DE4434453C2 - Ventilhaube - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine akustisch entkoppelte Ventilhaube für Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ventilhauben decken die Nockenwellen von Verbrennungsmotoren ab. Auf der Haubenunterseite wird üblicherweise die Verbindung zum Zylinderkopfblock mit einer Dichtung abgedichtet. Diese Dichtung wird durch Befestigungsschrauben auf dem Zylinderkopf vorgespannt, um die erforderliche Flächenpressung zum Abdichten der Verbindung zwischen Ventilhaube und Zylinderkopfblock aufzubringen.

Traditionell wird die Ventilhaube aus Aluminium gefertigt. Bisweilen wird, wenn die Haubenform und das Befestigungskonzept es zulassen, auch Kunststoff eingesetzt, z. B. Polyamid. Der Einsatz von Kunststoff als Haubenmaterial ist vorteilhaft gegenüber dem Einsatz von Metall, insbesondere Aluminium, da hierbei Herstellungskosten eingespart werden, die Haube ein niedrigeres Gewicht und eine bessere Oberflächenqualität aufweist.

Neuere verstärkte Anforderungen zur Reduzierung der Schallemission von Verbrennungsmotoren erfordern eine akustische Entkopplung der Ventilhaube vom Motorblock. Diese Entkopplung betrifft die beiden Schalleitungspfade, nämlich die Dichtung einerseits und die Schraubenbefestigungen der Ventilhaube andererseits. Die Entkopplung wird bei der Dichtung durch entsprechend weiches Dichtungsmaterial und bei der Befestigung der Haube durch sogenannte Entkopplungselemente unter den Befestigungsschrauben erreicht.

Die Deutsche Offenlegungsschrift DE 42 21 760 A1 beschreibt einen Deckel für Motorengehäuse, der die genannten Entkopplungselemente zur akustischen Entkopplung von Deckel und Motor bewirken soll. Das Entkopplungselement besteht dabei aus einer Kombination von Metallhülse und Gummikörper.

Die Verwendung, insbesondere von Kunststoff als Ventilhaubenmaterial, erweist sich aus den folgenden Gründen bei bisher bekannten Ventilhaubenkonstruktionen als nachteilhaft.

Der Lastfall Vorspannung tritt langzeitig (d. h. über 10³-10⁴ Stunden) in Verbindung mit hohen Temperaturschwankungen (von -40°C-140°C) oder auch bei Zeitrafferprüfung innerhalb von 10³ h und einer Temperatur von 130-150°C auf. Eine hohe Temperatur und die Langzeitigkeit der Belastung erweisen sich als für Thermoplaste ungünstig und das Kriechen des Materials wird dabei beschleunigt. Unter Kriechen wird hierbei eine bleibende Formänderung mit der Folge eines Vorspannungsverlustes bis zum Eintritt der Leckage der Ventilhaube verstanden. In der Praxis müßten daher als Ausgleich die Befestigungsschrauben in regelmäßigen Intervallen nachgezogen werden, was sich aber aus unterschiedlichen Gründen verbietet.

Die genannten Entkopplungselemente mit Elastomer- bzw. Gummikörper sind vergleichsweise teuer in der Herstellung. Da sie eine weiche Zwischenschicht aus einem Elastomer haben, verstärken sie durch Setz- und Kriecheffekte die Gefahr eines Vorspannungsverlustes. Hierdurch wird klar, daß z. B. entkoppelte Kunststoffhauben bislang nicht zum Einsatz gekommen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine akustisch entkoppelte Ventilhaube bereitzustellen, insbesondere aus Kunststoff, bevorzugt thermoplastischem Kunststoff, als Haubenmaterial, die insbesondere die akustische Entkopplung bei gleichzeitigem Erhalt der Vorspannung über einen möglichst langen Zeitraum ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das geschieht durch eine akustisch entkoppelte Ventilhaube für Verbrennungsmotoren auf Bais von Kunststoff, insbesondere thermoplastischem Kunststoff, oder Metall, insbesondere Aluminium, Magnesium, Stahl oder Titan, besonders bevorzugt aus glasfaserverstärktem Polyamid-66, mit einer elastischen Kunststoffdichtung als Dichtungsmittel und einen oder mehreren Befestigungselementen, bevorzugt Schrauben, zur Verbindung der Ventilhaube mit dem Motorgehäuse, bei der zur Befestigung der Ventilhaube auf dem Motorgehäuse Befestigungselemente mit einem elastischen Verbindungsmittel unterlegt sind, wobei als elastisches Verbindungsmittel Tellerfedern verwendet werden, die die Vorspannung der Befestigungselemente an die Ventilhaube weitergeben, im Betriebspunkt einen horizontalen Kennlinienverlauf in der Kraft/Federweg-Kennlinie aufweisen (entsprechend einer Federrate von 0) und bei der die Tellerfedern in einem Sitz der Ventilhaube geführt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Befestigungselemente sowie der Tellerfedersitz der Ventilhaube mit zusätzlichen Auflageflächen für die Tellerfedern versehen.

