(57)【要約】  本発明の枠内で、収容部または開口を備えたケーシングと、シリンダ形の挿入体とから成るアセンブリであって、挿入体が、少なくとも１つの締まり嵌め部により収容部または開口内に組み付けられているアセンブリが開発された。シリンダ形とは単に円筒であると理解されない。シリンダは、楕円形または多角形の底面を有していてもよい。本発明によれば、挿入体は、環状に延びる溝を有している。これにより、挿入体は、挿入体および／またはケーシングの、組付け時に溝内に押し込まれた材料により、ケーシングに対して固定されると同時に、液密にかつ／または気密にシールされている。締まり嵌めでは、基本的に挿入体および／またはケーシングの材料が押し退けられることが判った。本発明により設けられた溝は、この材料が有利に流れることができる規定された場所を提供する。組付けの収容後に、挿入体は、溝内に位置する材料により、一方ではケーシングに対して係止されている。他方では、この材料は同時に、挿入体とケーシングとの間のシールとして働く。プレス嵌めの領域のおける別個のシールは省略される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容部または開口（１２ａ，１２ｂ）を備えたケーシング（１，５１）と、シリンダ形の挿入体（２，５２）とから成るアセンブリであって、前記挿入体（２，５２）が、少なくとも１つの締まり嵌め部により前記収容部または前記開口（１２ａ，１２ｂ）内に組み付けられているアセンブリにおいて、
前記挿入体（２，５２）が、環状に延びる溝（２１，５３）を有しており、これにより前記挿入体（２，５２）は、前記挿入体（２，５２）および／または前記ケーシング（１，５１）の、組付け時に前記溝（２１，５３）内に押し込まれた材料により、前記ケーシング（１，５１）に対して固定されていると同時に液密にかつ／または気密にシールされていることを特徴とする、収容部または開口（１２ａ，１２ｂ）を備えたケーシング（１，５１）と、シリンダ形の挿入体（２，５２）とから成るアセンブリ。
【請求項２】
前記挿入体（２，５２）が、開いた底面および／または上面を備える中空シリンダである、請求項１記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記溝（２１，５３）は、前記挿入体の外壁の厚さの５％〜１５％の範囲の深さを有している、請求項２記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記挿入体（２，５２）の外壁および前記ケーシング（１，５１）の内壁が、１つの室（３２）を液密にかつ／または気密に取り囲んでいる、請求項１または２記載のアセンブリ。
【請求項５】
挿入体（５２）とケーシング（５１）との間の前記室も、前記挿入体（５２）も、それぞれ液状または気体状の媒体（５４，５５）により通流可能であり、これにより前記挿入体（５２）の壁を通じて、前記両媒体（５４，５５）の間で熱交換が行われ得る、請求項４記載のアセンブリとしての熱交換器（５）。
【請求項６】
前記挿入体（２，５２）が、前記ケーシングよりも硬い材料から製造されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記ケーシング（１，５１）がアルミニウムから成っていて、前記挿入体（２，５２）が鋳鉄、鋼、銅合金または過共析のアルミニウムから成っている、請求項６記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記溝（２１，５３）が、その深さの３〜５倍の範囲にある幅を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記溝（２１，５３）が、０．４ｍｍ〜１ｍｍ、有利には０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの深さである、請求項１から８までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記ケーシング（１）が、エンジンまたはコンプレッサのクランクケースとして形成されており、前記挿入体（２）が、シリンダブシュとして形成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシングとシリンダ形の挿入体とから成るシールされたアセンブリに関する。
【０００２】
先行技術
エンジンおよびコンプレッサ用のクランクケースはしばしば、たとえばアルミニウムのような軽量で軟らかい材料から成っている。ピストンはシリンダ摺動面に沿って滑動するが、これらの材料は、シリンダ摺動面のためには適していない。したがって、クランクケースに設けられた対応するシリンダ孔内には、より硬い材料から成るシリンダブシュが挿入される。このシリンダブシュに沿って、ピストンはエンジンまたはコンプレッサの運転時に滑走する。この場合、シリンダブシュを、クランクケースに対してシールする（密着させる）ことが必要である。このことは特にシリンダブシュがクランクケースと共に冷却通路を取り囲んでいる場合に該当する。
