Kurbelwellenlagerdeckel

Abstract

 Kurbelwellenlagerdeckel, welcher über zwei Durchgangsbohrungen durchsetzende Schraubbolzen an einem Gestell einer Brennkraftmaschine anschraubbar ist, wobei sich zwischen den Durchgangsbohrungen aufweisenden Seitenteilen (3) ein bogenförmiger Mittelteil (5) erstreckt, der ein halbkreisförmiges Lagerauge (4) zur Eingliederung einer Kurbelwelle aufweist. Der Kurbelwellenlagerdeckel (1) ist durch Kaltmassivumformung hergestellt, wobei der Mittelteil (5) einen sich ununterbrochen von Seitenteil (3) zu Seitenteil (3) erstreckenden, der Kontur des Lagerauges (4) folgenden Faserverlauf aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kurbelwellenlagerdeckel mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Kurbelwellen von Verbrennungskraftmaschinen werden mehrfach an dem Gestell, das heißt an dem Zylinderkurbolgehäuse der Brennkraftmaschine gelagert. Stand der Technik sind Kurbelwellenlagerdeckel aus Grauguss mit relativ hoher Wandstärke. Für Kurbelwellenlagerdeckel steht nur sehr wenig Bauraum zur Verfügung. Die Bauteilbelastung ist jedoch anspruchsvoll. Neben den Montagekräften wirken Scherkräfte durch den Temperaturzyklus im Motorbetrieb an der Materialpaatungsstelle Kurbelwellenlagerdeckel/Zylinderkurbelgehäuse. Hinzu kommt die komplexe Belastung aus dem dynamischen Kurbeltrieb.

[0003] Kurbeiwellenlagerdeckel aus Grauguss haben den Nachteil, dass sie ein relativ hohes Gewicht besitzen, was sich negativ auf das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs auswirkt. Ein hohes Gesamtgewicht führt letztendlich zu hohem Kraftstoffverbrauch. Aufgrund der massiven Bauweise benötigen Kurbelwellenlagerdeckel aus Grauguss relativ viel Bauraum. Die Fertigung ist durch die erforderliche mechanische Nacharbeit des ungenauen Gussteilrohlings aufwendig und kostenintensiv. Aufgrund der Gefügestruktur ist Grauguss grundsätzlich anfällig gegen Dauerbruch und weist aufgrund seines heterogenen Gefüges teils unbefriedigende Festigkeitseigenschaften auf. Eine weitere nachteilige Eigenschaft ist, dass Grauguss eine sehr geringe Bruchdehnung besitzt. Daher werden relativ lange Dehnschrauben benötigt, da Grauguss nicht flexibel ist und für die notwendige Dehnung eine große Bauteilhöhe erforderlich ist.

[0004] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kurbelwellenlagerdeckel aufzuzeigen, welcher besonders bauraum- und gewichtssparend ist sowie einfach und kostengünstig herstellbar ist.

[0005] Diese Aufgabe ist bei einem Kurbelwellenlagerdeckel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0006] Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0007] Der erfindungsgemäße Kurbelwellenlagerdeckel ist dadurch gekennzeichnet, dass er durch Kaltmassivumformung hergestellt ist, wobei sein Mittelteil einen sich ununterbrochen von Seitenteil zu Seitenteil erstreckenden, der Kontur des Lagerauges folgenden Faserverlauf aufweist. Die Kaltmassivumformung erfolgt üblicherweise in mehreren Stufen und hat im Hinblick auf die besonderen statischen und dynamischen Anforderungen an einen Kurbelwellenlagerdeckel den Vorteil, dass ein Faserverlauf einstellbar ist, der sich ähnlich einem Gummiband im wesentlichen konzentrisch zum Lagerauge und insbesondere ununterbrochen von Seitenteil zu Seitenteil erstreckt. Die aus der Kaltmassivumformung resultierende Festigkeitssteigerung des eingesetzten Materials ermöglicht eine leichtere und bauraumsparendere Bauweise. Dadurch wird das Gesamtgewicht der Verbrennungskraftmaschine und damit das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs reduziert. Das wirkt sich letztendlich positiv auf den Kraftstoffverbrauch aus. Aufgrund des kaltmassivumgeformten Stahlwerkstoffs mit seiner höheren Bauteilfestigkeit und höherer Bruchdehnung können spezielle Dehnschrauben, wie sie bei Kurbelwallanlagerdeckeln aus Grauguss zum Einsatz kommen, entfallen. Grundsätzlich können kürzere Schrauben verwendet werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass kaltmassivumgeformter Stahlwerkstoff weitaus weniger zum Dauerbruch neigt als Bauteile aus Grauguss. Dadurch ergeben sich bessere Notlaufeigenschaften beim Bruch eines Kurbelwellengleitlagers. Darüber hinaus wird das Schwingungsverhalten des Kurbelwellenlagerdeckels verbessert, was sich letztendlich positiv auf die Motorakustik auswirkt. Aufgrund der Möglichkeiten der konturnahen Kaltmassivumformung können auch die Kosten für die Nachbearbeitung gegenüber denen von Kurbelwellenlagerdeckeln aus Grauguss reduziert werden.

