DE10034329C2 - Ventilhaube für Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilhaube für Verbren­ nungskraftmaschinen, bei denen mindestens eine oben liegende Nockenwelle vorhanden ist.

Üblicherweise werden Ventilhauben für Verbrennungs­ kraftmaschinen, die auf einen Motorblock aufgesetzt und daran befestigt werden, aus Metalldruckguß oder aus umgeformten Blechen hergestellt. Die Lagerung für die Nockenwellen kann im Metalldruckgußverfahren zu­ mindest teilweise mit ausgebildet werden, wobei die eigentlichen Lager entweder nachmontiert bzw. mecha­ nisch nachgearbeitet werden müssen.

Des Weiteren ist es beim Metalldruckgußgießen nicht möglich, jede beliebige, von Konstrukteuren gewünschte Gestalt herzustellen und die Sitzflächen so herge­ stellter Metallhauben müssen in der Regel ebenfalls zerspanend nachgearbeitet werden.

Ein weiterer Nachteil bei so hergestellten Ventilhau­ ben ist die relativ hohe Masse.

Die im Metalldruckgußverfahren hergestellten Ventil­ hauben und auch die durch Umformprozesse erhaltenen Ventilhauben aus Metallblechen erreichen nur bedingt eine Schalldämmung und insbesondere Körperschall wird gut aufgenommen und wirkt sich mit einem erhöhten Lärmpegel negativ aus.

Bei im Metalldruckgußverfahren hergestellten Ventil­ hauben können nicht beliebige und häufig auch beson­ ders geeignete Metalle für die Lager der Nockenwelle eingesetzt werden.

Aus der DE-OS 198 33 199 A1 ist eine Ventilhaube be­ kannt, mit einer oben liegenden Nockenwelle, wobei die Lager für die Nockenwelle in der Ventilhaube ein­ gebettet sind.

In der DE-OS 29 48 572 ist ein geräuscharmer Zylin­ derkopfdeckel offenbart, der aus einem verstärkten Kunststoffmaterial gebildet ist.

Weiterhin ist in der DE 35 12 713 A1 eine Zylinder­ kopfhaube aus Kunststoff beschrieben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ventilhaube zur Verfügung zu stellen, die gegenüber herkömmlichen Lösungen eine größere Gestaltungsfreiheit, eine ver­ ringerte Masse und ein verbessertes Akustikverhalten erreicht.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausge­ staltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen ge­ nannten Merkmalen erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Ventilhaube für Verbrennungs­ kraftmaschinen, die in der Regel in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden soll, ist so ausgebildet, dass die Lagerungen für die eine bzw. auch mehrere Nockenwel­ len in einem die Ventilhaube bildenden polymeren Kunststoffmaterial eingebettet sind.

Geeignete Kunststoffmaterialien, die ausreichend tem­ peraturbeständig, eine Resistenz gegen den Angriff von Kraft- und Schmierstoffen sowie eine ausreichende Festigkeit erreichen, sind hinlänglich bekannt.

Die erfindungsgemäße Ventilhaube kann mit hoher Ge­ staltungsfreiheit im Kunststoffspritzgußverfahren hergestellt werden, wobei die Lagerungen für die Noc­ kenwelle bzw. mehrere Nockenwellen gleichzeitig mit eingespritzt werden können, und eine ausreichend gro­ ße Positioniergenauigkeit für die Nockenwellenla­ gerungen ohne weiteres gesichert werden kann. Da die beim Kunststoffspritzen auftretenden Temperaturen unkritisch sind, können beliebige metallische Lager­ materialien mit eingespritzt werden, so dass eine op­ timale Lagerpaarung - Nockenwelle und deren Lage­ rungen - erreicht werden kann.

Die Lagerungen für die Nockenwelle können als Vorpro­ dukt in die Spritzgußform eingesetzt werden und eine mechanische Nachbearbeitung der Lagerflächen ist nicht erforderlich.

Die Lagerungen für die Nockenwellen sind als Lager­ böcke ausgebildet.

Zur Erhöhung der Stabilität der im Wesentlichen aus Kunststoffmaterial bestehenden Ventilhaube mit den entsprechenden Lagerungen für die Nockenwellen ist eine zusätzliche aus Metall bestehendem Stützstruk­ tur, die ebenfalls im Kunststoffmaterial eingebettet ist, erhöht vorgesehen.

Für die Ausbildung einer solchen Stützstruktur kommen mehrere Möglichkeiten in Frage, die allein aber auch in Kombination miteinander eingesetzt werden können.

