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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Nockenwellenmoduls gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 007 334 A1 ist ein Nockenwellenmodul mit zwei Nockenwellen bekannt, wobei die Nockenwellen mittels Lagerringen in einem Lagerträger gelagert sind. Der Lagerträger besteht aus einem Kunststoff und ist um die Lagerringe herum gespritzt oder gegossen worden. Die Montage der Nockenwellen selbst erfolgt innerhalb des Nockenwellenmoduls. Dabei ist vorgesehen, dass eine Welle durch die Lagerringe und durch fertig bearbeitete Nocken geschoben wird. Die Nocken werden dazu mit einem Werkzeug in der erforderlichen Winkelorientierung innerhalb des Lagerträgers gehalten, so dass die Welle durch die Lagerringe und die Nocken geschoben werden kann.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2015 202 336 A1 ist eine durch Spritzgießen hergestellte Zylinderkopfhaube zur Lagerung von Nockenwellen einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Die Zylinderkopfhaube besteht aus einem Kunststoffgehäuse mit mehreren eingebetteten geschlossenen Lagern zur Lagerung der Nockenwelle. Dazu werden die Lager in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und im Spritzgießwerkzeug in das Kunststoffmaterial eingebettet. Die Montage der Nockenwelle mit der fertigen Zylinderkopfhaube erfolgt anschließend dadurch, dass die Nockenwelle erst innerhalb der Zylinderkopfhaube aus einer Welle und mehreren einzelnen Nocken zu einer Nockenwelle gefügt wird. Die Nocken werden mit einer Positioniereinrichtung in der Zylinderkopfhaube positioniert und die Welle durch die in der Zylinderkopfhaube eingebetteten Lager und die Öffnungen in den Nocken eingeschoben. Nach der Montage der Nockenwelle mit der fertig hergestellten Zylinderkopfhaube bilden die eingebetteten Lager zusammen mit den zugeordneten Lagerstellen der Nockenwelle die Lagerung der Nockenwelle in der Zylinderkopfhaube.
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Das Fügen der Einzelteile zur Herstellung einer Nockenwelle innerhalb des Lagerträgers beziehungsweise des Lagerträgers stellt einen besonders hohen Prozessaufwand dar. Außerdem kann es durch das Fügen der Nocken mit der Welle zu einer Verformung der vorher endbearbeiteten Nocken führen, was dann eine aufwändige Nachbearbeitung der Nocken fordert.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 025 129 A1 ist eine Zylinderkopfhaube zur Abdeckung eines Zylinderkurbelgehäuses bekannt. Die dargestellte Lehre soll die Montage der Zylinderkopfhaube auf der Nockenwelle erleichtern und zugleich eine zuverlässige Lagerung der Nockenwelle gewährleisten. Dazu wird vorgeschlagen, die Zylinderkopfhaube und zumindest ein Lageroberteil für die Nockenwelle aufeinander abzustimmen, so dass diese mit einer gemeinsamen Befestigungsschraube am Zylinderkurbelgehäuse befestigt werden können. Dies soll mittels einer Durchgangsöffnung im Lageroberteil erfolgen, welche einerseits mit einer Einschraub-/Durchgangsöffnung in einem Lagerunterteil und/oder einer Einschrauböffnung im Zylinderkurbelgehäuse und andererseits mit einer Durchgangsöffnung in der Zylinderkopfhaube fluchtet. Weiter wird vorgeschlagen, dass das Lageroberteil und die Zylinderkopfhaube aus unterschiedlichen Materialen hergestellt werden, wobei die Zylinderkopfhaube aus einem thermoplastischen Kunststoff, welcher sich zum Spritzgießen eignet, und das Lageroberteil aus einem duroplastischen Kunststoff, welcher sich als Lagermaterial eignet, gefertigt sind. In einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, das Lageroberteil und das Lagerunterteil gemeinsam um die Nockenwelle herum zu spritzen, um besonders gute Lagereigenschaften zu erzielen. In einer anderen Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Lageroberteil einteilig mit der Zylinderkopfhaube ausgebildet ist, wobei die Zylinderkopfhaube aus einem thermoplastischen Kunststoff und das Lageroberteil aus einem duroplastischen Kunststoff ausgebildet ist, und das Lageroberteil an die Zylinderkopfhaube angespritzt ist und optional eine Lagerschale aus Aluminium in das Lageroberteil eingelassen ist. In einer noch anderen Ausführung wird das Nockenwellenlager um die Nockenwelle herum und an die Zylinderkopfhaube gespritzt.