EP2250362B1

EP2250362B1 - Nockenwellenmodul

Info

Publication number: EP2250362B1
Application number: EP09705666A
Authority: EP
Inventors: Mario Ilgeroth; Andreas Freytag; Alexander Langer; Henrik Wagner; Stefan Retzlaff; Jorge Manuel Miranda Soares; Norbert Schuling; Hans Janssen
Original assignee: Polytec Plastics Germany GmbH and Co KG; ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: Polytec Plastics Germany GmbH and Co KG; Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2029-01-28
Also published as: EP2250362A1; DE102008007091A1; CN101970841B; KR101503961B1; KR20100110773A; US20110041790A1; DE102008007091B4; US8590499B2; JP5409654B2; JP2011511200A; WO2009095215A1; CN101970841A

Description

Die Erfindung betrifft ein vormontiertes Nockenwellenmodul mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Nockenwellenmodul ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 201 20 912 U1 bekannt. Bei diesem bekannten Nockenwellenmodul ist eine Zylinderkopfhaube vorgesehen, die einstückig mit ihr verbundene erste Lagerhälften für die Nockenwellenlager einer Nockenwelle aufweist. Um ein vormontiertes Nockenwellenmodul zu erzeugen, das anschließend mit dem Zylinderkopf verschraubt werden kann, werden die Nockenwellen in die integral mit der Zylinderkopfhaube ausgebildeten ersten Lagerhälften eingesetzt und die zweiten Lagerhälften werden aufgeschraubt. Dadurch werden die einzelnen Bauteile Zylinderkopfhaube, Nockenwelle und zweite Lagerhälften zu einem Modul vormontiert. Dieses vormontierte Nockenwellenmodul bzw. Zylinderkopfhauben-Modul kann dann insgesamt auf dem Zylinderkopf montiert werden.
Nachteilig bei diesem bekannten Nockenwellenmodul ist, dass die die Nockenwellen aufnehmenden ersten Lagerhälften integral mit der Zylinderkopfhaube ausgebildet sind. Dadurch kann die Zylinderkopfhaube z.B. nicht aus Kunststoff ausgebildet werden, sondern sie muss aus einem Werkstoff bestehen, der für die Lagerhälften zur Lagerung der Nockenwelle geeignet ist und eine ausreichende Festigkeit aufweist. Daher wird die Zylinderkopfhaube gemäß DE 201 20 912 U1 aus einem geeigneten Metall, wie z.B. Aluminium, bestehen.
Nachteilig ist weiterhin, dass die mit der Zylinderkopfhaube integral ausgebildeten Lagerhälften aufwändig spanend bearbeitet werden muss, um die für die Lagerung der Nockenwelle erforderlichen Maße, Toleranzen und Oberflächenqualität zu erreichen.
Darüber hinaus ist der Prozess der Vormontage des Nockenwellenmoduls und dessen Verschraubung mit dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors bei dem aus der DE 201 20 912 U1 bekannten Nockenwellenmodul vergleichsweise aufwändig. Nachdem die zweiten Lagerhälften mit den ersten, integral mit der Zylinderkopfhaube ausgebildeten Lagerhälften verschraubt sind, muss das auf diese Weise vormontierte Nockenwellenmodul an separaten Befestigungspunkten und über separate Schrauben mit dem Zylinderkopf verschraubt werden. Es sind daher zwei Sätze Befestigungsschrauben und zwei aufeinander folgende, getrennte Verschraubungsvorgänge erforderlich, nämlich zum einen der Verschraubungsvorgang, mit dem die zweiten Lagerhälften mit den ersten Lagerhälften verschraubt werden, und zum anderen der Verschraubungsvorgang, mit dem das vormontierte Nockenwellenmodul mit dem Zylinderkopf verschraubt wird.
In der DE 196 03 692 A1 wird ein vormontierbares Nockenwellenmodul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben. Beim Gegenstand der DE 196 03 692 A1 bildet das Kunststoffgehäuse 5 zusammen mit dem damit einstückig verbundenen Lagergassenträger 2 und der inneren Lagerhälfte 8 (Deckel 8) ein vormontiertes Nockenwellenmodul. Die Lagerelemente 21, 22 und 24 nehmen die Nockenwelle 3 drehbar gelagert auf. Die Lagerelemente 21 und 24 sind als geschlossene Lager ausgebildet. Die Lagerelemente 22 sind offene Stützschalen, die erst im Zusammenwirken mit dem Deckel 8, der die innere Lagerhälfte bildet, Lagerungen für die Nockenwelle 3 bilden. Über die durchgehenden Schrauben 7 sind der Deckel 8 und die aus dem Kunststoffgehäuse 5 und dem Lagergassenträger 2 bestehende Baueinheit miteinander verbunden (vgl. Fig. 2), so dass sie ein vormontiertes Nockenwellenmodul bilden. Nachteilig bei der aus DE 196 03 692 A1 bekannten Lösung ist, dass sie konstruktiv vergleichsweise aufwändig ist und eine größere Teileanzahl erforderlich macht. So werden z.B. neben den durchgehenden Schrauben 7 auch noch weitere Schrauben benötigt, um den die inneren Lagerhälften bildenden Deckel 8 an dem Kunststoffgehäuse 5 zu befestigen (vgl. Fig. 7). Außerdem muss der Lagergassenträger 2 gemäß DE 196 03 692 A1 mit dem Kunststoffgehäuse verbunden werden.
