfläche, einer Deckfläche und einer Mantelfläche ausgebildet. Dabei weist die Grundfläche des zweiten Kegelstumpfes gegenüber der Grundfläche des ersten Kegelstumpfes einen geringeren Durchmesser auf.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform weist die Schraubenpfeife einen zweiten, an den ersten Bereich angrenzenden Bereich auf, der im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist. Der zweite Bereich weist dabei gegenübender Grundfläche des ersten Kegelstumpfes einen geringeren Durchmesser auf.
Beide bevorzugte Ausführungsformen besitzen dadurch, dass sich der erste Bereich der Schraubenpfeife in Richtung auf die Deckfläche des ersten Kegelstumpfes hin verjüngt und der zweite Bereich im Wesentlichen als ein zweiter Kegelstumpf bzw. zylinderförmig ausgebildet ist und die Grundfläche des ersten Kegelstumpfes bzw. der Zylinder einen geringeren Durchmesser aufweisen, den Vorteil, dass ein verringerter Materialeinsatz für die Schraubenpfeife erforderlich ist und diese somit ein geringeres Gewicht aufweist.
Die Erfindung betrifft zudem einen Zylinderkopf, der zumindest eine Schraubenpfeife gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen und eine Schraube aufweist, wobei die zumindest eine Schraubenpfeife ein Durchgangsloch für die Schraube umschließt.
In einer Ausführungsform weist die Schraube einen Schraubenkopf auf, wobei der Schraubenkopf auf der Grundfläche des ersten Kegelstumpfes angeordnet ist. Wie bereits oben erläutert wird dadurch eine gleichmäßige Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften der Schraubenpfeife gewährleistet und die Flächenpressung unterhalb der Auflagefläche des Schraubenkopfes verbessert.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Schraubenkopf einen geringeren Durchmesser als die Grundfläche des ersten Kegelstumpfes auf.
Der Schraubenkopf kann unmittelbar auf der Grundfläche des ersten Kegelstumpfes angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass der Zylinderkopf weiterhin eine Unterlegscheibe aufweist, wobei die Unterlegscheibe zwischen dem Schraubenkopf und der Grundfläche des ersten Kegelstumpfes angeordnet ist. In einer weiteren Ausführungsform ist die Unterlegscheibe dabei gleitmittelbeschichtet.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen Zylinderkopf gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen. Aufgrund der speziellen Ausgestaltung der Schraubenpfeife mit dem ersten Bereich, der als erster Kegelstumpf ausgebildet ist, und dem zweiten Bereich, der als zweiter Kegelstumpf oder zylinderförmig ausgebildet ist, wobei die Grundfläche des zweiten Kegelstumpfes bzw. der Zylinder einen geringeren Durchmesser aufweisen, kann eine Versperrung von neben der Schraubenpfeife liegenden Fluidkanälen, wie beispielsweise Ölrückläufen, sowie von Leitungen der Kurbelgehäusegase und von Kühlwasserräumen verringert werden, wodurch eine verbesserte Leistung der Brennkraftmaschine erreicht werden kann.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, aufweisend eine Brennkraftmaschine gemäß der genannten Ausführungsformen. Das Fahrzeug ist dabei in einer bevorzugten Ausführungsform ein Kraftfahrzeug.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubenpfeife gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist. Es erfolgt ein Herstellen der Schraubenpfeife mittels eines Gussverfahrens in einer Gussform, wobei die Gussform zumindest eine Ziehschräge aufweist. Zudem erfolgt ein Entfernen der Gussform. Der Winkel zwischen der Deckfläche und der Mantelfläche des ersten Kegelstumpfes ist dabei mittels der zumindest einen Ziehschräge festgelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt dadurch, dass der Winkel zwischen der Deckfläche und der Mantelfläche mittels der Ziehschräge festgelegt ist, den Vorteil, dass eine besonders einfache Herstellung der Schraubenpfeife ermöglicht und somit die Fertigung verbessert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Gussform eine verlorene Form. Das Gussverfahren kann dabei ein Sandgussverfahren sein.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Gussform eine Dauerform.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
Dazu zeigt 1 einen schematischen Querschnitt einer Schraubenpfeife 1 sowie einer Schraube 12 für einen nicht näher dargestellten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Schraubenpfeife 1 weist einen ersten Bereich 2 auf, wobei der erste Bereich 2 im Wesentlichen als ein erster Kegelstumpf 3 mit einer Grundfläche 4, einer Deckfläche 5 und einer Mantelfläche 6 ausgebildet ist. Der Winkel α zwischen der Deckfläche 5 und der Mantelfläche 6 beträgt dabei weniger als 87°. Der Winkel α ist dabei derjenige spitzwinklige Winkel, den die Normalenvektoren der Deckfläche 5 und der Mantelfläche 6 einschließen. Somit beträgt der dazu komplementäre Winkel β, den der Normalenvektor der Deckfläche 5 mit der Mantelfläche 6 einschließt, mehr als 3°.
