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Title:
ENGINE COMPONENT, IN PARTICULAR A CYLINDER HEAD FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/003541
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an engine component, in particular, a cylinder head for an internal combustion engine, comprising two adjacent support regions, arranged at an angle to each other. In operation, compression forces, essentially directed towards the transition region, act in a first of the support sections and forces, essentially directed away from the transition region, act in the other second support region. According to the invention, the transition region forms a backcut of the first support region, which extends over an imaginary extension of an external wall of the first support region into the transition region. The above is of application in the transition region between pressure supports and channel walls in cylinder heads, for example.

Inventors:
BERNDT ALEXANDER (DE)
KIZLER WOLFGANG (DE)
MUELLER FRANK (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/006881
Publication Date:
January 13, 2005
Filing Date:
June 25, 2004
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
BERNDT ALEXANDER (DE)
KIZLER WOLFGANG (DE)
MUELLER FRANK (DE)
International Classes:
F02F1/24; F02F1/38; (IPC1-7): F02F1/38; F02F1/24
Foreign References:
DE3326685C11984-03-01
EP1028247A22000-08-16
Attorney, Agent or Firm:
Kreiser, André (Intellectual Property Management IMP - C106, Stuttgart, DE)
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Claims:
DaimlerChrysler AG Patentansprüche
1. Maschinenbauteil, insbesondere Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, mit zwei in einem Winkel zueinander angeordneten und aneinander anstoßenden Tragabschnitten (10,12, 14), wobei im Betrieb in einem ersten der Trag abschnitte (10) im wesentlichen auf den Übergangsbereich hin gerichtete Druckkräfte und in dem zweiten, anderen Tragabschnitt (12,14) im wesentlichen vom Übergangsbe reich weg gerichtete Kräfte wirken, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Übergangsbereich einen Hinterschnitt des ersten Trag abschnitts (10) ausbildet, der sich über eine gedachte Verlängerung einer Außenwandung des ersten Tragabschnitts (10) in den Übergangsbereich erstreckt.
2. Maschinenbauteil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s in einer Schnittebene gesehen ein tiefster Punkt (38) des Hinterschnitts innerhalb der gedachten Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragabschnitts (10) liegt.
3. Maschinenbauteil nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Übergangsbereich in einer Schnittebene gesehen eine parabelförmige oder parabelähnliche Kurve ausbildet und ein Wechsel zwischen dem Übergangsbereich und dem ersten beziehungsweise zweiten Tragabschnitt ausserhalb von im Betrieb hochbelasteten Materialbereichen erfolgt.
4. Maschinenbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Übergangsbereich in einer Schnittebene eine Über gangskurve (44) ausbildet, die einen stetigen Krümmungs verlauf aufweist oder deren Unstetigkeiten im Krümmungs verlauf minimiert sind.
5. Maschinenbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s eine Außenwandung des Übergangsbereichs eine Außenwandung des ersten Tragabschnitts (10) mit kleinen Krümmungen oder großen Krümmungsradien bis in den Bereich eines Grunds des Hinterschnitts fortsetzt, dass die Außenwan dung des Übergangsbereiches eine Außenwandung des zweiten Tragabschnitts (12,14) mit kleinen Krümmungen oder gro ßen Krümmungsradien bis in den Bereich des Grunds (38) des Hinterschnitts fortsetzt, und dass die Außenwandung des Übergangsbereichs im Bereich des Grunds (38) des Hin terschnitts große Krümmungen oder kleine Krümmungsradien aufweist.
6. Maschinenbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der erste Tragabschnitt (10) in einer Schnittebene eine Querabmessung b aufweist und sich der Hinterschnitt in der Schnittebene gesehen um eine Strecke a, die zwischen b/16 bis b/3 beträgt, über die gedachte Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragabschnitts (10) erstreckt.
7. Maschinenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der erste Tragabschnitt (76) in einer Schnittebene eine Querabmessung b aufweist, im Übergangsbereich eine Mate rialverstärkung gegenüberliegend dem Hinterschnitt (80) vorgesehen ist und sich der Hinterschnitt (80) in der Schnittebene gesehen um eine Strecke a, die bis zu b/2 beträgt, über die gedachte Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragabschnitts (76) erstreckt.
8. Maschinenbauteil nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der erste Tragabschnitt (76) und der Übergangsbereich in der Schnittebene eine sartige Querschnittsform bilden.
9. Maschinenbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der erste Tragabschnitt (10) eine Druckstütze eines Zy linderkopfs einer Brennkraftmaschine bildet, die im mon tierten Zustand fluchtend zu einem Motorblocksteg (16) angeordnet ist, und dass der zweite Tragabschnitt (12, 14) einen vom Brennraum ausgehenden Kanalwandabschnitt eines Einlassoder Auslasskanals (26,28) des Zylinder kopfs bildet.
Description:
Maschinenbauteil, insbesondere Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Maschinenbauteil, insbesondere ei- nen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, mit zwei in ei- nem Winkel zueinander angeordneten und aneinander anstoßenden Tragabschnitten, wobei im Betrieb in einem ersten der Tragab- schnitte im wesentlichen auf den Übergangsbereich hin gerich- tete Druckkräfte und in dem zweiten, anderen Tragabschnitt im wesentlichen vom Übergangsbereich weg gerichtete Kräfte wir- ken.