Die Druckschrift DE 198 31 772 A 1 offenbart kein vormontiertes Nockenwellenmodul. Im Patentanspruch 1 der DE 198 31 772 A 1 ist angegeben, dass die Nockenelemente 5 der Nockenwelle größer sind als die Bohrungen 16, in denen die Nockenwelle drehbar gelagert wird. Dies führt dazu, dass "die Nockenwelle erst im Zylinderkopf verdrehfest zusammengefügt werden kann". Der Lagerrahmen 13 und der Deckel 12 bilden somit keine vormontierte Baueinheit mit fertig montierter Nockenwelle. Aus der DE 198 31 772 A1 ist bekannt, zwei nebeneinander liegende Nockenwellen in einem Lagerrahmen zu lagern, wobei z.B. bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die Stege 15 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Der Zusammenbau eines Zylinderkopfes gemäß DE 198 31 772 A1 ist aufwändig und kompliziert, da kein vormontiertes Nockenwellenmodul eingesetzt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vormontiertes Nockenwellenmodul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Verfügung zu stellen, bei dem die Vormontage des Moduls und dessen Befestigung auf dem Zylinderkopf einfach, schnell und mit möglichst wenigen Befestigungsmitteln möglich ist. Außerdem soll es möglich sein, eine Zylinderkopfhaube aus Kunststoff einzusetzen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Nockenwellenmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nockenwelle in separaten Lagerböcken drehbar gelagert aufgenommen ist, und dass diese Lagerböcke an einzelnen Befestigungspunkten mit der Zylinderkopfhaube über ein Befestigungsmittel miteinander verbunden sind. Gleichzeitig ist das Nockenwellenmodul an den vorgenannten Befestigungspunkten über dieselben vorgenannten Befestigungsmittel mit dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors fest verbunden. Die Befestigungsmittel können als Schrauben ausgebildet sein. Auf diese Weise wird nur ein Satz Schrauben benötigt, um das Nockenwellenmodul vorzumontieren und dieses dann fest mit dem Zylinderkopf zu verschrauben.
Die Erfindung ist anwendbar bei Motoren mit mehreren Nockenwellen. Erfindungsgemäß werden beispielsweise für Motoren, bei denen zwei Nockenwellen vorhanden sind, Nockenwellenmodule mit zwei parallel zueinander ausgerichteten Nockenwellen eingesetzt. Erfindungsgemäß ist bei derartigen Nockenwellenmodulen jede Nockenwelle über mehrere Lagerböcke drehbar aufgenommen, wobei jeweils zwei Lagerböcke jeder Nockenwelle zueinander benachbart und miteinander fluchtend in einer Ebene angeordnet sind, die quer zur Längsachse der Nockenwellen verläuft. Jedes Paar benachbarter, miteinander fluchtender Lagerböcke ist über lediglich drei Befestigungspunkte mit der Zylinderkopfhaube verbunden. Dadurch wird auch das Nockenwellenmodul jeweils an diesen drei Befestigungspunkten mit dem Zylinderkopf verschraubt. Gegenüber Lösungen, bei denen einzelne Lagerschalenhälften in die Zylinderkopfhaube integriert ausgebildet sind, wird durch diese erfindungsgemäße Lösung pro Lagerbockpaar ein Befestigungspunkt und damit auch eine Schraube eingespart.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwei benachbarte, miteinander fluchtende Lagerböcke jeder Nockenwelle einander im Bereich zwischen den beiden Nockenwellen überlappen und in dem Überlappungsbereich einen gemeinsamen Befestigungspunkt aufweisen. Auf diese Weise können die beiden Lagerböcke des Lagerbockpaars über lediglich drei Befestigungspunkte ohne Qualitätseinbußen hinsichtlich der Befestigung mit dem Zylinderkopf verbunden werden.
Das erfindungsgemäße Nockenwellenmodul weist mindestens zwei Nockenwellen auf. Die Lagerböcke können als einzelne Lagerböcke oder auch als so genannte Doppellagerböcke ausgebildet sein. Sind sie als einzelne Lagerböcke ausgebildet, so können die einzelnen Lagerböcke so ausgebildet sein, dass sie miteinander verbunden werden können.
In jeder Ausführungsform der Erfindung können die Lagerböcke als geteilte oder als geschlossene (einstückige) Lagerböcke ausgebildet sein.