Die Schraubenpfeife 1 weist zudem einen zweiten, an den ersten Bereich 2 angrenzenden Bereich 7 auf. Der zweite Bereich 7 ist als ein zweiter Kegelstumpf 8 mit einer Grundfläche 9, einer Deckfläche 10 und einer Mantelfläche 11 ausgebildet. Die Grundfläche 9 des zweiten Kegelstumpfes 8 weist dabei einen Durchmesser d_G2 auf, der geringer als der Durchmesser d_G1 der Grundfläche 4 des ersten Kegelstumpfes 3 ist.
In der gezeigten Ausführungsform ist der Durchmesser d_D1 der Deckfläche 5 des ersten Kegelstumpfes 3 im Wesentlichen gleich dem Durchmesser d_D2 der Deckfläche 10 des zweiten Kegelstumpfes 8. Die Deckfläche 5 des ersten Kegelstumpfes 3 ist dabei auf der Deckfläche 10 des zweiten Kegelstumpfes 8 angeordnet, wodurch eine Trennebene 14 gebildet wird. Die Trennebene 14 legt während der Herstellung der Schraubenpfeife 1 die Ebene für die Ziehschrägen einer Gussform, mittels derer die Schraubenpfeife 1 hergestellt wird, fest.
Die Schraube 12, von der in 1 lediglich ein Schraubenkopf 13 gezeigt ist, wird mittels eines nicht dargestellten Gewindes befestigt. Die Schraubenpfeife 1 umschließt dabei ein Durchgangsloch für die Schraube 12.
Der Schraubenkopf 13 ist auf der Grundfläche 4 des ersten Kegelstumpfes 3 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform weist der Schraubenkopf 13 dazu einen Flansch 15 auf, der unmittelbar auf der Grundfläche 4 des ersten Kegelstumpfes 3 angeordnet ist. In einer weiteren Ausführungsform ist eine Unterlegscheibe zwischen dem Schraubenkopf 13 und der Grundfläche 4 des ersten Kegelstumpfes 3 angeordnet. Die Unterlegscheibe kann zudem gleitmittelbeschichtet sein.
Der Schraubenkopf 13 weist einen geringeren Durchmesser als die Grundfläche 4 des ersten Kegelstumpfes 3 auf. In der gezeigten Ausführungsform weist dabei insbesondere der Flansch 15 einen Durchmesser d_SK auf, der geringer als der Durchmesser d_G1 der Grundfläche 4 des ersten Kegelstumpfes 3 ist.
Die Flächenpressung unterhalb der Auflage des Flansches 15 der Schraube 12 ist häufig kritischer als die Druckspannung innerhalb der Schraubenpfeife 1. Um eine gleichmäßige Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften zu gewährleisten wird erfindungsgemäß die Schraubenpfeife 1 im oberen Bereich in Form des ersten Bereichs 2 kegelig aufgeweitet. Diese kegelige Aufweitung wird dabei unter Ausnutzung bzw. Vergrößerung der in dem Herstellungsverfahren vorhandenen Ziehschrägen ausgeführt. Vorteilhaft ist das geringere Gewicht der Schraubenpfeife 1 und der verringerte Materialeinsatz sowie die verringerte Versperrung der neben der Schraubenpfeife 1 liegenden, nicht dargestellten Fluidkanäle, wie beispielsweise Ölrückläufen, sowie von nicht näher dargestellten Leitungen der Kurbelgehäusegase und von Kühlwasserräumen, was zu einer verbesserten Leistung führen kann.
