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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Haubenmodul zur Anordnung auf einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine aufweisend, ein Lagerelement umfassend einen Metallwerkstoff oder Keramikwerkstoff zur drehbaren Aufnahme wenigstens einer Nockenwelle, und einen Haubenkörper umfassend einen Kunststoffwerkstoff zumindest zur Abdeckung des Lagerelementes oder der wenigstens einen Nockenwelle, wobei das Lagerelement zumindest eine Lagerelementfügestelle und der Haubenkörper eine Haubenkörperfügestelle aufweist, und wobei die Lagerelementfügestelle und die Haubenkörperfügestelle derart miteinander verbunden sind, dass die Haube an dem Lagerelement fixiert ist.
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STAND DER TECHNIK
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Es ist grundlegend bekannt, dass Haubenmodule, oftmals auch als Zylinderkopfdeckel oder Ventildeckel bezeichnet, zur drehbaren Aufnahme wenigstens einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine dienen. Die Haubenmodule werden bevorzugt gewichtsarm und einfach montierbar ausgebildet und sollen zudem zur Geräuschreduzierung beitragen. Hierzu ist es bereits bekannt, dass der Haubenkörper einen Kunststoffwerkstoff und die Lagerelemente einen Metallwerkstoff umfassen, wobei die Lagerelemente mit Kunststoff umspritzt sind. Nachteilig hierbei ist der komplexe Aufbau der dazu erforderlichen Spritzgusswerkzeuge.
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Prinzipiell können Lagerelemente bzw. Lagerböcke geteilt oder ungeteilt und somit die Lageraufnahmen zur drehbaren Lagerung der Nockenwelle geteilt oder ungeteilt ausgebildet werden. Geteilte Lageraufnahmen sind in der Regel zweiteilig ausgebildet. Dadurch können bei der Montage des Nockenwellenmoduls, in geöffnetem Zustand, Lagerteile oder die Nockenwelle in die Lageraufnahme eingelegt werden. Bei ungeteilten Lagerelementen bzw. Lageraufnahmen kann nur eine gebaute Nockenwelle oder bei einer nicht gebauten Nockenwelle, eine sogenannte Tunnelwelle Verwendung finden. Als Tunnelwellen werden Wellen bezeichnet, deren Lagerstellen im Außendurchmesser größer sind, als der von den Nockenspitzen der Nocken der Nockenwelle bei einer Drehung beschriebene Durchmesser, wodurch diese im gebauten Zustand in korrespondierende Lageraufnahmen eingefädelt werden können. Da streng auf die richtige Montagereihenfolge der Lagerelemente geachtet werden muss, ist der logistische Aufwand für solche Nockenwellen enorm.
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Aus der
DE 102014106561 A1 ist ein Haubenmodul bekannt, bei dem der Kunststoffhaubenkörper mit dem metallischen Lagerelement verbunden ist. Die Verbindung erfolgt hier über Fügeelemente, welche in den Kunststoff des Haubenkörpers eingebettet bzw. eingepresst sind. Nachteilig hierbei ist, dass an den Lagerelementen spezielle Geometrien oder Hinterschnitte ausgebildet werden müssen, um die Verbindung zum Haubenkörper zuverlässig ausbilden zu können.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Haubenmodul zur Anordnung auf einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bereit zu stellen, wobei das Haubenmodul ein geringes Gewicht aufweist, leicht montierbar ist und eine gute Geräuschdämpfung realisiert. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein solches Haubenmodul gebildet wird.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einem Haubenmodul zur Anordnung auf einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einem Verfahren zur Bildung eines Haubenmoduls gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 8 mit den jeweiligen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Merkmale und Details, welche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Haubenmodul beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu einzelnen Aspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Das erfindungsgemäße Haubenmodul ist zur Anordnung auf einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ausgebildet und weist ein Lagerelement umfassend einen Metallwerkstoff oder Keramikwerkstoff zur drehbaren Aufnahme wenigstens einer Nockenwelle auf. Ferner ist ein Haubenkörper umfassend einen Kunststoffwerkstoff zumindest zur Abdeckung des Lagerelementes oder der wenigstens einen Nockenwelle vorgesehen, wobei das Lagerelement zumindest eine Lagerelementfügestelle und der Haubenkörper eine Haubenkörperfügestelle aufweist, und wobei die Lagerelementfügestelle und die Haubenkörperfügestelle derart miteinander verbunden sind, dass der Haubenkörper an dem Lagerelement fixiert ist.