Stetig steigende Forderungen nach Verbrauchsoptimierung und Einhaltung immer schärferer Abgasgrenzwerte führt speziell bei Dieselmotoren zu einer immer weiteren Anhebung des Brenn- raumdrucks. Konventionelle Zylinderkopfkonstruktionen geraten dadurch bezüglich der Festigkeit in kritische Grenzbereiche oder versagen gar während des Betriebs. Üblicherweise wird zur Verstärkung von Bauteilen eine Erhöhung der Materialstär- ke, ein höher belastbares Material oder die Anordnung von Verstärkungsrippen vorgesehen. Gerade bei Zylinderköpfen ist eine Erhöhung der Materialstärke oder das Anbringen von Ver- steifungsrippen nicht oder nur in sehr begrenztem Umfang mög- lich, da bezüglich der Gas-und Wasserführung Randbedingungen eingehalten werden müssen. Eine unterschiedliche Materialwahl kann zu erheblichen Mehrkosten führen.

Gerade bei hoch belasteten Zylinderköpfen kommt es im Wasser- raum im Bereich der Kanal-und Schachtanbindung zur Boden- platte bzw. zum Ölraumboden in der Nähe zur Tragstruktur der Zylinderkopfverschraubung oft zu Dauerbruchrissen, die zum Ausfall des Bauteils führen können. Solche Risse sind auf ei- ne sehr hohe mechanische Beanspruchung zurückzuführen, die durch Steifigkeitsunterschiede im Bauteil entsteht. Im Be- reich der Tragstruktur wirken sehr hohe Druckspannungen auf- grund der Schraubenvorspannkraft, die über das Bauteil gese- hen in hohe Zugspannungen im Bereich der Kanal-und Schacht- anbindungen übergehen. Zugspannungen werden maßgeblich durch den Brennraumdruck sowie Temperaturgradienten verursacht.

Versteifungsmaßnahmen führen zu einer Erhöhung des Bauteilge- wichts, zu Nachteilen bei der Kühlung sowie zur Beeinträchti- gung der Gießqualität aufgrund von Materialanhäufungen. Bei Materialanhäufungen treten in der Regel ein schlechteres Er- starrungsverhalten, reduzierte Werkstoffqualität sowie Eigen- spannungen auf.

Aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 1 028 247 A2 ist ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem innerhalb des Zylinderkopfs Versteifungsrippen vorgesehen sind, um die Belastbarkeit zu erhöhen.

Mit der Erfindung soll ein Maschinenbauteil, insbesondere ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, angegeben werden, dessen Belastbarkeit gegenüber konventionellen Maschinenbau- teilen verbessert ist.

Erfindungsgemäß ist hierzu ein Maschinenbauteil, insbesondere ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, mit zwei in ei- nem Winkel zueinander angeordneten und aneinander anstoßenden Tragabschnitten vorgesehen, wobei im Betrieb in einem ersten der Tragabschnitte im wesentlichen auf den Übergangsbereich hin gerichtete Druckkräfte und in dem zweiten, anderen Trag- abschnitt im wesentlichen vom Übergangsbereich weg gerichtete Kräfte wirken, bei dem der Übergangsbereich einen Hinter- schnitt des ersten Tragabschnitts ausbildet, der sich über eine gedachte Verlängerung einer Außenwandung des ersten Tragabschnitts in den Übergangsbereich erstreckt.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Übergangsbereichs ist es möglich, die unterschiedlich gerichteten Kräfte in den beiden Tragbauteilen im kritischen Übergangsbereich einander zu überlagern und wenigstens teilweise auszugleichen. Im kri- tischen Übergangsbereich werden dadurch beispielsweise Zug- spannungen und Druckspannungen überlagert und die Materialbe- anspruchung verringert sich auf ein für den gewählten Werk- stoff ertragbares Maß.