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 062 546 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderkopfhaube in Verbundbauweise bekannt, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Skelett der Zylinderkopfhaube aus einem hochfesten Kunststoff gespritzt wird und anschließend das Skelett mit einem anderen Werkstoff umspritzt wird.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 063 254 A1 ist eine Zylinderkopfhaube bekannt, welche als vorfertigbare Baugruppe ausgebildet ist und zusammen mit einer Zylinderkopfhaube als Ganzes in einem einzigen Arbeitsschritt am Zylinderkopf befestigt werden kann, ohne dass die Nockenwelle anschließend noch einmal ausgerichtet werden muss. Dazu wird vorgeschlagen, dass die Lagereinrichtung die beiden obengenannten Lagerböcke, welche die Nockenwelle lagern, und das Verbindungselement umfasst, welches die Lagerböcke in zueinander ausgerichteter Stellung fixiert. Unter Anderem wird weiter vorgeschlagen, dass eine Verclipsung zwischen Zylinderkopfhaube und Lagereinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher die Positionierung der beiden Bauelemente zueinander sowie zum Zylinderkopf sichergestellt und der Montagevorgang vereinfacht werden soll. Insbesondere sollen bei einer aus Kunststoff ausgebildeten Zylinderkopfhaube die Rastelemente in einfacher Weise im Spritzgussverfahren einteilig mit der Zylinderkopfhaube hergestellt werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenmoduls bereitzustellen, wobei der Fertigungs- und Montageaufwand reduziert ist.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenmoduls nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein erfindungsgemäß vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenmoduls bereit, wobei der Fertigungs- und Montageaufwand reduziert ist. Das hergestellte Nockenwellenmodul umfasst dabei wenigstens ein Gehäuse, mehrere Nockenwellenlager und wenigstens eine in den Nockenwellenlagern gelagerte Nockenwelle. Die Nockenwelle umfasst wenigstens zwei Lagerstellen und wenigstens einen Nocken, welcher zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Die Reduzierung des Fertigungs- und Montageaufwandes zur Herstellung des Nockenwellenmoduls wird dadurch erreicht, dass in einem ersten Schritt die Nockenwelle mit den Nockenwellenlagern versehen wird und anschließend in einem auf den ersten Schritt folgenden zweiten Schritt mindestens ein Teil des Gehäuses um die Nockenwellenlager herum mittels eines Urformverfahrens erzeugt wird.
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Demnach wird in dem ersten Schritt die Nockenwelle mit den Nockenwellenlagern montiert, indem die Nockenwellenlager auf die fertig bearbeitete Lagerstellen positioniert werden, und anschließend in dem zweiten Schritt die Nockenwellenlager im Material des Gehäuses mittels des Urformverfahrens eingebettet, wobei die Nockenwelle während der Erzeugung des Gehäuses bereits in den Nockenwellenlagern gelagert ist. Die Nocken, die Lagerstellen der Nockenwelle und die auf den Lagerstellen montierten Nockenwellenlager sind dabei in vorteilhafter Weise bereits vor der Erzeugung des Gehäuses um die Nockenwellenlager herum endbearbeitet.
