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Die Erfindung betrifft eine durch Spritzgießen hergestellte Zylinderkopfhaube für eine zumindest eine Nockenwelle aufweisende Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Gehäuse aus einem Kunststoffmaterial und mehreren im Kunststoffmaterial eingebetteten geschlossenen Lagern zur Absicherung der Gleitfähigkeit der Nockenwelle in dem Gehäuse.
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Üblicherweise besteht eine auch als Ventilhaube bezeichnete Zylinderkopfhaube für eine Verbrennungskraftmaschine, die auf einen Motorblock bzw. einen Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine aufgesetzt und daran befestigt wird, aus Aluminium und wird beispielsweise durch Druckguss hergestellt. Die Lagerung für die Nockenwellen kann im Druckgussverfahren zumindest teilweise mit ausgebildet werden, wobei die eigentlichen Lager entweder nachmontiert oder mechanisch nachgearbeitet werden.
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Des Weiteren ist es beim Druckguss von Aluminium nicht möglich, eine beliebige Gestalt bzw. Form der Zylinderkopfhaube herzustellen. Außerdem müssen die Sitzflächen der hergestellten Metallhauben in der Regel mechanisch, insbesondere zerspanend nachgearbeitet werden. Hieraus resultiert ein hoher Anteil an Ausschuss, da durch die mechanische Bearbeitung der druckgegossenen Zylinderkopfhauben unter Umständen Porösitäten freigelegt werden, durch welche Schmier- oder Kraftstoffe aus der Verbrennungskraftmaschine entweichen können.
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Die im Druckgussverfahren hergestellten Zylinderkopfhauben erreichen nur bedingt eine Schalldämmung, wobei insbesondere Körperschall gut aufgenommen wird. Hieraus resultiert ein erhöhter Lärmpegel. Zusätzlich weisen derartige Zylinderkopfhauben aus Metall ein relativ hohes Gewicht auf, was sich bei einer Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug negativ auf den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges auswirkt.
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Eine Zylinderkopfhaube der eingangs genannten Art wird bereits in der
DE 100 34 329 C2 beschrieben. Die durch ein Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellte Zylinderkopfhaube weist ein Gehäuse aus einem polymeren Kunststoffmaterial auf. In dem Kunststoffmaterial sind ungeteilte bzw. geschlossene metallische Lager für zwei Nockenwellen eingebettet, welche als Lagerböcke ausgebildet sind. Die Lager sind mit einer ebenfalls im Kunststoffmaterial eingebetteten metallischen Stützstruktur verbunden. Die Stützstruktur besteht aus Längs- und Querstegen, welche zwischen den einzelnen Lagern angeordnet sind und diese miteinander verbinden. Außerdem sind im Kunststoffmaterial metallische Hülsen für die Durchführung von Befestigungselementen zur Befestigung der Zylinderkopfhaube an einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine sowie röhrenförmige metallische Ölzuführkanäle für die Lagerstellen der Nockenwelle eingebettet, welche jeweils ebenfalls Bestandteil der metallischen Stützstruktur sind. Die Stützstruktur besteht also aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen metallischen Bauteilen, welche zusammen ein tragendes Metallgerüst bilden. Die Stützstruktur wird durch das Kunststoffmaterial umspritzt, sodass diese vollständig in dem Kunststoff eingebettet ist. Die aus dem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine resultierenden Druck-, Zug- und Schwingbelastungen werden dabei vollständig von der Stützstruktur der Zylinderkopfhaube aufgenommen.