【０００３】
シリンダブシュは通常、遊嵌か、またはプレス嵌めでクランクケース内に挿入される。遊嵌では、シリンダブシュが後からの運転時にクランクケース内で動いてしまう虞があり、このことはシール性を損なう。プレス嵌めでは、シリンダブシュとクランクケースとの間に取り付けられたシール（Ｏリング）が機械的に損傷させられる虞があり、このことは、クランクケース内へのシリンダブシュの組付け後にはもはや検査することができない。
【０００４】
課題および解決手段
したがって、本発明の課題は、改善されたシールを備える、ケーシングとシリンダ形の挿入体とから成るアセンブリを提供することにある。
【０００５】
この課題は、本発明により、請求項１に記載のアセンブリにより解決される。別の有利な態様は、請求項１を引用する従属請求項から明らかになる。
【０００６】
本発明の対象
本発明の枠内では、収容部または開口を備えたケーシングと、シリンダ形の挿入体から成るアセンブリであって、挿入体が、少なくとも１つの締まり嵌め部により、収容部または開口内に組み付けられているアセンブリが開発された。シリンダ形とは単に円筒形であると理解すべきではない。シリンダは、楕円形または多角形の底面を有していてもよい。
【０００７】
本発明によれば、挿入体は、環状に延びる溝を有している。これにより、挿入体は、挿入体および／またはケーシングの、組付け時に溝内に押し込まれる材料により、ケーシングに対して固定されると同時に、液密にかつ／または気密にシールされている。
【０００８】
溝の横断面は、あらゆる任意の形状を有していてよい。最も簡単に製造され得るのは、丸み付けされた横断面を有する溝であり、たとえば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの曲率半径を有している。しかし、Ｖ字形の溝または多角形の横断面を備えた別の溝、たとえば方形の溝も許容される。
【０００９】
締まり嵌めでは、基本的に挿入体および／またはケーシングの材料が押し退けられることが判った。本発明により設けられた溝は、この材料が有利に流れることができる規定された場所を提供する。組付けの収容後に、挿入体は、溝内に位置する材料により、一方ではケーシングに対して係止されている。他方では、この材料は同時に、挿入体とケーシングとの間のシールとして働く。プレス嵌めの領域のおける別個のシールは省略される。
【００１０】
ケーシング内への挿入体の組付けは、収容部または開口内への挿入体の強力な押込みにより、ケーシングの加熱および引き続き行われる挿入体の導入により、または両方の手段の組み合わせにより生ぜしめられ得る。
【００１１】
有利には、挿入体は、開いた底面および／または上面を有する中空シリンダである。したがって、挿入体はたとえば、エンジンにおいて挿入体（シリンダブシュ）内の媒体によって駆動されるか、または反対にコンプレッサにおいてシリンダブシュ内に位置する媒体を圧縮するピストンのための摺動面として適している。中空シリンダは、基本的に外壁を有している。
【００１２】
有利には、溝は、この外壁の厚さの５％〜１５％の範囲の深さを有している。このことは、以下の項目の間の最適な妥協点である。すなわち、
・溝の深さが増すにつれて増す、挿入体とケーシングとの間の固定の安定性
・規定された深さを上回ると減少する傾向にある、挿入体とケーシングとの間のシールの品質
・溝の深さが増すにつれて同様に減少する傾向にある、外壁としての安定性。
【００１３】
有利には、挿入体の外壁およびケーシングの内壁が１つの室を液密にかつ／または気密に取り囲んでいる。このような室は、たとえば冷媒により通流可能であってよい。この室は、全ての側でケーシング自体によって取り囲まれている冷却室よりも著しく簡単に製造され得る。ケーシングが鋳造される場合、ケーシングにより完全に取り囲まれる冷却室は、鋳造時に砂または類似の手段によりその場所を空けられていなければならない。砂が冷却循環路に到達してたとえばポンプを損傷しないように、この砂を鋳造後に完全に取り除くことは困難である。さらに、このような冷却室を、ケーシングの壁を貫通して外方にかつその接続部に接続することは、漏れを起こしやすい。これに対して、冷却室の壁が挿入体により形成される場合、ケーシングにおける唯１つの付加的な製造ステップとして、相応する自由空間の中刳りが必要である。
【００１４】