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Durch den Einsatz einer Nockenwelle mit fertig bearbeiteten Lagerstellen und fertig bearbeiteten Nocken und bereits montierten Nockenwellenlagern entfallen die aufwändige Lagergassenbearbeitung, die Montage der Nockenwelle selbst innerhalb des Gehäuses und eine unter Umständen notwendige Nachbearbeitung der Nocken im zusammengebauten Zustand des Nockenwellenmoduls.
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Die wenigstens eine Nockenwelle kann während der Erzeugung des Gehäuses zum Ausgleich der beim Urformen, insbesondere der beim Erstarren des verwendeten Materials auftretenden Gehäusespannungen beziehungsweise Gehäuseverformungen elastisch vorgespannt sein. Durch das Erstarren und Erkalten des Gehäusematerials wird die elastische Vorspannung der Nockenwelle aufgehoben. Dies ist dann vorteilhaft, wenn die Materialien des Gehäuses, der Nockenwelle und / oder der Nockenwellenlager während der Erzeugung des Gehäuses unterschiedliche Temperaturen und ein unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten aufweisen. Die wenigstens eine Nockenwelle kann vor der Erzeugung des Gehäuses und / oder während der Erzeugung des Gehäuses zum Verringern der während der Erzeugung des Gehäuses bestehenden Temperaturdifferenz zwischen den Materialien des Gehäuses, der Nockenwelle und / oder der Nockenwellenlager mittels einer separaten Heizeinrichtung erwärmt werden.
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Sind mehrere Nockenwellen in dem Nockenwellenmodul vorgesehen, so sind die Nockenwellen bereits während der Erzeugung des Gehäuses entsprechend der im fertig hergestellten Nockenwellenmodul erforderlichen Anordnung zueinander positioniert. Die mehreren Nockenwellen können zum Ausgleich der beim Urformen auftretenden Gehäusespannungen beziehungsweise Gehäuseverformungen mit einem gegenüber der im fertig hergestellten Nockenwellenmodul erforderlichen Anordnung vordefinierten Versatz zueinander positioniert sein, welcher durch das Erstarren und Erkalten des Gehäusematerials ausgeglichen wird.
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In vorteilhafter Weise kommt dabei als Urformverfahren Gießen, insbesondere Druckgießen oder Spritzgießen, aber auch Sintern zur Anwendung. Das Urformverfahren kann des Weiteren mit einem Umformverfahren kombiniert sein.
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In vorteilhafter Weise sind die Nockenwellenlager als ungeteilte Lagerhülsen für eine Gleitlagerung oder als Wälzlager ausgeführt. Die Montage der Nockenwellenlager ist in vorteilhafter Weise durch gebaute Nockenwellen möglich. Dies kann beispielsweise mittels einer Welle und nacheinander aufgeschobenen Nocken und Nockenwellenlagern erfolgen. Dazu kann eine abgestufte Welle mit individuellen Presssitzen für die Lagerstellen und die Nocken vorgesehen sein, oder die Fixierung der Nocken und der Nockenwellenlager auf der dann als Hohlwelle ausgeführten Welle mittels Innenhochdruckumformung erfolgen. Auch mittels mehrerer Segmentwellen, welche jeweils Nocken und / oder Nockenwellenlager tragen, kann eine Nockenwelle zusammengesetzt werden. Aber auch den Einsatz von Lagerschalen für eine Gleitlagerung ist möglich.
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In vorteilhafter Weise sind die Nockenwellenlager im Kontaktbereich zum Gehäuse mit einer von einer glatten Oberfläche abweichenden komplexen Oberflächenstruktur versehen, mittels welcher die Nockenwellenlager eine formschlüssige Verbindung mit dem Gehäuse eingehen, wenn diese mittels des Urformverfahrens eingebettet sind. Durch komplexe Oberflächenstruktur sind die Nockenwellenlager in dem Gehäuse fest eingebettet, ohne dass sich diese verschieben oder verdrehen können.