Durch die einzelnen Schrauben werden die Zylinderkopfhaube und die die Nockenwelle aufnehmenden Lagerböcke zusammengehalten, sodass ein vormontiertes Nockenwellenmodul vorliegt. Das auf diese Weise vormontierte Nockenwellenmodul wird dann auf den Zylinderkopf aufgesetzt und mit denselben Befestigungsmitteln, also z.B. mit denselben Schrauben, die zur Vormontage des Nockenwellenmoduls dienen, auf dem Zylinderkopf befestigt.
Vorteilhaft können zur Erzeugung des vormontierten Nockenwellenmoduls auch eine oder mehrere Steckverbindungen vorgesehen sein, durch welche die die Nockenwellen aufnehmenden Lagerböcke mit der Zylinderkopfhaube verbindbar, d.h. zusammensteckbar sind. In diesem Fall werden die Lagerböcke mitsamt der Nockenwelle zunächst einfach mit der Zylinderkopfhaube zusammengesteckt und dadurch kraftschlüssig, formschlüssig oder kraft- und formschlüssig zusammengehalten. Dieses Zusammenstecken stellt einen vorläufigen Zusammenbau des Nockenwellenmoduls dar. Anschließend werden die Schrauben angebracht, um das fertig vormontierte Nockenwellenmodul zu erzeugen. Sind die Befestigungsmittel als Schrauben ausgebildet, so werden die Schrauben vorzugsweise durch Durchgangsbohrungen der Lagerböcke hindurchgesteckt oder eingeschraubt, so dass sie die Lagerböcke und die in den Lagerböcken gelagerten Nockenwellen mit der Zylinderkopfhaube verbinden.
Das auf diese Weise vormontierte Nockenwellenmodul wird dann anschließend über dieselben Schrauben mit dem Zylinderkopf verschraubt. Diese Montage des Nockenwellenmoduls auf dem Zylinderkopf des Motors erfolgt in der Regel erst bei dem Fahrzeughersteller in der Zusammenbaulinie für die Montage der einzelnen Motorkomponenten. Mit dem erfindungsgemäßen Nockenwellenmodul kann der Zulieferer des Moduls dem Fahrzeughersteller somit ein Modul zur Verfügung stellen, das einbaufertig an das Montageband des Fahrzeugherstellers angeliefert werden kann. Die für die Montage des Moduls auf dem Zylinderkopf erforderlichen Schrauben sind bereits vorhanden und in das vormontierte Modul integriert. Es ist für den Fahrzeughersteller daher nicht erforderlich, seinerseits Schrauben für die Befestigung des Moduls auf dem Zylinderkopf vorzuhalten und an dem Montageband bereitzustellen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Nockenwellenmodul so demontierbar ist, dass die Zylinderkopfhaube abgenommen werden kann, ohne dass die Nockenwellen mit entfernt werden müssten. Dadurch sind die Nockenwellen z.B. für den Kundendienst frei zugänglich. Dies ist ein wichtiger Vorteil gegenüber dem aus der DE 201 20 912 U1 bekannten Nockenwellenmodul, bei dem die Zylinderkopfhaube wegen der integral mit der Zylinderkopfhaube ausgebildeten Lagerhälften nicht getrennt von den Nockenwellen abgebaut werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Verwendung sowohl geteilter als auch nicht geteilter Lagerböcke. Nicht geteilte Lagerböcke müssen auf den Wellenkörper der Nockenwelle während des Zusammenbaus der Nockenwelle aufgeschoben werden. Im Unterschied dazu können geteilte Lagerböcke auch nach dem Zusammenbau der Nockenwelle an dieser montiert werden. Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung die Realisierung kleiner Lagerdurchmesser, d.h. es können Lagerböcke verwendet werden, deren Außendurchmesser kleiner ist als die radiale Erstreckung der Nocken der Nockenwelle. Auf diese Weise können große Lagerdurchmesser, die eine höhere Reibleistung aufweisen als kleine Lagerdurchmesser, vermieden werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können eine oder mehrere Steckverbindungen vorgesehen sein, über die die Zylinderkopfhaube und die die Nockenwelle aufnehmenden Lagerböcke miteinander verbunden werden können. Nach dem Zusammenstecken der Steckverbindungen sind die Zylinderkopfhaube und die Lagerböcke kraftschlüssig, formschlüssig oder kraft- und formschlüssig miteinander verbunden. Die auf diese Weise vorfixierten Bauteile können dann durch Einschrauben oder Einstecken der Schrauben so miteinander verbunden werden, dass die Schrauben die einzelnen Modulbauteile zusammenhalten.