In Weiterbildung der Erfindung liegt in einer Schnittebene gesehen ein tiefster Punkt des Hinterschnitts innerhalb der gedachten Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragab- schnitts.

Eine solche Ausgestaltung ermöglicht einen besonders wirksa- men Ausgleich von Zugspannungen und Druckspannungen.

In Weiterbildung der Erfindung bildet der Übergangsbereich in einer Schnittebene gesehen eine parabelförmige oder parabel- ähnliche Kurve aus und ein Wechsel zwischen dem Übergangsbe- reich und dem ersten bzw. zweiten Tragabschnitt erfolgt au- ßerhalb von im Betrieb hoch belasteten Materialbereichen.

Indem eine Außenwandung des Übergangsbereichs zwischen dem ersten und zweiten Tragabschnitt durch eine parabelförmige o- der parabelähnliche Kurve definiert wird, können Unstetigkei- ten oder plötzliche Veränderungen im Krümmungsverlauf an der Außenwandung des Übergangsbereichs vermieden werden. Solche Unstetigkeiten im Krümmungsverlauf, üblicherweise verursacht durch Geometriewechsel, beispielsweise dem Übergang von einem Radius in eine gerade Linie, führen zu kerbwirkungsähnlichen Effekten und damit zu hoch belasteten Materialbereichen. Mit- tels einer parabelförmigen oder parabelähnlichen Kurve in den hoch belasteten Materialbereichen können solche kerbwirkungs- ähnlichen Effekte vermieden werden und die Materialbelastung kann auf ein für den Werkstoff ertragbares Maß reduziert wer- den. Außerhalb der hoch belasteten Materialbereiche kann dann ein Geometriewechsel erfolgen, wobei dann sogar scharfkantige Übergänge oder Kerben erlaubt werden können, da keine lokal hohe Materialbelastung zu befürchten ist.

In Weiterbildung der Erfindung bildet der Übergangsbereich in einer Schnittebene eine Übergangskurve aus, die einen steti- gen Krümmungsverlauf aufweist oder deren Unstetigkeiten im Krümmungsverlauf minimiert sind.

Im Stand der Technik ist es bekannt, hoch belastete Übergänge zwischen Tragabschnitten auszurunden, um die gefürchtete Kerbwirkung zu vermeiden. Generell wird dabei darauf geach- tet, in einem Winkel aneinander anstoßende Oberflächen zu vermeiden, da sich an solchen Stellen stark erhöhte Material- belastungen ergeben. Im Ergebnis wird somit darauf geachtet, einen stetigen Steigungsverlauf einer Übergangskurve sicher- zustellen, entsprechend einem stetigen Verlauf der ersten Ab- leitung der Übergangskurve. Gemäß der Erfindung wird nun dar- auf geachtet, einen stetigen Verlauf der von der zweiten Ab- leitung der Übergangskurve abhängigen Krümmung zu erzielen, da erkannt wurde, dass auch Unstetigkeiten im Krümmungsver- lauf kerbwirkungsähnliche Effekte haben. Sollte aufgrund von Randbedingungen ein stetiger Krümmungsverlauf nicht reali- sierbar sein, beispielsweise sind mit einigen CAD-Programmen lediglich Kreisradien an Bauteilen darstellbar, ist darauf zu achten, die Unstetigkeiten im Krümmungsverlauf zu minimieren, indem beispielsweise eine Radiusveränderung zwischen aneinan- der anstoßenden Kreisabschnitten sehr gering gewählt wird.

In Weiterbildung der Erfindung setzt eine Außenwandung des Ü- bergangsbereichs eine Außenwandung des ersten Tragabschnitts mit kleinen Krümmungen oder großen Krümmungsradien bis in den Bereich eines Grunds des Hinterschnitts fort und die Außen- wandung des Übergangsbereichs setzt eine Außenwandung des zweiten Tragabschnitts mit kleinen Krümmungen oder großen Krümmungsradien bis in den Bereich des Grunds des Hinter- schnitts fort und die Außenwandung des Übergangsbereichs weist im Bereich des Grunds des Hinterschnitts große Krümmun- gen oder kleine Krümmungsradien auf.