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Ein Vorteil der Erfindung ist die Fixierung eines, einen metallischen Werkstoff oder einen keramischen Werkstoff umfassenden, Lagerelementes an einer einen Kunststoffwerkstoff aufweisenden Haube bzw. Haubenkörpers mittels Ultraschallschweißverbindung, wobei das Lagerelement und die Haube bzw. der Haubenkörper an sich nicht miteinander ultraschallschweißbare Materialien umfassen. Die Möglichkeit den Haubenkörper an dem Lagerelement zu fixieren, wird dadurch erreicht, dass an dem Lagerelement ein Fügelement angeordnet ist, welches eine Lagerelementfügestelle ausbildet und somit zur Fixierung des Lagerelementes an dem Haubenkörper dient, wobei das Fügeelement ein mit dem Haubenkörper ultraschallschweißbares Material umfasst. Somit kann die Lagerstelle bzw. das Lagerelement aus für die Lagerung gut geeigneten Materialen, beispielsweise Aluminium, Stahl oder Legierungen davon, hergestellt werden, wobei die Haube bzw. der Haubenkörper einen Kunststoffwerkstoff umfasst, mit dem eine Gewichts- und Geräuschoptimierung möglich ist. Für die Lagerung der Nockenwelle gut geeignete Materialien zeichnen sich insbesondere durch gleiches oder zumindest annähernd gleiches Temperaturausdehnungsverhalten bzw. Temperaturschrumpfungsverhalten aus. Ein Spalt zwischen der Lageraufnahme der Nockenwelle im Lagerelement und der Nockenwelle bleibt dann nahezu konstant und ein übermäßiges Spiel oder gar ein Klemmen wird vermieden. Im Gegensatz zum Lagerelement, ist es von Vorteil, wenn der Haubenkörper aus einem Kunststoff ausgebildet ist, da dieser eine bessere Geräuschdämmung gestattet und zudem Potential zur Gewichtseinsparung für das Haubenmodul bietet.
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Vorteilhaft an der Ultraschallschweißverbindung ist, dass das Werkzeug, insbesondere die Sonotrode, weniger Bauraum benötigt, um an der Fügestelle prozesssicher platziert zu werden.
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Gemäß der Erfindung sind das Fügeelement und das Lagerelement mittels eines Zwischenelementes zumindest kraftschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden. Mit Hilfe des Zwischenelementes kann das Fügeelement auf einfache Weise zuverlässig am Lagerelement angeordnet werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem Lagerelement eine Aufnahmeöffnung ausgebildet, in der das Zwischenelement befestigt ist. In dem Lagerelement, welches beispielsweise in einem Druckgussprozess hergestellt wird, können mit wenig konstruktivem Aufwand diese Aufnahmeöffnungen ausgebildet werden. Insbesondere kann das hülsenförmige Zwischenelement eine Aufnahmeöffnung ausbilden, die einen Teil der Aufnahmeöffnung des Lagerelementes ausbildet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Zwischenelement in der Aufnahmeöffnung des Lagerelementes eingeklebt oder eingepresst. Vorteilhaft an einer solchen Befestigung ist die Möglichkeit das Fügeelement konstruktiv einfach zu gestalten und das Material entsprechend der angedachten Befestigungsart wählen zu können. Beispielsweise ist regelmäßig aus Fertigungsgründen eine Pressverbindung zur Befestigung vorteilhaft. Da bei einer Pressverbindung ein Kriechen des Werkstoffes zu vermeiden und selbiger im Sinne der Erfindung eben auch ultraschallschweißbar sein muss, ist die Materialauswahl für das Fügeelement stark