この原理は、エンジンまたはコンプレッサのみに使用され得るのではない。熱交換器もこの原理により利益を得ることができる。本発明に係る熱交換器では、挿入体とケーシングとの間の室も、挿入体も、それぞれ液状または気体状の媒体により通流可能であるので、熱は、挿入体の壁を通じて両媒体の間で交換され得る。たとえば挿入体が、高温ガスにより通流可能であってよく、挿入体とケーシングとの間の室が冷媒により通流可能であってよい。本発明により改善されたシールは、先行技術によるＯリングを用いたシールよりも、変化する温度に対して著しく安定的である。
【００１５】
有利には、挿入体は、ケーシングよりも硬い材料から製造されている。したがって、ケーシング内への挿入体の導入時に、有利にはケーシングの材料が押し退けられる。この材料は、挿入体に設けられた溝内に侵入し、この溝に背後から係合する。したがって、ケーシングに対する挿入体の機械的な係止も、シールも特に良好である。
【００１６】
たとえば、ケーシングがアルミニウムから成っていて、挿入体が、鋳鉄、鋼、銅合金または過共析のアルミニウムから成っていてよい。したがって、たとえばクランクケースは、シリンダ摺動面における上述の硬い材料の利点を断念する必要なしに、軽量のアルミニウムから製造され得る。
【００１７】
有利には、溝が、その深さの３〜５倍の範囲にある幅を有している。このことは、溝の幅が増すにつれて改善される傾向にある挿入体とケーシングとの間の機械的な係止の安定性と、最適な幅を上回ると悪化する傾向にあるシールの品質との間の最適な妥協点である。
【００１８】
同一の考察に基づき、溝は有利には０．４ｍｍ〜１ｍｍ、有利には０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの深さを有している。
【００１９】
本発明の特に有利な態様では、ケーシングがエンジンまたはコンプレッサのクランクケースとして形成されており、挿入体はシリンダブシュとして形成されている。この構成は、シリンダブシュとクランクケースとの間のプレス嵌めにおける冒頭で述べた問題を解決する。先行技術によれば、基本的に、プレス嵌め時にシリンダブシュがどうにかしてケーシング材料を押し退けて進み、この場合に、相互の変形により非シール性が生じるという問題が発生する。本発明により設けられた溝により、押し退けられた材料が到達する規定された箇所が設けられている。この自由空間が挿入体に配置されていることによって、ケーシングの材料が押し退けられることも有利である。改善された機械的な係止は、シリンダブシュが運転中にクランクケースの内部でもはや運動しないことにつながる。したがって後の運転時に、クランクシャフトの軸線に対するシリンダ中心軸線の従来公知の非整合も、もはや生じない。両軸線は正確に１つの平面内に留まる。溝の形態の自由空間は、ケーシングの材料の押退けが、もはや従来のようなシリンダ孔の変形をもたらさないことにつながる。シリンダブシュとケーシングとの間の改善された機械的な係止によってさらに、ケーシング内のシリンダ孔に対するシリンダブシュの調整を損なうことなしに、ケーシングがシリンダブシュの組付け後にまだ全周において機械的に加工され得ることが保証されている。最後にシリンダブシュが組付けられる前に、ケーシングにおける全ての機械的な加工ステップを終了しなければならないことも、もはや必要ない。特に機械的な加工時に、シリンダブシュの上端部とケーシングの上側の上面との間の段部がなくされ得る。クランクケースの機械的な加工は、たとえば、クランクシャフトのための軸受、フランジまたはケーシングの上側の上面を形成するために必要となる。さらに、後の運転中にピストンとの協働を最適化するために、有利にはシリンダブシュ自体が行われた組付け後にクランクケース内でさらに加工され得る。したがって、ケーシングとシリンダブシュとの間に冷却室が設けられていない場合、本発明による改善されたシールはいまだ以下の利点を有している。すなわち、改善されたシールは、シリンダブシュとケーシングとの間の結合部が不都合なオイル流出を起こさないようにしている。
【００２０】
挿入体（シリンダブシュ）との間の全ての接触箇所が、締まり嵌め部（プレス嵌め）として形成されている必要はない。本発明により設けられたプレス嵌めは、他の嵌め合い種類と組み合わせられ得る。
【００２１】
溝内に侵入した材料によるシールは、液体シールの導入によりさらに改善され得る。
【００２２】
以下に本発明の対象を図面につき説明する。本発明の対象はこれにより制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】先行技術による、冷却通路を備えたコンプレッサのための鋳鉄製のクランクケースを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態による挿入体としてのシリンダブシュを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態によるアセンブリとして、挿入体としてのシリンダブシュを備えたコンプレッサのクランクケースを示す図である。