[0008] Als entscheidender Vorteil gegenüber Kurbelwellenlagerdeckeln aus Grauguss wird jedoch die stark gesteigerte Bruchdehnung und Elastizität durch den gezielt eingestellten Faserverlauf angesehen. Im Ergebnis kann ein Kurbelwellenlagerdeckel, der durch Kaltmassivumformung hergestellt ist, im Vergleich zu Kurbelwellenlagerdeckeln aus Grauguss im Gewicht um ca. 25 % bis 30 % reduziert werden. Gleichzeitig wirkt er noch vibrationsmindernd auf den Kurbeltrieb.

[0009] Durch das eingesetzte Herstellungsverfahren kann die Breite des bogenförmig konfigurierten Mittelteils stark reduziert werden. Der Mittelteil umfasst einen an das Lagerauge angrenzenden bogenförmigen Lagerabschnitt und einen sich hieran anschließenden Wandabschnitt. Während eine Mindestbreite des Lagerabschnitts zur Aufnahme eines Gleitlagers nicht unterschritten werden kann, ist es möglich, die Breite des Wandabschnitts gegenüber der Breite des Lagerabschnitts um 40 % bis 60 % zu reduzieren. Die Breite des Lagerabschnitts wird grundsätzlich so klein wie möglich gewählt. Insbesondere entspricht die Breite des Lagerabschnitts der Breite der Seitenteile.

[0010] Aufgrund der Tatsache, dass wesentlich kürzere Schrauben verwendet werden können, kann der Wandabschnitt in seiner Höhe über an den Seitenteilen vorgesehene Anlageflächen für die Köpfe der Schraubbolzen hinaus ragen, und zwar in einem Bereich von 10 % bis 80 %. Die Kontur des über die Anlageflächen in der Höhe hinausragenden Wandabschnitts ist auf den Faserverlauf abgestimmt. Insbesondere ist die maximale Wandhöhe im Bereich der Mittelquerebene des Kurbelwellenlagerdeckels maximal und nimmt in Richtung zu den Seitenteilen hin ab. Das obere Ende des Wandabschnitts ist insbesondere gerundet ausgeführt, wobei der Rundungsradius etwa dem Radius des Lagerauges entspricht.

[0011] In Abhängigkeit vom Umformgrad steigt die Festigkeit des Stahlwerkstoffs zumindest bereichsweise um 40 % bis 65 % bei Umformgraden zwischen 10 % und 40 %. Als vorteilhaft werden Umformgrade in den Seitenteilen in einem Bereich von 20 % bis 30 % angesehen und im bogenförmigen Mittelteil in einem Bereich von 10 % bis 15 %. Die Zugfestigkeit kann bei einem Stahlwerkstoff QSt-38-2 daher auf 650 N/mm² bis 900 N/mm² gesteigert werden.