eingeschränkt. Ein erfindungsgemäßer Vorteil ergibt sich nun dadurch, dass das Zwischenelement die Pressverbindung zum Lagerelement ausbildet und das Fügeelement für die Ultraschallschweißverbindung zum Haubenkörper genutzt wird. Wird das Zwischenelement in die Aufnahmeöffnung eingeklebt, insbesondere stoffschlüssig befestigt, können mit Vorteil andere Materialien genutzt werden. Darüber hinaus wird hierbei keine Kraft auf das Lagerelement aufgebracht oder in dieses eingeleitet und dessen Deformation vermieden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Haubenmoduls ist das Zwischenelement als eine hülsenförmige Wandung mit einem davon radial vorstehenden Kragen ausgebildet ist, wobei der Kragen und eine Wandung zur zumindest kraftschlüssigen oder formschlüssigen Verbindung des Fügeelements und des Lagerelements dienen. Diese Verbindung ist einfach zu konstruieren und zu montieren.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im Bereich des Kragens des Zwischenelementes zwischen dem Zwischenelement und dem Fügeelement ein Dichtelement angeordnet. Ein zwischen dem Zwischenelement und dem Fügeelement vorhandener Spalt wird somit gegen ein hindurch treten von Öl oder Dreck abgedichtet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung durchdringt die Aufnahmeöffnung des Lagerelementes das Lagerelement und das hülsenförmige Zwischenelement ist koaxial zur Aufnahmeöffnung angeordnet, so dass ein Verbindungselement zur Befestigung des Haubenmoduls am Zylinderkopf durch das Lagerelement und das Zwischenelement hindurchgeführt wird. Auf diese Weise wird platzsparend eine Möglichkeit geschaffen, das Haubenmodul auf dem Zylinderkopf zu befestigen. Ferner kann durch die günstige Anordnung auf einen weiteren Durchbruch im Haubenkörper verzichtet und damit ein weiterer abzudichtender Bereich vermieden werden. Darüber hinaus entsteht eine zusätzliche Sicherung der Verbindung zwischen Haubenkörper und Lagerelement. Im Betrieb der Brennkraftmaschine kann somit sichergestellt werden, dass sich das Lagerelement nicht vom Haubenkörper löst.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Haubenmoduls, ist das Lagerelement als Lagerbock oder Lagerrahmen mit einer geschlossenen Aufnahme für die Nockenwelle ausgebildet. Wird bei dem Haubenmodul auf eine feste Verbindung der Lagerelemente untereinander verzichtet, sind also die Lagerböcke voneinander separate Bauteile, übernimmt beim fertigen Haubenmodul der Haubenkörper die Verbindung und Fixierung der Lagerböcke untereinander, wodurch sich Gewicht einsparen lässt. Ein Lagerrahmen kann beispielsweise durch miteinander verbundene Lagerelemente bzw. Lageböcke gebildet sein, wobei die Verbindung kraft-, form- und/oder stoffschlüssig ausgebildet ist. Vorteilhaft bei einer Weiterbildung mit einem Lagerrahmen ist, dass er keine stabilisierende Funktion übernehmen muss und der Haubenkörper mit weniger Kunststoff gespritzt und dadurch leichter ausgestaltet werden kann. Zudem ist es von Vorteil, wenn der Lagerrahmen zum Haubenkörper hin eine ebene Fläche aufspannt bzw. ausbildet, wodurch die Fläche zwischen Lagerbock und Haubenkörper konstruktiv einfacher gestaltet und ggf. abgedichtet werden kann. Insbesondere wenn der Lagerrahmen oder das Lagerelement eine Stirnseite des Haubenmoduls ausbildet, kann so die zu dichtende Fläche konstruktiv einfacher gestaltet werden.