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Weiterhin weist die Zylinderkopfhaube an einer Stirnseite des Gehäuses eine Einführöffnung auf, in welche die aus mehreren Lagerstellen und mehreren fest auf der Welle fixierten Nocken bestehende Nockenwelle einführbar ist. Die Innendurchmesser der im Gehäuse eingebetteten Lager verringern sich sukzessive, ausgehend von der Einführöffnung für die Nockenwelle zu dem nachfolgend benachbarten Lager, wobei sich die Außendurchmesser der entsprechenden Lagerstellen an der Nockenwelle in gleichem Maße verringern. Die Lager weisen also jeweils unterschiedliche Innendurchmesser auf. Um die Nockenwelle in die jeweiligen Lager einführen zu können, muss der Innendurchmesser der Lager zwingend größer sein als eine maximale Nockenhöhe der Nocken auf der Welle.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem genannten Stand der Technik verbesserte Zylinderkopfhaube zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Zylinderkopfhaube gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Zylinderkopfhaube vorgesehen, bei welcher das Kunststoffmaterial aus einem Duroplast besteht und bei welcher die Lager derart im Kunststoffmaterial eingebettet sind, dass diese sich ausschließlich im die Lager umgebenden Kunststoffmaterial des Gehäuses abstützen, wobei die Lager alle den gleichen Innendurchmesser aufweisen, welcher kleiner als eine Nockenhöhe der Nocken der zumindest einen Nockenwelle ist. Die Lagerdurchmesser weisen in etwa die gleichen Abmessungen wie eine Nockenbohrung bzw. eine Öffnung im Nocken auf. Die Zylinderkopfhaube kann Lager für eine Nockenwelle oder für mehrere Nockenwellen, insbesondere für zwei Nockenwellen, aufweisen.
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Durch die Verwendung eines Duroplastes als Kunststoffmaterial weist die Zylinderkopfhaube eine Temperaturbeständigkeit bis 180 °C auf und erfüllt dadurch die gestiegenen Anforderungen moderner Verbrennungskraftmaschinen. Gleichzeitig weist ein Duroplast eine hervorragende chemische Beständigkeit auf. Hierdurch wird ein Auswaschen von Kohlenwasserstoffen aus dem Kunststoffmaterial durch Kraftstoff und/oder Schmierstoff verhindert, mit der Folge, dass keine Versprödung des Kunststoffmaterials erfolgt. Weiterhin weist ein Duroplast gegenüber anderen Kunststoffen, beispielsweise gegenüber Thermoplasten, eine höhere Steifigkeit und Festigkeit auf. Hierdurch können die aus dem Ventilbetrieb resultierenden Zug-, Druck und Schwingbelastungen vom Kunststoffgehäuse aufgenommen werden. Auf eine im Stand der Technik verwendete und in das Kunststoffmaterial eingebettete metallische Stützstruktur kann vollständig verzichtet werden. Hierdurch erfolgt eine Reduzierung des Gewichtes der Zylinderkopfhaube und dadurch auch des Kraftahrzeuges, sodass der CO2-Ausstoß und die Kraftstoff-Verbrauchswerte optimiert werden. Außerdem sind durch das Spritzgießen des Gehäuses aus Kunststoff ohne eine metallische Stützstruktur wesentliche Design-Merkmale wie Farbe, Form bzw. Gestalt und Kennzeichnung der Zylinderkopfhaube frei wählbar.
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Weiterhin weisen die Lager im eingangs genannten Stand der Technik alle einen Innendurchmesser auf, der größer ist als eine maximale Nockenhöhe der Nockenwelle. Dies ist erforderlich, um die Nockenwelle in die Lager einführen bzw. in der Zylinderkopfhaube montieren zu können. Hierdurch weisen alle der Lager einen Durchmesser auf, welcher größer ist als ein auf die zu erwartenden Belastungswerte angepasster Durchmesser. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Zylinderhaube der Innendurchmesser der Lager kleiner ist als eine maximale Nockenhöhe der Nockenwelle, kann ein Innendurchmesser gewählt werden, welcher den berechneten Belastungswerten entspricht. Hierdurch werden die Reibverlustleistungen in den Lagern minimiert, sodass der innere Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine verbessert, der Kraftstoffverbrauch gesenkt und die gesetzlichen Vorgaben bezüglich des CO2-Ausstoßes eingehalten werden.
