Verbund, Kurbelgehäuse, Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum

Herstellen einer Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbund, ein Kurbelgehäuse, eine Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren zum Herstellen einer Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine.

Die Herstellung von Gussteilen ist gekennzeichnet durch eine zunehmende Integration von funktionalen Elementen des Gussbauteiles. Dies trifft insbesondere für Motorblöcke, insbesondere Zylinderkurbelgehäuse, zu. Derartige Kurbelgehäuse weisen komplizierte Innenräume auf, die im Finish-Prozess eine komplizierte Reinigung zur Entfernung der Sand- und oder Schlichterückstände aus dem Gießereiprozess erfordern. Insbesondere Zylinderkurbelgehäuse besitzen heute eine Vielzahl von integrierten gegossenen innen liegenden Funktionen, wie Wassermänteln, Passagen und Kanälen für Wasser oder Öl, die nach dem Gießen gereinigt werden müssen. Erschwerend kommt hinzu, dass für Motorenkomponenten die Anforderungen an die Bauteilsauberkeit bzw. die Restschmutzanforderungen in der letzten Zeit stark gestiegen sind.

Zurzeit werden für die Reinigung Schleuderradstrahlmaschinen verwendet, die im Wesentlichen die Außenkonturen von Rückständen des Gießprozesses säubern. Innenkonturen werden in der Regel mit Druckstrahlgeräten gereinigt, wobei der Handprozess sowie typenbezogene Sondermaschinen aufgrund der komplexen Innenräume dominieren.

Nachteilig ist derzeit, dass diese Reinigung aufwendig ist und durch die Vielzahl von integrierten gegossenen innen liegenden Funktionen, wie Wassermänteln, Passagen und Kanälen für Wasser oder Öl erschwert wird.

Neben den gestiegenen Anforderungen an die Bauteilsauberkeit bzw. die Restschmutzanforderungen sind ebenfalls die Leistungsanforderungen, wie höhere Zünddrücke oder höhere Temperaturbelastungen, an die Motorblöcke gestiegen. Durch die geforderten steigenden Leistungen bei Verbrennungsmotoren, sind die vier klassischen Lastzonen eines Zylinderkurbelgehäuses, nämlich Lagerstuhl, Kopfverschraubung, Zylinderrohr und Zylindersteg, im Grenzbereich des aktuell technisch Machbaren angelangt.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung die Reinigung der Motorblöcke nach dem Gießen zu erleichtern und es zu ermöglichen, aktuelle und zukünftige Restschmutzanforderungen einzuhalten sowie eine Lösung für die Herausforderungen aktueller und zukünftiger Hochleistungsmotoren, insbesondere für die Lastzonen Kopfplatte und Zylinderrohr, sowie Potential zur lokalen Verbesserung der Eigenschaften im Kurbelgehäuse in den weiteren Lastzonen Kopf- und Kurbelwellenlager- Verschraubung bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch einen Verbund aus wenigstens zwei Zylindern und einer diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche, wobei der Verbund aus wenigstens zwei Zylindern und der diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche einstückig ausgebildet ist, wobei die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche für jeden Zylinder eine Ausnehmung aufweist und wobei der Verbund in ein Kurbelgehäuse einer Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine einsetzbar oder aufsetzbar ist, dadurch gelöst, dass wenigstens eine Kühlmittelführung zwischen den Zylindern angeordnet ist.

Durch die einstückige Ausbildung des mehrzylindrigen Verbunds wird vorteilhaft erreicht, dass der Verbund als separates Bauteil hergestellt werden kann. Für die Herstellung können verschiedene Verfahren angewendet werden. Vorzugsweise wird das Bauteil gegossen. Es ist jedoch ebenso im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass das Herstellen des Verbunds durch einen Tiefziehprozess oder das Schmieden des Verbundes unter Verwendung von beispielsweise Aluminium-Kupfer-Knetlegierungen erreicht wird.

Es ist für die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche des mehrzylindrigen Verbunds vorgesehen, dass diese in ihrer Geometrie frei gestaltbar ist. Beispielsweise kann die Dicke der plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche entsprechend der anfallenden Belastungen hergestellt werden. Ebenso ist hierbei vorstellbar, dass die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche größere Dicken in belasteten Bereichen und minimale Dicken in nicht belasteten Bereichen aufweist. Ebenfalls ist vorgesehen, dass die Geometrie der plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche frei gestaltbar ist, beispielsweise derart, dass die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche an die Geometrie des Kurbelgehäuses und des Zylinderkopfes angepasst ist. Da der Verbund keinen integrierten Kühlmittelraum umfassen muss, sind die äußeren Zylinderwände entsprechend den Anforderungen frei gestaltbar. Beispielsweise kann eine kraftfluss- und/oder anforderungsoptimierte Stützstruktur, wie beispielsweise Rippenverstärkungen und Dergleichen oder Kühlrippen, an den äußeren Zylinderwänden realisiert werden. Hierbei ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Stützstruktur (Rippen) derart an den Zylinderwänden angeordnet ist, dass eine Strömungsoptimierung erreicht wird. Die Stützstruktur (Rippen) wird bereits bei der Herstellung der Zylinder mithergestellt.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens eine Kühlmittelführung bzw. Stegkühlung zwischen den Zylindern angeordnet ist.

