[0001] Die Erfindung betrifft eine thermisch und/oder mechanisch beanspruchte Bauteilwandung
eines fluidführenden und/oder gasführenden Bauteils, insbesondere eines Zylinderkopfs
einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Es ist bekannt, dass Bauteilwandungen fluidführender oder gasführender Bauteile,
die unter thermischer oder thermomechanischer Beanspruchung stehen, zu Rissbildungen
neigen. In an sich bekannter Weise lässt sich die Rissneigung durch massive Konstruktionen
und/oder Dehnfugen und/oder eine Herabsetzung der Temperaturbeaufschlagung reduzieren.
Speziell im Motorenbau sind diese Maßnahmen aber nur bedingt einsetzbar: einer Massivbauweise
sind aufgrund der Gewichts- und Kostensituation enge Grenzen gesetzt. Auch die thermische
Beaufschlagung lässt sich praktisch nicht verringern, da die betriebsmäßige Verbrennung
in einer Brennkraftmaschine aus thermodynamischen Gründen bei hoher Temperatur gefahren
wird. Auch die hohe Literleistung heutiger Brennkraftmaschinen bedingt eine hohe thermische
Beaufschlagung, wobei insbesondere ein Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine hohen
thermomechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Bekanntermaßen sind dabei die Stege
zwischen den Ventilen besonders kritische Bereiche an denen im motorischen Betrieb
Risse entstehen, die bis in einen angrenzenden Kühlwasserraum durchreißen können.
Durch solche Risse entweicht dann Kühlwasser in den Brennraum, was zu Wasserdampf
im Abgas führen kann. Bei großen Rissen kann bei Motorstillstand auch der Verbrennungsraum
mit Kühlflüssigkeit volllaufen, was zu einem Wasserschlag beim Wiederstarten der Brennkraftmaschine
führen kann. Ein Durchriss im Stegbereich eines Zylinderkopfs führt letztendlich zu
einer Fehlfunktion und einem Ausfall der Brennkraftmaschine.
[0003] Es ist bereits bekannt, eine Rissausbreitung in einer solchen thermomechanisch beanspruchten
Bauteilwandung, insbesondere ein Durchlaufen eines Risses in kritische Bereiche, speziell
im Zylinderkopfstegbereich einer Brennkraftmaschine durch einen sogenannten Rissstopper
zu verhindern. Beispielsweise sind als Rissstopper Einlagen bekannt, die im Zylinderkopfstegbereich
als eingegossene Bleche dicht unter der Brennraumoberfläche und parallel zu dieser
eingegossen sind (
DE 28 47 249 C2). Weiter sind solche Stegeinlagen bekannt (
DE 35 24 776 A1), bei denen ein Material mit gleicher bzw. annähernd gleicher Wärmedehnung wie das
Zylinderkopfmaterial verwendet ist, um eine mechanische Belastung des Zylinderkopfbodens
zu verringern und eine Rissbildung zu vermeiden.
[0004] Das Rissgebiet, an dem ein Riss entstehen kann (Rissstart) kann sich über eine relativ
große Fläche erstrecken. Die vorstehenden bekannten Rissstopper-Maßnahmen sind daher
aufwendig, wobei insbesondere eingegossene Rissstopper für ihre Funktion eine entsprechend
große räumliche Ausdehnung erfordern und nahe an der Oberfläche anzuordnen sind. Dies
kann zu thermischen Problemen am zum Brennraum weisenden Oberflächenbereich eines
Zylinderkopfs im Nahbereich eines Rissstoppers führen.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine thermisch und/oder mechanisch beanspruchte Bauteilwandung
eines fluidführenden oder gasführenden Bauteils, insbesondere im Stegbereich eines
Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine, so auszubilden, dass ein wirksames Abstoppen
von Rissen gezielt mit geringem Aufwand möglich ist.