Vorzugsweise sind an den Lagerböcken an den Stellen der Befestigungspunkte Aufnahmehülsen vorgesehen, die ein Innengewinde aufweisen können, in das die Schrauben einschraubbar sind. Die Aufnahmehülsen müssen allerdings kein Innengewinde aufweisen. Es genügt, lediglich einen einzigen Gewindegang in der Aufnahmehülse vorzusehen, so dass sich die Schraube ausreichend fest ziehen lässt, um die Modulbauteile zusammenzuhalten. Denkbar wäre auch, anstelle eines Gewindes oder eine einzelnen Gewindeganges über die Wahl geeigneter Toleranzen die Bohrungen der Aufnahmehülsen so zu dimensionieren, dass die Schrauben lediglich eingesteckt werden und die Modulbauteile kraftschlüssig und/oder formschlüssig zusammenhalten. Erfindungsgemäß kommt es lediglich darauf an, dass die beiden Baugruppen des Nockenwellenmoduls, nämlich die Zylinderkopfhaube und die Nockenwelle(n) mit den Lagerböcken, im vormontierten Zustand derart zusammengehalten werden, dass sie an das Montageband für die Zylinderkopfmontage beim Kunden angeliefert werden können und dort mit denselben Befestigungsmitteln auf dem Zylinderkopf befestigt werden können, mit denen das Nockenwellenmodul zusammengehalten wird.
Ist vorgesehen, dass die Modulbauteile vor dem Anbringen der Schrauben durch eine Steckverbindung miteinander verbunden werden, so können die Aufnahmehülsen als Fügepartner einer solchen Steckverbindung dienen und für diese Zwecke genutzt werden. Die Zylinderkopfhaube weist an den Befestigungspunkten Ausnehmungen auf, durch die die Aufnahmehülsen hindurchgreifen. Daher kann die vorgenannte Steckverbindung zwischen Zylinderkopfhaube und Lagerböcken auf einfache Weise zwischen den Ausnehmungen und den Aufnahmehülsen realisiert werden.
An den Befestigungspunkten können zwischen der Aufnahmehülse und der der jeweiligen Aufnahmehülse zugeordneten Ausnehmung in der Zylinderkopfhaube konzentrisch zu der Aufnahmehülse angeordnete Elastomerringe vorgesehen sein. Durch diese Elastomerringe wird die Zylinderkopfhaube von den Lagerböcken und dem Zylinderkopf des Motors akustisch entkoppelt. Schallwellen werden wegen der Elastomerringe nicht auf die Zylinderkopfhaube übertragen, so dass keine unterwünschten Geräusche wie z.B. Dröhnen über die Zylinderkopfhaube erzeugt oder weitergegeben werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Nockenwellenmodul besteht die Zylinderkopfhaube vorteilhaft aus Kunststoff. Einerseits können dadurch Gewichtseinsparungen im Vergleich mit Zylinderkopfhauben aus Aluminium oder anderen Metallen realisiert werden. Andererseits bietet die Verwendung von Zylinderkopfhauben aus Kunststoff gegenüber solchen aus Metall auch akustische Vorteile, denn bei Zylinderkopfhauben aus Kunststoff werden von dem Zylinderkopf ausgehenden Körperschallwellen besser gedämpft als bei Zylinderkopfhauben aus Metall.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen

Fig. 1a: eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen vormontierten Nockenwellenmoduls;
Fig. 1b: eine Explosionsdarstellung des Nockenwellenmoduls gemäß Fig. 1a;
Fig. 1c: eine perspektivische Ansicht des vormontierten Nockenwellenmoduls gemäß Fig. 1a von unten, d.h. vom Zylinderkopf des Motors aus gesehen;
Fig. 2: einen Querschnitt durch ein zueinander benachbartes Lagerbockpaar des Nockenwellenmoduls gemäß Fig. 1 a;
Fig. 3: einen Längsschnitt durch eine Nockenwelle des Nockenwellenmoduls gemäß Fig. 1a
Fig. 4: einen Querschnitt durch ein Nockenwellenmodul in einer Ausführung für zwei parallele Nockenwellen und mit einem Doppellagerbock und Elastomerringen, die zwischen der Aufnahmehülse und der Zylinderkopfhaube angeordnet sind;
Fig. 5a: eine vergrößerte Darstellung eines äußeren Befestigungspunktes des Nockenwellenmoduls gemäß Fig. 1a;
Fig. 5b: eine vergrößerte Darstellung eines Befestigungspunktes des Nockenwellenmoduls gemäß Fig. 1a, der im Überlappungsbereich zweier benachbarter Lagerböcke angeordnet ist.

In Fig. 1a ist das erfindungsgemäße Nockenwellenmodul im vormontierten Zustand in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die Zylinderhaube 1 ist mit den Lagerböcken 5 über Schrauben 8 zusammengehalten. Die Lagerböcke 5 nehmen die Nockenwellen 2 drehbar gelagert in sich auf. Die Lagerböcke 5 sind als völlig separat von der Zylinderkopfhaube 1 ausgebildete Lagerelemente ausgebildet. Die Lagerböcke 5 sind an einzelnen Befestigungspunkten 4 über die Schrauben 8 mit der Zylinderkopfhaube 1 verbunden.