Da der Verbund mit seinen Zylindergeometrien und der plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche nicht zusammen mit dem Zylinderkurbelgehäuse hergestellt wird, sondern separat hergestellt und in diesen einsetzbar oder auf diesen aufsetzbar ist (die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche liegt auf dem Kurbelgehäuse auf, wobei die Zylinder in das Kurbelgehäuse hineinragen), kann die Kühlmittelführung sehr universell, individuell und ohne Einschränkungen bzgl. Position, z.B. auch unmittelbar unter und parallel zur Zylinderkopfauflagefläche, hergestellt werden.

Zwischen den Zylindern bedeutet, dass zwischen wenigstens zwei benachbarten Zylindern wenigstens eine Aussparung bzw. Ausnehmung vorhanden ist, so dass Kühlmittel von einer Seite des Verbunds durch die Aussparung bzw. Ausnehmung auf die gegenüberliegende Seite des Verbunds gelangen kann. Dementsprechend werden die Zylinder auch in dem Bereich zwischen den Zylindern gekühlt. Hierbei kann vorgesehen sein, dass eine Kühlmittelführung zwischen allen benachbarten Zylindern angeordnet ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Kühlmittelführung nur zwischen manchen Zylindern, z.B. in jedem zweiten Bereich zwischen zwei benachbarten Zylindern, angeordnet ist.

Ebenso ist es ein Vorteil der Erfindung, dass die Zylinderrohrform und Zylinderrohrwandung entsprechend den Anforderungen frei gestaltbar sind. Die Ausgestaltung der Zylinderrohrform ist wichtig, um der Verformung durch die Verschraubung entgegenzuwirken. Beispielsweise kann die Zylinderrohrwandung konvex (nach außen gewölbt), konkav (nach innen gewölbt), sinusförmig, stufenförmig oder als eine Mischung der vorgenannten Möglichkeiten ausgestaltet sein oder mit Stützstrukturen, Kühlrippen oder Dergleichen versehen sein. Die gestaltbare Zylinderrohrform und Zylinderrohrwandung haben den Vorteil, dass die Zylinderwandstärke im Bereich der hohen Zünddrücke erhöht werden kann. Weiterhin kann durch die ausgewählte Form (konvex, konkav,...) eine Strömungsoptimierung erreicht werden. Beispielsweise wird durch eine angepasste Ausgestaltung eine höhere Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht.

Dadurch, dass der Verbund separat hergestellt wird und erst nach dem Herstellen, beispielsweise durch Gießen, in das separat hergestellte Kurbelgehäuse eingesetzt oder auf es aufgesetzt bzw. in diesem montiert wird, kann das Kurbelgehäuse als „offenes" Kurbelgehäuse hergestellt werden und die Zylinder können vor dem Einsetzen leicht bearbeitet werden, was eine große Freiheit in der Gestaltung der Zylinderaußenwand ermöglicht.

Dies ermöglicht eine verbesserte Zugänglichkeit für kurbelgehäuseinterne Speisungsmaßnahmen, beispielsweise bei Nichteisen-Legierungen oder Eisenbasiswerkstoffen, sowie signifikant verbesserte Reinigungsmöglichkeiten des Verbunds und des„offenen" Kurbelgehäuses mit den bekannten Reinigungsverfahren. Die Erfindung ermöglicht ebenfalls die aktuell sehr häufig nachgefragte, komplett getrennte Kühlmittelführung von Zylinderkopf und Kurbelgehäuse, da keine Öffnungen zur Lagerung des sonst üblichen Wassermantels oder Losteilschieber erforderlich sind. So ist eine geschlossene Kopffläche möglich. Die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche kann aber auch, je nach Bedarf, örtlich geöffnet werden um eine Verbindung zwischen dem Kühlmittelraum bzw. Wasserraum des Kurbelgehäuses zum Kühlmittelraum bzw. Wasserraum des Kopfes zu ermöglichen.

Im Falle, dass der Verbund in ein „offenes" Kurbelgehäuse einer Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine eingesetzt wird, ist vorteilhaft vorgesehen, dass die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche in ihren Dimensionen derart ausgestaltet ist, dass sie weitestgehend formschlüssig in das offene Kurbelgehäuse eingebracht wird. Durch diese Ausgestaltung wird ein einfacheres Abdichten - Kurbelgehäuse und Verbund - erreicht.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Außenwand der Zylinder wenigstens einen horizontal zumindest teilweise umlaufenden Wulst aufweisen. Der Wulst ist vorzugsweise als Dichtwulst ausgebildet. Der Dichtwulst ist vorzugsweise derart an dem Zylinder angeordnet, dass eine Dichtung zwischen einem Kühlmittelraum bzw. Wasserraum (gebildet durch die Außenwände der Zylinder und den oberen Innenwänden des Kurbelgehäuses) und dem unteren Kurbelgehäuse erreicht wird.

Der erfindungsgemäße Verbund bietet somit durch die beschriebenen Vorteile die Möglichkeit zur Verbesserung von Verbrennungsmotoren für aktuelle und zukünftige höhere Zünddrücke und höhere Temperaturbelastungen im Bereich Kopfplatte und Zylindersteg, sowie Zylinderrohr.

Insbesondere können durch den erfindungsgemäßen Verbund die Herausforderungen bzgl. Temperaturwechselbeständigkeit, Temperaturbelastung des Zylinderstegs („Zwickel"), Tribologie, Plattensteifigkeit und -festigkeit, Zylinderverzug, Beschichtungsfähigkeit der Laufbahnen (bei Al-Leg.) einfacher gelöst werden.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbundes sieht vor, dass die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche - bis auf die Ausnehmungen für jeden Zylinder - durchtrittsfrei ausgebildet ist.

Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die Steifigkeit und Struktur der Zylinderkopfauflagefläche nicht durch Durchtritte geschwächt wird. Dies ermöglicht auch ein vereinfachtes Abdichten zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderkurbelgehäuse, da keine/kaum Versickungen, Stopper, etc. bei Einsatz einer Kopfdichtung an der Zylinderkopfauflagefläche angeordnet sind. Vorteilhaft wird durch diese Ausgestaltung weiterhin erreicht, dass die Verbrennungskraftmaschine höheren Drücken ausgesetzt werden kann. Ebenso kann die Tendenz zur Rissbildung der Zylinderkopfauflagefläche, die von Durchtritten als Anfangsort begünstigt wird, vermindert bis verhindert werden.

Für eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbundes ist vorgesehen, dass die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche wenigstens einen Durchtritt aufweist.

Dieser wenigstens eine Durchtritt, wobei die Form (Geometrie) und Größe des wenigstens einen Durchtritts entsprechend des Zwecks ausgestaltet werden kann, kann nach Bedarf in die Zylinderkopfauflagefläche des Verbunds eingebracht sein (beispielsweise während der Herstellung durch Gießen) oder nachträglich (beispielsweise nach der Herstellung durch Gießen) in die Zylinderkopfauflagefläche eingebracht werden. Beispielsweise kann dieser wenigstens eine Durchtritt zum Verbinden des Zylinderkopfs mit dem Kurbelgehäuse dienen (beispielsweise durch einen an dem Zylinderkopf angebrachten Bolzen, der durch den Durchtritt des Verbunds in das Kurbelgehäuse eingreift), wobei dann der Verbund zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse formschlüssig angeordnet ist.

Für den erfindungsgemäßen Verbund ist weiterhin vorteilhaft vorgesehen, dass der Verbund aus Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL), Gusseisen mit Vermiculargraphit (GJV), Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) und/oder Stahl und/oder einer Kombination der vorgenannten Werkstoffe hergestellt ist.

Durch den separat hergestellten Verbund aus einem dieser oder einer Kombination dieser Eisenbasiswerkstoffe kann die Herstellung der Brennkraftmaschine insgesamt, durch beispielsweise Gießen, vereinfacht werden. Ebenso wird erreicht, dass durch die separate Herstellung eine anforderungsoptimierte Steuerung der Feinkörnigkeit und der Porenfreiheit des Zylinderrohrgefüges ermöglicht wird, ohne dass das Kurbelgehäuse beeinflusst wird. Beispielsweise kann eine Abschreckschicht oberflächennah der Lauffläche realisiert werden. Ebenso oder zusätzlich kann eine durchgehend abgeschreckte Zylinderwandung realisiert werden. Durch diese separate Behandlung des Verbunds wird eine verbesserte Wärmeleitung und -Übergang/Abführung in den Kühlkreislauf sowie Einstellbarkeit der mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit R _m , Dehngrenze R _p0; 2 und Bruchdehnung Ä) ermöglicht. Es ist ebenfalls vorteilhaft, dass durch die Verwendung von Eisenbasiswerkstoffen ein nachträgliches Fügen der Laufbuchsen sowie eine separate Laufbahnbeschichtung entfallen können. Insbesondere durch die Verwendung des Werkstoffs Gusseisen mit Kugelgraphit kann sowohl eine höhere Festigkeit als auch eine höhere Dehnung erreicht werden.

Für eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbundes ist vorgesehen, dass der Verbund aus Nichteisenwerkstoffen, insbesondere Aluminiumlegierungen, wie Aluminium-Magnesium-Legierungen (AlMgxx), Aluminium-Silizium-Legierungen (AlSixx) mit Kupfer (Cu) und/oder Magnesium (Mg) und/oder Aluminiumknetlegierungen, hergestellt ist. Durch die Verwendung von Nichteisenwerkstoffen für die Herstellung des Verbunds kann dieser ohne Speisungsmaßnahmen hergestellt werden. Insbesondere ist vorteilhaft, dass ein nachträglicher Liner-Umguss sowie das nachträgliche Fügen des Liners entfallen. Vorteilhaft ist insbesondere, dass nur der Verbund aus Nichteisenwerkstoffen, insbesondere Aluminiumlegierungen, hergestellt wird, und nicht das komplette Zylinderkurbelgehäuse (Verbund und„offenes" Kurbelgehäuse).

Bei Nichteisenwerkstoffen, insbesondere auf Aluminium-Basis, wird ermöglicht, dass durch den Einsatz von Kühlelementen im Zylinderrohr (Kokillen aus Stahl, GJL, Ms,...) eine beschichtungsfähige Lauffläche hergestellt werden kann, ohne dass das Kurbelgehäuse beeinflusst wird.

Wie zuvor beschrieben ist für den erfindungsgemäßen Verbund vorgesehen, dass eine Kühlmittelführung zwischen den Zylindern angeordnet ist, wobei die Kühlmittelführung durch Durchbohrung des Zwischenbereichs zweier benachbarter, möglicherweise verbundener Zylinder und/oder durch einen Kühlkanal-Kern im Zwischenbereich zweier benachbarter, möglicherweise verbundene, Zylinder und/oder durch freistehende Zylinder realisiert ist.