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Ungeachtet der Art der Verbindung bzw. Fixierung der Lagerelemente untereinander ist es von Vorteil, wenn im Lagerelement die Lageraufnahme zur drehbaren Lagerung der Nockenwelle geschlossen ausgeführt ist, da hier gegenüber geteilten Lageraufnahmen die Reibung reduziert ist.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines Haubenmoduls gemäß der vorgenannten Ausgestaltung, wobei in dem Verfahren vorgelagerten Schritten das Lagerelement, der Haubenkörper sowie ein Fügeelement bereitgestellt werden, und wobei das Verfahren wenigstens folgende Schritte aufweist,
- - Anordnen des Fügeelementes am Lagerelement, derart, dass das Fügeelement und das Lagerelement mittels eines Zwischenelementes zumindest kraftschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden sind,
- - Positionieren des Lagerelementes und des Haubenkörpers derart, dass der Haubenkörper und das Lagerelement die relative Position zueinander einnehmen, die sie im fertigen Haubenmodul aufweisen, wobei der Haubenkörper das Lagerelement abdeckt und die Haubenkörperfügestelle und die Lagerelementfügestelle einander kontaktieren, Fixieren des Lagerelementes an dem Haubenkörper mittels einer Ultraschallschweißverbindung zwischen dem Fügeelement des Lagerelementes und der Haubenkörperfügestelle.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens, weist das Haubenmodul mehrere Lagerelemente auf und die Lagerelemente werden an einem Werkzeug derart positioniert, dass der Haubenkörper und die Lagerelemente zumindest in der Raumrichtung in der die Achse der Nockenwelle verläuft, die relative Position zueinander einnehmen, die sie im fertigen Haubenmodul aufweisen, wobei der Haubenkörper dabei das Lagerelement nicht abdeckt und die Haubenkörperfügestelle und die Lagerelementfügestelle einen Abstand zueinander aufweisen. So können alle Lagerelemente eines Haubenmoduls genau zueinander positioniert und ein Berührkontakt zwischen der Haubenkörperfügestelle und der Lagerelementfügestelle zuverlässig sichergestellt werden. Zudem ist damit in kürzerer Zeit zuverlässig eine größere Anzahl an Lagerelementen ausgerichtet und ein größerer Grad der Automatisierung ermöglicht.
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Zudem kann eine solche Anordnung beispielsweise in einer Vorrichtung erfolgen und stellt eine Art Vorpositionierung zum automatisierten Fügen. Hierbei wird beispielsweise der Haubenkörper in einen Teil der Vorrichtung eingelegt und die Lagerelemente in einen weiteren Teil. Der Teil der Vorrichtung mit dem Haubenkörper wird derart gesenkt, dass die Lagerelemente vom Haubenkörper abgedeckt und ein Berührkontakt der Haubenkörperfügestelle und der Lagerelementfügestelle herbeigeführt wird. Anschließend wird der Haubenkörper an dem Lagerelement mittels Ultraschallschweißverbindung fixiert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist die Aufnahme im Lagerelement eine geschlossene Aufnahme und nach dem Fügen von Haubenkörper und Lagerelementen wird die Nockenwelle in dem Haubenmodul gebaut. Die Nockenwelle muss somit vorteilhaft nicht bereits beim Fügen des Haubenmoduls in den Lagerelementen bzw. Lagerböcken positioniert oder gemeinsam mit diesen gehandhabt werden.
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Gemäß einer vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist die Nockenwelle eine gebaute Nockenwelle ist und wenigstens zwei Lagerelemente vorgesehen sind, die bei der Montage der gebauten Nockenwelle auf diese aufgefädelt werden. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass die Nockenwelle nicht in einem schwer zugänglichen Haubenmodul gebaut werden muss. Die Nockenwelle ist beim sequentiellen Fügen bzw. auffädeln der Lagerelemente gut erreichbar, so dass eine größere Auswahl von Befestigungsverfahren für die Fixierung der Nocken bzw. Funktionsbauteile nutzbar ist.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Haubenmoduls anhand von schematischen Zeichnungen im Prinzip näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haubenmoduls,
- 2a in einer Querschnittansicht einen Teilbereich eines Lagerelementes einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haubenmoduls,
- 2b in einer Detailansicht das Lagerelement aus 2a,
- 3a in einer Querschnittansicht durch einen Teilbereich eines Lagerelementes gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haubenmoduls,
- 3b in einer Detailansicht das Lagerelement aus 3a,
- 4 in einer Querschnittansicht einen Teilbereich eines Lagerelementes gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haubenmoduls während des Montageprozesses,
- 5 in einer Querschnittansicht einen Teilbereich eines Lagerelementes gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haubenmoduls nach dem Montageprozess gemäß 4,
- 6 in einer Querschnittansicht einen Teilbereich des Haubenmoduls gemäß 5, zur Verbindung mit dem Zylinderkopf.
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In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein Haubenmodul 1 von seiner Seite gezeigt, und das Haubenmodul 1 umfasst einen Haubenkörper 2, der eine deckelartige oder haubenartige Form aufweist. Der Haubenkörper 2 ist aus einem Kunststoff, beispielsweise einem faserverstärkten Polyamid, mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt. Von dem Haubenkörper 2 abgedeckt bzw. umschlossen befinden sich Lagerelemente 3 mit Lageraufnahmen 5 zur drehbaren Aufnahme von zwei parallel zueinander verlaufenden Nockenwellen 4. Die Stirnseiten des gezeigten Haubenmoduls 1 werden in dem Ausführungsbeispiel ebenfalls von Lagerelementen 3 gebildet, so dass die Nockenwellen 4 insgesamt in fünf Lagerelementen 3 drehbar aufgenommen sind. Prinzipiell ist jedoch auch ein Haubenkörper 2 möglich, der alle Lagerelemente 3 umgreift und diese in seinem Inneren aufnimmt.