[0006] Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0007] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im rissgefährdeten Bereich einer Bauteilwandung
an der Wandaußenseite ein Rissstarter vorgesehen ist, der eine definiert lokalisierte
Rissausgangsstelle bildet, so dass damit eine lokal unkontrollierte Rissausbildung
und Rissausbreitung verhindert werden kann. Durch eine solche Kombination eines definierten
Rissstarters und eines Rissstoppers können diese aufeinander abgestimmt werden. Eine
Rissentstehung wird somit gezielt durch den Rissstarter injiziert, wodurch von dort
ausgehend die Rissfortschrittsrichtung vorgegeben wird und der Riss dann im tieferen
Wandbereich, insbesondere im Stegbereich eines Zylinderkopfs durch einen Rissstopper
mit angepasster geringer räumlicher Ausdehnung gestoppt werden kann. Damit kann mit
reduziertem Aufwand und einer reduzierten Rissstopperausdehnung ein Durchriss sicher
vermieden werden.
[0008] Bei der erfindungsgemäßen Kombination Rissstarter/Rissstopper kann der Rissstopper
vorteilhaft tief in der Bauteilwandung, insbesondere in einem Zylinderkopfstegbereich,
vorzugsweise in 40 % bis 95 %iger Tiefe der Bauteilwandung angeordnet werden. Da im
Stand der Technik ein Rissstart nicht definiert vorhersehbar ist, werden dort Rissstopper
nur bis zirka 20 % in der Bauteiltiefe angeordnet. Im Stand der Technik liegt zudem
das Rissstartbereich-(Länge)-zu Rissstopper-Verhältnis bei 1:1,2 bis 1:1,5. Erfindungsgemäß
ist das Verhältnis 1:2 bis 1:6. Dies ist dadurch bedingt, dass die Gussfehler einen
relativ größeren Einfluss auf dieses Verhältnis haben.
[0009] Besonders vorteilhaft ist die Erfindung im thermomechanisch hochbelasteten, rissgefährdeten
Zylinderkopfstegbereich einsetzbar, wobei der Rissstarter bevorzugt wandaußenseitig
am Ventilsteg zwischen den Ventilsitzen verläuft.
[0010] Der Rissstarter kann dabei je nach den konstruktiven Gegebenheiten und Belastungsgegebenheiten
über seine gesamte Länge durchgehend oder bereichsweise oder punktuell verlaufen und/oder
durch Materialschwächungen mit geometrischen Maßnahmen und/oder durch Materialeigenschaftsmaßnahmen
gebildet werden.
[0011] Konkret kann dazu der Rissstarter als geometrische Sollrissstelle in der Art einer
Kerbe ausgeführt sein. Insbesondere kann dazu durch spanende (zum Beispiel Fräsen)
oder umformende (zum Beispiel Prägen) oder urformende (Gießen) Verfahren eine geometrische
Sollrissstelle im Sinne eines Rissstarters ausgebildet werden.
[0012] Alternativ oder zusätzlich zu einer mechanischen Entfernung von Material mit einem
spanenden Verfahren kann gegebenenfalls Material insbesondere mittels Elektronenstrahl
und/oder mittels Laserstrahl verdampft werden. Ebenso ist gegebenenfalls ein Rissstarter
durch Materialaufschmelzen insbesondere mittels Elektronenstrahl und/oder mittels
Laserstrahl und/oder mittels Induktionserhitzung möglich.
[0013] Eine Kerbe als Rissstarter kann auch vorgegossen oder eingegossen werden, wobei auch
Zusatzelemente vorteilhaft je nach den Gegebenheiten verwendet werden können. Geeignete
Rissstarter sind mit einem Eingussteil aus Metall/Legierung und/oder Keramik und/oder
Glas und/oder sonstige Materialien herstellbar, wobei ein solches Eingussteil nicht
oder gegebenenfalls nur einseitig oder mangelhaft verschweißt ist, so dass eine gezielte
Materialschwächung für einen Rissstart vorliegt. Weiter kann dies durch Einschmelzen
von nur teilverschweißendem Draht und/oder teilverschweißenden Plättchen und/oder
teilverschweißendem Pulver erreicht werden. Gut verschweißte Materialien sind auch
möglich, wenn diese andere physikalische Eigenschaften, wie zum Beispiel Wärmeleitfähigkeit
und/oder Wärmedehnung haben als das Grundmaterial.