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Das Gehäuse kann zur Verbesserung der Steifigkeit und Dauerhaltbarkeit im Bereich der Nockenwellenlager mit einer Armierung versehen sein. Diese Armierung kann während der Erzeugung des Gehäuses zum Gehäusematerial eingebettet werden oder bereits im Material eingelagert sein. Dadurch wird ein armiertes Material gebildet. Das Gehäuse kann zudem aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut werden. Dies kann durch einen Austausch der Materialien während der Erzeugung des Gehäuses mittels des Urformverfahrens oder eine aufeinanderfolgende separate Erzeugung von Gehäuseteilen erfolgen. So ist es von Vorteil, im Bereich der Nockenwellenlager ein gegenüber einem für die verbleibenden Bereiche verwendeten weichen Material steiferes Material zu verwenden. Die Bereiche zwischen den Nockenwellenlagern können demnach mit einem kostengünstigeren, weicheren Material gebildet werden. Unter Verwendung des steiferen Materials und / oder des armierten Materials kann demnach in einer bevorzugten Ausgestaltung zunächst ein alle Nockenwellenlager einbettender Leiterrahmen gebildet werden, bevor das Gehäuse mittels des weicheren Materials komplettiert wird. Auch eine Integration von besonders elastischen Dichtelementen in einer Dichtfläche des Gehäuses ist somit in einfacher Weise möglich. Dies kann insbesondere die Dichtfläche zu einem Zylinderkopf betreffen, an welchem das Nockenwellenmodul befestigt wird.
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Als Material des Gehäuses kommen insbesondere Kunststoffe aber auch Nichteisenmetalle, insbesondere Aluminium oder Aluminiumlegierungen zum Einsatz. Vor allem durch den Einsatz von Kunststoff als Material für das Gehäuse kann eine deutliche Verringerung der Masse sowie die Gefahr von Porenbildung erreicht werden. In Erfindungsgemäß vorteilhafter Weise erfolgt die Erzeugung des Gehäuses um die Nockenwellenlager herum unter Verwendung eines Kunststoffs.
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Ausführungsbeispiel
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Beispielhaft wird hier eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Nockenwellenmoduls 1 dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigen 1 und 2 eine schematische Darstellung des Nockenwellenmoduls 1.
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Das erfindungsgemäß vorteilhafte Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenmoduls 1 mit einem Gehäuse 6, wenigstens zwei Nockenwellenlagern 5 und wenigstens einer in den Nockenwellenlagern 5 gelagerten, wenigstens zwei Lagerstellen 3 und wenigstens einen Nocken 4 aufweisenden Nockenwelle 2 umfasst in einem ersten Schritt, dargestellt in 1, die Montage der Nockenwellenlager 5 auf der Nockenwelle 2 und in einem auf den ersten Schritt folgenden zweiten Schritt die Erzeugung mindestens eines Teils des Gehäuses 6 um die Nockenwellenlager 5 herum mittels eines Urformverfahrens, wobei die Nockenwelle 2 während der Erzeugung des Gehäuses 5 bereits in den Nockenwellenlagern gelagert ist.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung ist die Nockenwelle 2 während der Erzeugung des Gehäuses 6 zum Ausgleich der beim Urformen, insbesondere der beim Erstarren des verwendeten Materials auftretenden Gehäusespannungen beziehungsweise Gehäuseverformungen zur einer gebogenen Nockenwelle 2a elastisch vorgespannt und / oder wird mittels einer separaten Heizeinrichtung 7 erwärmt, dargestellt in 2. Unter Verwendung eines steiferen Materials und / oder eines armierten Materials kann in einer bevorzugten Ausgestaltung zunächst ein alle Nockenwellenlager 5 einbettender Leiterrahmen 8 gebildet werden, bevor das Gehäuse 6 mittels eines weicheren Materials komplettiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenmodul
- 2
- Nockenwelle
- 2a
- gebogene Nockenwelle
- 3
- Lagerstelle
- 4
- Nocken
- 5
- Nockenwellenlager
- 6
- Gehäuse
- 7
- Heizeinrichtung
- 8
- Leiterrahmen