So kann eine solche Stützstruktur beispielsweise aus Längs- und/oder Querstegen gebildet sein, die auch in gewölbter Form, die einzelnen Lagerungen miteinander verbinden. Die erforderliche Festigkeit und Stabili­ tät einer solchen Stützstruktur ist einfach durch be­ kannte Methoden rechnerisch ermittelbar, so dass die erforderliche Stabilität und Festigkeit und die aus der Stützstruktur resultierende Masseerhöhung optimiert werden können. So kann eine solche Stütz­ struktur ähnlich wie ein Fachwerk ausgebildet sein.

Vorteilhaft ist es außerdem, auch andere ohnehin an Ventilhauben erforderliche Elemente in den Aufbau ei­ ner solchen Stützstruktur zu integrieren. So sind für die Befestigung von Ventilhauben an Motorblöcken von Verbrennungskraftmaschinen ohnehin Durchführungen für Befestigungselemente erforderlich, die aus Fe­ stigkeitsgründen bei einer aus im Wesentlichen Kunst­ stoffmaterial bestehenden Ventilhaube durch ebenfalls eingebettete und eingespritzte hülsenförmige, metal­ lische Element gebildet sein können. Diese hülsenför­ migen Elemente sind vertikal ausgerichtet und si­ chern, wenn sie mit anderen Elementen der Stützstruk­ tur und/oder der Lager verbunden sind, ein hohes Maß an Stabilität und Festigkeit, so dass sie ganz beson­ ders geeignete Widerlager für die wirkenden Kräfte und Momente darstellen.

Da die Lagerstellen für die Nockenwellen geschmiert werden müssen, kann auch die Ölzufuhr über Kanäle zu den jeweiligen Lagerstellen der Nockenwelle(n) in die Ventilhaube integriert und entsprechende Ölzufuhrka­ näle, die ebenfalls bevorzugt aus entsprechend gebo­ genen rohrförmigen Gebilden bestehen, in das Kunst­ stoffmaterial eingebettet und im Spritzgußverfahren umspritzt werden. Es besteht daher auch die Möglich­ keit, die Ölzufuhrkanäle in die Stützstruktur zu in­ tegrieren.

Die aus einem Spritzwerkzeug entnommene Ventilhaube muss bis auf eine Entfernung von überstehenden Kunst­ stoffresten nicht aufwendig nachbearbeitet werden und sie stellt ein Vorprodukt dar, in das die eine aber auch mehrere Nockenwelle(n) einfach eingesetzt und fixiert werden kann/können.

Dazu kann an einer Stirnseite in Längsachsenrichtung der Ventilhaube gesehen, eine Öffnung vorhanden sein, durch die die jeweilige Nockenwelle einführbar ist. Die Innendurchmesser der Lagerungen für die Nocken­ welle verringern sich sukzessive, ausgehend von der Einführöffnung für die Nockenwelle zu nachfolgend an­ geordneten Lagern, wobei die Außendurchmesser der La­ gerstellen an der Nockenwelle in gleichem Maße für die einzelnen nachfolgend angeordneten Lager verrin­ gert sind. Nach dem Einführen der Nockenwelle(n) in die Lager kann die Einführöffnung mit einer Metall­ scheibe, die an der Ventilhaube fixiert wird, ver­ schlossen werden. Eine solche Metallscheibe kann z. B. mit einer herkömmlichen Schraubverbindung an der Ven­ tilhaube befestigt werden, wobei entsprechende Schraubenelemente ebenfalls in das Kunststoffmaterial eingebettet und eingespritzt sein können. Die Metall­ scheibe kann aus einem geeigneten Material bestehen und entsprechend konturiert sein, so dass sie gleich­ zeitig die Funktion eines Axiallagers für die jewei­ lige Nockenwelle übernehmen kann.

An der Unterseite der erfindungsgemäßen Ventilhaube, die auf die obere Stirnfläche des jeweiligen Motor­ blocks aufgesetzt wird, kann eine am äußeren Rand angeordnete, umlaufende, nutenförmige Dichtungsaufnahme vorhanden sein, in die eine geeignete Dichtung einge­ setzt werden kann und formschlüssig gehalten wird.

Eine solche nutenförmige Dichtungsaufnahme kann auch aus einem Metall bestehen und dann teilweise im Kunststoffmaterial eingebettet werden, so dass zu­ sätzlich die Stabilität und Festigkeit sowie die Passgenauigkeit erhöht werden kann. Selbstverständ­ lich besteht auch die Möglichkeit, eine solche metal­ lische Dichtungsaufnahme in die übrige Stützstruktur zu integrieren.

Unter Berücksichtigung der auftretenden Schallemis­ sion kann die Wandstärke des verwendeten Kunststoff­ materials an den unterschiedlichen Positionen ent­ sprechend unterschiedlich groß werden, wobei eine solche Gestaltung auch unter Berücksichtigung der lo­ kal unterschiedlichen Festigkeitserfordernisse durch­ geführt werden kann.