Insgesamt sind 15 Befestigungspunkte 4 vorhanden, an denen die Zylinderkopfhaube 1 mit den Lagerböcken 5 über die Schrauben 8 verbunden ist. In Fig. 1a sind aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit nur die äußeren Reihen der Befestigungspunkte 4 mit Bezugszeichen gekennzeichnet. Die zwischen den beiden Nockenwellen 2 angeordnete Reihe von Befestigungspunkten 4 ist nicht mit Bezugszeichen gekennzeichnet. An diesen nicht gekennzeichneten Befestigungspunkten 4, die im Bereich zwischen den beiden Nockenwellen 2 angeordnet sind, sind jeweils die beiden zueinander benachbart angeordneten Lagerböcke 5 der jeweiligen Nockenwelle miteinander über eine gemeinsame Schraube 8 verbunden. Die zueinander benachbarten Lagerböcke 5 der Nockenwellen 2 weisen in dem Bereich zwischen den beiden Nockenwellen einen Überlappungsbereich auf, in dem sich die beiden Lagerböcke überlappen. Die in Fig. 1a mittlere Reihe der Schrauben 8 durchstößt somit in dem Überlappungsbereich beide benachbart zueinander angeordneten Lagerböcke 5, sodass in diesem Überlappungsbereich beide Lagerböcke über eine einzige Schraube mit der Zylinderkopfhaube 1 verbunden sind.
Anstelle einzelner, einander überlappender Lagerböcke 5 könnte auch abweichend von dem in Fig. 1a dargestellten Ausführungsbeispiel ein einstückiger Doppellagerbock eingesetzt werden. In diesem Fall würde kein Überlappungsbereich wie im dargestellten Ausführungsbeispiel vorliegen, sondern die beiden die Nockenwellen aufnehmenden Lageröffnungen wären einstückig über einen Verbindungsbereich miteinander verbunden. In diesem Verbindungsbereich könnte dann eine Bohrung zur Durchführung der Schrauben 8 vorgesehen sein, es wäre jedoch auch möglich, auf die Schrauben 8 in dem Verbindungsbereich ganz zu verzichten und die Doppellagerböcke nur mit den in Fig. 1a jeweils außen angeordneten Schrauben 8 mit der Zylinderkopfhaube 1 zu verbinden..
Die an den Befestigungspunkten 4 angeordneten Schrauben 8 dienen aber nicht nur dazu, die aus Nockenwelle 2 und Lagerböcken 5 gebildete Baugruppe mit der Zylinderkopfhaube 1 zusammenzuhalten, sondern sie dienen auch dazu, das Nockenwellenmodul auf dem Zylinderkopf zu befestigen. Das in Fig. 1a dargestellte Nockenwellenmodul kann vom Automobilzulieferer als komplett vormontiertes Modul dem Fahrzeughersteller angeliefert werden, und dieses Nockenwellenmodul kann dann so wie es ist direkt an der Montagelinie auf den Zylinderkopf des Verbrennungsmotors aufgeschraubt werden. Für den Fahrzeughersteller ist es nicht erforderlich, am Montagearbeitsplatz gesonderte Befestigungsschrauben für die Montage des Nockenwellenmoduls bereitzuhalten. Dadurch vereinfacht sich die Montage des erfindungsgemäßen Nockenwellenmoduls auf dem Zylinderkopf im Vergleich zu bekannten Nockenwellenmodulen, wie z.B. dem aus der DE 201 20 912 U1 bekannten Nockenwellenmodul.
Bei dem erfindungsgemäßen Nockenwellenmodul gemäß Fig. 1a ist die Zylinderkopfhaube 1 aus Kunststoff ausgebildet. Dies ist ohne weiteres deswegen möglich, weil die die Nockenwellen 2 drehbar lagernden Lagerböcke 5 als von der Zylinderkopfhaube völlig getrennt ausgebildete Lagerelemente ausgestaltet sind. Die Lagerböcke 5 sind vorzugsweise aus Metall gebildet.
In Fig. 1b ist das Nockenwellenmodul nach Fig. 1a in einer Explosionsdarstellung dargestellt. Diese Darstellung dient zum besseren Verständnis des Aufbaus des Nockenwellenmoduls. Gut zu erkennen ist, dass die Lagerböcke 5 und die Zylinderkopfhaube 1 voneinander getrennte Bauteile bilden, die über die Schrauben 8 miteinander zu einem vormontierten Nockenwellenmodul verbunden werden können. Gut zu erkennen ist ebenfalls, wie der Überlappungsbereich ausgebildet ist, in dem sich zwei einander benachbarte Lagerböcke 5 überlappen. Hierzu ist in jedem Lagerbock 5 eine Ausnehmung 5a bzw. 5b vorgesehen. Diese Ausnehmungen 5a, 5b sind so dimensioniert, dass sich im zusammengebauten Zustand die Ausnehmungen 5a, 5b zu einer vollen Materialstärke des Lagerbocks ergänzen.