[0012] Die erfindungsgemäßen Kurbelwellenlagerdeckel sind vorzugsweise aus einem Bandmaterial hergestellt. Das Bandmaterial kann eine eingestellte Anisotropie aufweisen, wobei die Kurbelwellenlagerdeckel derart aus Bandmaterial gefertigt sind, dass die der Anisotropie folgenden Fasern ununterbrochen von Seitenteil zu Seitenteil verlaufen. Durch eine mehrstufige Kaltmassivumformung kann der gewünschte Faserverlauf exakt eingestellt werden.

[0013] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen;

Figur 1

einen Kurbelwellenlagerdeckel in der Seitenansicht;

Figur 2

den Kurbelwellenlagerdeckel der Figur 1 in der Draufsicht;

Figur 3

einen Schnitt durch den Kurbelwellenlagerdeckel der Figur 1 entlang der Linie III-III;

Figur 4

den Kurbelwellenlagerdeckel der Figur 1 in perspektivischer Darstellung;

Figur 5

eine Anordnung mehrerer identischer Kurbelwellenlagerdeckel, wie sie aus einem Blechstreifen gearbeitet werden;

Figur 6

den Faserverlauf eines Kurbelwellenlagerdeckels in der Seitenansicht;

Figur 7

den Faserverlauf in einem Kurbelwellenlagerdeckel in stirnseitiger Ansicht;

Figur 8

die Umformgrade eines kaltmassivumgeformten Kurbelwellenlagerdeckels;

Figur 9

die Festigkeitswerte eines kaltmassivumgeformten Kurbelwellerllagerdeckels und

Figur 10

eine weitere Ausführungsform eines Kurbelwellenlagerdeckels im Längsschnitt.

[0014] Die Figuren 1 bis 4 zeigen in unterschiedlichen Darstellungen einen Kurbelwellenlagerdeckel 1, der über Schraubbolzen an einem nicht näher dargestellten Gestell einer Brennkraftmaschine befestigbar ist. Die Schraubbolzen werden durch Durchgangsbohrungen 2 in Seitenteilen 3 des Kurbelwellenlagerdeckels gesteckt. Zwischen den Seitenteilen 3 befindet sich ein halbkreisförmiges Lagerauge 4, das von einem bogenförmigen Mittelteil 5. überspannt wird. In dem halbkreisförmigen Lagerauge 4 liegt im Einbauzustand die Kurbelwelle.

[0015] Der Kurbelwellenlagerdeckel 1 ist bezüglich seiner Mittelquerebene MQE symmetrisch aufgebaut. Der bogenförmige Mittelteil 3 umfasst einen an das Lagerauge 4 angrenzenden bogenförmigen Lagerabschnitt 6, dessen in Richtung der Längsachse LA des Lagerauges 4 gemessene Breite B der Breite der Seitenteile 3 entspricht. An diesen Lagerabschnitt 6 schießt sich ein Wandabschnitt 7 an, dessen Breite B1 kleiner ist als die Breite B des Lagerabschnitts 6.

[0016] In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Breite B1 des Wandabschnitts 7 ca. 50 % der Breite B des Lagerabschnitts 6.

[0017] Aus den Figuren 1 und 3 ist zu erkennen, dass sich der Wandabschnitt 7 in der Höhe über an den Seitenteilen 3 vorgesehene Anlageflächen 8 für die Köpfe von Schraubbolzen hinaus erstreckt, wobei die Höhe H, H1 jeweils von einer Stützfläche 9 der Seitenteile 3 gemessen wird. Das Verhältnis der Gesamthöhe H1 des Kurbelwellenlagerdeckels 1 zum Abstand Stützfläche 9 - Anlagefläche 8 (H) liegt in einem Bereich von 1.1:1 bis 1,8;1. Es ist erkennbar, dass der über die Anlageflächen 8 in der Höhe hinaus ragende Wandabschnitt 7 seine von der Längsachse LA des Lagerauges 4 in Radialrichtung gemessene maximale Wandhöhe W im Bereich der Mittelquerebene MQE des Kurbelwellenlagerdeckels 1 aufweist, wobei die Wandhöhe W in Richtung der Seitenteile 3 abnimmt.

