DE102016225911A1

DE102016225911A1 - Nockenwellenmodul sowie Verfahren zum Herstellen eines Nockenwellenmoduls

Info

Publication number: DE102016225911A1
Application number: DE102016225911.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Auerbach
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: DE102016225911B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nockenwellenmodul zur Lagerung einer Nockenwelle sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenmoduls, wobei das Nockenwellenmodul wenigstens zwei geschlossene Lagerböcke mit jeweils einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme zumindest einer Nockenwelle umfasst, und wobei in jeder der Aufnahmeöffnungen ein geschlossenes Lagerelement angeordnet ist, welches die Nockenwelle drehbar lagert, wobei die Lagerböcke jeweils ein erstes Lagerteil und ein zweites Lagerteil aufweisen, welche zur Ausbildung eines Lagerbockes mit einer geschlossenen Aufnahmeöffnung stoffschlüssig miteinander verbunden sind, und wenigstens die ersten Lagerteile oder die zweiten Lagerteile jeweils über eine Stützstruktur miteinander verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nockenwellenmodul zur Lagerung einer Nockenwelle, wobei das Nockenwellenmodul wenigstens zwei geschlossene Lagerböcke mit jeweils einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme zumindest einer Nockenwelle umfasst, und wobei in jeder der Aufnahmeöffnungen ein geschlossenes Lagerelement angeordnet ist, welches die Nockenwelle drehbar lagert.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Nockenwellenmoduls
STAND DER TECHNIK
Es ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, dass Nockenwellenmodule zur drehbaren Aufnahme wenigstens einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine dienen. Die Haubenmodule werden bevorzugt gewichtsarm und einfach montierbar ausgebildet und sollen zudem zur Geräuschreduzierung der Brennkraftmaschine beitragen. Hierzu ist es bereits bekannt, dass der Haubenkörper einen Kunststoffwerkstoff und die Lagerelemente einen Metallwerkstoff umfassen. Bei der Lagerung von Nockenwellen ist man aus Gründen der Reibungsreduzierung bestrebt, ungeteilte Lagerstellen bzw. ungeteilte Lagerelemente zu verwenden.
Ein solches Nockenwellenmodul ist beispielsweise aus der DE°10°2012°007°334°A1 bekannt. So ist hier vorgesehen, dass ein Teil des Nockenwellenmoduls um ein Lagerelement bzw. einen Lagerring herum erzeugt wird. Nachteilig an dem hier offenbarten Nockenwellenmodul ist allerdings, dass die Lagerringe, die eine Lagergasse ergeben, in dem Werkzeug sehr genau ausgerichtet werden müssen, um radiale Abweichungen der Lagerelemente untereinander und damit in der Lagergasse zu vermeiden. Folgen einer solchen möglichen verzogenen Lagergasse sind beispielsweise höhere Reibung oder gar ein Klemmen der im Nockenwellenmodul gefügten Nockenwelle. Hier kann ein nach dem Gieß- bzw. Spritzgießprozess eintretender Verzug des Nockenwellenmoduls und eine evtl. damit einhergehenden Fehlstellung der Lagerelemente zueinander lediglich durch eine aufwendige Bearbeitung der Lagergasse beseitigt werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Nockenwellenmodul zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Nockenwellenmodul bereitzustellen, dessen Montage in einfacher und kostengünstiger Weise erfolgt, wobei ein bereitgestelltes Verfahren zum Herstellen eines solchen Nockenwellenmoduls zur Verringerung der Fertigungskosten beiträgt.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Nockenwellenmodul mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Nockenwellenmoduls mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Nockenwellenmodul beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Das erfindungsgemäße Nockenwellenmodul ist zur Lagerung einer Nockenwelle ausgebildet, wobei das Nockenwellenmodul wenigstens zwei geschlossene Lagerböcke mit jeweils einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme zumindest einer Nockenwelle umfasst, und wobei die Lagerböcke einen Kunststoffwerkstoff aufweisen, wobei in jeder der Aufnahmeöffnungen ein geschlossenes Lagerelement angeordnet ist, welches die Nockenwelle drehbar lagert. Bei dem erfindungsgemäßen Nockenwellenmodul weisen die Lagerböcke jeweils ein erstes Lagerteil und ein zweites Lagerteil auf, welche zur Ausbildung eines Lagerbockes mit einer geschlossenen Aufnahmeöffnung stoffschlüssig miteinander verbunden sind und wenigstens die ersten Lagerteile oder die zweiten Lagerteile jeweils über eine Stützstruktur miteinander verbunden sind. Hiermit ergibt sich der Vorteil, dass ein geschlossenes Lagerelement zur Lagerung der Nockenwelle genutzt ist, das Lagerelement jedoch nicht bereits beim Herstellen der Lagergrundstruktur in einem Gieß- bzw. Spritzgießwerkzeug hochpräzise ausgerichtet werden muss. Vorteilhaft können die Lagerelemente beispielsweise kraft- oder formschlüssig in den Lagerböcken bzw. zwischen den Lagerteilen aufgenommen werden. Dabei ist es von Vorteil, die ersten Lagerteile und die zweiten Lagerteile eines jeweiligen Lagerbockes stoffschlüssig miteinander zu verbinden, wodurch keine weiteren Befestigungsmittel sowie deren Aufnahmemittel, Aufnahmeöffnungen oder nachfolgende Montageschritte erforderlich sind.
Die Stützstruktur verbindet die Lagerteile und im gefügten Zustand der Lagerteile folglich die Lagerböcke untereinander, so dass eine Art Lagerrahmen entsteht, bei dem die Lagerböcke in ihrer relativen axialen Lage zueinander ausgerichtet und fixiert sind. Ferner ist die Stützstruktur derart ausgebildet oder mit einer Abdeckung versehen, dass ein geschlossenes Nockenwellenmodul in Form einer Zylinderkopfhaube entsteht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Nockenwellenmoduls sind die jeweiligen ersten Lagerteile und/oder die jeweiligen zweiten Lagerteile jeweils über eine Stützstruktur miteinander verbunden. Vorteilhaft verringert sich somit die Anzahl der während der Montage zu bewegenden und bereitzustellenden Bauteile. Zudem ergibt sich die Möglichkeit, die Lagerteile einfacher zu positionieren bzw. deren Position einfacher überwachen zu können, wie beispielsweise durch Markierungen, Anschläge bzw.
Werkzeugöffnungen an der Stützstruktur. Zudem verleiht die Stützstruktur dem Nockenwellenmodul eine höhere mechanische Steifigkeit.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Nockenwellenmoduls ist das jeweilige Lagerelement kraftschlüssig oder formschlüssig in der entsprechenden Aufnahmeöffnung fixiert. Je nach Anforderungen an das Nockenwellenmodul kann somit eine entsprechende Fixierung gewählt und eine Verschiebung der Lagerelemente beim Fügen der Nockenwelle, dem Transport des Nockenwellenmoduls oder im Betrieb der Brennkraftmaschine effektiv vermieden und folglich das Risiko auf ein Versagen der Nockenwellenlagerung oder ein Klemmen bzw. eine erhöhte Reibung der Nockenwelle reduziert werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es des Weiteren denkbar, dass der Kunststoffwerkstoff ein Duroplast-Material aufweist. In diesem Fall sind die ersten Lagerteile vorteilhaft mit den entsprechenden zweiten Lagerteilen mittels einer Klebenaht miteinander verbunden. Das Material erlaubt eine große thermische und mechanische Stabilität des Nockenwellenmoduls, bei gleichzeitiger Gewichtsersparnis gegenüber anderen Materialien, wie beispielsweise metallischen Werkstoffen. Dennoch können die Vorteile des geschlossenen Lagerelementes genutzt werden. Die Klebenaht verbindet die ersten Lagerteile und die zweiten Lagerteile stoffschlüssig und zuverlässig ohne weitere nachfolgende Montageschritte und Montagemittel. In den Aufnahmeöffnungen der wenigstens zwei Lagerböcke, jeweils umfassend ein erstes Lagerteil und ein zweites Lagerteil, werden vorteilhaft beim Verbinden der Lagerteile oder in einem nachgelagerten Schritt die jeweiligen Lagerelemente fixiert.