In der Darstellung gemäß Fig. 1b ist besonders gut zu erkennen, dass die Lagerböcke 5 an den Befestigungspunkten 4 Aufnahmehülsen 9 für die Aufnahme der Schrauben 8 aufweisen. Die Aufnahmehülsen 9 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Innengewinde ausgestattet, sodass die Schrauben 8 in die Aufnahmehülsen 9 eingeschraubt werden können. Grundsätzlich wäre es aber auch denkbar, auf ein Innengewinde in den Aufnahmehülsen 9 zu verzichten und die Schrauben 8 lediglich in die Aufnahmehülsen 9 einzustecken. In diesem Fall würden die Schrauben eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung zwischen der Baugruppe Nockenwellen 2 mit Lagerböcken 5 und Zylinderkopfhaube 1 bilden. Zwischen der Zylinderkopfhaube 1 und den Lagerböcken 5 sind Dichtringe 20 angeordnet, welche die Aufnahmehülsen 9 umschließen. Diese Dichtungsringe 20 dienen zur akustischen Entkopplung der Zylinderkopfhaube 1, denn durch die Dichtringe 20 wird eine Schallbrücke zwischen Zylinderkopfhaube 1 und Zylinderkopf vermieden.
Weiterhin ist in Fig. 1b eine umlaufende Dichtung 30 dargestellt, welche die Abdichtung gegenüber dem Zylinderkopf im montierten Zustand des Nockenwellenmoduls gewährleistet.
In Fig. 1 c ist eine perspektivische Ansicht des Nockenwellenmoduls gemäß Fig. 1a im vormontierten Zustand dargestellt. In dieser Ansicht ist zu erkennen, dass die mit der Zylinderkopfhaube 1 verbundenen Lagerböcke 5 eine ebene Montagefläche 40 aufweisen. Diese ebenen Montageflächen 40 stützen sich auf entsprechenden Gegenflächen des Zylinderkopfes ab, wenn das Nockenwellenmodul mit dem Zylinderkopf verschraubt ist. Die Zylinderkopfhaube 1 weist Flansche 51, 52, 53 auf, auf denen die Dichtung 30 angebracht ist. Die Flansche 51, 52, 53 stützen sich auf entsprechenden Gegenflächen des Zylinderkopfes ab, wenn das Nockenwellenmodul montiert ist, und die Dichtung 30 dichtet den zwischen Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube 1 eingeschlossenen Raum nach außen ab. Die Flansche 51, 52, 53 bilden somit Kontaktflächen der Zylinderkopfhaube 1, mit denen diese im montierten Zustand in Kontakt mit dem (nicht dargestellten) Zylinderkopf steht.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch zwei zueinander benachbart angeordnete Lagerböcke 5 des Nockenwellenmoduls gemäß Fig. 1a dargestellt. Die beiden zueinander benachbart angeordneten Lagerböcke 5 liegen zueinander fluchtend in einer quer zur Längsachse der Nockenwellen 2 ausgerichteten Ebene. Jedes Nockenwellenmodul nimmt eine Nockenwelle 2 drehbar gelagert in sich auf. Die Zylinderkopfhaube 1 weist Ausnehmungen 10 auf, welche die Aufnahmehülsen 9 der Lagerböcke 5 in sich aufnehmen. Die Aufnahmehülsen 9 weisen Innengewinde auf, in die die Schrauben 8 eingeschraubt sind. Auf diese Weise wird die aus Lagerböcken 5 und Nockenwellen 2 gebildete Bauteilgruppe mit der Zylinderkopfhaube 1 zusammengehalten. Zwischen der Zylinderkopfhaube 1 und den Lagerböcken 5 sind Dichtungsringe 20 angeordnet, durch die die Zylinderkopfhaube 1 akustisch von den Lagerböcken 5 und damit von dem Zylinderkopf entkoppelt ist. In dieser Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 2 ist gut zu erkennen, dass die Schrauben 8 einen Kragen 8a aufweisen und dass zwischen dem Kragen 8a der Schrauben 8 und der Zylinderkopfhaube 1 ein Dichtring 41 angeordnet ist. Dieser Dichtring 41 dient zur Abdichtung des von der Zylinderkopfhaube 1 umschlossenen Innenraums gegenüber der Umgebung.
