DE19949929C1 - Kurbelwellenlager - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wellenlager für Brennkraftmaschinen mit Lagerteilen wie Lageroberteile 2 und Lagerdeckel 3, die über Lagerschrauben 4 miteinander verbindbar sind, wobei das Verhältnis der geklemmten Länge 5 des Lageroberteils 2 und/oder einer Hülse 9 und der Länge 6 des Lagerdeckels 3 in etwa gleich dem Verhältnis der Differenzen der Werkstoff-Ausdehnungskoeffizienten von Lagerschraube 4 und Lagerdeckel 3 sowie von Lageroberteil 2 und Lagerschraube 4 ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wellenlager für Brennkraft­ maschinen mit Lagerteilen wie Lageroberteile und Lagerdeckel, die über Lagerschrauben miteinander verbindbar sind.

Es ist bereits ein Kurbelwellenlager aus der DE 43 24 044 A1 bekannt, das aus einem in einer Querwand des Zylinder- Kurbelgehäuses integrierten Lagerteil und einem gesonderten Lagerdeckel besteht, die über Schrauben fest miteinander ver­ bunden sind. Die aufgrund der Gas- und Massenkräfte entstehen­ de örtliche Flächenpressungszunahme zwischen Lagerdeckel und Lagerteil wird dadurch verringert, daß der Lagerdeckel auf seinen äußeren Stirnseiten mit radialen Aussparungen versehen wird, so daß er flächenpressungsausgleichend am Lagerteil an­ liegt.

Bei Verbrennungsmotoren wird das Kurbelwellenlager je zur Hälfte aus dem Kurbelgehäuse und aus dem Grundlagerdeckel bzw. einem Kurbelgehäuseunterteil gebildet. Der aus Gewichtsgründen zur Zeit übliche Werkstoff Aluminium für das Kurbelgehäuse bringt eine geringere und oft leistungsbegrenzende Belastbar­ keit des Gewindes für die herkömmliche Grundlagerschraube mit sich. Dieser Festigkeitsnachteil läßt sich durch die Verwen­ dung austenitischer Schrauben kompensieren. Damit das Grundla­ gerspiel bei Betriebstemperatur nicht zu groß wird, werden oft ein oder auch zwei Teile des Lagers aus einem Werkstoff mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten gebaut, z. B. der Lagerdeckel. Bei dieser Kombination von Aluminium, Eisen­ werkstoff und austenitischem Stahl tritt als Nachteil auf, daß sich durch die größere Wärmeausdehnung der austenitischen Schraube gegenüber dem Lagerdeckel im Betriebszustand die Vor­ spannkraft im Verhältnis zum Montagezustand reduziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kurbelwellenla­ ger derart auszubilden und anzuordnen, daß die aufgrund der thermischen Ausdehnung der unterschiedlichen Werkstoffe von Lagerteil, Lagerdeckel und Lagerschraube entstehende Varianz der Verschraubungskraft des Kurbelwellenlagers verhindert wird.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Ver­ hältnis der geklemmten Länge des Lageroberteils und/oder einer Hülse und der geklemmten Länge des Lagerdeckels in etwa gleich dem Verhältnis der Differenzen der Werkstoff- Ausdehnungskoeffizienten von Lagerschraube und Lagerdeckel so­ wie von Lageroberteil und Lagerschraube ist.

Der Lagerdeckel wird hierbei über die Lagerschrauben an das Lageroberteil ge­ schraubt. Die geklemmte Länge L5 im Lageroberteil wird mittels der Hülse oder der Senkung derart gewählt, daß der gemischte Wärmeausdehnungskoeffizient dem der Lagerschraube entspricht. Die Senkung ist hierbei der nicht tragende Teil des Sackloch­ gewindes, der als Freibohrung ausgebildet ist, deren Innen­ durchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Lager­ schraube.

Als geklemmte Länge sind hierbei einerseits die Länge der Hül­ se unter dem Lagerdeckel zu sehen und andererseits die des nicht tragenden Teils des Sacklochgewindes bzw. der Freiboh­ rung im Lageroberteil. Dadurch wird erreicht, daß die Vorteile der hohen Festigkeit der Grundlagerverschraubung in einem Leichtmetall-Kurbelwellengehäuse mit austenitischen Schrauben gegenüber Zündkraftbelastung bei konstanter Vorspannkraft er­ halten werden.

Hierbei ist es hinsichtlich der Werkstoffauswahl von Vorteil, daß das Lageroberteil aus Leichtmetall, wie Aluminium oder Ma­ gnesium, der Lagerdeckel aus Eisenwerkstoff, wie GGG, und die Lagerschraube aus austenitischem Stahl gebildet ist.