Es ist ebenfalls für den Verbund vorstellbar, dass eine Kühlnut oder auch Entlüftungsnut bzw. Entlüftungskanal auf der dem Zylinderkopf zugewandten Seite der Zylinderkopfauflagefläche angeordnet ist, die für eine Reduzierung der Temperaturen im Stegbereich dient. Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Kühlnut seitens des Zylinderkopfes mit Kühlmittel versorgt wird. Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Kühlnut oder auch Entlüftungsnut bzw. Entlüftungskanal durch wenigstens eine Bohrung mit der unteren Deckseite der geschlossenen plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche und somit mit dem Kühlmittelkreislauf des Kurbelgehäuses verbunden werden kann.

Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Kurbelgehäuse einer Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine gelöst, wobei das Kurbelgehäuse eine Aussparung zur Aufnahme des Verbunds umfasst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Aussparung zur Aufnahme des Verbunds in ihrer Geometrie derart ausgestaltet ist, dass der Verbund zumindest teilweise, zumindest die Zylinder, in dem Kurbelgehäuse angeordnet werden kann.

Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Aussparung zur Aufnahme des Verbunds in ihrer Innengeometrie der Außengeometrie der wenigstens zwei Zylinder entspricht. Die Zylinder können demnach passgenau in das Kurbelgehäuse eingesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Aussparung zur Aufnahme des Verbunds in ihrer oberen Innengeometrie der Außengeometrie der plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche entspricht, wobei vorgesehen sein kann, dass die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche durch einen umlaufenden Vorsprung in der Aussparung gehalten wird.

Durch die separate Herstellung des Verbunds und des„offenen" Kurbelgehäuses ergeben sich weitere Vorteile für die Herstellung des Kurbelgehäuses. Beispielsweise wird eine deutlich vereinfachte Zugänglichkeit für bauteilinnere Speisungsmaßnahmen erreicht, wodurch das Gefüge im Lager Stuhlbereich durch den Einsatz von Kühlelementen hinsichtlich der daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften positiv beeinflusst werden kann. Weiterhin kommt vorteilhaft hinzu, dass die Reinigung des„offenen" Kurbelgehäuses vereinfacht wird, wodurch die Restschmutzanforderungen deutlich einfacher eingehalten werden können.

Vorteilhaft kommt hinzu, dass das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse in kostengünstigen und einfach zu beherrschenden Legierungen anforderungsgerecht hergestellt werden kann. Im Falle, dass Laufflächenbeschichtungen verwendet werden, können beispielsweise die Maskierung (Abdeckung) zur Vermeidung von Overspray und zusätzliche Reinigungsschritte nach dem Sprayen im Kurbelraumbereich entfallen.

Die Aufgabe wird ebenfalls durch eine Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine umfassend ein Kurbelgehäuse sowie einen Verbund, dadurch gelöst, dass der Verbund zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse sowie in der Aussparung zur Aufnahme des Verbunds angeordnet ist. Bei dem Kurbelgehäuse handelt es sich um das zuvor beschriebene„offene" Kurbelgehäuse. Bei dem Verbund handelt es sich um den zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verbund. Hierbei ist demnach zu der Erfindung gehörig, dass zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse ein Verbund angeordnet ist, wobei der Verbund einstückig ausgebildet ist und in ein Kurbelgehäuse einer Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine eingesetzt ist oder mit der plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche auf das Kurbelgehäuse aufgesetzt und mit den Zylindern in die Aussparung des Kurbelgehäuses zur Aufnahme der Zylinder des Verbunds eingesetzt ist, und wobei die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche zur Auflage des Zylinderkopfes dient und für jeden Zylinder eine Ausnehmung aufweist.

Es ist weiterhin vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, dass die Außenwandbereiche der Zylinder des Verbunds und die Wandbereiche der Aussparung zur Aufnahme des Verbunds des Kurbelgehäuses einen Kühlmittelraum bzw. Wasserraum ausbilden.

Durch diese Ausgestaltung wird vorteilhaft erreicht, dass zur Ausbildung des Kühlmittelraums bzw. Wasserraumes keine Entformungsschrägen oder, im Falle von Druckgussfertigung, Losteile und oder Schieber mit größerem (1 bis >2°) Formkonus erforderlich sind. Parallel verlaufende oder gestufte Zylinderwände können ohne weiteres hergestellt werden. Ebenso können aufgrund der gewählten Formteilung Leit-/Kühl-/Stütz- Rippen etc. am Zylinderrohr vorgesehen werden und eine bedarfsangepasste Wandung des Zylinders ist möglich. Der Kühlmittelraum kann demnach frei gestaltet werden.

Aufgrund der Kühlmittelraumbildung durch die separat hergestellten Bauteile, Verbund und offenes Kurbelgehäuse, kann eine sehr dünne bzw. schmale Wassermantel-Geometrie hergestellt werden. Die Geometrie kann deutlich filigraner dargestellt bzw. ausgebildet werden als dies heute technisch, mittels Kernen und Schiebern, erreichbar ist. Es ist vorgesehen, dass die Wassermantel-Geometrie eine Stärke von weniger als 5 mm, vorzugsweise weniger als 3,5 mm, aufweist. Durch die dünne bzw. schmale Wassermantel- Geometrie wird vorteilhaft erreicht, dass weniger Kühlmittel als bei vorbekanntem Stand der Technik benötigt wird. Dementsprechend ist die benötigte Pumpleistung geringer als bei bekannten Pumpen und die Pumpe kann dadurch kleiner ausgestaltet werden als die bisher verwendeten Pumpen. Dies spart Gewicht, damit Kosten, und Raum.