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Das Lagerelement 3 ist als Lagerbock 3' ausgebildet und umfasst einen metallischen Werkstoff. Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, alle Lagerböcke 3' für ein Haubenmodul 1 gemeinsam, beispielsweise bei einem Druckgussvorgang, herzustellen, die Lageraufnahmen 5 aller Lagerböcke 3' zu bearbeiten und anschließend die Lagerböcke 3' zu separieren. Bei einem Lagerrahmen (nicht gezeigt) können die Lagerböcke 3' untereinander bereits durch das Spritzgussverfahren als Verbund bzw. untereinander verbunden hergestellt oder nachträglich mit geeigneten Mitteln verbunden werden.
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Ein Lagerelement 3 bzw. ein Lagerbock 3' weist eine Lageraufnahme 5, beispielsweise eine Bohrung auf, in der die Nockenwelle 4 auf einem Wellenabschnitt drehbar gelagert ist. Die Nockenwelle 4 kann als Hohlwelle oder auch als Massivwelle ausgebildet sein. Die Lageraufnahme 5 kann an ihrer Wandung direkt als Lagerlauffläche ausgebildet sein und zusammen mit dem Wellenabschnitt der Nockenwelle 4 ein Gleitlager ausbilden. Mit Vorteil ist der Wellenabschnitt der Nockenwelle 4 zumindest geschliffen, um eine geeignete Lagerfläche zu erzielen. Das Gleitlager in der Lageraufnahme 5 kann jedoch auch als separates Lagerbauteil (nicht gezeigt), wie Schalenteile, ausgebildet und in der Lageraufnahme 5 angeordnet werden.
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Das Haubenmodul 1 wird mittels geeigneter Befestigungsmittel 6 (vgl. 6), beispielsweise Schrauben, auf einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigt. Hierzu sind am Lagerbock 3' Aufnahmeöffnungen 7 vorgesehen, wie in 1 dargestellt. Die Lagerböcke 3' weisen an einer Seite eine plane Auflagefläche auf, welche es ermöglicht die Lagerböcke 3' am Zylinderkopf an einer dafür vorgesehen Auflagefläche zu montieren.
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Zur Ausrichtung des Haubenmoduls 1 am Zylinderkopf können zwei miteinander korrespondierende Positionierelemente (nicht gezeigt), wie beispielsweise in eine Öffnung eingreifende Hülsen, Stifte oder Nut-Federelemente am Haubenmodul oder am Lagerelement ausgebildet sein. Über diese erfolgt dann vorzugsweise die Ausrichtung des Haubenmoduls 1, bevor es am Zylinderkopf fixiert wird.
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Die 2a zeigt eine Querschnittsansicht durch eine Ausgestaltung des Haubenmoduls 1 im Bereich eines Lagerelementes 3, so dass das Lagerelement 3 und der Haubenkörper 2 geschnitten dargestellt sind. An dem Lagerelement 3 ist ein Fügeelement 8, umfassend einen Kunststoffwerkstoff, angeordnet. Das Fügeelement 8 ist beispielsweise an dem Lagerelement 3 angespritzt oder an diesem stoffschlüssig oder kraftschlüssig befestigt und bildet eine Lagerelementfügestelle aus, über welche das Lagerelement 3 an dem Haubenkörper 2 befestigt bzw. fixiert werden kann. Das Fügeelement 8 kann bei diesem Ausführungsbeispiel somit als integraler Bestandteil des Lagerelementes 3 angesehen werden.
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Die Verbindung bzw. Fixierung des Lagerelementes 3 am Haubenkörper 2 erfolgt mittels einer Ultraschallschweißverbindung. Die Ultraschallschweißverbindung bietet in vorteilhafterweise die Möglichkeit eine dauerfeste und öldichte- und schmutzdichte Verbindung zwischen zwei Fügepartnern, also dem Lagerelement 3 und dem Haubenkörper 2, herzustellen. Selbstverständlich ist es hierzu erforderlich, dass die Fügepartner, wie beispielsweise Lagerelement 3 und Haubenkörper 2, zumindest in ihrem jeweiligen Fügebereich ein ultraschallschweißbares Material aufweisen.