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Die Verwendung von geschlossenen Lagern mit konstanten Innendurchmessern, welche kleiner sind als eine Nockenhöhe der Nockenwelle, werden dadurch ermöglicht, dass die Nockenwelle nicht wie im Stand der Technik als komplette Nockenwelle mit fixierten Nocken und gestuften Lagerstellen in die Zylinderkopfhaube eingesetzt wird. Stattdessen werden bei der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube ein Rohr bzw. eine Welle und mehrere einzelne Nocken erst in der Zylinderkopfhaube zu einer Nockenwelle gefügt. Hierfür werden die Nocken in einer Positioniereinrichtung entsprechend ihre jeweiligen Phasenlage angeordnet und dann derart relativ zum Gehäuse positioniert, dass die zuvor abgekühlte Welle durch die geschlossenen Lager des Gehäuses und die Öffnungen in den zuvor erwärmten Nocken einschiebbar ist. Nach einem Abkühlen der Nocken und einem Erwärmen der Welle sind die Nocken und die Welle dann kraftschlüssig miteinander verbunden und bilden eine in der Zylinderkopfhaube gelagerte Nockenwelle.
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Es erweist sich als besonders zweckmäßig, dass das Kunststoffmaterial des Gehäuses aus einem durch Fasermaterial verstärkten Duroplast besteht. Hierbei können sowohl Glasfasern als auch Kunststoff- und Karbonfasern verwendet werden. Das Fasermaterial ist dabei vorzugsweise bereits in dem in das Spritzgießwerkzeug eingespritzten Kunststoffmaterial enthalten. Glasfaserverstärkte Phenolharz-Formmassen (PF) sind für die erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube zu bevorzugen, da diese besonders gute thermomechanische Eigenschaften, insbesondere eine gute Dimensionsstabilität, sowie eine gute Wärmeformbeständigkeit und eine gute Beständigkeit gegenüber Kraft- und Schmierstoffen aufweisen. Als besonders geeignet hat sich der Kunststoff Vincolyt R 7530 erwiesen.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, dass die Lager mehrheitlich als im Kunststoffmaterial eingebettete Lagerbuchsen ausgebildet sind. Die Lagerbuchsen werden in das Spritzgießwerkzeug eingelegt und im Spritzgießwerkzeug derart in das Kunststoffmaterial eingebettet, dass sie in ihrer vorbestimmten Lage in der Kunststoffhaube angeordnet sind. Die Lagerbuchsen bilden dann zusammen mit entsprechenden Lagerstellen der Nockenwelle ein Gleitlager. Die Lagerbuchsen dienen ausschließlich der Lagerung der Nockenwelle und haben keine Stützfunktion.
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Hierbei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, dass die das Kunststoffmaterial kontaktierenden Außenmantelflächen der Lagerbuchsen zumindest abschnittsweise aufgeraut sind und/oder Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen. Hierdurch bildet sich beim Spritzgießen neben einer stoffschlüssigen Verbindung auch eine formschlüssige Verbindung zwischen den Lagerbuchsen und dem umgebenden Kunststoffmaterial aus, sodass die Lagerbuchsen verdrehsicher im Kunststoffmaterial des Gehäuses fixiert sind. Die Aufrauung kann beispielsweise durch mechanisches Rändeln, durch Sand- oder Kugelstrahlen oder durch einen Laser in die Außenmantelflächen der Lagerbuchsen eingebracht werden.
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Als besonders praxisnah hat es sich erwiesen, dass die Lagerbuchsen aus Aluminium, Sintermetall oder Keramik bestehen. Dabei sollte der Ausdehnungskoeffizient des Werkstoffes der Lagerbuchsen in etwa dem Ausdehnungskoeffizient des Werkstoffes der gelagerten Nockenwelle entsprechen, um ein optimales Lagespiel bei geringen Reibleistungsverlusten zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass zumindest ein Lager des Gehäuses als Axiallager ausgebildet ist. Durch das Axiallager werden Belastungen und Kräfte, die in Richtung der Nockenwelle wirken, aufgenommen. Das Axiallager ist vorzugsweise als Rollenlager ausgebildet und in einer Außenwand des Gehäuses angeordnet.