Es ist des Weiteren denkbar, dass wenigstens eines der Lagerelemente in die entsprechende Aufnahmeöffnung eingeklebt ist. Vorteilhaft kann hierbei das Lagerelement schnell und zuverlässig im Lagerbock bzw. in den Lagerteilen befestigt werden, insbesondere wenn auch die Lagerteile miteinander verklebt werden, sodass lediglich der Prozessschritt des Klebens für die Erzeugung der Lagerböcke mit Lagerelementen erforderlich ist.
Es ist ebenfalls möglich, dass wenigstens eines der ersten Lagerteile oder eines der zweiten Lagerteile ein Thermoplast-Material aufweist, wobei das Thermoplast-Material einen mittels einer Aufschmelzung gebildeten Aufschmelzbereich ausbildet. Mit einer Aufschmelzung des Thermoplast-Materials bzw. einer Erzeugung eines Aufschmelzbereiches wird die Möglichkeit geschaffen, eine formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zu anderen Bauteilen zu ermöglichen, wobei eine größere konstruktive und geometrische Freiheit zugelassen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Nockenwellenmoduls ist das Thermoplast-Material zumindest oder ausschließlich im Bereich der Aufnahmeöffnungen eines Lagerbockes, insbesondere im Bereich der halbschalenförmigen Aussparungen zumindest des ersten Lagerteiles oder des zweiten Lagerteiles angeordnet. Die halbschalenförmigen Aussparungen der Lagerteile bilden vorteilhaft bei der Montage eines ersten Lagerteils mit einem zweiten Lagerteil zu einem Lagerbock folglich die Aufnahmeöffnung, welche zur Aufnahme des Lagerelementes dient. Vorteilhaft ist das jeweilige Lagerelement zumindest durch eine teilweise Aufschmelzung des Thermoplast-Materials zur Bildung des Aufschmelzbereiches, insbesondere durch den Aufschmelzbereich in der Aufnahmeöffnung fixiert. Demnach ist es denkbar, dass ein mit Hinterschneidungen, Vorsprüngen oder anderen als Formschlusselemente dienende Geometrien versehenes Lagerelement während bzw. nach dem Erweichen oder Aufschmelzen des Thermoplast-Materials in dieses eingedrückt und formschlüssig aufgenommen oder eingebettet wird. Nach dem Erkalten bzw. Erstarren des Thermoplast-Materials ergibt sich eine entsprechende kraftschlüssige und/oder formschlüssige Fixierung.
Bei einer anderen weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Nockenwellenmoduls umfassen das erste Lagerteil und das zweite Lagerteil ein Thermoplast-Material und die ersten Lagerteile und die zweiten Lagerteile sind mittels einer Aufschmelzung des Thermoplast-Materials, insbesondere mittels des gebildeten Aufschmelzbereiches miteinander verbunden. Vorteilhaft ist bei einer solchen Verbindung der mögliche Verzicht auf weitere Befestigungsmittel. Zur Verbindung der Lagerteile können bei dieser Ausgestaltung die Lagerteile vorteilhaft zusätzlich auch miteinander nicht stoffschlüssig verbindbare Materialen umfassen, und dennoch mit Vorteil stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Eine solche stoffschlüssige Verbindung ist belastbar und langzeitstabil. Zudem kann eine Aufschmelzung des Thermoplast-Materials auf verschiedene Arten erzeugt werden, sodass die konstruktive Gestaltung bzw. die Materialauswahl für das Nockenwellenmodul größere Variationen gestattet.
Vorteilhaft ist im Rahmen der Erfindung die Aufschmelzung mittels Ultraschall-, Vibrations- oder Infrarotschweißen erzeugt. Die Verschweißung bzw. die stoffschlüssige Verbindung mittels Ultraschall- oder Vibrationsschweißen gestattet beispielsweise die Ausbildung von Verbindungsstellen mit geringem konstruktiven Aufwand und erlaubt ein breites Spektrum an Thermoplast-Materialien. Beim Infrarotschweißen ist es erforderlich, dass die Infrarotstrahlung an den Aufschmelzbereich geführt wird, wobei jedoch komplexere Geometrien des Aufschmelzbereiches, wie beispielsweise Stufen oderdergleichen, erweichbar bzw. schmelzbar sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Nockenwellenmoduls ist zumindest eines der Lagerelemente als ein Gleitlager oder ein Wälzlager ausgebildet. Die Verwendung eines Gleitlagers, beispielsweise in Form eines Gleitlagerringes bzw. einer Gleitlagerbuchse, oder die Verwendung eines Wälzlagers ist geeignet, zur Reduzierung der Nockenwellenreibung in der Lagerung beizutragen. Insbesondere können bereits bewährte Materialien und standardisierte Lager genutzt und entsprechend der jeweiligen Anforderung eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenmoduls gemäß einem der vorgenannten Ausgestaltungen, wobei die wenigstens zwei geschlossenen Lagerböcke mit jeweils einer Aufnahmeöffnung zum Lagern zumindest der Nockenwelle erzeugt werden. Erfindungsgemäß weist das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte auf:

- Erzeugen der Stützstruktur umfassend jeweils mindestens zwei erste Lagerteile oder zwei zweite Lagerteile der Lagerböcke,
- Anordnen der jeweiligen Lagerelemente in einer halbschalenförmigen Aussparung des ersten oder zweiten Lagerteiles des jeweiligen zu erzeugenden Lagerbockes, und
- Stoffschlüssiges Verbinden der ersten Lagerteile und der zweiten Lagerteile des jeweiligen zu erzeugenden Lagerbockes zur Ausbildung eines geschlossenen Lagerbockes.

Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auf weiteres Befestigungsmaterial bzw. weitere Verfahrensschritte zum Verbinden oder Befestigen der Lagerteile und des Lagerelementes verzichtet werden kann. Ferner stellt die stoffschlüssige Verbindung eine dauerfeste Verbindung dar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden ein erstes Lagerteil und ein zweites Lagerteil zur Ausbildung eines geschlossenen Lagerbockes miteinander und das Lagerelement in der Aufnahmeöffnung des erzeugten Lagerbockes verklebt. Vorteilhaft weist das erfindungsgemäße Nockenwellenmodul wenigstens zwei derartig hergestellte Lagerböcke auf, die bei angeordneter Nockenwelle in axialer Richtung der Nockenwelle beabstandet zueinander ausgebildet sind. Demnach weist das erfindungsgemäße Nockenwellenmodul wenigstens zwei erste Lagerteile und wenigstens zwei zweite Lagerteile sowie zwei Lagerelemente auf. Vorteilhaft kann auf weiteres Befestigungsmaterial bzw. weitere Verfahrensschritte zum Verbinden oder befestigen der Lagerteile untereinander und des Lagerelementes in der Aufnahmeöffnung des entsprechenden Lagerbockes verzichtet werden kann. Zudem ist es möglich, durch den Kleber zuverlässig Toleranzen der ersten Lagerteile oder der zweiten Lagerteile sowie des Lagerelementes und der Aufnahmeöffnungen auszugleichen. Es ist zudem auch möglich, dass der Kleber auch gezielt zur Kompensation von Bauteilabmessungen oder zur Überbrückung von Spalten verwendet wird. Solche Spalten können beispielsweise über die allgemein üblichen Bauteil- oder Fertigungstoleranzen hinausgehen. Vorteilhaft liegen jedoch plane Flächen bzw. gleichmäßige Spalten vor, wodurch die Klebefestigkeit gesteigert und der Materialeinsatz von Kleber reduziert werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird wenigstens in dem ersten Lagerteil oder dem zweiten Lagerteil im Bereich der Aufnahmeöffnung ein Thermoplast-Material eingebracht, wobei in dem Thermoplast-Material zumindest teilweise eine Aufschmelzung erzeugt wird. Vorteilhaft wird das Lagerelement mittels dieser Aufschmelzung in der Aufnahmeöffnung fixiert. Auf diese Weise ist es möglich, dass das Lagerelement kraftschlüssig und/oder formschlüssig aufgenommen wird, wobei vorteilhaft radiale oder axiale Lagefehler des Lagerelementes in der Aufnahmeöffnung ausgeglichen werden. Die Aufnahmeöffnung kann beispielsweise deutlich kleiner, als zur Aufnahme des Lagerelementes erforderlich, ausgebildet werden, wobei dennoch ein zuverlässiger Formschluss zwischen Lagerelement und Lagerteil erzielt wird. Durch das Erweichen bzw. Aufschmelzen in Verbindung mit dem sich daraus ergebenden Anschmiegen oder Einbetten des Lagerelementes in das Thermoplast-Material werden am Lagerelement Formschlusselemente, wie beispielsweise Hinterschnitte, Riffelungen oder Verzahnungen verwendet, welche anderenfalls lediglich mittels Umspritzen oder dergleichen wirksam Verwendung finden würden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird wenigstens eines der ersten Lagerteile und eines der zweiten Lagerteile aus einem Thermoplast-Material ausgebildet, wobei diese Lagerteile zur Ausbildung eines der geschlossen Lagerböcke zumindest teilweise aufgeschmolzen und somit stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Auf diese Weise wird eine zuverlässige und dauerfeste Verbindung geschaffen, wobei auf zusätzliche Befestigungsmittel verzichtet wird.
Es ist des Weiteren denkbar, dass die Aufschmelzung mittels eines Ultraschall- oder eines Vibrations- oder eines Infrarotschweißverfahrens erzeugt wird. Die stoffschlüssige Verbindung des ersten Lagerteils und des zweiten Lagerteils mittels Ultraschall- oder Vibrationsschweißen ermöglicht die Ausbildung von Verbindungsstellen mit geringem konstruktiven Aufwand und gestattet zudem die Verwendung eines breiten Spektrums an Thermoplast-Materialien. Beim Infrarotschweißen ist es erforderlich, dass die Infrarotstrahlung an den Aufschmelzbereich geführt wird, so dass beispielsweise die Verwendung eines für die Strahlung durchlässigen Thermoplast-Materials Voraussetzung ist. Vorteilhaft hieran ist, dass der Aufschmelzbereich komplexe Geometrien aufweist, wie beispielsweise Stufen oder unzugängliche Bereiche, die dennoch zuverlässig erwärmt, aufgeschmolzen bzw. erweicht werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Aufschmelzung des Thermoplast-Materials beispielsweise durch die zu fügenden Bauteile, wie beispielsweise die Lagerelemente, selbst erzeugt. So können diese beispielsweise induktiv oder mit Hilfe eines Ofens erwärmt werden. Die erwärmten Bauteile schmelzen oder erweichen direkt beim Positionieren bzw. Platzieren das Thermoplast-Materials auf und können im erweichten oder aufgeschmolzenen Bereich vom Thermoplast-Material ummantelt bzw. eingeklemmt werden.
Zur Herstellung eines Nockenwellenmoduls können die Lagerelemente einzeln oder in Gruppen gehandhabt und an den Lagerteilen gefügt werden. Mit Vorteil werden die Lagerelemente auf einem Spanndorn vorpositioniert oder bereits auf die Nockenwelle aufgefädelt und folglich in den Lagerteilen ausgerichtet und gefügt. Mit Vorteil entfallen hierdurch ein separates Handling der mehreren Lagerelemente und gegebenenfalls ein nachträgliches Fügen der Nockenwelle im Nockenwellenmodul. Mit Vorteil sind die Lagerelemente bereits durch das Auffädeln auf den Spanndorn bzw. die Nockenwelle bereits in ihrer radialen Lage zueinander geführt bzw. ausgerichtet. Mit Vorteil erfolgt auch eine genaue axiale Positionierung, wodurch die nachfolgende Fixierung des Nockenwellenmoduls vereinfacht wird. Damit entfallen eine hoch präzise und aufwendige Positionierung der einzelnen Lagerelemente im Werkzeug sowie gegebenenfalls eine nachträgliche Bearbeitung der Lagergasse. Bei Verwendung eines Spanndorns wird dieser nach dem Fügen der Lagerelemente wieder aus dem Werkzeug entfernt und durch eine Nockenwelle ersetzt.
Des Weiteren können anstelle oder zusätzlich zu der hier erwähnten Nockenwelle auch Ausgleichswellen oder ähnliche Bauteile in einem solchen Modul verbaut werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
Im Folgenden werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls sowie Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines solchen Nockenwellenmoduls anhand von Zeichnungen im Prinzip näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

1 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls,
2a in einer perspektivischen Ansicht eine Längsschnittdarstellung der in der 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls,
2b in einer Detaildarstellung ein Teilbereich der Längsschnittdarstellung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls aus 2a,
3a in einer perspektivische Ansicht ein erstes Modulteil einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls,
3b in einer perspektivischen Ansicht eine Längsschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls,
4a-4c in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Nockenwellenmoduls,
4d in einer perspektivischen Ansicht eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls,
4e in einer Detaildarstellung ein Teilbereich der Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls aus 4d,
5a in einer perspektivischen Ansicht eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Nockenwellenmoduls,
5b in einer Seitenansicht eine Längsdarstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls an einem Werkzeug, und
5c in einer Seitenansicht ein Detaildarstellung eines Teilbereiches der Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls aus 5b.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 5c jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die in der 1 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nockenwellenmodul 1 weist wenigstens zwei, hier jedoch gezeigte fünf geschlossene Lagerböcke 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 auf, die jeweils in einer Aufnahmeöffnung 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 (vgl. 2a) ein Lagerelement 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 zur drehbaren Lagerung einer Nockenwelle 5.1, 5.2 aufweisen. Die Lagerböcke 2.1 bis 2.5 sind hier als Doppellagerbock ausgebildet und lagern zwei parallel angeordnete Nockenwellen 5.1, 5.2, die sich jeweils um ihre Längsachse drehen können. Die Lagerböcke 2.1 bis 2.5 umfassen einen Kunststoffwerkstoff, wie beispielsweise einen faserverstärkten Kunststoff, ein Duroplast-Material oder ein Thermoplast-Material oder Kombinationen davon. Der Kunststoffwerkstoff bildet jedoch nicht die Lagerfläche zur Nockenwelle 5.1, 5.2 aus. Vielmehr ist je Lagerbock 2.1 bis 2.5 ein Lagerelement 4.1 bis 4.5 zur Lagerung der Nockenwelle 5.1, 5.2 vorgesehen, welches in der jeweiligen Aufnahmeöffnung 3.1 bis 3.5 des entsprechenden Lagerbockes 2.1 bis 2,5 aufgenommen ist. Das Lagerelement 4.1 bis 4.5 kann als ein ungeteilter Lagerring oder Lagerbuchse ausgebildet sein. Auf den Nockenwellen 5.1, 5.2 sind Funktionselemente, wie beispielsweise Nocken oder Sensorräder, drehfest angeordnet.