Es ist weiterhin vorteilhaft für die erfindungsgemäße Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, dass die die wenigstens zwei Zylinder verbindende plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche auf das Kurbelgehäuse aufgesetzt ist oder in die Aussparung zur Aufnahme des Verbunds eingesetzt ist.„Aufgesetzt" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zylinderkopfauflagefläche die Ausnehmung des Kurbelgehäuses abdeckt bzw. überlappt. „Eingesetzt" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zylinderkopfauflagefläche formschlüssig in die Ausnehmung des Kurbelgehäuses einbringbar ist. Bei letzterer Ausgestaltung kann die Ausnehmung des Kurbelgehäuses wenigstens einen nach innen gerichteten zumindest teilweise umlaufenenden Vorsprung bzw. Sitz aufweisen, so dass der Außenbereich der Zylinderkopfauflagefläche auf dem Vorsprung bzw. Sitz aufliegen kann.

Die Aufgabe wird ebenfalls durch eine Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine umfassend einen Zylinderkopf, ein Kurbelgehäuse sowie einen einstückig aus einem Zylinder und einer Zylinderkopfauflagefläche ausgebildeteten Verbund, wobei die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche eine Ausnehmung für den einen Zylinder aufweist und wobei das Kurbelgehäuse eine Aussparung zur Aufnahme des einen einstückig aus einem Zylinder und einer Zylinderkopfauflagefläche ausgebildeteten Verbunds aufweist, dadurch gelöst, dass ein Bereich der Zylinderaußenwand des Verbunds und die Aussparung des Kurbelgehäuses zur Aufnahme des Verbunds einen Kühlmittelraum bzw. Wasserraum bilden.

Der hier beschriebene Verbund besteht aus genau einem Zylinder und einer Zylinderkopfauflagefläche. Die Zylinderkopfauflagefläche kann gemäß dem mehrzylindrigen Verbund ausgestaltet sein. Ebenso ist vorgesehen, dass der einzylindrige Verbund aus denselben Materialien wie der mehrzylindrige Verbund hergestellt sein kann.

Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zum Herstellen der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine gelöst.

Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

- Separates Herstellen des Kurbelgehäuses, des Verbunds und des Zylinderkopfes,

- Einsetzen des Verbunds in das Kurbelgehäuse,

- Anordnen des Zylinderkopfes auf der plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche des Verbunds,

- Verbinden des Kurbelgehäuses, des Verbunds und des Zylinderkopfes.

Es ist zu der Erfindung gehörig, dass die Schritte

- Einsetzen des Verbunds in das Kurbelgehäuse, - Anordnen des Zylinderkopfes auf der plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche des Verbunds,

vertauscht werden können. Dementsprechend kann zuerst der Zylinderkopf auf der plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche des Verbunds angeordnet werden, wobei er auch auf dieser befestigt werden kann, wonach der Verbund mit dem Zylinderkopf in das Kurbelgehäuse eingesetzt wird.

Es ist erfindungsgemäß zu dem Verfahren gehörig, dass das Verbinden des Kurbelgehäuses, des Verbunds und des Zylinderkopfes durch gängige Verfahren wie Schrauben, Kleben, Klemmen, Dichten oder Dergleichen erreicht wird. Durch die einstückige Ausbildung des Verbunds wird vorteilhaft erreicht, dass die Zylinder beim Verbinden kaum oder gar nicht verzogen werden, da der Kraftfluss beim Verbinden (beispielsweise durch Anziehen von Zylinderkopfschrauben) von den Zylinderohren entkoppelt ist. Durch die Ausgestaltung kann weiterhin eine schlankere Zylinderwandung realisiert werden, was zu einer Gewichts- und damit Kostenreduzierung führt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher, jedoch nicht darauf beschränkt, erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Verbund aus vier Zylindern und einer diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Verbund aus vier Zylindern und einer diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche in, im Vergleich zu Fig. 1 umgedrehter, perspektivischer Ansicht,

Fig. 3a den erfindungsgemäßen Verbund aus vier Zylindern und einer diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche, wobei die Kühlmittelführung durch Durchbohrung des Zwischenbereich zweier benachbarter in Längsrichtung verbundener Zylinder realisiert ist, in vertikaler Schnittansicht, Fig. 3b den erfindungsgemäßen Verbund aus vier Zylindern und einer diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche, wobei die Kühlmittelführung durch einen Kühlkanal-Kern im Zwischenbereich zweier benachbarter in Längsrichtung verbundener Zylinder realisiert ist, in vertikaler Schnittansicht,

Fig. 3c den erfindungsgemäßen Verbund aus vier Zylindern und einer diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche, wobei die Kühlmittelführung durch freistehende Zylinder realisiert ist, in vertikaler Schnittansicht,

Fig. 3d den erfindungsgemäßen Verbund aus vier Zylindern und einer diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche, wobei eine Kühlnut auf der Zylinderkopfauflagefläche angeordnet ist, in vertikaler Schnittansicht,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine umfassend einen Zylinderkopf und ein Kurbelgehäuse, wobei zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse ein Verbund aus vier Zylindern und einer diese vier Zylinder verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche angeordnet ist, in Explosionsdarstellung,

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine umfassend zwei

Zylinderköpfe und ein V8-Kurbelgehäuse, wobei zwischen den Zylinderköpfen und dem V8-Kurbelgehäuse jeweils ein Verbund aus vier Zylindern und einer diese Zylinder verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche angeordnet ist, in Explosionsdarstellung,