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In diesem Fall erweist es sich als besonders zweckmäßig, dass das Axiallager in eine Aussparung im Gehäuse eingeklebt ist. Das Einkleben des Axiallagers erfolgt im Anschluss an die Entnahme der Zylinderkopfhaube aus dem Spritzgießwerkzeug, um ein Eindringen von Kunststoffschmelze in das Rollenlager während des Spritzgießens zu verhindern. Die Lager werden durch Kleben fixiert, um bei der Fixierung die Einleitung von Zugkräften in das Kunststoffmaterial zu verhindern bzw. zu minimieren.
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Eine andere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse an einer einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine zugewandten Unterseite eine Dichtfläche mit einer umlaufenden Dichtung aufweist, welche einstückig an das Gehäuse angespritzt ist. Die Dichtung ist beispielsweise als elastisch verformbare Dichtwölbung ausgebildet, welche die Zylinderkopfhaube gegenüber dem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine fluiddicht abdichtet. Auf eine nachträgliche Anordnung einer separaten Dichtung und das Vorsehen einer Dichtungsaufnahme für die Dichtung, wie im eingangs genannten Stand der Technik, kann verzichtet werden. Die Zylinderkopfhaube und die Dichtung bilden eine einteilige gemeinsam handhabbare Baueinheit, wodurch insbesondere die Montage der Zylinderkopfhaube am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine wesentlich erleichtert wird. Um die Herstellung der Zylinderkopfhaube zu vereinfachen, kann die Dichtung aus dem gleichen Material wie das Gehäuse bestehen. Alternativ kann die Dichtung auch aus einem anderen Material bestehen und in einem Zweikomponenten-Spritzgießverfahren an das Gehäuse angespritzt sein.
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Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass im Gehäuse mehrere Ölzufuhrkanäle für die Lagerstellen der Nockenwelle und/oder mehrere Durchbrechungen zur Aufnahme von Befestigungselementen zur Fixierung der Zylinderkopfhaube an der Verbrennungskraftmaschine und/oder mehrere Aufnahmen zur kraft- oder formschlüssigen Fixierung von Befestigungselementen und/oder Abdeckungen integriert sind, welche ausschließlich durch das Kunststoffmaterial gebildet werden.
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Die Ölzuführkanäle, die Durchbrechungen und die Aufnahmen sind als Hohlräume im Kunststoffmaterial ausgebildet und bilden sich durch das Vorsehen von Schiebern oder Kernen unmittelbar beim Spritzgießen des Gehäuses aus. Eine Einbettung von röhrenförmigen metallischen Elementen als Ölkanal oder von metallischen Befestigungshülsen in das Kunststoffmaterial, wie im eingangs genannten Stand der Technik, ist nicht erforderlich. Die vom Kunststoffmaterial begrenzten bzw. gebildeten Aufnahmen können in vorteilhafter Weise bereits Gewinde oder Verriegelungselemente zur Fixierung von Befestigungselementen für Kabel, Kraftstoffleitungen, etc. oder zur Fixierung von Abdeckungen aufweisen. Auch die Aufnahmen mit den Gewinden oder den Verriegelungen werden beim Spritzgießen, beispielsweise durch das Einlegen von entsprechend ausgebildeten Kernen, erzeugt. Eine mechanische Nachbearbeitung der Gewinde bzw. der Verriegelungselemente ist nicht erforderlich.
