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Title:
PROCESS FOR THE BREAKING SEPARATION OF THE BEARING CAP OF A MULTI-PART BEARING ARRANGEMENT, ESPECIALLY IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE CRANK-CASES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1995/028573
Kind Code:
A1
Abstract:
For a process for the breaking separation of the bearing cap of a multi-part bearing arrangement, especially in internal combustion engine crank-cases by means of a half-mandrel in a bearing bore (20) partly bounded by the bearing cap (4) to separate integrally formed securing flanges of the bearing cap (4) from the remainder (3) of the bearing arrangement, it is proposed in order to produce breaking separation surfaces (14, 15) in facing planes that the pairs of corresponding breaking separation surfaces of the bearing cap and the remainder of the bearing arrangement be provided in separation surfaces together forming a blunt angle ('alpha') with the apex on the case side by at least one half-mandrel (12), the radius of curvature of which, depending on the actual blunt angle ('alpha'), is 0.5 to 5 % smaller than the constant radius of the bearing bore (20) accepting the half-mandrel (12).

Inventors:
EIDENBOECK THOMAS (AT)
LANDERL CHRISTIAN (AT)
MALISCHEW FRANZ (AT)
LUCHNER CLEMENS (DE)
Application Number:
PCT/EP1995/000400
Publication Date:
October 26, 1995
Filing Date:
February 03, 1995
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
EIDENBOECK THOMAS (AT)
LANDERL CHRISTIAN (AT)
MALISCHEW FRANZ (AT)
LUCHNER CLEMENS (DE)
International Classes:
B23D31/00; F16C9/02; F16C9/04; (IPC1-7): F16C9/02; B23D31/00
Domestic Patent References:
WO1987006509A11987-11-05
Foreign References:
US3464746A1969-09-02
US4684267A1987-08-04
US5105538A1992-04-21
US5274919A1994-01-04
DE1218213B1966-06-02
US4693139A1987-09-15
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Bruchtrennen des Lagerdeckels einer mehrteiligen Lageranordnung, insbesondere in Kur¬ belgehäusen von Brennkraftmaschinen, bei dem ein mit einem Teil (Lagerstuhl 3) der Lageranordnung (2) über Befestigungsflansche (40, 40') integral verbundener Lagerdeckel (4) mittels eines im wesentlichen schlagartig be¬ lastbaren, im deckelseitigen Lagerbohrungs abschnitt aufliegenden Halbdornes (12') ge¬ trennt wird zur Erzeugung paßgenau korrespon¬ dierender Bruchtrennflächen (14, 14'; 15, 15* ) in durch Querschnittsänderung und/oder Werk¬ stoffbehandlung vorbereiteten Trennbereichen (8, 8') der Befestigungsflansche (40, 40'), dadurch gekennzeichnet, daß die Paare korrespondierender Bruchtrenn¬ flächen (14, 14'; 15, 15') von Lagerdeckel (4) und übrigem Teil (Lagerstuhl 3) der Lager¬ anordnung (2) in miteinander einen stumpfen Winkel (α<180°) einschließenden Trennbereichen (8, 8') erzeugt werden durch zumindest einen Halbdorn (12*), dessen Krümmungsradius (RSD) im Bereich der Auflage in der Lagerbohrung (20) in Abhängigkeit des jeweiligen stumpfen Winkels (α) um 0,5 . 5 . geringer gewählt wird als der konstante Krüm¬ mungsradius (RL) der den Halbdorn (12') auf¬ nehmenden Lagerbohrung (20) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Halbdorn (12') ein veränderlicher Krüm¬ mungsradius (RSrj) gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Krümmungsradius (RSrj) ^es Halb¬ dornes (12') bei relativ großem Winkel (α) um 0,5 % 1,5 % geringer gewählt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß dem Halbdorn (12') zur Bruch¬ trennung des Lagerdeckels (4) in der Lagerbohrung (20) unter Zwischenschaltung eines Sprengkeiles (13) ein weiterer Halbdorn (12) zugeordnet wird zur Bewirkung einer mit dem so gebildeten Spreizdorn (11) in der Lagerbohrung erzeugten Bruchtrennkraft.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Trennbereiche (8, 8') durch zumindest an einer Stirnseite der Lageranordnung (2) mittels Materialabtragung angeordnete Stufen (9) gebildet werden, die mit in der Lagerbohrung (20) angeordneten Ker¬ ben (7) in Verbindung stehen.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Trennbereiche (8, 8') durch zumindest an einer Stirnseite der Lageranordnung (2) an¬ geordnete rinnenartige Vertiefungen gebildet werden, die mit in der Lagerbohrung (20) angeordneten Ker¬ ben (7) in Verbindung stehen.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeich¬ net durch die Anwendung bei einer Lageranordnung (2) aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere bei Ma¬ schinen oder Kurbelgehäusen aus einem Gußeisen¬ werkstoff.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeich¬ net durch die Anwendung bei einer Lageranordnung (2) aus einer LeichtmetallLegierung, wobei in den Trennbereichen (8, 8') gegebenenfalls Fasereinlager vorgesehen werden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der lagerdeckel seitige Halbdorn (12*) mit einer zur Lageranordnung (2) extern angeordneten Einrichtung verbunden wird zur stufenweisen Einwirkung einer Vorspannkraft und einer Bruchtrennkraft.
10. Lageranordnung nach einem oder mehreren der Verfah rensansprüche 1 bis 9, mit einem durch Schraubbolzen fixierbaren La¬ gerdeckel, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubbolzen aufnehmende Bohrungen (17, 18) in der Lageranordnung (2) zu den paarweisen Bruchtrennflächen (14, 14 • , 15, 15' ) derart geneigt angeordnet sind (Winkel ß) , daß in den gegeneinander verspannten Bruchtrennflächen aus der Verspannung des La¬ gerdeckels (4) resultierende Schubkräfte den in der Lagerbohrung (20) wirksamen Triebwerks Schubkräften entgegengerichtet sind.
Description:
Verfahren zum Bruchtrennen des Lagerdeckels einer mehr¬ teiligen Lageranordnung, insbesondere in Kurbelgehäusen von Brennkraftmaschinen

Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Pa¬ tentanspruches 1 von der US 4 684 267 aus.

Dieses Dokument beschreibt ein Verfahren zum Bruchtrennen des Lagerdeckels einer mehrteiligen Lageranordnung in einem Maschinengehäuse einer Brennkraftmaschine, wobei gemäß einem Ausführungsbeispiel die paarweise paßgenau korrespondierenden Bruchtrennflächen von Lagerdeckel und Maschinengehäuse im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Für ein Kurbelgehäuse mit V-förmig angeordneten Zylindern ist aus der US 1 916 292 eine mehrteilige Lageranordnung bekannt, bei der Lagerdeckel und Maschinengehäuse über spanabhebend bearbeitete Anlageflächen gegeneinander ver¬ spannt sind. Die paarweise glattflächig korrespondieren¬ den Anlageflächen sind in miteinander einen stumpfen Win¬ kel einschließenden Ebenen angeordnet zur Reduzierung der Belastung des Kurbelwellen-Lagerdeckels.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Bruchtrenn-Verfahren derart weiterzuentwickeln, daß auch zueinander geneigt verlaufende Bruchtrennflächen in be¬ liebigen Lageranordnungen erzielbar sind, vorzugsweise für Kurbelgehäuse mit V-förmig angeordneten Zylindern.

Diese Aufgabe wird durch den Patentanspruch 1 gelöst. Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise bei einem Kurbelgehäuse mit V-förmig angeordneten Zylindern und integral angeformten Lagerdeckeln deren Bruchtrennung vom Kurbelgehäuse mit Bruchtrennflächen, die im wesentlichen in zueinander unter einem stumpfen Winkel geneigten Ebe¬ nen verlaufen. Der stumpfe Winkel kann gegebenenfalls be¬ tragsmäßig dem Supplementärwinkel des V-Winkels zwischen den Zylindern sein. Durch erfindungsgemäß unter einem vorbestimmten stumpfen Winkel vorbereitete Trennberei¬ che zwischen Maschinengehäuse und Lagerdeckel werden ent¬ sprechend geneigt verlaufende Bruchtrennflächen sicher erzielt durch die weitere erfindungsgemäße Gestaltung des Halbdornes mit einem gegenüber dem der aufnehmenden La¬ gerbohrung um 0,5 % bis 5 % reduzierten Krümmungsradius. Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung des Halbdornes er¬ gibt sich während des Bruchtrennvorganges eine elastische Verformung des Lagerdeckels, die den Verlauf der Bruchtrennung in Richtung der unter einem stumpfen Winkel angeordneten Trennbereiche günstig beeinflußt.