【図４】本発明の別の実施の形態によるアセンブリとして、冷却されたケーシングと高温ガスにより通流された挿入体とを備えた熱交換器を示す図である。
【００２４】
図１ａには、統合された冷却通路を備える、先行技術によるコンプレッサケーシングの外観が示されている。このクランクケース１は、鋳鉄から製造されている。クランクケース１は、クランク室１１ならびに２つのシリンダ孔１２ａ，１２ｂを有している。シリンダ孔１２ａ，１２ｂの領域で、ケーシングの外壁に設けられた開口１３ａ，１３ｂおよび１３ｃが、このケーシング内に統合された冷却通路へと通じている。
【００２５】
図１ｂは、図１ａに示したクランクケース１の、クランク室１１の軸線に対して垂直方向の断面図である。この断面は、シリンダ孔１２ｂを真ん中で分けている。クランクケースの壁に設けられた、冷却通路１５ｂ，１５ｄへと通じる開口１３ｂ，１３ｄは、この視点では栓体１４ｂ，１４ｄにより閉じられている。運転のために必要となるシリンダブシュは、この図においてはまだ嵌め込まれていない。
【００２６】
冷却通路１５ｂ，１５ｄを鋳造することができるように、砂から成る相応する鋳造型が必要である。製造後には、砂を完全に冷却通路１５ｂ，１５ｄから取り除くことについて厳密な注意が必要である。なぜならば、砂はさもなければエンジンに進入し、場合によってはウォータポンプを損傷し得るからである。さらに、栓体１４ｂ，１４ｄによる開口１３ｂ，１３ｄの閉鎖は、シールに関する弱点である。栓体１４ｂ，１４ｄは、何重もの付加的な液体シールを必要とする。さらに、クランクケース１の材料を高圧鋳造アルミニウムに変更することは不可能である。なぜならば、冷却通路１５ｂ，１５ｄを製造することが不可能であるからである。択一的な設計は、これらの大抵の問題を解決し得るが、別の問題が引き換えに生じる。したがって、シリンダブシュの上端部と、ケーシング１の上側の上面との間にたびたび段部が生じ、この段部は、この上面に対するシリンダヘッドのシールを損なう。
【００２７】
シリンダブシュは、異なる２つの形式、すなわち遊嵌か、プレス嵌めでシリンダ室１２ｂ内に挿入され得る。遊嵌は、シリンダブシュが後の運転中に熱膨脹または機械的な負荷により、シリンダ孔１２ｂの内部で運動し得るという欠点を有している。プレス嵌めでは、シリンダ孔１２ｂに対してシリンダブシュをシールするＯリングが組み立て時の機械的な力作用により損傷され得る。これは、組立て後にもはや検査することができない。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態において挿入体として設けられているシリンダブシュを示している。領域ａには、シリンダブシュの壁の横断面が図示されている。領域ｂには、内壁のプロフィールが示されている。領域ｃは、外壁のプロフィールを示している。
【００２９】
シリンダブシュ２の外壁は、溝２１を有している。溝２１は拡大されて図示されている。溝２１は、１ｍｍの曲率半径Ｒを備えた丸み付けされた横断面と、０．５ｍｍの深さＤとを有している。プレス嵌めによるシリンダ孔内へのシリンダブシュの後の挿入時に、シリンダ孔の壁から材料がこの溝２１内へと押し退けられ、該溝２１に背後から係合する。これにより、シリンダブシュ２は、一方ではクランクケース１内に機械的に係止される。他方ではシリンダブシュ２は、シリンダ孔１２ａ，１２ｂの内壁に対してシールされる。シリンダブシュがプレス嵌めによりシリンダ孔に当て付けられる領域は、符号２３により示されている。
【００３０】
図２に示された実施の形態では、シリンダブシュとシリンダ孔の内壁との間で、シリンダブシュの冷却を簡単にしかつ改善するために改善されたシールが使用される。このためには、シリンダブシュの外壁が凹部２２を有している。この凹部２２は、シリンダ孔１２ａ，１２ｂの内壁に設けられた対応する凹部と相俟って冷却通路を形成する。冷却通路の下方で、シリンダブシュは、溝２１を備えたプレス嵌めにより、シリンダ孔の内壁に対してシールされている。冷却通路の上方では、シリンダブシュが領域２４でシリンダ孔の内壁に当て付けられる。この領域２４には別の溝２５が設けられている。溝２５内には、シリンダ孔１２ａ，１２ｂの内壁に対してシールするための慣用のＯリングが挿入される。シリンダブシュが既に領域２３においてプレス嵌めにより機械的にシリンダ孔１２ａ，１２ｂに対して係止されているので、領域２４における別のプレス嵌めはもはや不要である。したがって、領域２４に作用する力は、溝２５内に挿入されたＯリングが、クランクケース内へのシリンダブシュの挿入時に機械的に損傷されるほど大きくない。
【００３１】