Fig. 6 einen erfindungsgemäßen Verbund (VR-Inline Variante) und ein entsprechendes offenes Kurbelgehäuse (VR-Inline Kurbelgehäuse), wobei der Verbund sechs Zylinder und eine diese Zylinder verbindenden plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche umfasst, wobei die Zylinder in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, in Explosionsdarstellung, Fig. 7 eine erfindungsgemäße Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine umfassend einen Zylinderkopf und ein Kurbelgehäuse, wobei zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse ein Verbund aus vier Zylindern und einer diese vier Zylinder verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche angeordnet ist, wobei die Zylinderkopfauflagefläche im zusammengebauten Zustand auf dem Kurbelgehäuse aufliegt, und wobei auf der Oberseite der Zylinderkopfauflagefläche Entlüftungsnuten angeordnet sind, in Explosionsdarstellung,

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine umfassend einen Zylinderkopf und ein Kurbelgehäuse, wobei zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse ein Verbund aus vier Zylindern und einer diese vier Zylinder verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche angeordnet ist, wobei die Zylinderkopfauflagefläche im zusammengebauten Zustand in der Aussparung des Kurbelgehäuses in etwa formschlüssig eingebracht ist, in Explosionsdarstellung,

Fig. 9 den erfindungsgemäßen Verbund aus vier Zylindern und einer diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche, wobei vier verschieden angeordnete Kühlnuten an den Zylindern angeordnet sind, in perspektivischer Ansicht,

Fig. 10a- lOf verschiedene Schnittdarstellungen eines in einem offenen Kurbelgehäuse angeordneten Verbundes,

Fig. l la-l lf verschiedene Schnittdarstellungen eines in einem offenen Kurbelgehäuse angeordneten Verbundes.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäßer Verbund (1) aus vier Zylindern (2a, 2b, 2c, 2d) und einer diese Zylinder verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche (5), wobei der Verbund (1) aus wenigstens zwei Zylindern (2a, 2b, 2c, 2d) und der diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche (5) einstückig ausgebildet ist, in perspektivischer Ansicht dargestellt. Wie gezeigt, weist die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche (5) für jeden Zylinder (2a; 2b; 2c; 2d) eine Ausnehmung (3a; 3b; 3c; 3d) auf. Es ist vorgesehen, dass der Verbund (1) in ein („offenes") Kurbelgehäuse (7a; 7b) einer Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine einsetzbar oder auf dieses aufsetzbar ist. Weiterhin ist gezeigt, dass die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche (5) - bis auf die Ausnehmungen (3a; 3b; 3c; 3d) für jeden Zylinder (2a; 2b; 2c; 2d) - durchtrittsfrei ausgebildet ist.

Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Verbund (1) aus vier Zylindern und einer diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche (5) in, im Vergleich zu Fig. 1 umgedrehter, perspektivischer Ansicht. Da der Verbund (1) separat hergestellt ist, wird ermöglicht, dass durch den Einsatz von Kühlelementen im Zylinderrohr (Kokillen aus Stahl, GJL, Ms, ...) eine beschichtungsfähige Lauffläche (4a; 4b; 4c; 4d) hergestellt werden kann, ohne dass das Kurbelgehäuse beeinflusst wird. Ebenso wird erreicht, dass durch die separate Herstellung eine anforderungsoptimierte Steuerung der Feinkörnigkeit und der Porenfreiheit des Zylinderrohrgefüges ermöglicht wird, ohne dass das Kurbelgehäuse beeinflusst wird. Beispielsweise kann eine Abschreckschicht oberflächennah der Lauffläche realisiert werden. Ebenso oder zusätzlich kann eine durchgehend abgeschreckte Zylinderwandung realisiert werden.

In den Fig. 3a bis 3c ist der erfindungsgemäße Verbund (1) aus vier Zylindern (2a, 2b, 2c, 2d) und einer diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche in vertikalen Schnittansichten gezeigt. In Fig. 3a ist dargestellt, dass die Kühlmittelführung (6) durch Durchbohrung des Zwischenbereichs zweier benachbarter in Längsrichtung verbundener Zylinder (2a, 2b, 2c, 2d) realisiert werden kann. In Fig. 3b ist dargestellt, dass die Kühlmittelführung (6) durch einen Kühlkanal-Kern im Zwischenbereich zweier benachbarter in Längsrichtung verbundener Zylinder (2a, 2b, 2c, 2d) realisiert werden kann. In Fig. 3c ist dargestellt, dass die Kühlmittelführung (6) durch freistehende Zylinder (2a; 2b; 2c; 2d) realisiert werden kann.

In den Fig. 3d ist der erfindungsgemäße Verbund (1) aus vier Zylindern (2a, 2b, 2c, 2d) und einer diese verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche in vertikalen Schnittansichten gezeigt. In Fig. 3d ist dargestellt, dass eine Kühlnut (6a) in der plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche angeordnet ist. Die Geometrie, Form und Lage der Kühlnut (6a) sind nicht beschränkt auf die dargestellte spaltähnliche Ausführungsform, sondern kann entsprechend dem Bedarf auf der Zylinderkopfauflagefläche angeordnet sein. Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Zylinderkopf (8) und ein erfindungsgemäßes Kurbelgehäuse (7a), wobei zwischen dem Zylinderkopf (8) und dem Kurbelgehäuse (7a) ein Verbund (1) aus vier Zylindern und einer diese vier Zylinder verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche angeordnet ist, in Explosionsdarstellung.