Der Krümmungsradius des Halbdornes kann einen konstanten Wert haben, er kann aber auch zu Erzielung eines teil- elliptischen Querschnittes für den Halbdorn veränderlich gewählt werden.

In einer ersten Ausgestaltung des Bruchtrenn-Verfahrens wird dem Halbdorn zur Bruchtrennung des Lagerdeckels in der Lagerbohrung unter Zwischenschaltung eines Spreng¬ keiles ein weiterer, vorzugsweise identischer Halbdorn

zugeordnet und mit dem so gebildeten Spreizdorn in der Lagerbohrung eine Bruchtrennkraft erzeugt.

In weiterer Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens erfolgt eine besonders einfache Ausbildung der Trenn¬ bereiche durch mittels Materialabtragung geschaffener Stufen zumindest an einer Stirnseite der Lageranordnung. Diese Stufen bilden in der Lageranordnung einen Quer¬ schnittssprung, der in Verbindung mit dem erfindungsgemäß gewählten Krümmungsradius des Halbdornes sicherstellt, daß Bruchtrennflächen in zueinander unter einem stumpfen Winkel geneigten Ebenen erzielt werden. Bei einem groß gewählten stumpfen Winkel α wird der Halbdorn-Krümmungs- radius vorzugsweise um 0,5 % bis 1,5 % geringer gewählt als der konstante Krümmungsradius der den Halbdorn auf¬ nehmenden Lagerbohrung.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann ein Lagerdeckel der Lageranordnung an beiden Stirnseiten mit einem Satz Scheibenfräser gleichzeitig bearbeitet werden.

Die Durchmesser dieser Fräser können z.B. so groß gewählt werden, daß die damit erzeugten bogenförmigen Stufen einen gemittelten stumpfen Winkel einschließen.

Die Trennbereiche können nach einem anderen Vorschlag auch durch zumindest an einer Stirnseite der Lageranord¬ nung angeordnete rinnenartige Vertiefungen vorbereitet werden.

Die vorbeschriebenen Ausbildungen der Trennbereiche gel¬ ten für Lageranordnungen aus einem Eisenwerkstoff, insbe¬ sondere für Lageranordnungen in Maschinen- oder Kurbel¬ gehäusen aus einem Gußeisenwerkstoff. Bei einer Lager¬ anordnung aus einer Leichtmetall-Legierung kann der Trennbereich allein oder zusätzlich zu den o.g. Maßnahmen durch eine Fasereinlage vorbereitet werden. Das Verfahren

ist im übrigen auch für Lageranordnungen von Pleueln denkbar.

In einer anderen Verfahrensausgestaltung kann der lager- deckelseitige Halbdorn mit einer zur Lageranordnung ex¬ tern angeordneten Einrichtung verbunden werden zur stu¬ fenweise Einwirkung einer Vorspannkraft und einer Bruchtrennkraft.

Schließlich betrifft ein weiterer Vorschlag die Fixierung eines Lagerdeckels mittels Schraubbolzen in der Weise, daß mit diesen in den gegeneinander verspannten Bruchtrennflächen Schubkräfte erzielt werden, die wirk¬ samen Triebwerks-Schubkräften entgegengerichtet sind. Diese Anordnung ist per se für glatte, spanabhebend be¬ arbeitete Anlageflächen von Lagerdeckel und Kurbelgehäuse aus der DE-B 17 50 595 für einen V-Motor bekannt. Die An¬ wendung dieser bekannten Schraubenanordnung bei einem von einem Maschinengehäuse bruchgetrennten Lagerdeckel ver- hindert in vorteilhafter Weise eine durch dynamische Querbelastungen mögliche Beschädigung der eine Passung der korrespondierenden Bruchtrennflächen bewirkenden Bruchstruktur dieser Bruchtrennflächen. Erreicht ist da¬ mit eine hohe Betriebssicherheit der Lagerdeckel-An- Ordnung.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge¬ stellten Beispieles beschrieben.