Die Lagerböcke 2.1 bis 2.5 stellen im montierten Nockenwellenmodul 1 ungeteilte Lagerböcke dar. Vor der Herstellung des Nockenwellenmoduls 1 sind die Lagerböcke 2.1 bis 2.5 im Prinzip jedoch zweiteilige ausgeführt und bilden folglich geteilte Lagerböcke. Die Lagerböcke 2.1 bis 2.5 umfassen jeweils ein erstes Lagerteil 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 und ein zweites Lagerteil 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5. Zur Ausbildung der ungeteilten Lagerböcke 2.1 bis 2.5 im fertigen montierten Nockenwellenmodul 1, werden die jeweils ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 und jeweils zweiten Lagerteile 7.1 bis 7.5. stoffschlüssig miteinander verbunden. Bei einer Ausgestaltung eines Nockenwellenmoduls 1 mit fünf Lagerböcken 2.1 bis 2.5, wie in der 1 gezeigt, weist das Nockenwellenmodul 1 demnach fünf erste Lagerteile 6.1 bis 6.5 sowie fünf zweite Lagerteile 7.1 bis 7.5 sowie fünf Lagerelemente 4.1 bis 4.5 auf.
Ein ungeteilter Lagerbock ist bekannter Weise ein Lagerbock, dessen Aufnahmeöffnung nicht teilbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen Nockenwellenmodul 1 sind die Lagerböcke 2.1 bis 2.5 zunächst zweigeteilt und umfassen die ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 und die zweiten Lagerteile 7.1 bis 7.5. Nach der Montage der Ersten Lagerteile 6.1 bis 6.2 mit den zweiten Lagerteilen 7.1 bis 7.2 sind die Lagerteile 6.1 bis 6.5 und 7.1 bis 7.5. jedoch untrennbar miteinander verbunden und die Lagerböcke 2.1 bis 2.5 bilden folglich ungeteilte Lagerböcke bzw. Lagerböcke mit ungeteilten Aufnahmeöffnungen 3.1 bis 3.5 aus. Aus Gründen der Reibungsreduzierung ist man generell bestrebt, die Lagerfläche der Nockenwelle 5.1, 5.2 in den Lagerböcken 2.1 bis 2.5 frei von Trennungsfugen und somit ungeteilt auszubilden.
Ein Vorteil der vor der Montage vorliegenden geteilten Lagerböcke 2.1 bis 2.5 ist jedoch die Möglichkeit, die Aufnahmeöffnung 3.1 bis 3.5 im geöffneten Zustand radial zur Rotationsachse der Nockenwellen 5.1, 5.2 mit den Lagerelementen 4.1 bis 4.5 und/oder mit den Nockenwellen 5.1, 5.2 bestücken zu können.
Ein Vorteil der nach dem Fügen der Lagerteile 6.1 bis 6.5 und 7.1 bis 7.5 erzeugten ungeteilten Lagerböcke 2.1 bis 2.5 mit Lagerelementen 3.1 bis 3.5 ist der Entfall von Montage- oder Befestigungsmitteln zum Fügen bzw. zum Zusammenhalten der Lagerteile im Betrieb der Brennkraftmaschine. Darüber hinaus können die ungeteilten Lagerböcke 2.1 bis 2.5 die im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Belastungen besser aufnehmen bzw. ableiten als ein geteilter Lagerbock.
Bei dem erfindungsgemäßen Nockenwellenmodul 1 können bei der Montage die Vorteile eines geteilten und nach der Montage die Vorteile eines ungeteilten Lagerbockes genutzt werden.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Nockenwellenmodul 1 zwei Modulteile 8, 9, wobei das erste Modulteil 8 die jeweils über eine erste Stützstruktur 10 verbundenen ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 und das zweite Modulteil 9 die jeweils über eine zweite Stützstruktur 11 (vgl. 2a) verbundenen zweiten Lagerteile 7.1 bis 7.5 des Nockenwellenmoduls 1 umfasst. Nach dem Verbinden der jeweiligen ersten Lagerteile 6.1. bis 6.5 mit den entsprechenden zweiten Lagerteilen 7.1 bis 7.5 bilden diese die Lagerböcke 2.1 bis 2.5 des Nockenwellenmoduls 1 aus. Vorteilhafterweise sind die Stützstrukturen 10 und 11 mit den jeweiligen Lagerteilen 6.1 bis 6.5 und 7.1 bis 7.5 einstückig ausgebildet, sodass die Modulteile 8, 9 jeweils als Baugruppe beispielsweise in einem Gieß- oder Spritzgießprozess hergestellt werden können.
In den Stützstrukturen 10 und 11 oder den Lagerböcken 2.1 bis 2.5 sind Öffnungen 12 ausgebildet, in denen hier nicht gezeigte Befestigungsmittel aufgenommen werden können, mit denen das Nockenwellenmodul 1 auf dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine (hier nicht gezeigt) fixiert werden kann. Darüber hinaus sind beispielsweise Indexöffnungen 13 vorgesehen, die mit hoher Präzision ausgebildet sind und als Referenz für die Platzierung von Komponenten bei der Montage des Haubenmoduls 1 bzw. für die Aufnahme in einem Werkzeug (hier nicht gezeigt) dienen. In vorteilhaften Ausgestaltungen sind die Öffnungen 12 zumindest teilweise als Indexöffnungen 13 ausgebildet.
2a zeigt die in der 1 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls 1 in einer anderen perspektivischen Ansicht, mit einem Längsschnitt entlang der Längsachse einer der beiden Nockenwellen 5.1, 5.2. In den Aufnahmeöffnungen 3.1 bis 3.5 der Lagerböcke 2.1 bis 2.5 sind Lagerelemente 4.1 bis 4.5 angeordnet, wobei eines oder mehrere der Lagerelemente 4.1 bis 4.5 beispielsweise als Gleitlager oder als Wälzlager ausgebildet ist. In 2a ist beispielsweise das Lagerelement 4.5, welches im stirnseitigen Lagerbock 2.5 des Nockenwellenmoduls 1 aufgenommen ist, als Kugellager und die restlichen Lagerelemente 4.1 bis 4.4 als Gleitlager ausgebildet.