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Durch die Herstellung der Ölzuführkanäle während des Spritzgießens, insbesondere durch die Verwendung von Schiebern und Kernen, weist das spritzgegossene Gehäuse nach der Entnahme aus dem Spritzgießwerkzeug Ölkanalaustrittsöffnungen auf, welche nachträglich durch ein Verschlusselement geschlossen werden. Das Verschlusselement ist dann durch eine kombinierte Schraub-/Klebverbindung stoff-, kraft- und formschlüssig in der Ölkanalaustrittsöffnung fixiert und dichtet diese hermetisch ab.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht auch darin, dass das Gehäuse Wandbereiche aufweist, welche eine größere Wanddicke aufweisen als benachbarte Wandbereiche. Weiterhin weist das Gehäuse im Bereich der Durchbrechungen zur Fixierung der Zylinderkopfhaube und/oder im Anschlussbereich zu weiteren Funktionsbauteilen der Verbrennungskraftmaschine und/oder im Bereich der Lager bzw. entlang der Lagergassen Versteifungs- oder Abstützelemente und/oder Materialanhäufungen auf. Dabei bestehen sowohl die Wandbereiche mit den größeren Wanddicken als auch die Versteifungs- oder Abstützelemente und die Materialanhäufungen ausschließlich aus dem Kunststoffmaterial des Gehäuses.
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Die vorgenannten Maßnahmen bezüglich größerer Wanddicken bzw. Wanddickeveränderungen sowie Versteifungs- oder Abstützelementen oder Materialverstärkungen bzw. -anhäufungen dienen allesamt zur verbesserten Aufnahme von Druckkräften oder zur Aufnahme von Spannkräften beim Fügeprozess der Nockenwelle in der Zylinderkopfhaube, sodass die Zylinderkopfhaube im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik ohne zusätzliche metallische Stützstrukturen auskommt. Die Versteifungs- bzw. Abstützelemente können beispielsweise als Rippen- oder Butzenstruktur zur Stabilisierung eines Flansches bzw. Lagerschildes der Zylinderkopfhaube eingesetzt werden. Gezielte Veränderungen der Wanddicke und Materialanhäufungen dienen neben der Aufnahme von Druckkräften auch zur Entlastung bzw. Vermeidung von Zugkräften. Auch im Bereich der Durchbrechungen für die Befestigungselemente zur Fixierung der Zylinderkopfhaube am Motorblock kann das Gehäuse eine Materialanhäufung bzw. eine Abstützung in Form eines Kegelstumpfes bzw. eines Kegelstumpfsegmentes aufweisen.
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Um einen gesicherten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu gewährleisten, werden die beiden Lagergassen für die Nockenwellen, welche durch die jeweils in Reihe hintereinander angeordneten Lager gebildet werden, nach der Entnahme der Zylinderkopfhaube aus dem Spritzgießwerkzeug und noch vor dem Fügeprozess der Nockenwellen mechanisch bearbeitet. Diese Nachbearbeitung erfolgt in einer Spannlage bei original nachempfundenen Belastungszuständen. Die Lagergassen-Bearbeitung ist erforderlich, um zu gewährleisten, dass die beiden Nockenwellen nach dem Fügeprozess parallel zueinander angeordnet sind. Hierdurch werden geringe Reibleistungsverluste und eine hohe Lebensdauer der Lager innerhalb der Zylinderkopfhaube gesichert. Außerdem wird durch die Lagergassen-Bearbeitung ein vorbestimmtes Abstandsmaß zwischen der Dichtfläche bzw. der Auflagefläche der Zylinderkopfhaube auf dem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine und den Mittelachsen der Nockenwellen eingestellt. Das Abstandsmaß hat ebenfalls positiven Einfluss auf die Reibleistungsverluste. Viel entscheidender ist allerdings der Einfluss auf die exakten Öffnungszeiten der Ventile im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, da diese den Kraftstoffverbrauch und das Abgasverhalten der Verbrennungskraftmaschine wesentlich beeinflussen.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Diese zeigt in
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1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube;
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2 eine entlang der Linie II-II in 1 geschnittene Darstellung der Zylinderkopfhaube;
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3 eine perspektivische Darstellung eines Nockens einer Nockenwelle;
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4 einen Teilabschnitt eines Flansches der Zylinderkopfhaube mit einer Aussparung für ein Axiallager;
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5 eine erste Einzelheit der Zylinderkopfhaube in einer Schnittdarstellung;
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6 eine zweite Einzelheit der Zylinderkopfhaube in einer Schnittdarstellung;
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7 eine dritte Einzelheit der Zylinderkopfhaube in einer Schnittdarstellung;
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8 eine vierte Einzelheit der Zylinderkopfhaube in einer Schnittdarstellung;
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9 eine fünfte Einzelheit der Zylinderkopfhaube in einer Ansicht auf einen Flansch der Zylinderkopfhaube;
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10 eine sechste Einzelheit der Zylinderkopfhaube in einer perspektivischen Darstellung;
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11 eine siebte Einzelheit der Zylinderkopfhaube in einer Schnittdarstellung;
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12 eine achte Einzelheit der Zylinderkopfhaube in einer Schnittdarstellung;
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13 eine neunte Einzelheit der Zylinderkopfhaube in einer Schnittdarstellung.