Sowohl die Festigkeit, als auch das Akustikverhalten der erfindungsgemäßen Ventilhauben kann durch die Zu­ gabe von Fasern in das verwendete Kunststoffmaterial erhöht und verbessert werden. So können je nach Er­ fordernis Glas-, Kunststoff- aber auch Karbonfasern eingesetzt und dem in das Spritzgußwerkzeug einge­ spritzten Kunststoffmaterial zugesetzt werden.

Insbesondere für die Herstellung von erfindungsgemä­ ßen Ventilhauben in Kleinserien kann auch ein ent­ sprechender Faserverbund, in Matten- bzw. Gewebeform zur Verstärkung eingesetzt werden, wobei dann die Ventilhauben mit einem Laminatverfahren hergestellt werden können.

In jedem Fall können zusätzliche, ohnehin bei Ventil­ hauben erforderliche Elemente, wie z. B. eine ver­ schließbare Öffnung für das Einfüllen von Motoröl in einem Arbeitsgang beim Spritzgießen erhalten werden.

Außerdem ist es ohne weiteres möglich, an der Außen­ seite einer erfindungsgemäßen Ventilhaube, insbeson­ dere beim Spritzgießverfahren Aufnahmen für die form­ schlüssige Befestigung von zusätzlichen Elementen, wie Abdeckungen und Befestigungselementen für Leitun­ gen oder Schläuche auszubilden, die dann über ent­ sprechende Ansätze verfügen, die in die Aufnahmen an der Außenseite der Ventilhaube eingepresst und/oder eingeschraubt und dort kraft- und/oder formschlüssig gehalten werden. So kann beispielsweise die Abdeckung für einen Zahnriemen entsprechend an einer Ventilhau­ be befestigt werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert werden.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung von ein­ zelnen in ein polymeres Kunststoffmaterial eingebetteten Elementen, eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Ventilhaube mit zwei Nockenwellen,

Fig. 2 einen Schnitt einer Draufsicht auf eine Ventilhaube gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie B-B aus Fig. 2 und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie C-C aus Fig. 2.

In der perspektivischen Darstellung in Fig. 1 ist die Anordnung verschiedener Elemente für ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Ventilhaube 1 mit zwei par­ allel zueinander ausgerichteten und nebeneinander an­ geordneten Nockenwellen dargestellt. Dabei sind die im Wesentlichen aus gleichen bzw. aber auch unter­ schiedlichen Metallen bestehenden Elemente von hier nicht dargestelltem Kunststoffmaterial zumindest teilweise umschlossen und darin eingebettet, so dass diese Elemente neben ihrer eigentlichen Funktionali­ tät auch Stützfunktion für das Kunststoffmaterial und dementsprechend auch die Ventilhaube 1 erfüllen kön­ nen.

Deutlich ist die Lage und Anordnung auf einer Achse der jeweiligen Nockenwellen im nicht dargestellten Kunststoffmaterial eingebetteten Lager 2 erkennbar, wobei beim hier gezeigten Beispiel eine dreifach ge­ lagerte Nockenwelle eingesetzt werden kann.

Des weiteren sind metallische hülsenförmige Elemente 4 dargestellt, durch die Befestigungselemente für die Ventilhaube 1 zu bzw. von einem Motorblock einer Ver­ brennungskraftmaschine geführt werden können.

Des Weiteren sind andere Elemente ohne Bezugszeichen erkennbar, die neben der Festigkeitserhöhung auch für die Zu- und Abfuhr von Motoröl von bzw. zu den Lagern 2 bzw. das Befüllen der Ölwanne benutzt werden.

Aus der in Fig. 2 gezeigten von oben auf eine Ven­ tilhaube 1 gesehene Schnittdarstellung eines Bei­ spiels einer erfindungsgemäßen Ventilhaube 1 wird die relativ regelmäßige Anordnung von Durchführungen 4 für die Befestigungselemente der Ventilhaube 1 er­ kennbar. Des Weiteren sind die hülsenförmigen Elemen­ te 4 verbindende Längsstege 11 dargestellt, die Be­ standteil der im Wesentlichen aus metallischen Ele­ menten bestehenden Stützstruktur sein können, er­ kennbar.

Zu den Lagern 2 für die beiden Nockenwellen sind je­ weils Ölzufuhrkanäle 6 geführt, die zumindest Be­ reichsweise ebenfalls Bestandteil der Stützstruktur der Ventilhaube 1 sind.

Außerdem ist die Befüllöffnung 7 für Motoröl, die mit einem Innengewinde versehen ist, ebenfalls einge­ zeichnet.

An der hier linken Stirnseite ist als Axiallager für jeweils eine der beiden Nockenwellen eine Metallscheibe 5 befestigt, mit der die in die Ventilhaube 1 montierten Nockenwellen axial gehalten werden.

