DE102012007334A1

DE102012007334A1 - Verfahren zum Herstellen eines Nockenwellenmoduls und entsprechendes Nockenwellenmodul

Info

Publication number: DE102012007334A1
Application number: DE102012007334A
Authority: DE
Inventors: Markus Schuler
Original assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Engineering GmbH
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-10-17
Also published as: WO2013152747A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Nockenwellenmoduls, wobei das Nockenwellenmodul dem Halten einer Nockenwelle dient. Die Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Teil des Nockenwellenmoduls um mindestens einen Lagerring der Nockenwelle herum erzeugt wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Nockenwellenmodul.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Nockenwellenmoduls. Dabei dient das Nockenwellenmodul zumindest dem Halten mindestens einer Nockenwelle. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Nockenwellenmodul.
In Verbrennungsmotoren finden sich zumeist Nockenwellen, die über ein Trägerelement (auch als Rohr oder Welle bezeichnet) und Nocken als Funktionselemente verfügen. Die Nockenwellen als Teil des Ventiltriebs drehen sich bei der Anwendung um die Längsachse ihrer Trägerelemente, wobei durch die Nocken die Drehbewegung in eine Längsbewegung umgewandelt wird. Dadurch wiederum werden die Ein- und Auslassventile der Motoren gesteuert. Im Stand der Technik sind bereits unterschiedliche Varianten von Nockenwellen, deren Bestandteilen oder des Herstellungsverfahrens bekannt. Bei den sogenannten gebauten Nockenwellen werden die Nocken und sonstigen Funktionselemente separat gefertigt und auf die Welle aufgebracht.
Im Stand der Technik werden Nockenwellen meist in einer eigens dafür bearbeiteten Gasse im z. B. gegossenen Zylinderkopf des Motors gelagert und von einer Zylinderkopfhaube abgedeckt. Nachteilig an metallischen Zylinderkopfhauben ist, dass sie geräuschbildend sind, ein hohes Gewicht aufweisen und einen entsprechend hohen Material- und Bearbeitungsaufwand erforderlich machen. Daher wird es bereits im Stand der Technik beschrieben, Zylinderkopfhauben aus einem Kunststoffmaterial herzustellen. Um die Steifigkeit solcher Hauben zu erhöhen, sind beispielsweise Bewehrungselemente (Offenlegungsschrift DE 35 12 713 A1 ) oder Stützstrukturen (Patentschrift DE 100 34 329 C2 ) vorgesehen.
Bei der Fertigung von Motoren ist es vorteilhaft, wenn möglichst wenige Schritte mit wenigen Bauteilen erforderlich sind und wenn zusätzlich diese Bauteile möglichst einfach und mit möglichst wenig Aufwand miteinander verbunden werden können. Daher werden beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2007 063 254 A1 die Nockenwelle, Lagerböcke, Verbindungselemente und die Zylinderkopfhaube zu einer Baugruppe – also zu einem Nockenwellenmodul – zusammengefasst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenmoduls vorzuschlagen, das zu einem vorteilhaften Nockenwellenmodul führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenmoduls, bei dem die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Nockenwellenmoduls um mindestens einen Lagerring der Nockenwelle herum erzeugt wird. Lagerringe dienen bereits im Stand der Technik zur Lagerung insbesondere der Trägereinheit, also der Welle von Nockenwellen, und sind insbesondere Bestandteil einer Gleit- oder Wälzlagerung. Bei der Fertigung des Nockenwellenmoduls wird erfindungsgemäß um wenigstens einen Lagerring herum das Nockenwellenmodul erzeugt. Hiermit ergibt sich der Vorteil, dass eine feste Verbindung zwischen Lagerung der Welle und dem Modul und damit auch für die Verbindung mit dem Motorblock hergestellt wird. In einer Ausgestaltung sind insbesondere mehrere Lagerringe – in einer Ausgestaltung alle der mindestens einen Nockenwelle – vorgesehen, um die herum das Nockenwellenmodul erzeugt wird. In einer alternativen Variante werden Lagerringe in das um den wenigstens einen Lagerring herum erzeugte Nockenwellenmodul eingesetzt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Teil des Nockenwellenmoduls um den mindestens einen Lagerring der mindestens einen Nockenwelle herum als Kunststoffteil gegossen und/oder gespritzt wird. Die Verwendung von Kunststoff führt zu einem reduzierten Gewicht und einer reduzierten Geräuschbildung. Weiterhin erlaubt die Verwendung eines Kunststoffmaterials auch eine höhere Vielfalt an realisierbaren Formen des Nockenwellenmoduls. In einer Ausgestaltung wird insbesondere ein faserverstärkter Kunststoff verwendet. Während des Gießens oder Spritzens werden bei dem/den Lagerringe(n) insbesondere die Funktionsflächen abgedeckt.