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Anhand der 1 bis 13 wird nachfolgend die erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube 1 näher beschrieben. Die Zylinderkopfhaube 1 besteht aus einem Gehäuse 2 mit zwei parallel zueinander ausgerichteten, nebeneinander angeordneten Lagergassen zur Lagerung von zwei nicht dargestellten Nockenwellen. Jede der beiden Lagergassen wird durch vier in Reihe hintereinander angeordnete geschlossene bzw. ungeteilte Lager 3, 4, 5, 6 gebildet, sodass die in 1 dargestellte und für ein Dreizylinder-Aggregat vorgesehene Zylinderkopfhaube 1 insgesamt acht Lager 3, 4, 5, 6 für zwei Nockenwellen aufweist. Das Prinzip der Auslegung der Lager 3, 4, 5, 6 lässt sich auf alle Aggregate unabhängig von der Zylinderzahl anwenden. Die Anzahl der Lagerstellen richtet sich dabei nach den jeweils vorliegenden Belastungen des Ventiltriebes sowie der daraus abgeleiteten Auslegungen der Bauteile (z.B. Rohr/Welle, Lagerbreite und -durchmesser).
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Das Gehäuse 2 besteht aus einem Kunststoffmaterial aus einem faserverstärkten Duroplast und ist durch Spritzgießen in einem Spritzgießwerkzeug hergestellt. Die geschlossenen Lager 3, 4, 5, 6 weisen alle denselben Innendurchmesser 7 auf, wobei dieser Innendurchmesser 7 kleiner ist als eine in 3 dargestellte Nockenhöhe 8 der Nocken 9 der Nockenwellen.
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Zur Montage der beiden Nockenwellen in der in 1 dargestellten Zylinderkopfhaube 1 werden mehrere Nocken 9 und eine Welle bzw. ein Rohr in der Zylinderkopfhaube 1 selbst zu einer bzw. zwei Nockenwellen gefügt. Dazu werden zunächst die Nocken 9 entsprechend ihrer jeweiligen Phasenlage in einer Positioniervorrichtung angeordnet. Anschließend werden die Positioniervorrichtung und die Zylinderkopfhaube 1 derart zueinander angeordnet, dass die Lageröffnungen und die Öffnungen 10 (3) in den Nocken 9 miteinander fluchten. Nachfolgend wird die zuvor abgekühlte Welle durch die Lageröffnungen des Gehäuses 2 und die Öffnungen 10 in den zuvor erwärmten Nocken 9 eingeschoben. Nach einem Temperaturausgleich (kalte Welle und warmer Nocken 9) ist der Fügeprozess abgeschlossen und die Nocken 9 und die Welle sind kraftschlüssig miteinander verbunden und bilden die in der Zylinderkopfhaube 1 gelagerte Nockenwelle.