Bezugszeichenliste

1: Schraubenpfeife
2: erster Bereich
3: erster Kegelstumpf
4: Grundfläche
5: Deckfläche
6: Mantelfläche
7: zweiter Bereich
8: zweiter Kegelstumpf
9: Grundfläche
10: Deckfläche
11: Mantelfläche
12: Schraube
13: Schraubenkopf
14: Trennebene
15: Flansch
α: Winkel
β: Winkel
dG1: Durchmesser
dD1: Durchmesser
dG2: Durchmesser
dD2: Durchmesser
dSK: Durchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4223780 C2 [0002]
EP 0784150 B1 [0003]

Claims

Schraubenpfeife für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, wobei die Schraubenpfeife (1) einen ersten Bereich (2) aufweist, wobei der erste Bereich (2) im Wesentlichen als ein erster Kegelstumpf (3) mit einer Grundfläche (4), einer Deckfläche (5) und einer Mantelfläche (6) ausgebildet ist und wobei der Winkel (α) zwischen der Deckfläche (5) und der Mantelfläche (6) weniger als 87° beträgt.
Schraubenpfeife nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenpfeife (1) einen zweiten, an den ersten Bereich (2) angrenzenden Bereich (7) aufweist, wobei der zweite Bereich (7) im Wesentlichen als ein zweiter Kegelstumpf (8) mit einer Grundfläche (9), einer Deckfläche (10) und einer Mantelfläche (11) ausgebildet ist und wobei die Grundfläche (9) des zweiten Kegelstumpfes (8) gegenüber der Grundfläche (4) des ersten Kegelstumpfes (3) einen geringeren Durchmesser aufweist.
Schraubenpfeife nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenpfeife (1) einen zweiten, an den ersten Bereich (2) angrenzenden Bereich aufweist, wobei der zweite Bereich im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und gegenüber der Grundfläche (4) des ersten Kegelstumpfes (3) einen geringeren Durchmesser aufweist.
Zylinderkopf aufweisend zumindest eine Schraubenpfeife (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und eine Schraube (12), wobei die zumindest eine Schraubenpfeife (1) ein Durchgangsloch für die Schraube (12) umschließt.
Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (12) einen Schraubenkopf (13) aufweist, wobei der Schraubenkopf (13) auf der Grundfläche (4) des ersten Kegelstumpfes (3) angeordnet ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (13) einen geringeren Durchmesser als die Grundfläche (4) des ersten Kegelstumpfes (3) aufweist.
Zylinderkopf nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (13) unmittelbar auf der Grundfläche (4) des ersten Kegelstumpfes (3) angeordnet ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, weiterhin aufweisend eine Unterlegscheibe, wobei die Unterlegscheibe zwischen dem Schraubenkopf (13) und der Grundfläche (4) des ersten Kegelstumpfes (3) angeordnet ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlegscheibe gleitmittelbeschichtet ist.
Brennkraftmaschine aufweisend einen Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 9.
Fahrzeug aufweisend eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 10.
Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug ist.
Verfahren zur Herstellung einer Schraubenpfeife (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend folgende Schritte: – Herstellen der Schraubenpfeife (1) mittels eines Gussverfahrens in einer Gussform, wobei die Gussform zumindest eine Ziehschräge aufweist und – Entfernen der Gussform, wobei der Winkel (α) zwischen der Deckfläche (5) und der Mantelfläche (6) des ersten Kegelstumpfes (3) mittels der zumindest einen Ziehschräge festgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform eine verlorene Form ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform eine Dauerform ist.