クランクケースは、有利には、鋳造後に、まずシリンダ孔１２ａ，１２ｂのみを備えており、シリンダブシュ２の挿入後にようやく引き続き加工される。シリンダブシュ２の挿入は、機械的な力の使用により、クランクケースの加熱により、または両方の手段の組み合わせにより、実施され得る。
【００３２】
図３は、本発明の主旨におけるコンプレッサ用のクランクケースの実施の形態を示している。図３は、図１ｂと同一の平面での断面図である。クランクケース１は、高圧鋳造されたアルミニウムから成っている。クランクケース１のシリンダ孔１２ｂ内には、図２に示したシリンダブシュ２が挿入されている。シリンダブシュ２の、図２に図示された凹部２２は、シリンダブシュ２の液体冷却のための冷却通路を形成するために、シリンダ孔１２の内壁に設けられた凹部３２に一致する。この凹部３２は、たとえば、シリンダ孔１２ｂがその上側の領域において、幾らか大きな直径を有する別の孔により拡張されることにより製造され得る。冷却通路３２は、下方に対しては領域２３によりシールされている。この領域２３では、シリンダブシュが、プレス嵌めにより、シリンダ孔１２ｂの内壁に当て付けられている。主要なシールエレメントは、ここでは、シリンダブシュの外壁において領域３１に配置された溝２１である。部分拡大図において図示されているように、シリンダ孔１２ｂの壁材料は、機械的な力の利用により溝２１内に押し退けられていて、この溝２１に背後から係合している。これにより、シリンダブシュ２は、シリンダ孔１２ｂの内部で機械的に係止されかつ同時にシールされている。冷却通路３２の上方で、シリンダブシュ２の領域２４は、緩くシリンダ孔１２ｂの内壁内に嵌め込まれている。ここでは、シリンダブシュの外壁において領域２４に設けられた別の溝２５内に取り付けられている従来のＯリング２６によってシールが行われる。
【００３３】
先行技術に対して、このクランクケースは、複数の利点を有している。まず第１に、このクランクケースはアルミニウムから製造されているので、鋳鉄製のクランクケースに比べて著しく軽い。クランクケースの材料により完全に取り囲まれている冷却通路１５ｂ，１５ｄを製造しなければならない必要性の欠如は、鋳鉄から軽量なアルミニウムへの変換を可能にした。冷却通路１５ｂ，１５ｄの機能は、シリンダブシュの外壁に設けられた対応する凹部２２に一致する冷却通路３２により代替される。冷却通路の形成のために付加的な材料を全く使用しなくてよいことによって、付加的な重量削減が生じる。これとは反対に、既に存在している構成部材からそれぞれ材料が取り除かれるだけである。固く係止されたシリンダブシュ２を備えたクランクケース１は、別の機械的な加工のために、１回の鋳造から形成されるクランクケース１およびシリンダブシュ２であるかのように扱われ得る。クランクシャフトのための軸受、フランジならびにシリンダヘッドとは、シリンダブシュ２がもう一度シリンダ孔１２ｂの内部で移動することなしに、取り付けられ得る。シリンダブシュ２自体もまだ、シリンダ孔１２ｂ内で移動することなしに、たとえば穿孔またはホーニング加工により機械的に加工され得る。各機械的な加工時に、領域３１における、溝２１およびこの溝２１内に侵入した材料によるシールも、全周において維持される。
【００３４】
シリンダブシュ２とシリンダ孔１２ｂとの間の改善されたシールの利点は、クランクケース１が水冷されていない場合にも使用可能である。したがってシール３１は、クランク室１１からのオイルの漏出を防止する。
【００３５】
図４は、本発明に係るアセンブリのための別の実施の形態として熱交換器が示されている。この熱交換器は、液状の冷媒５４により通流可能であるアルミニウムケーシング５１と、このケーシング５１内に挿入された、硬い材料から成るシリンダ形の管５２とを有しており、この管５２は、高温の媒体、特に高温ガスによって通流可能である。管５２のための硬い材料は、たとえば鋳鉄、鋼または銅合金であってよい。管５２の外壁は、ケーシング５１に対する複数の接触箇所において、それぞれ１つの環状に延びる溝５３を有している。管５２は、それぞれプレス嵌めによりケーシング５１内に挿入されている。部分拡大図から明らかであるように、ケーシング５１の軟らかい材料は機械的な組立て時に、管５２に設けられた溝５３内に侵入し、この溝５３に背後から係合する。この効果は、慣用的に「スプリングバック効果」と呼ぶことができる。本発明により設けられた溝によるプレス嵌めの改善は、ケーシング５１に対する管５２の機械的な係止も、特に冷却液体５４に対する高温の媒体５５のシールも改善する。このシールは、熱交換器において、高い温度差と、絶え間ない温度変化のために特に強く負荷される。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2018500497.tif 000010
2018500497.tif 000011
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