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Da das Lagerelement 3 vorzugsweise einen metallischen Werkstoff umfasst, und diese nicht ultraschallschweißbar sind, kann die Lagerelementfügestelle nicht durch den das Lagerelement 3 unmittelbar ausgebildet werden. Zu diesem Zweck ist das Fügelement 8, welches ultraschallschweißbares Material umfasst, am Lagerelement 3angeordnet und bildet die Lagerelementfügestelle aus bzw. stellt diese bereit.
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Prinzipiell ist es auch möglich, dass das Lagerelement 3 ultraschallschweißbares Material umfasst bzw. aus diesem ausgebildet ist und das Lagerelement 3 mit seiner Lageraufnahme 5 daran angeordnet bzw. befestigt ist. Ebenso verhält es sich mit dem Haubenkörper 2, der zumindest im Bereich der Haubenfügestelle ein ultraschallschweißbares Material umfassen muss.
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In 2a ist des Weiteren gezeigt, dass im Lagerelement 3 eine Aufnahmeöffnung 7 und im Haubenkörper 2 eine Aufnahmeöffnung 9 ausgebildet ist, welche zum Hindurchführen eines Befestigungsmittels 6 (in 6 gezeigt) dienen, mit dem das Haubenmodul 2 am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigt wird. Geeignetes Befestigungsmittel 6 ist beispielsweise eine Schraube, die in eine korrespondierende Öffnung im Zylinderkopf eingreift. Das Fügeelement 8 bildet einen Teil der Aufnahmeöffnung 7 aus.
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2b zeigt eine Detailansicht des in 2a gezeigten Fügelementes 8 und des Haubenkörpers 2. In dieser Ansicht wird ersichtlich, dass das Fügeelement 8 und der Haubenkörper 2 noch nicht miteinander verbunden sind. Das Fügeelement 8 ist beispielsweise ringförmig und zumindest teilweise ähnlich der Form der Aufnahmeöffnung 7 ausgebildet. Das Fügelement 8 weist an seiner Fügestelle einen dreieckigen Vorsprung 15 auf, der einen Berührkontakt zur Haubenkörperfügestelle herstellt und zur Ausbildung der Ultraschallschweißverbindung dient. Die geometrische Gestalt der Fügestelle ist hier beispielhaft in Form einer Dreieckkontur gezeigt und ermöglicht so einen Linienkontakt zum Haubenkörper. Bekanntermaßen ist dieser Fügebereich bzw. dessen geometrische Gestalt individuell durch den Fachmann entsprechend so auszulegen, so dass die Ultraschallschweißverbindung herstellbar ist und die spezifischen Anforderungen erfüllt. Mit Vorteil umgreift die Fügestelle bzw. die Kontur die Aufnahmeöffnung 7 vollständig bzw. in vollem Umfang, so dass die Aufnahmeöffnung 7 nach der Ausbildung der Ultraschallschweißverbindung umlaufend abgedichtet ist.
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Mit Vorteil ist die Aufnahmeöffnung 9 in dem Haubenkörper 2 sowie die Haubenkörperfügestelle derart dimensioniert, dass der Haubenkörper 2 in seiner relativen Position zum Fügeelement 8 und damit auch relativ zum Lagerelement 3 ausgerichtet bzw. verschoben werden kann, ohne das der Haubenkörper 2 die Aufnahmeöffnung 7 im Lagerelement 3 verdeckt oder der Berührkontakt zwischen der Fügestelle des Fügelementes 8 und der Haubenfügestelle nicht mehr realisierbar ist. Vorteilhafterweise kann somit der Haubenkörper 2 ohne eine Krafteinleitung in bzw. Verspannung zwischen Haubenkörper 2 und Fügeelement 8 positioniert bzw. ausgerichtet werden.