[0014] Weiter kann ein Rissstarter alternativ oder zusätzlich durch eine gezielte Materialversprödung
ausgebildet werden. Beispielsweise kann bei Eisengusswerkstoffen durch Aufschmelzen
von Material und schnelles Abkühlen ein Gefüge aus Ledeburit mit einer Kerbwirkung
erzeugt werden, insbesondere durch Selbstabschreckung durch eine hohe Restmasse oder
durch Abschreckmedien. Eine Kerbwirkung in Verbindung mit einem Materialaufschmelzen
kann bei Eisengusswerkstoffen auch durch Härten und der Erzeugung eines Gefüges Martensit
und/oder Bainit erreicht werden. Mit einer einfachen Maßnahme kann der Rissstarter
als Kerbe bei GS (Stahlguss), GJS (Gusseisen mit Kugelgraphit), GJV (Gusseisen mit
vermicularem Graphit) oder einer Aluminiumlegierung als Zylinderkopfmaterial geprägt
werden. Bei GS, GJS, GJV, GJL (Gusseisen mit lamellarem Graphit) oder einer Aluminiumlegierung
kann eine Kerbe auch spanend erzeugt oder nachbearbeitet werden.
[0015] Ausgehend vom Rissstarter ist die Rissfortschrittsrichtung durch die thermomechanische
Beanspruchung vorgegeben, welche den Riss üblicherweise in Richtung der gegenüberliegenden
Seite der Zylinderkopfbrennraumoberfläche treibt. Hier nun in relativ großem Abstand
zur Zylinderkopfbrennraumoberfläche befindet sich der Rissstopper. Der Rissstopper
wird so ausgeführt, dass der Riss kein Material mehr vorfindet, worin noch ein Rissfortschritt
stattfinden kann. Der Rissstopper kann somit durch eine Materialentfernung mit den
üblichen spanabhebenden Verfahren, wie Bohren, Fräsen, Sägen, Schleifen oder durch
Ausschmelzen oder Verdampfen erreicht werden. Ein solcher Hohlraum kann gegebenenfalls
durch einen gut leitenden Feststoff, insbesondere einen Kupferstab oder ein wärmeleitendes
Pulver, insbesondere ein Kupferpulver verfüllt werden. Damit wird im Normalbetrieb
eine Wärmeleitung trotz des Rissstoppers erreicht und die thermischen Verhältnisse
werden dadurch weniger beeinflusst.
[0016] Es kann aber auch ein Rissstopper durch eine Trennung von Zylinderkopfmaterial ausreichen,
was durch Eingießen von Material erreichbar ist, das nicht mit dem Zylinderkopfmaterial
zumindest an der dem Riss zugewandten Seite verschweißt und somit keine Kräfte übertragen
kann, wodurch der Rissfortschritt unterbunden wird. Vorteilhaft ist auch eine Konstruktion,
die keine oder wenig Zugspannung im umgebenden Zylinderkopfmaterial ausübt. Bevorzugt
ist hier Material, das entweder im heißem Zustand in die Gießform eingelegt wird,
innen hohl ist und/oder sich durch die Schrumpfspannungen des abkühlenden Zylinderkopfmaterials
plastisch verformt, wobei Rissstopper dazu vorteilhaft nicht oder nur teilweise verschweißende
Materialien und/oder von mit einer ein Verschweißen verhindernder Trennschicht umgebendes
Material und/oder Keramikmaterial und/oder Glasmaterial und/oder sonstige Materialien
verwendet werden.
[0017] Der Rissstarter ist durch Material, durch das sich der Riss weiterbildet, vom Rissstopper
beabstandet. Je nach den Gegebenheiten kann in einer alternativen Ausführungsform
ein Rissfortschritt dadurch vorweggenommen werden, dass die Rissstarterkerbe bis zum
Rissstopper weitgeführt wird.
[0018] In einer weiteren Ausführungsform können in der Bauteilwandung zwei oder mehr einem
Rissstarter zugeordnete Rissstopper übereinander angeordnet werden. In einem Ventilstegbereich
eines Zylinderkopfs sind dann zwei oder mehr Rissstopper in unterschiedlichen Abständen
zu der einem Brennraum zugewandten Oberfläche angeordnet.