Eine entsprechende Möglichkeit hinsichtlich der Werkstoffaus­ wahl ist gemäß einer Weiterbildung, daß das Verhältnis der ge­ klemmten Längen von Eisenwerkstoff und Leichtmetall gleich dem Verhältnis der Differenzen der Wärmeausdehnungskoeffizienten von austenitischem Stahl und Eisenwerkstoff sowie von Leicht­ metall und austenitischem Stahl ist.

Ferner ist es vorteilhaft, daß zwischen der Lagerschraube und dem Lagerdeckel die Hülse vorgesehen ist, wobei die Hülse ei­ nerseits an einem Kopf der Lagerschraube und andererseits an einer unteren Stirnseite des Lagerdeckels anliegt, und daß die Hülse aus einem Werkstoff gebildet ist, dessen Wärmeausdeh­ nungskoeffizient in etwa dem des Lageroberteils entspricht. Mittels der Hülse kann somit die verspannte Länge variiert werden, so daß ein gemischter Wärmeausdehnungskoeffizient ent­ sprechend dem Lagerschraubenmaterial gebildet werden kann.

Vorteilhaft ist es hierzu auch, daß die Hülse aus Leichtmetall wie Aluminium oder Magnesium gebildet ist.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß die Hülse Teil einer Lagerbrücke und/oder eines Ölhobels ist. Die Lagerbrücke ist aus Stabilitäts- und Festigkeitsgrün­ den in Richtung der Kurbelwellenachse entlang der einzelnen Lagerbänke mit den Lagerdeckeln bzw. den Lagerschrauben an das Kurbelwellengehäuse geflanscht. Die Hülsen und die Lagerbrücke entsprechen einem Bauteil und können zusätzlich en Ölhobel in­ tegrieren. Durch diese einteilige Ausgestaltung kann das Bau­ teil kostengünstig hergestellt werden.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und An­ ordnung ist es von Vorteil, daß im Lageroberteil ein Sackloch­ gewinde vorgesehen ist und das Sacklochgewinde von einer Flanschfläche ausgehend eine Senkung oder eine Ausnehmung auf­ weist. Der Innendurchmesser der Senkung oder Ausnehmung ist größer als der Außendurchmesser der Lagerschraube. Hierdurch wird erreicht, daß die geklemmte Länge entsprechend der Werk­ stoffpaarung im Verhältnis zum Originalzustand ähnlich wie bei der Verwendung einer Hülse variiert werden kann. Der mit der Senkung zurückgesetzte Gewindeansatz hat somit die gleiche Wirkung wie eine Hülse.

Vorteilhaft ist es ferner, daß das Lageroberteil für die La­ gerschraube am Ende des Sacklochgewindes einen Freiraum, wie eine Freibohrung, aufweist bzw. das Schraubenende freigestellt ist.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß die Lagerschraube an ihrer gewindeseitigen Stirnseite eine Ausnehmung aufweist oder diese ausgekesselt ist. Der entstehende Steifigkeitssprung aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Lager­ oberteil und Lagerschraube wird somit kleiner.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Kurbel­ wellengehäuses mit Senkung und Hülse und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Kurbel­ wellengehäuses mit Auskesselung und Freibohrung.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Kurbelwellengehäuse darge­ stellt, das auf seiner oberen Stirnseite bzw. Flanschfläche 13 zwei Sacklochgewinde 14 aufweist, die zur Aufnahme von nicht dargestellten Halteschrauben eines nicht dargestellten Zylin­ derkopfs dienen. Auf einer gegenüberliegenden Seite bzw. unte­ ren Flanschfläche 12 des Kurbelwellengehäuses 1 sind ebenfalls zwei Sacklochgewinde 8 vorgesehen, die zur Aufnahme von Lager­ schrauben 4 dienen. Am unteren Ende des Kurbelwellengehäuses 1 ist jeweils auf der rechten und linken Seite eine Schürze 15 vorgesehen.

Mittels der Lagerschrauben 4 wird ein Lagerdeckel 3 gegen das Kurbelwellengehäuse 1 bzw. gegen ein Lageroberteil 2 zur Anla­ ge gebracht bzw. mit diesem verschraubt. Zusätzlich zu dieser Verschraubung weist die Schürze 15 auf jeder Seite einen Hal­ tebolzen 16 auf, der den Lagerdeckel 3 mit der Schürze 15 ver­ bindet.

Wie Fig. 2 zeigt, weist die Lagerschraube 4 an ihrem gewinde­ seitigen Ende eine Ausnehmung bzw. Auskesselung 10 auf, die sich von der Stirnseite ausgehend um 0.7 D bis 2 D axial zum Schraubenkopf hin erstreckt, wobei D den jeweiligen Durchmes­ ser der Schraube bezeichnet.