In 2b ist eine Detailansicht A des in der 2a geschnitten dargestellten Lagerbockes 2.3 gezeigt. Das erste Lagerteil 6.3 und zweite Lagerteil 7.3 bilden den Lagerbock 2.3 aus, wobei die Stützstruktur 11 eine Verbindung zumindest zu benachbarten Lagerböcken 2.2, 2.4 bzw. weiteren zweiten Lagerteilen 7.2, 7.4 herstellt. Das Lagerelement 4.3, hier als Gleitlager in Form eines Gleitlagerringes bzw. einer Gleitlagerbuchse ausgebildet, ist in der Aufnahmeöffnung 3.3 vorzugsweise auch formschlüssig fixiert. Hierzu ist an dem Lagerelement 4.3 ein Formschlusselement 21 ausgebildet. Die Aufnahmeöffnung 3.3 wird durch das erste Lagerteil 6.3 und das zweite Lagerteil 7.3 gebildet, wobei das zweite Lagerteil 7.3 eine mit dem Formschlusselement 21 korrespondierende Ausformung aufweist. Sind die ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 und die zweiten Lagerteile 7.1 bis 7.5 beispielsweise aus einem Duroplast-Material ausgebildet und mittels einer Klebeverbindung stoffschlüssig miteinander verbunden, bietet es sich an, ebenfalls die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 mit einer Klebeverbindung zu fixieren.
Wie in den 2a und 2b gezeigt, ist die Stützstruktur 11 hier beispielsweise haubenartig ausgebildet, so dass bei fertig gebautem Nockenwellenmodul 1 eine Zylinderkopfhaube ausgebildet wird.
In der 3a ist eine Ausgestaltung eines ersten Modulteils 8 dargestellt. Die ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 sind mittels der Stützstruktur 10 miteinander, beispielsweise stoffschlüssig, verbunden. Beim dem in der 3a nicht gezeigten zweiten Modulteil 9 (vgl. 3b) sind bevorzugt ebenfalls die jeweiligen Lagerteile 7.1 bis 7.5 mittels einer zweiten Stützstruktur 11 miteinander verbunden. Vorzugsweise ist die Verbindung stoffschlüssig ausgebildet, so dass ein einstückiges Modulteil 9 entsteht.
Wie in der 3a gezeigt, sind jeweils in den ersten Lagerteilen 6.1 bis 6.5 halbschalenartige Aussparungen 3.10, 3.20, 3.30, 3.40, 3.50 ausgebildet. Analog dazu sind in den Lagerteilen 7.1 bis 7.5 ebenfalls halbschalenartige Aussparungen 3.11, 3.21, 3.31, 3.41, 3.51 (schematisch in der 3b dargestellt) ausgebildet. Bei einer Verbindung der jeweiligen ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 mit den entsprechenden zweiten Lagerteilen 7.1 bis 7.2 bilden diese halbschalenartigen Aussparungen bzw. Teilbereiche 3.10 bis 3.50 und 3.11 bis 3.51 die Aufnahmeöffnungen 3.1 bis 3.5 aus, wie schematisch in der 3b gezeigt. In den Aufnahmeöffnungen 3.1 bis 3.5 der Lagerböcke 2.1 bis 2.5 sind die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 aufgenommen und fixiert. Die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 sind beispielsweise als Gleitlager und Kugellager ausgebildet.
Im Gegensatz zur Ausgestaltung des Nockenwellenmoduls 1 gemäß der 1 oder 2a bzw. 2b, ist bei dem in der 3a gezeigten Nockenwellenmodul 1 noch keine der Nockenwellen 5.1, 5.2 verbaut. Die Nockenwellen 5.1, 5.2 werden somit im Nockenwellenmodul 1 gefertigt bzw. zusammengebaut. Für diesen Zusammenbau werden die Nockenwellen 5.1, 5.2 schrittweise durch die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 geführt und die benötigten Funktionselemente dabei bedarfsgerecht auf die Nockenwellen 5.1, 5.2 aufgeschoben bzw. aufgefädelt. Die Funktionselemente, wie beispielsweise Nocken, Sensorrad oder Pumpennocken sind beispielsweise mittels einer Press- und/oder Schweißverbindung oder dgl. mit den Nockenwellen 5.1, 5.2 verbunden.
Die ersten und die zweiten Lagerteile 6.1 bis 6.5, 7.1 bis 7.5 umfassen beispielsweise ein Duroplast-Material. Zur stoffschlüssigen Verbindung der Lagerteile 6.1 bis 6.5, 7.1 bis 7.5 kann vorzugsweise ein Klebstoff verwendet werden. Ebenso können die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 mittels einer Klebeverbindung in den Aufnahmeöffnungen 3.1 bis 3.5 kraftschlüssig fixiert werden. Mit Vorteil weisen die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 zudem jeweils Formschlusselemente 21 auf, die in korrespondierende Aussparungen im ersten Lagerteil 6.1 bis 6.5 und/oder im zweiten Lagerteil 7.1 bis 7.5 aufgenommen werden. Das Lagerelement 4.1 bis 4.5 kann jedoch auch ausschließlich oder ergänzend durch einen Pressverband, also zwischen den ersten Lagerteilen 6.1 bis 6.5 und den zweiten Lagerteilen 7.1 bis 7.5 geklemmt und damit kraftschlüssig fixiert sein.
Des Weiteren ist es möglich, dass in der jeweiligen Aufnahmeöffnung 3.1 bis 3.5 ein Thermoplast-Material aufgenommen ist, welches das jeweilige Lagerelement 4.1 bis 4.5 im gefügten Zustand zumindest teilweise ummantelt. Der Vorteil bei der Verwendung von Thermoplast-Material zur Aufnahme des jeweiligen Lagerelementes 4.1 bis 4.5 kann darin gesehen werden, dass das Thermoplast-Material bereits bei der Herstellung der ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 oder der zweiten Lagerteile 7.1 bis 7.5 an diesen bzw. an den jeweiligen halbschalenförmigen Aussparungen 3.10 bis 3.50 oder 3.11 bis 3.51, beispielsweise mittels Anspritzen, angebracht werden kann. Das Thermoplast-Material ist somit bereits an der Fügestelle für das jeweilige Lagerelement 4.1 bis 4.5 angebracht und muss dort lediglich erweicht bzw. aufgeschmolzen werden. Nach dem Erweichen bzw. dem Schmelzen ist das Thermoplast-Material verformbar und kann das jeweilige Lagerelement 4.1 bis 4.5 ummanteln und sich an dessen Kontur, insbesondere an das Formschlusselement 21 anschmiegen. Die axiale Position der Lagerelemente 4.1 bis 4.5 wird hierbei vorteilhaft durch einen Spanndorn 20 oder die jeweilige Nockenwelle 5.1, 5.2 vorgegeben. Nach dem Erkalten bzw. Erstarren des Thermoplast-Materials ist dann vorteilhaft ein stabiler Formschluss zwischen Thermoplast-Material und den jeweiligen Lagerelementen 4.1 bis 4.5 ausgebildet.