[0019] Bei einem Ventilsteg eines Zylinderkopfs kann dazu ein erster Rissstopper, in Hochachsenrichtung
gesehen, oberhalb einer Ventilsitzringauflage und ein zweiter Rissstopper unterhalb
der Ventilsitzringauflage oberhalb eines Wasserraums angeordnet sein. Wenn diese beiden
Rissstopper als Bohrungen ausgeführt sind, wird der erste Rissstopper durch die Ventilsitzringe
abgedichtet, während der zweite Rissstopper durch Stopfen verschlossen werden muss,
um einen Gasübertritt der einzelnen Kanäle zu verhindern.
[0020] In einer weiteren Ausführungsform kann der Rissstopper als Bohrung geradlinig am
geringsten Abstand zwischen zwei benachbarten Ventilsitzen im Ventilsteg verlaufen
und/oder senkrecht unterhalb des Rissstarters verlaufen. Der Rissstarter verläuft
dann als Kerbe parallel dazu oder bogenförmig und/oder gegebenenfalls versetzt zum
geringsten Abstand.
[0021] Damit im Falle eines Risses und dessen Stopps am Rissstopper dieser Bereich trotz
des Risses eine ausreichend Kühlung erfährt und damit die Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine
gewährleistet ist, kann dorthin eine gezielte Kühlmediumumlenkung zum Beispiel durch
einen höheren Volumenstrom des Kühlmediums vorgesehen werden. Eine solche Kühlmediumumlenkung
kann im Zylinderkopf und/oder kann mit in Zylinderkopf und/oder an der Injektoraufnahmehülse
durch Wandungen erfolgen, wodurch das Kühlmedium direkt auf den Bereich um den Stopper
gelenkt wird.
[0022] Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung besteht zwar bei einem Zylinderkopfstegbereich
einer Brennkraftmaschine, die Erfindung kann jedoch allgemein an thermomechanischen
beanspruchten Bauteilwandungen verwendet werden. Insbesondere kann die Erfindung auch
vorteilhaft an einem rohrförmigen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, insbesondere
einem Abgaskrümmer verwendet werden. Durch die betriebsmäßig heißen Abgase im Abgaskanal
können sich auch hier rissgefährdete Bereiche ergeben, an denen mit einer Kombination
aus Rissstarter und Rissstopper ein Durchriss sicher verhindert werden kann.
[0023] Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Bauteilwandung
mit Rissstarter und Rissstopper beansprucht.
[0024] Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
[0025] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine erste Ausführungsform einer Kombination aus Rissstarter und Rissstopper an einem
Ventilstegbereich einer Brennkraftmaschine,
- Fig. 2
- eine zweite Ausführungsform einer Kombination Rissstarter und Rissstopper an einem
Ventilstegbereich,
- Fig. 3
- eine dritte Ausführungsform einer Kombination aus Rissstarter und Rissstopper an einem
Ventilstegbereich,
- Fig. 4
- eine vierte Ausführungsform einer Kombination aus Rissstarter und Rissstopper an einem
Ventilstegbereich, und
- Fig. 5
- eine fünfte Ausführungsform einer Kombination aus einem Rissstarter und einem Rissstopper
an einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine.
[0026] In Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines Zylinderkopfs 1 einer Brennkraftmaschine
im Bereich zweier benachbarter Ventilsitze 2, 3 gezeigt. Als Risstarter ist eine Kerbe
4 an der Oberseite der Stegwandung 5 angebracht, wobei die Kerbe 4 etwas verschoben
gegenüber dem geringsten Ventilsitzabstand liegt. Eine Bohrung 6 verläuft als Rissstopper
parallel zur Stegwandoberfläche innerhalb der Stegwandung 5 als Verbindung der Ventilsitze
2, 3 unterhalb der Kerbe. Zur besseren Erkennbarkeit sind die Ventilsitze aller Figuren
ohne Sitzringe gezeichnet.