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Die Ultraschallschweißverbindung zwischen Haubenkörper 2 und Fügeelement 8 ist mit Vorteil derart ausgebildet, dass sie um die Aufnahmeöffnung 9 herum verläuft bzw. diese umschließt und vorteilhaft auch in sich geschlossen ist. Bei entsprechender Anordnung und Ausbildung des Fügeelementes 8 am Lagerelement 3 ist dann die Aufnahmeöffnung 9 des Haubenkörpers 2 flüssigkeitsdicht ausgebildet. Ein hindurchtreten von Öl aus dem vom Haubenmodul umschlossenen Bereich in die Umgebung ist somit nicht mehr möglich.
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Eine Querschnittsansicht einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Haubenmoduls 1 ist in 3a dargestellt. In Abwandlung zum Ausführungsbeispiel in 2a, 2b zeigt 3a eine alternative Anordnung des Fügelementes 8 am Lagerelement 3. Auch hier wurde noch keine Fügeverbindung zwischen Haubenkörper 2 und Fügelement 8 hergestellt. Das Fügeelement 8 ist bei dieser Ausgestaltung nicht mehr unmittelbar am Lagerelement 3 befestigt, sondern wird mittels eines separaten Bauteils, dem Zwischenelement 10 am Lagerelement 3 fixiert. Das Fügeelement 8 ist beispielsweise ringförmig ausgebildet. Das Zwischenelement 10 weist beispielsweise eine hülsenförmige Wandung 14 auf, und ist zudem an einem seiner Enden mit einem Kragen 11 versehen. Das Zwischenelement 10 ist in der Aufnahmeöffnung 7 des Lagerelementes 3 kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig fixiert. Das Zwischenelement 10 klemmt bzw. fixiert wiederum das Fügeelement 8 mit Hilfe seiner hülsenförmigen Außenkontur und seines Kragens 11 kraft und/oder formschlüssig am Lagerelement 3. Das Zwischenelement 10 bildet einen Teilbereich der Aufnahmeöffnung 7 aus.
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Das Fügeelement 8 weist, wie bereits bei 2a, 2b beschrieben, eine Fügestelle in umlaufender Dreieckkontur auf. Ein Spalt, der zwischen Fügelement 8 und Zwischenelement 10 vorhanden ist, wird mittels eines Dichtelementes 12 abgedichtet, wie in 3b gezeigt. Das Dichtelement 12 kann sowohl als separates Bauteil, als auch an das Fügeelement 8 oder das Zwischenelement 10 angespritzt oder vulkanisiert sein.
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Die Aufnahmeöffnung 9 des Haubenkörpers 2 ist vorteilhaft derart dimensioniert, dass trotz des Kragens 11, der in der Aufnahmeöffnung 9 des Haubenkörpers 2 aufgenommen ist, auch bei dieser Ausgestaltung ein Verschieben, d.h. eine Positionierung bzw. ein Ausrichten des Haubenkörpers 2 ohne Verspannung zwischen Lagerelement 3 und Haubenkörper 2 ermöglicht ist.
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4 zeigt die Ausgestaltung des Haubenmoduls 1 gemäß 3a während dem Fügen des Haubenkörpers 2 am Fügeelement 8. An dem Lagerelement 3 ist, wie aus 3a bekannt, ein Fügeelement 8 angeordnet, welches mittels des Zwischenelementes 10 kraftschlüssig oder formschlüssig an diesem fixiert wird. Ein am Kragen 11 des Zwischenelementes 8 angeordnetes Dichtelement 12 dichtet den Spalt zwischen dem Fügeelement 8 und dem Zwischenelement 10 ab, so dass im fertigen ein nach außen abgeschlossenes und dichtes Haubenmodul 1 entsteht.
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Nach dem 'das Lagerelement 3 mit daran angeordnetem Fügeelement 8 bereitgestellt wurde, kann der Haubenkörper 2 entsprechend über das Lagerelement 3 und das Fügeelement 8 gestülpt und ausgerichtet werden. Wie oben bereits erwähnt, ist das Ausrichten des Haubenkörpers 2 relativ zu den Lagerelement 3 problemlos und ohne Krafteintrag in den Haubenkörper 2 oder die Lagerelement 3 möglich. Ein Verzug des Haubenmoduls 2 kann somit vermieden und die Maßhaltigkeit ohne weitere Bearbeitung sichergestellt werden.
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Nach erfolgtem Positionieren der Lagerelemente 3 und des Haubenkörpers 2 zueinander, wird der Haubenkörper 2 in Fügerichtung P mit einer Fügekraft F beaufschlagt. Die Kraft F drückt die Haubenkörperfügestellen und die Fügeelementfügestellen aneinander und stellt deren kontaktieren bzw. deren Berührkontakt vor und während des Fügeprozesses sicher.