In einer Ausgestaltung wird ein Lagerträger des Nockenwellenmoduls um mehrere – insbesondere alle – Lagerringe der mindestens einen Nockenwelle herum erzeugt. Der Lagerträger ist dabei ein oder sogar das Teil des Nockenwellenmoduls, das um den mindestens einen Lagerring oder in einer Variante um mehrere oder sogar um alle Lagerringe der Nockenwelle herum erzeugt wird. Der Lagerträger ist quasi der Rahmen, der die Lagerringe aufnimmt und der vorzugsweise auch mit dem Motor beim Einbauen verbunden wird. In einer Ausgestaltung ist zusätzlich noch ein Deckelelement vorgesehen, das auf dem Lagerträger aufgesetzt wird und dieses gleich einer Zylinderkopfhaube abschließt. Bei einem separaten Deckel sind für die Herstellung und den Zusammenbau des Nockenwellenmoduls bzw. der Nockenwelle(n) mehrere Zugangsmöglichkeiten gegeben. In einer alternativen Ausgestaltung wird ein Deckelelement des Nockenwellenmoduls zusammen mit dem Lagerträger erzeugt. In dieser Variante wird das Nockenwellenmodul bereits bei der Fertigung auf einer Seite durch das Deckelelement verschlossen. Durch das Deckelelement – unabhängig ob in einer ein- oder zweiteiligen Ausgestaltung bezogen auf den Lagerträger – ergibt sich ein geschlossenes Nockenwellenmodul, das die mindestens eine Nockenwelle bzw. in einer Ausgestaltung zwei Nockenwellen trägt und schützt und das als ein Element auf einem Motorblock befestigbar ist.
Die folgende Ausgestaltung bezieht sich auf die Montage der mindestens einen Nockenwelle innerhalb des Nockenwellenmoduls. Dabei ist vorgesehen, dass eine Welle der mindestens einen Nockenwelle mindestens durch den mindestens einen Lagerring und mindestens einen – insbesondere fertig bearbeiteten – Nocken geschoben wird. In einer Ausgestaltung sind alle Funktionselemente, d. h. insbesondere die Nocken derartig innerhalb des Lagerträgers angeordnet, dass die Welle durch die jeweils vorhandenen Aussparungen geschoben wird. Sind die Nocken insbesondere fertig bearbeitet, so ist durch diesen Schritt des Einführens der Welle die Nockenwelle innerhalb des Nockenwellenmoduls bereits sowohl fertig montiert als auch gelagert und kein weiteres Bearbeitungsverfahren muss angewendet werden. Die Nocken werden dabei insbesondere mit ihrer erforderlichen Winkelorientierung z. B. durch entsprechende Werkzeuge gehalten, die vorzugweise auch die Fügekräfte aufnehmen. In einer Ausgestaltung erfolgt die Verbindung zwischen Nocken und Welle nur durch einen Pressverband, der durch das Führen der Welle durch eine Aussparung der Nocken entsteht. Die Anwendung eines Überdrucks in der Welle oder das Erzeugen von Temperaturdifferenzen zwischen Nocken und Welle unterbleiben. Sind in dem Nockenwellenmodul mehrere Nockenwellen vorgesehen, so werden entsprechend viele Wellen in die Lager bzw. die Aussparungen der jeweils zugeordneten Nocken eingebracht.
Weiterhin wird die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe in einer weiteren Lehre der Erfindung bei einem eingangs genannten Nockenwellenmodul dadurch gelöst, dass mindestens ein Lagerträger zum Halten der mindestens einen Nockenwelle vorgesehen ist, und dass der Lagerträger zumindest teilweise um mindestens einen Lagerring – insbesondere als Bestandteil eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers – der Nockenwelle herum erzeugt ist. Für die Erzeugung des Nockenwellenmoduls wird insbesondere das oben beschriebene Verfahren gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen angewendet. Die folgenden Ausführungen bzgl. des Nockenwellenmoduls gelten dabei entsprechend auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
Um den mindestens einen Lagerring herum, der insbesondere aus Stahl besteht, ist mindestens ein Lagerträger erzeugt. Der Lagerträger dient dem Halten oder Tragen der mindestens einen Nockenwelle und wird bei der Montage im Fahrzeug vorzugsweise auf dem Motorblock aufgebracht und fixiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Lagerträger zumindest teilweise ein um den Lagerring herum gegossenes und/oder gespritztes Kunststoffteil ist. Durch die Verwendung von einem – beispielsweise faserverstärkten – Kunststoffmaterial lässt sich eine Gewichtsreduktion herbeiführen. Weiterhin erlauben Kunststoffe eine einfachere Umsetzung von unterschiedlichen Geometrien des Nockenwellenmoduls. Weiterhin können auch andere Elemente oder Komponenten relativ einfach bei der Fertigung des Nockenwellenmoduls eingebracht bzw. ebenfalls umgossen oder umspritzt werden.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Lagerträger zur Aufnahme von zwei Nockenwellen ausgestaltet ist. Dabei sind mindestens zwei Lagerringe, die jeweils einer Nockenwelle zugeordnet sind, nebeneinander angeordnet und durch eine Lagerbrücke miteinander verbunden. In dieser Ausgestaltung dient das Nockenwellenmodul dem Halten von zwei Nockenwellen, die insbesondere nebeneinander angeordnet sind. Dabei sind mindestens zwei Lagerringe vorgesehen, die entlang einer Längsachse des Nockenwellenmoduls im Wesentlichen auf der gleichen Hohe angeordnet sind. Dies erlaubt es, beide Lagerringe durch eine Lagerbrücke miteinander zu verbinden.