Durch eine solche Gestaltung ist es möglich, Spannungen aus dem ersten Tragabschnitt und Spannungen aus dem zweiten Trag- abschnitt bis in den Bereich des Grunds des Hinterschnitts zu führen und dort zu überlagern, um einen teilweisen Ausgleich der beiderseitigen Spannungen zu erreichen.

In Weiterbildung der Erfindung weist der erste Tragabschnitt in einer Schnittebene eine Querabmessung b auf und der Hin- terschnitt erstreckt sich in der Schnittebene gesehen um eine Strecke a, die zwischen b/16 bis b/3 beträgt, über die ge- dachte Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragab- schnitts.

Eine solche Ausgestaltung des Übergangsbereichs ist insbeson- dere für symmetrische Tragstrukturen vorteilhaft, bei denen ein erster Tragabschnitt beispielsweise beidseitig in zweite Tragabschnitte übergeht oder beispielsweise auch bei rotati- onssymmetrischen Tragstrukturen.

In Weiterbildung der Erfindung weist der erste Tragabschnitt in einer Schnittebene eine Querabmessung b auf, im Übergangs- bereich ist eine Materialverstärkung gegenüberliegend dem Hinterschnitt vorgesehen und der Hinterschnitt erstreckt sich in der Schnittebene gesehen um eine Strecke a, die bis zu b/2 beträgt, über die gedachte Verlängerung der Außenwandung des ersten Tragabschnitts.

Bei asymmetrisch gestalteten Tragstrukturen, bei denen der erste Tragabschnitt mit einer Materialverstärkung gegenüber- liegend dem Hinterschnitt versehen ist, kann der Hinter- schnitt sich noch deutlich weiter in den ersten Tragabschnitt hinein erstrecken, um eine besonders wirksame Überlagerung von entgegengesetzt gerichteten Kräften oder Spannungen zu erzielen.

In Weiterbildung der Erfindung bilden der erste Tragabschnitt und der Übergangsbereich in der Schnittebene eine S-artige Querschnittsform.

Eine solche Ausgestaltung ist beispielsweise im Randbereich eines Zylinderkopfs vorteilhaft, indem auf einer Außenwand eine Materialverstärkung vorgesehen sein kann und ein Ansaug- oder Auslasskanal lediglich auf einer Seite einer Schrauben- pfeife vorgesehen ist.

In Weiterbildung der Erfindung bildet der erste Tragabschnitt eine Druckstütze eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschi- ne, die im montierten Zustand fluchtend zu einem Motorblock- steg angeordnet ist, und der zweite Tragabschnitt bildet ei- nen vom Brennraum ausgehenden Kanalwandabschnitt eines Ein- lass-oder Auslasskanals des Zylinderkopfs.

Gerade bei hoch belasteten Zylinderköpfen von direkt ein- spritzenden Dieselmotoren erlaubt die erfindungsgemäße Ges- taltung von Übergangsbereichen eine verbrauchs-und emissi- onsoptimierende Erhöhung des Brennraumdrucks, ohne zulässige Materialbelastungen zu überschreiten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Übergangs- bereichs zwischen einer Druckstütze und einer Kanal- wand in einem Zylinderkopf, wobei zwei verschiedene Ausführungsformen dargestellt sind, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Spannungsverlaufs an einem Übergangsbereich in einem Zylinderkopf gemäß dem Stand der Technik, Fig. 3 eine schematische Darstellung der Materialspannungen an einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gestaltung eines Übergangsbereichs, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gestaltung eines Übergangsbereichs und Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gestaltung eines Übergangsbereichs.

Die schematische Schnittansicht der Fig. 1 zeigt rechts einer strichpunktierten Mittellinie eine erste erfindungsgemäße Gestaltung eines Übergangsbereichs zwischen einer Druckstütze 10 und einer Kanalwand 12 eines Zylinderkopfs. Links der strichpunktierten Mittellinie ist eine weitere Möglichkeit der erfindungsgemäßen Gestaltung eines Übergangsbereichs zwi- schen der Druckstütze 10 und einer weiteren Kanalwand 14 dar- gestellt.