In Fig. 2 ist ebenfalls gut zu erkennen, wie die Überlappung der Lagerböcke 5', 5" im Überlappungsbereich zwischen den beiden Nockenwellen 2 konstruktiv ausgebildet ist. Beide Lagerböcke 5', 5" weisen Aufnahmehülsen 9, 9', 9" auf, die einstückig mit den Lagerböcken 5', 5" ausgebildet sind. Die Aufnahmehülse 9' des in Fig. 2 links dargestellten Lagerbockes 5' greift in eine Ausnehmung im Überlappungsbereich des in Fig. 2 rechts dargestellten Lagerbockes 5" ein. Zusammen mit der Aufnahmehülse 9" des in Fig. 2 rechts dargestellten Lagerbockes 5" bilden die beiden Aufnahmehülsen 9', 9" eine gemeinsame Aufnahmehülse für die Schraube 8. Die Aufnahmehülse 9' des in Fig. 2 links dargestellten Lagerbockes 5' dient gleichzeitig als Zentrierung, durch die die beiden Lagerböcke 5', 5" zueinander in Montagestellung ausgerichtet werden.
Die seitlichen Flansche 51 und 53 sind in der Darstellung gemäß Fig. 2 ebenfalls gut zu erkennen. Sie tragen die Dichtung 30, die zur Abdichtung des von der Zylinderkopfhaube 1 und dem nicht dargestellten Zylinderkopf umschlossenen Innenraumes gegenüber der Umgebung dient.
Wie Fig. 2 zeigt, weisen die Lagerböcke 5 ebene Montageflächen 40 auf, die sich auf entsprechenden Gegenflächen des nicht dargestellten Zylinderkopfes abstützen, wenn das Nockenwellenmodul auf den Zylinderkopf befestigt wird. Zur Befestigung des Nockenwellenmoduls auf dem Zylinderkopf ist es lediglich erforderlich, die Schrauben 8 in entsprechende Gewindebohrungen im Zylinderkopf einzuschrauben. Zusätzliche Befestigungsschrauben sind nicht erforderlich.
In Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Nockenwelle 2 gemäß Fig. 1a bzw. Fig. 2 dargestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Nockenwelle mit einem rohrförmigen Wellenkörper ausgebildet. Selbstverständlich kann im Rahmen der Erfindung aber auch eine Nockenwelle eingesetzt werden, die als Vollwelle ausgebildet ist. In dieser Darstellung gemäß Fig. 3 sind wiederum die räumlich hinter der Nockenwelle 2 angeordneten Schrauben 8 zu erkennen, die in die nicht sichtbaren Aufnahmehülsen 9 der Lagerböcke 5 eingeschraubt sind. Der in Fig. 3 ganz rechts außen dargestellte Lagerbock 5 weist sich in Längsrichtung der Nockenwelle 2 erstreckende Ansätze 70 auf. Die Ansätze 70 sind zwischen einem auf der Nockenwelle 2 befestigten Nockenwellenbauteil 71 und dem radialen Kragen 73 eines in den rohrförmigen Wellenkörper der Nockenwelle 2 eingepressten Verschlussstopfens 74 eingespannt. Der Verschlussstopfen 74 weist eine zentrale Gewindebohrung 75 auf, in die ein nicht dargestelltes Verschlusselement oder Antriebselement eingeschraubt werden kann.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Nockenwellenmodul in einer Ausführungsform für zwei parallele Nockenwellen, wobei zwischen den Aufnahmehülsen 9 und den in der Zylinderkopfhaube 1 vorgesehenen Ausnehmungen 10 Elastomerringe 6, 7 angeordnet sind. Diese Elastomerringe bewirken eine akustische Entkopplung der Zylinderkopfhaube von den Lagerböcken und dem Zylinderkopf des Motors. Außerdem ist der Lagerbock 50 bei dieser Ausführungsform der Erfindung als einteiliger Doppellagerbock ausgebildet, der zwei Lageröffnungen 51, 52 aufweist. Diese Lageröffnungen 51, 52 sind über einen Verbindungsbereich miteinander verbunden. In dem Verbindungsbereich ist ein Befestigungspunkt 4 vorgesehen, der analog zu den äußeren beiden Befestigungspunkten 4 ausgebildet ist. An dem in Fig. 4 rechten Befestigungspunkt 4 ist beispielhaft ein einziger Gewindegang G dargestellt, durch den die Vormontage des Nockenwellenmoduls durch Einschrauben der Schrauben 8 erfolgen kann. Auch an den anderen Befestigungspunkten sind derartige Gewindegänge vorhanden, diese sind in der Fig. 4 zur Erzielung einer besseren Übersichtlichkeit allerdings nicht dargestellt worden.
In Fig. 5a ist ein in Fig. 1a außen angeordneter Befestigungspunkt 4 in einer vergrößerten Darstellung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind keine Elastomerringe zwischen der Aufnahmehülse 9 des Lagerbockes 5 und der Zylinderkopfhaube 1 angeordnet, sondern die Aufnahmehülse 9 dient unmittelbar als "Zentrierstift", der genau in die Ausnehmung 10 in der Zylinderkopfhaube 1 hineinpasst. Gut zu erkennen ist auch der Dichtring 20, der zwischen dem Lagerbock 5 und der Zylinderkopfhaube 1 angeordnet ist, und der Dichtring 41, der zwischen der Zylinderkopfhaube 1 und dem Kragen 8a der Schraube 8 angeordnet ist.