An der anderen Stirnseite der Ventilhaube 1 und dem­ zufolge auch an der anderen Seite der jeweiligen Noc­ kenwelle sind Zahnräder 8 angeflanscht, über die die beiden Nockenwellen angetrieben werden können.

In Fig. 1 ist an der unteren Stirnseite eine nuten­ förmige Dichtungsaufnahme 10 aus einem Metall vorhan­ den, die ähnlich wie die Längsstege 11 Stützfunktion zur Erhöhung der Stabilität und Festigkeit zusätzlich zur eigentlichen Dichtfunktion erfüllen können.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Schnitt entlang der Li­ nie A-A werden Möglichkeiten zur Integrierung von oh­ nehin erforderlichen Elementen in eine Stützstruktur erkennbar. So ist beispielsweise das hülsenförmige, metallische Element 4 mit einem ebenfalls aus Metall bestehenden Teil der Motoröleinfüllöffnung 7 verbun­ den, das somit Bestandteil der Stützstruktur 3 ist. Des Weiteren ist ein umspritzter Deckel für ein Lager 2 der Nockenwelle, ebenfalls als Bestandteil der Stützstruktur 3 verdeutlicht. Am rechten unteren Rand des Deckels ist eine gerippeförmige Verstärkung ein­ gezeichnet.

In der Schnittdarstellung C-C in Fig. 4 ist ein dop­ pelter Lagerbock für zwei Lager 2 der benachbarten Nockenwellen dargestellt, der ebenfalls einen Teil der Stützstruktur 3 mit jeweils außenseitig angeord­ neten hülsenförmigen Elementen 4 für die Durchführung von Befestigungselementen der Ventilhaube 1 dar­ stellt. Durch die Lagerböcke sind Teile der Ölzufuhr­ kanäle 6 geführt.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Schnitt entlang der Li­ nie C-C ist wieder ein hülsenförmiges Element 4 ge­ zeigt, das mit einem Teil der Stützstruktur 3 um die Lager 2 verbunden ist und mittig ebenfalls in eine metallverstärkte Durchführung für Befestigungselemen­ te ausläuft.

Am rechten unteren Rand ist eine Aufnahme 9 zur la­ gegenauen Positionierung der erfindungsgemäßen Ven­ tilhaube 1 dargestellt, in die beim Aufsetzen der Ventilhaube 1 auf die obere Stirnfläche eines Motor­ blocks ein Zentrierstift eingeführt werden kann und im Anschluß daran die Befestigungselemente für die Ventilhaube 1 in lagegenaupositionierter Stellung an­ gezogen werden können. Selbstverständlich kann die Aufnahme 9 für Zentrierstifte ebenfalls aus Metall bestehen und in die Stützstruktur 3 integriert wer­ den.

Claims (13)

1. Ventilhaube für Verbrennungskraftmaschinen mit mindestens einer oben liegenden Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhaube aus Kunststoffmaterial be­ steht und dass die Lager (2) in Form von Lager­ böcken für die Nockenwelle(n) im Kunststoffmate­ rial eingebettet sind, wobei die Lager (2) mit einer metallischen, im Kunststoffmaterial einge­ betteten Stützstruktur (3) verbunden sind.

2. Ventilhaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (3) aus Längs- und/oder Querstegen besteht, die zwischen den einzelnen Lagern (2), diese mitein­ ander verbindend, angeordnet sind.

3. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kunststoffmate­ rial hülsenförmige metallische Elemente (4) für die Durchführung von Befestigungselementen für die Ventilhaube (1) am Block einer Verbrennungs­ kraftmaschine eingebettet sind.

4. Ventilhaube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) Bestandteil der Stützstruktur sind.

5. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Kunststoffmate­ rial Ölzufuhrkanäle (6) für die Lagerstellen der Nockenwelle(n) eingebettet sind.

6. Ventilhaube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölzufuhrkanäle (6) Bestandteil der Stützstruktur (3) sind.

7. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innendurchmes­ ser der einzelnen Nockenwellenlager (2), ausge­ hend von einer Seite der Ventilhaube (1), je­ weils vergrößert sind.

8. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Seite der Ventilhaube (1) für jeweils eine Nockenwelle ei­ ne Metallscheibe (5) als Axiallager befestigt ist.

9. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Ventilhaube (1) eine am Rand angeordnete um­ laufende nutenförmige Dichtungsaufnahme (10) vorhanden ist.

10. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsauf­ nahme (10) aus Metall besteht und teilweise im Kunststoffmaterial eingebettet ist.

11. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsauf­ nahme (10) Bestandteil der Stützstruktur ist.

12. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite der Ventilhaube (1) im Kunststoffmaterial Auf­ nahmen für die kraft- und/oder formschlüssige Befestigung von zusätzlichen Abdeckungen und Be­ festigungselementen ausgebildet sind.

13. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Kunststoffmate­ rial Fasern oder ein Faserverbund enthalten ist.