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine, umfassend zwei Zylinderköpfe (8) und ein erfindungsgemäßes V8-Kurbelgehäuse (7b), wobei zwischen den Zylinderköpfen (8) und dem V8-Kurbelgehäuse (7b) jeweils ein Verbund (1) aus vier Zylindern und einer diese vier Zylinder verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche angeordnet ist, in Explosionsdarstellung. Wie dargestellt, kann die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche des Verbunds (1) Durchtritte (9) aufweisen, welche zur Fixierung bzw. Adaption zwischen dem jeweiligen Zylinderkopf (8), des Verbunds (1) und des Kurbelgehäuses (7b) verwendet werden können.

Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, wird keine separate Zylinderkopfdichtung benötigt, wodurch die Kraftübertragung direkt und flächig erfolgen kann und nicht beschränkt ist auf eine Zylinderkopfdichtungskontur. Dies ist insbesondere im hochbelasteten Bereich (Kompressionsbereich) vorteilhaft.

In Fig. 6 ist ein erfindungsgemäßer Verbund (1; VR6-Inline Variante) und ein entsprechendes offenes Kurbelgehäuse (7c; VR6-Inline Kurbelgehäuse) in Explosionsdarstellung dargestellt. Der Verbund (1) umfasst sechs Zylinder (2, 2b. 2c, 2d, 2e, 2f) und eine diese Zylinder verbindende plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche (5). Der Verbund (1) ist derart ausgestaltet, dass er in das Kurbelgehäuse (7c) eingesetzt wird (die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche kann auf einem Sitz in dem Kurbelgehäuse in etwa formschlüssig eingebracht werden; die Zylinder sind in dem Kurbelgehäuse geführt). Die Zylinder sind in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet und haben jweils eine Schränkung (zur Längsachse hin) von ca. 15 %. Die Zylinder (2, 2b. 2c, 2d, 2e, 2f) können frei geführt in dem Kurbelgehäuse (7c) angeordnet werden. Die Innenkontur der Aussparung des Kurbelgehäuses (zur Aufnahme des Verbunds) kann im Wesentlichen glatt (siehe Fig. 5) oder, wie hier dargestellt, eine Kontur aufweisen. Auf der plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche (5) sind Kühl- und Lüftungsnuten (6a) gezeigt. Die Kühl- und Lüftungsnuten (6a) sind zumindest teilweise radial umlaufend um die Ausnehmungen für die Zylinder angeordnet, wobei die Form, die Größe, die Anzahl, die Tiefe und die Lage frei gestaltbar sind. Die Kühl- und Lüftungsnuten (6a) ermöglichen, dass die im Betriebszustand unter Druck stehenden Fluide (Gase und z.T. auch Kühlmittelflüssigkeit) aus dem Wasserraum durch die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche (5) entweichen können.

Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine in Explosionsdarstellung. Die Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Zylinderkopf (8) und ein erfindungsgemäßes Kurbelgehäuse (7a), wobei zwischen dem Zylinderkopf (8) und dem Kurbelgehäuse (7a) ein Verbund (1) aus vier Zylindern und einer diese vier Zylinder verbindende plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche angeordnet ist. Bei der erfindungsgemäßen Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine ist der Verbund (1) auf das Kurbelgehäuse (7a) aufgesetzt (die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche liegt auf dem Kurbelgehäuse auf, die Zylinder sind in dem Kurbelgehäuse geführt). Auf der plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche sind drei Kühl- und Lüftungsnuten (6a) gezeigt. Die Kühl- und Lüftungsnuten (6a) sind zwischen den Ausnehmungen für die Zylinder angeordnet. Die Kühl- und Lüftungsnuten (6a) ermöglichen, dass die im Betriebszustand unter Druck stehenden Fluide (Gase und z.T. auch Kühlmittelflüssigkeit) aus dem Wasserraum durch die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche (5) entweichen können.

Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine in Explosionsdarstellung. Die Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Zylinderkopf (8) und ein erfindungsgemäßes Kurbelgehäuse (7a), wobei zwischen dem Zylinderkopf (8) und dem Kurbelgehäuse (7a) ein Verbund (1) aus vier Zylindern und einer diese vier Zylinder verbindende plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche angeordnet ist. Bei der erfindungsgemäßen Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine ist der Verbund (1) formschlüssig in das Kurbelgehäuse (7a) eingesetzt (die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche liegt auf einem Absatz in dem Kurbelgehäuse auf, so dass die Zylinderkopfauflagefläche und die Oberseite des Kurbelgehäuses im montierten Zustand plan sind; die Zylinder sind in dem Kurbelgehäuse geführt).

In Fig. 9 ist ein erfindungsgemäßer Verbund (1) aus vier Zylindern und einer diese Zylinder verbindenden plattenförmigen Zylinderkopfauflagefläche, wobei der Verbund (1) einstückig ausgebildet ist, in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die Außenwände der Zylinder weisen einen horizontal umlaufenden Wulst (14) auf. Der Wulst (14) ist vorzugsweise als Dichtwulst ausgebildet und dient im Betriebszustand (zusammenmonierter Zustand der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine) als Dichtung zwischen dem Kühlmittelraum bzw. Wasserraum (gebildet durch die Außenwände der Zylinder und den oberen Innenwänden des Kurbelgehäuses) und dem unteren Kurbelgehäuse. Die Form, die Lage und die Größe des Wulstes (14) sind frei gestaltbar. Ebenfalls ist in Fig. 9 gezeigt, dass an den äußeren Zylinderwänden (vier gezeigte) Stützstrukturen (6b), hier Rippenverstärkungen, die auch Kühlrippen sein können, realisiert sind. Hierdurch wird unter anderem eine Strömungsoptimierung erreicht. Die Stützstrukturen (Rippen) können in beliebiger Weise (wie dargestellt z.B. längs, quer oder schräg) an den Außenwänden der Zylinder angeordnet sein.

