DE10331089A1

DE10331089A1 - Zylinderkopfhaube und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE10331089A1
Application number: DE2003131089
Authority: DE
Inventors: Ralf Jentsch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-02-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfhaube (11) für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle, die durch wenigstens eine Lagerbrücke (12) entlang einer Lagergasse für die Nockenwelle in der Zylinderkopfhaube (11) hindurchragt, wobei die Lagerbrücke (12) eine Öffnung bzw. Bohrung (13) aufweist, die die Nockenwelle vollständig umschließt. Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Zylinderkopfhaube (11) offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfhaube einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle, die durch wenigstens eine Lagerbrücke entlang einer Lagergasse für die Nockenwelle in der Zylinderkopfhaube hindurchragt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Zylinderkopfhaube.
3 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf eine Zylinderkopfhaube 1 aus dem Stand der Technik, die auf einem Zylinderkopf 2 einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) angeordnet ist. Die dargestellte Zylinderkopfhaube kann zwei Nockenwellen aufnehmen, die jeweils in einer der beiden Lagergassen 3 angeordnet sind. An einem Ende weisen die Lagergassen 3 jeweils eine Öffnung 4 auf, durch die die Nockenwellen (nicht dargestellt) aus dem Zylinderkopf 1 herausragen.
Die Zylinderkopfhaube 1 ist an dem Zylinderkopf 2 mittels mehrerer Schrauben (nicht dargestellt) befestigt, die in Schraubenpfeifen 5 angeordnet sind. Zur besseren Übersicht sind nicht alle Schraubenpfeifen mit einem Bezugszeichen versehen.
In 4 ist die Zylinderkopfhaube 1 aus 1 dargestellt, jedoch wurde sie von dem Zylinderkopf abgehoben und um ca. 180° gedreht, so dass sich die Richtungen "X" in den 3 und 4 entsprechen. Die Öffnungen 4 der jeweiligen Lagergassen befinden sich in dieser Darstellung am linken Bildrand. Wiederum sind nur ein Teil der Schraubenpfeifen 5 mit einem Bezugszeichen versehen.
In der Zylinderkopfhaube 1 sind mehrere quer zur Lagergasse längenverteilte Stege 6 angeordnet, die jeweils für jede Lagergasse eine halbschalige, nach oben gerichtete Öffnung 7 aufweisen. In den Öffnungen 7 werden die Nockenwellen (nicht dargestellt) eingefügt. Mittels Lagerdeckelung (aus 5) werden die Nockenwellen in ihrer Position gehalten. Hierzu müssen die Lagerdeckel mittels der Verschraubungen 8 befestigt werden. Das Prinzip wird in der 5 verdeutlicht.
In 5 ist eine Querschnittsansicht im Bereich der Pfeile B aus 4 dargestellt. Die Zylinderkopfhaube 1 ist hier mit ihrer Gehäuseoberseite nach oben dargestellt. Die Figur zeigt einen Querschnitt durch zwei Nockenwellen 10, die in dem Steg 6 jeweils in den halbschaligen Öffnungen 7 angeordnet sind. In Ihrer Position werden die Nockenwellen 10 durch den Lagerdeckel 9 gehalten, der ebenfalls zwei Halbschalen 7 zur Aufnahme der Nockenwellen 10 aufweist. Der Lagerdeckel 9 ist mittels der Verschraubungen 8 mit der Zylinderkopfhaube 1 fest verbunden.
Da die Lagerdeckel fest an der Zylinderkopfhaube befestigt werden müssen, sind viele Verschraubungen nötig. Dies erhöht sowohl Montageaufwand und -zeit als auch die Produktionskosten. Überdies ist der Zusammenbau sehr komplex. Da alle Lagerteilungen genau fluchten müssen, müssen die Bohrungen zur Aufnahme der Nockenwelle mit vormontierten Lagerdeckeln ausgespindelt werden. Anschließend sind die Lagerdeckel zu markieren, denn sie sind nicht untereinander austauschbar.

In der DE 41 21 504 C2 wird ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine offenbart, der von einem Deckel abgedeckt ist. In dem Deckel des Zylinderkopfes sind Nockenwellen gelagert, wobei zwischen den Nockenwellen und der Oberseite des Deckels eine Saugleitung vorgesehen ist. Durch diese Anordnung weist der Deckel eine Mindesthöhe auf, die sowohl die Nockenwellenlagerung, die Saugleitung als auch Deckelmaterial für die stabile Ausführung des Deckels umfasst.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopfhaube der eingangs genannten Art bereit zu stellen, die die vorgenannten Nachteile überwindet und kostengünstiger herstellbar ist. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, mit dem in einfacher Weise die erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube herstellbar ist.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Zylinderkopfhaube gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die zweitgenannte Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist also eine Zylinderkopfhaube für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle vorgesehen, die durch wenigstens eine Lagerbrücke entlang einer Lagergasse für die Nockenwelle in der Zylinderkopfhaube hindurchragt, bei der die Lagerbrücke eine Öffnung bzw. Bohrung aufweist, die die Nockenwelle vollständig umschließt. Durch die ungeteilte Lagerbrücke entfällt der Lagerdeckel und mit ihm der enorme Montageaufwand zur Befestigung des Lagerdeckels an der Zylinderkopfhaube. Die Verschraubungen bei der Montage der Zylinderkopfhaube und der Befestigung am Zylinderkopf können um etwa 50% reduziert werden. Ferner wird die gesamte Anordnung steifer und damit stabiler. Dies ergibt eine verminderte Anzahl an Einzelteilen, ein verringertes Gewicht und eine kompakte Konstruktion mit geringeren Abmessungen der ganzen Brennkraftmaschine.