In einer Ausgestaltung, die in einer Variante eine weitere Reduktion der Anzahl der vorhandenen Bauteile mit sich bringt, ist vorgesehen, dass mindestens ein – insbesondere einteilig mit dem Lagerträger ausgestaltetes – Deckelelement vorgesehen ist. Durch das Deckelelement ergibt sich ein geschlossenes Nockenwellenmodul. In einer Ausgestaltung ist das Deckelelement ein zusätzliches Bauteil, das auf den Lagerträger aufgebracht und befestigt wird. In einer alternativen Ausgestaltung sind der Lagerträger und das Deckelelement einteilig um den mindestens einen Lagerring herum erzeugt worden.
In einer Ausgestaltung weist der Lagerträger an mindestens einer Stirnseite mindestens eine durchgehende Aussparung zum Hindurchführen einer Welle der mindestens einen Nockenwelle auf. Die Welle als Trägerelement der mindestens einen Nockenwelle wird in dieser Ausgestaltung durch eine Aussparung in einer Stirnseite hindurchgeführt. Damit geht in einer weiteren Ausgestaltung einher, dass der Lagerträger an beiden Stirnseiten jeweils eine Aussparung für die Welle aufweist. Sind zwei Nockenwellen vorgesehen, so sind in einer Variante die beiden Stirnseiten mit jeweils zwei durchgehenden Aussparungen versehen. Für das Montieren der Lager, der Nocken und ggf. weiterer Funktionselemente, wie z. B. Signalgeber auf der Welle der Nockenwelle werden vorzugsweise während der Fertigung der Nockenwelle(n) innerhalb des Nockenwellenmoduls(Halte-)Werkzeuge in den Innenraum des Lagerträgers eingebracht. Dabei zeigt es sich, dass eine zweiteilige Ausgestaltung von Lagerträger und Deckelelement den Vorteil hat, dass der Innenraum von zwei Seiten zugänglich ist.
Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Nockenwellenmodul auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 bzw. dem Patentanspruch 6 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
1 eine schematische, im Wesentlichen die funktionalen Wirkzusammenhänge verdeutlichende Darstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls in teilweiser Explosionsdarstellung und
2 einen Teil des Nockenwellenmoduls der 1 vor der Montage.
In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Nockenwellenmoduls dargestellt, wobei die für die Erklärung und Anschaulichkeit erforderlichen Bestandteile schematisiert sind. Gleiches gilt für den in der 2 dargestellten Lagerträger als Komponente des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls der 1. Andere Ausgestaltungen und Anordnungen sind grundsätzlich ebenfalls möglich und im Rahmen der Erfindung.
Die 1 zeigt ein Nockenwellenmodul 1 mit zwei Nockenwellen 2, die über Lagerringe 3 in dem Lagerträger 4 gelagert sind und sich um ihre jeweilige Längsachse im eingebauten Zustand drehen können. Der Lagerträger 4 besteht dabei aus einem – vorzugsweise faserverstärkten – Kunststoff und ist um die Lagerringe 3 herum erzeugt, d. h. z. B. gespritzt oder gegossen worden. Die Lagerringe 3 sind daher ein elementarer Bestandteil des Lagerträgers 4 und erlauben je nach Ausgestaltung die Realisierung von Gleit- oder Wälzlagerung.