In den Fig. 10a bis lOf ist der erfindungsgemäße Verbund (1) als aufgesetzter Verbund in einem Kurbelgehäuse (7a) angeordnet und in verschiedenen Ansichten und Schnittebenen dargestellt. In Fig. 10a ist der auf das Kurbelgehäuse aufgesetzte Verbund in Draufsicht dargestellt, wobei die Schnittebenen für die Fig. 10b bis Fig. lOf eingezeichnet sind. Fig. 10b zeigt die Schnittebene A-A, Fig. 10c zeigt die Schnittebene B-B, Fig. lOd zeigt die Schnittebene C-C, Fig. lOe zeigt die Schnittebene D-D und Fig. lOf zeigt die Schnittebene E- E. In Fig. 10b ist die Schnittebene A-A dargestellt, wobei der Verbund (1) aufgesetzt und über Befestigungsmittel (13), hier Zugankerschrauben, mit dem Kurbelgehäuse (7a) verbunden ist. Die Zugankerschrauben sind durch die plattenförmige Zylinderkopfauflagefläche des Verbunds (1) in das Kurbelgehäuse geschraubt. Wie dargestellt, ist der Kühlmittelraum bzw. Wasserraum (11) durch die Außenwände der Zylinder und den oberen Innenwänden des Kurbelgehäuses gebildet. In den Fig. 10b bis lOf ist weiterhin dargestellt, dass die Außenwand des hier gezeigten Zylinders einen horizontal umlaufenden Wulst (14) aufweist. Der Wulst ist als Dichtwulst ausgebildet (s. Fig. lOe). Der Dichtwulst ist derart an dem Zylinder angeordnet, dass eine Dichtung zwischen dem Kühlmittelraum bzw. Wasserraum (11) und dem unteren Kurbelgehäuse erreicht wird. Der Verbund (1) ist im vorliegenden Beispiel zur besseren Veranschaulichung mit drei verschiedenen Kühlmittelführungen (6) versehen, obwohl jede der Varianten einzeln in einem Verbund umsetzbar ist, wobei in Fig. 10b eine Schlitzkühlmittelführung, in Fig. 10c, zwei horizontal gebohrte Kühlmittelführungen und in Fig. lOd eine Kühlmittelführung durch freistehende Zylinder gezeigt sind. In Fig. lOf sind diese Kühlmittelführungen als Schnitt E-E von links nach rechts dargestellt. Die Kühlmittelführungen (6) sind mit dem Kühlmittelraum bzw. Wasserraum (11) verbunden, so dass das Kühlmittel um die Zylinder herum geführt bzw. zirkuliert werden kann.

In den Fig. I Ia bis l lf ist der erfindungsgemäße Verbund (1) als eingesetzter Verbund in einem Kurbelgehäuse (7a) angeordnet und in verschiedenen Ansichten und Schnittebenen dargestellt. In Fig. 10a ist der auf das Kurbelgehäuse eingesetzte Verbund in Draufsicht dargestellt, wobei die Schnittebenen für die Fig. I Ib bis Fig. l lf eingezeichnet sind. Fig. I Ib zeigt die Schnittebene A-A, Fig. 11c zeigt die Schnittebene B-B, Fig. l ld zeigt die Schnittebene C-C, Fig. l le zeigt die Schnittebene D-D und Fig. l lf zeigt die Schnittebene E- E. In den Fig. I Ia bis l le ist gezeigt, dass die Befestigungsmittel (13), hier Zugankerschrauben, in das Kurbelgehäuse (7a) eingreifen, jedoch nicht in den Verbund (1) geführt werden. Wie dargestellt, ist der Kühlmittelraum bzw. Wasserraum (11) durch die Außenwände der Zylinder und den oberen Innenwänden des Kurbelgehäuses gebildet. In den Fig. I Ib bis l lf ist weiterhin dargestellt, dass die Außenwand des hier gezeigten Zylinders einen horizontal umlaufenden Wulst (14) aufweist. Der Wulst ist als Dichtwulst ausgebildet (s. Fig. l le). Der Dichtwulst ist derart an dem Zylinder angeordnet, dass eine Dichtung zwischen dem Kühlmittelraum bzw. Wasserraum (11) und dem unteren Kurbelgehäuse erreicht wird. . Der Verbund (1) ist im vorliegenden Beispiel zur besseren Veranschaulichung mit drei verschiedenen Kühlmittelführungen (6) versehen, obwohl jede der Varianten einzeln in einem Verbund umsetzbar ist,, wobei in Fig. I Ib eine Schlitzkühlmittelführung, in Fig. 11c, zwei horizontal gebohrte Kühlmittelführungen und in Fig. l ld eine Kühlmittelführung durch freistehende Zylinder gezeigt sind. In Fig. l lf sind diese Kühlmittelführungen als Schnitt E-E von links nach rechts dargestellt. Die Kühlmittelführungen (6) sind mit dem Kühlmittelraum bzw. Wasserraum (11) verbunden, so dass das Kühlmittel um die Zylinder herum geführt bzw. zirkuliert werden kann.