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Eine auf den Haubenkörper 2 aufgesetzte Sonotrode 13 sorgt mittels Ultraschall für einen Energieeintrag in die Fügestellen und bewirkt somit das Erwärmen und Aufschmelzen der Fügestellen. In den 4 bis 6 ist das Aufschmelzen bzw. die dabei entstehende stoffschlüssige Verbindung beispielsweise durch das Fehlen des dreieckigen Vorsprunges 15 repräsentiert. Nach dem Beenden des Energieeintrages erkalten die Fügestellen und eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Fügeelement 8 und Haubenkörper 2 ist ausgebildet. Die Fügekraft F muss nun nicht mehr wirken und kann entfernt werden. Ein vorgefertigtes Haubenmodul 1 ist hergestellt, wie in 5 im Querschnitt des Teilbereiches gezeigt. Die Fügekraft F kann beispielsweise durch die Sonotrode 13 oder eine separate Vorrichtung aufgebracht werden.
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Von Vorteil ist es, wenn die Sonotrode 13 eine Ringform aufweist, so dass die um die Aufnahmeöffnung 9 herum verlaufende Fügeverbindung in einem Verfahrensschritt hergestellt wird. So können eine geringe Taktzeit und die Dichtheit der Fügeverbindung einfach ermöglicht werden.
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Prinzipiell kann das Verfahren zur Herstellung des Haubenmoduls 1 mit oder ohne eine in den Lageraufnahmen 5 angeordneten Nockenwelle 4 durchgeführt werden. Es ist jedoch vorteilhaft die Nockenwelle 4 erst in einem nachgelagerten Prozess in dem Haubenmodul 1 zu montieren bzw. über geteilte Lagerböcke in die Lageraufnahmen einzubringen.
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Die Lagerelemente 3 bzw. der Lagerrahmen können zum Ausrichten bzw. Positionieren in einer Vorrichtung bzw. an einem Werkzeug angeordnet werden. Vorteilhaft werden diese dann eine bekannte und definierte Position für den Fügeprozess einnehmen. Ebenso ist es möglich, dass der Hauebenkörper 2 vor dem Überstülpen über die Lagerelement 3 oder den Lagerrahmen in einer Vorrichtung bezüglich seiner relativen Lage zu diesen vorausgerichtet ist ohne diese abzudecken. Mit Vorteil ist der Haubenkörper in seiner axialen Position (axiale Richtung der Drehachse der Nockenwelle 4) relativ zu den Lagerelement 3 positioniert, so dass lediglich noch ein Absenken bzw. Überstülpen erfolgen muss, um den Berührkontakt zwischen den Fügestellen auszubilden. Das Absenken bzw. Überstülpen und Ultraschallschweißen kann hier automatisiert durch die Vorrichtung erfolgen
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Schließlich zeigt 6 eine Querschnittansicht eines aus 5 bekannten Teilbereiches eines gefügten Haubenmoduls 1. Die Verbindung zwischen Lagerelement 3 und Haubenkörper 2 ist fertiggestellt und ein Befestigungsmittel 6, wie beispielsweise eine Schraube, in der Aufnahmeöffnung 7 angeordnet. In einem nun folgenden Prozess kann das Haubenmodul 1 montiert werden, beispielsweise auf dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine.
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Sollte noch keine Nockenwelle 4 im Haubenmodul 1 angeordnet sein, so ist zunächst auch eine Montage auf einer Vorrichtung zur Bestückung mit einer Nockenwelle 4 möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Haubenmodul
- 2
- Haubenkörper
- 3
- Lagerelemente
- 3'
- Lagerböcke
- 4
- Nockenwelle
- 5
- Lageraufnahmen
- 6
- Befestigungsmittel
- 7
- Aufnahmeöffnungen im Lagerbock
- 8
- Fügeelement
- 9
- Aufnahmeöffnungen im Haubenkörper
- 10
- Zwischenelement
- 11
- Kragen
- 12
- Dichtelement
- 13
- Sonotrode
- 14
- Hülsenförmige Wandung
- 15
- Vorsprung
- F
- Fügekraft
- P
- Fügerichtung