[0018] Die Anordnung mehrerer Kurbelwellenlagerdeckel 1 auf einem Blechstreifen 10 ist in Figur 5 dargestellt. Die Kurbelwellenlagerdeckel 1 werden auf einer Vertikalpresse gefertigt. Das Ausgangsmaterial ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Blechstreifen aus C-15 (QSt-38-2/Werkstoff-Nr. 1.0234). Das zur Herstellung des Kurbelwellenlagerdeckels 1 erforderliche Material wird seitlich aus dem Blechstreifen 10 verdrängt. Durch die Umformung erfolgt eine Kaftverfestigung, die abhängig ist vom lokalen Umformgrad. Figur 8 zeigt in diesem Zusammenhang, dass die Umformgrade im Bereich der Seitenteile 3 ca. 23 % bis 25 % betragen und in dem Wandabschnitt 7 bei etwa 10 % bis 12 % liegen. Im Übergangsbereich zwischen dem Wandabschnitt 7 zu dem bogenförmigen Lagerabschnitt 6 bzw. den Seitenteilen 3 betragen die Umformgrade ca. 17 % bis 19 %.

[0019] Figur 9 zeigt die hieraus resultierenden Festigkeitswerte, die im Bereich der Seitenteile 3 bei ca. 900 N/mm² liegen und im Bereich des Wandabschnitts 7 bei 650 N/mm². In den Übergangsbereichen sind Fesligkeiten von ca. 750 N/mm² festzustellen.

[0020] Wichtig für die Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Kurbelwellenlagerdeckels 1 ist der in den Figuren 6 und 7 dargestellte Faserverlauf, der aus der Kaltmassivumformung resultiert. Es ist erkennbar, dass sich die einzelnen Fasern ununterbrochen von dem einen Seitenteil 3 zum gegenüber liegenden Seitenteil 3 erstrecken und dabei im wesentlichen der Kontur des Lagerauges 4 folgen. Innerhalb der Seitenteile 2 verlaufen die Fasern 11, 12 im wesentlichen parallel zu den Anlage- bzw. Stützflächen, wie insbesondere anhand der Figur 7 zu erkennen ist. Im Mittelteil 5 verlaufen die Fasern bogenförmig und sind im wesentlichen an die Kontur des Lagerauges 4 angepasst. Wichtig ist, dass die Fasern keine Unterbrechung aufweisen und sich durchgängig von Seitenteil 3 zu Seitenteil 3 erstrecken.

[0021] Figur 10 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines Kurbelwellenlagerdeckels 20, der sich von der vorhergehenden Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass seine Seitenteile 21 eine geringere Höhe aufweisen als in der ersten Ausführungsform. Dadurch steht der Wandabschnitt 22 wesentlich höher über die Anlagefläche 23 der Seitenteile 21 über.

[0022] An die ebene Anlagefläche 23 schließt ein konkav gekrümmter Übergangsabschnitt 24 an, der etwa die Kontur einer Parabelhälfte aufweist, das heißt dessen Steigung zur Mittelquerebene MQE hin zunimmt. Dann ändert sich die Steigung an einer Kante 25. Mit kleiner Steigung und dem Verlauf folgend, wie er in Figur 1 dargestellt ist, entspricht die weitere Kontur derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.

[0023] Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass kürzere Schrauben verwendet werden können, wodurch das Gesamtgewicht weiter reduziert werden kann.

Bezugszeichen:

[0024] 