Ein nicht näher dargestelltes Kurbelgehäuse 1 eines V-Mo- tors weist für eine nicht gezeigte Kurbelwelle eine La¬ geranordnung 2 mit einer Lagerbohrung 20 auf, die antei¬ lig in einem Lagerstuhl 3 und einem Lagerdeckel 4 ange¬ ordnet ist. Das Kurbelgehäuse 1 ist als Gußstück ausge- bildet mit angegossenem Lagerdeckel 4. Der Lagerdeckel 4 ist in seiner Länge über den Lagerstuhl 3 begrenzt durch

mittels Gießen oder spanabhebender Bearbeitung erzeugte Freistellungen 5 gegenüber benachbarten Abschnitten 6 des Lagerstuhles 3 bzw. des Kurbelgehäuses 1. Nach einer spanabhebenden Vorbearbeitung der Lagerbohrung 20 ein- schließlich der Anordnung von V-förmigen Kerben 7 in diametraler Lage werden im Übergang vom Kurbelgehäuse 1 bzw. Lagerstuhl 3 zum integralen Lagerdeckel 4 zwischen der Lagerbohrung 2 und den durch die Freistellungen 5 i.w. bestimmten Befestigungsflanschen 40, 40* des Lager- deckeis 4 Trennbereiche 8, 8' vorbereitet zum Bruch¬ trennen des Lagerdeckels 4 vom Kurbelgehäuse 1 bzw. vom Lagerstuhl 3. Die verfahrensmäßige Vorbereitung der Trennbereiche 8, 8 ' umfaßt Querschnittsänderungen zwi¬ schen den benachbarten Bauteilen und/oder eine für das Bruchtrennen förderliche Werkstoffbehandlung.

Bei einem Kurbelgehäuse 1 aus einem Gußeisenwerkstoff werden die Trennbereiche 8, 8' vorzugsweise durch Quer¬ schnittsänderungen vorbereitet. Vorteilhaft wird dabei so verfahren, daß die Lageranordnung 2 an beiden Stirnseiten mit einem Satz Scheibenfräser materialabtragend bearbei¬ tet wird. Mit den Scheibenfräsern von gleichen Durch¬ messern wird der Lagerdeckel 4 über Stufen 9 gegenüber dem Lagerstuhl 3 abgesetzt zur Erzielung von Quer- schnittssprüngen zur Steuerung des Bruchverlaufes zwi¬ schen Lagerstuhl 3 und Lagerdeckel 4. Zur gezielten Bruchauslösung in den durch die Stufen 9 gegebenen Quer¬ schnittssprüngen enden die Stufen 9 in den V-förmigen Kerben 7 der Lagerbohrung 20. Anstelle der Stufen 9 sind zur Querschnittsschwächung auch rinnenartige Vertiefungen in den Stirnseiten der Lageranordnung 2 zwischen Lager¬ stuhl 3 und Lagerdeckel 4 denkbar. Weiter kann der Werk¬ stoff des Kurbelgehäuses 1 in den Trennbereichen 8, 8 • zur Steuerung des Bruchverlaufes zusätzlich versprödet werden.

Wie aus der einzigen Figur hervorgeht, schließen die Stu¬ fen 9 der Trennbereiche 8, 8 * miteinander einen stumpfen Winkel α mit gehäuseseitigem Scheitel 10 ein. Die Stufen 9 können gerade verlaufend ausgebildet sein oder schwach gekrümmt, wie dies beispielsweise mit einem Satz Schei¬ benfräser von großem Radius erreichbar ist. Zur Bruchtrennung des Lagerdeckels 4 vom Lagerstuhl 3 wird in die Lagerbohrung 20 ein geteilter Spreizdorn 11 einge¬ führt. Der Spreizdorn 11 umfaßt die Halbdorne 12, 12', zwischen denen ein mechanisch oder hydraulisch beauf¬ schlagbarer Sprengkeil 13 zur Erzeugung einer guer zu den Trennbereichen 8, 8' wirkenden Bruchkraft angeordnet ist.