Die Druckstütze 10 ist oberhalb eines Motorblockstegs 16 an- geordnet und zwischen dem Motorblocksteg 16 und dem Zylinder- kopf ist eine Zylinderkopfdichtung 18 angeordnet. Lediglich der Übersichtlichkeit halber sind Motorblocksteg 16, Zylin- derkopfdichtung 18 und Zylinderkopf in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. Der Motorblocksteg 16 trennt einen ers- ten Brennraum 20 und einen zweiten Brennraum 22 voneinander.

In der Darstellung der Fig. 1 nach oben werden die Brennräume 20,22 durch eine Brennraumplatte 24 des Zylinderkopfs be- grenzt. In der Brennraumplatte sind Öffnungen für einen Ein- lasskanal 26 bzw. einen Auslasskanal 28 vorgesehen, die je- weils von einem Ventilsitzring 30 definiert sind. Schematisch ist ein den Einlasskanal wahlweise öffnendes oder verschlie- ßendes Einlassventil 32 angedeutet. Ebenfalls schematisch an- gedeutet ist eine im geschlossenen Zustand des Einlassventils 32 durch die Verbrennung im Raum 20 erzeugte Gaskraft FG, die auf die dem Brennraum zugewandte Begrenzung der Brennraum- platte 24 und die Unterseite des Einlassventils 32 wirkt. Da das Einlassventil 32 im geschlossenen Zustand am Ventilsitz- ring 30 anliegt, wird die auf das Einlassventil 32 wirkende Gaskraft FG ebenfalls auf die Brennraumplatte 24 übertragen.

Der Zylinderkopf wird entgegen der in der Darstellung der Fig. 1 nach oben gerichteten Gaskraft FG durch die nach unten gerichtete Schraubenvorspannkraft Fs am Motorblocksteg 16 gehalten. Die Schraubenvorspannkraft Fs ist mittels zweier Pfeile 36 angedeutet.

Rechts der strichpunktierten Mittellinie der Fig. 1 ist eine konventionelle Gestaltung des Übergangs zwischen der Druck- stütze 10 und der Kanalwand 12 in gestrichelten Linien ange- deutet. Die erfindungsgemäße Gestaltung des Übergangsbereichs ist dahingegen in durchgezogenen Linien gezeigt. Anhand der die Schraubenvorspannkraft Fs andeutenden Pfeile 36 und der die Gaskraft FG andeutenden Pfeile 34 ist zu erkennen, dass es im Übergangsbereich zwischen der Druckstütze 10 und der Kanalwand 12 zu einer erheblichen Materialbelastung kommt.

Durch den erfindungsgemäßen Hinterschnitt der Druckstütze 10 gelingt es, Zugspannungen aus der Kanalwand 12 in den Bereich eines Grunds 38 des Hinterschnitts zu führen, so dass die Zugspannungen dort mit Druckspannungen in der Druckstütze 10 überlagert und wenigstens teilweise ausgeglichen werden. Der Grund 38 des Hinterschnitts, entsprechend dem tiefsten Punkt des Hinterschnitts, ist dabei so angeordnet, dass er inner- halb einer gedachten Verlängerung der Druckstütze 10 nach un- ten liegt. Auf der linken Hälfte der Darstellung der Fig. 1 ist eine solche gedachte Verlängerung mittels einer gestri- chelten Linie 40 angedeutet.

Bei der Gestaltung des Hinterschnitts wird erfindungsgemäß auch darauf geachtet, dass innerhalb hoch belasteter Materi- albereiche kein Geometriewechsel stattfindet, wie dies bei der gestrichelt angedeuteten Übergangskurve 42 gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. Bei der konventionellerweise gewählten Übergangskurve 42 geht die geradlinige Außenwandung der Druckstütze 10 in einen Kantenradius über, der Grund der Übergangskurve ist wieder geradlinig gestaltet und geht mit- tels eines weiteres Kantenradius dann in die Kanalwand über.

Bei jedem Geometriewechsel, beispielsweise beim Übergang der geradlinigen Außenwand der Druckstütze 10 in den ersten Kan- tenradius, tritt ein Sprung im Krümmungsverlauf der Über- gangskurve 42 auf. Der Krümmungsverlauf ist von der zweiten Ableitung der Übergangskurve 42 abhängig. Solche Unstetigkei- ten im Krümmungsverlauf führen aber zu kerbwirkungsähnlichen Effekten bei der Materialbelastung. Beim Stand der Technik wird lediglich darauf geachtet, einen stetigen Steigungsver- lauf der Übergangskurve zu realisieren und in einem Winkel aneinander anstoßende Oberflächen zu vermeiden.