Es ist jedoch auch denkbar, dass das Thermoplast-Material erst nach dem Positionieren der Lagerelemente 4.1 bis 4.5 in den jeweiligen Aufnahmeöffnungen 3.1 bis 3.5 in einen Zwischenbereich zwischen der jeweiligen Aufnahmeöffnung 3.1 bis 3.5 und dem jeweiligen Lagerelement 4.1 bis 4.5 eingebracht wird.
Zudem ist es möglich, dass an den Lagerelementen 4.1 bis 4.5 ein Thermoplast-Material angebracht ist, welches der Befestigung der Lagerelemente 4.1 bis 4.5 in den Aufnahmeöffnungen 3.1 bis 3.5 dient.
In der 4a ist beispielhaft eine Ausführungsform eines Werkzeuges 14 zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls 1 gezeigt. Auf einer Grundplatte 15 sind Montagehilfen 16 angeordnet, die das Auffädeln des ersten Modulteils 8 (vgl. 4b) und des zweiten Modulteils 9 (vgl. 4c) erleichtern und bei den Modulteilen 8, 9 beispielsweise in die Öffnungen 12 eingreifen, wie in 4b gezeigt. In die Indexöffnungen 13 der Modulteile 8, 9 (vgl. 1) greifen die Ausrichthilfen 17 ein. Das Werkzeug 14 umfasst zudem Stützwände 18 in denen Aussparungen 19 ausgebildet sind. Diese Aussparungen 19 nehmen im Fügeprozess des Nockenwellenmoduls 1 jeweils einen Spanndorn 20 (vgl. 4b) oder die jeweilige Nockenwelle 5.1, 5.2 (vgl. 1) auf und sorgen für deren axiale und radiale Positionierung.
Die 4b zeigt beispielhaft einen Montageschritt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für das beispielsweise in der 3b gezeigte Nockenwellenmodul 1. Das erste Modulteil 8 ist bereits im Werkzeug 14 aufgenommen, wobei es auf der Grundplatte 15 zum Anschlag kommt. Die Montagehilfen 16 sowie die Ausrichthilfen 17 sind in den entsprechenden Öffnungen 12 bzw. Indexöffnungen 13 aufgenommen, insbesondere durch diese hindurch geführt.
Das erste Modulteil 8 wird durch die Ausrichthilfen 17 in einer vorbestimmten Position gehalten. In einem folgenden Montageschritt werden die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 auf einem Spanndorn 20 angeordnet und positioniert sowie dem Werkzeug 14 zugeführt. Für diesen Schritt sind die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 auf dem Spanndorn 20, entsprechend ihrer relativen Position zueinander als auch ihrer Position im fertigen Nockenwellenmodul 1 aufgefädelt. An denen als Gleitlager ausgebildeten Lagerelementen 4.1 bis 4.5 sind zudem die Formschlusselemente 21 ausgebildet, wie in 4b gezeigt.
Nach dem Absenken des Spanndorns 20 in Richtung der halbschalenförmigen Aussparungen bzw. Teilbereiche 3.10, 3.20, 3.30, 3.40, 3.50 der ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 (vgl. 3a) werden die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 an ihrer definierten Position gehalten, wobei der Spanndorn 20 die aufgefädelten Lagerelemente 4.1 bis 4.5 in eine miteinander fluchtende Position zwingt, wie in 4c dargestellt. Der Spanndorn 20 liegt vorzugsweise in den Aussparungen 19 der Stützwände 18 auf und richtet sich und die Lagerelemente 4 in axialer und radialer Richtung relativ zu den der halbschalenförmigen Aussparungen bzw. Teilbereichen 3.10, 3.20, 3.30, 3.40, 3.50 aus, wie in den 4b und 4c gezeigt, aus.
Soll die stoffschlüssige Verbindung mittels Klebstoff ausgebildet werden, kann beispielsweise im folgenden Montageschritt ein Klebstoff auf die ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 aufgebracht werden. Darüber hinaus kann Klebstoff in einen Spalt zwischen den Teilbereich 3.10 bis 3.50 der Aufnahmeöffnung 3.1 bis 3.5 und das jeweilige Lagerelement 4.1 bis 4.5 eingebracht werden, um auch das jeweilige Lagerelement 4.1 bis 4.5 mittels Klebstoff zu fixieren. Zudem kann auch ergänzend auf die Stützstruktur 10 Klebstoff aufgebracht werden.
Wenn Thermoplast-Material Anwendung findet, können zu diesem Zeitpunkt die Lagerteile 4.1 bis 4.5 erwärmt werden. Diese erweichen bzw. schmelzen das Thermoplast-Material beim Positionieren, und werden dann vom Thermoplast-Material zumindest teilweise ummantelt oder in diesem eingebettet.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird das zweite Modulteil 9 ebenfalls in dem Werkzeug 14 aufgenommen und dabei über die Montagehilfen 16 grob ausgerichtet und über die Ausrichthilfen 17 genau positioniert, wie in 4d angedeutet.
Wenn die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 und die Stützstrukturen 10, 11 ihre Sollposition eingenommen haben, erfolgt die stoffschlüssige Verbindung der ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 mit den zweiten Lagerteilen 7.1 bis 7.5. Vorteilhaft können ebenfalls die Modulteile 8 und 9 miteinander verbunden werden, vorzugsweise ebenfalls stoffschlüssig, wodurch ein Nockenwellenmodul 1 mit ungeteilten Lagerböcken und Lagerrahmen entsteht.
Bei der Verwendung von Thermoplast-Material ist sich der Fachmann darüber im Klaren, dass das Ausrichten und Positionieren der Lagerelemente 4 bzw. der ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 und der zweiten Lagerteile 7. 1 bis 7.5 in Sollposition vorzugsweise mit erwärmten Lagerelementen 4.1 bis 4.5 bzw. erweichtem Thermoplast-Material erfolgt und die stoffschlüssige Verbindung nach dem Erkalten des Thermoplast-Materials ausgebildet ist.
Die Fügemethode, mit welcher die ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 und die zweiten Lagerteile 7.1 bis 7.5 bzw. die Modulteile 8 und 9 miteinander stoffschlüssig verbunden werden, wird durch die Wahl der Materialien, welche die jeweiligen Bauteile umfassen, maßgeblich bestimmt. So bietet sich bei der Verwendung von Duroplast-Material eine Klebeverbindung an, wogegen bei der Verwendung von Thermoplast-Material eine Schweißverbindung bevorzugt ist. Typische Schweißverbindungen für Thermoplast-Materialien sind beispielsweise Ultraschall-, Vibrations- oder Infrarotschweissverbindungen.
Aufgrund der verwendeten Materialien für die Lagerelemente 4.1 bis 4.5, typischerweise metallische Werkstoffe, kann für die Fixierung der Lagerelemente 4.1 bis 4.5 keine stoffschlüssige Fügeverbindung genutzt werden. Eine Ausnahme würde ein Klebstoff darstellen, der sowohl das Material der ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 und der zweiten Lagerteile 7.1 bis 7.5 als auch das Material der Lagerelemente 4.1 bis 4.5 anlösen kann. Somit sind in der Regel kraftschlüssige oder formschlüssige Fügemethoden bevorzugt.
Wenn die Lagerböcke 3.1 bis 3.5 ein Duroplast-Material umfassen, werden beispielsweise Klebeverbindungen und eine Pressverbindung bevorzugt. Sollten die Lagerböcke 3.1 bis 3.5 ein Thermoplast-Material aufweisen, so bietet es sich an, das Thermoplast-Material aufzuschmelzen und das Lagerelement 4.1 bis 4.5 darin einzubetten bzw. mit dem erweichten Thermoplast-Material zumindest teilweise zu ummanteln.