[0027] Fig. 2 zeigt eine alternative zweite Anordnung einer Kombination von Rissstartern
und Rissstoppern:
Dazu zeigt Fig. 2 eine perspektivische Draufsicht auf einen Teilbereich eines Vier-Ventilzylinderkopfs
1 mit vier Ventilsitzen 3a, 3b, 3c, 3d. Im Gegensatz zur Fig. 1 ist hier jeweils eine
Kerbe 4a, 4b, 4c, 4d als Rissstarter in den Ventilstegbereichen am geringsten Ventilsitzabstand
angeordnet. Die Rissstopper liegen als Bohrungen 6a, 6b, 6c, 6d wie in Fig. 1 nach
unten versetzt zu den Kerben 4a, 4b, 4c, 4d in der Stegwandung 5 am geringsten Ventilsitzabstand.
Die Bohrungen 6a, 6b, 6c, 6d als Rissstopper sind dabei jeweils oberhalb von Auflageflächen
7 für (nicht dargestellte) Ventilsitzringe und oberhalb von Wasserräumen 8 angeordnet.
[0028] In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform einer Anordnung eines Rissstarters als
Kerbe 4e und von zwei Bohrungen 6e und 6f als Rissstopper anhand eines Schnitts entsprechend
dem Schnittbereich A in Fig. 2 dargestellt. Wie in Fig. 2 verläuft die Kerbe 4e als
Rissstarter an der Oberfläche der Stegwandung 5 am geringsten Ventilsitzabstand. Ebenso
wie in der Ausführung nach Fig. 2 verläuft auch die erste Bohrung 6e als erster Rissstarter
parallel zur Kerbe 4e in der Stegwandung 5 am geringsten Ventilsitzabstand kurz über
den Auflageflächen 7 für die Ventilsitzringe. Da ein Gasaustausch zwischen den Ventilsitzen
verhindert werden muss, kann bei der Bohrung 6e (ebenso wie bei der Bohrung 6b in
Fig. 2) eine Abdichtung durch die jeweiligen angrenzenden Ventilsitzringe erfolgen.
Die weitere Bohrung 6f als zweiter Rissstopper ist in der Stegwandung 5 parallel zur
ersten Bohrung 6e unterhalb der Auflageflächen 7 jedoch oberhalb des Wasserraums 8
angeordnet. Ein Abdichten kann hier durch Stopfen oder sonstige Verschlüsse erreicht
werden. Durch solche Stopfen bzw. Verschlüsse darf aber kein Kraft- und/oder Formschluss
so weit gegeben sein, dass dadurch ein Riss weiterlaufen könnte. Wenn bei dieser Anordnung
ein Riss ausgehend vom Rissstarter als Kerbe 4e bis zum ersten Rissstopper entsprechend
der ersten Bohrung 6e durchgelaufen ist, soll er dort regelmäßig an einer weiteren
Ausbreitung gestoppt werden. Bei einer weiteren starken Beanspruchung mit einer weiteren
Rissausbildung dient dann hier die Bohrung 6e als Rissstarter für einen zweiten anschließenden
Riss, der dann definiert von hier ausgeht und mit dem zweiten Rissstopper als Bohrung
6f abgefangen wird.
[0029] In Fig. 4 ist in einer vierten Ausführungsform eine weitere alternative Anordnung
einer Kerbe 4f als Rissstarter in Kombination mit zwei Bohrungen 6g, 6h als zwei Rissstopper
an einem Stegwandbereich 5 entsprechend dem Bereich B aus Fig. 2 dargestellt. Ähnlich
wie bei der dritten Ausführungsform in Fig. 3 liegen hier der Rissstarter 4f und die
beiden Rissstopper 6g und 6h parallel übereinander am geringsten Ventilsitzabstand.
Bei der vierten Ausführungsform ist jedoch die Kerbe 4f als Rissstarter nach unten
bis zum ersten Rissstopper als Bohrung 6g weitergeführt. Dieser erste Rissstopper
mit der Bohrung 6g bewirkt bereits eine erhebliche Verringerung der Kerbspannung und
ist nur quasi als Rissstopper anzusehen, da durch die durchgezogene Kerbe 4f bereits
ein erster Riss vorgegeben ist. Wenn sich von der Bohrung 6g ausgehend ein Riss bildet,
hat dann die zweite Bohrung 6h die Funktion des Rissstoppers. Die Kerbe hier schräg
weitergeführt bis zum Stopper kann quasi einen schrägen Verlauf des Risses vorgeben.