Da die Lagerringe 3 fest im Lagerträger 4 angeordnet sind, werden die Nockenwellen 2 im Lagerträger 4 selbst gefertigt bzw. darin zusammengebaut. Dafür werden die Wellen 6 der zwei Nockenwellen 2 durch die Lagerringe 3 und die Nocken 7 und ggf. weitere – hier nicht dargestellte – Funktionselemente (z. B. Signalgeber) der Nockenwellen 2 hindurchgeschoben. In einer Ausgestaltung werden dabei die Nocken 7 insbesondere nur durch einen Pressverband mit den Wellen 6 verbunden. Für die Montage der Nockenwellen 2 weisen nicht nur die – insbesondere fertig geschliffenen bzw. allgemein einbaufertigen – Nocken 7 bzw. weiteren Funktionselemente Aussparungen auf, sondern auch die Stirnseiten 9 des Lagerträgers 4 verfügen über durchgehende Aussparungen 10, durch die hindurch die Wellen 6 eingebracht werden.
In der gezeigten Ausgestaltung befinden sich jeweils zwei Lagerringe 3 nebeneinander auf der gleichen axialen Höhe, weshalb sie jeweils durch eine Lagerbrücke 8 miteinander verbunden sind. Diese Lagerbrücken 8 sind dabei insbesondere aus einem Kunststoffmaterial erzeugt worden.
Für die Befestigung weist der Lagerträger 4 vorzugsweise – hier nicht dargestellte – Konturen oder z. B. Aussparungen auf, über die das Nockenwellenmodul 1 auf einem – hier nicht dargestellten – Zylinderblock eines Motors befestigbar ist. Weiterhin sind noch in unterschiedlichen Ausgestaltungen – hier nicht dargestellte – Strukturen im Nockenwellenmodul 1 für z. B. Anschlüsse wie Öleinfüllstutzen, Ölabscheider, Sensorhalterungen etc. im Kunststoff ausgebildet bzw. sind ggf. passende Elemente eingebracht.
Oberhalb des Lagerträgers 4 ist ein Deckelelement 5 vorgesehen, so dass die Nockenwellen 2 wie von einer Haube von Deckelelement 5 und Lagerträger 4 umfasst und geschützt werden. In der gezeigten Variante verfügen das Deckelelement 5 und der Lagerträger 4 über entsprechende Bohrungen, durch die beide beispielsweise miteinander verschraubt werden. In einer alternativen Variante sind das Deckelelement 5 und der Lagerträger 4 einteilig ausgeführt, d. h. beide Komponenten werden zusammen um die Lagerringe 3 herum erzeugt.
Die 2 zeigt den Lagerträger 4 der 1, der im Wesentlichen ein Trägerrahmen ist. Die Form ist dabei rein schematisch gewählt und kann den jeweiligen Bedingungen und Erfordernissen angepasst werden. In den Lagerbrücken 8 sind jeweils zwei Lagerringe 3. Zu erkennen sind weiterhin die Aussparungen 10 in den Stirnseiten 9, durch die die Wellen der Nockenwellen hindurchgeschoben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3512713 A1 [0003]
DE 10034329 C2 [0003]
DE 102007063254 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Nockenwellenmoduls, wobei das Nockenwellenmodul zumindest dem Halten mindestens einer Nockenwelle dient, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Nockenwellenmoduls um mindestens einen Lagerring der Nockenwelle herum erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Teil des Nockenwellenmoduls um den mindestens einen Lagerring der mindestens einen Nockenwelle herum als Kunststoffteil gegossen und/oder gespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerträger des Nockenwellenmoduls um mehrere – insbesondere alle – Lagerringe der mindestens einen Nockenwelle herum erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Deckelelement des Nockenwellenmoduls zusammen mit dem Lagerträger erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle der mindestens einen Nockenwelle mindestens durch den mindestens einen Lagerring und mindestens einen – insbesondere fertig bearbeiteten – Nocken geschoben wird.
Nockenwellenmodul zum Halten mindestens einer Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lagerträger zum Halten der mindestens einen Nockenwelle vorgesehen ist, und dass der Lagerträger zumindest teilweise um mindestens einen Lagerring – insbesondere als Teil eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers – der Nockenwelle herum erzeugt ist.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger zumindest teilweise ein um den Lagerring herum gegossenes und/oder gespritztes Kunststoffteil ist.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger zur Aufnahme von zwei Nockenwellen ausgestaltet ist, dass mindestens zwei Lagerringe, die jeweils einer Nockenwelle zugeordnet sind, nebeneinander angeordnet sind, und dass mindestens die zwei Lagerringe durch eine Lagerbrücke miteinander verbunden sind.
Nockenwellenmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein – insbesondere einteilig mit dem Lagerträger ausgestaltetes – Deckelelement vorgesehen ist.
Nockenwellenmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger an mindestens einer Stirnseite mindestens eine durchgehende Aussparung zum Hindurchführen einer Welle der mindestens einen Nockenwelle aufweist.