Nach dem Ausbilden zumindest der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den ersten Lagerteilen 6.1 bis 6.5 und den zweiten Lagerteilen 7.1 bis 7.5 kann der Spanndorn 20 entfernt werden. In einem nachfolgenden Verfahren kann dann die Nockenwelle im Haubenmodul gebaut werden. Bevorzugt werden hierbei bereits fertig bearbeitete Funktionsbauteile verwendet, damit ein nachfolgender Bearbeitungsprozess entfallen kann.
Wie in den 4d und 4e gezeigt, ist in wenigstens einer der Öffnungen 12 des Nockenwellenmoduls 1 vorteilhaft jeweils eine Hülse 22 aufgenommen. Die Hülse 22 wird vorteilhaft nach dem Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindung zumindest der Lagerteile 6.1 bis 6.5, 7.1 bis 7.5 in die jeweilige Öffnung 12 eingebracht, wodurch sie keinen Einfluss auf die Ausrichtung der Lagerteile 6.1 bis 6.5, 7.1 bis 7.5 bzw. die Ausrichtung der Modulteile 8, 9 hat. Die Hülse 22 wird beim Einfädeln in die jeweilige Öffnung 12 beispielsweise durch die Montagehilfe 16 geführt, was den Montageprozess deutlich erleichtern kann. Mit Hilfe der Hülse 22 können die Befestigungsmittel (hier nicht gezeigt), mit denen das Nockenwellenmodul 1 auf einem Zylinderkopf befestigt wird, sicher durch die jeweilige Öffnung 12 geführt werden und die Öffnung 12 bzw. das Nockenwellenmodul 1 vor Beschädigung schützt. Ferner kann die Hülse 22 die Öffnung 12 stabilisieren, so dass das Nockenwellenmodul 1 beim Fixieren auf dem Zylinderkopf größere Anzugskräfte ertragen kann. Da insbesondere Thermoplast-Materialen keine mechanischen Kräfte, wie beispielsweise das Anzugsmoment für das Nockenwellenmodul 1 ertragen, ist die Verwendung der Hülsen 22 dann von Vorteil. Die Hülse 22 kann beispielsweise durch eine Klebeverbindung, eine Pressverbindung oder ein Einschmelzen in der jeweiligen Öffnung 12 fixiert werden.
In der 4e ist eine Detaildarstellung einer in der 4d gezeigten Öffnung 12, welche die Befestigungsmittel zur Befestigung des Nockenwellenmoduls 1 auf dem Zylinderkopf aufnimmt (hier nicht gezeigt). In 4e ist die Führung der Hülse 22 durch die Montagehilfen 16 gezeigt.
Ein alternatives Montageverfahren ist im Prinzip in 5a dargestellt. Eine Ausgestaltung eines Werkzeuges 24 umfasst, genauso wie das Werkzeug 14 gemäß der 4a bis 4c, eine Grundplatte 15, Montagehilfen 16, Ausrichthilfen 17 sowie zwei Stützwände 18 mit Aussparungen 19. Darüber hinaus sind bei dem Werkzeug 24 mehrere Stützen 23 ausgebildet, welche die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 bei der Montage des Nockenwellenmoduls 1 stützen. Erfolgt die Montage mit Hilfe von hier nicht gezeigten Spanndornen oder Nockenwellen 5.1, 5.2 können die Stützen 23 auch die Wellen vor einem Durchhängen bzw. Durchbiegen schützen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 separat in die Stützen 23 eingelegt werden, wobei das Nockenwellenmodul 1 (vgl. 1) dann ohne Spanndorn 20 oder Nockenwelle 5.1, 5.2 gebaut wird. Ein Abstützen ist insbesondere von Vorteil, wenn das zweite Modulteil 9 ausgerichtet bzw. positioniert wird und somit auf die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 einwirkt. Die Stützen 23 bewirken eine genaue Ausrichtung der Lagerelemente 4.1 bis 4.5 zueinander als auch relativ zum ersten oder zweiten Modulteil 8, 9 und zwingen die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 in eine definierte radiale und axiale Position.
Insbesondere bei Ausgestaltungen, bei denen die Lagerteile 6.1 bis 6.5, 7.1 bis 7.5 Thermoplast-Material umfassen, kann dieses vor oder bei dem Erweichen bzw. Aufschmelzen mit großer Kraft auf die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 einwirken. Sind diese nun bei der Montage zuverlässig gestützt und lagegetreu fixiert, steigert das die Lagegenauigkeit, wie beispielsweise Fluchtung, der Lagerelemente 4.1 bis 4.5 zueinander, wodurch die Genauigkeit der Lagergasse gesteigert und eine Nachbearbeitung oder erhöhte Reibung vermieden werden kann.
Das Montageverfahren kann bei dem Werkzeug 24, wie bereits zu den 4a-4e beschrieben, durchgeführt werden. Ein Modulteil 8, umfassend erste Lagerteile 6.1 bis 6.5 die mittels erster Stützstrukturen 10 miteinander verbunden sind, wird im Werkzeug 24 angeordnet. Die Montagehilfen 16 greifen in die Öffnungen 12, die Ausrichthilfen 17 werden in den Indexöffnungen 13 aufgenommen, wobei das Modulteil 8 an der Grundplatte 15 angelegt wird. Die in den Aufnahmeöffnungen 3.1 bis 3.5 bzw. in den halbschalenförmigen Aussparungen 3.10 bis 3.50 zuzufügenden Lagerelemente 4.1 bis 4.5 sind auf den Nockenwellen 5.1, 5.2 aufgefädelt und in einer definierten axialen Position gehalten, wie in der 5a gezeigt. Auf den Nockenwellen 5.1, 5.2 sind bereits die Funktionselemente befestigt, sodass diese nach der Verbindung der ersten Lagerteile 6.1 bis 6.5 und der zweiten Lagerteile 7.1 bis 7.5 im gebauten Nockenwellenmodul 1 verbleiben. Die jeweilige Nockenwelle 5.1, 5.2 bildet somit die Funktion eines Werkzeuges ab. 5a zeigt beispielhaft Bestandteile eines Nockenwellenmoduls 1, wobei diese entsprechend der Abfolge ihrer Montage angeordnet sind (M Montagerichtung). So zeigt 5a prinzipiell einen Verfahrensschritt I der Montage des ersten Modulteils 8 auf dem Werkzeug 24. In einem nachgelagerten Verfahrensschritt II werden hier die Nockenwellen 5.1, 5.2 mit den aufgefädelten Lagerelementen 4.1 bis 4.5 derart in das Werkzeug 24 eingelegt, dass die Stützen 23 die Lagerelemente 4.1 bis 4.5 positionieren bzw. führen. In einem weiteren Verfahrensschritt III kann das zweite Modulteil 9 auf dem ersten Modulteil 8 platziert bzw. durch die Montagehilfen 16 auf dem Werkzeug 24 aufgenommen werden. Das Ergebnis des zuvor beschrieben Ablaufes ist beispielsweise in 5b dargestellt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es unerheblich zu welchem Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens, selbstredend in Abhängigkeit der gewählten stoffschlüssigen Verbindung, ggf. der Klebstoff ein- oder aufgebracht wird, wann oder wo das Thermoplast-Material ein- oder aufgebracht wird und wie die Aufschmelzung bzw. Erweichung für die stoffschlüssige Verbindung, auch für die ersten 6.1 bis 6.5 und zweiten Lagerteile 7.1 bis 7.5, erzeugt wird. Der Zeitpunkt wird hier maßgeblich durch die gewünschten Taktzeiten, die Komplexität des Nockenwellenmoduls 1 bzw. die Erreichbarkeit der entsprechenden Bauteile während der einzelnen Verfahrensschritte bestimmt.