1 -

Kurbelwellenlagerdeckel

2 -

Durchgangsbohrung in 3

3 -

Seitenteil v. 1

4 -

Lagerauge in 1

5 -

Mittelteil v. 1

6 -

Lagerabschnitt v. 5

7 -

Wandabschnitt v. 5

8 -

Anlagefläche an 3

9 -

Stützfläche an 3

10 -

Bandmaterial

11 -

Faser

12 -

Faser

20 -

Kurbelwellenlagerdeckel

21 -

Seitenteil

22 -

Mittelteil

23 -

Anlagefläche

24 -

Übergansgabschnitt

25 -

Kante

H -

Höhe

H1 -

Höhe

LA -

Längsachse

B -

Breite

B1 -

Breite

MQE -

Mittelquerebene

Ansprüche

1. Kurbelwellenlagerdeckel, welcher über zwei Durchgangsbohrungen (2) durchsetzende Schraubbolzen an einem Gestell einer Brennkraftmaschine anschraubbar ist, wobei sich zwischen den die Durchgangsbohrungen (2) aufweisenden Seitenteilen (3, 21) ein bogenförmiger Mittelteil (5, 22) erstreckt, der ein halbkreisförmiges Lagerauge (4) zur Eingliederung einer Kurbelwelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelwellenlagerdeckel (1, 20) durch Kaltmassivumformung hergestellt ist, wobei der Mittelteil (5, 22) einen sich ununterbrochen von Seitenteil (3, 21) zu Seitenteil (3, 21) erstreckenden, der Kontur des Lagerauges (4) folgenden Faservedauf aufweist.

2. Kurbelwellenlagerdeckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bogenförmige Mittelteil (5, 22) einen an das Lagerauge (4) angrenzenden bogenförmigen Lagerabschnitt (6) aufweist, dessen in Richtung der Längsachse (LA) des Lagerauges (4) gemessene Breite (B) der Breite (B) der Seitenteile (3) entspricht und einen an den Lagerabschnitt (6) anschließenden Wandabschnitt (7), dessen Breite (B1) kleiner ist als die Breite (B) des Lagerabschnitts (6).

3. Kurbelwellenlagerdeckel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B1) des Wandabschnitts (7) zwischen 40 % und 60 % der Breite (B) des Lagerabschnitts (6) beträgt.

4. Kurbelwellenlagerdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wandabschnitt (7) in der Höhe (H1) über an den Seitenteilen (3, 21) vorgesehene Anlageflächen (8, 23) für die Köpfe von Schraubbolzen hinaus erstreckt, wobei die Höhe (H1) von der Stützfläche (9) der Seitenteile (3) an dem Gestell gemessen wird.

5. Kurbelwellenlagerdeckel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wandabschnitt (7) in einem Bereich von 10 % bis 80 % über die Höhe (H) der Seitenteile (3, 21) hinaus erstreckt.

6. Kurbelwellenlagerdeckel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der über die Anlageflächen (8) in der Höhe hinausragende Wandabschnitt (7) seine von der Längsachse (LA) des Lagerauges (4) in Radialrichtung gemessene maximale Wandhöhe (W) im Bereich der Mittelquerebene (MQE) des Kurbelwellenlagerdeckels (1, 20) aufweist, wobei die Wandhöhe (W) in Richtung der Seitenteile (3, 21) abnimmt.

7. Kurbelwellenlagerdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformgrad zwischen 10 % und 40 % liegt.

8. Kurbelwellenlagerdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformgrad in den Seitenteilen (3, 21) in einem Bereich von 20 % bis 30 % liegt.

9. Kurbelwellenlagerdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformgrad im bogenförmigen Mittelteil (5, 22) in einem Bereich von 10 % bis 15 % liegt.

10. Kurbelwellenlagergahäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeit des kaltmassivumgeformten Stahlwerkstoffs bereichsweise um 40 % bis 65 % gesteigert ist.

11. Kurbelwellenlagergehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Herstellung verwendete Stahlwerkstoff QSt38-2 ist.

12. Kutbelwellenlagerdeckel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit in Abhängigkeit vom Umformgrad in einem Bereich von 650 N/mm² und 900 N/mm² liegt.

13. Kurbelwellenlagerdeakel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Herstellung verwendete Ausgangsmaterial ein Bandmaterial (10) ist.

14. Kurbelwellenlagerdeckel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial (10) eine eingestellte Anisotropie aufweist, wobei die Kurbelwellenlagerhäuse (1, 20) derart aus dem Bandmaterial (10) gefertigt sind, dass die Fasern an die Anisotropie angepasst sind und ununterbrochen von Seitenteil (3, 21) zu Seitenteil (3, 21) verlaufen.

Zeichnung