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Die Lager 3, 4, 5, 6 sind in das Kunststoffmaterial des Gehäuses 2 eingebettet und von diesem umschlossen. Dabei sind drei der Lager 3, 4, 5 einer jeweiligen Lagergasse als Gleitlager ausgebildet und weisen jeweils eine Lagerbuchse 11 aus Metall oder Keramik auf, welche von dem Kunststoffmaterial des Gehäuses 2 umspritzt sind. Damit die Lagerbuchsen 11 verdrehsicher in dem Kunststoffmaterial fixiert sind, weist eine Außenmantelfläche der Lagerbuchsen 11 eine Aufrauung oder mehrere Erhebungen oder Vertiefungen auf, sodass die Lagerbuchsen 11 formschlüssig in dem umgebenden Kunststoffmaterial fixiert sind.
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Das vierte Lager 6 einer jeweiligen Lagergasse weist ein als Axiallager ausgebildetes Rollenlager 12 auf, welches wie in 4 dargestellt, im Anschluss an den Spritzgießprozess zur Herstellung des Gehäuses 2 in eine entsprechende Aussparung 13 des Gehäuses 2 eingesetzt und in dieser verklebt wird. Die Lager 3, 4, 5, 6 der beiden Lagergassen sind untereinander nicht verbunden und werden ausschließlich vom umgebenden duroplastischen Kunststoffmaterial des Gehäuses 2 gestützt.
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Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, weist die erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube 1 an einer einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine zugewandten Unterseite eine Dichtfläche 14 mit einer umlaufenden Dichtung 15 auf, welche einstückig an das Gehäuse 2 der Zylinderkopfhaube 1 angespritzt ist, sodass Gehäuse 2 und Dichtung 15 eine gemeinsam handhabbare Baueinheit bilden.
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Außerdem sind die beiden mittleren Lager 4, 5 jeder Lagergasse, insbesondere eine der Dichtfläche 14 des Gehäuses 2 zugewandte Lagerunterseite 16 der beiden Lager 4, 5, gegenüber der Dichtfläche 14 derart zurückversetzt, dass sich hier ein in den 1 und 2 gut zu erkennender Freiraum 17 zwischen den Lagerunterseiten 16 und einer durch die umlaufende Dichtfläche 14 gebildeten Ebene ausbildet. Dieser Raumgewinn sorgt während des Fügeprozesses der Nockenwelle für einen verbesserten Temperaturausgleich und für den Abtransport von Feuchtigkeit.
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Um die erforderlichen Spannkräfte bei dem Fügeprozess der Nockenwelle in der Zylinderkopfhaube 1 besser aufnehmen zu können, weist diese als Stabilisierungsmaßnahme Wandbereiche 18 auf, welche eine größere Wanddicke aufweisen als jeweils benachbarte Wandbereiche 19 (siehe 5).
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Dadurch, dass das aus einem faserverstärkten Duroplast bestehende Gehäuse 2 durch einen Spritzgießprozess herstellbar ist, können einzelne Merkmale der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube 1, insbesondere Kanäle, Aufnahmen, Ausnehmungen, Aussparungen, Durchbrechungen oder andere Hohlräume, durch die Spritzgießform selbst bzw. durch die Verwendung von entsprechend ausgebildeten Schiebern oder Kernen im Gehäuse abgebildet werden. Hierzu gehören unter anderem Ölzuführkanäle 20 für die Lagerstellen der Nockenwelle in dem Gehäuse 2 (6), Durchbrechungen 21 zur Aufnahme von Befestigungselementen zur Fixierung der Zylinderkopfhaube 1 an dem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine (6) und/oder auch Aufnahmen 22 zur kraft- oder formschlüssigen Fixierung von Anbau- bzw. Funktionsbauteilen oder Abdeckungen (7). Die Ölzufuhrkanäle 20, die Durchbrechungen 21 und die Aufnahmen 22 werden ausschließlich durch das Kunststoffmaterial selbst gebildet bzw. von diesem begrenzt.
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Hierbei können die Aufnahmen 22 in vorteilhafter Weise auch bereits ein Gewinde 23 zur Fixierung der Anbau- oder Funktionsbauteile bzw. zur Fixierung von Befestigungselementen für Kabel, Kraftstoffleitungen, etc. oder zur Fixierung von Abdeckungen aufweisen. Die Gewinde 23 werden ebenfalls bereits beim Spritzgießprozess in den Aufnahmen 22 abgebildet und bestehen auch aus dem Kunststoffmaterial des Gehäuses 2.