So bietet es sich bei dem Werkzeug 24 beispielsweise an, die Stützen 23 als Induktoren oder Sonotroden auszubilden. Die Stützen 23 können somit neben ihrer positionierenden Funktion auch die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Lagerteilen 6.1 bis 6.5, und 7.1 bis 7.5 bzw. dem jeweiligen Lagerelement 4.1 bis 4.5 und den jeweiligen Lagerteilen 6.1 bis 6.5, und 7.1 bis 7.5 erwirken.
Da 5c eine Detaildarstellung einer Stütze gemäß 5b ist, kann man erkennen, wie die Stütze 23 das Lagerelement 4.3 bzw. die Nockenwelle 5.1 aufnimmt bzw. positioniert.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenmodul
2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5: Lagerbock
3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5: Aufnahmeöffnung
3.10, 3.20, 3.30, 3.40, 3.50: halbschalenförmige Aussparung/ Teilbereich
3.11, 3.21, 3.31, 3.41, 3.51: halbschalenförmige Aussparung/ Teilbereich
4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5: Lagerelement
5.1, 5.2: Nockenwelle
6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5: erstes Lagerteil
7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5: zweites Lagerteil
8: erstes Modulteil
9: zweites Modulteil
10: erste Stützstruktur
11: zweite Stützstruktur
12: Öffnung
13: Indexöffnung
14: Werkzeug
15: Grundplatte
16: Montagehilfe
17: Ausrichthilfen
18: Stützwand
19: Aussparung
20: Spanndorn
21: Formschlusselement
22: Hülse
23: Stütze
24: Werkzeug
M: Montagerichtung
I: Verfahrensschritt
II: Verfahrensschritt
III: Verfahrensschritt

Claims

Nockenwellenmodul (1) zur Lagerung einer Nockenwelle (5.1, 5.2), wobei das Nockenwellenmodul (1) wenigstens zwei geschlossene Lagerböcke (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) mit jeweils einer Aufnahmeöffnung (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) zur Aufnahme zumindest einer Nockenwelle (5.1, 5.2) umfasst, und wobei in jeder der Aufnahmeöffnungen (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) ein geschlossenes Lagerelement (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) angeordnet ist, welches die Nockenwelle (5.1, 5.2) drehbar lagert, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerböcke (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) jeweils ein erstes Lagerteil (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) und ein zweites Lagerteil (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) aufweisen, die zur Ausbildung der Lagerböcke (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) mit jeweils einer geschlossenen Aufnahmeöffnung (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) stoffschlüssig miteinander verbunden sind, und wenigstens die ersten Lagerteile (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) oder die zweiten Lagerteile (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) jeweils über eine Stützstruktur (10, 11) miteinander verbunden sind.
Nockenwellenmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lagerteile (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) und die zweiten Lagerteile (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) jeweils über eine Stützstruktur (10, 11) miteinander verbunden sind.
Nockenwellenmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Lagerelement (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) kraftschlüssig oder formschlüssig in der entsprechenden Aufnahmeöffnung (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) fixiert ist.
Nockenwellenmodul (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffwerkstoff ein Duroplast-Material umfasst und die ersten Lagerteile (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) mit den entsprechenden zweiten Lagerteilen (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) mittels einer Klebenaht miteinander verbunden sind.
Nockenwellenmodul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Lagerelemente (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) in die entsprechende Aufnahmeöffnung (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) eingeklebt ist.
Nockenwellenmodul (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der ersten Lagerteile (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) oder eines der zweite Lagerteile (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) ein Thermoplast-Material aufweist und das Thermoplast-Material einen mittels einer Aufschmelzung gebildeten Aufschmelzbereich ausbildet.
Nockenwellenmodul (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplast-Material im Bereich der Aufnahmeöffnungen (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) zumindest des ersten Lagerteils (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) oder des zweiten Lagerteiles (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) angeordnet und das jeweilige Lagerelement (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) zumindest durch eine teilweise Aufschmelzung des Thermoplast-Materiales, insbesondere durch den Aufschmelzbereich in der Aufnahmeöffnung (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) fixiert ist.
Nockenwellenmodul (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerteil (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) und das zweite Lagerteil (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) ein Thermopalst-Material umfassen und die ersten Lagerteile (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) und die zweiten Lagerteile (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) mittels einer Aufschmelzung des Thermoplast-Materiales, insbesondere durch den Aufschmelzbereich miteinander verbunden sind.
Nockenwellenmodul (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschmelzung, insbesondere der Aufschmelzbereich mittels Ultraschall-, Vibrations- oder Infrarotschweißen erzeugt ist.
Nockenwellenmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Lagerelemente (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) als ein Gleitlager oder ein Wälzlager ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenmoduls (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die wenigstens zwei geschlossenen Lagerböcke (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) mit jeweils einer Aufnahmeöffnung (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) zur Aufnahme zumindest der Nockenwelle (5.1, 5.2) erzeugt werden und wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte aufweist, - Erzeugen einer Stützstruktur (10, 11) umfassend jeweils mindestens zwei erste Lagerteile (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) oder zwei zweite Lagerteile (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5), - Anordnen der jeweiligen Lagerelemente (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) in schalenförmigen Aussparungen (3.10, 3.20, 3.30, 3.40, 3.50, 3.11, 3.21, 3.31, 3.41, 3.51) der ersten Lagerteile (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) oder der zweiten Lagerteile (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5), und - Stoffschlüssiges Verbinden der ersten Lagerteile (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) mit den entsprechenden zweiten Lagerteile (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5), zur Bildung der jeweiligen geschlossenen Lagerböcke (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der ersten Lagerteile (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) und wenigstens eines der zweiten Lagerteile (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) zur Ausbildung eines geschlossenen Lagerbockes (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) miteinander verklebt werden, und wobei das jeweilige Lagerelement (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) in der Aufnahmeöffnung (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) verklebt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in dem ersten Lagerteil (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) oder in dem zweiten Lagerteil (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) eines der Lagerböcke (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) im Bereich der Aufnahmeöffnung (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) ein Thermoplast-Material eingebracht und in dem Thermoplast-Material zumindest teilweise eine Aufschmelzung erzeugt wird, und wobei eines der Lagerelemente (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) mittels dieser Aufschmelzung in der Aufnahmeöffnung (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) des Lagerbockes (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) fixiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der ersten Lagerteile (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) und eines der zweiten Lagerteile (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) 5) aus einem Thermoplast-Material ausgebildet werden und diese zur Ausbildung eines der geschlossen Lagerböcke (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) zumindest teilweise aufgeschmolzen und somit stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschmelzung mittels eines Ultraschall- oder eines Vibrations- oder eines Infrarotschweißverfahrens erzeugt wird.