Bevorzugt weist die Zylinderkopfhaube mehrere erfindungsgemäße Lagerbrücken in der Lagergasse auf. Ferner bevorzugt ist die Nockenwelle eine sogenannte "gebaute" Nockenwelle. D.h. die Nocken werden nach dem Einbau in die Zylinderkopfhaube an die Nockenwelle angebracht, was die Montage vereinfacht.

Vorzugsweise weist die Nockenwelle der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube ein Rohr auf. Dadurch, dass die Nockenwelle kein Vollmaterial ist, wird Material und Gewicht eingespart, was zur Kostenreduzierung beiträgt.

Bevorzugt weist die Lagerbrücke der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube ein Wälzlager zur Lagerung der Nockenwelle auf. Im Gegensatz zu einem Gleitlager senkt das Wälzlager die Reibleistung. In letzter Konsequenz wird dadurch der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine vermindert bzw. erhöht deren am Kurbelwellenausgang zur Verfügung stehende Leistung.

Bevorzugt wird in einer Zylinderkopfhaube gemäß der vorliegenden Erfindung das Wälzlager als Kugellager ausgebildet, damit es auch zur Aufnahme von Axialkräften der Nockenwelle dienen kann. Alternativ kann das Wälzlager als Nadellager ausgebildet sein. Auf weitere Führungsbünde an dieser Stelle kann somit verzichtet werden, wodurch sich die Reibleistung weiter vermindert.

Als weitere vorteilhafte Alternative kann das Wälzlager als Kegelrollenlager ausgebildet sein. Kegelrollenlager können Axial- und Radialkräfte in Kombination aufnehmen. Sie haben eine hohe Tragfähigkeit und können also auch höhere Kräfte aufnehmen.

Selbstverständlich kann das Wälzlager mit beid- oder einseitigen Abdichtmaßnahmen versehen sein. Ferner kann als Treibmittel insbesondere ein Riemen oder eine Kette vorgesehen werden.

Erfindungsgemäß wird die Zylinderkopfhaube mit einem Verfahren hergestellt, bei dem zuerst die Nockenwelle auf eine Temperatur abgekühlt wird, die unterhalb der Temperatur der Zylinderkopfhaube liegt. Hierbei ist mit dem Begriff Nockenwelle auch eine Welle oder ein Rohr eingeschlossen. Anschließend wird die gekühlte Nockenwelle in die als Lagergasse vorgesehene Bohrung der Lagerbrücke und in die vorgefertigten Nocken eingepasst. Eine Montagehilfe sorgt für die korrekte Ausrichtung der Nocken, insbesondere für den richtigen Abstand und die vorbestimmte Verdrehung derselben. Die Nocken sind zwischen den ungeteilten Lagerbrücken angeordnet. Abschließend wird der Temperaturunterschied zwischen der Nockenwelle und der Zylinderkopfhaube ausgeglichen. Durch die Kühlung der Nockenwelle nimmt der Außendurchmesser derselben etwas ab, die Nockenwelle wird "geschrumpft". Dadurch kann die Nockenwelle einfacher durch die Bohrung der Lagerbrücke gesteckt werden, deren Innendurchmesser nicht durch Kälte verringert wurde. Beim Temperaturausgleich dehnt sich die Nockenwelle auf ihren normalen Außendurchmesser aus, sie wird wieder etwas größer.

Bevorzugt beträgt die Temperatur der Zylinderkopfhaube bei der Montage in etwa Raumtemperatur. Dadurch ist nur ein Aufwand für die Kühlung der bedeutend geringer Materialmenge aufweisenden Nockenwelle zu betreiben.