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Die aus dem Herstellungsprozess resultierenden Austrittsöffnungen 24 der Ölzuführkanäle 20 in der Gehäusewand werden nachträglich durch ein Verschlusselement 25 verschlossen. Das Verschlusselement 25 ist durch eine Kombination einer Schraubverbindung 26 und einer Klebeverbindung 27 stoff-, kraft- und formschlüssig in der Austrittsöffnung 24 fixiert und dichtet diese hermetisch ab (8).
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Die 9 bis 13 zeigen weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen spritzgegossenen Zylinderkopfhaube 1 und betreffen insbesondere Maßnahmen zur besseren Aufnahme von Druckkräften durch das Gehäuse 2 und auch zur Vermeidung der Einleitung von Zugkräften in das Gehäuse 2.
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Das Gehäuse 2 weist im Bereich der Durchbrechungen 21 zur Fixierung der Zylinderkopfhaube 1 und im Anschlussbereich für weitere Funktionsbauteile der Verbrennungskraftmaschine und im Bereich der Lager 3, 4, 5, 6 bzw. der Lagergassen für die Nockenwellen Versteifungs- oder Abstützelemente 28 und/oder Materialanhäufungen 29 auf. Dabei bestehen die Versteifungs- oder Abstützelemente 28 und Materialanhäufungen 29 ausschließlich aus dem Kunststoffmaterial des Gehäuses 2. Außerdem können die Versteifungs- oder Abstützelemente 28 bzw. die Materialanhäufungen 29 auch an weiteren besonders belasteten Abschnitten des Gehäuses 2 der Zylinderkopfhaube 1 vorgesehen sein.
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Die Versteifungs- oder Abstützelemente 28 können beispielsweise als Rippen oder Butzen ausgebildet sein und dienen der Stabilisierung der Flansche 30 der Zylinderkopfhaube 1 (9).
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Im Bereich der Durchbrechungen 21 für die Befestigungselemente zur Fixierung der Zylinderkopfhaube 1 am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine weist das Gehäuse 2 eine Abstützung in Form eines Kegelstumpfes bzw. eines Kegelstumpfsegmentes 31 auf (10). Dabei wird eine freigeschnittene Auflagefläche 32 für das Befestigungselement mit einer als Butzen ausgebildeten Materialanhäufung 29 verstärkt (11).
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Weitere Materialanhäufungen 29 bzw. Materialverstärkungen sind im Bereich der Durchbrechungen 21 für die Befestigungsmittel (6) sowie im Bereich der Lager 3, 4, 5, 6 bzw. der Lagergassen (6 und 12) vorgesehen. Zusätzlich können auch Entlastungskonturen 33 zur Vermeidung der Einleitung von Zugkräften vorgesehen sein (3).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopfhaube
- 2
- Gehäuse
- 3
- Lager
- 4
- Lager
- 5
- Lager
- 6
- Lager (Axiallager)
- 7
- Innendurchmesser
- 8
- Nockenhöhe
- 9
- Nocken
- 10
- Öffnungen
- 11
- Lagerbuchse
- 12
- Rollenlager
- 13
- Aussparung
- 14
- Dichtfläche
- 15
- Dichtung
- 16
- Lagerunterseite
- 17
- Freiraum
- 18
- Wandbereich
- 19
- Wandbereich
- 20
- Ölzuführkanal
- 21
- Durchbrechung
- 22
- Aufnahme
- 23
- Gewinde
- 24
- Austrittsöffnung
- 25
- Verschlusselement
- 26
- Schraubverbindung
- 27
- Klebeverbindung
- 28
- Versteifungs- oder Abstützelement
- 29
- Materialanhäufung
- 30
- Flansch
- 31
- Kegelstumpfsegment
- 32
- Auflagefläche
- 33
- Entlastungskontur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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