Bei der erfindungsgemäße Gestaltung des Übergangsbereichs, definiert durch die durchgezogen dargestellte Übergangskurve 44, ist dahingegen auf einen stetigen Krümmungsverlauf geach- tet. So wird die Übergangskurve in weiten Teilen und in jedem Fall in den hoch belasteten Materialbereichen in der Umgebung des Grunds 38 durch eine Parabel bestimmt, die einen stetigen Krümmungsverlauf aufweist. Auch beim Übergang in an diese Pa- rabel anschließende Geometrien, beispielsweise der Gestaltung des Übergangs in die geradlinige Außenwand der Druckstütze 10 sowie beim Übergang in die Außenwand der Kanalwand 10, wird auf einen möglichst stetigen Krümmungsverlauf oder allmähli- che Veränderungen der Krümmung geachtet.

Dabei ist festzuhalten, dass außerhalb hoch belasteter Mate- rialbereiche durchaus scharfkantige Übergänge und Geometrie- wechsel zugelassen werden können. So ist in der linken Hälfte der Fig. 1 eine parabelförmige Übergangskurve 46 dargestellt, die den Hinterschnitt der Druckstütze 10 ausbildet. Es ist dabei zu erkennen, dass die Parabelform bis zum Übergang in die geradlinige Außenwandung der Druckstütze 10 beibehalten wurde. Am Übergang zwischen der geradlinigen Außenwandung der Druckstütze 10 und der Übergangskurve stoßen die Außenwandung der Druckstütze 10 und die Außenwandung des Übergangsbereichs in einem Winkel aneinander. Da dieser scharfkantige Übergang aber außerhalb des hoch belasteten Materialbereichs liegt, ist an dieser Stelle keine Materialbelastung zu erwarten, die über dem für den Werkstoff ertragbaren Maß liegt.

In der Darstellung der Fig. 1 ist eine Querabmessung b der Druckstütze 10 angedeutet. Die Übergangskurve 44 erstreckt sich im Bereich des Hinterschnitts der Druckstütze 10 um eine Strecke a über die gedachte Verlängerung der Druckstütze 10 hinaus. Der Wert a kann dabei zwischen b/16 und b/3 betragen.

Diese Werte für a sind bei symmetrischer Gestaltung der Druckstütze 10 zweckmäßig, beispielsweise zur strichpunktiert dargestellten Mittellinie symmetrischer Gestaltung. Ebenfalls dargestellt ist die Höhe des Übergangsbereichs h, die so groß gewählt wird, dass ein Übergang zwischen der Übergangskurve 44 und der geradlinigen Außenwand der Druckstütze 10 bereits außerhalb der hoch belasteten Materialbereiche liegt.

In der Darstellung der Fig. 2 ist der Spannungsverlauf an ei- nem konventionell gestalteten Übergang zwischen einer Druck- stütze 50 und einer Kanalwand 52 eines Zylinderkopfs darge- stellt. Die Spannungen sind dabei relativ zur Übergangskurve aufgetragen, so dass auf der mit einem Plus-Zeichen gekenn- zeichneten Seite der Übergangskurve aufgetragene Spannungen Zugspannungen und auf der mit einem Minus-Zeichen markierten Seite der Übergangskurve Druckspannungen aufgetragen sind.

Mit einer gestrichelten Linie 54 sind die durch die Schrau- benvorspannkraft Fs verursachten Materialspannungen schema- tisch angedeutet. Mittels einer gepunkteten Linie 56 sind die durch eine Gaskraft FG im Brennraum verursachten Material- spannungen schematisch angedeutet. Die strichpunktiert darge- stellte Linie 58 soll die Überlagerung der Kurven 54 und 56 darstellen, entsprechend einer überlagerten Spannung aus der Schraubenvorspannkraft Fs und der Gaskraft FG. Anhand des Verlaufs der strichpunktierten Gesamtspannungskurve 58 ist zu erkennen, dass sich die Kurven 54 und 56 in einer Weise über- lagern, dass ein hohes Druckspannungsmaximum 60 sowie ein ho- hes Zugspannungsmaximum 62 auftreten. Im Bereich des Druck- spannungsmaximums 60 sowie des Zugspannungsmaximums 62, lie- gen die am höchsten belasteten Materialbereiche und in diesen Bereichen ist ein Versagen des Materials zu erwarten.