Durch den Einsatz der Tellerfedern bei der erfindungsgemäßen Ventilhaube wird zum einen eine akustische Trennung der Haube von den Befestigungsschrauben erreicht, daß die Federkonstante am Betriebspunkt der Tellerfeder etwa 0 ist. Des weiteren wird eine Kompensation eines Vorspannungsverlustes erreicht. Der Vorspannungsverlust der Kunststoffhaube aufgrund von Materialermüdung als Funktion der Temperatur und Zeit bewirkt lediglich, daß der Betriebspunkt im Kraft-Vorspannungsdiagramm der Tellerfeder (s. Fig. 1) nach links ausweicht, ohne daß aber die Vorspannkraft geringer wird. Hierbei wird die Dichtfunktion der Ventilhaube unverändert erhalten. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von Tellerfedern gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Tellerfedern in der Herstellung vorsichtig geschätzt um eine Größenordnung preisgünstiger sind als übliche Entkopplungselemente. Sie weisen zudem einen geringeren Platzbedarf auf.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Federkraft-Vorspannungsdiagramm einer Tellerfeder,

Fig. 2 eine Schnittzeichnung der erfindungsgemäßen Ventilhaube und

Fig. 3 eine bevorzugte Tellerfederform bei der Verwendung von Standardschrauben.

Der in Fig. 2 gezeigte Aufbau ist beispielhaft für eine Zentralverschraubung beschrieben. Die Ventilhaube 1 wird über eine mit einer Tellerfeder 5 unterlegte Befestigungsschraube 4 mit dem Gehäuse des darunter befindlichen Motorblocks 2 verbunden. Die Abdichtung der Ventilhaube 1 mit Hilfe der Dichtung 3 kann unter Verwendung der üblichen temperaturbeständigen Dichtungsmaterialien bewirkt werden. Hierbei haben sich wegen der erreichbaren niedrigen Shorehärten, insbesondere Silikondichtungen, z. B. Silopren LSR 2030, Firma Bayer, als vorteilhafte akustische Entkopplungsglieder erwiesen.

Die Befestigungsschaube 4 kann in einer in Fig. 2 gezeigten Variante einen kleinen Absatz 8 am oberen Ende des Schraubenschaftes haben, um ein vorzeitiges Anlegen der Tellerfeder auf die Unterseite des Schraubenkopfes zu verhindern. Entsprechend kann auch im Tellerfedersitz 6 der Ventilhaube eine Auflagefläche 7 vorgesehen sein. Eine gegebenenfalls einzusetzende zusätzliche Dichtmembran 1 kann im Bereich der Befestigungselemente den Austritt von Öl verhindern.

Bei der Verwendung genormter Standardschrauben kann man auch den Innendurchmesser der Tellerfeder gemäß dem Detail in Fig. 3 ausbilden.

Unabhängig von der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform können auch andere Befestigungsarten von Ventilhauben, z. B. Flanschverschraubungen, erfindungsgemäß vorgesehen werden. Bei der Flanschverschraubung wird der Kostenvorteil gegenüber bekannten Ventilhauben verstärkt aufgrund der größeren Zahl von erforderlichen Befestigungselementen. Bei der gezeigten Zentralverschraubung wird als weiterer Effekt die sonst aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kunststoff (der Ventilhaube) und dem Gußeisen bzw. Aluminium (des Zylinderblocks) unvermeidliche Temperaturabhängigkeit der Vorspannung eliminiert.

Claims (6)

1. Akustisch entkoppelte Ventilhaube (1) für Verbrennungsmotoren auf Basis von Kunststoff oder Metall als Haubenmaterial mit einer elastischen Kunststoffdichtung (3) als Dichtmaterial und einem oder mehreren Befestigungselementen (4), bei der zur Befestigung der Ventilhaube (1) auf dem Motorgehäuse (2) die Befestigungselemente (4) mit einem elastischen Verbindungsmittel unterlegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als elastisches Verbindungsmittel Tellerfedern (5) verwendet werden, die die Vorspannung der Befestigungselemente (4) an die Ventilhaube (1) weitergeben, die Tellerfedern (5) im Betriebspunkt einen horizontalen Kennlinienverlauf in der Kraft/Federweg-Kennlinie aufweisen und bei der die Tellerfedern (5) in einem Sitz (6) der Ventilhaube (1) geführt werden.

2. Ventilhaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Haubenmaterial ein thermoplastischer Kunststoff oder Aluminium, Magnesium, Stahl oder Titan eingesetzt wird.

3. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Haubenmaterial glasfaserverstärktes Polyamid ist.

4. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Befestigungselemente (4) Schrauben eingesetzt werden, die eine zusätzliche Auflagefläche (8) aufweisen.

5. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (6) der Ventilhaube (1) zur Führung der Tellerfeder (5) eine zusätzliche Auflagefläche (7) aufweist.

6. Ventilhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtungsmaterial für die Ventilhaubendichtung (3) Silikon mit niedriger Shorehärte eingesetzt wird.