Wie Versuche eindeutig ergaben, werden die Paare kor- respondierender Bruchtrennflächen 14, 14' und 15, 15' von Lagerdeckel 4 und Kurbelgehäuse 1 bzw. Lagerstuhl 3 in miteinander einen stumpfen Winkel α mit gehäuseseitigem Scheitel 10 einschließenden Trennbereichen 8, 8' einwand¬ frei mittels des Spreizdornes 11 erzeugt, wenn der Krüm- mungsradius R SD des Halbdornes 12 ' in Abhängigkeit des jeweiligen stumpfen Winkels α um 0,5 % - 5 %, vorzugs¬ weise 0,5 % - 1,5 % bei großem stumpfen Winkel (α) ge¬ ringer gewählt wird als der konstante Krümmungsradius R-- der den Halbdorn 12' aufnehmenden Lagerbohrung 20. Mit einem erfindungsgemäß angepaßten Halbdorn 12' des Spreiz¬ dornes 11 werden unter einem stumpfen Winkel α verlau¬ fende Bruchtrennflächen 14, 14 und 15, 15' in ent¬ sprechend erfindungsgemäß ausgebildeten Trennbereichen 8, 8' sicher erzielt. Hierfür kann auch ein veränderlicher Krümmungsradius R gD für den Halbdorn 12' im Bereich der Auflage in der Lagerbohrung 20 vorteilhaft sein.

Mit der Erfindung ist es somit möglich, bei einem Kurbel¬ gehäuse mit V-förmig angeordneten Zylindern Lagerdeckel 4 durch Bruch vom Gehäuse 1 abzutrennen zur Erzielung pa߬ genau korrespondierender Bruchtrennflächen 1 , 14 ' und

15, 15" zum wiederholbaren Fügen des Lagerdeckels 4 mit dem Gehäuse 1 ohne zusätzliche Passungsmittel.

Um bei der Bruchtrennung des Lagerdeckels 4 im zuletzt brechenden Trennbereich 8 oder 8 * nahe einer der Frei¬ stellungen 5 einen die Qualität der Bruchtrennflächen 14, 14* oder 15, 15' nachteilig beeinflussenden Biegebruch zu vermeiden, wird der Lagerdeckel 4 während des gesamten Bruchtrenn-Vorganges in bekannter Weise rotationsfrei ge- führt.

Anstelle des Sprengkeiles 13 kann zwischen den Halbdornen 12, 12' auch eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einrich¬ tung dienen, wie sie aus der US 4 754 906 zur Erzeugung einer Bruchtrennkraft in einer Lageranordnung bekannt ist.

Wie aus der Figur weiter hervorgeht, wird der Lagerdeckel 4 mittels Schraubbolzen 16 am Kurbelgehäuse 1 bzw. am La- gerstuhl 3 fixiert. Die Schraubenanordnung ist so getrof¬ fen, daß die Schraubbolzen 16 aufnehmende Bohrungen 17, 18 im Gehäuse 1 und Lagerdeckel 4 zu den paarweisen Bruchtrennflächen 14, 14 • und 15, 15' derart geneigt an¬ geordnet sind - Winkel ß -, daß in den gegeneinander ver- spannten Bruchtrennflächen 14, 14' und 15, 15' aus der Lagerdeckel-Verspannung resultierende Schubkräfte den in der Lagerbohrung 20 wirksamen Triebwerks-Schubkräften entgegengerichtet sind. Diese Schraubenanordnung verhin¬ dert in vorteilhafter Weise eine durch dynamische Quer- belastungen mögliche Beschädigung der eine Passung der korrespondierenden Bruchtrennflächen bewirkenden Bruch¬ struktur der Bruchtrennflächen 14, 14' und 15, 15'. Er¬ reicht wird damit eine hohe Betriebssicherheit der Lager¬ deckel-Anordnung.

Das erfindungsgemäße Bruchtrenn-Verfahren kann vorteil¬ haft auch bei einem Maschinen- oder Kurbelgehäuse aus einer Leichtmetall-Legierung Anwendung finden, insbeson¬ dere mit durch Fasereinlagen ausgebildeten Trennberei- chen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann außer bei Maschinen¬ gehäusen zum Beispiel auch bei Pleueln, insbesondere für Hubkolbenmaschinen, Verwendung finden.