Die Darstellung der Fig. 3 zeigt in zur Fig. 2 vergleichbarer Darstellung den Spannungsverlauf an einem erfindungsgemäß gestalteten Zylinderkopf. Die Druckstütze 10 geht dabei mit- tels eines Hinterschnitts in die Kanalwand 12 über, wobei sich der Hinterschnitt über eine gedachte Verlängerung der Außenwand der Druckstütze 10 in diese hinein erstreckt. Ver- gleichbar zur Darstellung der Fig. 2 sind Materialspannungen relativ zur Übergangskurve 64 dargestellt, mittels der die Außenwand der Druckstütze 10 in die Außenwandung der Kanal- wand 12 übergeht. Vergleichbar zur Fig. 2 ist eine durch die Schraubenvorspannkraft Fs verursachte Materialspannung mit- tels einer gestrichelten Linie 66 angedeutet. Eine durch die Gaskraft FG verursachte Materialspannung ist durch eine ge- punktete Linie 68 angedeutet und die Überlagerung der Kurven 66 und 68 ist durch eine strichpunktierte Linie 70 angedeu- tet. In der Darstellung der Fig. 3 ist zu erkennen, dass die Zugspannungen aus der Kanalwand 12 durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Übergangskurve 64 in den Bereich des Grunds des Hinterschnitts geleitet werden. Auch die in der Druck- stütze 10 wirkenden Druckspannungen haben ihr Maximum etwa im Bereich des Grunds des Hinterschnitts, der deutlich innerhalb der gedachten Verlängerung der Außenwand der Druckstütze 10 liegt. Die sich ergebende Gesamtspannung, entsprechend der strichpunktierten Linie 70, zeigt dadurch eine gegenüber der Darstellung der Fig. 2 deutlich verringerte maximale Druck- spannung 72 sowie eine deutlich verringerte maximale Zugspan- nung 74, da durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Über- gangsbereichs Zugspannungen und Druckspannungen sich wenigs- tens teilweise gegeneinander aufheben. Im Ergebnis ergibt sich eine gegenüber der konventionellen Gestaltung der Fig. 2 reduzierte Materialbelastung.

Die Darstellung der Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gestaltung eines Übergangsbereichs zwischen einer Druckstütze 76 eines Zylinderkopfs und einer Kanalwand 78. Der Übergangsbereich ist bei der Ausführungs- form der Fig. 4 asymmetrisch und gegenüberliegend dem Hinter- schnitt 80 ist an der Druckstütze 76 eine Materialverstärkung durch Materialauftrag vorgesehen. Die Druckstütze 76 erhält dadurch ein etwa S-förmiges Aussehen in der Schnittansicht der Fig. 4. Aufgrund der Materialverstärkung der Druckstütze 76 kann sich bei der asymmetrischen Gestaltung einer Druck- stütze 76 der Hinterschnitt 80 um eine Strecke a über die ge- dachte Verlängerung der Außenwand der Druckstütze 76 in diese hinein erstrecken, die bis zur Hälfte der Querabmessung b der Druckstütze 76 beträgt.

Die schematische Schnittansicht der Fig. 5 zeigt eine weitere Gestaltungsmöglichkeit für einen Übergang zwischen einer Druckstütze 82 und einer Kanalwand 84 eines Zylinderkopfs.

Die Druckstütze 82 weist eine in der Schnittansicht der Fig.

5 kegelförmige, sich nach unten zum Hinterschnitt hin verjün- gende Gestalt auf.

Eine weitere mögliche Gestaltung einer Druckstütze 86 und des Übergangs zu einer Kanalwand 88 bei einem Zylinderkopf zeigt die schematische Schnittansicht der Fig. 6. Die Druckstütze 86 hat eine kegelförmige Gestalt, die sich im Unterschied zur Ausführungsform der Fig. 5 aber nach unten erweitert. Durch einen Hinterschnitt 90 im Übergangsbereich wird die Querab- messung der Druckstütze 86 wieder verringert, um dann-aus- gehend vom Hinterschnitt 90-in die Kanalwand 88 überzug- hen.