[0030] Die Anwendung einer Kombination Rissstarter/Rissstopper zeigt in einer weiteren fünften
Ausführungsform Fig. 5 an einem rohrförmigen Abgaskanal 9 einer Brennkraftmaschine.
Hier ist ein Schnitt durch einen rissgefährdeten Bereich 10 in der Ebene einer Kerbe
4g als Rissstarter und einer eingegossenen Einlage 11 als Rissstopper gezeigt. Die
Kerbe 4g als Rissstarter kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass am Gießkern
des Abgaskanals eine keilförmige Auswölbung vorhanden ist, insbesondere dann wenn
ein solcher Bereich einer Bearbeitung nicht zugänglich ist. Der Rissstopper als Einlage
11 kann durch ein eingegossenes aber nicht verschweißtes Stahlblech gebildet sein.
Bezugszeichenliste
[0031]
- 1
- Zylinderkopf
- 2
- Ventilsitz
- 3
- Ventilsitz (3a, 3b, 3c, 3d)
- 4
- Kerbe, Rissstarter (4a, 4b, 4c, 4d, 4f, 4g)
- 5
- Stegwandung
- 6
- Bohrung, Rissstopper (6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h)
- 7
- Auflagefläche für Ventilsitzringe
- 8
- Wasserraum
- 9
- Abgaskanal
- 10
- rissgefährdeter Bereich
- 11
- Einlage
1. Thermisch und/oder mechanisch beanspruchte Bauteilwandung (5) eines fluidführenden
und/oder gasführenden Bauteils, in Form eines Zylinderkopfs (1) einer Brennkraftmaschine,
mit wenigstens einem durch die Beanspruchung rissgefährdeten Bereich, in dem betriebsbedingt
von der Wandaußenseite her ein Riss in die Bauteilwandung (5) hinein ausbildbar ist,
und
mit wenigstens einem Rissstopper (6) der in der Bauteilwandung (5) im rissgefährdeten
Bereich und/oder im Rissverlauf angeordnet ist und eine weitere Rissausbreitung, insbesondere
durch die Bauteilwandung (5) hindurch in kritische Bauteilbereiche (8), verhindert,
wobei, insbesondere zur Verhinderung einer lokal unkontrollierten Rissausbildung und
Rissausbreitung, im rissgefährdeten Bereich (5; 10) an der Wandaußenseite ein Rissstarter
(4) vorgesehen ist, der eine definiert lokalisierte Rissausgangsstelle bildet,
wobei das Bauteil ein Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine und die beanspruchte
Bauteilwandung ein Ventilsteg (5) zwischen benachbarten Ventilsitzen (3) ist, wobei
vorgesehen ist, dass der Rissstarter (4) wandaußenseitig am Ventilsteg (5) zwischen
den Ventilsitzen (3) verläuft.
2. Bauteilwandung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rissstarter (4) über seine gesamte Länge durchgehend oder bereichsweise oder
punktuell verläuft und/oder durch Materialschwächungen mit geometrischen Maßnahmen
und/oder durch Materialeigenschaftsmaßnahmen gebildet ist.
3. Bauteilwandung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rissstarter als geometrische Sollrissstelle in der Art einer Kerbe (4) oder durch
Materialveränderungen ausgebildet ist, die durch wenigstens eine der nachfolgenden
Maßnahmen erzeugt sind:
- durch mechanisches Entfernen mit einem spanenden Verfahren;
- durch Verdampfen von Material, insbesondere mittels Elektronenstrahl und/oder mittels
Laserstrahl;
- durch Materialaufschmelzen, insbesondere mittels Elektronenstrahl und/oder mittels
Laserstrahl und/oder mittels Induktionsleistung;
- als vorgegossene oder eingegossene Kerbe (4);
- durch ein Eingussteil (11), insbesondere aus Metall und/oder Keramik und/oder Glas,
wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das Eingussteil nicht oder gegebenenfalls nur
einseitig verschweißt ist;
- durch Einschmelzen von nur teilverschweißendem Draht und/oder teilverschweißenden
Plättchen und/oder teilverschweißendem Pulver;
- als Kerbwirkung durch Aufschmelzen von Material und schnelles Abkühlen, wobei ein
Gefüge aus Ledeburit bei Eisengusswerkstoffen erzeugt wird, insbesondere durch Selbstabschreckung
durch eine hohe Restmasse oder durch Abschreckmedien; und/oder
- als Kerbwirkung in Verbindung mit einem Materialaufschmelzen durch Härten und damit
Erzeugen eines Gefüges Martensit und/oder Bainit bei Eisengusswerkstoffen.