Fig. 5b zeigt die vergrößerte Darstellung eines Befestigungspunktes im Überlappungsbereich zweier benachbart zueinander angeordneter Lagerböcke 5', 5". Der Lagerbock 5' weist eine Aufnahmehülse 9' auf, die in eine Ausnehmung des Lagerbockes 5" eingreift. Der Lagerbock 5" weist seinerseits auch eine Aufnahmehülse 9" auf, die koaxial zu der Aufnahmehülse 9' ausgerichtet ist. Die beiden Teil-Aufnahmehülsen 9', 9" ergänzen sich zu einer die Schraube 8 aufnehmenden Aufnahmehülse 9.

Claims

Vormontiertes Nockenwellenmodul für die Befestigung auf einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, umfassend eine Zylinderkopfhaube (1), mindestens eine Nockenwelle (2) und Lagerelemente (5, 50) zur drehbaren Lagerung der Nockenwelle (2), wobei die Lagerelemente (5, 50) an einzelnen Befestigungspunkten (4) mit der Zylinderkopfhaube (1) verbunden sind und die Nockenwelle (2) von den Lagerelementen (5, 50) drehbar gelagert aufgenommen ist, wobei die Lagerelemente als Lagerböcke (5, 50) ausgebildet sind, die zur Erzeugung des vormontierten Nockenwellenmoduls mit der Zylinderkopfhaube (1) an den Befestigungspunkten (4) über ein Befestigungsmittel (8) verbunden sind, und dass das Nockenwellenmodul an diesen Befestigungspunkten (4) über dasselbe Befestigungsmittel (8) mit dem Zylinderkopf verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Nockenwellen (2) vorhanden sind, die parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei jede Nockenwelle (2) über mehrere Lagerböcke (5, 50) drehbar aufgenommen ist, wobei je zwei Lagerböcke (5, 50) jeder Nockenwelle (2) zueinander benachbart und miteinander fluchtend in einer Ebene angeordnet sind, die quer zur Längsachse der Nockenwellen (2) verläuft, und wobei die Paare benachbarter, miteinander fluchtender Lagerböcke (5, 50) über lediglich drei Befestigungspunkte (4) mit der Zylinderkopfhaube (1) verbunden sind.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (8) Schrauben sind.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfhaube (1) und die die Nockenwelle (2) aufnehmenden Lagerböcke (5, 50) über die Schrauben (8) zusammengehalten werden, wenn das Nockenwellenmodul noch nicht mit dem Zylinderkopf verschraubt ist.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfhaube (1) und die die Nockenwelle (2) aufnehmenden Lagerböcke (5, 50) durch mindestens eine Steckverbindung kraftschlüssig, formschlüssig, oder kraft- und formschlüssig zusammensteckbar sind, bevor die Schrauben (8) angebracht werden.
Nockenwellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerböcke (5, 50) an den Befestigungspunkten (4) Aufnahmehülsen (9) mit Innengewinde aufweisen, in die die Schrauben (8) einschraubbar sind.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfhaube (1) an den Befestigungspunkten (4) Ausnehmungen (10) aufweist, durch die die Aufnahmehülsen (9) hindurchgreifen.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Befestigungspunkten (4) zwischen der Aufnahmehülse (9) und der Ausnehmung (10) konzentrisch zu der Aufnahmehülse (9) angeordnete Elastomerringe (6, 7) vorgesehen sind.
Nockenwellenmodul nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfhaube (1) aus Kunststoff besteht.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte, miteinander fluchtende Lagerböcke (5) einander im Bereich zwischen den beiden Nockenwellen (2) überlappen und im Überlappungsbereich einen gemeinsamen Befestigungspunkt (4) aufweisen.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Lagerbock (5') im Überlappungsbereich eine erste Aufnahmehülse (9') und ein zweiter Lagerbock (5") eine zweite Aufnahmehülse (9") aufweist, wobei die erste Aufnahmehülse (9') derart in eine Ausnehmung in dem zweiten Lagerbock (5") eingreift, dass beide Aufnahmehülsen (9', 9") zueinander koaxial angeordnet sind und eine gemeinsame Aufnahmehülse (9) bilden.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwellen (2) in Lageröffnungen von Mehrfachlagerböcken drehbar aufgenommen sind.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfachlagerböcke einteilig ausgebildet sind, so dass die Lageröffnungen über einen Verbindungsbereich miteinander verbunden sind.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Nockenwellen (2) vorhanden sind, die in den jeweiligen Lageröffnungen (51, 52) von Doppellagerböcken (50) drehbar aufgenommen sind.
Nockenwellenmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppellagerböcke (50) lediglich an ihren Außenseiten über die Befestigungsmittel (8) mit der Zylinderkopfhaube (1) verbunden sind.