Die Lagerschraube 4 auf der rechten Seite bzw. das Lagerober­ teil 2 weist im Bereich des gewindeseitigen Endes einen Hohl­ raum bzw. eine Freibohrung 7 auf, deren nicht dargestellter Mittelpunkt in etwa im Bereich des Schraubenendes vorgesehen ist, so daß ein bis zwei Gewindegänge der Schraube frei sind.

In Fig. 1 ist zwischen Lagerdeckel 3 und Lagerschraube 4 eine Hülse 9 dargestellt. Über die Hülse 9 und die Lagerschraube 4 wird der Lagerdeckel 3 gegen das Lageroberteil verspannt.

Das Sacklochgewinde 8 auf der rechten Seite weist im Bereich der Flanschfläche 12 eine Senkung 11 auf. Die Senkung er­ streckt sich von der Flanschfläche ausgehend axial zum Ende des Sacklochgewindes hin. Sie weist einen Durchmesser auf, der in etwa gleich oder größer als eine Bohrung 17 im Lagerdeckel ist.

Das Verhältnis der geklemmten Längen L5 des Lageroberteils 2, d. h. die Länge 5 der Senkung 11 sowie die Länge 5' der Hül­ se 9, zu der Länge L6 des Lagerdeckels 3 ist in etwa gleich dem Verhältnis der Differenzen der Werkstoff- Ausdehnungskoeffizienten von Lagerschraube 4 und Lagerdeckel 3 sowie von Lageroberteil 2 und Lagerschraube 4. Dieses Verhält­ nis beschreibt die nachstehende Formel.

Zwischen den beiden Lagerschrauben 4 sind das Lageroberteil 2 und der Lagerdeckel 3 mit einer Aufnahme 18 für die nicht dar­ gestellte Kurbelwelle vorgesehen. Sie wird im wesentlichen durch zwei halbrunde Ausnehmungen im Lagerdeckel 3 und im La­ geroberteil 2 gebildet. Zur Stabilisierung des Kurbelwellenge­ häuses in Richtung einer nicht dargestellten Kurbelwellenachse ist mit den Lagerschrauben 4 ein in der Zeichnung nicht darge­ stellter Ölhobel verschraubt, der als eine Art Leiter die ein­ zelnen Lagerdeckel 3 bzw. Lagerstühle miteinander verbindet.

Claims (10)

1. Wellenlager (1) für Brennkraftmaschinen mit Lagerteilen wie Lageroberteile (2) und Lagerdeckel (3), die über Lagerschrau­ ben (4) miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der geklemmten Länge (5, 5') des Lagerober­ teils (2) und/oder einer Hülse (9) und der geklemmten Län­ ge (6) des Lagerdeckels (3) in etwa gleich dem Verhältnis der Differenzen der Werkstoff-Ausdehnungskoeffizienten von Lager­ schraube (4) und Lagerdeckel (3) sowie von Lageroberteil (2) und Lagerschraube (4) ist.

2. Wellenlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lageroberteil (2) aus Leichtmetall, wie Aluminium oder Magnesium, der Lagerdeckel (3) aus Eisenwerkstoff, wie GGG, und die Lagerschraube (4) aus austenitischem Stahl gebildet ist.

3. Wellenlager (1) nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der geklemmten Längen (5, 6) von Eisenwerk­ stoff und Leichtmetall gleich dem Verhältnis der Differenzen der Wärmeausdehnungskoeffizienten von austenitischem Stahl und Eisenwerkstoff sowie von Leichtmetall und austenitischem Stahl ist.

4. Wellenlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lagerschraube (4) und dem Lagerdeckel (3) die Hülse (9) vorgesehen ist, wobei die Hülse (9) einerseits an einem Kopf der Lagerschraube (4) und andererseits an einer un­ teren Stirnseite des Lagerdeckels (3) anliegt.

5. Wellenlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (9) aus einem Werkstoff gebildet ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient in etwa dem des Lageroberteils (2) entspricht.

6. Wellenlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (9) aus Leichtmetall wie Aluminium oder Magnesi­ um gebildet ist.

7. Wellenlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (9) Teil einer Lagerbrücke und/oder eines Ölho­ bels ist.

8. Wellenlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Lageroberteil (2) ein Sacklochgewinde (8) vorgesehen ist und das Sacklochgewinde (8) von einer Flanschfläche (12) ausgehend eine Senkung oder Ausnehmung (11) aufweist.

9. Wellenlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lageroberteil (2) für die Lagerschraube (4) am Ende des Gewindes (8) einen Freiraum, wie eine Freibohrung (7), aufweist.

10. Wellenlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschraube (4) an ihrer gewindeseitigen Stirnseite eine Ausnehmung oder Auskesselung (10) aufweist.