Der Vorteil der Kälteschrumpfung bzw. Wärmeausdehnung kann in vorteilhafter Weise vergrößert werden, wenn die Zylinderkopfhaube auf eine oberhalb der Raumtemperatur liegende Temperatur erwärmt wird. Dadurch wird der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser der Nockenwelle und dem Innendurchmesser der Bohrung in der Lagerbrücke weiter vergrößert, was den Einbau der Nockenwelle erneut vereinfacht.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 eine perspektivische Innenansicht einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube;
2 eine Querschnittsansicht im Bereich der Pfeile A–A gemäß 1;
3 eine perspektivische Draufsicht auf eine geschlossene Zylinderkopfhaube aus dem Stand der Technik;
4 eine perspektivische Innenansicht der Zylinderkopfhaube aus 3;
5 eine Querschnittsansicht im Bereich der Pfeile B–B gemäß 4.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube 11. Die Draufsicht auf diese Zylinderkopfhaube 11 entspricht der Draufsicht auf eine Zylinderkopfhaube 1 aus dem Stand der Technik, wie bereits anhand der 3 erläutert wurde. Somit entspricht die Darstellung der Zylinderkopfhaube 11 aus 1 der Darstellung der Zylinderkopfhaube 1 in 4. Zur Vereinfachung werden gleichwirkende Teile in beiden Zylinderkopfhauben 1 und 11 nicht nochmals beschrieben und mit den gleichen Bezugszeichen benannt.
Die Zylinderkopfhaube 11 weist im Unterschied zur Zylinderkopfhaube 1 (4) ungeteilte Lagerbrücken 12 auf, in der Bohrungen 13 zur Aufnahme der Nockenwellen (nicht dargestellt) angeordnet sind. Da die Bohrungen 13 die Nockenwellen auf Höhe der Lagerbrücken 12 jeweils vollständig umschließen, entfallen die Lagerdeckel 9 (5) zur Befestigung der Nockenwelle und damit auch die Verschraubungen 8 (aus 4). Die hier dargestellten Lagergassen für die Nockenwelle sind damit steifer und stabiler als die Lagergassen mit geteilten Lagerungen. Ferner ist durch den Wegfall der Lagerdeckel und der entsprechenden Verschraubung der Montageaufwand deutlich verringert.
2 zeigt zur Vereinfachung lediglich einen Ausschnitt des kompletten Querschnittes und nur eine Lagergasse wird dargestellt. Die Figur zeigt die eine der Schraubenpfeifen 5, mit denen die Zylinderkopfhaube 11 auf einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) befestigt werden kann.
Die dargestellte Nockenwelle 14 ragt durch eine Bohrung 13 in der ungeteilten Lagerbrücke 12 hindurch. Zur Verringerung der Reibleistung mit den vorstehend aufgezählten Vorteilen ist zwischen der Nockenwelle 14 und der Innenseite der Bohrung 13 ein Wälzlager 15, insbesondere ein Nadellager, angeordnet.
Obwohl in der Darstellung die gebaute Nockenwelle 13 massiv, also als Vollzylinder, vorgesehen ist, ist es ebenso möglich die Nockenwelle aus einem Rohr aufzubauen. Dadurch lassen sich sowohl Einsparungen bei den Herstellungskosten aufgrund des verminderten Materialaufwands erzielen, als auch Einsparungen beim späteren Betrieb, da aufgrund des verminderten Gewichtes der Kraftstoffverbrauch reduziert werden kann.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in der Zeichnung dargestellten Details als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.

Claims

Zylinderkopfhaube (11) für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle (14), die durch wenigstens eine Lagerbrücke (12) entlang einer Lagergasse (3) für die Nockenwelle (14) in der Zylinderkopfhaube (11) hindurchragt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbrücke (12) eine Öffnung bzw. Bohrung (13) aufweist, die die Nockenwelle (14) vollständig umschließt.
Zylinderkopfhaube (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagergasse (3) mehrere Lagerbrücken (12) aufweist.
Zylinderkopfhaube (11) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (14) in der Lagergasse (3) eine gebaute Nockenwelle ist.
Zylinderkopfhaube (11) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (14) ein Rohr aufweist.
Zylinderkopfhaube (11) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbrücke (12) ein Wälzlager (15) zur Lagerung der Nockenwelle (14) aufweist.
Zylinderkopfhaube (11) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (15) ein Kugellager ist.
Zylinderkopfhaube (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (15) ein Nadellager ist.
Zylinderkopfhaube (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (15) ein Kegelrollenlager ist.
Verfahren zur Herstellung einer Zylinderkopfhaube (11) für eine Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: Kühlen der Nockenwelle (14) auf eine Temperatur, die unterhalb der Temperatur der Zylinderkopfhaube (11) liegt; Einpassen der Nockenwelle (14) in die als Lagergasse (3) vorgesehene Bohrung (13) der Lagerbrücke (12) der Zylinderkopfhaube (11); Ausgleichen des Temperaturunterschiedes zwischen der Nockenwelle (14) und der Zylinderkopfhaube (11).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Zylinderkopfes (11) Raumtemperatur beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (11) auf eine oberhalb der Raumtemperatur liegende Temperatur erwärmt wird.