4. Bauteilwandung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rissstarter als Kerbe (4) bei GS, GJS, GJV oder Aluminiumlegierung geprägt oder
bei GS, GJS, GJV, GJL oder Aluminiumlegierung spanend erzeugt wird.
5. Bauteilwandung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rissstopper (6) als Materialaussparung oder Durchbruch in der Bauteilwandung
(5) ausgebildet ist, insbesondere erzeugt wird durch:
- mechanisches Entfernen von Material, insbesondere als Bohrung (6),
und/oder
- durch Verdampfen und/oder durch Ausschmelzen von Material, wobei gegebenenfalls
vorgesehen ist, dass der Hohlraum des Rissstoppers mit einem wärmeleitenden Feststoff,
insbesondere einem Kupferstab oder mit einem wärmeleitenden Pulver, insbesondere einem
Kupferpulver, verfüllt wird.
6. Bauteilwandung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rissstopper durch Eingießen von Material (11) erzeugt wird, insbesondere durch
Eingießen:
- von nicht oder nur teilweise verschweißendem Material und/oder
- von mit einer ein Verschweißen verhindernder Trennschicht umgebenen Material und/oder
- von Keramikmaterial und/oder
- von Glasmaterial,
erzeugt wird.
7. Bauteilwandung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kerbe (4f) als Rissstarter mit ihrer Tiefe bis zum Rissstopper (6g) verlängert
ist.
8. Bauteilwandung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bauteilwandung zwei oder mehr Rissstopper (6e, 6f) übereinander angeordnet
sind, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass zwei oder mehr Rissstopper (6e, 6f) in
einem Ventilstegbereich eines Zylinderkopfs (1) in unterschiedlichen Abständen zu
der einem Brennraum zugewandten Oberfläche angeordnet sind.
9. Bauteilwandung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Ventilsteg als Bauteilwandung (5) ein erster Rissstopper (6e), in Hochachsenrichtung
gesehen, oberhalb einer Ventilsitzringauflage (7) und ein zweiter Rissstopper (6f)
unterhalb der Ventilsitzringauflage (7) und oberhalb eines Wasserraums (8) angeordnet
sind, wobei für den Fall, dass der zweite Rissstopper (6f) als Bohrung ausgebildet
ist, diese gasdicht verschlossen ist.
10. Bauteilwandung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rissstopper (6) als Bohrung geradlinig am geringsten Abstand zwischen zwei benachbarten
Ventilsitzen (3) im Ventilsteg (5) verläuft und/oder dass der Rissstopper (6), bezogen
auf eine Hochachsenrichtung, senkrecht unterhalb des Rissstarters verläuft, wobei
der Rissstarter (4) als Kerbe parallel dazu oder bogenförmig und/oder gegebenenfalls
versetzt zum geringsten Abstand verläuft.
11. Bauteilwandung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einem Kühlkanal des Zylinderkopfs (1) zugewandten Seite des Rissstoppers
eine Kühlung durch das Kühlmedium, insbesondere durch eine Kühlmediumumlenkung, vorgesehen
ist.
12. Bauteilwandung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmediumumlenkung im Zylinderkopf (1) und/oder an einer Injektoraufnahmehülse
durchgeführt wird.
13. Verfahren zur Herstellung eines Rissstoppers und Rissstarters in einer thermisch und/oder
mechanisch beanspruchten Bauteilwandung in Form eines Zylinderkopfstegbereichs einer
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug mit einer thermisch und/oder mechanisch beanspruchten
Bauteilwandung in Formeines Zylinderkopfstegbereichs einer Brennkraftmaschine nach
einem der Ansprüche 1 bis 15.